JP4467805B2 - 太陽電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、本質的に第１の材料からなる第１の層、本質的に第２の材料からなる第２の層および該第１の層と該第２の層の間に存在する少なくとも１つの中間層を有する太陽電池に関する。
【０００２】
上位概念による素子は、ＵＳ−ＰＳ ５６９８０４８から公知である。この文献の場合には２つの層の間に中間層が存在しており、この中間層は、ポリマーを含有しているが、しかしこれら２つの層の２つの材料の一方を含有していない。
【０００３】
ＵＳ−ＰＳ ５ ４５４ ８８０から、ポリマーからなる層と フラーレンを含有するもう１つの層が相互に隣り合わせになっているダイオードが公知である。この場合には、該ポリマーはドナーとして作用するように形成されており、その 一方で該フラーレンは、 電荷キャリヤーのためのアクセプターとして作用する。
【０００４】
本発明の課題は、電磁放射、特に光、の放出および／または吸収についてできるだけ高い効果を有する太陽電池を提供することである。
【０００５】
殊に、 できるだけ高い効果を有する太陽電池が本発明によって提供されなければならない。
【０００６】
本発明によれば上記課題は、太陽電池が、前記中間層が前記第１の材料および／または前記第２の材料を含有し、かつ該中間層中に少なくとも１種の物質がコロイド溶解しており、かつ該物質が該第１の材料とも該第２の材料とも異なる伝導率を有するように形成されることによって解決される。
【０００７】
また本発明によって、異なる伝導率を有する２つの材料からなる少なくとも２つの層およびこれら層の間に存在する少なくとも１つの中間層を有する素子が提供される。該中間層は、この場合には前記２つの材料の少なくとも１つおよびコロイド溶解した物質を含有する。コロイド溶解されたとは、この場合には、該物質が粒子からなるか、または該物質が該粒子を化学的な反応もしくは凝集によって形成しており、かつ該粒子が前記材料中に存在していることを意味する。該粒子は、好ましくは、１ｎｍ 〜１μｍの大きさを有する。この場合、好ましくは、該粒子は前記材料中で、該粒子が、例えばパーコレーション（Perkolation）メカニズムで、 電荷キャリヤーが流れることができるネットワークを形成する状態で存在している。 電荷キャリヤーが前記材料中を流れることができることは、有利ではあるが、しかしながら、必要ではない。このコロイド溶解された物質は、第１の材料の伝導率とも第２の材料の伝導率とも違う伝導率を有している。この場合には、伝導率の絶対的な高さはあまり重要ではなく、むしろ、 電荷キャリヤーが運ばれる方法がより重要である。
【０００８】
本発明による太陽電池の第１の有利な実施形態は、該太陽電池が、ただ１つの中間層を有していることを特徴とする。該中間層は、この場合には例えば、第１の材料と該材料中に溶解された物質からなるか、または第２の材料と該材料中に溶解された物質からなるか、または第１の材料と第２の材料の混合物もしくは化合物および該混合物もしくは化合物中に溶解された物質からなる。
【０００９】
本発明による太陽電池の同様に有利な別の実施形態は、前記第１の層と前記第２の層の間に第１の中間層および第２の中間層が存在し、該第１の中間層が前記第１の層と境を接しており、かつ該第２の中間層が前記第２の層と境を接していることを特徴とする。
【００１０】
これら中間層は、例えば、第１の中間層が本質的に前記第１の材料および該材料中にコロイド溶解された物質を含有しており、かつ第２の中間層が本質的に前記第２の材料および該材料中にコロイド溶解された物質を含有していることによって区別することができる。
【００１１】
さらに、前記第１の中間層中に第１の物質がコロイド溶解しており、かつ前記第２の中間層中に第２の物質がコロイド溶解していることは、有利である。
【００１２】
高められた電流効率または放射効率が、前記第１の材料および／または前記第２の材料が半導体であることによって達成される。
【００１３】
前記第１の材料および／または前記第２の材料が有機半導体であることは、特に有利である。
【００１４】
前記素子を太陽電池または太陽電池の部品として使用することにとって、前記第１の材料および／または前記第２の材料が適当な光吸収を示すことは有利である。
【００１５】
好ましくは、前記有機半導体は、置換ペリレン顔料を含有している。特に、該ペリレン顔料が置換ペリレンカルボン酸イミドであることは、有利である。
【００１６】
前記第１の材料が第２の材料と異なる別の伝導型を有することによって、さらに上記効果を高めることが達成される。
【００１７】
前記第２の材料が有機錯化合物、殊に有機金属錯化合物、を含有することは、特に有利である。該錯化合物は、好ましくは、フタロシアニン化合物である。水素フタロシアニン（Wasserstoff-Phthalocyanin ）、金属フタロシアニン、特に亜鉛フタロシアニン、の使用は、特に有利である。
【００１８】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記物質が半導体材料からなることを特徴とする。
【００１９】
半導体材料という概念には、半導体技術で半導体材料として公知であるすべての物質が含まれる。しかしながら、半導体材料という概念は、本発明の場合には、一般に半導体と称される材料に限定されるのではなく、むしろ、少なくとも１つの同素体で、あるいは少なくとも１つの粒径で、価電子帯と伝導帯の間のバンドギャップを有するすべての材料を含む。ある種類の電荷キャリヤーの達成すべき荷電移動にとって、電荷キャリヤーのエネルギー状態およびその物質におけるエネルギー準位のみが重要である。したがって、例えば電子の移動の場合には、前記材料の伝導帯または価電子帯の状態に相応する前記物質の伝導帯の状態のみが必要である。該物質の価電子帯の状態、ひいてはバンドギャップは、この場合には重要ではない。正孔伝導の場合には、好ましくは前記物質の価電子帯が、前記材料の価電子帯または伝導帯のエネルギー準位に相応するエネルギー準位にあることは、同様に有効である。
【００２０】
量子サイズ効果（Quantum-Size Effects ）が原因で前記物質の粒子の伝導率が、巨視的な伝導率と違っている可能性がある。本発明にとっては、意図してある伝導型の電荷キャリヤーを移動することができる規模での電気伝導が有効である。したがって、例えば巨視的には半導体を形成する物質が本発明による層の中で金属として作用する適当なナノ構造によって伝導率を高めることも含まれる。このことは、小さな粒子としては半導体になるが、巨視的には金属である材料にも有効である。
【００２１】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記物質が有機半導体からなることを特徴とする。
【００２２】
殊に、該物質が炭素の同素体を含有することは有利であり、この場合、該炭素の同素体は、例えばＣ６０ 、Ｃ７０ またはグラフェンのようにバンドギャップを有している。
【００２３】
同時に短絡を回避しながら電荷を特に効果的に移動することは、前記物質が本質的に粒子の形で存在することによって達成される。
【００２４】
該粒子は、例えば個々の分子、殊に個々のフラーレン分子、または多数の分子からなるクラスターである。
【００２５】
該粒子は、好ましくは、１ｎｍ〜１μｍの大きさを有しており、この場合、最大粒径２００ｎｍが有利である。
【００２６】
電荷移動の顕著な増加は、前記粒子が、パーコレーション（Perkolation ）が生じる程度に高い濃度を有することによって達成される。
【００２７】
電磁放射の放出および／または吸収における効果のさらなる増大は、前記物質の濃度が空間的に変化する（raeumlish variiert ）ことによって達成することができる。
【００２８】
本発明のこの別の態様によって、中間層を有しかつ該中間層の中でコロイド溶解された物質の濃度が空間的に変化する太陽電池が提供される。
【００２９】
前記中間層は、前記第１の層と前記第２の層の間に存在し、この場合、これら層は共通のマトリックス材料内に存在することが可能である。該第１の層および該第２の層は、相互にあまり異なっていない材料からなることもできるし、全く異なる材料からなることもできる。
【００３０】
好ましくは、該第１の層および該第２の層は、これら層が異なってドープされていることによってのみ異なっている。
【００３１】
本発明による太陽電池の好ましい実施形態は、前記物質の濃度が中間層の中で変化することを特徴とする。
【００３２】
殊に、前記太陽電池が、前記中間層の中に少なくとも２種の物質が存在する状態に形成されていることは、有利である。
【００３３】
さらに、前記物質の１つが、もう１つの物質の濃度と異なる形で空間的に変化する濃度を有することは、有利である。
【００３４】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記第１の物質が、前記第２の物質のフェルミ準位と少なくとも２０ｍｅＶの差があるフェルミ準位を示すことを特徴とする。
【００３５】
さらに、前記第１の物質が、もう１つの物質と異なる伝導型を示すことは、有利である。
【００３６】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記の物質の一方が、もう一方の物質と異なるバンドギャップを有することを特徴とする。
【００３７】
さらに、前記第１の物質のバンドギャップが、前記第２の物質のバンドギャップと少なくとも２０ｍｅＶの差を有することは、有利である。
【００３８】
本発明のさらなる利点、特徴および有利な別の実施形態は、サブクレームから、かつ図に基いて次に示す有利な実施例から、明らかである。
【００３９】
図１に示された素子は、例えば、太陽電池である。該素子は、基板１０、例えばガラス、特にケイ酸塩ガラス、上に載せられた、透明コンタクト層２０、第１の層３０、第２の層６０、中間層５０およびコンタクト層７０からなる層構造を有する。
【００４０】
該透明コンタクト層２０の脇の部分の上にコンタクト８０が載せられている。もう１つのコンタクト９０が、さらに上のコンタクト層７０の上にある。該透明コンタクト層２０は、厚さ５ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。このコンタクト層２０の厚さは、可変的に選択することができる。
【００４１】
第１の層３０は、前記透明コンタクト層の上に存在する。該第１の層３０は断片的に基板１０に、例えばあらかじめ該透明コンタクト層２０がエッチング除去された範囲内で、接していることも可能である。しかしながら、該透明コンタクト層２０と該第１の層３０の間の接合面効果（Grenzflacheneffekte ）を達成するのに、このことは必要ない。
【００４２】
しかしながら、第１の層３０が透明コンタクト層２０から突出していることは、このことによってコンタクト９０と透明コンタクト層２０の間の短絡が回避されるという理由から、生産技術的に有利である。
【００４３】
前記第１の層３０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。該層３０の厚さは、可変的に選択することができ、それというのも、前記の層３０と６０の間の接合面効果を達成するのにこれら層３０、６０の寸法は重要ではないからである。
【００４４】
前記透明コンタクト層２０は、好ましくは、透明な材料からなり、この材料は特に、透明な伝導性酸化物である。この透明という性質は、前記基板１０を透過する光を伴う太陽電池としての使用の場合に必要であり、このことによって基板１０を透過する光線は、該コンタクト層２０によって吸収されない。しかしながら、前記層６０を通しての光の入射または放出の場合には、該コンタクト層２０を光透過性に形成することは必要ではない。
【００４５】
前記第１の層３０は、好ましくは、第１の伝導型を有する有機半導体材料からなる。該材料は、例えばｎ型伝導材料、好ましくはペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−Ｎ，Ｎ′−ジメチルイミド（ＭＭＰ）である。
【００４６】
前記第２の層６０は、好ましくは、第２の半導体材料からなる。該材料は特に、反対の伝導型を有する材料、好ましくは亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）である。コンタクト層７０は、前記層６０の電気接続のために使用される。例えば該コンタクト層７０は、金からなる。金は、高い電気伝導率と高い化学的安定性をあわせもつという特別な利点を有している。
【００４７】
前記中間層５０は、前記層６０と同じ材料を含有しているが、しかしながら、フラーレンまたは酸化物半導体、例えばＴｉＯ２ 、が注入されている。この注入率は、素子が太陽電池として使用される場合には好ましくは最大６０％である。素子が発光ダイオードとして使用される場合には該注入率は、さらに高くてもよい。
【００４８】
図２には、Ｃ６０ の濃度別の、入射する光の波長に応じて変化する、入射する光子に対する電流の比率（Incident Photon To Current Efficiency − ＩＰＣＥ）としての外部量子効率によって、太陽による電流効率が示されている。
【００４９】
この太陽による電流効率は、図１に示された太陽電池で測定された測定値である。電流効率がＣ６０ の濃度の増加とともに上昇していることは、明らかである。特に大きな上昇が、１０％より大きなＣ６０ の濃度で生じている。この予想外に高い上昇に対する可能な説明としては、パーコレーションの発生が考えられる。
【００５０】
図３に示された素子は、例えば、太陽電池である。該素子は、基板１０、例えばガラス、特にケイ酸塩ガラス、上に載せられた、透明コンタクト層２０、第１の層３０、第２の層６０、第１の中間層４０、第２の中間層５０およびコンタクト層７０からなる層構造を有する。
【００５１】
該透明コンタクト層２０の脇の部分の上にコンタクト８０が載せられている。もう１つのコンタクト９０が、さらに上のコンタクト層７０の上にある。該透明コンタクト層２０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。このコンタクト層２０の厚さは、可変的に選択することができる。
【００５２】
第１の層３０は、前記透明コンタクト層の上に存在する。該第１の層３０は断片的に基板１０に、例えばあらかじめ該透明コンタクト層２０がエッチング除去された範囲内で、接していることも可能である。
【００５３】
第１の層３０が透明コンタクト層２０から突出していることは、このことによってコンタクト９０と透明コンタクト層２０の間の短絡が回避されるという理由から、生産技術的に有利である。
【００５４】
前記第１の層３０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。該層の厚さは、可変的に選択することができ、それというのも、前記接合面効果を達成するのにこれら層の寸法は重要ではないからである。
【００５５】
前記コンタクト層２０は、前記素子が、基板１０を通過する光の入射を伴う太陽電池として使用される場合には、透明な材料からなり、この材料は特に、透明な伝導性酸化物である。
【００５６】
前記第１の層３０は、図１に基づいて示された実施形態と同様に好ましくは第１の伝導型を有する有機半導体材料からなる。該材料は、例えばｎ型伝導材料、好ましくはペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−Ｎ，Ｎ′−ジメチルイミド（ＭＭＰ）である。
【００５７】
前記第２の層６０は、好ましくは、第２の半導体材料からなる。該材料は特に、反対の伝導型を有する材料、好ましくは亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）である。コンタクト層７０は、前記層６０の電気接続のために使用される。例えば該コンタクト層７０は、金からなる。金は、高い電気伝導率と高い化学的安定性をあわせもつという特別な利点を有している。
【００５８】
前記第１の中間層４０は、前記第１の層３０に含有されている材料をいずれの場合にも含有し、かつ場合によっては前記第２の層６０に含有されている材料も含有し、好ましくは、少なくとも１種の有機半導体材料を含有している。ＭＭＰまたはＺｎＰｃが特に適当である。さらに該中間層４０は、フラーレンまたは酸化物半導体、例えばＴｉＯ２、が注入されている。この注入率は、素子が太陽電池として使用される場合には好ましくは最大６０％である。
【００５９】
前記第２の中間層５０は、前記層６０と同じ材料を含有しているが、しかしながら、別のフラーレンまたは酸化物半導体、例えばＴｉＯ２ 、が注入されている。この注入率は、素子が太陽電池として使用される場合には好ましくは最大６０％である。素子が発光ダイオードとして使用される場合には該注入率は、さらに高くてもよい。
【００６０】
図４に示された素子は、例えば、太陽電池である。該素子は、基板１０、例えばガラス、特にケイ酸塩ガラス、上に載せられた、透明コンタクト層２０、多重層およびコンタクト層７０からなる層構造を有する。該多重層は、第１の層３０、第２の層６０および中間層４０からなる。
【００６１】
該透明コンタクト層２０の脇の部分の上にコンタクト８０が載せられている。もう１つのコンタクト９０が、さらに上のコンタクト層７０の上にある。該透明コンタクト層２０は、厚さ５ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。このコンタクト層２０の厚さは、可変的に選択することができる。
【００６２】
第１の層３０は、前記透明コンタクト層の上に存在する。該第１の層３０は断片的に基板１０に、例えばあらかじめ該透明コンタクト層２０がエッチング除去された範囲内で、接していることも可能である。しかしながら、該透明コンタクト層２０と該第１の層３０の間の接合面効果を達成するのに、このことは必要ない。
【００６３】
しかしながら、第１の層３０が透明コンタクト層２０から突出していることは、このことによってコンタクト９０と透明コンタクト層２０の間の短絡が回避されるという理由から、生産技術的に有利である。
【００６４】
前記第１の層３０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。該層３０の厚さは、可変的に選択することができ、それというのも、前記の層３０と６０の間の接合面効果を達成するのにこれら層３０、６０の寸法は重要ではないからである。
【００６５】
前記コンタクト層２０は、好ましくは透明な材料からなり、この材料は特に、透明な伝導性酸化物である。この透明という性質は、前記基板１０を透過する光を伴う太陽電池としての使用の場合に必要であり、このことによって基板１０を透過する光線は、該コンタクト層２０によって吸収されない。しかしながら、前記層６０を通しての光の入射または放出の場合には、該コンタクト層２０を光透過性に形成することは必要ではない。
【００６６】
前記層３０は、本質的にマトリックス材料および該マトリックス材料中にコロイド溶解した半導体からなる。該半導体は、好ましくは、第１の伝導型を示す。該半導体は、例えばｎ型伝導材料、好ましくは硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ｎ型にドープされたガリウムひ素（ＧａＡｓ）、ｎ型にドープされたケイ素、ｎ型にドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）または置換ペリレン顔料、特にメチレン置換されたペリレン顔料、特にペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−Ｎ，Ｎ′−ジメチルイミド（ＭＭＰ）である。
【００６７】
前記第２の層６０は、好ましくはマトリックス材料および該マトリックス材料中にコロイド溶解した第２の半導体材料からなる。該第２の半導体材料は特に、第１の半導体材料と反対の伝導型を有する材料、例えばｐ型にドープされた亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）、ｐ型にドープされたガリウムひ素（ＧａＡｓ）またはｐ型にドープされたケイ素である。
【００６８】
コンタクト層７０は、前記層６０の電気接続のために使用される。例えば該コンタクト層７０は、高い電気伝導率と高い化学的安定性を達成するために、金からなる。
【００６９】
前記第１の層３０と前記第２の層６０の間に少なくと１つの中間層４０が存在する。該中間層４０は、適当なマトリックス材料を含有している。前記層３０が前記層６０と同じマトリックス材料を含有している場合には、該中間層４０もまたこの同じマトリックス材料からなることは、有利である。これもまた可能であるが、前記層３０が前記層６０と異なるマトリックス材料を含有している場合には、該中間層４０が、１種以上の物質がコロイド溶解されている、これらマトリックス材料の混合物もしくは溶液からなることは、有利である。
【００７０】
前記多重層は、濃度の違う複数の溶液に次々浸漬されることによって得られる。このことによって、該多重層を形成する層は、順次析出される。
【００７１】
上記方法の有利な実施形態の場合には、基板１０の上に次のとおり層構造を析出する：
例えばインジウム−スズ−オキシド（ＩＴＯ）の、濡れ、特に浸漬被覆を粒子、例えばまずＣｄＴｅ粒子のコロイド溶液、特に水溶液を用いて行ない、その際、該基板１０を相次いで濃度の違う複数の溶液に浸漬する。浸漬時間および引き上げ速度は、まずＣｄＴｅ粒子のみ、次に可変的な組成の混合物、次に純粋にＣｄＳ粒子が層を構成するように変化させる。
【００７２】
浸漬被覆によって層を析出する該コロイド溶液は、安定剤を含有していてもよいが、しかしながら、安定剤は必要なものではない。有利な安定剤は、ポリスルフェートであり、このポリスルフェートは、溶液中で粒子の周りに外被を形成し、この外被が粒子が凝集するのを防ぐ。層の析出の際に該安定剤は、粒子が埋め込まれているマトリックス材料を形成する。
【００７３】
前記コロイド溶液が安定剤を含有していない場合には、各粒子の周りには電荷をもつ空間電荷領域（Raumlandungszone ）−イオン層（ionische Schicht ）が存在し、この電荷が粒子が凝集するのを防ぐ。該空間電荷領域内に存在するイオンも一緒に、析出の際に、析出された層に注入される。
【００７４】
図５には、第１の層３０の範囲への第１の ドーパントの距離に応じて変化する、第１のドーパントの濃度が示されている。該第１のドーパントは、例えばＣｄＴｅである。約１００μｍの範囲内で該第１のドーパントの濃度は、大幅に直線的に低下する。
【００７５】
該第１のドーパントの濃度の大幅な直線的な低下によって、約１００μｍの幅の範囲内の第１のドーパントについて本質的に一定した濃度勾配が存在する。
【００７６】
図６には、第１の層３０の範囲への第２の ドーパントの距離に応じて変化する、第２のドーパントの濃度が示されている。該第２のドーパントは、例えばＣｄＳである。約１００μｍの範囲内で該第２のドーパントの濃度は、大幅に直線的に上昇する。
【００７７】
該第２のドーパントの濃度の大幅な直線的な上昇によって、約１００μｍの幅の範囲内の第２のドーパントについても同様に、本質的に一定した濃度勾配が存在する。
【００７８】
ここに示した特に有利な場合には、これらドーパントの濃度勾配は、互いに正反対になっているということだけが違っている。
【００７９】
この図５および６に基づいて示された濃度の経過はたしかに有利であるが、しかしながら、本発明による、濃度の変化を伴う有利な実施例が、直線的な濃度変化だけに限定されるわけでは決してない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による素子の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】 Ｃ６０ の濃度別の、入射する光の波長に応じて変化する、入射する光子に対する電流の比率（ＩＰＣＥ）としての外部量子効率を示す線図である。
【図３】 本発明による素子の第２の実施形態を示す断面図である。
【図４】 本発明による素子のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図５】 第１の層の範囲への第１の ドーパントの距離に応じて変化する、該第１の ドーパントの濃度を示す線図である。
【図６】 第１の層の範囲への第２の ドーパントの距離に応じて変化する、該第２の ドーパントの濃度を示す線図である。
【符号の説明】
１０…基板
２０…コンタクト層
３０…第１の層
４０…第１の中間層
５０…第２の中間層
６０…第２の層
７０…コンタクト層
８０…コンタクト
９０…コンタクト
本発明は、本質的に第１の材料からなる第１の層、本質的に第２の材料からなる第２の層および該第１の層と該第２の層の間に存在する少なくとも１つの中間層を有する太陽電池に関する。
【０００２】
上位概念による素子は、ＵＳ−ＰＳ ５６９８０４８から公知である。この文献の場合には２つの層の間に中間層が存在しており、この中間層は、ポリマーを含有しているが、しかしこれら２つの層の２つの材料の一方を含有していない。
【０００３】
ＵＳ−ＰＳ ５ ４５４ ８８０から、ポリマーからなる層と フラーレンを含有するもう１つの層が相互に隣り合わせになっているダイオードが公知である。この場合には、該ポリマーはドナーとして作用するように形成されており、その 一方で該フラーレンは、 電荷キャリヤーのためのアクセプターとして作用する。
【０００４】
本発明の課題は、電磁放射、特に光、の放出および／または吸収についてできるだけ高い効果を有する太陽電池を提供することである。
【０００５】
殊に、 できるだけ高い効果を有する太陽電池が本発明によって提供されなければならない。
【０００６】
本発明によれば上記課題は、太陽電池が、前記中間層が前記第１の材料および／または前記第２の材料を含有し、かつ該中間層中に少なくとも１種の物質がコロイド溶解しており、かつ該物質が該第１の材料とも該第２の材料とも異なる伝導率を有するように形成されることによって解決される。
【０００７】
また本発明によって、異なる伝導率を有する２つの材料からなる少なくとも２つの層およびこれら層の間に存在する少なくとも１つの中間層を有する素子が提供される。該中間層は、この場合には前記２つの材料の少なくとも１つおよびコロイド溶解した物質を含有する。コロイド溶解されたとは、この場合には、該物質が粒子からなるか、または該物質が該粒子を化学的な反応もしくは凝集によって形成しており、かつ該粒子が前記材料中に存在していることを意味する。該粒子は、好ましくは、１ｎｍ 〜１μｍの大きさを有する。この場合、好ましくは、該粒子は前記材料中で、該粒子が、例えばパーコレーション（Perkolation）メカニズムで、 電荷キャリヤーが流れることができるネットワークを形成する状態で存在している。 電荷キャリヤーが前記材料中を流れることができることは、有利ではあるが、しかしながら、必要ではない。このコロイド溶解された物質は、第１の材料の伝導率とも第２の材料の伝導率とも違う伝導率を有している。この場合には、伝導率の絶対的な高さはあまり重要ではなく、むしろ、 電荷キャリヤーが運ばれる方法がより重要である。
【０００８】
本発明による太陽電池の第１の有利な実施形態は、該太陽電池が、ただ１つの中間層を有していることを特徴とする。該中間層は、この場合には例えば、第１の材料と該材料中に溶解された物質からなるか、または第２の材料と該材料中に溶解された物質からなるか、または第１の材料と第２の材料の混合物もしくは化合物および該混合物もしくは化合物中に溶解された物質からなる。
【０００９】
本発明による太陽電池の同様に有利な別の実施形態は、前記第１の層と前記第２の層の間に第１の中間層および第２の中間層が存在し、該第１の中間層が前記第１の層と境を接しており、かつ該第２の中間層が前記第２の層と境を接していることを特徴とする。
【００１０】
これら中間層は、例えば、第１の中間層が本質的に前記第１の材料および該材料中にコロイド溶解された物質を含有しており、かつ第２の中間層が本質的に前記第２の材料および該材料中にコロイド溶解された物質を含有していることによって区別することができる。
【００１１】
さらに、前記第１の中間層中に第１の物質がコロイド溶解しており、かつ前記第２の中間層中に第２の物質がコロイド溶解していることは、有利である。
【００１２】
高められた電流効率または放射効率が、前記第１の材料および／または前記第２の材料が半導体であることによって達成される。
【００１３】
前記第１の材料および／または前記第２の材料が有機半導体であることは、特に有利である。
【００１４】
前記素子を太陽電池または太陽電池の部品として使用することにとって、前記第１の材料および／または前記第２の材料が適当な光吸収を示すことは有利である。
【００１５】
好ましくは、前記有機半導体は、置換ペリレン顔料を含有している。特に、該ペリレン顔料が置換ペリレンカルボン酸イミドであることは、有利である。
【００１６】
前記第１の材料が第２の材料と異なる別の伝導型を有することによって、さらに上記効果を高めることが達成される。
【００１７】
前記第２の材料が有機錯化合物、殊に有機金属錯化合物、を含有することは、特に有利である。該錯化合物は、好ましくは、フタロシアニン化合物である。水素フタロシアニン（Wasserstoff-Phthalocyanin ）、金属フタロシアニン、特に亜鉛フタロシアニン、の使用は、特に有利である。
【００１８】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記物質が半導体材料からなることを特徴とする。
【００１９】
半導体材料という概念には、半導体技術で半導体材料として公知であるすべての物質が含まれる。しかしながら、半導体材料という概念は、本発明の場合には、一般に半導体と称される材料に限定されるのではなく、むしろ、少なくとも１つの同素体で、あるいは少なくとも１つの粒径で、価電子帯と伝導帯の間のバンドギャップを有するすべての材料を含む。ある種類の電荷キャリヤーの達成すべき荷電移動にとって、電荷キャリヤーのエネルギー状態およびその物質におけるエネルギー準位のみが重要である。したがって、例えば電子の移動の場合には、前記材料の伝導帯または価電子帯の状態に相応する前記物質の伝導帯の状態のみが必要である。該物質の価電子帯の状態、ひいてはバンドギャップは、この場合には重要ではない。正孔伝導の場合には、好ましくは前記物質の価電子帯が、前記材料の価電子帯または伝導帯のエネルギー準位に相応するエネルギー準位にあることは、同様に有効である。
【００２０】
量子サイズ効果（Quantum-Size Effects ）が原因で前記物質の粒子の伝導率が、巨視的な伝導率と違っている可能性がある。本発明にとっては、意図してある伝導型の電荷キャリヤーを移動することができる規模での電気伝導が有効である。したがって、例えば巨視的には半導体を形成する物質が本発明による層の中で金属として作用する適当なナノ構造によって伝導率を高めることも含まれる。このことは、小さな粒子としては半導体になるが、巨視的には金属である材料にも有効である。
【００２１】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記物質が有機半導体からなることを特徴とする。
【００２２】
殊に、該物質が炭素の同素体を含有することは有利であり、この場合、該炭素の同素体は、例えばＣ６０ 、Ｃ７０ またはグラフェンのようにバンドギャップを有している。
【００２３】
同時に短絡を回避しながら電荷を特に効果的に移動することは、前記物質が本質的に粒子の形で存在することによって達成される。
【００２４】
該粒子は、例えば個々の分子、殊に個々のフラーレン分子、または多数の分子からなるクラスターである。
【００２５】
該粒子は、好ましくは、１ｎｍ〜１μｍの大きさを有しており、この場合、最大粒径２００ｎｍが有利である。
【００２６】
電荷移動の顕著な増加は、前記粒子が、パーコレーション（Perkolation ）が生じる程度に高い濃度を有することによって達成される。
【００２７】
電磁放射の放出および／または吸収における効果のさらなる増大は、前記物質の濃度が空間的に変化する（raeumlish variiert ）ことによって達成することができる。
【００２８】
本発明のこの別の態様によって、中間層を有しかつ該中間層の中でコロイド溶解された物質の濃度が空間的に変化する太陽電池が提供される。
【００２９】
前記中間層は、前記第１の層と前記第２の層の間に存在し、この場合、これら層は共通のマトリックス材料内に存在することが可能である。該第１の層および該第２の層は、相互にあまり異なっていない材料からなることもできるし、全く異なる材料からなることもできる。
【００３０】
好ましくは、該第１の層および該第２の層は、これら層が異なってドープされていることによってのみ異なっている。
【００３１】
本発明による太陽電池の好ましい実施形態は、前記物質の濃度が中間層の中で変化することを特徴とする。
【００３２】
殊に、前記太陽電池が、前記中間層の中に少なくとも２種の物質が存在する状態に形成されていることは、有利である。
【００３３】
さらに、前記物質の１つが、もう１つの物質の濃度と異なる形で空間的に変化する濃度を有することは、有利である。
【００３４】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記第１の物質が、前記第２の物質のフェルミ準位と少なくとも２０ｍｅＶの差があるフェルミ準位を示すことを特徴とする。
【００３５】
さらに、前記第１の物質が、もう１つの物質と異なる伝導型を示すことは、有利である。
【００３６】
本発明による太陽電池の有利な実施形態は、前記の物質の一方が、もう一方の物質と異なるバンドギャップを有することを特徴とする。
【００３７】
さらに、前記第１の物質のバンドギャップが、前記第２の物質のバンドギャップと少なくとも２０ｍｅＶの差を有することは、有利である。
【００３８】
本発明のさらなる利点、特徴および有利な別の実施形態は、サブクレームから、かつ図に基いて次に示す有利な実施例から、明らかである。
【００３９】
図１に示された素子は、例えば、太陽電池である。該素子は、基板１０、例えばガラス、特にケイ酸塩ガラス、上に載せられた、透明コンタクト層２０、第１の層３０、第２の層６０、中間層５０およびコンタクト層７０からなる層構造を有する。
【００４０】
該透明コンタクト層２０の脇の部分の上にコンタクト８０が載せられている。もう１つのコンタクト９０が、さらに上のコンタクト層７０の上にある。該透明コンタクト層２０は、厚さ５ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。このコンタクト層２０の厚さは、可変的に選択することができる。
【００４１】
第１の層３０は、前記透明コンタクト層の上に存在する。該第１の層３０は断片的に基板１０に、例えばあらかじめ該透明コンタクト層２０がエッチング除去された範囲内で、接していることも可能である。しかしながら、該透明コンタクト層２０と該第１の層３０の間の接合面効果（Grenzflacheneffekte ）を達成するのに、このことは必要ない。
【００４２】
しかしながら、第１の層３０が透明コンタクト層２０から突出していることは、このことによってコンタクト９０と透明コンタクト層２０の間の短絡が回避されるという理由から、生産技術的に有利である。
【００４３】
前記第１の層３０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。該層３０の厚さは、可変的に選択することができ、それというのも、前記の層３０と６０の間の接合面効果を達成するのにこれら層３０、６０の寸法は重要ではないからである。
【００４４】
前記透明コンタクト層２０は、好ましくは、透明な材料からなり、この材料は特に、透明な伝導性酸化物である。この透明という性質は、前記基板１０を透過する光を伴う太陽電池としての使用の場合に必要であり、このことによって基板１０を透過する光線は、該コンタクト層２０によって吸収されない。しかしながら、前記層６０を通しての光の入射または放出の場合には、該コンタクト層２０を光透過性に形成することは必要ではない。
【００４５】
前記第１の層３０は、好ましくは、第１の伝導型を有する有機半導体材料からなる。該材料は、例えばｎ型伝導材料、好ましくはペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−Ｎ，Ｎ′−ジメチルイミド（ＭＭＰ）である。
【００４６】
前記第２の層６０は、好ましくは、第２の半導体材料からなる。該材料は特に、反対の伝導型を有する材料、好ましくは亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）である。コンタクト層７０は、前記層６０の電気接続のために使用される。例えば該コンタクト層７０は、金からなる。金は、高い電気伝導率と高い化学的安定性をあわせもつという特別な利点を有している。
【００４７】
前記中間層５０は、前記層６０と同じ材料を含有しているが、しかしながら、フラーレンまたは酸化物半導体、例えばＴｉＯ２ 、が注入されている。この注入率は、素子が太陽電池として使用される場合には好ましくは最大６０％である。素子が発光ダイオードとして使用される場合には該注入率は、さらに高くてもよい。
【００４８】
図２には、Ｃ６０ の濃度別の、入射する光の波長に応じて変化する、入射する光子に対する電流の比率（Incident Photon To Current Efficiency − ＩＰＣＥ）としての外部量子効率によって、太陽による電流効率が示されている。
【００４９】
この太陽による電流効率は、図１に示された太陽電池で測定された測定値である。電流効率がＣ６０ の濃度の増加とともに上昇していることは、明らかである。特に大きな上昇が、１０％より大きなＣ６０ の濃度で生じている。この予想外に高い上昇に対する可能な説明としては、パーコレーションの発生が考えられる。
【００５０】
図３に示された素子は、例えば、太陽電池である。該素子は、基板１０、例えばガラス、特にケイ酸塩ガラス、上に載せられた、透明コンタクト層２０、第１の層３０、第２の層６０、第１の中間層４０、第２の中間層５０およびコンタクト層７０からなる層構造を有する。
【００５１】
該透明コンタクト層２０の脇の部分の上にコンタクト８０が載せられている。もう１つのコンタクト９０が、さらに上のコンタクト層７０の上にある。該透明コンタクト層２０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。このコンタクト層２０の厚さは、可変的に選択することができる。
【００５２】
第１の層３０は、前記透明コンタクト層の上に存在する。該第１の層３０は断片的に基板１０に、例えばあらかじめ該透明コンタクト層２０がエッチング除去された範囲内で、接していることも可能である。
【００５３】
第１の層３０が透明コンタクト層２０から突出していることは、このことによってコンタクト９０と透明コンタクト層２０の間の短絡が回避されるという理由から、生産技術的に有利である。
【００５４】
前記第１の層３０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。該層の厚さは、可変的に選択することができ、それというのも、前記接合面効果を達成するのにこれら層の寸法は重要ではないからである。
【００５５】
前記コンタクト層２０は、前記素子が、基板１０を通過する光の入射を伴う太陽電池として使用される場合には、透明な材料からなり、この材料は特に、透明な伝導性酸化物である。
【００５６】
前記第１の層３０は、図１に基づいて示された実施形態と同様に好ましくは第１の伝導型を有する有機半導体材料からなる。該材料は、例えばｎ型伝導材料、好ましくはペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−Ｎ，Ｎ′−ジメチルイミド（ＭＭＰ）である。
【００５７】
前記第２の層６０は、好ましくは、第２の半導体材料からなる。該材料は特に、反対の伝導型を有する材料、好ましくは亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）である。コンタクト層７０は、前記層６０の電気接続のために使用される。例えば該コンタクト層７０は、金からなる。金は、高い電気伝導率と高い化学的安定性をあわせもつという特別な利点を有している。
【００５８】
前記第１の中間層４０は、前記第１の層３０に含有されている材料をいずれの場合にも含有し、かつ場合によっては前記第２の層６０に含有されている材料も含有し、好ましくは、少なくとも１種の有機半導体材料を含有している。ＭＭＰまたはＺｎＰｃが特に適当である。さらに該中間層４０は、フラーレンまたは酸化物半導体、例えばＴｉＯ２、が注入されている。この注入率は、素子が太陽電池として使用される場合には好ましくは最大６０％である。
【００５９】
前記第２の中間層５０は、前記層６０と同じ材料を含有しているが、しかしながら、別のフラーレンまたは酸化物半導体、例えばＴｉＯ２ 、が注入されている。この注入率は、素子が太陽電池として使用される場合には好ましくは最大６０％である。素子が発光ダイオードとして使用される場合には該注入率は、さらに高くてもよい。
【００６０】
図４に示された素子は、例えば、太陽電池である。該素子は、基板１０、例えばガラス、特にケイ酸塩ガラス、上に載せられた、透明コンタクト層２０、多重層およびコンタクト層７０からなる層構造を有する。該多重層は、第１の層３０、第２の層６０および中間層４０からなる。
【００６１】
該透明コンタクト層２０の脇の部分の上にコンタクト８０が載せられている。もう１つのコンタクト９０が、さらに上のコンタクト層７０の上にある。該透明コンタクト層２０は、厚さ５ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。このコンタクト層２０の厚さは、可変的に選択することができる。
【００６２】
第１の層３０は、前記透明コンタクト層の上に存在する。該第１の層３０は断片的に基板１０に、例えばあらかじめ該透明コンタクト層２０がエッチング除去された範囲内で、接していることも可能である。しかしながら、該透明コンタクト層２０と該第１の層３０の間の接合面効果を達成するのに、このことは必要ない。
【００６３】
しかしながら、第１の層３０が透明コンタクト層２０から突出していることは、このことによってコンタクト９０と透明コンタクト層２０の間の短絡が回避されるという理由から、生産技術的に有利である。
【００６４】
前記第１の層３０は、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍを有している。該層３０の厚さは、可変的に選択することができ、それというのも、前記の層３０と６０の間の接合面効果を達成するのにこれら層３０、６０の寸法は重要ではないからである。
【００６５】
前記コンタクト層２０は、好ましくは透明な材料からなり、この材料は特に、透明な伝導性酸化物である。この透明という性質は、前記基板１０を透過する光を伴う太陽電池としての使用の場合に必要であり、このことによって基板１０を透過する光線は、該コンタクト層２０によって吸収されない。しかしながら、前記層６０を通しての光の入射または放出の場合には、該コンタクト層２０を光透過性に形成することは必要ではない。
【００６６】
前記層３０は、本質的にマトリックス材料および該マトリックス材料中にコロイド溶解した半導体からなる。該半導体は、好ましくは、第１の伝導型を示す。該半導体は、例えばｎ型伝導材料、好ましくは硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ｎ型にドープされたガリウムひ素（ＧａＡｓ）、ｎ型にドープされたケイ素、ｎ型にドープされたテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）または置換ペリレン顔料、特にメチレン置換されたペリレン顔料、特にペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−Ｎ，Ｎ′−ジメチルイミド（ＭＭＰ）である。
【００６７】
前記第２の層６０は、好ましくはマトリックス材料および該マトリックス材料中にコロイド溶解した第２の半導体材料からなる。該第２の半導体材料は特に、第１の半導体材料と反対の伝導型を有する材料、例えばｐ型にドープされた亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）、ｐ型にドープされたガリウムひ素（ＧａＡｓ）またはｐ型にドープされたケイ素である。
【００６８】
コンタクト層７０は、前記層６０の電気接続のために使用される。例えば該コンタクト層７０は、高い電気伝導率と高い化学的安定性を達成するために、金からなる。
【００６９】
前記第１の層３０と前記第２の層６０の間に少なくと１つの中間層４０が存在する。該中間層４０は、適当なマトリックス材料を含有している。前記層３０が前記層６０と同じマトリックス材料を含有している場合には、該中間層４０もまたこの同じマトリックス材料からなることは、有利である。これもまた可能であるが、前記層３０が前記層６０と異なるマトリックス材料を含有している場合には、該中間層４０が、１種以上の物質がコロイド溶解されている、これらマトリックス材料の混合物もしくは溶液からなることは、有利である。
【００７０】
前記多重層は、濃度の違う複数の溶液に次々浸漬されることによって得られる。このことによって、該多重層を形成する層は、順次析出される。
【００７１】
上記方法の有利な実施形態の場合には、基板１０の上に次のとおり層構造を析出する：
例えばインジウム−スズ−オキシド（ＩＴＯ）の、濡れ、特に浸漬被覆を粒子、例えばまずＣｄＴｅ粒子のコロイド溶液、特に水溶液を用いて行ない、その際、該基板１０を相次いで濃度の違う複数の溶液に浸漬する。浸漬時間および引き上げ速度は、まずＣｄＴｅ粒子のみ、次に可変的な組成の混合物、次に純粋にＣｄＳ粒子が層を構成するように変化させる。
【００７２】
浸漬被覆によって層を析出する該コロイド溶液は、安定剤を含有していてもよいが、しかしながら、安定剤は必要なものではない。有利な安定剤は、ポリスルフェートであり、このポリスルフェートは、溶液中で粒子の周りに外被を形成し、この外被が粒子が凝集するのを防ぐ。層の析出の際に該安定剤は、粒子が埋め込まれているマトリックス材料を形成する。
【００７３】
前記コロイド溶液が安定剤を含有していない場合には、各粒子の周りには電荷をもつ空間電荷領域（Raumlandungszone ）−イオン層（ionische Schicht ）が存在し、この電荷が粒子が凝集するのを防ぐ。該空間電荷領域内に存在するイオンも一緒に、析出の際に、析出された層に注入される。
【００７４】
図５には、第１の層３０の範囲への第１の ドーパントの距離に応じて変化する、第１のドーパントの濃度が示されている。該第１のドーパントは、例えばＣｄＴｅである。約１００μｍの範囲内で該第１のドーパントの濃度は、大幅に直線的に低下する。
【００７５】
該第１のドーパントの濃度の大幅な直線的な低下によって、約１００μｍの幅の範囲内の第１のドーパントについて本質的に一定した濃度勾配が存在する。
【００７６】
図６には、第１の層３０の範囲への第２の ドーパントの距離に応じて変化する、第２のドーパントの濃度が示されている。該第２のドーパントは、例えばＣｄＳである。約１００μｍの範囲内で該第２のドーパントの濃度は、大幅に直線的に上昇する。
【００７７】
該第２のドーパントの濃度の大幅な直線的な上昇によって、約１００μｍの幅の範囲内の第２のドーパントについても同様に、本質的に一定した濃度勾配が存在する。
【００７８】
ここに示した特に有利な場合には、これらドーパントの濃度勾配は、互いに正反対になっているということだけが違っている。
【００７９】
この図５および６に基づいて示された濃度の経過はたしかに有利であるが、しかしながら、本発明による、濃度の変化を伴う有利な実施例が、直線的な濃度変化だけに限定されるわけでは決してない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による素子の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】 Ｃ６０ の濃度別の、入射する光の波長に応じて変化する、入射する光子に対する電流の比率（ＩＰＣＥ）としての外部量子効率を示す線図である。
【図３】 本発明による素子の第２の実施形態を示す断面図である。
【図４】 本発明による素子のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図５】 第１の層の範囲への第１の ドーパントの距離に応じて変化する、該第１の ドーパントの濃度を示す線図である。
【図６】 第１の層の範囲への第２の ドーパントの距離に応じて変化する、該第２の ドーパントの濃度を示す線図である。
【符号の説明】
１０…基板
２０…コンタクト層
３０…第１の層
４０…第１の中間層
５０…第２の中間層
６０…第２の層
７０…コンタクト層
８０…コンタクト
９０…コンタクト
Claims (28)
- 本質的に第１の材料からなる第１の層（３０）、本質的に第２の材料からなる第２の層（６０）および該第１の層（３０）と該第２の層（６０）の間に存在する少なくとも１つの中間層（４０、５０）を有する太陽電池において、
該第１、第２の材料が互いに異なる伝導型を持つ半導体材料であり、
該中間層（４０、５０）が該第１の材料および／または該第２の材料を有し、かつ該中間層（４０、５０）中に少なくとも１種の物質がコロイド溶解しており、かつ該物質が該第１の材料とも該第２の材料とも異なる伝導率を有し、該物質が本質的に粒子の形で存在し、少なくとも１つの粒径で価電子帯と伝導帯の間のバンドギャップを有する半導体材料であることを特徴とする太陽電池。 - 前記第１の層（３０）と前記第２の層（６０）の間に第１の中間層（４０）および第２の中間層（５０）が存在し、該第１の中間層（４０）が前記第１の層（３０）と境を接しており、かつ該第２の中間層（５０）が前記第２の層（６０）と境を接していることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
- 前記第１の中間層（４０）が本質的に前記第１の材料およびコロイド溶解された物質を含有しており、かつ第２の中間層（５０）が本質的に前記第２の材料およびコロイド溶解された物質を含有していることを特徴とする請求項２記載の太陽電池。
- 前記第１の中間層（４０）が本質的に前記第１の材料およびコロイド溶解された物質を含有しており、かつ第２の中間層（５０）が本質的に前記第２の材料、前記第１の材料およびコロイド溶解された物質を含有していることを特徴とする請求項２記載の太陽電池。
- 前記第１の中間層（４０）が本質的に前記第１の材料、第２の材料およびコロイド溶解された物質を含有しており、かつ第２の中間層（５０）が本質的に前記第２の材料およびコロイド溶解された物質を含有していることを特徴とする請求項２記載の太陽電池。
- 前記第１の中間層（４０）中に第１の物質がコロイド溶解しており、かつ前記第２の中間層（５０）中に第２の物質がコロイド溶解していることを特徴とする請求項２から５までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記第１の半導体材料が有機半導体であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
- 前記第２の半導体材料が有機半導体であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
- 前記のコロイド溶解された物質が半導体材料からなることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記物質がＴｉＯ２を含有していることを特徴とする請求項９記載の太陽電池。
- 前記物質がＳｎＯ２を含有していることを特徴とする請求項９または１０記載の太陽電池。
- 前記物質が有機半導体材料を含有していることを特徴とする請求項９から１１までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記物質がバンドギャップを有する炭素の同素体を少なくとも１つを含有していることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記物質がフラーレン、置換フラーレンまたはフラーレン誘導体の群のうちの少なくとも１つの成分を含有していることを特徴とする請求項１３記載の太陽電池。
- 前記物質がＣ６０を含有していることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池。
- 前記物質が黒鉛状炭素同素体を含有していることを特徴とする請求項１３から１５までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記物質がグラフェンを含有していることを特徴とする請求項１６記載の太陽電池。
- 前記粒子が本質的に１ｎｍ〜１μｍの大きさを有していることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
- 前記粒子の大きさが１ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１８記載の太陽電池。
- 前記粒子が、パーコレーションが生じる程度に高い濃度を有することを特徴とする請求項１，１８，１９いずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記物質の濃度が空間的に変化することを特徴とする請求項１から２０までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記物質の濃度が前記中間層の中で変化することを特徴とする請求項２１記載の太陽電池。
- 前記中間層中に少なくとも２種の物質が存在していることを特徴とする請求項１から２２までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記物質の１つが、もう１つの物質の濃度と異なる形で空間的に変化する濃度を有することを特徴とする請求項２３記載の太陽電池。
- 前記第１の物質が、前記第２の物質のフェルミ準位と少なくとも２０ｍｅＶの差があるフェルミ準位を示すことを特徴とする請求項２３または２４記載の太陽電池。
- 前記第１の物質が前記第２の物質と異なる伝導型を示すことを特徴とする請求項２３から２５までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記の物質の一方が、もう一方の物質と異なるバンドギャップを有することを特徴とする、請求項２３から２６までのいずれか１項に記載の太陽電池。
- 前記第１の物質のバンドギャップが、前記第２の物質のバンドギャップと少なくとも２０ｍｅＶの差を有することを特徴とする請求項２７記載の太陽電池。
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