JP2016006807A

JP2016006807A - 光活性層、これを含む有機太陽電池およびその製造方法

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Publication number: JP2016006807A
Application number: JP2013205158A
Authority: JP
Inventors: リー、ハンケン; Hangken Lee; ヒジョン、ジ; Ji Hye Jeon; リー、ジェチョル; Jaechol Lee; ファンワン、ドン; Dong Hwan Wang; ヒョクパク、ジョン; Jong Hyeok Park; オクパク、オ; O Ok Park
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP6083569B2

Abstract

【課題】向上した効率を有する有機太陽電池およびその製造方法と、前記有機太陽電池に用いられる光活性層を提供する。【解決手段】第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含む有機太陽電池。また、基板を用意するステップと、前記基板の一領域に第１電極を形成するステップと、前記第１電極の上部に光活性層を含む有機物層を形成するステップと、前記光活性層を非溶媒で処理させるステップと、前記有機物層に第２電極を形成するステップとを含む有機太陽電池の製造方法。【選択図】図１

Description

本明細書は、光活性層、これを用いた有機太陽電池およびその製造方法に関するものである。

１９９２年、ＵＣＳＢのＨｅｅｇｅｒが有機高分子を用いた太陽電池の可能性を最初に示したのを皮切りに、現在に至るまでこれについて多くの研究が行われている。これは、光を吸収する有機高分子と電子親和性の非常に高いＣ６０フラーレン誘導体またはＣ７０フラーレン誘導体とを混合した異種接合薄膜素子で、透明電極のＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ）を陽極とし、低い仕事関数を有するＡｌなどの金属電極を陰極物質として使用する。

有機高分子で構成された光活性層で光を吸収して電子−正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅｐａｉｒあるいはｅｘｃｉｔｏｎ）が形成される。この電子−正孔対は、共重合体とＣ６０フラーレン誘導体またはＣ７０フラーレン誘導体との界面に移動して電子と正孔に分離された後、電子は金属電極へ、正孔は透明電極へ移動することによって電子を発生させる技術である。

現在、有機高分子を用いた有機高分子薄膜太陽電池の効率は７〜８％に達している（ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ、２００９、３、６４９−６５３）。しかし、現在、シリコンを用いた太陽電池の最大効率（〜３９％）に比べて、有機高分子太陽電池の効率はまだ低い水準である。より高い効率を有する有機太陽電池に対する開発が求められる。

ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ、２００９、３、６４９−６５３

本明細書は、向上した効率を有する有機太陽電池およびその製造方法と、前記有機太陽電池に用いられる光活性層を提供する。

本明細書は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される有機太陽電池を提供する。

また、本明細書は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉ_ｃ＝ｃ／Ｉ_ｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇する有機太陽電池を提供する。

また、本明細書は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理され、前記有機太陽電池の効率が、非溶媒で処理される前の電子受容物質および電子供与物質を含む場合に比べて、１１０から２００％上昇する有機太陽電池を提供する。

また、本明細書は、電子受容物質および電子供与物質を含む光活性層において、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される光活性層を提供する。さらに、本明細書は、電子受容物質および電子供与物質を含む光活性層において、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉ_ｃ＝ｃ／Ｉ_ｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇する光活性層を提供する。

また、本明細書は、基板を用意するステップと、前記基板の一領域に第１電極を形成するステップと、前記第１電極の上部に光活性層を含む有機物層を形成するステップと、前記光活性層を非溶媒で処理させるステップと、前記有機物層に第２電極を形成するステップとを含む有機太陽電池の製造方法を提供する。

本明細書の一実施態様にかかる光活性層は、非溶媒処理、および必要な場合に熱処理の簡単な工程を通じて製造が可能である。また、前記処理による光活性層は、伝導性が高く、安定している。本明細書の一実施態様にかかる光活性層は、光吸収率がよく、電子受容物質および電子供与物質の自己組織化（ｓｅｌｆｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）を通じて、安定化された分子構造を形成する。したがって、本明細書の一実施態様にかかる光活性層を含む有機太陽電池は、開放電圧の上昇および効率の上昇などにおいて優れた特性を示すことができる。特に、本明細書の一実施態様にかかる光活性層は、光吸収率が高く、コンジュゲーション長さが長くなって高い電荷移動度を有し、電極との抵抗が低下し、モルフォロジーの向上によって、素子の寿命特性および素子の効率を向上させることができる。

本明細書の一実施態様にかかる光活性層の製造方法を例示した図である。実施例１および比較例１から３のＪ−Ｖ曲線を示した図である。実施例１および比較例１から３の吸収スペクトルを示した図である。実施例１および比較例１から３のＸ線回折（Ｘ−ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を示したグラフである。比較例１から３のＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルを示したグラフである。実施例１および比較例１から３のＡｕｇｅｒ電子分光法（Ａｕｇｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を示したグラフである。実施例１および比較例１から３の原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）で観察した図である。

以下、本明細書について詳細に説明する。本明細書は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される有機太陽電池を提供する。

本明細書において、前記非溶媒とは、電子供与物質や電子受容物質が溶解したり、反応しないものを意味する。本明細書において、前記「非溶媒処理」とは、電子供与物質や電子受容物質に塗布した時、非溶媒が電子供与物質や電子受容物質の間に浸透して、膨潤現象を起こす「非溶媒膨潤処理」を意味するか、電子供与物質や電子受容物質に塗布した後、除去する過程を通じて、非溶媒が電子供与物質や電子受容物質の表面に作用する「非溶媒表面処理」を意味する。

本明細書において、作用とは、電子供与物質や電子受容物質の表面にダイポールの形成および／または電子供与物質や電子受容物質の化学的構造の変更などを通じて表面に影響を与えることを意味する。また、本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、光活性層に塗布した時、膨潤現象を起こして、非溶媒が光活性層の内部に浸透する。

本明細書の一実施態様において、前記光活性層内部への非溶媒の浸透距離は、光活性層の厚さの５％以上５０％未満である。もう一つの実施態様において、前記光活性層内部への非溶媒の浸透距離は、光活性層の厚さの５から３０％である。前記非溶媒は、光活性層上に塗布時、非溶媒の種類、処理方法および量を選択することができる。前記非溶媒は、光活性層上に１分から６０分間塗布時、光活性層内部への非溶媒の浸透距離が光活性層の厚さの５％以上５０％未満である。光活性層内部への非溶媒の浸透距離が光活性層の厚さの５０％以上の場合、光活性層が塗布された基板から分離が起こり得る。また、光活性層内部への非溶媒の浸透距離が光活性層の厚さの５から３０％の場合、光活性層と電極との界面面積が増加し、接触特性が改善されて、素子の性能が向上できる。

本明細書において、前記非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）は、光活性層の上部に非溶媒を塗布し、スピンコーティングまたはドロップコーティングを行う方法を含む。本明細書において、前記非溶媒表面処理方法は、光活性層の上部に非溶媒を塗布し、スピンコーティングで非溶媒を除去する方法を含む。

光活性層に非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）を適用すると、光活性層および光活性層と電極との界面を同時に調節することができ、光活性層のモルフォロジーの向上に有利である。また、製造工程が比較的簡単なスピンコーティングなどで、工程上時間および経済的に有利である。

前記塗布された非溶媒は、光活性層の空間に浸透して、高分子鎖間の空間を広げ、高分子鎖の移動性が増加する。また、高分子鎖の移動性が増加すると、分子構造の自己組織化（ｓｅｌｆｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）を通じて整列された分子構造を形成する。この場合、コンジュゲーション長さが上昇して、電荷の移動度が増加し、光学的特性が上昇して、高い光吸収率を提供し、効率の上昇に寄与する。一つの実施態様において、前記非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）で１分以上非溶媒を塗布する。もう一つの実施態様において、１分から６０分間非溶媒を塗布する。一つの実施態様において、１０分から４０分間非溶媒を塗布する。

本明細書の一実施態様において、前記非溶媒処理方法は、非溶媒を塗布した後、１分以内に非溶媒を除去する。この場合、塗布された非溶媒が光活性層の内部に浸透するよりもさらに光活性層の表面に作用し、表面処理に効果的である。非溶媒を１分以上塗布する場合、光活性層内部への非溶媒の浸透距離が増加し得る。６０分以内に塗布した方が、光活性層内部への非溶媒の浸透距離が光活性層の厚さの５０％を超えないようにして、剥離現象が進行するのを防止することができる。

本明細書の一実施態様において、必要によって非溶媒の塗布時間を調節して、非溶媒で膨潤処理、非溶媒で表面処理、または非溶媒で膨潤および表面処理を同時に行うことができる。本明細書の一実施態様において、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で膨潤する前、同時、または後に熱処理される有機太陽電池を提供する。一つの実施態様において、前記電子受容物質および電子供与物質が非溶媒で膨潤する前に熱処理できる。一つの実施態様において、前記電子受容物質および電子供与物質が非溶媒で膨潤した後に熱処理できる。

もう一つの実施態様において、前記電子受容物質および電子供与物質が非溶媒で膨潤すると同時に熱処理できる。この場合、非溶媒による膨潤時、加熱される熱によって、光活性層内部への非溶媒の浸透距離が増加し、非溶媒処理時間が短縮し、以後、熱処理や非溶媒をスピンコーティングあるいはブローイング（ｂｌｏｗｉｎｇ）で除去する過程なしに工程が単純化され、時間および／または費用上の利点がある。前記非溶媒は、水、アルカン系、ハロヒドロカーボン系、エーテル系、ケトン系、エステル系、窒素化合物、硫黄化合物、酸、アルコール系、フェノール系およびポリオール系からなる群より１または２以上が選択される。

本明細書の一実施態様において、前記アルカン系非溶媒は、ｎ−ブタン、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、イソオクタン、ｎ−ドデカン、ジクロロメタン、シクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサンからなる群より１または２以上が選択される。本明細書の一実施態様において、前記アルカン系非溶媒は、ジクロロメタンである。電子供与物質、例えば、Ｐ３ＨＴは、アルカン系非溶媒には溶けないが、電子受容物質、例えば、ＰＣＢＭには選択的に溶解性がある。この場合、非溶媒を単独または他の溶媒と一定量混合して使用する場合、膨潤させながら、同時に表面で選択的に電子受容物質を溶かして界面接合面積を増加させる効果がある。

一つの実施態様において、前記ハロヒドロカーボン系非溶媒は、クロロメタン、ジクロロメタン、メチレンクロライド、１，１−ジクロロエチレン、エチレンジクロライド、クロロホルム、１，１−ジクロロエタン、トリクロロエチレン、カーボンテトラクロライド、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼンおよび１，１，２−トリクロロトリフルオランテンからなる群より１または２以上が選択される。

もう一つの実施態様において、前記エーテル系非溶媒は、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジエチルエーテルおよびジベンジルエーテルからなる群より１または２以上が選択される。前記エーテル系非溶媒を使用する場合、沸点が低く、非溶媒膨潤方法を行った後に溶媒の除去が容易で、工程が単純であり、時間および費用上有利であるという効果がある。もう一つの実施態様において、前記ケトン系非溶媒は、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジエチルケトン、アセトフェノン、メチルイソブチルケトン、メチルイソアミルケトン、イソホロンおよびジ−（イソブチル）ケトンからなる群より１または２以上が選択される。

一つの実施態様において、前記エステル系非溶媒は、エチレンカーボネート、メチルアセテート、エチルホルメート、プロピレン−１，２−カーボネート、エチルアセテート、ジエチルカーボネート、ジエチルスルフェート、ｎ−ブチルアセテート、イソブチルアセテート、２−エトキシエチルアセテート、イソアミルアセテートおよびイソブチルイソブチレートからなる群より１または２以上が選択される。

本明細書において、前記窒素化合物とは、窒素を含む化合物中、電子供与物質や電子受容物質が溶けたり、反応しない溶媒を意味する。もう一つの実施態様において、前記窒素化合物の非溶媒は、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、ニトロエタン、２−ニトロプロパン、ニトロベンゼン、エタノールアミン、エチレンジエムメ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｅｍｍｅ）、ピリジン、モルホリン、アナリン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、シクロヘキシルアミン、キノリン、ホルムアミドおよびＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドからなる群より１または２以上が選択される。

本明細書において、前記硫黄化合物とは、硫黄を含む化合物中、電子供与物質や電子受容物質が溶けたり、反応しない溶媒を意味する。もう一つの実施態様において、前記硫黄化合物の非溶媒は、カーボンジスルフィド、ジメチルスルホキシドおよびエタンチオールからなる群より１または２以上が選択される。

もう一つの実施態様において、前記アルコール系非溶媒は、メタノール、エタノール、アリルアルコール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２−メトキシエタノールおよび１−デカノールからなる群より１または２以上が選択される。

前記アルコール系非溶媒を使用する場合、光活性層と電極との間にダイポール（ｄｉｐｏｌｅ）が形成され、正孔抽出（ｈｏｌｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）の障壁が低くなって電圧密度が高くなる利点がある。したがって、ビルトイン電圧（Ｂｕｉｌｔ−ｉｎＰｏｔｅｎｔｉａｌ）の増加および表面エネルギートラップの減少による開放電圧およびフィルファクター（ＦＦ）の上昇によって、有機太陽電池の効率が上昇できる。

また、水溶性バッファー物質、金属ナノ粒子、金属酸化物などを溶かして、非溶媒処理方法を利用する場合、非溶媒処理およびバッファー層の形成を同時に行うことができ、工程時間および費用上利点がある。一つの実施態様において、前記酸の非溶媒は、ギ酸、酢酸、安息香酸、オレイン酸、ステアリン酸からなる群より１または２以上が選択される。前記酸の非溶媒を使用する場合、電子供与物質にイオン化が進行し、界面電荷収集障壁を低くして電流密度が増加したり、以後、水溶性バッファー物質を塗布する場合、濡れ性が増加したりしてコーティングに有利であるという利点がある。

一つの実施態様において、前記フェノール系非溶媒は、フェノール、レゾルシノール、ｍ−クレゾールおよびメチルサリシレートからなる群より１または２以上が選択される。一つの実施態様において、前記ポリオール系非溶媒は、エチレングリコール、グリセロール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびジプロピレングリコールからなる群より１または２以上が選択される。

本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、窒素化合物の非溶媒である。本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、アセトニトリルである。本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、水である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、アルカン系非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、ハロヒドロカーボン系非溶媒である。一つの実施態様において、前記非溶媒は、エーテル系非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、ケトン系非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、エステル系非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、硫黄化合物の非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、酸の非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、アルコール系非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、フェノール系非溶媒である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、ポリオール系非溶媒である。

一つの実施態様において、前記非溶媒は、アルカン系、エーテル系、アルコール系および酸からなる群より１または２以上が選択される。本明細書の一実施態様において、前記熱処理の温度は、電子供与物質のガラス転移温度（Ｔｇ）以上熱分解温度以下である。前記熱処理温度が電子供与物質のガラス転移温度未満の場合、電子供与物質の自己組織化（ｓｅｌｆｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）現象がよく起こらないことがあり、前記熱処理温度が電子供与物質の熱分解温度を超える場合、電子供与物質が破壊され、光電流生成特性が低下することがある。前記熱処理は、非溶媒処理方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｔｒｅａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）による効果にシナジー効果を与えて分子構造をさらに整列し、コンジュゲーション長さおよび光学的特性を上昇させる。また、製造工程が比較的簡単で、工程上時間および経済的に有利であるという利点がある。

本明細書の一実施態様において、前記熱処理時間は、０分から５時間である。もう一つの実施態様において、前記熱処理時間は、１０分から３時間である。もう一つの実施態様において、前記熱処理時間は、３０分から４５分である。前記時間は、自己組織化（ｓｅｌｆｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）の程度に応じて調節することができる。

本明細書の一実施態様において、前記電子受容物質は、フラーレン誘導体または非フラーレン誘導体である。本明細書の一実施態様において、前記フラーレン誘導体は、Ｃ６０〜Ｃ９０のフラーレン誘導体である。前記フラーレン誘導体は、少なくとも１つの追加の置換基で置換もしくは非置換であり得る。一つの実施態様において、前記フラーレン誘導体は、Ｃ６０フラーレン誘導体またはＣ７０フラーレン誘導体である。

一つの実施態様において、前記Ｃ６０フラーレン誘導体またはＣ７０フラーレン誘導体は、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成する置換基で追加的に置換され得る。

もう一つの実施態様において、前記フラーレン誘導体は、Ｃ７６フラーレン誘導体、Ｃ７８フラーレン誘導体、Ｃ８４フラーレン誘導体およびＣ９０フラーレン誘導体からなる群より選択される。一つの実施態様において、前記Ｃ７６フラーレン誘導体、Ｃ７８フラーレン誘導体、Ｃ８４フラーレン誘導体およびＣ９０フラーレン誘導体は、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成する置換基で追加的に置換され得る。

前記フラーレン誘導体は、非フラーレン誘導体に比べて、電子−正孔対（ｅｘｃｉｔｏｎ、ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅｐａｉｒ）を分離する能力および電荷移動度に優れ、効率特性に有利である。もう一つの実施態様において、前記非フラーレン誘導体は、ＬＵＭＯエネルギー準位が−２．０から−６．０ｅＶである。もう一つの実施態様において、前記非フラーレン誘導体は、ＬＵＭＯエネルギー準位が−２．５から−５．０ｅＶである。もう一つの実施態様において、前記非フラーレン誘導体は、ＬＵＭＯエネルギー準位は−３．５から−４．５ｅＶである。

ＬＵＭＯエネルギー準位が前記範囲内で電子の注入が容易に行われ、有機太陽電池の効率が上昇する利点がある。特に、前記非フラーレン誘導体のＬＵＭＯエネルギー準位が−３．５から−４．５ｅＶの場合、電子供与物質のＨＯＭＯエネルギー準位との差を最大限にしながら電荷の分離が可能で、高い開放電圧および電流密度を形成することができる利点がある。

また、本明細書の一実施態様において、前記非フラーレン誘導体は、球状でない、単分子または高分子である。本明細書の一実施態様において、前記電子供与物質は、少なくとも１種の電子供与体；または少なくとも１種の電子受容体と少なくとも１種の電子供与体との重合体を含む。本明細書の一実施態様において、前記電子供与物質は、少なくとも１種の電子供与体を含む。もう一つの実施態様において、前記電子供与物質は、少なくとも１種の電子受容体と少なくとも１種の電子供与体との重合体を含む。

本明細書の実施態様において、前記電子供与体は、下記化学式からなる群より選択される１または２以上を含む。

前記化学式において、ａは、０から４の整数であり、ｂは、０から６の整数であり、ｃは、０から８の整数であり、ｄおよびｅは、それぞれ０から３の整数であり、ｆおよびｇは、それぞれ０から２の整数であり、Ｒ_２およびＲ_３は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。

Ｘ_１からＸ_３は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択され、Ｙ_１およびＹ_２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群より選択される。ＲおよびＲ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。

もう一つの実施態様において、前記電子受容体は、下記化学式からなる群より選択される１または２以上を含む。

前記化学式において、Ｒ_２からＲ_５は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。

Ｘ_１およびＸ_２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択され、Ｙ_１からＹ_４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群より選択される。ＲおよびＲ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。

本明細書の一実施態様において、前記電子供与物質は、下記化学式１から３のうちのいずれか１つで表されるＡ単位と、下記化学式４で表されるＢ単位と、下記化学式５で表されるＣ単位とを含む重合体である。

［化学式１］
［化学式２］
［化学式３］
［化学式４］
［化学式５］

化学式１から５において、ｆおよびｇは、それぞれ０から２の整数であり、Ｒ_２からＲ_４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。

Ｘ_１からＸ_５は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択され、Ｙ_３からＹ_５は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群より選択され、ＲおよびＲ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。

本明細書の一実施態様において、前記電子受容物質は、フラーレン誘導体である。もう一つの実施態様において、前記電子受容物質は、Ｃ６０のフラーレン誘導体である。本明細書の一実施態様において、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）である。

もう一つの実施態様において、前記電子供与物質は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）である。本明細書の一実施態様において、前記電子供与物質は、前記Ａ単位と、Ｂ単位と、Ｃ単位とを含む共重合体を含む。本明細書の一実施態様において、前記Ａ単位は、化学式１である。本明細書の一実施態様において、前記Ａ単位は、化学式１であり、Ｘ_１は、Ｓであり、Ｒ_２およびＲ_３は、水素である。本明細書の一実施態様において、前記Ｘ_３は、Ｓであり、Ｙ_３およびＹ_４は、Ｎであり、Ｙ_５は、ＣＲである。本明細書の一実施態様において、前記ＲおよびＲ_４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に置換もしくは非置換のアルコキシ基である。

本明細書の一実施態様において、前記ＲおよびＲ_４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にアルコキシ基である。本明細書の一実施態様において、前記ＲおよびＲ_４は、オクトキシ基である。本明細書の一実施態様において、Ｘ_５は、ＮＲである。本明細書の一実施態様において、Ｘ_５は、ＮＲであり、前記Ｒは、ドデカニル基である。

本明細書の一実施態様において、Ｘ_４は、Ｓである。本明細書の一実施態様において、前記電子供与物質は、下記化学式６で表される単位を含む共重合体である。
［化学式６］

化学式６において、ｘは、モル分率であって、０＜ｘ＜１の実数であり、ｙは、モル分率であって、０＜ｙ＜１の実数であり、ｘ＋ｙ＝１であり、ｎは、１から１０，０００の整数であり、Ｒ１０からＲ１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基である。

本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１０は、置換もしくは非置換のアルコキシ基である。本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１０は、オクトキシ基である。本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１１は、置換もしくは非置換のアルコキシ基である。本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１１は、オクトキシ基である。本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１２は、置換もしくは非置換のアルキル基である。本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１２は、ドデカニル基である。本明細書の一実施態様において、前記ｘは、０．５である。本明細書の一実施態様において、前記ｙは、０．５である。本明細書の一実施態様において、前記共重合体の末端基としては、置換もしくは非置換のヘテロ環基、または置換もしくは非置換のアリール基である。本明細書の一実施態様において、前記共重合体の末端基は、４−（トリフルオロメチル）フェニル基（４−（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）である。

本明細書の一実施態様において、前記電子供与物質は、下記重合体１である。
［重合体１］

一つの実施態様において、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）である。本明細書の一実施態様において、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、前記重合体１である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、アセトニトリルであり、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）である。もう一つの実施態様において、前記非溶媒は、アセトニトリルであり、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）であり、前記熱処理温度は、前記供与物質のガラス転移温度以上、熱分解温度以下である。

本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、メタノールであり、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、前記重合体１である。本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、メタノールであり、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、前記重合体１であり、前記熱処理温度は、前記供与物質のガラス転移温度以上、熱分解温度以下である。本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、２−メトキシエタノールであり、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、前記重合体１である。

本明細書の一実施態様において、前記非溶媒は、２−メトキシエタノールであり、前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、前記電子供与物質は、前記重合体１であり、前記熱処理温度は、前記電子供与物質のガラス転移温度以上、熱分解温度以下である。

本明細書において、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含む。また、前記光活性層の電子受容物質および電子供与物質がバルクヘテロジャンクション（ＢＨＪ）を形成することができる。本明細書の一実施態様において、前記電子受容物質および前記電子供与物質は、１：１０から１０：１の割合（ｗ／ｗ）で混合される。もう一つの実施態様において、１：７から２：１の重量比で混合される。もう一つの実施態様において、前記電子受容物質および前記電子供与物質は、１：４から５：３の重量比で混合される。もう一つの実施態様において、前記電子受容物質および前記電子供与物質は、１：０．４から１：４の重量比で混合される。

前記電子受容物質が０．４重量比未満で配合されると、結晶化された電子受容物質の含有量が不足し、生成された電子の移動に障害が発生し、１０重量比を超えると、光を吸収する電子供与物質の量が相対的に減少し、光の効率的な吸収が行われない問題がある。もう一つの実施態様において、前記有機太陽電池は、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉ_ｃ＝ｃ／Ｉ_ｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇する有機太陽電池を提供する。

もう一つの実施態様において、前記有機太陽電池の効率は、非溶媒で処理される前の電子受容物質および電子供与物質を含む場合に比べて、１１０から２００％上昇する有機太陽電池を提供する。もう一つの実施態様において、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理される。この場合、前記有機太陽電池の効率は、非溶媒で処理され、熱処理される前の電子受容物質および電子供与物質を含む場合に比べて、１１０から１５０％上昇する有機太陽電池を提供する。

図１は、本明細書の一実施態様にかかる光活性層の製造方法を例示した図である。図２は、実施例１および比較例１から３のＪ−Ｖ曲線を示した図である。図２をみると、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）または熱処理だけを実施した場合より、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）と熱処理を併せて行う場合、有機太陽電池の効率が上昇することが分かる。

図３は、実施例１および比較例１から３の吸収スペクトルを示した図である。図３に示されるように、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）または熱処理だけを実施した場合より、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）と熱処理を併せて行う場合、高い光吸収率を提供する。これは、コンジュゲーション長さの上昇による効果である。

図４は、実施例１および比較例１から３のＸ線回折（Ｘ−ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を示したグラフである。図４に示されるように、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）と熱処理を併せて行う場合、光活性層のモルフォロジーおよび結晶度（ｃｒｙｓｔａｌｌｎｉｔｙ）が向上することが分かる。

図５は、比較例１から３のＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルを示したグラフである。図５では、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）または熱処理を行う場合、コンジュゲーション長さが長くなることを確認することができる。図６は、実施例１および比較例１から３のＡｕｇｅｒ電子分光法（Ａｕｇｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を示したグラフである。図６に示されるように、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）と熱処理を併せて行う場合、電極の光活性層内への浸透距離が増加することが分かる。この場合、光活性層と電極との界面面積が広くなり、有機太陽電池の効率が上昇する。

図７は、実施例１および比較例１から３の原子間力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）で観察した図である。図７に示されるように、非溶媒膨潤方法（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔｓｗｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）と熱処理を併せて行う場合、光活性層表面の実効値（Ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕｒｅ、ＲＭＳ）が増加する。光活性層表面の実効値が増加すると、光活性層と電極との接触面積が増加し、電子収集効率が増加する利点がある。前記置換基の例示は以下で説明するが、これに限定されるものではない。

本明細書において、前記アルキル基は、直鎖または分枝鎖であり得、炭素数は特に限定されないが、１から２０であることが好ましい。具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基およびヘプチル基などがあるが、これらに限定されない。

本明細書において、前記アルケニル基は、直鎖または分枝鎖であり得、炭素数は特に限定されないが、２から４０であることが好ましい。具体例としては、スチルベニル基（ｓｔｙｌｂｅｎｙｌ）、スチレニル基（ｓｔｙｒｅｎｙｌ）などのアリール基が置換されたアルケニル基が好ましいが、これらに限定されない。

本明細書において、前記アルコキシ基は、直鎖、分枝鎖または環鎖であり得る。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、炭素数１から２５であることが好ましい。具体的には、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロピルオキシ基、ｉｓｏ−プロピルオキシ基、ｎ−ブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基などとなり得るが、これらに限定されるものではない。

本明細書において、シクロアルキル基は特に限定されないが、炭素数３から６０であることが好ましく、特に、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が好ましい。本明細書において、ハロゲン基は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素となり得る。本明細書において、アリール基は、単環式であり得、炭素数は特に限定されないが、炭素数６から６０であることが好ましい。アリール基の具体例としては、フェニル基、ビフェニル基、トリフェニル基、ターフェニル基、スチルベン基などの単環式芳香族、およびナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、ピレニル基、ペリレニル基、テトラセニル基、クリセニル基、フルオレニル基、アセナフタセニル基、トリフェニレン基、フルオランテン（ｆｌｕｏｒａｎｔｈｅｎｅ）基などの多環式芳香族などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

本明細書において、ヘテロ環基は、異種原子としてＯ、ＮまたはＳを含むヘテロ環基であって、炭素数は特に限定されないが、炭素数２から６０であることが好ましい。ヘテロ環基の例としては、チオフェン基、フラン基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジン基、アクリジル基、ピリダジン基、キノリニル基、イソキノリン基、インドール基、カルバゾール基、ベンズオキサゾール基、ベンズイミダゾール基、ベンズチアゾール基、ベンズカルバゾール基、ベンズチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンズフラニル基、フェナントロリン基（ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）およびジベンゾフラニル基などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

本明細書において、イミド基の炭素数は特に限定されないが、炭素数１から２５であることが好ましい。具体的には、下記のような構造の化合物となり得るが、これに限定されるものではない。

本明細書において、アミド基は、アミド基の窒素が水素、炭素数１から２５の直鎖、分枝鎖または環鎖アルキル基、または炭素数６から２５のアリール基で１または２置換され得る。具体的には、下記構造式の化合物となり得るが、これに限定されるものではない。

本明細書において、エステル基は、エステル基の酸素が炭素数１から２５の直鎖、分枝鎖または環鎖アルキル基、または炭素数６から２５のアリール基で置換され得る。具体的には、下記構造式の化合物となり得るが、これに限定されるものではない。

本明細書において、ヘテロアリール基は、前述したヘテロ環基の例示の中から選択できる。本明細書において、フルオレニル基は、２個の環有機化合物が１個の原子を介して連

本明細書において、フルオレニル基は、開かれたフルオレニル基の構造を含み、ここで、開かれたフルオレニル基は、２個の環化合物が１個の原子を介して連結された構造において一方の環化合物が連結の切れた状態の構造であって、

本明細書において、アミン基は、炭素数は特に限定されないが、１から３０であることが好ましい。アミン基の具体例としては、メチルアミン基、ジメチルアミン基、エチルアミン基、ジエチルアミン基、フェニルアミン基、ナフチルアミン基、ビフェニルアミン基、アントラセニルアミン基、９−メチル−アントラセニルアミン基、ジフェニルアミン基、フェニルナフチルアミン基、ジトリルアミン基、フェニルトリルアミン基、トリフェニルアミン基などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

本明細書において、アリールアミン基の例としては、置換もしくは非置換の単環式のジアリールアミン基、置換もしくは非置換の多環式のジアリールアミン基、または置換もしくは非置換の単環式および多環式のジアリールアミン基を意味する。本明細書において、アリールオキシ基、アリールチオキシ基、アリールスルホキシ基およびアラルキルアミン基中のアリール基は、前述したアリール基の例示の通りである。本明細書において、アルキルチオキシ基、アルキルスルホキシ基、アルキルアミン基およびアラルキルアミン基中のアルキル基は、前述したアルキル基の例示の通りである。

本明細書において、ヘテロアリールアミン基中のヘテロアリール基は、前述したヘテロ環基の例示の中から選択できる。本明細書において、アリーレン基、アルケニレン基、フルオレニレン基、カルバゾリレン基およびヘテロアリーレン基は、それぞれアリール基、アルケニル基、フルオレニル基、カルバゾール基の２価基である。これらは、それぞれ２価基であることを除いては、前述したアリール基、アルケニル基、フルオレニル基、カルバゾール基の説明が適用可能である。

また、本明細書において、「置換もしくは非置換の」という用語は、重水素；ハロゲン基；アルキル基；アルケニル基；アルコキシ基；シクロアルキル基；シリル基；アリールアルケニル基；アリール基；アリールオキシ基；アルキルチオキシ基；アルキルスルホキシ基；アリールスルホキシ基；ホウ素基；アルキルアミン基；アラルキルアミン基；アリールアミン基；ヘテロアリール基；カルバゾール基；アリールアミン基；アリール基；フルオレニル基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基、およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含むヘテロ環基からなる群より選択された１個以上の置換基で置換されたか、またはいかなる置換基も有さないことを意味する。

本明細書の一実施態様において、前記光活性層の厚さは、５０から３００ｎｍである。もう一つの実施態様において、前記光活性層の厚さは、１００から２５０ｎｍである。もう一つの実施態様において、前記光活性層の厚さは、１５０ｎｍから２３０ｎｍである。光活性層の厚さが５０ｎｍ未満の場合、電荷の移動距離が短く、フィルファクター値が増加できるが、光吸収率が低下する問題があり、３００ｎｍを超える場合、十分な光活性層の厚さによって電流密度は増加するが、生成されたキャリアの遠い移動距離によって低いフィルファクター値を有する問題がある。したがって、前記範囲内では、電極などの界面間の抵抗とバルクでの抵抗があまり大きくなく、フィルファクターの値を増加させ、電流特性に優れ、十分な光活性の厚さによって生成されたエキシトンの界面での分離およびキャリアの移動長さが十分であるという利点がある。

前記電子受容物質および電子供与物質の固有の値とは、いかなる処理もなされていない、例えば、熱処理および／または非溶媒処理を行わなかった電子受容物質および電子共有物質を含む光活性層のＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉ_ｃ＝ｃ／Ｉ_ｃ−ｃ）を意味する。ＦＴ−ＩＲの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合、すなわち、Ｉ_ｃ＝ｃ／Ｉ_ｃ−ｃは、コンジュゲーション長さの増加を意味する。

本明細書の一実施態様において、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合が１１０から１５０％上昇する。もう一つの実施態様において、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合が１２０から１４０％上昇する。本明細書の一実施態様において、前記ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合が前記範囲内であれば、有機太陽電池のモルフォロジーの向上および結晶性が増加し、有機太陽電池の効率が増加する利点がある。

明細書の一実施態様において、前記光活性層の電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される。前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理される。前記ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉ_ｃ＝ｃ／Ｉ_ｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇する有機太陽電池の電子受容物質、電子供与物質、光活性層に関する説明は前述の通りである。

第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理され、前記有機太陽電池の効率が、非溶媒で処理される前の電子受容物質および電子供与物質を含む場合に比べて、１１０から２００％上昇する有機太陽電池を提供する。

前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理される。前記有機太陽電池の効率が、非溶媒で処理される前の電子受容物質および電子供与物質を含む場合に比べて、１１０から２００％上昇する有機太陽電池の電子受容物質、電子供与物質、光活性層、非溶媒および熱処理に関する説明は前述の通りである。

本明細書の一実施態様において、電子受容物質および電子供与物質を含む光活性層において、前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される光活性層を提供する。前記電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理される。前記光活性層の電子受容物質および電子供与物質、非溶媒および熱処理に関する説明は前述の通りである。

また、本明細書は、電子受容物質および電子供与物質を含む光活性層において、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉ_ｃ＝ｃ／Ｉ_ｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇する光活性層を提供する。前記光活性層の電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される。また、前記光活性層の電子受容物質および電子供与物質は、非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理される。さらに、前記光活性層の電子受容物質および電子供与物質、非溶媒および熱処理に関する説明は前述の通りである。

本明細書の一実施態様において、前記光活性層の最大吸収波長は、５００から６００ｎｍである。また、本明細書の一実施態様において、前記有機太陽電池は、第１電極、光活性層および第２電極を含む。もう一つの実施態様において、前記有機太陽電池は、基板、正孔輸送層および／または電子輸送層がさらに含まれ得る。また、本明細書の一実施態様において、前記光活性層と第１電極との間には、バッファー層がさらに導入できる。もう一つの実施態様において、光活性層と第２電極との間には、電子伝達層、正孔阻止層またはオプティカルスペース（ｏｐｔｉｃａｌｓｐａｃｅ）層がさらに導入される。

本明細書の一実施態様において、第１電極は、アノード電極であってもよく、カソード電極であってもよい。また、第２電極は、カソード電極であってもよく、アノード電極であってもよい。本明細書の一実施態様において、有機太陽電池は、アノード電極、光活性層およびカソード電極の順に配列されてもよく、カソード電極、光活性層およびアノード電極の順に配列されてもよいが、これに限定されない。もう一つの実施態様において、前記有機太陽電池は、アノード電極、正孔輸送層、光活性層、電子輸送層およびカソード電極の順に配列されてもよく、カソード電極、電子輸送層、光活性層、正孔輸送層およびアノード電極の順に配列されてもよいが、これに限定されない。

もう一つの実施態様において、前記有機太陽電池は、アノード電極、バッファー層、光活性層、カソード電極の順に配列されてもよい。本明細書において、前記バッファー層は、界面間のエネルギーバンドギャップの差を低減し、有機太陽電池の効率を上昇させる役割を果たす。前記バッファー層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群より選択される。

一つの実施態様において、前記バッファー層の厚さは、１から６０ｎｍである。もう一つの実施態様において、前記バッファー層の厚さは、１０から５０ｎｍである。もう一つの実施態様において、前記バッファー層の厚さは、３０から４５ｎｍである。前記範囲内でのバッファー層は、光透過度を向上させ、太陽電池の直列抵抗を低下させ、他の層の界面性質を向上させて、効率の高い太陽電池を製造することができる利点がある。

前記基板は、透明性、表面平滑性、取り扱い容易性および防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板となり得るが、これに限定されず、有機太陽電池に通常使用される基板であれば制限されない。具体的には、ガラスまたはＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）などがあるが、これらに限定されるものではない。

前記第１電極は、透明で、伝導性に優れた物質となり得るが、これに限定されない。バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属またはこれらの合金；亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のような金属酸化物；ＺｎＯ：ＡｌまたはＳＮＯ_２：Ｓｂのような金属と酸化物との組み合わせ；ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロールおよびポリアニリンのような伝導性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

前記第２電極は、仕事関数の小さい金属となり得るが、これに限定されない。具体的には、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズおよび鉛のような金属またはこれらの合金；ＬｉＦ／Ａｌ、ＬｉＯ_２／Ａｌ、ＬｉＦ／Ｆｅ、Ａｌ：Ｌｉ、Ａｌ：ＢａＦ_２、Ａｌ：ＢａＦ_２：Ｂａのような多層構造の物質となり得るが、これらに限定されるものではない。

前記正孔輸送層および／または電子輸送層物質は、電子と正孔を光活性層に効率的に伝達させることによって、生成される電荷が電極に移動する確率を高める物質となり得るが、特に制限されない。前記正孔輸送層物質は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｃｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｄｏｐｅｄｗｉｔｈｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃａｃｉｄ））、Ｎ、Ｎ'−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−［１，１'−ビフェニル］−４，４'−ジアミン（ＴＰＤ）となり得る。前記電子輸送層物質は、アルミニウムトリヒドロキシキノリン（Ａｌｑ_３）、１，３，４−オキサジアゾール誘導体のＰＢＤ（２−（４−ｂｉｐｈｅｙｌ）−５−ｐｈｅｎｙｌ−１，３，４−ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ）、キノキサリン誘導体のＴＰＱ（１，３，４−ｔｒｉｓ［（３−ｐｈｅｎｙｌ−６−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌ）ｑｕｎｏｘａｌｉｎｅ−２−ｙｌ］ｂｅｎｚｅｎｅ）およびトリアゾール誘導体などとなり得る。

前記電子輸送物質としては、陰極から電子がきちんと注入されて光活性層に移すことのできる物質であって、電子に対する移動性の大きい物質が好適である。具体例としては、８−ヒドロキシキノリンのＡｌ錯体；Ａｌｑ_３を含む錯体；有機ラジカル化合物；ヒドロキシフラボン−金属錯体などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

前記正孔注入物質としては、低い電圧で陽極から正孔がきちんと注入され得る物質であって、正孔注入物質のＨＯＭＯ（ｈｉｇｈｅｓｔｏｃｃｕｐｉｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｂｉｔａｌ）が陽極物質の仕事関数と周辺有機物層のＨＯＭＯとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体例としては、金属ポルフィリン（ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン系の有機物、キナクリドン（ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）系の有機物、ペリレン（ｐｅｒｙｌｅｎｅ）系の有機物、アントラキノンおよびポリアニリンとポリチオフェン系の伝導性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

本明細書の有機太陽電池は、光活性層を非溶媒で処理するか、非溶媒での処理と熱処理を併せて行うことを除いては、当該技術分野で知られている材料および方法で製造できる。本明細書は、基板を用意するステップと、前記基板の一領域に第１電極を形成するステップと、前記第１電極の上部に光活性層を含む有機物層を形成するステップと、前記光活性層を非溶媒で処理するステップと、前記有機物層に第２電極を形成するステップとを含む有機太陽電池の製造方法を提供する。

本明細書において、非溶媒で光活性層を処理するステップは、非溶媒を塗布するステップを含む。本明細書の一実施態様において、非溶媒で光活性層を処理するステップは、塗布された非溶媒を除去するステップを追加的に含む。前記非溶媒を除去するステップは、非溶媒の塗布後、必要によって時間を調節して、非溶媒で膨潤させるか、非溶媒で表面処理を進行させることができる。前記光活性層を非溶媒で処理するステップの前、同時または後に熱処理するステップをさらに含む。

本明細書の有機太陽電池は、例えば、基板上に第１電極、光活性層を含む有機物層および第２電極を順次に積層させることによって製造することができる。この時、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーンプリンティング、インクジェット、スピンコーティング、スプレーコーティングなどの湿式法でコーティングされ得るが、これらの方法にのみ限定されるものではない。一つの実施態様において、前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含む。前記電子受容物質、電子供与物質、非溶媒、光活性層、非溶媒処理方法および熱処理に関する説明は前述の通りである。

もう一つの実施態様において、前記光活性層は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）と［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）との混合溶液から形成される。もう一つの実施態様において、前記熱処理するステップの後、前記第２電極を形成するステップの前に有機物層を形成するステップをさらに含む。前記有機物層は、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層、バッファー層などがあり、これらに限定されない。

もう一つの実施態様において、前記第１電極を形成するステップの後、前記光活性層を形成するステップの前に有機物層を形成するステップをさらに含む。もう一つの実施態様において、前記第１電極を形成するステップの後、前記光活性層を形成するステップの前にバッファー層を形成するステップをさらに含む。もう一つの実施態様において、前記光活性層を非溶媒で表面処理するステップは、スピンコーティングまたはドロップコーティングである。

前記非溶媒処理方法と熱処理を行った光活性層を含む有機太陽電池の製造は、以下の実施例で具体的に説明する。しかし、下記の実施例は本明細書を例示するためのものであり、本明細書の範囲がこれらによって限定されるものではない。

有機太陽電池の製造および特性の測定
実施例１．非溶媒膨潤方法および熱処理を行った有機太陽電池の製造
有機太陽電池は、ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／光活性層（Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ）／Ａｌの構造とした。ＩＴＯがコーティングされたガラス基板は、蒸留水、アセトン、２−プロパノールを用いて超音波洗浄し、ＩＴＯ表面を１０分間オゾン処理した後、４０ｎｍの厚さにＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ＣｌａｖｉｏｓＰ）をスピンコーティングし、２００℃で５分間熱処理した。光活性層のコーティングのためには、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭを１：０．６の割合で混合物を形成し、２２０ｎｍの厚さにスピンコーティングして光活性層を形成した。８０μｌのアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）を１０分間隔で光活性層に塗布し、５０００ｒｐｍでスピンコーティングを行い、非溶媒膨潤方法で処理した。３ｘ１０^−６ｔｏｒｒの真空下、熱蒸発器（ｔｈｅｒｍａｌｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）を用いて、１５０ｎｍの厚さにＡｌを蒸着した。また、１５０℃で３０分間熱処理した。

比較例１．
前記実施例１とは異なり、非溶媒膨潤方法および熱処理を適用しなかったことを除いては、実施例１と同様に実施した。

比較例２．
前記実施例１とは異なり、熱処理を適用しなかったことを除いては、実施例１と同様に実施した。

比較例３．
前記実施例１とは異なり、非溶媒膨潤方法を適用しなかったことを除いては、実施例１と同様に実施した。

前記実施例１および比較例１から３のように製造された有機太陽電池の光電変換特性を１００ｍＷ／ｃｍ^２（ＡＭ１．５）の条件で測定し、下記表１にその結果を示した。

有機太陽電池の特性１

図２は、有機太陽電池の電流−電圧曲線を示したグラフである。前記表１の結果のように、非溶媒膨潤方法および熱処理をすべて適用した実施例１は、非溶媒膨潤方法および熱処理をいずれも適用しないか、２つの方法のうちのいずれか１つだけを適用した比較例１から３に比べて、効率が向上することが分かる。前記表１の結果のように、非溶媒膨潤方法および熱処理は、短絡電流密度とフィルファクターに影響を与えると共に、エネルギー変換効率に影響を与えることが分かる。

実施例２．非溶媒表面処理方法を行った有機太陽電池の製造
有機太陽電池は、ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／光活性層（下記重合体１：ＰＣＢＭ）／Ａｌの構造とした。ＩＴＯがコーティングされたガラス基板は、蒸留水、アセトン、２−プロパノールを用いて超音波洗浄し、ＩＴＯ表面を１０分間オゾン処理した後、２６ｎｍの厚さにＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ＣｌａｖｉｏｓＡＩ４０８３）をスピンコーティングし、２００℃で５分間熱処理した。光活性層のコーティングのためには、下記重合体１：ＰＣＢＭを１：１．７５の割合で混合物を形成し、１００ｎｍの厚さにスピンコーティングして光活性層を形成した。メタノール（Ｍｅｔｈａｎｏｌ）を光活性層に塗布し、５０００ｒｐｍでスピンコーティングを行い、非溶媒を除去する表面処理方法で処理した。３ｘ１０^−６ｔｏｒｒの真空下、熱蒸発器（ｔｈｅｒｍａｌｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）を用いて、１５０ｎｍの厚さにＡｌを蒸着した。

［重合体１］

実施例３．非溶媒表面処理方法を行った有機太陽電池の製造
前記実施例２でメタノールの代わりに２−メトキシエタノール（２−Ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ）を使用したことを除いては、実施例２と同様に実施した。

比較例４．
前記実施例２で非溶媒表面処理方法で処理しなかったことを除いて、実施例２と同様に実施した。実施例２、３および比較例４のように製造された有機太陽電池の光電変換特性を１００ｍＷ／ｃｍ^２（ＡＭ１．５）の条件で測定し、下記表２にその結果を示した。

前記表２の結果のように、非溶媒で光活性層の表面を処理する場合、光活性層の界面にダイポール（ｄｉｐｏｌｅ）の形成を通じてビルトイン電圧（Ｂｕｉｌｔ−ｉｎＰｏｔｅｎｔｉａｌ）の増加および表面エネルギートラップの減少による開放電圧およびフィルファクター（ＦＦ）の上昇によって、有機太陽電池の効率が上昇することが分かる。

Claims

第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、
前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、非溶媒で処理されることを特徴とする有機太陽電池。
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、前記非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理されることを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池。
前記非溶媒は、前記光活性層上に１分から６０分間塗布時、前記光活性層内部への非溶媒の浸透距離が前記光活性層の厚さの５％以上５０％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機太陽電池。
前記非溶媒は、水、アルカン系、ハロヒドロカーボン系、エーテル系、ケトン系、エステル系、窒素化合物、硫黄化合物、酸、アルコール系、フェノール系およびポリオール系からなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記アルカン系の非溶媒は、ｎ−ブタン、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、イソオクタン、ｎ−ドデカン、ジクロロメタン、シクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサンからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４に記載の有機太陽電池。
前記ハロヒドロカーボン系の非溶媒は、クロロメタン、ジクロロメタン、メチレンクロライド、１，１−ジクロロエチレン、エチレンジクロライド、クロロホルム、１，１−ジクロロエタン、トリクロロエチレン、カーボンテトラクロライド、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼンおよび１，１，２−トリクロロトリフルオランテンからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機太陽電池。
前記エーテル系の非溶媒は、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジエチルエーテルおよびジベンジルエーテルからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記ケトン系の非溶媒は、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジエチルケトン、アセトフェノン、メチルイソブチルケトン、メチルイソアミルケトン、イソホロンおよびジ−（イソブチル）ケトンからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記エステル系の非溶媒は、エチレンカーボネート、メチルアセテート、エチルホルメート、プロピレン−１，２−カーボネート、エチルアセテート、ジエチルカーボネート、ジエチルスルフェート、ｎ−ブチルアセテート、イソブチルアセテート、２−エトキシエチルアセテート、イソアミルアセテートおよびイソブチルイソブチレートからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記窒素化合物の非溶媒は、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、ニトロエタン、２−ニトロプロパン、ニトロベンゼン、エタノールアミン、エチレンジエムメ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｅｍｍｅ）、ピリジン、モルホリン、アナリン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、シクロヘキシルアミン、キノリン、ホルムアミドおよびＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から９のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記硫黄化合物の非溶媒は、カーボンジスルフィド、ジメチルスルホキシドおよびエタンチオールからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から１０のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記アルコール系の非溶媒は、メタノール、エタノール、アリルアルコール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２−メトキシエタノールおよび１−デカノールからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から１１のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記酸の非溶媒は、ギ酸、酢酸、安息香酸、オレイン酸、ステアリン酸からなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から１２のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記フェノール系の非溶媒は、フェノール、レゾルシノール、ｍ−クレゾールおよびメチルサリシレートからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から１３のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記ポリオール系の非溶媒は、エチレングリコール、グリセロール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびジプロピレングリコールからなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４から１４のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記電子受容物質は、フラーレン誘導体または非フラーレン誘導体であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記フラーレン誘導体は、Ｃ６０からＣ９０のフラーレン誘導体であることを特徴とする請求項１６に記載の有機太陽電池。
前記非フラーレン誘導体は、ＬＵＭＯエネルギー準位が−２．０から６．０ｅＶであることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の有機太陽電池。
前記電子供与物質は、少なくとも１種の電子供与体、または少なくとも１種の電子受容体と少なくとも１種の電子供与体との重合体を含むことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記電子供与体は、下記化学式からなる群より１または２以上を含むことを特徴とする請求項１９に記載の有機太陽電池。
前記化学式において、
ａは、０から４の整数であり、
ｂは、０から６の整数であり、
ｃは、０から８の整数であり、
ｄおよびｅは、それぞれ０から３の整数であり、
ｆおよびｇは、それぞれ０から２の整数であり、
Ｒ２およびＲ３は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができ、
Ｘ１からＸ３は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択され、
Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群より選択され、
前記ＲおよびＲ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。
前記電子受容体は、下記化学式からなる群より選択される１または２以上を含むことを特徴とする請求項１９に記載の有機太陽電池。
前記化学式において、
Ｒ２からＲ５は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができ、
Ｘ１およびＸ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択され、Ｙ１からＹ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群より選択され、
ＲおよびＲ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。
前記電子供与物質は、下記化学式１から３のうちのいずれか１つで表されるＡ単位と、
下記化学式４で表されるＢ単位と、
下記化学式５で表されるＣ単位とを含む重合体を含むことを特徴とする請求項１９に記載の有機太陽電池。
［化学式１］
［化学式２］
［化学式３］
［化学式４］
［化学式５］
化学式１から５において、
ｆおよびｇは、それぞれ０から２の整数であり、
Ｒ２からＲ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができ、
Ｘ１からＸ５は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択され、
Ｙ３からＹ５は、互いに同一または異なり、それぞれ独立にＣＲ、Ｎ、ＳｉＲ、ＰおよびＧｅＲからなる群より選択され、
ＲおよびＲ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアラルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；置換もしくは非置換のカルバゾール基；およびＮ、Ｏ、Ｓ原子のうちの１個以上を含む置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択されるか、隣接した２個の置換基は互いに結合して縮合環を形成することができる。
前記非溶媒は、窒素化合物の非溶媒であることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記非溶媒は、アセトニトリルであることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記非溶媒は、アルカン系、エーテル系、アルコール系および酸からなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記非溶媒は、メタノールまたは２−メトキシエタノールであることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記熱処理の温度は、前記供与物質のガラス転移温度（Ｔｇ）以上熱分解温度以下であることを特徴とする請求項２に記載の有機太陽電池。
前記電子受容物質は、［６，６］−フェニルＣ−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）であり、
前記電子供与物質は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）または下記化学式６で表される単位を含む重合体であることを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池。
［化学式６］
化学式６において、
ｘは、モル分率であって、０＜ｘ＜１の実数であり、
ｙは、モル分率であって、０＜ｙ＜１の実数であり、ｘ＋ｙ＝１であり、
ｎは、１から１０，０００の整数であり、
Ｒ１０からＲ１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基である。
前記有機太陽電池は、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉｃ＝ｃ／Ｉｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および前記電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇することを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記有機太陽電池の効率は、非溶媒で処理される前の前記電子受容物質および前記電子供与物質を含む場合に比べて、１１０から２００％上昇することを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記電子受容物質と前記電子供与物質との比は、１：１０から１０：１であることを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記光活性層の厚さは、５０から３００ｎｍであることを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記有機物層は、バッファー層を含むことを特徴とする請求項１から２８のいずれか１項に記載の有機太陽電池。
前記バッファー層の厚さは、１ｎｍから６０ｎｍであることを特徴とする請求項３３に記載の有機太陽電池。
第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、
前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、
ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉｃ＝ｃ／Ｉｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および前記電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇することを特徴とする有機太陽電池。
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、非溶媒で処理されることを特徴とする請求項３５に記載の有機太陽電池。
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、前記非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理されることを特徴とする請求項３６に記載の有機太陽電池。
第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に具備され、光活性層を含む有機物層とを含み、
前記光活性層は、電子受容物質および電子供与物質を含み、
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、非溶媒で処理され、
有機太陽電池の効率が、非溶媒で処理される前の前記電子受容物質および前記電子供与物質を含む場合に比べて、１１０から２００％上昇することを特徴とする有機太陽電池。
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、前記非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理されることを特徴とする請求項３８に記載の有機太陽電池。
電子受容物質および電子供与物質を含む光活性層において、
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、非溶媒で処理されることを特徴とする光活性層。
前記非溶媒は、水、アルカン系、ハロヒドロカーボン系、エーテル系、ケトン系、エステル系、窒素化合物、硫黄化合物、酸、アルコール系、フェノール系およびポリオール系からなる群より１または２以上が選択されることを特徴とする請求項４０に記載の光活性層。
前記光活性層は、ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉｃ＝ｃ／Ｉｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および前記電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇することを特徴とする請求項４０または４１に記載の光活性層。
電子受容物質および電子供与物質を含む光活性層において、
ＦＴ−ＩＲの吸収スペクトルの反対称（ａｎｔｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値と対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）値との割合（Ｉｃ＝ｃ／Ｉｃ−ｃ）が、前記電子受容物質および前記電子供与物質の固有の値に比べて、１１０から１５０％上昇することを特徴とする光活性層。
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、非溶媒で処理されることを特徴とする請求項４３に記載の光活性層。
前記電子受容物質および前記電子供与物質は、非溶媒で処理される前、同時または後に熱処理されることを特徴とする請求項４０、４１、４３及び４４のいずれか１項に記載の光活性層。
基板を用意するステップと、
前記基板の一領域に第１電極を形成するステップと、
前記第１電極の上部に光活性層を含む有機物層を形成するステップと、
前記光活性層を非溶媒で処理するステップと、
前記有機物層に第２電極を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項１から２８および３５から３９のいずれか１項に記載の有機太陽電池の製造方法。
前記非溶媒で処理するステップの前、同時または後に熱処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４６に記載の有機太陽電池の製造方法。
前記第１電極を形成するステップの後、
前記光活性層を形成するステップの前に前記有機物層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４６又は４７に記載の有機太陽電池の製造方法。
前記第１電極を形成するステップの後、
前記光活性層を形成するステップの前にバッファー層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４６から４８のいずれか１項に記載の有機太陽電池の製造方法。
前記熱処理するステップの温度は、前記供与物質のガラス転移温度（Ｔｇ）以上熱分解温度以下であることを特徴とする請求項４７に記載の有機太陽電池の製造方法。
前記光活性層の厚さは、５０から３００ｎｍであることを特徴とする請求項４６から５０のいずれか１項に記載の有機太陽電池の製造方法。