JP2012248766A - フラーレン化合物、並びにこれを用いた光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】溶解性が高く、より高性能な光電変換素子の材料として利用されうるフラーレン化合物を提供する。
【解決手段】下記一般式（ｎ１）で表されるフラーレン化合物。

（式（ｎ１）において、ＦＬＮはフラーレンを表し、Ｒ^１及びＲ^２は各々独立してヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。Ｒ^１は、Ｒ^２と環を形成していてもよい。Ｘ^１及びＸ^２は各々独立して水素原子又は電子吸引性基であり、Ｘ^１及びＸ^２の少なくとも一方は電子吸引性基である。ｐ及びｑは１以上３以下の整数を表す。）
【選択図】なし

Description

本発明はフラーレン化合物、並びにこれを用いた光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。

従来よりも性能の高い光電変換素子が求められている一方で、光電変換素子の製造コストを下げることもまた求められている。例えば、光電変換素子の活性層を塗布法によって作成することは、光電変換素子の製造コストを低下させることにつながるが、このことは半導体材料が溶媒に対して溶解性を有することを必要とする。

このような半導体材料として、フラーレン化合物が注目されている。例えば特許文献１には、メタノフラーレン化合物として知られるフェニルＣ_６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）や、インデン類を二つ付加したフラーレン化合物（Ｃ_６０（Ｉｎｄ）_２）等の、比較的溶解度が高いフラーレン化合物を活性層に有する光電変換素子が記載されている。また非特許文献１には、電子吸引性基であるシアノ基が２つ付加したフラーレン化合物（Ｃ_６０（ＣＮ）_２）とＰＣＢＭとの混合物をｎ型半導体材料として、共役高分子であるレジオレギュラーポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）をｐ型半導体材料として用い、活性層を塗布法によって作製した、有機薄膜太陽電池が記載されている。

国際公開第２０１１／０１６４３０号

IEEE Photovoltaic Specialists Conference，１９９９，１２５２−１２５７

しかしながら、光電素子の性能をさらに向上させるために、新規なフラーレン化合物が求められている。特に非特許文献１には、ｎ型半導体材料中のＣ_６０（ＣＮ）_２の比率を上げるほど光電変換効率が下がること、及びｎ型半導体材料としてＰＣＢＭのみを用いてＣ_６０（ＣＮ）_２を用いない場合の方が光電変換効率が高いことが記載されている。

本発明は、溶解性が高く、より高性能な光電変換素子の材料として利用されうるフラーレン化合物を提供することを目的とする。

本発明者達は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、塗布によるデバイス作成が可能な溶解度を保ったまま、高い短絡電流密度及び光電変換効率を与える光電変換素子材料として利用可能であるフラーレン化合物を見出し、さらにこれを用いた光電変換素子を見出し、本発明を達成するに至った。

即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］下記一般式（ｎ１）で表されるフラーレン化合物。
（式（ｎ１）において、ＦＬＮはフラーレンを表し、Ｒ^１及びＲ^２は各々独立してヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。Ｒ^１は、Ｒ^２と環を形成していてもよい。Ｘ^１及びＸ^２は各々独立して水素原子又は電子吸引性基であり、Ｘ^１及びＸ^２の少なくとも一方は電子吸引性基である。ｐは１以上３以下の整数を表し、ｑは１以上３以下の整数を表す。ｐが２以上の場合、複数のＲ^１及び複数のＲ^２は各々独立して異なっていてもよい。ｑが２以上の場合、複数のＸ^１及び複数のＸ^２は各々独立して異なっていてもよい。）
［２］前記電子吸引性基のハメットの置換基定数（パラ位、σ_ｐ）が０より大きいことを特徴とする、［１］に記載のフラーレン化合物。
［３］前記電子吸引性基がハロゲン原子、シアノ基、水素原子若しくは置換基を有するカルボニル基、ニトロ基又はパーフルオロアルキル基からなる群から選択されることを特徴とする、［１］に記載のフラーレン化合物。
［４］Ｒ^１及びＲ^２が下記一般式（ｎ２）〜（ｎ５）で表される構造のいずれかを表すことを特徴とする、［１］から［３］のいずれかに記載のフラーレン化合物。
（式（ｎ２）において、Ｒ^３はＲ^２と同様の置換基を表し、Ｒ^４〜Ｒ^６は各々独立して水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のフッ化アルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表し、Ｌは１〜８の整数を表す。
式（ｎ３）において、Ｒ^７〜Ｒ^１１は各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
式（ｎ４）において、Ａｒ^１は置換基を有していてもよい炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基を表し、Ｒ^１２〜Ｒ^１５は各々独立して水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、又は置換基を有していてもよいアルキルチオ基を表し、Ｒ^１２又はＲ^１３は、Ｒ^１４又はＲ^１５と結合して環を形成していてもよい。
式（ｎ５）において、Ｒ^１６〜Ｒ^１７は各々独立して水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
［５］少なくとも活性層と一対の電極とを含む光電変換素子であって、該活性層は［１］から［４］のいずれかに記載のフラーレン化合物を含有することを特徴とする光電変換素子。
［６］［５］に記載の光電変換素子を有することを特徴とする、太陽電池。
［７］［６］に記載の太陽電池を有することを特徴とする、太陽電池モジュール。

溶解性が高く、より高性能な光電変換素子の材料として利用されうるフラーレン化合物を提供する。

本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。

＜１．フラーレン化合物＞
本実施形態のフラーレン化合物は、下記一般式（ｎ１）で表される。
（式（ｎ１）において、ＦＬＮはフラーレンを表し、Ｒ^１及びＲ^２は各々独立してヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。Ｒ^１は、Ｒ^２と環を形成していてもよい。Ｘ^１及びＸ^２は各々独立して水素原子又は電子吸引性基であり、Ｘ^１及びＸ^２の少なくとも一方は電子吸引性基である。ｐは１以上３以下の整数を表し、ｑは１以上３以下の整数を表す。ｐが２以上の場合、複数のＲ^１及び複数のＲ^２は各々独立して異なっていてもよい。ｑが２以上の場合、複数のＸ^１及び複数のＸ^２は各々独立して異なっていてもよい。）

フラーレン（ＦＬＮ）とは、閉殻構造を有する炭素クラスターである。フラーレンの炭素数は、通常６０〜１３０の偶数であれば何でもよい。フラーレンとしては、例えば、Ｃ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８２、Ｃ_８４、Ｃ_９０、Ｃ_９４、及びＣ_９６等が挙げられる。さらに本実施形態に係るフラーレンは、これらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスターであってもよい。入手が容易なためにコストが下がりうる観点からは、この中でもＣ_６０及びＣ_７０が好ましく、Ｃ_６０がさらに好ましい。

フラーレン環上の炭素―炭素結合の一部が切れているフラーレンも周知である。本実施形態に係るフラーレンには、このようなフラーレン環上の炭素―炭素結合の一部が切れているフラーレンも含まれる。また、フラーレンを構成する一部の炭素原子が、他の原子に置き換えられているフラーレン、及び、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団を内包するフラーレンもまた周知である。本実施形態に係るフラーレンには、これらのフラーレンも含まれる。

Ｒ^１及びＲ^２は各々独立してヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基には、ヘテロ原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基、及びヘテロ原子を有していてもよい芳香族基が含まれる。また、Ｒ^１及びＲ^２はさらに置換基を有していてもよい。ｐが２以上の場合、複数のＲ^１及び複数のＲ^２は各々独立して異なっていてもよい。合成の容易性の観点からは、複数のＲ^１及び複数のＲ^２は、それぞれ互いに一致していてもよい。

ヘテロ原子を有していてもよい脂肪族炭化水素基の例としては、アルキル基又はアルケニル基等の直鎖脂肪族炭化水素基、並びにシクロアルカン基等の環状脂肪族炭化水素基が挙げられる。また、例えばフッ化アルキル基、アルコキシアルキル基又はアルキルカルボニル基のような、脂肪族炭化水素基の水素原子がヘテロ原子を含む原子団、例えばハロゲン原子、アルコキシ基、カルボニル基、又はアミノ基等で置換されて得られる基も挙げられる。さらに、例えばアルコキシ基のような、脂肪族炭化水素基の炭素鎖を構成する原子が酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子のようなヘテロ原子で置換されて得られる基も挙げられる。

ヘテロ原子を有していてもよい芳香族基には、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が含まれる。芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、さらに置換基を有していてもよい。

Ｒ^１及びＲ^２の好ましい例としては、置換基を有していてもよい脂肪族基、及び置換基を有していてもよい芳香族基が挙げられる。本明細書において脂肪族基には、直鎖脂肪族基、分岐鎖脂肪族基、及び環状脂肪族基が含まれ、例えばアルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基、及びシクロアルキル基等が挙げられる。ここで、環状脂肪族基には環状脂肪族炭化水素基及び環状脂肪族複素環基が含まれる。環状脂肪族炭化水素基としては例えば、シクロアルキル基、シクロアルケニル基等が挙げられる。環状脂肪族複素環基としては例えば、ピペリジル基、ピロリジル基、テトラヒドロフリル基、等が挙げられる。また、本明細書において芳香族基には芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が含まれる。

本実施形態に係るフラーレン化合物の溶解性を高める観点から、Ｒ^１及びＲ^２の特に好ましい例として、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、及び置換基を有してもよい芳香族基が挙げられる。

アルキル基としては、炭素数１〜２０のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｉ−プロピル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基等が挙げられる。シクロアルキル基としては、炭素数３〜２０のものが好ましく、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。

芳香族炭化水素基としては、炭素数６〜３０のものが好ましい。芳香族炭化水素基は単環基に何ら限定されず、縮合多環式炭化水素基又は環縮合炭化水素基であってもよい。例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニル基、ビフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基、トリフェニレニル基及びクオーターフェニル基等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基及びトリフェニレニル基が好ましい。

芳香族複素環基としては、炭素数２〜３０のものが好ましい。芳香族複素環基は単環基に何ら限定されず、縮合多環式炭化水素基又は環縮合炭化水素基であってもよい。例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾリル基、フェノキサチエニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基及びキノキサリニル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾリル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾリル基、キサンテニル基及びフェノキサジニル基が好ましい。

Ｒ^１及びＲ^２がさらに有してもよい置換基、例えば上述の脂肪族基及び芳香族基が有していてもよい置換基に特に限定はなく、例えば、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアミノ基、アリールチオ基、アルキルチオ基、パーフルオロアルキル基、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基等が挙げられる。これらの置換基は、隣接するもの同士で連結して環を形成していてもよい。

Ｒ^１、Ｒ^２、又はＲ^１若しくはＲ^２がさらに有する置換基が金属への配位能を有する場合、この置換基と金属原子との配位結合を介して、本実施形態に係るフラーレン化合物は金属錯体を形成していてもよい。

Ｘ^１及びＸ^２は各々独立して水素原子又は電子吸引性基である。ここで、Ｘ^１及びＸ^２の少なくとも一方は電子吸引性基である。Ｘ^１及びＸ^２の少なくとも一方は電子吸引性基であることは、ＬＵＭＯエネルギー準位が低くなりうるために好ましい。好ましくは、Ｘ^１及びＸ^２の双方が電子吸引性基である。合成の容易性の観点からは、Ｘ^１とＸ^２とが同じことも好ましい。ｑが２以上の場合、複数のＸ^１及び複数のＸ^２は各々独立して異なっていてもよい。合成の容易性の観点からは、複数のＸ^１及び複数のＸ^２は、それぞれ互いに一致していてもよい。

本明細書において電子吸引性基とは、電子吸引性を有する基である。本明細書における電子吸引性基は、ハメット(Hammett)の置換基定数（パラ位，σ_ｐ）が通常０より大きく、０．０１以上であることが好ましく、０．１以上であることがさらに好ましく、０．５以上であることが特に好ましい。ハメットの置換基定数は、例えば野依良治ら編、「大学院講義有機化学」、第１版、第Ｉ巻、株式会社東京化学同人、１９９９年６月、１７５頁に記載されている。

電子吸引性基の例としては、ハロゲン原子、シアノ基、水素原子若しくは置換基を有するカルボニル基、ニトロ基、トリフルオロメチル基のようなパーフルオロアルキル基、などが挙げられる。ハロゲン基としては、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子が挙げられる。その中でもフッ素原子が好ましい。水素原子若しくは置換基を有するカルボニル基としては例えば、ホルミル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノカルボニル基、アルキルカルボニルアミノカルボニル基及びアリールカルボニルアミノカルボニル基等が挙げられる。

これらの中でも、ハロゲン原子又はシアノ基は立体障害が小さい点で好ましい。また、水素原子若しくは置換基を有するカルボニル基は、本実施形態に係るフラーレン化合物の溶解性が向上しうる点で好ましい。溶解性の点からは置換基を有するカルボニル基であることがより好ましく、この場合カルボニル基に結合する置換基にはアルキル基又はアリール基が含まれていることが好ましい。

置換基を有するカルボニル基としては、中でもアルコキシカルボニル基が好ましい。アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基を形成するアルキル基は、炭素数１〜１２の炭化水素基及びフッ化アルキル基が好ましく、炭素数１〜１２の炭化水素基がより好ましく、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｎ−ヘキシル基、オクチル基、２-プロピルペンチル基、２−エチルヘキシル基、２-エチルヘキシル基、シクロヘキシルメチル基及びベンジル基がさらに好ましく、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基及びｎ−ヘキシル基が特に好ましい。

Ｒ^１とＲ^２とは、直接又は別の置換基を介して環を形成してもよい。この場合、下式のように、Ｒ^１が結合するフラーレン環上の炭素とＲ^２が結合するフラーレン環上の炭素とは、互いに結合していてもよい。また、Ｒ^１が結合するフラーレン環上の炭素とＲ^２が結合するフラーレン環上の炭素とは、１つの炭素原子を挟んで結合していてもよい。さらにはＲ^１が結合するフラーレン環上の炭素とＲ^２が結合するフラーレン環上の炭素とは、２つ以上の炭素原子を挟んで結合していてもよい。また、Ｒ^１及びＲ^２は、フラーレン骨格中の同一の５員環又は６員環に付加されていることが好ましい。

同様に、Ｘ^１及びＸ^２も、フラーレン骨格中の同一の５員環又は６員環に付加されていることが好ましい。

一般式（ｎ１）において、ｐは１以上３以下の整数である。フラーレン化合物の溶解度を高くする観点から、ｐは１以上であることが好ましい。また、フラーレン化合物の立体障害を抑え、且つＬＵＭＯエネルギー準位を高くしすぎないという観点から、ｐは３以下であることが好ましく、２以下であることがより好ましく、１であることが特に好ましい。

また一般式（ｎ１）において、ｑは１以上３以下の整数である。フラーレン化合物のＬＵＭＯエネルギー準位を低くする観点から、ｑは１以上であることが好ましい。また、フラーレン化合物のＬＵＭＯエネルギー準位を低くしすぎないという観点から、ｐは３以下であることが好ましく、２以下であることがであることがより好ましく、１であることが特に好ましい。

Ｒ^１及びＲ^２は、以下の一般式（ｎ２）〜（ｎ５）で表される置換基のうちの何れかを表すことが好ましい。

式（ｎ２）において、Ｒ^３はＲ^２と同様の置換基を表し、例えば置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい芳香族基でありうる。Ｒ^４〜Ｒ^６は各々独立して水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のフッ化アルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表し、Ｌは１〜８の整数を表す。Ｌとして好ましくは１以上４以下の整数であり、さらに好ましくは１以上２以下の整数である。

アルキル基としては、炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基がさらに好ましい。アルコキシ基としては、炭素数１〜１０のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜６のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。芳香族基としては、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。アルキル基、アルコキシ基及び芳香族基が有していてもよい置換基としては、例えばハロゲン原子又はシリル基でありうる。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。シリル基としては、ジアリールアルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、トリアリールシリル基又はトリアルキルシリル基が好ましく、ジアルキルアリールシリル基がより好ましく、ジメチルアリールシリル基がさらに好ましい。

アルキル基としては、炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基又はｎ−ヘキシル基が好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ化アルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。芳香族基としては、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、フッ素原子、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のフッ化アルキル基、炭素数１〜１４のアルコキシ基又は炭素数３〜１０の芳香族基が好ましく、フッ素原子又は炭素数１〜１４のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、ｎ−ブトキシ基又は２−エチルヘキシルオキシ基がさらに好ましい。芳香族基が置換基を有する場合、その数に限定は無いが、１以上３以下が好ましく、１がより好ましい。芳香族基が置換基を複数有する場合、その置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。

式（ｎ３）において、Ｒ^７〜Ｒ^１１は各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。

アルキル基として好ましくは、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｎ−ヘキシル基又はオクチル基であり、より好ましくはメチル基である。芳香族基としては、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。

アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に限定は無いが、好ましくはフッ素原子、炭素数１〜１４のアルキル基、又は炭素数１〜１４のアルコキシ基である。アルキル基にはフッ素原子が置換されていてもよい。さらに好ましくは炭素数１〜１４のアルコキシ基であり、より好ましくはメトキシ基である。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは１〜３であり、より好ましくは１である。置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。

式（ｎ４）において、Ａｒ^１は置換基を有していてもよい炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基を表し、Ｒ^１２〜Ｒ^１５は各々独立して水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、又は置換基を有していてもよいアルキルチオ基を表し、Ｒ^１２又はＲ^１３は、Ｒ^１４又はＲ^１５と結合して環を形成していてもよい。

Ａｒ^１の好ましい例としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基又はキノキサリル基が挙げられ、さらに好ましくはフェニル基、チエニル基又はフリル基である。芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が有していてもよい置換基として限定は無いが、フッ素原子、塩素原子、水酸基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換されていてもよいアミノ基、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のアルコキシ基、炭素数１〜１４のアルキルカルボニル基、炭素数１〜１４のアルキルチオ基、炭素数１〜１４のアルケニル基、炭素数１〜１４のアルキニル基、エステル基、アリールカルボニル基、アリールチオ基、アリールオキシ基、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基、又は炭素数２〜２０の複素環基が好ましく、フッ素原子、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のアルコキシ基、エステル基、炭素数１〜１４のアルキルカルボニル基、又はアリールカルボニル基がより好ましい。炭素数１〜１４のアルキル基にはフッ素が置換されていてもよい。炭素数１〜１４のアルキル基としては、メチル基、エチル基又はプロピル基が好ましい。炭素数１〜１４のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシル基が好ましい。炭素数１〜１４のアルキルカルボニル基としては、アセチル基が好ましい。エステル基としては、メチルエステル基又はｎ−ブチルエステル基が好ましい。アリールカルボニル基としては、ベンゾイル基が好ましい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、１〜４が好ましく、１〜３がより好ましい。置換基が複数の場合、その種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。

Ｒ^１２又はＲ^１３が、Ｒ^１４又はＲ^１５と結合して環を形成する場合、式（ｎ４）は式（ｎ６）で表すことができる。例えば、式（ｎ４）でＲ^１２がメチル基でありかつＲ^１４がメチル基であって、Ｒ^１２とＲ^１４とが結合している場合、式（ｎ６）においてＸ^３はエチレン基（−ＣＨ_２−ＣＨ_２−）である。また、式（ｎ４）でＲ^１２がメチル基でありかつＲ^１４が水素原子であって、Ｒ^１２とＲ^１４とが結合している場合、式（ｎ６）においてＸ^３はメチレン基（−ＣＨ_２−）である。

式（ｎ６）は、芳香族基が縮合したビシクロ構造を表す。式（ｎ６）においてＸ^３は、酸素原子、硫黄原子、置換されていてもよいアミノ基、置換されていてもよいアルキレン基、又は置換されていてもよいアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数１〜２のものが好ましい。アリーレン基としては炭素数５〜１２のものが好ましく、例えばフェニレン基であることが好ましい。アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数１〜６のアルキル基で置換されていてもよい。アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数１〜５の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基、又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基で置換されていてもよい。アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数１〜５の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基、又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基で置換されていてもよい。式（ｎ６）において、Ｘ^３が結合している橋頭位の炭素原子は、置換基を有していてもよい。この置換基の例としては、Ｒ^１２〜Ｒ^１５と同様のものが挙げられる。

式（ｎ５）において、Ｒ^１６〜Ｒ^１７は各々独立して水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。

アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基としては、炭素数１〜１２のアルコキシ基又は炭素数１〜１２のフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数１〜１２のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基、ｎ−ヘキソキシ基、オクトキシ基、２−プロピルペントキシ基、２−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基又はｎ−ヘキソキシ基が特に好ましい。アルキル基としては、炭素数１〜８の直鎖アルキル基が好ましく、ｎ−プロピル基がより好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基には特に限定は無いが、好ましくはアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基のアルコキシ基としては、炭素数１〜１４のアルコキシ基又はフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数１〜１４のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基、ｎ−ヘキソキシ基、オクトキシ基、２−プロピルペントキシ基、２−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又はｎ−ブトキシ基が特に好ましい。芳香族基としては、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基が好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のフッ化アルキル基又は炭素数１〜１４のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜１４のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又は２−エチルヘキシルオキシ基が特に好ましい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは１以上３以下であり、より好ましくは１である。置換基の種類は異なっていても同一でもよく、好ましくは同一である。

式（ｎ５）の構造としては、Ｒ^１６及びＲ^１７が共にアルコキシカルボニル基であるか、Ｒ^１６及びＲ^１７が共に芳香族基であるか、又はＲ^１６が芳香族基でかつＲ^１７が３−（アルコキシカルボニル）プロピル基であることが好ましい。

本実施形態に係るフラーレン化合物のＬＵＭＯエネルギー準位は、特に限定はされないが、例えばサイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−４．００ｅＶ以上、好ましくは−３．９０ｅＶ以上である。開放電圧（Ｖｏｃ）はｐ型半導体材料のＨＯＭＯエネルギー準位とｎ型半導体材料のＬＵＭＯエネルギー準位との差で決定される。このため、ｎ型半導体材料として用いられる本実施形態に係るフラーレン化合物のＬＵＭＯエネルギー準位を高くすると、Ｖｏｃが高くなる傾向がある。一方、ＬＵＭＯエネルギー準位は通常−１．０ｅＶ以下、好ましくは−２．０ｅＶ以下、より好ましくは−３．０ｅＶ以下、さらに好ましくは−３．３ｅＶ以下、とりわけ好ましくは−３．７ｅＶ以下、特に好ましくは−３．８ｅＶ以下である。ｎ型半導体材料として用いられる本実施形態に係るフラーレン化合物のＬＵＭＯエネルギー準位を低くすることで、電子の移動が起こりやすくなり、短絡電流（Ｊｓｃ）が高くなる傾向がある。

本実施形態に係るフラーレン化合物のＬＵＭＯエネルギー準位の算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法、サイクリックボルタモグラム測定法があげられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法である。具体的には、例えば公知文献（国際公報第２０１１／０１６４３０号）に記載の方法で測定することができる。

本実施形態に係るフラーレン化合物のＨＯＭＯエネルギー準位の値は、特に限定は無いが、通常−５．０ｅＶ以下、好ましくは−５．５ｅＶ以下である。一方、通常−７．０ｅＶ以上、好ましくは−６．６ｅＶ以上である。本実施形態に係るフラーレン化合物のＨＯＭＯエネルギー準位が−７．０ｅＶ以上であることにより、本実施形態に係るフラーレン化合物が吸収した光も発電に利用出来る点で好ましい。また、本実施形態に係るフラーレン化合物のＨＯＭＯエネルギー準位が−５．０ｅＶ以下であることにより、正孔の逆移動を阻止できる点で好ましい。

本実施形態に係るフラーレン化合物の電子移動度は、特段の制限はないが、通常１．０×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上であり、１．０×１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上が好ましく、５．０×１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上がより好ましく、１．０×１０^−４ｃｍ^２／Ｖｓ以上がさらに好ましい。一方、通常１．０×１０^３ｃｍ^２／Ｖｓ以下であり、１．０×１０^２ｃｍ^２／Ｖｓ以下が好ましく、５．０×１０^１ｃｍ^２／Ｖｓ以下がより好ましい。本実施形態に係るフラーレン化合物の電子移動度が１．０×１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上であることは、光電変換素子の電子拡散速度向上、短絡電流向上、変換効率向上等の効果が大きくなる傾向にある傾向にあるため、好ましい。測定方法としてはＦＥＴ法が挙げられ、公知文献（特開２０１０−０４５１８６号公報）に記載の方法により実施することができる。

本実施形態に係るフラーレン化合物は、塗布法に適用できるようにするために、化合物自体が液状で塗布可能であるか、又は何らかの溶媒に対する溶解性を有することが好ましい。溶解性の好適な範囲をあげると、２５℃でのトルエンに対する溶解度は、通常０．１重量％以上、好ましくは０．４重量％以上、より好ましくは０．７重量％以上である。一方、通常９０重量％以下が好ましく、８０重量％以下がより好ましく、７０重量％以下がさらに好ましい。２５℃でのトルエンに対する溶解度が、フラーレン化合物の溶解度が０．１重量％以上であることで、フラーレン化合物の分散安定性が増加し、凝集、沈降、分離等が起こりにくくなるため好ましい。

フラーレン化合物を溶解する溶媒に特段の制限はないが、非ハロゲン系溶媒が好ましい。ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒でも可能であるが、環境負荷の面等から代替が求められている。非ハロゲン系溶媒としては、例えば、非ハロゲン系芳香族炭化水素類が挙げられる。その中でも好ましくはトルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等である。

本実施形態に係るフラーレン化合物の具体的構造としては、以下のようなものが挙げられる。

これらのフラーレン化合物は、溶媒に対する溶解性を有する。また、適切なＨＯＭＯ／ＬＵＭＯエネルギー準位を有するため、半導体特性に優れている。そのため、後述する光電変換素子の活性層に用いることが好適であるのみならず、様々な電子デバイスに利用することができる。電子デバイスとしては、例えば、電圧の印加により電流や電圧を制御する素子、磁場の印加による電圧や電流を制御する素子、化学物質を作用させて電圧や電流を制御する素子が挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、発振が挙げられる。現在シリコーン等で実現されている対応するデバイスとしては、抵抗器、整流器（ダイオード）、スイッチング素子（トランジスタ、サイリスタ）、増幅素子（トランジスタ）、メモリー素子、化学センサー等、あるいはこれらの素子の組み合わせや集積化したデバイスが挙げられる。また、溶媒への溶解性が高く製膜性に優れることから、塗布や印刷プロセスを用いたデバイスへの利用に適している。

＜２．フラーレン化合物の製造方法＞
本実施形態に係るフラーレン化合物の製造方法としては、特に制限はない。例えば、フラーレンに電子吸引性基を付加させる工程と、フラーレンに置換基Ｒ^１及びＲ^２を付加させる工程と、によって本実施形態に係るフラーレン化合物を製造することができる。ここで、フラーレンに電子吸引性基を付加させる工程と、フラーレンに置換基Ｒ^１及びＲ^２を付加させる工程と、はどちらを先に行ってもよい。

フラーレンに電子吸引性基を付加させる方法としては、公知の方法を用いることができ、公知の方法としては例えば、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００９，７４，１６９１−１６９７、米国特許出願公開第２００７／０００３８０７号明細書、Ｎｅｗ Ｊ．Ｃｈｅｍ．２００３，２７，１８８−１９２、及びＪ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００１，６６，７４９６−７４９９等に記載の方法が挙げられる。具体的な例としては、例えばフラーレンに単体のハロゲンのようなハロゲン化剤を作用させる方法が挙げられる。また、シアン化ナトリウムのような求核試薬をフラーレンに作用させた後に、生じたフラーレン陰イオンに対して酸ハロゲン化物又はスルホニルシアニド類のような求電子試薬を反応させる方法も挙げられる。

フラーレンに置換基Ｒ^１及びＲ^２を付加させる方法としては、既知の方法のうち何れを用いてもよい。例えばフラーレンに対して、置換基Ｒ^１を有するＧｒｉｇｎａｒｄ試薬（グリニャール試薬）等の求核試薬を作用させることにより、置換基Ｒ^１を有するフラーレン化合物を製造することができる。また、こうして得られたフラーレン化合物に対してｔ−ブトキシカリウム等の塩基を作用させた後に、置換基Ｒ^２を有する求電子試薬を作用させることにより、置換基Ｒ^２を有するフラーレン化合物を製造することができる。

特に、式（ｎ２）に示す置換基を有するフラーレンの合成は、国際公開第２００８／０５９７７１号やＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００８，１３０（４６），１５４２９−１５４３６のような公知文献に従って、実施可能である。

また、式（ｎ３）に示す置換基を有するフラーレンの合成は、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９３，１１５，９７９８−９７９９、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００７，１９，５３６３−５３７２、及びＣｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００７，１９，５１９４−５１９９のような公知文献に従って、実施可能である。

また、式（ｎ４）に示す置換基を有するフラーレンの合成は、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．１９９３，３２，７８−８０、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．１９９７，３８，２８５−２８８、国際公開第２００８／０１８９３１号、及び国際公開第２００９／０８６２１０号のような公知文献に従って、実施可能である。

また、式（ｎ５）に示す置換基を有するフラーレンの合成は、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｅｒｋｉｎ Ｔｒａｎｓ．１，１９９７ １５９５、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ４８９（２００５）２５１−２５６、Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１５，１９７９−１９８７、及びＪ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９５，６０，５３２−５３８のような公知文献に従って、実施可能である。

＜３．光電変換素子＞
本実施形態に係るフラーレン化合物は、ｎ型半導体材料として用いることができる。以下で、本実施形態に係るフラーレン化合物を含む光電変換素子（以下、本実施形態に係る光電変換素子と称する）について説明する。本実施形態に係る光電変換素子は、少なくとも活性層と一対の電極とを含む。またこの活性層は、本実施形態に係るフラーレン化合物を含有する。本実施形態に係る光電変換素子の一例として、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子を図１に示す。もっとも、本実施形態に係る光電変換素子が図１の構造に限られるわけではない。

本発明の一実施形態としての光電変換素子１０７は、基板１０６、アノード１０１、正孔取り出し層１０２、有機活性層１０３、電子取り出し層１０４、及びカソード１０５をこの順番に有する。それぞれの各層の間には、後述の各層機能に影響を与えない程度に、別の層が挿入されていてもよい。また、光電変換素子１０７の用途に応じて、基板１０６、正孔取り出し層１０２、及び電子取り出し層１０４のうちの少なくとも１つは存在しなくてもよい。

＜３．１ 活性層（１０３）＞
本発明に係る光電変換素子において、活性層１０３は光電変換が行われる層を指し、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物を含む。光電変換素子１０７が光を受けると、光が活性層１０３に吸収され、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物の界面で電気が発生し、発生した電気が電極１０１及び１０５から取り出される。

活性層１０３は無機化合物又は有機化合物のいずれを用いてもよいが、簡易な塗布プロセスにより形成しうる層であることが好ましい。より好ましくは、活性層１０３は有機化合物からなる有機活性層である。以下では、活性層１０３が有機活性層であるものとして説明する。

有機活性層の層構成は、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が積層された薄膜積層型、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型、薄膜積層型の中間層にｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が混合した層（ｉ層）を有する構造等が挙げられる。

有機活性層１０３の膜厚は特に限定されないが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上であり、一方通常１．０×１０^３ｎｍ以下、好ましくは５．０×１０^２ｎｍ以下、より好ましくは２．０×１０^２ｎｍ以下である。有機活性層の膜厚が１０ｎｍ以上であることで、均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、有機活性層の厚さが１．０×１０^３ｎｍ以下であることで、内部抵抗が小さくなり、かつ電極間の距離が離れず電荷の拡散が良好となるため、好ましい。

有機活性層１０３の作製方法としては、特段に制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。例えば、ｎ型半導体化合物を含むｎ型半導体層を形成した後で、ｐ型半導体化合物を含むｐ型半導体層を形成することにより、有機活性層１０３を作製することができる。

＜３．１．１ ｎ型半導体化合物＞
本実施形態に係る光電変換素子１０７においては、有機活性層１０３に含まれるｎ型半導体化合物として本実施形態に係るフラーレン化合物が用いられる。

有機活性層１０３は、複数の種類の本実施形態に係るフラーレン化合物を、ｎ型半導体材料として含んでいてもよい。この複数の種類のフラーレン化合物は、フラーレン骨格の炭素数が互いに異なっていてもよい。この場合、Ｃ_６０フラーレン化合物とＣ_７０フラーレン化合物との混合物を用いることが好ましい。Ｃ_６０フラーレン化合物とＣ_７０フラーレン化合物との混合物を用いる場合、フラーレン骨格の炭素数がさらに多いフラーレン化合物が少量混入していてもよい。この場合、フラーレン骨格の炭素数がさらに多いフラーレン化合物の、フラーレン化合物全体に対する混入量は、モル比で２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがさらに好ましく、５％以下であることがより好ましく、２％以下であることがさらにより好ましく、１％以下であることがとりわけ好ましく、０．５％以下であることが特に好ましい。

また、本実施形態に係る光電変換素子１０７において、有機活性層１０３は、本実施形態に係るフラーレン化合物とは別のｎ型半導体化合物とを含有していてもよい。但し、その量は、本実施形態に係るフラーレン化合物の奏する効果を著しく阻害しない範囲とする。以下に、有機活性層１０３が含みうる別のｎ型半導体化合物について説明する。

有機活性層１０３が含みうる別のｎ型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、８−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体；ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類；ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全弗化物；単層カーボンナノチューブ、ｎ型ポリマー等が挙げられる。

その中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びＮ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン化合物、Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はｎ型ポリマーがより好ましい。これらの化合物を一種又は二種以上含んでもよく、ｎ型ポリマーを一種又は二種以上含んでもよい。

（フラーレン化合物）
有機活性層１０３が含みうる、本実施形態に係るフラーレン化合物以外のフラーレン化合物としては、特に限定されないが、例えば市販されているＰＣＢＭ（フロンティアカーボン社製）、ＰＣＢＮＢ（フロンティアカーボン社）等を好適に使用できる。

（Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体）
有機活性層１０３が含みうるＮ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体としては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第２００８／０６３６０９号、国際公開第２００９／１１５５１３号、国際公開第２００９／０９８２５０号、国際公開第２００９／０００７５６号及び国際公開第２００９／０９１６７０号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、可視域に吸収を有するため、電荷輸送と発電との両方に寄与する点から好ましい。

（ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド）
有機活性層１０３が含みうるナフタレンテトラカルボン酸ジイミドとしては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第２００８／０６３６０９号、国際公開第２００７／１４６２５０号及び国際公開第２００９／０００７５６号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。

（ｎ型ポリマー）
有機活性層１０３が含みうるｎ型ポリマーとしては、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするｎ型ポリマーが挙げられる。

その中でも、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びＮ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするポリマーが好ましく、Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びＮ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドのうち少なくとも一つを構成ユニットとするｎ型ポリマーがより好ましい。これらの化合物を一種又は二種以上含んでもよい。

具体的には国際公開第２００９／０９８２５３号、国際公開第２００９／０９８２５０号、国際公開第２０１０／０１２７１０号及び国際公開第２００９／０９８２５０号に記載されている化合物が挙げられる。可視域に吸収を有するため、発電に寄与し、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。

＜３．１．２ ｐ型半導体化合物＞
有機活性層１０３が含みうるｐ型半導体化合物は特に限定されないが、例えば、高分子有機半導体化合物又は低分子有機半導体化合物を用いることができる。

光電変換素子の変換効率を向上させるためには、ｎ型半導体化合物の特性とｐ型半導体化合物の特性との関係が重要となる。例えば、ｐ型半導体層から効率よくｎ型半導体層へと電子を移動させるためには、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層に用いられる材料のＬＵＭＯエネルギー準位の相対関係が重要である。具体的には、ｐ型半導体化合物のＬＵＭＯエネルギー準位が、ｎ型半導体化合物のＬＵＭＯエネルギー準位より所定のエネルギーだけ上にあることが好ましい。また、例えば光電変換素子の開放電圧（Ｖｏｃ）は、ｐ型半導体化合物のＨＯＭＯエネルギー準位と、ｎ型半導体化合物のＬＵＭＯエネルギー準位との差に依存する。このように、ｎ型半導体化合物に適したｐ型半導体化合物を選択することが、光電変換素子の変換効率を向上させる上で重要である。

本実施形態に係るフラーレン化合物のように、電子吸引性基が付加しているフラーレン化合物は、ＨＯＭＯエネルギー準位及びＬＵＭＯエネルギー準位が低下する傾向にある。従来、ｎ型半導体化合物としてＰＣＢＭを用いる場合、ｐ型半導体化合物としてはＰ３ＨＴを用いることが多かった。しかしながら、本実施形態に係るフラーレン化合物を用いる場合、よりＨＯＭＯエネルギー準位及びＬＵＭＯエネルギー準位が低いｐ型半導体化合物を用いる方が、光電変換効率が向上することが期待される。言い換えれば、よりＨＯＭＯエネルギー準位及びＬＵＭＯエネルギー準位が低いｐ型半導体化合物を用いる場合に、本実施形態に係るフラーレン化合物を用いることは好適である。

特に、従来のｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物との組み合わせでは吸収できない波長の光を吸収できる光電変換素子において、特にタンデム型光電変換素子において、Ｐ３ＨＴのような従来使用されているｐ型半導体化合物よりも低いＨＯＭＯエネルギー準位を有するｐ型半導体化合物を用いることが注目されている。このような光電変換素子において、ｎ型半導体化合物として本実施形態に係るフラーレン化合物を用いることは有利でありうる。

この観点から、有機活性層１０３が本実施形態に係るフラーレン化合物をｎ型半導体化合物として含有する場合、ｐ型半導体化合物のＨＯＭＯエネルギー準位は通常−６．０ｅＶ以上、好ましくは−５．７ｅＶ以上、より好ましくは−５．５ｅＶ以上である。一方、通常−４．４ｅＶ以下、好ましくは−４．６ｅＶ以下、より好ましくは−５．０ｅＶ以下、特に好ましくは−５．２ｅＶ以下である。ｐ型半導体化合物のＨＯＭＯエネルギー準位が−６．０ｅＶ以上であることは、開放電圧（Ｖｏｃ）が向上し、光電変換効率が向上しうる点で好ましい。また、ｐ型半導体化合物のＨＯＭＯエネルギー準位が−４．４ｅＶ以下であることは、大気に対し安定になる点、及び光電変換効率が向上しうる点で好ましい。

また、有機活性層１０３が本実施形態に係るフラーレン化合物をｎ型半導体化合物として含有する場合、ｐ型半導体化合物のＬＵＭＯエネルギー準位は、通常−３．７ｅＶ以上、好ましくは−３．６ｅＶ以上である。一方、通常−２．５ｅＶ以下、好ましくは−２．７ｅＶ以下である。ｐ型半導体化合物のＬＵＭＯエネルギー準位が−２．５ｅＶ以下であることにより、バンドギャップが調整され長波長な光エネルギーを有効に吸収することができ、短絡電流密度が向上する。ｐ型半導体化合物のＬＵＭＯエネルギー準位が−３．７ｅＶ以上であることにより、ｎ型半導体への電子移動が起こりやすくなり短絡電流密度が向上する。

また、有機活性層１０３が本実施形態に係るフラーレン化合物をｎ型半導体化合物として含有する場合、ｐ型半導体化合物の光学バンドギャップは、通常０．５ｅＶ以上、好ましくは１．０ｅＶ以上、より好ましくは１．２ｅＶ以上である。一方、通常２．５ｅＶ以下、好ましくは１．８ｅＶ以下、より好ましくは１．７ｅＶ以下、特に好ましくは１．６ｅＶ以下である。ｐ型半導体化合物の光学バンドギャップが２．５ｅＶ以下であることは、吸収できる波長領域が増え、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が高くなりうる点で好ましい。また、ｐ型半導体化合物の光学バンドギャップが０．５ｅＶ以上であることは、開放電圧（Ｖｏｃ）が高くなりうる点で好ましい。ここでｐ型半導体化合物の光学バンドギャップとは、励起子を生成するために必要となる最低のエネルギーをいう。光学バンドギャップが小さい場合、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が高くなりうる一方で、通常はＬＵＭＯエネルギー準位も低くなる。このため、このように光学バンドギャップが小さいｐ型半導体化合物は、比較的ＬＵＭＯエネルギー準位の低い本実施形態に係るフラーレン化合物と併用することが、光電変換素子の変換効率が向上しうる点で好適である。

（高分子有機半導体化合物）
有機活性層１０３が含みうる高分子有機半導体化合物としては、特に限定はなく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役コポリマー半導体；アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のコポリマー半導体も挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体コポリマーも挙げられる。共役コポリマーは、例えば、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，３^ｒｄ Ｅｄ．（全２巻），２００７、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，３２，１−４０、Ｐｕｒｅ Ａｐｐｌ． Ｃｈｅｍ．２００２，７４，２０３１−３０４４、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ＴＨＩＯＰＨＥＮＥ−ＢＡＳＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ（全２巻），２００９等の公知文献に記載されたコポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るコポリマーを用いることができる。なお、有機活性層１０３は一種の高分子有機半導体化合物を含んでいても複数種の高分子有機半導体化合物の混合物を含んでいてもよい。

有機活性層１０３が含みうる高分子有機半導体化合物の具体例としては以下のものが挙げられるが、これに限定されない。

（低分子有機半導体化合物）
有機活性層１０３が含みうる低分子有機半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン又はピレン等の縮合芳香族炭化水素；α−セキシチオフェン等のチオフェン環を４個以上含むオリゴチオフェン類；チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計４個以上連結したもの；フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体、等の大環状化合物等が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。なお、有機活性層１０３は一種の低分子有機半導体化合物を含んでいても複数種の低分子有機半導体化合物の混合物を含んでいてもよい。

ポルフィリン化合物及びその金属錯体（図中のＱがＣＨ）、フタロシアニン化合物及びその金属錯体（図中のＱがＮ）としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。ポルフィリン化合物及びその金属錯体（図中のＱがＣＨ）、並びにフタロシアニン化合物及びその金属錯体（図中のＱがＮ）は、さらなる置換基を有していてもよい。

ここで、Ｍは金属あるいは２個の水素原子を表し、金属としては、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃｏ又はＮｉ等の２価の金属のほか、軸配位子を有する３価以上の金属、例えば、ＴｉＯ、ＶＯ、ＳｎＣｌ_２、ＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ又はＳｉ等も挙げられる。

中でも、Ｍが配位子を有することが好ましく、また、Ｍが大きい原子であることも好ましい。Ｍが配位子を有する場合又はＭが大きな原子である場合、ポルフィリン化合物錯体又はフタロシアニン化合物錯体の平面性が低くなるため、結晶となった時にπ電子の重なりが大きくなり、π電子の縮退がより解けやすくなることが期待される。この場合、バンドギャップが狭くなり、得られる電流が大きくなるものと考えられる。このような観点からは有機活性層１０３は、中心金属（Ｍ）として配位子を有する金属原子又は大きい金属原子を有するポルフィリン化合物又はフタロシアニン化合物であることが好ましく、特にπ平面に対してピラミッド状にゆがんだ（シャトルコック型の）ポルフィリン化合物又はフタロシアニン化合物であることが好ましい。ここで中心金属（Ｍ）が有する配位子は、軸配位子であることがより好ましい。また、本明細書において「大きい金属原子」の定義としては、共有結合半径（単結合）が１２０ｐｍ以上、好ましくは１４０ｐｍ以上、特に好ましくは１５０ｐｍ以上であることをいう。

また、Ｍの有する配位子が電子吸引性を有することがさらに好ましい。この場合、ポルフィリン化合物錯体又はフタロシアニン化合物錯体のＨＯＭＯエネルギー準位がさらに低くなることが期待される。Ｍの有する配位子としては、上で定義された電子吸引性を有するものであればなんでもよいが、例えば塩素原子のようなハロゲン原子、酸素原子、シアノ基などが挙げられる。

Ｙ^１〜Ｙ^４はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜２４のアルキル基である。炭素数１〜２４のアルキル基とは、炭素数が１〜２４の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が３〜２４の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。その中でも好ましくは炭素数１〜１２の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が３〜１２の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。

フタロシアニン化合物及びその金属錯体の例としては、２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンハロゲン錯体、ガリウムフタロシアニンハロゲン錯体、アルミニウムフタロシアニンハロゲン錯体、スズフタロシアニンハロゲン錯体、ケイ素フタロシアニンハロゲン錯体、又は銅４，４’，４’’，４’’’−テトラアザ−２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン錯体が挙げられ、より好ましくは、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンクロロ錯体、アルミニウムフタロシアニンクロロ錯体である。

ポルフィリン化合物及びその金属錯体の例としては、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンコバルト（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン銅（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン亜鉛（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンニッケル（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンバナジウム（ＩＶ）オキシド、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンチタン（ＩＶ）オキシド、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンインジウム（ＩＩＩ）クロリド、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンアルミニウム（ＩＩＩ）クロリド、５，１０，１５，２０−テトラ（４−ピリジル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィン、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンコバルト（ＩＩ）、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィン銅（ＩＩ）、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィン亜鉛（ＩＩ）、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンニッケル（ＩＩ）、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンバナジウム（ＩＶ）オキシド、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンチタン（ＩＶ）オキシド、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンインジウム（ＩＩＩ）クロリド、又は２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンアルミニウム（ＩＩＩ）クロリドが挙げられ、より好ましくは、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンバナジウム（ＩＶ）オキシド、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンバナジウム（ＩＶ）オキシド、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンチタン（ＩＶ）オキシド、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンチタン（ＩＶ）オキシド、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンインジウム（ＩＩＩ）クロリド、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンインジウム（ＩＩＩ）クロリド、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンアルミニウム（ＩＩＩ）クロリド、又は２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンアルミニウム（ＩＩＩ）クロリドである。

低分子有機半導体化合物の製膜方法としては、蒸着法によって製膜する方法や低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換することで製膜する方法がある。塗布製膜できるというプロセス上の利点からは後者が好ましい。

低分子有機半導体化合物前駆体とは、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、その化学構造が変化し、低分子有機半導体化合物に変換される物質である。本実施形態に係る低分子有機半導体化合物前駆体は成膜性に優れるものが好ましい。特に、塗布法を適用できるようにするためには、前駆体自体が液状で塗布可能であるか又は前駆体が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。このため、低分子有機半導体化合物前駆体の溶媒に対する溶解性は、通常０．１重量％以上、好ましくは０．５重量％以上、より好ましくは１重量％以上である。一方、上限に特段の制限はないが、通常５０重量％以下、好ましくは４０重量％以下である。

溶媒の種類としては、半導体前駆体化合物を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類；トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類；メタノール、エタノール又はプロパノール等の低級アルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル又は乳酸メチル等のエステル類；クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類；エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類；ジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類；クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類；エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類；シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類；テトラヒドロフラン又は１，４−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。なお、溶媒は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

さらに、低分子有機半導体化合物前駆体は、容易に半導体化合物に変換できることが好ましい。低分子有機半導体化合物前駆体から半導体化合物への変換工程においてどのような外的刺激を半導体前躯体に与えるかは任意であるが、通常は、熱処理、光処理等を行なう。好ましくは、熱処理である。この場合には、低分子有機半導体化合物前駆体の骨格の一部に逆ディールス・アルダー反応によって脱離可能な所定の溶媒に対する親溶媒性の基を有するものが好ましい。

また、低分子有機半導体化合物前駆体は、変換工程を経て、高い収率で半導体化合物に変換されることが好ましい。この際、低分子有機半導体化合物前駆体から変換して得られる半導体化合物の収率は有機光電変換素子の性能を損なわない限り任意であるが、低分子有機半導体化合物前躯体から得られる低分子有機半導体化合物の収率は、通常９０モル％以上、好ましくは９５モル％以上、より好ましくは９９モル％以上である。

低分子有機半導体化合物前駆体は上記特徴を有するものであれば特に制限はないが、具体的には特開２００７−３２４５８７号公報に記載の化合物等が用いられうる。なかでも好ましい例としては、下記式（Ａ１）で表わされる化合物が挙げられる。

式（Ａ１）において、Ｘ^４及びＸ^５の少なくとも一方はπ共役した２価の芳香族環を形成する基を表わし、Ｚ^１−Ｚ^２は熱又は光により脱離可能な基であって、Ｚ^１−Ｚ^２が脱離して得られるπ共役化合物が顔料分子となるものを表わす。また、Ｘ^４及びＸ^５のうちπ共役した２価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン基を表わす。

式（Ａ１）で表わされる化合物は、下記化学反応式に示すように熱又は光によりＺ^１−Ｚ^２が脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が本実施形態に係る半導体化合物である。本実施形態においては、この半導体化合物が半導体特性を示すことが好ましい。

式（Ａ１）で表わされる化合物の例としては、以下のものが挙げられる。なお、ｔ−Ｂｕはｔ−ブチル基を表わす。Ｍは、２価の金属原子又は３価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。

低分子有機半導体化合物前駆体の半導体化合物への変換方法は、公知のものを用いうる。

式（Ａ１）で表わされる低分子有機半導体化合物前駆体は、位置異性体が存在する構造であってもよく、またその場合、複数の位置異性体の混合物から成っていてもよい。複数の位置異性体からなる低分子有機半導体化合物前駆体は、単一異性体成分からなる低分子有機半導体化合物前駆体と比較して溶媒に対する溶解度が向上するため、塗布製膜が行いやすく好ましい。複数の位置異性体の混合物とすると溶解度が向上する理由は、詳細なメカニズムは明確ではないが、化合物そのものの結晶性が潜在的に保持されつつも、複数の異性体混合物が溶液内に混在することで、三次元規則的な分子間相互作用が困難になるためと想定される。本実施形態において、複数の異性体化合物からなる前駆体混合物の非ハロゲン性溶媒への溶解度は、通常０．１重量％以上、好ましくは１重量％以上、より好ましくは５重量％以上である。上限に制限は無いが、通常５０重量％以下、より好ましくは４０重量％以下である。

ｐ型半導体化合物として、中でも好ましくは、高分子有機半導体化合物としてはポリチオフェン等の共役コポリマー半導体であり、低分子有機半導体化合物としては、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素、フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン（ＢＰ）等のポルフィリン化合物及びその金属錯体である。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。

ｐ型半導体層作成方法については、特段の制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。

高分子有機半導体化合物及び／又は低分子有機半導体化合物は、製膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有するものであっても、アモルファス状態であってもよい。

＜３．２ バッファ層（１０２，１０４）＞
本実施形態に係る光電変換素子１０７は、１対の電極（１０１、１０５）、及びその間に配置された有機活性層１０３の他に、さらにバッファ層を１以上有することが好ましい。バッファ層としては、電子取り出し層１０４及び正孔取り出し層１０２に分類することができ、それぞれ、有機活性層１０３と電極（１０１、１０５）の間に設けることができる。バッファ層を設けることで、活性層と電極の間での電子や正孔の移動度が高まるほか、電極間の短絡を防止しうるという利点がある。

電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２とは、１対の電極間（１０１、１０５）に、有機活性層１０３を挟むように配置される。すなわち、本実施形態に係る光電変換素子１０７が電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２の両者を含む場合、電極１０１、正孔取り出し層１０２、有機活性層１０３、電子取り出し層１０４、電極１０５がこの順に配置されている。本実施形態に係る光電変換素子１０７が電子取り出し層１０４を含み正孔取り出し層１０２を含まない場合は、電極１０１、有機活性層１０３、電子取り出し層１０４、電極１０５がこの順に配置されている。電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２との少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。

＜３．２．１ 電子取り出し層（１０４）＞
電子取り出し層１０４の材料は、ｐ半導体化合物とｎ半導体化合物を含む有機活性層１０３から電極１０１へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。無機化合物の材料としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ又はＣｓ等のアルカリ金属の塩；酸化チタン（ＴｉＯｘ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）のようなｎ型の酸化物半導体が望ましい。

アルカリ金属塩としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ又はＣｓＦのようなフッ化物塩が望ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Ａｌ等の電子取り出し電極（カソード１０５）と組み合わされてカソード１０５の仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。

有機化合物の材料としては、具体的には、バソキュプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントレン（Ｂｐｈｅｎ）、（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物（ＮＴＣＤＡ）、ペリレンテトラカルボン酸無水物（ＰＴＣＤＡ）、又はホスフィンオキシド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。なかでも好ましくは、アリール基で置換されたホスフィンオキシド化合物又はアリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物等のアリール基で置換された第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物であり、より好ましくは、トリアリールホスフィンオキシド化合物、トリアリールホスフィンスルフィド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを２つ以上有する芳香族炭化水素化合物、ジアリールホスフィンスルフィドユニットを２つ以上有する芳香族炭化水素化合物又はジアリールホスフィンオキシドユニットを２つ以上有する芳香族炭化水素化合物である。上記アリール基にはフッ素原子又はパーフルオロアルキル基等のフッ素原子が置換されたアルキル基が置換されていてもよい。上記材料に加えてアルカリ金属又はアルカリ土類金属をドープしてもよい。

電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−４．０ｅＶ以上、好ましくは−３．９ｅＶ以上である。一方、通常−１．９ｅＶ以下、好ましくは−２．０ｅＶ以下である。電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯエネルギー準位が−１．９ｅＶ以下であることにより、電荷移動が促進される点で好ましい。電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯエネルギー準位が−４．０ｅＶ以上であることにより、ｎ型材料への逆電子移動が防がれる点で好ましい。

電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯエネルギー準位の算出方法としては、サイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。例えば、公知文献（国際公報第２０１１／０１６４３０号）に記載の方法を参考にして実施することができる。

電子取り出し層１０４の材料のＨＯＭＯエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−９．０ｅＶ以上、好ましくは−８．０ｅＶ以上である。一方、通常−５．０ｅＶ以下、好ましくは−５．５ｅＶ以下である。電子取り出し層１０４の材料のＨＯＭＯエネルギー準位が−５．０ｅＶ以下であることにより、正孔が移動してくることを阻止出来る点で好ましい。

電子取り出し層１０４の材料が有機化合物である場合の、この化合物のＤＳＣ法によるガラス転移温度（以下、Ｔｇと記載する場合もある）は、特段の制限はないが、観測されないか、又は５５℃以上であることが好ましい。ＤＳＣ法によるガラス転移温度が観測されないとは、ガラス転移温度がないことを意味する。具体的には４００℃以下のガラス転移温度の有無により判別する。ＤＳＣ法によるガラス転移温度が観測されない材料は、熱的に高い安定性を有している点で好ましい。

又、ＤＳＣ法によるガラス転移温度が５５℃以上の化合物の中でも、ガラス転移温度が好ましくは６５℃以上、より好ましくは８０℃以上、さらに好ましくは１１０℃以上、特に好ましくは１２０℃以上である化合物が望ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、通常４００℃以下、好ましくは３５０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。また、電子取り出し層１０４の材料は、ＤＳＣ法によるガラス転移温度が３０℃以上５５度未満に観測されないものであることが好ましい。

本明細書におけるガラス転移温度とは、化合物のアモルファス状態の固体において、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされており、比熱が変化する点として定義される。Ｔｇよりさらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる（この時の温度を結晶化温度（Ｔｃ）とする）。さらに温度が上がると、融点（Ｔｍ）で融解し液体状態に変化することが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、これらの相転移が見られないこともある。ガラス転移温度は公知の方法で測定すればよく、例えばＤＳＣ法が挙げられる。

ＤＳＣ法とは、ＪＩＳ Ｋ−０１２９“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法（示差走査熱量測定法）である。ガラス転移温度は、ガラス状態から分子運動が開始する温度であり、比熱の変化する温度としてＤＳＣで測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献（国際公報第２０１１／０１６４３０号）に記載の方法により、実施することができる。

電子取り出し層に用いられる化合物のガラス転移温度が５５℃以上であることにより、この化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向も有すことから、使用温度範囲においてこの化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化しにくくなることにより、電子取り出し層としての安定性がよくなるため、耐久性の面で好ましい。この効果は、材料のガラス転移温度が高ければ高いほど、より顕著に表れる。

電子取り出し層１０４の膜厚は特に限定はないが、通常０．０１ｎｍ以上、好ましくは０．１ｎｍ以上、より好ましくは０．５ｎｍ以上である。一方、通常４０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下である。電子取り出し層１０４の膜厚が０．０１ｎｍ以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層１０４の膜厚が４０ｎｍ以下であることで、電子が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。

（第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物）
第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物としては、下記一般式（Ｐ１）で表される化合物が好ましい。下記一般式（Ｐ１）で表される化合物を電子取り出し層１０４の材料として用いることは、光電変換効率が向上する点及び／又は光電変換素子の耐久性が向上しうる点で好ましい。

式（Ｐ１）中、ｒは１以上の整数を表し、通常６以下であり、５以下であることが好ましく、３以下であることがさらに好ましく、２以下であることが特に好ましい。

Ｒ^２１及びＲ^２２は各々独立して、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい複素環基を表し、Ｒ^２１及びＲ^２２は互いに結合し環を形成してもよい。炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられる。脂肪族炭化水素基としては、アルキル基（シクロアルキル基を含む）等の飽和脂肪族炭化水素基；アルケニル基（シクロアルケニル基を含む）又はアルキニル基等の不飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。なかでも、アルキル基等の飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。複素環基としては、脂肪族複素環基及び芳香族複素環基が挙げられる。すなわちＲ^２１及びＲ^２２は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のような芳香族基（アリール基）でありうる。

中でも、Ｒ^２１及びＲ^２２のうち少なくとも一つが置換基を有していてもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基であることが好ましい。Ｒ^２１及びＲ^２２のうち少なくとも一つが飽和脂肪族炭化水素基であると、溶解性が向上するために、塗布による成膜が容易となる点で好ましい。一方でＲ^２１及びＲ^２２のうち少なくとも一つが芳香族基であると、熱安定性が向上する点で好ましい。さらに芳香族基は平面性が高いため、Ｒ^２１及びＲ^２２のうち少なくとも一つが芳香族化合物である場合、上述の活性層１０３のｎ型半導体化合物とホスフィン化合物が相互作用しやすくなることが考えられる。この場合、バッファ層と活性層との間での電荷移動がより起こりやすくなるために、特に好ましい。

ｒが２以上の場合には複数のＲ^２１及び複数のＲ^２２が存在することとなるが、複数のＲ^２１及び複数のＲ^２２は各々独立して異なっていてもよい。また、複数のＲ^２１及び複数のＲ^２２のうちいずれか２つ以上が、互いに結合して環を形成してもよい。

アルキル基としては、炭素数１〜２０のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル基及びヘキシル基等が挙げられる。

シクロアルキル基としては、炭素数３〜２０のものが好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基等が挙げられる。

アルケニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、ビニル基又はスチリル基等が挙げられる。

シクロアルケニル基としては、炭素数３〜２０のものが好ましく、例えば、シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、又はシクロヘキセニル基等が挙げられる。

アルキニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基又はトリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。

芳香族炭化水素基としては、炭素数６〜３０のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はクオーターフェニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基又はペリレニル基が好ましい。

アルコキシ基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｉ−ブトキシ基及びｔ−ブトキシ基、ベンジルオキシ基、エチルヘキシルオキシ基等の直鎖又は分岐のアルコキシ基が挙げられる。

脂肪族複素環基としては、炭素数２〜３０のものが好ましく、例えば、ピロリジル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、テトラヒドロフラニル基、ジオキサニル基、モルホリニル基又はチオモルホリニル基が挙げられる。なかでも、ピロリジル基、ピペリジル基又はピペラジニル基が好ましい。芳香族複素環基としては、炭素数２〜３０のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾリル、フェノキサチイニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基又はキノキサリニル基等が挙げられる。なかでも、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾリル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾリル、キサンテニル基又はフェノキサジニル基が好ましい。

また、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基であってもよい。縮合多環芳香族基を形成する環としては、置換基を有していてもよい環状アルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基が好ましい。環状アルキル基としては、例えば、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。芳香族複素環基としては、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基又はイミダゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基又はチエニル基が好ましい。

縮合多環芳香族基として、例えば、縮合多環芳香族炭化水素基及び縮合多環芳香族複素環基が好適なものとして挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリフェニレニル基等が好適なものとして挙げられる。また、縮合多環芳香族複素環基として、例えば、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基又はフェナントロリニル基等が好適なものとして挙げられる。

縮合多環芳香族基の具体例としては以下のものが挙げられるが、これに限定されることはない。また、下記縮合多環芳香族基において、リン原子と結合する原子の位置は特に限定されない。

Ｒ^２３は置換基を有していてもよいｒ価の炭化水素基、置換基を有していてもよいｒ価の複素環基、又は置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が連結したｒ価の基を表す。すなわちＲ^２３は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のような芳香族基でありうる。なお、Ｒ^２３は置換基を有してもよいｒ価の縮合多環芳香族基であってもよい。Ｒ^２３は、好ましくは、置換基を有していてもよいｒ価の芳香族基であり、より好ましくは、置換基を有してもよいｒ価の縮合多環芳香族基である。

炭化水素基としては、Ｒ^２１及びＲ^２２について説明した１価の炭化水素基又はそれに対応する２価以上６価以下の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の種類としては、Ｒ^２１及びＲ^２２と同様に脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基が挙げられる。

複素環基としては、Ｒ^２１及びＲ^２２について説明した１価の複素環基又はそれに対応する２価以上６価以下の複素環基が挙げられる。複素環基の種類としては、Ｒ^２１及びＲ^２２と同様に脂肪族複素環基又は芳香族複素環基が挙げられる。

縮合多環芳香族基としては、Ｒ^２１及びＲ^２２について説明した１価の縮合多環芳香族基又はその２価以上６価以下の縮合多環芳香族基が挙げられる。

Ｒ^２３が２価の基の場合、以下の具体例が挙げられるがこれらに限定されるものではない。

Ｒ^２１、Ｒ^２２及びＲ^２３についての説明における「置換基を有していてもよい」との用語は、置換基を１以上有していてもよいことを意味する。この置換基としては特に限定はないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基等が挙げられる。

ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。

アルキル基としては、炭素数１〜２０のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル基及びシクロヘキシル基等が挙げられる。

アルケニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、ビニル基、スチリル基及びジフェニルビニル基等が挙げられる。

アルキニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基、フェニルエチニル基及びトリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。

シリル基としては，炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、トリメチルシリル基及びトリフェニルシリル基等が挙げられる。

ボリル基としては、例えば、ジメシチルボリル基等の芳香族基置換ボリル基が挙げられる。

アルコキシ基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｉ−ブトキシ基、エチルヘキシルオキシ基、ベンジルオキシ基及びｔ−ブトキシ基等の直鎖又は分岐のアルコキシ基が挙げられる。

アミノ基としては、例えば、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基又はカルバゾリル基等の芳香族置換アミンが挙げられる。

芳香族炭化水素基としては、炭素数６〜２０のものが好ましく、これらは単環基に何ら限定されず、単環芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族炭化水素基及び環連結芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。

単環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基等が挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基、フェナントリル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基、ピレニル基又はペリレニル基等が挙げられる。環連結芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基及びターフェニル等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基又はナフチル基が好ましい。

芳香族複素環基としては、炭素数５〜２０のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基，オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基又はフェニルカルバゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、チエニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基又はフェナントリル基が好ましい。

式（Ｐ１）においてＸ^６は１６族元素を表し、具体的には、酸素、硫黄又はセレンが挙げられる。なかでも、酸素又は硫黄が好ましく、酸素が特に好ましい。式（Ｐ１）で表される化合物の具体例（Ｘ^６は酸素、硫黄又はセレン等の１６族元素を表す。）を以下に例示する。

＜３．２．２ 正孔取り出し層（１０２）＞
正孔取り出し層１０２の材料は、特に限定は無く有機活性層１０３からアノード１０１へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び／又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、上述のｐ型半導体化合物等が挙げられる。その中でも、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーが好ましく、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）がより好ましい。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができ、特に三酸化モリブデンのような金属酸化物を用いることもまた好ましい。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。

正孔取り出し層１０２の膜厚は特に限定はないが、通常２ｎｍ以上である。一方、通常４０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下である。正孔取り出し層１０２の膜厚が２ｎｍ以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層１０２の膜厚が４０ｎｍ以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。

電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層１０２に半導体化合物を用いる場合は、上述の有機活性層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。

＜３．３ 電極（１０１，１０５）＞
本実施形態に係る電極（１０１及び１０５）は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極１０１（以下、アノードと記載する場合もある）と電子の捕集に適した電極１０５（以下、カソードと記載する場合もある）を用いることが好ましい。１対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは太陽光が４０％以上透過する程度のものである。また、透明電極の太陽光線透過率が７０％以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定可能できる。

正孔の捕集に適した電極１０１（アノード）とは、一般には仕事関数がカソードよりも高い値を有する導電性材料で、有機活性層１０３で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。アノード１０１の材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、インジウム−ジルコニウム酸化物（ＩＺＯ）、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。

これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、その導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、ＡｌやＭｇ等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。

ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等のドーピングした導電性高分子材料をアノードの材料として使用することもできる。また、アノード１０１が透明電極である場合には、ＩＴＯ、酸化亜鉛又は酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にＩＴＯが好ましい。

アノード１０１の膜厚は特に制限は無いが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは、５０ｎｍ以上である。一方、通常１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは５００ｎｍ以下である。アノード１０１の膜厚が１０ｎｍ以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、アノード１０１の膜厚が１０μｍ以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。

アノード１０１のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常１Ω／□以上、一方、１０００Ω／□以下、好ましくは５００Ω／□以下、さらに好ましくは１００Ω／□以下である。

アノード１０１の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。

電子の捕集に適した電極１０５（カソード）とは、一般には仕事関数がアノードよりも高い値を有する導電性材料で、有機活性層１０３で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極であり、本実施形態に係る電子取り出し層１０４と隣接することを特徴とする。

カソード１０５の材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金；フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩；酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料のため、好ましい。カソード１０５についてもアノード１０１と同様に、電子取り出し層１０４にチタニアのようなｎ型半導体で導電性を有するものを用いることにより、アノード１０１に適した高い仕事関数を有する材料も用いることができる。電極保護の観点から、アノード１０１材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム又はインジウム等の金属及びこれらの金属を用いた合金である。

カソード１０５の膜厚は特に制限は無いが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上下、より好ましくは５０ｎｍ以上である。一方、通常１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。カソード１０５の膜厚が１０ｎｍ以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソード１０５の膜厚が１０μｍ以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。

カソード１０５のシート抵抗は、特に制限は無いが、通常１０００Ω／□以下、好ましくは５００Ω／□以下、さらに好ましくは１００Ω／□以下である。下限に制限は無いが、通常は１Ω／□以上である。

カソード１０５の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。

さらに、アノード１０１又はカソード１０５は２層以上積層してもよく、表面処理により特性（電気特性やぬれ特性等）を改良してもよい。

アノード１０１及びカソード１０５を積層した後に、得られた光電変換素子を通常５０℃以上、好ましくは８０℃以上、一方、通常３００℃以下、好ましくは２８０℃以下、より好ましくは２５０℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい（この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある）。このアニーリング処理工程の温度を５０℃以上にすることで、電子取り出し層１０４と電極１０１及び／又は電子取り出し層１０４と活性層１０３の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。このアニーリング処理工程の温度が３００℃以下にすることで、活性層の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。

なお、温度操作については上記範囲内で段階的に加熱してもよい。加熱する時間としては、通常１分以上、好ましくは３分以上、一方、通常３時間以下、好ましくは１時間以下である。このアニーリング処理は太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、このアニーリング処理の雰囲気は常圧下、かつ不活性ガス雰囲気で実施することが好ましい。

このアニーリング処理工程により、電子取り出し層１０４と電極１０１及び／又は電子取り出し層１０４と活性層１０３の密着性を向上させることで、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上する効果とともに、有機活性層の自己組織化が促進される効果が得られる。加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気下に光電変換素子を入れてもよい。また、バッチ式であっても連続方式であっても構わない。

＜３．４ 基板（１０６）＞
本実施形態に係る光電変換素子１０７は、通常は支持体となる基板１０６を有する。すなわち、基板上に、電極と、活性層、バッファ層とが形成される。基板の材料（基板材料）は効果を著しく損なわない限り任意である。基板材料の好適な例を挙げると、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料；紙又は合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。ガラスとしてはソーダガラスや青板ガラスや無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。

基板１０６の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シート等の形状を用いることができる。基板１０６の膜厚に制限はない。ただし、通常５μｍ以上、中でも２０μｍ以上であり、一方、通常２０ｍｍ以下、中でも１０ｍｍ以下に形成することが好ましい。基板の膜厚が５μｍ以上であると、半導体デバイスの強度が不足する可能性は少なくなるため、好ましい。基板の膜厚が２０ｍｍ以下であることで、コストが抑えられ、かつ重量が重くならず、好ましい。又、基板がガラスの場合の膜厚は、通常０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、一方、また、通常１ｃｍ以下、好ましくは０．５ｃｍ以下である。ガラス基板の膜厚が０．０１ｍｍ以上であると、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。ガラス基板の膜厚が０．５ｃｍ以下であると、重量が重くならずに好ましい。

＜４．太陽電池＞
本実施形態に係る光電変換素子１０７は、太陽電池素子として、特に薄膜太陽電池として使用されることが好ましい。

図２は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池１４は、耐候性保護フィルム１と、紫外線カットフィルム２と、ガスバリアフィルム３と、ゲッター材フィルム４と、封止材５と、太陽電池素子６と、封止材７と、ゲッター材フィルム８と、ガスバリアフィルム９と、バックシート１０とをこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム１が形成された側（図中下方）から光が照射されて、太陽電池素子６が発電するようになっている。なお、後述するバックシート１０としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム８及び／又はガスバリアフィルム９を用いなくてもよい。

＜４．１ 耐候性保護フィルム（１）＞
耐候性保護フィルム１は天候変化から太陽電池素子６を保護するフィルムである。
太陽電池素子６の構成部品のなかには、温度変化、湿度変化、自然光及び／又は風雨による侵食等により劣化するものがある。そこで、耐候性保護フィルム１で太陽電池素子６を覆うことにより、太陽電池素子６等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。

耐候性保護フィルム１は、薄膜太陽電池１４の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び／又は機械強度等の、薄膜太陽電池１４の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。

また、耐候性保護フィルム１は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、特に好ましくは９５％である。

さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、耐候性保護フィルム１も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、耐候性保護フィルム１の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時に耐候性保護フィルム１が融解・劣化する可能性を低減できる。

耐候性保護フィルム１を構成する材料は、天候変化から太陽電池素子６を保護することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン系樹脂又はポリカーボネート樹脂等が挙げられる。

中でも好ましくはフッ素系樹脂が挙げられ、その具体例を挙げるとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、４−フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリ３−フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又はポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。

なお、耐候性保護フィルム１は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム１は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。

耐候性保護フィルム１の厚みは特に規定されないが、通常１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。

また耐候性保護フィルム１には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び／又はプラズマ処理等の表面処理を行なってもよい。

耐候性保護フィルム１は、薄膜太陽電池１４においてできるだけ外側に設けることが好ましい。薄膜太陽電池１４の構成部材のうちより多くのものを保護できるようにするためである。

＜４．２ 紫外線カットフィルム（２）＞
紫外線カットフィルム２は紫外線の透過を防止するフィルムである。薄膜太陽電池１４の構成部品のなかには紫外線により劣化するものがある。また、ガスバリアフィルム３、９等は種類によっては紫外線により劣化するものがある。そこで、紫外線カットフィルム２を薄膜太陽電池１４の受光部分に設け、紫外線カットフィルム２で太陽電池素子６の受光面６ａを覆うことにより、太陽電池素子６及び必要に応じてガスバリアフィルム３、９等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。

紫外線カットフィルム２に要求される紫外線の透過抑制能力の程度は、紫外線（例えば、波長３００ｎｍ）の透過率が５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましく、特に好ましくは１０％以下である。また、紫外線カットフィルム２は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、特に好ましくは９５％以上である。

さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、紫外線カットフィルム２も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、紫外線カットフィルム２の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点が低すぎると薄膜太陽電池１４の使用時に紫外線カットフィルム２が融解する可能性がある。また、紫外線カットフィルム２は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうるものが好ましい。

紫外線カットフィルム２を構成する材料は、紫外線の強度を弱めることができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はエステル系の樹脂に紫外線吸収剤を配合して成膜したフィルム等が挙げられる。また、紫外線吸収剤を樹脂中に分散あるいは溶解させたものの層（以下、適宜「紫外線吸収層」という）を基材フィルム上に形成したフィルムを用いてもよい。

紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のものを用いることができる。中でもベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系が好ましい。この例としては、ベンゾフェノン系やベンゾトリアゾール系の種々の芳香族系有機化合物等が挙げられる。なお、紫外線吸収剤は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

上述のように、紫外線吸収フィルムとしては紫外線吸収層を基材フィルム上に形成したフィルムを用いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。

塗布は任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。また、これらの方法は１種を単独で行なってもよく、２種以上を任意に組み合わせて行うこともできる。

塗布液に用いる溶剤は、紫外線吸収剤を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されない。例えば液状の樹脂を溶剤として用いることができ、その例を挙げると、ポリエステル系、アクリル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリカーボネート系又はポリスチレン系等の各種合成樹脂等が挙げられる。また、例えば、ゼラチンやセルロース誘導体等の天然高分子；水、水とエタノール等のアルコール混合溶液等も溶剤として用いることができる。さらに、溶剤として有機溶剤を使用してもよい。有機溶剤を使用すれば、色素や樹脂を溶解又は分散させることが可能となり、塗工性を向上させることが可能となる。なお、溶剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

塗布液にはさらに界面活性剤も含有させてもよい。界面活性剤の使用により、紫外線吸収色素の樹脂への分散性が向上する。これにより、紫外線吸収層において、微小な泡によるヌケ、異物等の付着による凹み及び／又は乾燥工程でのハジキ等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤（カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性剤）を用いることができる。中でも、シリコーン系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

なお、塗布液を基材フィルムに塗布した後の乾燥は、例えば熱風乾燥、赤外線ヒーターによる乾燥等の公知の乾燥方法が採用できる。中でも、乾燥速度が速い熱風乾燥が好適である。

紫外線カットフィルム２の具体的な商品の例を挙げると、カットエース（ＭＫＶプラスティック株式会社）等が挙げられる。なお、紫外線カットフィルム２は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、紫外線カットフィルム２は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。

紫外線カットフィルム２の厚みは特に規定されないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで紫外線の吸収が高まる傾向にあり、薄くすることで可視光の透過率を増加させられる傾向にある。

紫外線カットフィルム２は、太陽電池素子６の受光面６ａの少なくとも一部を覆う位置に設ければよいが、好ましくは太陽電池素子６の受光面６ａの全てを覆う位置に設ける。ただし、太陽電池素子６の受光面６ａを覆う位置以外の位置にも紫外線カットフィルム２が設けられていてもよい。

＜４．３ ガスバリアフィルム（３）＞
ガスバリアフィルム３は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。

太陽電池素子６は湿気及び酸素に弱い傾向があり、特に、ＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極や、有機太陽電池素子が水分及び酸素により劣化することがある。そこで、ガスバリアフィルム３で太陽電池素子６を被覆することにより、太陽電池素子６を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。

ガスバリアフィルム３に要求される防湿能力の程度は、太陽電池素子６の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子６が有機太陽電池素子である場合には、単位面積（１ｍ^２）の１日あたりの水蒸気透過率が、１×１０^−１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが好ましく、１×１０^−２ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることがより好ましく、１×１０^−３ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが更に好ましく、１×１０^−４ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが中でも好ましく、１×１０^−５ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることがとりわけ好ましく、１×１０^−６ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが特に好ましい。水蒸気が透過しなければしないほど、太陽電池素子６及び太陽電池素子６のＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極の、水分との反応に起因する劣化が抑えられるので、発電効率が上がると共に寿命が延びる。

ガスバリアフィルム３に要求される酸素透過性の程度は、太陽電池素子６の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子６が有機太陽電池素子である場合には、単位面積（１ｍ^２）の１日あたりの酸素透過率が、１×１０^−１ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが好ましく、１×１０^−２ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることがより好ましく、１×１０^−３ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが更に好ましく、１×１０^−４ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが中でも好ましく、１×１０^−５ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることがとりわけ好ましく、１×１０^−６ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが特に好ましい。酸素が透過しなければしないほど、太陽電池素子６及び太陽電池素子６のＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極の、酸化による劣化が抑えられる。

従来はこのように高い防湿及び酸素遮断能力を有するガスバリアフィルム３の実装が困難であったため、有機太陽電池素子のように優れた太陽電池素子を備えた太陽電池を実現することが困難であったが、このようなガスバリアフィルム３を適用することにより有機太陽電池素子等の優れた性質を活かした薄膜太陽電池１４の実施が容易となる。

また、ガスバリアフィルム３は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。

さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、ガスバリアフィルム３も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ガスバリアフィルム３の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時にガスバリアフィルム３が融解・劣化する可能性を低減できる。

ガスバリアフィルム３の具体的な構成は、太陽電池素子６を水から保護できる限り任意である。ただし、ガスバリアフィルム３を透過しうる水蒸気や酸素の量を少なくできるフィルムほど製造コストが高くなるため、これらの点を総合的に勘案して適切なものを使用することが好ましい。以下、ガスバリアフィルム３の構成について、例を挙げて説明する。

ガスバリアフィルム３の構成として好ましいものは以下の２例が挙げられる。一つ目の例は、プラスチックフィルム基材に無機バリア層を配置したフィルムである。この際、無機バリア層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。

二つ目の例は、プラスチックフィルム基材に、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された２層からなるユニット層が形成されたフィルムである。この際、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された２層からなるユニット層を１単位として、このユニット層が１単位（無機バリア層１層とポリマー層１層を合わせて１単位の意味）のみを形成してもよいが、２単位以上形成してもよい。例えば２〜５単位、積層してもよい。

ユニット層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層及びポリマー層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。また、プラスチックフィルム基材上にユニット層を形成する場合、無機バリア層を形成してからその上にポリマー層を形成してもよいし、ポリマー層を形成してから無機バリア層を形成してもよい。

（プラスチックフィルム基材）
ガスバリアフィルム３に使用されるプラスチックフィルム基材は、上記の無機バリア層及びポリマー層を保持しうるフィルムであれば特に制限はなく、ガスバリアフィルム３の使用目的等から適宜選択することができる。

プラスチックフィルム基材の材料の例を挙げると、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂又はアクリロイル化合物が挙げられる。また、スピロビインダン、スピロビクロマンを含む縮合ポリマーを用いるのも好ましい。ポリエステル樹脂の中でも、二軸延伸を施したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又は同じく二軸延伸したポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、熱的寸度安定性に優れるため、プラスチックフィルム基材として好ましく用いられる。なおプラスチックフィルム基材の材料は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

プラスチックフィルム基材の厚みは特に規定されないが、通常１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。

プラスチックフィルム基材は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。

プラスチックフィルム基材には、無機バリア層との密着性向上のため、アンカーコート剤の層（アンカーコート層）を形成してもよい。通常、アンカーコート層はアンカーコート剤を塗布して形成される。アンカーコート剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、イソシアネート含有樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。中でも、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂及びアクリル樹脂の中から選ばれる少なくとも１種類以上の樹脂と、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂及びイソシアネート基含有樹脂の中から選ばれる少なくとも１種類以上の樹脂とを組み合わせたものが好ましい。なお、アンカーコート剤は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

アンカーコート層の厚さは、通常０．００５μｍ以上、好ましくは０．０１μｍ以上であり、通常５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。この範囲の上限値以下の厚さであれば滑り性が良好であり、アンカーコート層自体の内部応力によるプラスチックフィルム基材からの剥離もほとんどない。また、この範囲の下限値以上の厚さであれば、均一な厚さを保つことができ好ましい。

また、プラスチックフィルム基材へのアンカーコート剤の塗布性、接着性を改良するため、アンカーコート剤の塗布前に、プラスチックフィルム基材に通常の化学処理、放電処理等の表面処理を施してもよい。

（無機バリア層）
無機バリア層は通常は金属酸化物、窒化物又は酸化窒化物により形成される層である。なお、無機バリア層を形成する金属酸化物、窒化物及び酸化窒化物は、１種でもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

金属酸化物としては、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｅ又はＴａ等の酸化物が挙げられる。中でも、高いバリア性と高透明性とを両立させるために、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素を含むことが好ましく、特に水分の透過性、光線透過性の観点から、酸化ケイ素を含むことが好ましい。

各々の金属原子と酸素原子との比率も任意であるが、無機バリア層の透明度を向上させ着色を防ぐためには、酸素原子の比率が酸化物の化学量論的な比率から極端に少なくないことが望ましい。一方、無機バリア層の緻密性を向上させバリア性を高くするためには、酸素原子を少なくすることが望ましい。この観点から、例えば金属酸化物としてＳｉＯ_ｘを用いる場合にはこのｘの値は１．５〜１．８が特に好ましい。また、例えば金属酸化物としてＡｌＯ_ｘを用いる場合にはこのｘの値は１．０〜１．４が特に好ましい。

また、２種以上の金属酸化物より無機バリア層を構成する場合、金属酸化物としては酸化アルミニウム及び酸化ケイ素を含むことが望ましい。中でも無機バリア層が酸化アルミニウム及び酸化ケイ素からなる場合、無機バリア層中のアルミニウムとケイ素との比率は任意に設定することができるが、Ｓｉ／Ａｌの比率は、通常１／９以上、好ましくは２／８以上であり、また、通常９／１以下、好ましくは２／８以下である。

無機バリア層の厚みを厚くするとバリア性が高まる傾向にあるが、曲げた際にクラックを生じにくくし割れを防ぐためには、厚みを薄くすることが望ましい。そこで無機バリア層の適正な厚みとしては、通常５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上であり、また、通常１０００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下である。

無機バリア層の成膜方法に制限は無いが、一般的にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法等で行うことができる。例えばスパッタリング法では１種類のあるいは複数の金属ターゲットと酸素ガスを原料とし、プラズマを用いた反応性スパッタ方式で形成することができる。

（ポリマー層）
ポリマー層にはいずれのポリマーでも使用することができ、例えば真空チャンバー内で成膜できるものも用いることができる。なお、ポリマー層を構成するポリマーは、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

このようなポリマーを与える化合物としては多種多様なものを用いることができるが、例えば以下の（ｉ）〜（ｖｉｉ）のようなものが例示される。なお、モノマーは１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

（ｉ）例えばヘキサメチルジシロキサン等のシロキサンが挙げられる。ヘキサメチルジシロキサンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、ＲＦ電極を用いた平行平板型のプラズマ装置にヘキサメチルジシロキサンを蒸気として導入し、プラズマ中で重合反応を起こさせ、プラスチックフィルム基材上に堆積させることでポリマー層をポリシロキサン薄膜として形成できる。

（ｉｉ）例えばジパラキシリレン等のパラキシリレンが挙げられる。ジパラキシリレンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、まず高真空中でジパラキシリレンの蒸気を６５０℃〜７００℃で加熱することで熱分解させて熱ラジカルを発生させる。そして、そのラジカルモノマー蒸気をチャンバー内に導いて、プラスチックフィルム基材へと吸着させると同時にラジカル重合反応を進行させてポリパラキシリレンを堆積させることでポリマー層を形成できる。

（ｉｉｉ）例えば二種のモノマーを交互に繰り返し付加重合させることができるモノマーが挙げられる。これにより得られるポリマーは重付加ポリマーである。重付加ポリマーとしては、例えば、ポリウレタン（ジイソシアナート／グリコール）、ポリ尿素（ジイソシアナート／ジアミン）、ポリチオ尿素（ジチオイソシアナート／ジアミン）、ポリチオエーテルウレタン（ビスエチレンウレタン／ジチオール）、ポリイミン（ビスエポキシ／第一アミン）、ポリペプチドアミド（ビスアゾラクトン／ジアミン）又はポリアミド（ジオレフィン／ジアミド）等が挙げられる。

（ｉｖ）例えばアクリレートモノマーが挙げられる。アクリレートモノマーには単官能、２官能又は多官能のアクリレートモノマーがあるが、いずれを用いてもよい。ただし、適切な蒸発速度、硬化度及び／又は硬化速度等を得るために、上記のアクリレートモノマーを２種以上組み合わせて併用することが好ましい。また、単官能アクリレートモノマーとしては、例えば脂肪族アクリレートモノマー、脂環式アクリレートモノマー、エーテル系アクリレートモノマー、環状エーテル系アクリレートモノマー、芳香族系アクリレートモノマー、水酸基含有アクリレートモノマー又はカルボキシ基含有アクリレートモノマー等があるが、いずれも用いることができる。

（ｖ）例えばエポキシ系やオキセタン系等の、光カチオン硬化ポリマーが得られるモノマーが挙げられる。エポキシ系モノマーとしては、例えば、脂環式エポキシ系モノマー、２官能性モノマー又は多官能性オリゴマー等が挙げられる。また、オキセタン系モノマーとしては、例えば、単官能オキセタン、２官能オキセタン又はシルセスキオキサン構造を有するオキセタン等が挙げられる。

（ｖｉ）例えば酢酸ビニルが挙げられる。モノマーとして酢酸ビニルを用いると、その重合体をケン化することでポリビニルアルコールが得られ、このポリビニルアルコールをポリマーとして使用できる。

（ｖｉｉ）例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸又は無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸等が挙げられる。これらは、エチレンとの共重合体を構成させ、この共重合体をポリマーとして使用できる。さらに、これらの混合物、あるいはグリシジルエーテル化合物を混合した混合物、さらにはエポキシ化合物との混合物もポリマーとして用いることができる。

上記のモノマーを重合してポリマーを生成させる際、モノマーの重合方法に制限は無い。ただし、通常は、モノマーを含む組成物を塗布又は蒸着して成膜した後で重合を行うようにする。重合方法の例を挙げると、熱重合開始剤を用いたときはヒーター等による接触加熱又は赤外線若しくはマイクロ波等の放射加熱等により重合を開始させる。また、光重合開始剤を用いたときは活性エネルギー線を照射して重合を開始させる。活性エネルギー線を照射する場合には様々な光源を使用することができ、例えば、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、蛍光ランプ、炭素アークランプ、タングステンーハロゲン輻射ランプ又は日光による照射光等を用いることができる。また、電子線照射や大気圧プラズマ処理を行うこともできる。

ポリマー層の形成方法は、例えば、塗布法、真空成膜法等が挙げられる。塗布法でポリマー層を形成する場合、例えば、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、カーテンフローコート、スプレーコート、バーコート等の方法を用いることができる。また、ポリマー層形成用の塗布液をミスト状で塗布するようにしてもよい。この場合の液滴の平均粒径は適切な範囲に調整すればよく、例えば重合性モノマーを含有する塗布液をミスト状でプラスチックフィルム基材上に成膜して形成する場合には、液滴の平均粒径は通常５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。他方、真空成膜法でポリマー層を形成する場合、例えば、蒸着やプラズマＣＶＤ等の成膜方法が挙げられる。

ポリマー層の厚みについては特に限定はないが、通常１０ｎｍ以上であり、また、通常５０００ｎｍ以下、好ましくは２０００ｎｍ以下、より好ましくは１０００ｎｍ以下である。ポリマー層の厚みを厚くすることで、厚みの均一性が得やすくなり無機バリア層の構造欠陥を効率よくポリマー層で埋めることができ、バリア性が向上する傾向にある。また、ポリマー層の厚みを薄くする事で、曲げ等の外力によりポリマー層自身がクラックを発生しにくくなるためバリア性が向上しうる。

中でも好適なガスバリアフィルム３としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）或いはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の基材フィルムにＳｉＯ_ｘを真空蒸着したフィルム等が挙げられる。なお、ガスバリアフィルム３は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム３は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。

ガスバリアフィルム３の厚みは特に規定されないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることでガスバリア性が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。

ガスバリアフィルム３は、太陽電池素子６を被覆して湿気及び酸素から保護できればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子６の正面（受光面側の面。図２では下側の面）及び背面（受光面とは反対側の面。図２では上側の面）を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池１４においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いためである。本実施形態ではガスバリアフィルム３が太陽電池素子６の正面を覆い、後述するガスバリアフィルム９が太陽電池素子６の背面を覆うようになっている。なお、後述するバックシート１０としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム８及び／又はガスバリアフィルム９を用いなくてもよい。

＜４．４ ゲッター材フィルム（４）＞
ゲッター材フィルム４は水分及び／又は酸素を吸収するフィルムである。太陽電池素子６の構成部品のなかには上記のように水分で劣化するものがあり、また、酸素によって劣化するものもある。そこで、ゲッター材フィルム４で太陽電池素子６を覆うことにより、太陽電池素子６等を水分及び／又は酸素から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。

ここで、ゲッター材フィルム４は上記のようなガスバリアフィルム３とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム３等で太陽電池素子６を被覆した場合に、ガスバリアフィルム３及び９で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム４が捕捉して水分による太陽電池素子６への影響を排除できる。

ゲッター材フィルム４の水分吸収能力の程度は、通常０．１ｍｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは０．５ｍｇ／ｃｍ^２以上、より好ましくは１ｍｇ／ｃｍ^２以上である。この数値が高いほど水分吸収能力が高く太陽電池素子６の劣化を抑制しうる。また、上限に制限は無いが、通常１０ｍｇ／ｃｍ^２以下である。

また、ゲッター材フィルム４が酸素を吸収することにより、ガスバリアフィルム３及び９等で太陽電池素子６を被覆した場合に、ガスバリアフィルム３及び９で形成される空間に僅かに浸入する酸素をゲッター材フィルム４が捕捉して酸素による太陽電池素子６への影響を排除できる。

さらに、ゲッター材フィルム４は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。

さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せされることが多いため、ゲッター材フィルム４も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ゲッター材フィルム４の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時にゲッター材フィルム４が融解・劣化する可能性を低減できる。

ゲッター材フィルム４を構成する材料は、水分及び／又は酸素を吸収することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、水分を吸収する物質としてアルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の酸化物；アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物；シリカゲル、ゼオライト系化合物、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム又は硫酸ニッケル等の硫酸塩；アルミニウム金属錯体又はアルミニウムオキシドオクチレート等の有機金属化合物等が挙げられる。具体的には、アルカリ土類金属としては、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａ等が挙げられる。アルカリ土類金属の酸化物としては、ＣａＯ、ＳｒＯ又はＢａＯ等が挙げられる。その他にＺｒ−Ａｌ−ＢａＯやアルミニウム金属錯体等も挙げられる。具体的な商品名を挙げると、例えば、ＯｌｅＤｒｙ（双葉電子社製）等が挙げられる。

酸素を吸収する物質としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、酸化マグネシウム又は酸化鉄等が挙げられる。またＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、及びこれら金属の硫酸塩・塩化物塩・硝酸塩等の無機塩も挙げられる。なお、ゲッター材フィルム４は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム４は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。

ゲッター材フィルム４の厚みは特に規定されないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。

ゲッター材フィルム４は、ガスバリアフィルム３及び９で形成される空間内であればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子６の正面（受光面側の面。図２では下側の面）及び背面（受光面とは反対側の面。図２では上側の面）を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池１４においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いため、これらの面を介して水分及び酸素が浸入する傾向があるからである。この観点から、ゲッター材フィルム４はガスバリアフィルム３と太陽電池素子６との間に設けることが好ましい。本実施形態ではゲッター材フィルム４が太陽電池素子６の正面を覆い、後述するゲッター材フィルム８が太陽電池素子６の背面を覆い、ゲッター材フィルム４、８がそれぞれ太陽電池素子６とガスバリアフィルム３、９との間に位置するようになっている。なお、後述するバックシート１０としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム８及び／又はガスバリアフィルム９を用いなくてもよい。

ゲッター材フィルム４は吸水剤又は乾燥剤の種類に応じて任意の方法で形成することができるが、例えば、吸水剤又は乾燥剤を分散したフィルムを粘着剤で添付する方法、吸水剤又は乾燥剤の溶液をスピンコート法、インクジェット法又はディスペンサー法等で塗布する方法等を用いることができる。また真空蒸着法やスパッタリング法等の成膜法を使用してもよい。

吸水剤又は乾燥剤のためのフィルムとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂又はポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。中でも、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂又はポリカーボネート系樹脂のフィルムが好ましい。なお、このような樹脂は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

＜４．５ 封止材（５）＞
封止材５は、太陽電池素子６を補強するフィルムである。太陽電池素子６は薄いため通常は強度が弱く、ひいては薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材５により強度を高く維持することが可能である。

また、封止材５は、薄膜太陽電池１４の強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。具体的強度については、封止材５以外の耐候性保護フィルム１やバックシート１０の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、薄膜太陽電池１４全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。

また、封止材５は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。

さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、封止材５も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材５の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時に封止材５が融解・劣化する可能性を低減できる。

封止材５の厚みは特に規定されないが、通常１００μｍ以上、好ましくは１５０μｍ以上、より好ましくは２００μｍ以上であり、また、通常７００μｍ以下、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下である。厚みを厚くすることで薄膜太陽電池１４全体の強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。

封止材５を構成する材料としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂組成物をフィルムにしたもの（ＥＶＡフィルム）等を用いることができる。ＥＶＡフィルムには通常は耐候性の向上のために架橋剤を配合して架橋構造を構成させる。この架橋剤としては、一般に、１００℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が用いられる。このような有機過酸化物としては、例えば、２，５−ジメチルヘキサン、２，５−ジヒドロペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン又は３−ジ−ｔ−ブチルペルオキシド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常５重量部以下、好ましくは３重量部以下であり、通常１重量部以上である。なお、架橋剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

このＥＶＡ樹脂組成物には、接着力向上の目的で、シランカップリング剤を含有させてもよい。この目的に供されるシランカップリング剤としては、例えば、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン又はβ−（３，４−エトキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤の配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常５重量部以下、好ましくは２重量部以下であり、通常０．１重量部以上である。なお、シランカップリング剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

更に、ＥＶＡ樹脂のゲル分率を向上させ、耐久性を向上するために、ＥＶＡ樹脂組成物に架橋助剤を含有させてもよい。この目的に供される架橋助剤としては、例えば、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルイソシアネート等の３官能の架橋助剤等の単官能の架橋助剤等が挙げられる。これらの架橋助剤の配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常１０重量部以下、好ましくは５重量部以下であり、また、通常１重量部以上である。なお、架橋助剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

更に、ＥＶＡ樹脂の安定性を向上する目的で、ＥＶＡ樹脂組成物に、例えばハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ｐ−ベンゾキノン又はメチルハイドロキノン等を含有させてもよい。これらの配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常５重量部以下である。

しかし、ＥＶＡ樹脂の架橋処理には１〜２時間程度の比較的長時間を要するため、薄膜太陽電池１４の生産速度及び生産効率を低下させる原因となる場合がある。また、長期間使用の際には、ＥＶＡ樹脂組成物の分解ガス（酢酸ガス）又はＥＶＡ樹脂自体が有する酢酸ビニル基が、太陽電池素子６に悪影響を与えて発電効率が低下させる場合がある。そこで、封止材５としては、ＥＶＡフィルムの他に、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体のフィルムを用いることもできる。この共重合体としては、例えば、下記成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物が挙げられる。

・成分１：プロピレン系重合体が、通常０重量部以上、好ましくは１０重量部以上であり、また、通常７０重量部以下、好ましくは５０重量部以下である。
・成分２：軟質プロピレン系共重合体が、３０重量部以上、好ましくは５０重量部以上であり、また、通常１００重量部以下、好ましくは９０重量部以下である。
なお、成分１及び成分２の合計量は１００重量部である。上記のように、成分１及び成分２が好ましい範囲にあると、封止材５のシートへの成形性が良好であるとともに、得られる封止材５の耐熱性、透明性及び柔軟性が良好となり、薄膜太陽電池１４に好適である。

上記の成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物は、メルトフローレート（ＡＳＴＭ Ｄ １２３８、２３０度、荷重２．１６ｋｇ）が、通常０．０００１ｇ／１０分以上であり、また、通常１０００ｇ／１０分以下、好ましくは９００ｇ／１０分以下、より好ましくは８００ｇ／１０分以下である。成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１１０℃以上である。また通常１４０℃以下、好ましくは１３５℃以下である。また成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物の密度は、０．９８ｇ／ｃｍ^３以下が好ましく、０．９５ｇ／ｃｍ^３以下がより好ましく、０．９４ｇ／ｃｍ^３以下がさらに好ましい。

この封止材５においては、上記成分１及び成分２に、プラスチック等に対する接着促進剤としてカップリング剤を配合することが可能である。カップリング剤は、シラン系、チタネート系、クロム系の各カップリング剤が好ましく用いられ、特にシラン系のカップリング剤（シランカップリング剤）が好適に用いられる。

上記シランカップリング剤としては公知のものが使用でき、特に制限はないが、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシーエトキシシラン）、γ−グリシドキシプロピルートリピルトリーメトキシシラン又はγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。なお、カップリング剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

また、これらは熱可塑性樹脂組成物（成分１及び成分２の合計量）１００重量部に対して、上記シランカップリング剤を通常０．１重量部以上含み、また、通常５重量部以下、好ましくは３重量部以下含むことが望ましい。また、上記カップリング剤は、有機過酸化物を用いて、この熱可塑性樹脂組成物にグラフト反応させてもよい。この場合、熱可塑性樹脂組成物（成分１及び成分２の合計量）１００重量部に対して、上記カップリング剤を０．１〜５重量部含むことが望ましい。シラングラフト化された熱可塑性樹脂組成物を用いても、ガラスやプラスチックに対して、シランカップリング剤ブレンドと同等以上の接着性が得られる。

有機過酸化物を用いる場合、有機過酸化物は、熱可塑性樹脂組成物（成分１及び成分２の合計量）１００重量部に対して、通常０．００１重量部以上、好ましくは０．０１重量部以上であり、また、通常５重量部以下、好ましくは３重量部以下である。

また、封止材５としてエチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体を用いることもできる。この共重合体としては、下記に示す成分Ａ及び成分Ｂからなる封止材用樹脂組成物と基材とを積層してなる、ホットタック性が５〜２５℃のラミネートフィルムが例示される。

・成分Ａ：エチレン系樹脂。
・成分Ｂ：以下の（ａ）〜（ｄ）の性状を有するエチレンとα−オレフィンとの共重合体。
（ａ）密度が０．８６〜０．９３５ｇ／ｃｍ^３。
（ｂ）メルトフローレート（ＭＦＲ）が１〜５０ｇ／１０分。
（ｃ）温度上昇溶離分別（ＴＲＥＦ）によって得られる溶出曲線のピークが１つであり、かつこのピーク温度が１００℃以下である。
（ｄ）温度上昇溶離分別（ＴＲＥＦ）による積分溶出量が、９０℃のとき９０％以上である。

成分Ａと成分Ｂとの配合割合（成分Ａ／成分Ｂ）は、重量比で、通常５０／５０以上、好ましくは５５／４５以上、より好ましくは６０／４０以上であり、また、通常９９／１以下、好ましくは９０／１０以下、より好ましくは８５／１５以下である。成分Ｂの配合量を多くすることで透明性やヒートシール性が高まる傾向にあり、成分Ｂの配合量を少なくすることでフィルムの作業性が高まる傾向にある。

成分Ａと成分Ｂを配合して生成される封止材用樹脂組成物のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、通常２ｇ／１０分以上、好ましくは３ｇ／１０分以上であり、通常５０ｇ／１０分以下、好ましくは４０ｇ／１０分以下である。なおＭＦＲの測定と評価は、ＪＩＳ Ｋ７２１０（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）に準拠する方法によって実施することができる。

封止材用樹脂組成物の融点は、好ましくは５０℃以上、より好ましくは５５℃以上であり、また、通常３００℃以下、好ましくは２５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時に融解・劣化する可能性を低減できる。封止材用樹脂組成物の密度は、０．８０ｇ／ｃｍ^３以上が好ましく、０．８５ｇ／ｃｍ^３以上がより好ましく、また、０．９８ｇ／ｃｍ^３以下が好ましく、０．９５ｇ／ｃｍ^３以下がより好ましく、０．９４ｇ／ｃｍ^３以下がさらに好ましい。なお、密度の測定と評価は、ＪＩＳ Ｋ７１１２に準拠する方法によって実施することができる。

さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた封止材５において、上記のプロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた場合と同様に、カップリング剤を用いることが可能である。

上述した封止材５は、材料由来の分解ガスを発生することがないため、太陽電池素子６への悪影響がなく、良好な耐熱性、機械強度、柔軟性（太陽電池封止性）及び透明性を有する。また、材料の架橋工程を必要としないため、シート成形時及び薄膜太陽電池１４の製造時間が大きく短縮できるとともに、使用後の薄膜太陽電池１４のリサイクルも容易となる。

なお、封止材５は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、封止材５は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。封止材５の厚みは、通常２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、また、通常５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた光線透過率が高まる傾向にある。

封止材５を設ける位置に制限は無いが、通常は太陽電池素子６を挟み込むように設ける。太陽電池素子６を確実に保護するためである。本実施形態では、太陽電池素子６の正面及び背面にそれぞれ封止材５及び封止材７を設けるようにしている。

＜４．６ 太陽電池素子（６）＞
太陽電池素子６は、前述の光電変換素子と同様である。

・太陽電池素子同士の接続
太陽電池素子６は、薄膜太陽電池１４の１個あたり１個だけを設けてもよいが、通常は２個以上の太陽電池素子６を設ける。具体的な太陽電池素子６の個数は任意に設定すればよい。太陽電池素子６を複数設ける場合、太陽電池素子６はアレイ状に並べて設けられていることが多い。

太陽電池素子６を複数設ける場合、通常は、太陽電池素子６同士は電気的に接続され、接続された一群の太陽電池素子６から生じた電気を端子（図示せず）から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。このように太陽電池素子６同士を接続する場合には、太陽電池素子６間の距離は小さいことが好ましく、ひいては、太陽電池素子６と太陽電池素子６との間の隙間は狭いことが好ましい。太陽電池素子６の受光面積を広くして受光量を増加させ、薄膜太陽電池１４の発電量を増加させるためである。

＜４．７ 封止材（７）＞
封止材７は、上述した封止材５と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は封止材７と同様のものを同様に用いることができる。また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。

＜４．８ ゲッター材フィルム（８）＞
ゲッター材フィルム８は、上述したゲッター材フィルム４と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はゲッター材フィルム４と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。また使用する水分あるいは酸素吸収剤をゲッター材フィルム４よりも多く含有するフィルムを用いることも可能となる。このような吸収剤としては、水分吸収剤としてＣａＯ、ＢａＯ又はＺｒ−Ａｌ−ＢａＯ等が挙げられ、酸素の吸収剤として活性炭やモレキュラーシーブ等が挙げられる。

＜４．９ ガスバリアフィルム（９）＞
ガスバリアフィルム９は、上述したガスバリアフィルム３と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はガスバリアフィルム９と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。

＜４．１０ バックシート（１０）＞
バックシート１０は、上述した耐候性保護フィルム１と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム１と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート１０が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート１０をガスバリア層として機能させることも可能である。

また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。このため、バックシート１０としては、以下に説明するもの（ｉ）〜（ｉｖ）を用いることが特に好ましい。

（ｉ）バックシート１０としては、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性及び／又は耐光性に優れた各種の樹脂のフィルム又はシートを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のシートを使用することができる。これらの樹脂のシートの中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のシートを使用することが好ましい。なお、これらは１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

（ｉｉ）バックシート１０としては、金属薄膜を用いることもできる。例えば、腐蝕防止したアルミニウム金属箔、ステンレス製薄膜等が挙げられる。なお、このような金属は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

（ｉｉｉ）バックシート１０としては、例えばアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着した防水性の高いシートを用いてもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、一弗化エチレン（商品名：テドラー、デュポン社製）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー（ＥＴＦＥ）、フッ化ビニリデン系樹脂（ＰＶＤＦ）又はフッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）等が挙げられる。なお、フッ素系樹脂は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

（ｉｖ）バックシート１０としては、例えば、基材フィルムの片面又は両面に、無機酸化物の蒸着膜を設け、更に、上記の無機酸化物の蒸着膜を設けた基材フィルムの両面に、耐熱性のポリプロピレン系樹脂フィルムを積層したものを用いてもよい。なお、通常は、基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、ラミネート用接着剤で張り合わせることで積層する。無機酸化物の蒸着膜を設けることで、水分及び／又は酸素等の侵入を防止する防湿性に優れたバックシート１０として使用できる。

・基材フィルム
基材フィルムとしては、基本的には、無機酸化物の蒸着膜等との密接着性に優れ、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性に優れた各種の樹脂のフィルムを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のフィルムを使用することができる。中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のフィルムを使用することが好ましい。

上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン系樹脂（ＰＶＤＦ）又はフッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）等のフッ素系樹脂のフィルムを使用することがより好ましい。更に、このフッ素系樹脂のフィルムの中でも、特に、ポリフッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）又はテトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー（ＥＴＦＥ）からなるフッ素系樹脂のフィルムが、強度等の観点から特に好ましい。なお、このような樹脂は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

また、上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、シクロペンタジエン及びその誘導体又はシクロヘキサジエン及びその誘導体等の環状ポリオレフィン系樹脂のフィルムを使用することもより好ましい。基材フィルムの膜厚としては、通常１２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下である。

・無機酸化物の蒸着膜
無機酸化物の蒸着膜としては、基本的に金属の酸化物を蒸着した薄膜であれば使用可能である。例えば、ケイ素（Ｓｉ）やアルミニウム（Ａｌ）の酸化物の蒸着膜を使用することができる。この際、酸化ケイ素としては例えばＳｉＯ_ｘ（ｘ＝１．０〜２．０）を用いることができ、酸化アルミニウムとしては例えばＡｌＯ_ｘ（ｘ＝０．５〜１．５）を用いることができる。なお、使用する金属及び無機酸化物の種類は１種でもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

無機酸化物の蒸着膜の膜厚としては、通常５０Å以上、好ましくは１００Å以上であり、また、通常４０００Å以下、好ましくは１０００Å以下である。蒸着膜の作製方法としては、プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法、ＣＶＤ法）等を用いることができる。具体例を挙げると、基材フィルムの一方の面に、有機ケイ素化合物等の蒸着用モノマーガスを原料とし、キャリヤーガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用し、更に、酸素供給ガスとして、酸素ガス等を使用し、低温プラズマ発生装置等を利用する低温プラズマ化学気相成長法を用いて酸化ケイ素等の無機酸化物の蒸着膜を形成することができる。

・ポリプロピレン系樹脂フィルム
ポリプロピレン系樹脂としては、例えば、プロピレンの単独重合体又はプロピレンと他のモノマー（例えばα−オレフィン等）との共重合体を使用することができる。また、ポリプロピレン系樹脂としては、アイソタクチック重合体を用いることもできる。

ポリプロピレン系樹脂の融点は通常１６４℃以上であり、一方、通常１７０℃以下である。ポリプロピレン系樹脂の比重は通常０．９０以上であり、一方、通常０．９１以下である。ポリプロピレン系樹脂の分子量は通常１０万以上であり、一方、通常２０万以下である。

ポリプロピレン系樹脂は、その結晶性により性質が大きく支配されるが、アイソタクチックの高いポリマーは、引っ張り強さ、衝撃強度に優れ、耐熱性、耐屈曲疲労強度を良好であり、かつ、加工性は極めて良好なものである。

・接着剤
基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、通常はラミネート用接着剤を用いる。これにより、基材フィルムとポリプロピレン系樹脂フィルムとはラミネート用接着剤層を介して積層されることになる。

ラミネート用接着剤層を構成する接着剤としては、例えば、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリアクリル酸エステル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エチレン共重合体系接着剤、セルロース系接着剤、ポリエステル系接着剤、ポリアミド系接着剤、ポリイミド系接着剤、アミノ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリウレタン系接着剤、反応型（メタ）アクリル系接着剤又はシリコーン系接着剤等が挙げられる。なお、接着剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

上記の接着剤の組成系は、水性型、溶液型、エマルジョン型又は分散型等のいずれの組成物形態でもよい。また、その性状は、フィルム・シート状、粉末状、固形状等のいずれの形態でもよい。さらに、接着機構については、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型又は熱圧型等のいずれの形態でもよいものである。上記の接着剤は、例えば、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスコート法又はその他等のコート法あるいは印刷法等によって施すことができる。そのコーティング量としては、乾燥状態で通常０．１ｇ／ｍ^２以上が望ましく、一方、通常１０ｇ／ｍ^２以下が望ましい。

＜４．１１ 寸法等＞
本実施形態の薄膜太陽電池１４は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として薄膜太陽電池１４を形成することにより、薄膜太陽電池１４を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。薄膜太陽電池１４は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロール・トゥ・ロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。

薄膜太陽電池１４の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常３００μｍ以上、好ましくは５００μｍ以上、より好ましくは７００μｍ以上であり、また、通常３０００μｍ以下、好ましくは２０００μｍ以下、より好ましくは１５００μｍ以下である。

＜４．１２ 製造方法＞
本実施形態の薄膜太陽電池１４の製造方法に制限は無いが、例えば、耐候性保護フィルム１とバックシート１０との間に、１個又は２個以上の太陽電池素子６を直列又は並列接続したものを、紫外線カットフィルム２、ガスバリアフィルム３、９、ゲッター材フィルム４、８及び封止材５、７と共に一般的な真空ラミネート装置でラミネートすることで製造できる。この際、加熱温度は通常１３０℃以上、好ましくは１４０℃以上であり、通常１８０℃以下、好ましくは１７０℃以下である。また、加熱時間は通常１０分以上、好ましくは２０分以上であり、通常１００分以下、好ましくは９０分以下である。圧力は通常０．００１ＭＰａ以上、好ましくは０．０１ＭＰａ以上であり、通常０．２ＭＰａ以下、好ましくは０．１ＭＰａ以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材５、７がはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。

＜４．１３ 用途＞
上述した薄膜太陽電池１４の用途に制限はなく任意である。例えば、図３に模式的に示すように、何らかの基材１２上に薄膜太陽電池１４を設けた太陽電池モジュール１３を用意し、これを使用場所に設置して用いればよい。具定例を挙げると、基材１２として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池１４を設けて太陽電池モジュール１３として太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。

基材１２は太陽電池素子６を支持する支持部材である。基材１２を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン等の有機材料；紙又は合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。なお、基材の材料は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させてもよい。

本実施形態に係る薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等に用いて好適である。具体例として以下のようなものを挙げることができる。

１．建築用途
１．１ハウス屋根材として太陽電池
基材として屋根用板材等を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルをハウスの屋根の上に設置して使用すればよい。また、基材として瓦を直接用いることもできる。本実施形態に係る太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、瓦の曲線に密着させることができるので好適である。

１．２屋上
ビルの屋上に取り付けることもできる。基材上に薄膜太陽電池を設けた太陽電池ユニットを用意し、これをビルの屋上に設置することもできる。この時基材とともに防水シートを併用し、防水作用を有するのが望ましい。さらに、本実施形態に係る薄膜太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、平面ではない屋根、例えば折半屋根に密着させることもできる。この場合も防水シートを併用するのが望ましい。

１．３トップライト
エントランスや吹き抜け部分に外装として本実施形態に係る薄膜太陽電池を用いることもできる。何らかのデザイン処理を施されたエントランス等は曲線が用いられている場合が多く、そのような場合において本実施形態に係る薄膜太陽電池の柔軟性が生かされる。またエントランス等ではシースルーである場合があり、このような場合には、有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。

１．４壁
基材として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。また、カーテンウオールに設置することもできる。その他、スパンドレルや方立等への取り付けも可能である。

この場合、基材の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材の例を挙げると、アルポリック（登録商標；三菱樹脂製）等が挙げられる。

１．５窓
また、シースルーの窓に使用することもできる。有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。

１．６その他
その他建築の外装としてひさし、ルーバー、手摺等にも使用できる。このような場合においても、本実施形態に係る薄膜太陽電池の柔軟性が、これら用途にとり好適である。

２．内装
本実施形態に係る薄膜太陽電池はブラインドのスラットに取り付けることもできる。本実施形態に係る薄膜太陽電池は軽量であり、柔軟性に富むことから、このような用途が可能となる。また、内容用窓についても有機太陽電池素子がシースルーである特性を生かし使用することができる。

３．植物工場
蛍光灯等の照明光を活用する植物工場の設置件数は増えているが、照明に掛かる電気代や光源の交換費用等によって栽培コストを引き下げにくいというのが現状である。そこで本実施形態に係る薄膜太陽電池を植物工場に設置し、ＬＥＤ又は蛍光灯と組み合わせた照明システムを作製することができる。

このとき蛍光灯よりも寿命が長いＬＥＤと本実施形態に係る太陽電池を組み合わせた照明システムを用いることで、照明に要するコストを現状に比べて３０％程度減らせることができるので好適である。また、野菜等を一定温度で輸送するリーファー・コンテナ（ｒｅｅｆｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）の屋根や側壁に本実施形態に係る太陽電池を用いることもできる。

４．道路資材・土木
本実施形態に係る薄膜太陽電池は、駐車場の外壁や高速道路の遮音壁や浄水場の外壁等にも用いることができる。

５．自動車
本実施形態に係る薄膜太陽電池は、自動車のボンネット、ルーフ、トランクリッド、ドア、フロントフェンダー、リアフェンダー、ピラー、バンパー又はバックミラー等の表面に用いることができる。なおルーフとしてはトラック車輌の荷台のルーフも含まれる。得られた電力は走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーのいずれに供給することもできる。太陽電池パネルにおける発電状況と、この走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーにおける電力使用状況とに合わせて、電力の供給先を選択する制御手段を備えることで、得られた電力を適正にかつさらに効率的に使用することができる。

この場合、基材１２の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材１２の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材１２の例を挙げると、アルポリック（登録商標；三菱樹脂製）等が挙げられる。

以下、本発明の実施例を示して本発明についてさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

＜サイクリックボルタモグラム測定方法＞
サイクリックボルタモグラム測定は室温で行い、作用電極にはグラッシーカーボン電極、対極には白金電極、参照電極にはＡｇ／Ａｇ^＋を用いた。電解質として過塩素酸テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＰ）（０．１Ｍ）を含むｏ−ジクロロベンゼンとアセトニトリルの混合溶液（４：１、容積比）を用いた。フラーレン化合物の濃度は、約０．５ｍＭとした。電位はフェロセンの酸化還元電位を基準とした。得られた第一還元電位の値を基に、ＰＣＢＭ（フロンティアカーボン社製 ＰＣＢＭ：１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）−Ｃ_６０）のＬＵＭＯエネルギー準位を−３．８０ｅＶ（非特許文献：Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００８，１３０，１５４２９−１５４３６）とした場合の相対値より、ＬＵＭＯエネルギー準位の算出を行った。

＜溶解度測定方法＞
フラーレン化合物の溶解度は、以下のようにして測定した。まず、フラーレン化合物の粉末とトルエンとを４０℃において混合した。この時用いたトルエンの量は、４０℃においてフラーレン化合物の粉末が溶解していることが確認できる最少量とした。その後、溶液を２５℃に冷却しても析出がない場合の、トルエン溶液におけるフラーレン化合物の濃度を溶解度とした。２５℃に冷却した際に析出が見られた場合は、析出物が溶解するまでさらにトルエンを加え、最終的に溶解が確認できた時点の、トルエン溶液におけるフラーレン化合物の濃度を溶解度とした。

＜実施例１＞
［Ｃ_６０（Ｉｎｄ）（ＣＮ）_２（フラーレン化合物Ａ）の合成］
フラーレン化合物Ａの合成は、以下のように行った。

［中間体フラーレン化合物Ｂの合成］

Ｃ_６０（フロンティアカーボン社製，１ｇ，１．３９ｍｍｏｌ）をｏ−ジクロロベンゼン（１６７ｍＬ）に溶解し、インデン（和光純薬社製，１．９４ｍＬ，１６．６７ｍｍｏｌ，１２ＭＲ）を加えて計２４時間加熱還流した。その後ｏ−ジクロロベンゼンを６０℃にて減圧留去し、トルエン／メタノールを溶媒して再沈殿させたものを濾取及び乾燥することにより、粗生成物（１．４４ｇ）を茶色固体として得た。

この反応過程においては、Ｃ_６０（Ｉｎｄ）（フラーレン化合物Ｂ）とＣ_６０（Ｉｎｄ）_２（フラーレン化合物Ｃ）とが生成する。反応粗生成物をＧＰＣにて分取精製することにより、フラーレン化合物Ｃ（ビス付加体の位置異性体混合物）（１３０ｍｇ）を得た。質量分析（ＡＰＣＩ法，ｎｅｇａｔｉｖｅ）により、フラーレン化合物Ｃの質量と一致するｍ／ｚ：９５２［ｍ⁻］を検出した。また反応粗生成物をＧＰＣにて分取精製することにより、フラーレン化合物Ｂ（４０ｍｇ）を得た。

得られたフラーレン化合物Ｂ，ＣのＬＵＭＯエネルギー準位及び溶解度を、上述のように算出及び測定した。結果を表１に示す。なお、参考として、ＰＣＢＭ（１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）−Ｃ_６０，フロンティアカーボン社製）及びＣ_６０（フロンティアカーボン社製）についても、ＬＵＭＯエネルギー準位及び溶解度を、上述のように算出及び測定した。結果を表１に示す。

［フラーレン化合物Ａの合成］

フラーレン化合物Ｂ（９２．３ｍｇ）をオルトジクロロベンゼン（ＯＤＣＢ，１０ｍＬ）に溶解させ、脱気及び窒素置換を３度繰り返した。得られた黒褐色溶液に、別途調製したシアン化ナトリウムのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液（０．１Ｍ，１．１ｍＬ）を滴下し室温下で３０分攪拌した。その後、４−メチルフェニルスルホニルシアニド（ＴｏｓＣＮ，４０．６ｍｇ）をオルトジクロロベンゼン（ＯＤＣＢ，１ｍＬ）に溶かして得られた溶液を滴下し、さらに室温下１時間攪拌した。そして、反応液全量を中性シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。具体的には、トルエン／ヘキサン＝１／４の混合溶液にて残存するフラーレン化合物Ｂを分離溶出させた後、トルエン／ヘキサン＝４／１の混合溶液にて目的の成分を溶出させた。目的の成分を含むフラクションを濃縮し、クロロホルム（１１ｍＬ）に溶解させ、ＧＰＣ分取により精製した。メインピーク部分を回収して濃縮後、クロロホルム／メタノール溶媒で再沈させ、沈殿物を濾取及び減圧乾燥することにより、フラーレン化合物Ａ（１９．５ｍｇ）を茶色粉末として得た。質量分析（ＡＰＣＩ法，ｎｅｇａｔｉｖｅ）により、フラーレン化合物Ａの質量と一致するｍ／ｚ：８８８［Ｍ⁻］を検出した。

得られたフラーレン化合物ＡのＬＵＭＯエネルギー準位及び溶解度を、上述のように算出及び測定した。結果を表１に示す。なお、フラーレン化合物Ａの溶解度については、試料０．６ｍｇを秤取し、２５℃においてトルエンを０．０５ｍｌ加えたところ完溶が確認できたため、溶解度を＞１．４ｗｔ％とした。

以上より、本発明に係るフラーレン化合物ＡのＬＵＭＯエネルギー準位は、電子吸引性基を有さないフラーレン化合物Ｂ、フラーレン化合物Ｃ、及びＰＣＢＭよりも低く、Ｃ_６０と同程度であることが分かった。また、本発明に係るフラーレン化合物ＡはＣ_６０と比較して溶解度が高く、塗布成膜に適していることが分かった。

＜実施例２＞
［フラーレン化合物Ａ（Ｃ_６０（Ｉｎｄ）（ＣＮ）_２）を用いた光電変換素子］
ＩＴＯ電極がパターニングされたガラス基板に対して、紫外線オゾン洗浄を１０分間行った。続いてこの基板上に、真空蒸着により、正孔取り出し層として１０ｎｍの三酸化モリブデン層を成膜した。さらに真空蒸着により正孔取り出し層の上に、ｐ型半導体層として２８ｎｍのインジウムフタロシアニンクロロ錯体（ＩｎＣｌＰｃ）層を成膜した。そして、得られた基板をグローブボックス中へ取出した。なお、ＩｎＣｌＰｃは、公知文献（Ｓｙｎｌｅｔｔ ２００２（１０），１６４９−１６５２）に従って合成した。合成方法の概略を以下に示す。

トルエンに、実施例１で合成したフラーレン化合物Ａを０．７重量％溶解した液を調製し、ろ過した。得られたろ液を、窒素雰囲気下でｐ型半導体層上に１０００ｒｐｍでスピンコートし、１２０℃で５分間加熱処理を施した。こうして、ｐ型半導体層上にｎ型半導体層を形成した。

続いて、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに下記のように合成したＰＯＰｙ_２を入れて加熱することにより、ｐ型半導体層上に電子取り出し層として６ｎｍのＰＯＰｙ_２層を蒸着した。さらに真空蒸着により電子取り出し層の上に、厚さ８０ｎｍのアルミニウム電極を設けることによって、光電変換素子を作製した。

窒素雰囲気下で、作製した光電変換素子のＩＴＯ電極側からソーラシミュレーター（ＡＭ１．５Ｇ）で１００ｍＷ／ｃｍ^２の強度の光を照射し、ソースメーター（ケイスレー社製、２４００型）にて、ＩＴＯ電極とアルミニウム電極と間における電流−電圧特性を測定した。得られた開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）、及び光電変換効率（ＰＣＥ）をそれぞれ表２に示す。

（ＰＯＰｙ_２の合成）

窒素雰囲気下、１−ブロモピレン（東京化成：１４ｇ，５０ｍｍｏｌ）を脱水テトラヒドロフラン（関東化学：２００ｍＬ）に溶かし、−７８℃に冷却した後、ｎ−ブチルリチウム（関東化学：３３ｍＬ，１．６Ｍ）をゆっくり滴下し、−７８℃を保持したまま、３０分撹拌した。つづいて、ジクロロフェニルホスフィン（東京化成：４．３ｇ，９．０ｍｍｏｌ）を滴下し、十分攪拌した後、室温まで昇温し、１．５時間さらに撹拌した。得られた反応溶液にメタノール（純正化学）３０ｍＬを加え、得られた粗精製物をろ過し、ベンゼンを用いて再結晶することにより、１０．７ｇの目的物を得た。ここで得られた化合物をテトラヒドロフラン（純正化学）３５０ｍＬ、ジクロロメタン（関東化学）３００ｍＬ、及びアセトン（関東化学）１００ｍＬの混合溶媒に溶かし、過酸化水素水（和光純薬：３０％溶液１０ｍＬ）を加え、室温で３０分撹拌した。反応溶液に水３０ｍＬを加え６００ｍＬまで濃縮後、ろ過することにより、目的物（ＰＯＰｙ_２）を７．５ｇ得た。

＜比較例２＞
［各種フラーレン化合物を用いた光電変換素子］

＜比較例２−１：フラーレン化合物Ｂを用いた光電変換素子＞
実施例２において、フラーレン化合物Ａの代わりに、上記のように得られたフラーレン化合物Ｂを用いたこと以外は、実施例２と同様にして光電変換素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。得られた開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）、及び光電変換効率（ＰＣＥ）をそれぞれ表２に示す。

＜比較例２−２：フラーレン化合物Ｃを用いた光電変換素子＞
実施例２において、フラーレン化合物Ａの代わりに、上記のように得られたフラーレン化合物Ｃを用いたこと以外は、実施例２と同様にして光電変換素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。得られた開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）、及び光電変換効率（ＰＣＥ）をそれぞれ表２に示す。

＜比較例２−３：ＰＣＢＭを用いた光電変換素子＞
実施例２において、フラーレン化合物Ａの代わりに、ＰＣＢＭ（フロンティアカーボン社製）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして光電変換素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。得られた開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）、及び光電変換効率（ＰＣＥ）をそれぞれ表２に示す。

表２に示すように、本発明のフラーレン化合物であるフラーレン化合物Ａ（Ｃ_６０（Ｉｎｄ）（ＣＮ）_２）を用いて作製された光電変換素子は、電子吸引性基を有さないフラーレン化合物Ｂ（Ｃ_６０（Ｉｎｄ））、フラーレン化合物Ｃ（Ｃ_６０（Ｉｎｄ）_２）、又はＰＣＢＭを用いる場合と比べ、光電変換素子特性、特に短絡電流密度、が向上した光電変換素子を得ることが可能であることが示された。

以上より、本発明のフラーレン化合物は、実用的な塗布プロセスで成膜可能であり、ｐ型半導体と組み合わせることで、短絡電流密度及び変換効率が高い光電変換素子材料として利用しうることが裏付けられた。

１ 耐候性保護フィルム
２ 紫外線カットフィルム
３，９ ガスバリアフィルム
４，８ ゲッター材フィルム
５，７ 封止材
６ 太陽電池素子
１０ バックシート
１２ 基材
１３ 太陽電池モジュール
１４ 薄膜太陽電池
１０１ アノード
１０２ 正孔取り出し層
１０３ 活性層
１０４ 電子取り出し層
１０５ カソード
１０６ 基板
１０７ 光電変換素子

Claims (7)

1. 下記一般式（ｎ１）で表されるフラーレン化合物。
   （式（ｎ１）において、ＦＬＮはフラーレンを表し、Ｒ^１及びＲ^２は各々独立してヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。Ｒ^１は、Ｒ^２と環を形成していてもよい。Ｘ^１及びＸ^２は各々独立して水素原子又は電子吸引性基であり、Ｘ^１及びＸ^２の少なくとも一方は電子吸引性基である。ｐは１以上３以下の整数を表し、ｑは１以上３以下の整数を表す。ｐが２以上の場合、複数のＲ^１及び複数のＲ^２は各々独立して異なっていてもよい。ｑが２以上の場合、複数のＸ^１及び複数のＸ^２は各々独立して異なっていてもよい。）
2. 前記電子吸引性基のハメットの置換基定数（パラ位、σ_ｐ）が０より大きいことを特徴とする、請求項１に記載のフラーレン化合物。
3. 前記電子吸引性基がハロゲン原子、シアノ基、水素原子若しくは置換基を有するカルボニル基、ニトロ基又はパーフルオロアルキル基からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載のフラーレン化合物。
4. Ｒ^１及びＲ^２が下記一般式（ｎ２）〜（ｎ５）で表される構造のいずれかを表すことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフラーレン化合物。
   （式（ｎ２）において、Ｒ^３はＲ^２と同様の置換基を表し、Ｒ^４〜Ｒ^６は各々独立して水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のフッ化アルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表し、Ｌは１〜８の整数を表す。
   式（ｎ３）において、Ｒ^７〜Ｒ^１１は各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
   式（ｎ４）において、Ａｒ^１は置換基を有していてもよい炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基を表し、Ｒ^１２〜Ｒ^１５は各々独立して水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、又は置換基を有していてもよいアルキルチオ基を表し、Ｒ^１２又はＲ^１３は、Ｒ^１４又はＲ^１５と結合して環を形成していてもよい。
   式（ｎ５）において、Ｒ^１６〜Ｒ^１７は各々独立して水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
5. 少なくとも活性層と一対の電極とを含む光電変換素子であって、該活性層は請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフラーレン化合物を含有することを特徴とする光電変換素子。
6. 請求項５に記載の光電変換素子を有することを特徴とする、太陽電池。
7. 請求項６に記載の太陽電池を有することを特徴とする、太陽電池モジュール。