JP2016157936A - 光電変換素子及び太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた光電変換特性を得ることが可能な光電変換素子を提供する。【解決手段】光電変換素子は、一対の電極と、その一対の電極の間に配置された光電変換層と、その光電変換層を２層以上に分離する１以上の中間層とを備える。１以上の中間層のうちの少なくとも１つは、７ｎｍ以上３５ｎｍ以下の厚さを有するアルミニウム層を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、一対の電極の間に光電変換層を備えた光電変換素子及びそれを用いた太陽電池に関する。

近年、光電変換素子（光電変換層）を備えた太陽電池（太陽光発電）に関する研究及び開発が盛んに行われている。この場合には、持続的に利用できること、資源の枯渇に起因する問題が少ないこと、環境汚染を発生させにくいこと等が重視されている。

太陽電池は、主に、Ｓｉ系又は非Ｓｉ系等の無機系太陽電池と、色素増感型又は有機薄膜型等の有機系太陽電池とに大別される。

無機系太陽電池では、概して、光電変換効率が高いという利点が得られる反面、高真空環境又は高温熱処理等を要するため、製造コストが高くなるという欠点がある。

これに対して、有機系太陽電池では、製膜方法として塗布法又は印刷法等を用いることができるため、製造コストが安くなると共に、製膜面積の大面積化も可能になるという利点が得られる。しかも、無機系太陽電池と比較して、太陽電池を軽量化できることも利点として挙げられる。

中でも、有機薄膜型の太陽電池では、印刷法を用いて有機薄膜を容易に製膜できると共に、フィルム等に対する製膜も容易であるため、フレキシブルな太陽電池を容易に実現できる。

この有機薄膜型の太陽電池では、変換効率を向上させるために、いわゆるタンデム型（多接合型又は積層型等とも呼ばれる）の素子構造が採用されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

タンデム型の素子構造を有する太陽電池は、利用波長が異なる複数の光電変換層を備えており、その太陽電池が正常に駆動すると、複数の光電変換層を用いていることに起因して高い出力電圧（Ｖｏｃ）が得られる。

この複数の光電変換層を備えた太陽電池では、０．５ｎｍ〜２．０ｎｍ程度の厚さを有する中間層（接合層）が光電変換層間に設けられており、その中間層は、金属酸化物、導電性高分子材料又は金属薄膜等の透明な導電性材料を含んでいる。金属酸化物は、酸化チタン、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）又はアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）等である。導電性高分子材料は、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）又はポリアニリン等である。金属薄膜は、銀、金又はアルミニウム等である。中でも、製膜が容易であるため、金属薄膜が広く用いられている。

タンデム型の素子構造を有する太陽電池では、光電変換層の形成材料として、シリコン系又は化合物半導体系（例えば、Ｇａ−Ａｓ系等）の無機系材料（無機半導体材料）が広く検討されている。一方、光電変換層の形成材料として、有機系材料（有機半導体材料）に関しても検討が進められている。

しかしながら、有機系材料を用いた場合には、中間層として金属薄膜を用いると、１つ（単層）の光電変換層を用いた場合と同程度の出力電圧（Ｖｏｃ）しか得られない。このため、タンデム型の素子構造の利点、即ち複数の光電変換層を用いる効果が活かされていない状況にある。

但し、中間層の形成材料として金属酸化物を用いた場合には、タンデム型の素子構造の利点が得られるため、高い出力電圧が得られることが報告されている（例えば、非特許文献１，２参照。）。

特公昭６３−０３３３０８号公報 特開２０１４−０４９５５０号公報

Appl. Phys. Lett., 90, 143512(2007) Science, 317, 222(2007)

光電変換層の形成材料として有機系材料を用いる意義は、上記したように、製膜方法として塗布法又は印刷法等を適用できることにある。

しかしながら、有機系材料を用いて光電変換層を形成する場合には、一般的に、その有機系材料は、有機溶剤により溶解された状態で用いられる。この場合には、中間層を備えた太陽電池の製造工程において、有機系材料を含む溶液が中間層の表面に供給されるため、その中間層の表面に保護層が形成されていない場合には、溶液の供給時において下地の中間層及び光電変換層が悪影響を受けやすくなる。これにより、タンデム型の素子構造の利点が十分に得られないため、太陽電池において十分な光電変換特性を得ることが困難になる。

本発明の目的は、優れた光電変換特性を得ることが可能な光電変換素子及び太陽電池を提供することにある。

本発明者は、上記した目的を達成するために鋭意検討した結果、光電変換層を２層以上に分離する１以上の中間層が所定の厚さのアルミニウム層を含むことで、上記した課題が解決されることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明の光電変換層は、一対の電極と、その一対の電極の間に配置された光電変換層と、その光電変換層を２層以上に分離する１以上の中間層とを備えたものである。この１以上の中間層のうちの少なくとも１つは、７ｎｍ以上３５ｎｍ以下の厚さを有するアルミニウム層を含む。

また、本発明の太陽電池は、光電変換素子を備え、その光電変換素子が上記した本発明の光電変換素子と同様の構成を有するものである。

ここで、「光電変換層を２層以上に分離する１以上の中間層」とは、光電変換層に挿入される中間層の数に応じて、その光電変換層の分離数（層数）が決定されることを意味している。すなわち、一例を挙げると、中間層の数が１つである場合には、その１つの中間層により光電変換層が２つに分離されるため、その光電変換層の層数は２層になる。また、中間層の数が２つである場合には、その２つの中間層により光電変換層が分離されるため、その光電変換層の層数は３層になる。

本発明の光電変換素子又は太陽電池によれば、光電変換層を２層以上に分離する１以上の中間層のうちの少なくとも１つは、７ｎｍ以上３５ｎｍ以下の厚さを有するアルミニウム層を含んでいる。よって、優れた光電変換特性を得ることができる。

図１は、本発明の光電変換素子の構成の一例を表す図である。 図２は、本発明の光電変換素子の他の構成の一例を表す図である。

以下、本発明に関して詳細に説明する。説明する順序は、下記の通りである。但し、本発明に関する詳細は、以下で説明する態様に限定されるわけではなく、適宜変更可能である。

１．光電変換素子
１−１．基本構成
１−２．構成例１
１−３．構成例２
１−４．作用及び効果
１−５．変形例
２．光電変換素子の適用例

＜１．光電変換素子＞
まず、本発明の光電変換素子の構成に関して説明する。

＜１−１．基本構成＞
図１は、光電変換素子の構成の一例を表している。尚、図１に示した上向きの矢印は、光電変換素子に入射する光（外光）を表しており、その光は、ｈｖ（ｈ＝プランク定数，ｖ＝振動数）で表されるエネルギーを有している。

この光電変換素子は、主に、互いに対向配置された一対の電極（第１電極２及び第２電極７）と、その一対の電極の間に配置された光電変換層４と、その光電変換層４を２層以上に分離する１以上の中間層５とを備えている。但し、光電変換素子は、更に、上記以外の他の層のうちのいずれか１又は２以上を備えていてもよい。

上記したように、光電変換素子は、２層以上の光電変換層４を備えている。即ち、ここで説明する光電変換素子は、タンデム型の素子構造を有している。

光電変換層４の層数は、２層以上であれば、特に限定されない。また、中間層５の数は、１以上であれば、特に限定されない。但し、２層以上の光電変換層４において、隣り合う２つの光電変換層４が中間層５を介して分離（離間）されることを条件とする。

尚、上記したように、光電変換層４の分離数（層数）は、中間層５の数に応じて決定される。一例を挙げると、中間層５の数が１つである場合には、光電変換層４の層数は２層になると共に、中間層５の数が２つである場合には、光電変換層４の層数は３層になる。

中間層５の数は、上記したように、１つの場合もあれば、２つ以上の場合もあるが、その中間層５のうちの１つ以上は、所定の範囲内の厚さ（＝７ｎｍ〜３５ｎｍ）を有するアルミニウム層を含んでいる。

＜１−２．構成例１＞
ここでは、例えば、図１に示したように、光電変換層４は、１つの中間層５により２層に分離されている。これに伴い、光電変換素子は、例えば、２つの光電変換層４（第１光電変換層４１及び第２光電変換層４２）と、１つの中間層５（中間層５１）とを備えている。

より具体的には、光電変換素子は、例えば、支持体１の上に、第１電極２と、第１電荷移動層３と、第１光電変換層４１と、中間層５１と、第２光電変換層４２と、第２電荷移動層６と、第２電極７とがこの順に積層された構造を有している。

［支持体］
支持体１は、第１電極２等を支持する。この支持体１の形成材料及び厚さ等は、第１電極２等を安定に支持（保持）することが可能であれば、特に限定されない。但し、支持体１は、光電変換素子の内部（光電変換層４）に外光を導くために、透明性を有している。この「透明性」とは、光電変換層４において光電変換するために用いられる所定の波長領域（例えば、可視光領域等）の光を十分に透過させる性質（光透過性）である。尚、支持体１は、剛性を有する基板等でもよいし、フレキシブル性を有するフィルム等でもよいし、両者の組み合わせでもよい。

この支持体１は、例えば、無機材料及び有機材料等のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。無機材料の具体例は、ガラス等である。有機材料の具体例は、高分子材料等であり、その高分子材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、テトラアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエステルスルフォン及びシンジオタクチックポリスチレン等である。

尚、第１電極２が十分な剛性（硬度又は自立性）を有していない場合には、その第１電極２等を安定に支持するために、光電変換素子は支持体１を備えていることが好ましい。一方、第１電極２等が十分な剛性を有している場合には、光電変換素子は支持体１を備えていなくてもよい。この場合には、第１電極２が支持体１の役割を兼ねることになる。

［第１電極］
第１電極２は、上記した支持体１と同様に、光電変換素子の内部（光電変換層４）に外光を導くために透明性を有している。すなわち、第１電極２は、いわゆる透明電極である。

この第１電極２は、例えば、透明性を有する導電性材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでおり、その透明性を有する導電性材料は、例えば、金属酸化物及び高分子材料（有機導電性化合物）等である。金属酸化物の具体例は、酸化亜鉛、酸化錫（ＮＥＳＡ）、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）及びフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）等である。高分子材料の具体例は、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）等である。

尚、第１電極２の形成方法は、例えば、ドライプロセス及びウェットプロセスのうちのいずれか１種類又は２種類以上である。このドライプロセス及びウェットプロセスの詳細に関しては、後述する。この他、第１電極２は、ゾルゲル法等を用いた焼成プロセスにより形成されてもよい。

第１電極２の厚さは、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍである。但し、第１電極２の厚さは、例えば、その第１電極２の形成材料に応じて異なる場合がある。

［第１電荷移動層］
第１電荷移動層３は、第１電極２の形成材料が光電変換層４に侵入（反応）することを防止する。また、第１電荷移動層３は、光電変換層４において分離された電荷が再結合することを防止すると共に、その電荷を効率よく第１電極２に移動させる。

この第１電荷移動層３は、例えば、電荷移動物質のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。電荷移動物質の具体例は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、酸化バナジウム（Ｖ₂ Ｏ₅ ）、酸化亜鉛、フッ化リチウム、酸化チタン（ＴｉＯ_x ）及びナフタレンテトラカルボン酸無水物等である。

第１電荷移動層３は、上記した第１電極２と同様に、光電変換素子の内部（光電変換層４）に外光を導くために透明性を有している。一例を挙げると、光電変換層４が後述するＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ等の有機バルクへテロ接合素子である場合には、第１電荷移動層３はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含む。

尚、第１電荷移動層３の形成方法は、例えば、ドライプロセス及びウェットプロセスのうちのいずれか１種類又は２種類以上である。このドライプロセス及びウェットプロセスの詳細に関しては、後述する。第１電荷移動層３の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは０．１ｎｍ〜５０ｎｍである。

［光電変換層］
第１光電変換層４１は、例えば、光電変換材料（有機半導体材料）のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。この光電変換材料は、ｐ型有機半導体材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上と、ｎ型有機半導体材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上とを含んでいる。具体的には、第１光電変換層４１は、例えば、有機バルクへテロ接合素子、超階層ナノ構造接合素子、ハイブリッドヘテロ接合型素子及びｐ−ｉ−ｎ接合型素子等である。中でも、有機バルクヘテロ接合素子が好ましい。

ｐ型有機半導体材料の具体例は、フタロシアニン系顔料、インジゴ系顔料、チオインジゴ系顔料及びキナクリドン系顔料等である。

また、ｐ型有機半導体材料の具体例は、トリアリールメタン、トリアリールアミン、オキサゾール、ヒドラゾン、スチルベン、ピラゾリン、ポリシラン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール及びそれらの誘導体等である。ポリフェニレンビニレンの誘導体は、例えば、ポリ［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）及びポリ［２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチロキシ）−１，４−フェニレンビニレン］等である。ポリチオフェンの誘導体の具体例は、ポリ（３−ドデシルチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）及びポリ（３−オクチルチオフェン））等である。

更に、ｐ型有機半導体材料の具体例は、下記の（Ｚ−１）〜（Ｚ−２５）のそれぞれで表される２価の基のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含む高分子材料である。高分子材料の具体的な構成は、上記した２価の基のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる化合物であれば、特に限定されない。この高分子材料は、例えば、上記した２価の基のうちのいずれか１種類又は２種類以上を繰り返し単位中に含んでいる。

（Ｘ１は、硫黄原子（Ｓ）及びＮＲ２のうちのいずれかである。Ｘ２は、硫黄原子、ＮＲ２、ＣＲ３Ｒ４及びＳｉＲ３Ｒ４のうちのいずれかである。Ｘ３は、硫黄原子、酸素原及びＮＲ２のうちのいずれかである。Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれは、１価の炭化水素基及びその誘導体のうちのいずれかである。ｋは、１〜４の整数のうちのいずれかである。）

「１価の炭化水素基」とは、炭素及び水素により構成される１価の基の総称であり、直鎖状でもよいし、１または２以上の側鎖を有する分岐状でもよい。１価の炭化水素基の種類は、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基及びそれらの２種類以上が結合された１価の基（以下、「１価結合基」と呼称する。）等である。尚、１価の炭化水素基の炭素数は、特に限定されない。

アルキル基の種類は、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ｔ−アミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、イソヘプチル基、ｔ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、イソオクチル基、ｔ−オクチル基及びノニル基等である。アルケニル基の種類は、特に限定されないが、例えば、ビニル基及びアリル基等である。アルキニル基の種類は、特に限定されないが、例えば、エチニル基等である。シクロアルキル基の種類は、特に限定されないが、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基及びシクロデシル基及びシクロヘキシルフェニル基等である。アリール基の種類は、特に限定されないが、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレイル基、チオフェニルフェニル基、フラニルフェニル基、２’−フェニル−プロピルフェニル基及びナフチルメチル基等である。１価結合基の種類は、特に限定されないが、例えば、ベンジル基等である。

「１価の炭化水素基の誘導体」とは、例えば、１価の炭化水素基に含まれている水素原子のうちの１又は２以上が他の原子又は他の基により置換された基である。他の原子又は他の基の詳細に関しては、後述する。

また、「１価の炭化水素基の誘導体」とは、例えば、その１価の炭化水素基のうちの途中に１又は２以上の２価の連結基が導入された基でもよい。１価の炭化水素基に２価の連結基が導入される場合には、１価の炭化水素基のうちの炭素鎖が２つの炭素鎖に分断されると共に、その２つの炭素鎖が２価の連結基を介して結合される。２価の連結基の種類は、特に限定されないが、例えば、−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−、−ＯＣ（＝Ｏ）−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ₂ −、−ＮＲ１０−、−ＨＣ＝ＣＨ−及び−Ｃ≡Ｃ−等である。Ｒ１０は、１価の炭化水素基及びその誘導体である。１価の炭化水素基及びその誘導体に関する詳細は、上記した通りである。

尚、（Ｚ−１）〜（Ｚ−２５）のそれぞれに示した２価の基に含まれている水素原子のうちの１又は２以上は、他の原子又は他の基により置換されていてもよい。

他の原子の種類は、特に限定されないが、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等である。

他の基の種類は、特に限定されないが、例えば、シアノ基、ニトロ基、水酸基、チオール基、アミノ基誘導体（−ＮＲ５Ｒ６）、１価の炭化水素基及びその誘導体、並びに１価の複素環基及びその誘導体等である。

Ｒ５及びＲ６のそれぞれは、１価の炭化水素基及びその誘導体である。１価の炭化水素基に関する詳細は、上記した通りである。１価の炭化水素基の誘導体は、上記したように、１価の炭化水素基に含まれている水素原子のうちの１又は２以上が上記した他の原子又は上記した他の基（但し、１価の炭化水素基及びその誘導体を除く。）により置換された基である。

他の基の候補である１価の炭化水素基及びその誘導体に関する詳細は、例えば、上記したＲ５及びＲ６のそれぞれの候補である１価の炭化水素基及びその誘導体に関する詳細と同様である。

１価の複素環基の種類は、特に限定されないが、例えば、チアゾリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、チオフェニル基、フラニル基、ビチオフェニル基及びターチオフェニル基等である。１価の複素環基の炭素数は、特に限定されないが、例えば、１〜４０、好ましくは４〜２２である。

１価の複素環基の誘導体とは、１価の複素環基に含まれている水素原子のうちの１又は２以上が他の原子又は他の基により置換された基である。他の原子又は他の基に関する詳細は、例えば、上記した通りである。

ｎ型有機半導体材料の具体例は、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、多環キノン系顔料、アゾ系顔料、フラーレン、有機金属錯体、オキサジアゾール、トリアゾール、フェナントロリン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、ジフェニルキノン、ニトロ置換フルオレノン、チオピランジオキサイド及びそれらの誘導体等である。フラーレンは、例えば、Ｃ６０フラーレン及びＣ７０フラーレン等である。有機金属錯体は、例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム、ビス（１０−ベンゾ［ｈ］キノリノラート）ベリリウム、５−ヒドロキシフラボンのベリリウム塩及び５−ヒドロキシフラボンのアルミニウム塩等である。オキサジアゾールの誘導体は、例えば、１，３−ビス［５’−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２’−イル］ベンゼン等である。トリアゾールの誘導体は、例えば、３−（４’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４’’−ビフェニル）−１，２，４−トリアゾール等である。フェナントロリンの誘導体は、例えば、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（バソクプロイン：ＢＣＰ）等である。

中でも、フラーレン及びその誘導体が好ましい。ｎ型有機半導体材料の中でも高いキャリア移動度が得られると共に、電荷分離効率も高いため、タンデム型の素子構造の利点がより得られやすいからである。
からである。

ここで、上記したフラーレン及びその誘導体の具体例は、下記のＣ１〜Ｃ６等である。Ｃ１は、フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）である。Ｃ２は、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸ブチル（ＰＣＢＢ）である。Ｃ３は、フェニル−Ｃ６１−酪酸オクチルエステル（ＰＣＢＯ）である。Ｃ４は、チエニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル（ＴｈＣＢＭ）、Ｃ５は、［７０］ＰＣＢＭである。中でも、Ｃ１（ＰＣＢＭ）が好ましい。電子準位の整合性に優れていると共に、容易に入手可能だからである。

光電変換材料において、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料との混合比（重量比）は、特に限定されない。この混合比（重量比）は、例えば、ｐ型有機半導体材料：ｎ型有機半導体材料＝１０：９０〜９０：１０、好ましくは１０：９０〜７０：３０、より好ましくは２０：８０〜５０：５０である。

第１光電変換層４１の形成方法は、特に限定されないが、例えば、ドライプロセス及びウェットプロセスのうちのいずれか１種類又は２種類以上である。

ドライプロセスの具体例は、蒸着法、物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、原子層エピタキシー法（ＡＬＥ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、気相エピタキシー法（ＶＰＥ）、スパッタ法及びプラズマ重合法等である。

ウェットプロセスの具体例は、塗布法及び印刷法等である。塗布法の種類は、特に限定されないが、例えば、ディップコート法、キャスト法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スピンコート法及びＬＢ法等である。印刷法の種類は、特に限定されないが、例えば、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、インクジェット法及びエクストルージョンコート法等である。尚、第１光電変換層４１を形成した後、必要に応じて第１光電変換層４１を加熱処理（アニーリング）してもよい。

第１光電変換層４１の厚さは、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ〜５０００ｎｍである。

第１光電変換層４１の形成方法としてウェットプロセスを用いる場合には、溶媒のうちのいずれか１種類又は２種類以上を用いて光電変換材料を溶解又は分散させてもよい。この場合には、第１光電変換層４１を形成するために、光電変換材料を含む溶液（例えば、塗布液等）が用いられる。

溶媒の種類は、光電変換材料を溶解又は分散させることが可能である媒質であれば、特に制限されない。但し、溶媒に溶解又は分散させる光電変換材料は、ｐ型有機半導体材料及びｎ型有機半導体材料のうちのいずれか一方だけでもよいし、双方でもよい。溶媒の具体例は、水及び有機溶剤等である。水の種類は、特に限定されないが、例えば、純水等である。有機溶剤の種類は、特に限定されないが、例えば、アルコール系溶剤、ジオール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤、脂環族炭化水素系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、シアノ基を有する炭化水素溶剤、ハロゲン化炭化水素系溶剤及びその他の有機溶剤等である。

アルコール系溶剤は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、イソブタノール、２−ブタノール、第３ブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、２−ペンタノール、ネオペンタノール、第３ペンタノール、ヘキサノール、２−ヘキサノール、ヘプタノール、２−ヘプタノール、オクタノール、２―エチルヘキサノール、２−オクタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、メチルシクロペンタノール、メチルシクロヘキサノール、メチルシクロヘプタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングルコールモノエチルエーテル、ジエチレングル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、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、２−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）エタノール及び３（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロパノール等である。

ジオール系溶剤は、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、イソプレングリコール（３−メチル−１，３−ブタンジオール）、１，２−ヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，２−オクタンジオール、オクタンジオール（２−エチル−１，３−ヘキサンジオール）、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、１，２−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール及び１，４−シクロヘキサンジメタノール等である。

ケトン系溶剤は、例えば、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルヘキシルケトン、エチルブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン及びメチルシクロヘキサノン等である。

エステル系溶剤は、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸第２ブチル、酢酸第３ブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸第３アミル、酢酸フェニル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸第２ブチル、プロピオン酸第３ブチル、プロピオン酸アミル、プロピオン酸イソアミル、プロピオン酸第３アミル、プロピオン酸フェニル、２−エチルヘキサン酸メチル、２−エチルヘキサン酸エチル、２−エチルヘキサン酸プロピル、２−エチルヘキサン酸イソプロピル、２−エチルヘキサン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸メチル、メトキシプロピオン酸エチル、エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第２ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第３ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第２ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第３ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第２ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第３ブチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、オキソブタン酸メチル、オキソブタン酸エチル、γ−ラクトン、マロン酸ジメチル、コハク酸ジメチル、プロピレングリコールジアセテート及びδ−ラクトン等である。

エーテル系溶剤は、例えば、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、モルホリン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジエチルエーテル及びジオキサン等である。

脂肪族炭化水素系溶剤及び脂環族炭化水素系溶剤は、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカリン、ソルベントナフサ、テレピン油、Ｄ−リモネン、ピネン、ミネラルスピリット、スワゾール＃３１０（コスモ松山石油株式会社製）及びソルベッソ＃１００（エクソン化学株式会社製）等である。

芳香族炭化水素系溶剤は、例えば、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ジエチルベンゼン、クメン、イソブチルベンゼン、シメン及びテトラリン等である。

シアノ基を有する炭化水素溶剤は、例えば、アセトニトリル、１−シアノプロパン、１−シアノブタン、１−シアノヘキサン、シアノシクロヘキサン、シアノベンゼン、１，３−ジシアノプロパン、１，４−ジシアノブタン、１，６−ジシアノヘキサン、１，４−ジシアノシクロヘキサン及び１，４−ジシアノベンゼン等である。

ハロゲン化炭化水素系溶剤は、例えば、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びトリクロロベンゼン等である。

その他の有機溶剤は、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アニリン、トリエチルアミン、ピリジン及び二硫化炭素等である。

中でも、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びトリクロロベンゼン等が好ましい。優れた溶解性及び分散性が得られるからである。

第１光電変換層４１の形成工程において、光電変換材料を含む溶液を用いる場合には、その溶液中における光電変換材料の含有量は、第１光電変換層４１の形成に支障を生じなければ、特に限定されない。この溶液中における光電変換材料の含有量は、例えば、溶媒１００重量部に対して０．１重量部〜２０重量部、好ましくは１重量〜１０重量部、より好ましくは３重量部〜７重量部である。第１光電変換層４１を容易且つ安定に形成しやすいからである。なお、２種類以上の光電変換材料を用いた場合において、上記した光電変換材料の含有量とは、その２種類以上の光電変換材料の含有量の総和である。

尚、第１光電変換層４１は、有機溶剤により溶解可能である高分子材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいることが好ましい。有機溶剤のうちのいずれか１種類又は２種類以上を用いて、光電変換材料が溶解又は分散された溶液を調製することが可能になるため、その第１光電変換層４１の形成方法として、ウェットプロセスを用いることができるからである。

有機溶剤により溶解可能である高分子材料の種類は、特に限定されないが、例えば、上記した（Ｚ−１）〜（Ｚ−２５）のそれぞれに示した２価の基のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含む高分子材料等である。尚、有機溶剤の種類に関する詳細は、上記した通りである。

第２光電変換層４２の形成材料、形成方法及び厚さ等は、例えば、第１光電変換層４１の形成材料、形成方法及び厚さ等と同様である。但し、第２光電変換層４２の形成方法は、ウェットプロセスであることが好ましい。これに伴い、第２光電変換層４２は、有機溶剤により溶解可能である高分子材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいることが好ましい。この高分子材料に関する詳細は、例えば、上記した通りである。第２光電変換層４２の形成時において下地（中間層５１等）が悪影響を受けにくいため、タンデム型の素子構造の利点が得られやすいからである。

特に、第１光電変換層４１の形成方法及び第２光電変換層４２の形成方法の双方がウェットプロセスであると、その第１光電変換層４１と第２光電変換層４２との間に相互作用が生じるため、タンデム型の素子構造の利点がより得られやすくなる。この相互作用は、主に、ウェットプロセスを用いて第１光電変換層４１を形成した後、同様にウェットプロセスを用いて第２光電変換層４２を形成した際に、その第２光電変換層４２を形成するために用いられた有機溶剤の一部が中間層５１を経由して第１光電変換層４１まで浸透することに起因して生じると考えられる。

［中間層］
中間層５１は、第１光電変換層４１と第２光電変換層４２との間に配置されている。このため、第１光電変換層４１と第２光電変換層４２とは、中間層５１を介して分離されている。

ここで、上記したように、中間層５のうちの１つ以上は、７ｎｍ〜３５ｎｍの厚さを有するアルミニウム層を含んでいる。ここでは、例えば、中間層５の数が１つ（中間層５１）であるため、その中間層５１は、７ｎｍ〜３５ｎｍの厚さを有するアルミニウム層を含んでいる。

アルミニウム層が上記した範囲内の厚さを有しているのは、タンデム型の素子構造の利点、即ち複数の光電変換層４（第１光電変換層４１及び第２光電変換層４２）を用いる効果が十分に得られるからである。詳細には、厚さが７ｎｍよりも小さい場合には、第１光電変換層４１と第２光電変換層４２とが接近しすぎることに起因して、その第１光電変換層４１と第２光電変換層４２とが十分に分離されないため、タンデム型の素子構造の利点が得られにくくなる。一方、厚さが３５ｎｍよりも大きい場合には、中間層５１が厚くなりすぎることに起因して、その中間層５１を外光が十分に透過できないため、タンデム型の素子構造の利点が得られにくくなる。

特に、アルミニウム層の厚さは、１０ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜２０ｎｍであることがより好ましい。タンデム型の素子構造の利点がより得られやすいからである。

尚、中間層５１は、上記したアルミニウム層と共に、他の層のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいてもよい。即ち、中間層５１は、アルミニウム層だけからなる単層でもよいし、アルミニウム層と共に１又は２以上の他の層とを含む多層でもよい。

この他の層は、例えば、金属材料、金属酸化物、高分子材料、金属ハロゲン化物及びナフタレンテトラカルボン酸無水物等のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。金属材料の具体例は、金、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、パラジウム、銀、カドミウム、モリブデン、バナジウム、チタン、インジウム、錫及びそれらの合金等である。金属酸化物の具体例は、上記した金属材料の酸化物等である。高分子材料の具体例は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ及びＰＥＯ等である。金属ハロゲン化物の具体例は、フッ化リチウム等である。

他の層の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは０．１ｎｍ〜５０ｎｍである。

［第２電荷移動層］
第２電荷移動層６は、第２電極７の形成材料が光電変換層４に侵入（反応）することを防止する。また、第２電荷移動層６は、光電変換層４において分離された電荷が再結合することを防止すると共に、その電荷を効率よく第２電極７に移動させる。尚、第２電荷移動層６は、上記した第１電荷移動層３とは異なり、透明性を有していてもよいし、透明性を有していなくもよい。

この第２電荷移動層６の形成材料、形成方法及び厚さ等は、例えば、第１電荷移動層３の形成材料、形成方法及び厚さ等と同様である。一例を挙げると、光電変換層４がＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ等の有機バルクへテロ接合素子である場合には、第２電荷移動層６はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含む。

［第２電極］
第２電極７は、例えば、導電性材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。この第２電極７は、上記した第１電極２とは異なり、透明性を有していてもよいし、透明性を有していなくもよい。

導電性材料は、貴金属、金属酸化物、金属材料、無機材料及び高分子材料（有機導電性化合物）等である。貴金属の具体例は、金、白金及び銀等である。金属酸化物の具体例は、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫（ＮＥＳＡ）、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）及びフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）等である。金属材料の具体例は、リチウム、リチウム−インジウム合金、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、カルシウム、マグネシウム、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、アルミニウム、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−カルシウム合金、アルミニウム−マグネシウム合金及びクロミウム等である。無機材料の具体例は、グラファイト等である。高分子材料の具体例は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等である。

尚、第２電極７の形成方法及び厚さ等は、例えば、第１電極２の形成方法及び厚さ等と同様である。

ここで、第１電極２の仕事関数と第２電極７の仕事関数との関係は、相対的に大小関係にあることが好ましく、言い替えれば、第１電極２の仕事関数と第２電極７の仕事関数とは、互いに異なっていることが好ましい。中でも、第１電極２の仕事関数は、第２電極７の仕事関数よりも大きいことが好ましい。この場合において、第１電極２の仕事関数と第２電極７の仕事関数との差は、０．５Ｖ以上であることが好ましい。

＜１−３．構成例２＞
又は、例えば、図１に対応する図２に示したように、光電変換層４は、２つの中間層５により３層に分離されていてもよい。これに伴い、光電変換素子は、例えば、３つの光電変換層４（第１光電変換層４３，第２光電変換層４４，第３光電変換層４５）と、２つの中間層５（第１中間層５２，第２中間層５３）とを備えている。

より具体的には、光電変換素子は、例えば、支持体１の上に、第１電極２と、第１電荷移動層３と、第１光電変換層４３と、第１中間層５２と、第２光電変換層４４と、第２中間層５３と、第３光電変換層４５と、第２電荷移動層６と、第２電極７とがこの順に積層された構造を有している。

この構成例２の光電変換素子は、以下で説明する点を除き、図１に示した構成例１の光電変換素子と同様の構成を有している。尚、以下では、構成例１の光電変換素子の構成要素を随時引用する。

第１光電変換層４３、第２光電変換層４４及び第３光電変換層４５の形成材料、形成方法及び厚さ等は、例えば、第１光電変換層４１及び第２光電変換層４２の形成材料、形成方法及び厚さ等と同様である。特に、第２光電変換層４４及び第３光電変換層４５の形成方法は、ウェットプロセスであることが好ましい。第２光電変換層４４及び第３光電変換層４５の形成時において下地（第１中間層５２及び第２中間層５３等）が悪影響を受けにくいため、タンデム型の素子構造の利点が得られやすいからである。

第１中間層５２は、第１光電変換層４３と第２光電変換層４４との間に配置されているため、その第１光電変換層４３と第２光電変換層４４とは、第１中間層５２を介して分離されている。また、第２中間層５３は、第２光電変換層４４と第３光電変換層４５との間に配置されているため、その第２光電変換層４４と第３光電変換層４５とは、第２中間層５３を介して分離されている。

ここでは、例えば、中間層５の数が２つ（第１中間層５２及び第２中間層５３）であるため、その第１中間層５２及び第２中間層５３のうちの一方又は双方は、７ｎｍ〜３５ｎｍの厚さを有するアルミニウム層を含んでいる。第１中間層５２及び第２中間層５３の形成材料、形成方法及び厚さ等は、例えば、中間層５１の形成材料、形成方法及び厚さ等と同様である。

第１中間層５２及び第２中間層５３のうち、一方の層だけが７ｎｍ〜３５ｎｍの厚さを有するアルミニウム層を含んでいる場合には、他方の層は、７ｎｍ〜３５ｎｍの厚さを有するアルミニウム層を含んでいない。この場合において、他方の層は、例えば、上記した他の層と同様の構成を有している。

第１中間層５２及び第２中間層５３の双方が７ｎｍ〜３５ｎｍの厚さを有するアルミニウム層を含んでいる場合には、第１中間層５２の構成と第２中間層５３の構成とは、同じでもよいし、異なってもよい。ここで説明する「構成」とは、層数、各層の形成材料及び各層の厚さ等である。

＜１−４．作用及び効果＞
本発明の光電変換素子によれば、光電変換層４を２層以上に分離する１以上の中間層５のうちの少なくとも１つが、７ｎｍ〜３５ｎｍの厚さを有するアルミニウム層を含んでいる。この場合には、上記したように、中間層５の形成材料及び厚さが適正化されるため、複数の光電変換層４を用いたタンデム型の素子構造の利点が十分に得られる。これにより、中間層５として金属薄膜、即ち上記したアルミニウム層を用いても、複数の光電変換層４により高い出力電圧（Ｖｏｃ）が得られるため、高い変換効率（Ｖｏｃ／Ｖ）が得られる。よって、優れた光電変換特性を得ることができる。

特に、図１に示したように中間層５数が１つであると共に光電変換層４の層数が２層であり（構成例１）、又は図２に示したように中間層の数が２つであると共に光電変換層４の層数が３層であれば（構成例２）、簡素な構成を有する（容易に製造可能である）光電変換素子において、十分な光電変換特性を得ることができる。

また、光電変換層４が有機溶剤により溶解可能である高分子材料を含んでいれば、ウェットプロセスを用いて光電変換層４を形成可能になるため、より高い効果を得ることができる。中でも、２層以上に分離された光電変換層４のそれぞれが有機溶剤により溶解可能である高分子材料を含んでいれば、上記したように、２層以上に分離された光電変換層４のそれぞれの間に、有機溶剤の浸透に起因する相互作用が生じるため、更に高い効果を得ることができる。

＜１−５．変形例＞
尚、本発明の光電変換素子の構成に関して、図１及び図２を参照しながら、光電変換層４の層数が２層又は３層である（中間層５の数が１つ又は２つである）場合を例に挙げて説明したが、これらに限られない。即ち、光電変換層４の層数は４層以上（中間層５の数は３つ以上）でもよい。この場合においても、光電変換層４の層数が２層又は３層である場合と同様の効果を得ることができる。

＜２．光電変換素子の適用例＞
次に、本発明の光電変換素子の適用例に関して説明する。

本発明の光電変換素子は、多様な電子デバイスに適用可能である。この電子デバイスの具体例は、太陽電池、フォトダイオード及び光検出器等である。但し、光電変換素子は、電子デバイスに限られず、その電子デバイス以外の用途に適用されてもよい。

この太陽電池等の電子デバイスによれば、本発明の光電変換素子を備えているので、上記した光電変換素子と同様の理由により、優れた光電変換特性が得られる。よって、優れた動作特性を得ることができる。

以下では、本発明の実施例に関して具体的に説明する。但し、本発明の態様は、ここで説明する態様に限定されない。

（実験例１〜１８）
以下の手順により、図１に示した光電変換素子を作製した。

最初に、第１電極２（ＩＴＯ，厚さ＝１５０ｎｍ）が形成された支持体１（ガラス基板）を準備した後、その支持体１を洗浄した。この場合には、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて支持体１を煮沸洗浄すると共に、その支持体１を紫外線（ＵＶ）−オゾン洗浄した。

続いて、スピンコート法を用いて、電荷移動物質（Ｈｅｒａｅｕｓ株式会社製のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を含む溶液を第１電極２の表面に塗布した後、その溶液を減圧乾燥（乾燥温度＝１００℃，乾燥時間＝１０分間）して、第１電荷移動層３（厚さ＝４０ｎｍ）を形成した。

続いて、スピンコート法を用いて、光電変換材料を含む溶液を第１電荷移動層３の表面に塗布した後、その溶液を減圧乾燥（乾燥温度＝１００℃，乾燥時間＝１０分間）して、第１光電変換層４１を形成した。この光電変換材料を含む溶液の種類（後述する塗布液１〜３）及び第１光電変換層４１の厚さ（ｎｍ）は、表１に示した通りである。

ここで、上記した光電変換材料を含む溶液としては、下記の３種類の溶液（塗布液１〜３）を調製した。

塗布液１を調製する場合には、溶媒（ｏ−ジクロロベンゼン）に光電変換材料を溶解させた。この光電変換材料は、ｐ型有機半導体材料であるＰ３ＨＴ（Ｒｉｅｋｅ Ｍｅｔａｌｓ株式会社製の４００２−Ｅ）と、ｎ型有機半導体材料であるＰＣＢＭ（フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル）とを含む。この場合には、光電変換材料の混合比（重量比）をｐ型有機半導体材料：ｎ型有機半導体材料＝１：１、塗布液１中における光電変換材料の含有量を２５ｍｇ／ｃｍ³ （＝２５ｍｇ／ｍｌ）とした。

塗布液２を調製する場合には、溶媒（クロロベンゼン）に光電変換材料を溶解させた後、その溶媒に１，８−ジヨードオクタンを添加した。この光電変換材料は、ｐ型有機半導体材料である下記の化合物１（Ａｌｄｒｉｃｈ株式会社製）と、ｎ型有機半導体材料であるＰＣＢＭとを含む。この場合には、光電変換材料の混合比（重量比）をｐ型有機半導体材料：ｎ型有機半導体材料＝２：３、塗布液２中における光電変換材料の含有量を２０ｍｇ／ｃｍ³ （＝２０ｍｇ／ｍｌ）、１，８−ジヨードオクタンの添加量を３重量％とした。

塗布液３を調製する場合には、溶媒（ｏ−ジクロロベンゼン）に光電変換材料を溶解させた。この光電変換材料は、ｐ型有機半導体材料である下記の化合物２（Ａｌｄｒｉｃｈ株式会社製）と、ｎ型有機半導体材料であるＰＣＢＭとを含む。この場合には、光電変換材料の混合比（重量比）をｐ型有機半導体材料：ｎ型有機半導体材料＝１：４、塗布液３中における光電変換材料の含有量を５０ｍｇ／ｃｍ³ （＝５０ｍｇ／ｍｌ）とした。

続いて、第１光電変換層４１の表面に、３層構造（金属ハロゲン化物層／金属材料層／金属酸化物層又は高分子材料層）を有する中間層５１を形成した。この中間層５１を形成する場合には、金属ハロゲン化物層の上に金属材料層を形成した後、その金属材料層の上に金属酸化物層又は高分子材料層を形成した。各層の形成材料及び厚さ（ｎｍ）は、表１に示した通りである。

金属酸化物層を含む３層構造の中間層５１を形成する場合には、減圧された真空蒸着装置の内部（圧力＝１０^-3Ｐａ以下）に、第１光電変換層４１が形成された支持体１を投入した後、シャドウマスクを用いて金属ハロゲン化物層、金属材料層及び金属酸化物層をこの順に形成した。この場合には、減圧環境中において、金属ハロゲン化物層であるフッ化リチウム層（ＬｉＦ）と、金属材料層であるアルミニウム層（Ａｌ）、金層（Ａｕ）又は銀層（Ａｇ）と、金属酸化物層である酸化モリブデン層（ＭｏＯ_x ）とをこの順に連続的に製膜した。この酸化モリブデン層の蒸着源としては、株式会社高純度化学研究所製の酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）を用いた。

高分子材料層を含む３層構造の中間層５１を形成する場合には、上記した金属酸化物層を含む３層構造の中間層５１を形成した場合と同様の手順により、金属ハロゲン化物層（ＬｉＦ）及び金属材料層（Ａｌ）をこの順に形成した。続いて、スピンコート法を用いて、高分子材料（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を含む溶液を金属材料層の表面に塗布した後、その溶液を減圧乾燥（乾燥温度＝１００℃，乾燥時間＝１０分間）して、高分子材料層であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（ＰＥＰＳ）を形成した。

尚、中間層５１の形成工程では、比較のために、必要に応じて中間層５１を形成しなかった。この中間層５１の有無は、表１に示した通りである。

続いて、スピンコート法を用いて、光電変換材料を含む溶液を中間層５１の表面に塗布した後、その溶液を減圧乾燥（乾燥温度＝１００℃，乾燥時間＝１０分間）して、第２光電変換層４２を形成した。この第２光電変換層４２を形成するために用いた溶液の種類（塗布液１，２）及び第２光電変換層４２の厚さ（ｎｍ）は、表１に示した通りである。

尚、第２光電変換層４２の形成工程では、比較のために、必要に応じて第２光電変換層４２を形成しなかった。この第２光電変換層４２の有無は、表１に示した通りである。

最後に、減圧された真空蒸着装置の内部（圧力＝１０^-3Ｐａ以下）に、第２光電変換層４２が形成された支持体１を投入した後、減圧環境中においてシャドウマスクを用いて第２光電変換層４２の表面に第２電荷移動層６（フッ化リチウム，厚さ＝０．５ｎｍ）及び第２電極７（アルミニウム，厚さ＝１００ｎｍ）をこの順に連続的に製膜した。

これにより、タンデム型の素子構造を有する光電変換素子が完成した。

この光電変換素子の光電変換特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。この場合には、ソーラーシミュレータ（エアマス＝１．５Ｇ，照射強度＝１００ｍＷ／ｃｍ² ）を用いて、図１に示したように第１電極２側から光電変換素子に白色光を照射して、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）を求めた。

第１光電変換層４１だけを形成して、中間層５１及び第２光電変換層４２を形成しなかった場合（実験例１０〜１２）には、十分な変換効率が得られなかった。

また、中間層５１及び第２光電変換層４２を形成しても、その中間層５１がアルミニウム層を含んでいない場合（実験例１７，１８）には、やはり十分な変換効率が得られなかった。

更に、中間層５１及び第２光電変換層４２を形成すると共に、その中間層５１がアルミニウム層を含んでいても、そのアルミニウム層が所定の範囲内の厚さ（＝７ｎｍ〜３５ｎｍ）を有していない場合（実験例１３〜１６）には、やはり十分な変換効率が得られなかった。

これに対して、中間層５１及び第２光電変換層４２を形成すると共に、その中間層５１がアルミニウム層を含んでいる場合において、そのアルミニウム層が所定の範囲内の厚さ（＝７ｎｍ〜３５ｎｍ）を有している場合（実験例１〜９）には、著しく高い変換効率が得られた。

これらの結果から、光電変換層４を２層以上に分離する中間層５が所定の範囲内の厚さを有するアルミニウム層を含んでいると、優れた光電変換特性を得ることができた。

以上、実施形態及び実施例を挙げながら本発明を説明したが、本発明は実施形態及び実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。

１…支持体、２…第１電極、３…第１電荷移動層、４…光電変換層、５，５１…中間層、６…第２電荷移動層、７…第２電極、４１，４３…第１光電変換層、４２，４４…第２光電変換層、４５…第３光電変換層、５２…第１中間層、５３…第２中間層。

Claims (4)

1. 一対の電極と、
   前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
   前記光電変換層を２層以上に分離する１以上の中間層と
   を備え、
   前記１以上の中間層のうちの少なくとも１つは、７ｎｍ以上３５ｎｍ以下の厚さを有するアルミニウム層を含む、
   光電変換素子。
2. 前記中間層の数は１つであると共に、前記光電変換層の層数は２層であり、
   又は、前記中間層の数は２つであると共に、前記光電変換層の層数は３層である、
   請求項１記載の光電変換素子。
3. 前記光電変換層は、有機溶剤により溶解可能である高分子材料を含む、
   請求項１又は請求項２に記載の光電変換素子。
4. 光電変換素子を備え、
   前記光電変換素子は、
   一対の電極と、
   前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
   前記光電変換層を２層以上に分離する１以上の中間層と
   を備え、
   前記１以上の中間層のうちの少なくとも１つは、７ｎｍ以上３５ｎｍ以下の厚さを有するアルミニウム層を含む、
   太陽電池。

Images