JP5075283B1 - 有機薄膜太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】光電変換効率が高く、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】光電変換層を有する有機薄膜太陽電池であって、前記光電変換層においては、Ｎ型半導体とＰ型半導体とが互いに接しており、前記Ｎ型半導体は、周期表１５族元素の硫化物を含有し、前記Ｐ型半導体は、有機半導体である有機薄膜太陽電池。
【選択図】なし

Description

本発明は、光電変換効率が高く、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池に関する。
従来から、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とを積層し、この積層体の両側に電極を設けた光電変換素子が開発されている。また、このような積層体の代わりに、Ｎ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜を用いることも検討されている。このような光電変換素子では、光励起によりＰ型半導体又はＮ型半導体で光キャリア（電子−ホール対）が生成し、電子がＮ型半導体を、ホールがＰ型半導体を移動することで、電界が生じる。
現在、実用化されている光電変換素子の多くは、Ｎ型半導体及びＰ型半導体としてシリコン等の無機半導体を用いて製造される無機太陽電池である。しかしながら、無機太陽電池は製造にコストがかかるうえ大型化が困難であり、利用範囲が限られてしまうことから、無機半導体の代わりに有機半導体を用いて製造される有機太陽電池が注目されている。
有機半導体のうち、Ｐ型半導体は多くの種類が知られている。一方、一般的に有機半導体には優秀なＮ型半導体が少なく、ほとんどの場合フラーレンが用いられている。例えば、特許文献１には、Ｐ型半導体となる有機化合物とフラーレン類とを用いて形成された半導体ヘテロ接合膜が記載されている。しかしながら、フラーレンを用いて製造される有機太陽電池において、その劣化の原因はフラーレンであることが知られており（例えば、非特許文献１参照）、Ｎ型半導体としてフラーレンよりも耐久性の高い材料を選択することが求められている。
また、Ｐ型半導体として有機半導体を用いつつ、Ｎ型半導体のみを無機半導体とする有機太陽電池も検討されており、無機半導体として、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン等が用いられている。このような有機太陽電池として、例えば、特許文献２には、有機電子供与体と化合物半導体結晶とを含有する活性層を二つの電極の間に設けた有機太陽電池が記載されている。しかしながら、Ｎ型半導体として酸化亜鉛、酸化チタン等を用いても、充分な耐久性は得られず、また、フラーレンを用いた場合と比べて光電変換効率が低下するという問題もある。
特開２００６−３４４７９４号公報 特許第４１２０３６２号公報
Ｒｅｅｓｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．，２０，３４７６−３４８３（２０１０）
本発明は、光電変換効率が高く、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供することを目的とする。
本発明は、光電変換層を有する有機薄膜太陽電池であって、前記光電変換層においては、Ｎ型半導体とＰ型半導体とが互いに接しており、前記Ｎ型半導体は、周期表１５族元素の硫化物を含有し、前記Ｐ型半導体は、有機半導体であり、前記Ｐ型半導体を構成する有機半導体は、ポリチオフェン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体又はベンゾポルフィリン誘導体である有機薄膜太陽電池である。
以下、本発明を詳述する。
本発明者は、光電変換層を有する有機薄膜太陽電池において、光電変換層のＮ型半導体として周期表１５族元素の硫化物を用い、かつ、Ｐ型半導体として有機半導体を用いることにより、高い光電変換効率を維持しつつ耐久性を向上させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の有機薄膜太陽電池は、光電変換層を有するものであり、該光電変換層においては、Ｎ型半導体とＰ型半導体とが互いに接している。
このような光電変換層においては、光励起によりＰ型半導体又はＮ型半導体で光キャリア（電子−ホール対）が生成し、電子がＮ型半導体を、ホールがＰ型半導体を移動することで、電界が生じる。
上記Ｎ型半導体は、周期表１５族元素の硫化物を含有する。また、上記Ｐ型半導体は、有機半導体である。
周期表１５族元素の硫化物は耐久性が高いことから、Ｎ型半導体として周期表１５族元素の硫化物を用いることにより、本発明の有機薄膜太陽電池は、耐久性に優れたものとなる。また、Ｐ型半導体として有機半導体を用いることにより、本発明の有機薄膜太陽電池は、耐衝撃性、フレキシビリティ等にも優れたものとなる。
また、Ｎ型半導体とＰ型半導体とがこのような組み合わせであることにより、本発明の有機薄膜太陽電池は電荷分離効率が極めて高くなり、光電変換効率が高くなる。また、Ｎ型半導体とＰ型半導体とがいずれも無機半導体である場合はこれらの固溶体が界面で析出する可能性があるのに対し、本発明の有機薄膜太陽電池においては固溶体の析出がなく、高温時においても高い安定性を得ることができる。
なお、光電変換層は、Ｎ型半導体とＰ型半導体とが互いに接していればよく、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とを含む積層体であってもよいし、Ｎ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜であってもよいが、有機半導体の電荷分離効率を向上させることができるため、複合膜であることがより好ましい。
上記周期表１５族元素の硫化物は、硫化アンチモン、硫化ビスマスであることが好ましく、硫化アンチモンであることがより好ましい。硫化アンチモンは、Ｐ型半導体である有機半導体とのエネルギー準位の相性がよく、かつ、従来の酸化亜鉛、酸化チタン等より可視光に対する吸収が大きい。このため、上記周期表１５族元素の硫化物が硫化アンチモンであることにより、有機薄膜太陽電池は、光電変換効率が高くなる。これらの周期表１５族元素の硫化物は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記周期表１５族元素の硫化物は、周期表１５族元素の２種以上の元素を同一の分子に含有する複合硫化物であってもよい。
上記Ｎ型半導体は、本発明の効果を阻害しない範囲内であれば、上記周期表１５族元素の硫化物に加えて他の元素を含有していてもよい。上記他の元素は特に限定されないが、周期表の第４周期、第５周期及び第６周期に属する元素が好ましく、具体的には例えば、インジウム、ガリウム、スズ、カドミウム、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、銀、チタン、バナジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、鉄、コバルト等が挙げられる。これらの他の元素は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。なかでも、電子の移動度が高くなることから、インジウム、ガリウム、スズ、カドミウム、亜鉛、銅が好ましい。
上記他の元素の含有量は、上記Ｎ型半導体中の好ましい上限が５０重量％である。上記含有量が５０重量％を超えると、Ｎ型半導体と、Ｐ型半導体である有機半導体との相性が悪くなり、光電変換効率が低下することがある。
上記Ｎ型半導体は、結晶性半導体であることが好ましい。Ｎ型半導体が結晶性半導体であることにより、電子の移動度が高くなり、光電変換効率が高くなる。
なお、結晶性半導体とは、Ｘ線回折測定等で測定し、散乱ピークが検出できる半導体を意味する。
また、上記Ｎ型半導体の結晶性の指標として、結晶化度を用いることもできる。上記Ｎ型半導体の結晶化度は、好ましい下限が３０％である。上記結晶化度が３０％未満であると、電子の移動度が低くなり、光電変換が低下することがある。上記結晶化度のより好ましい下限は５０％、更に好ましい下限は７０％である。
なお、結晶化度は、Ｘ線回折測定等により検出された結晶質由来の散乱ピークと、非晶質部由来のハローとをフィッティングにより分離し、それぞれの強度積分を求めて、全体のうちの結晶質部分の比を算出することにより求めることができる。
上記Ｎ型半導体の結晶化度を高める方法として、例えば、Ｎ型半導体に対して、熱アニール、レーザー又はフラッシュランプ等の強度の強い光の照射、エキシマ光照射、プラズマ照射等を行う方法が挙げられる。なかでも、上記周期表１５族元素の硫化物の酸化を低減できることから、強度の強い光の照射、プラズマ照射等を行う方法が好ましい。
上記有機半導体は特に限定されず、例えば、ポリ（３−アルキルチオフェン）等のポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリアセチレン誘導体等の導電性高分子等が挙げられる。また、上記有機半導体として、例えば、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ペンタセン誘導体、ベンゾポルフィリン誘導体等のポルフィリン誘導体等も挙げられる。なかでも、比較的耐久性が高いことから、ポリチオフェン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ベンゾポルフィリン誘導体が好ましい。
上記有機半導体は、長波長領域の光を吸収できることから、ドナー−アクセプター型であることがより好ましい。なかでも、ドナー−アクセプター型のポリチオフェン誘導体、ナフタロシアニン誘導体がより好ましく、ドナー−アクセプター型のポリチオフェン誘導体のなかでも、光吸収波長の観点から、チオフェン−ジケトピロロピロール重合体が特に好ましい。
本発明の有機薄膜太陽電池は、上述したような光電変換層を、一組の電極間に有することが好ましい。上記電極の材料は特に限定されず、従来公知の材料を用いることができるが、陽極材料として、例えば、金等の金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ等の導電性透明材料、導電性透明ポリマー等が挙げられる。また、陰極材料として、例えば、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物等が挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
本発明の有機薄膜太陽電池は、更に、基板、ホール輸送層、電子輸送層等を有していてもよい。上記基板は特に限定されず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等の透明ガラス基板、セラミック基板、透明プラスチック基板等が挙げられる。
上記ホール輸送層の材料は特に限定されず、例えば、Ｐ型導電性高分子、Ｐ型低分子有機半導体、Ｐ型金属酸化物、Ｐ型金属硫化物、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、ポリエチレンジオキシチオフェンのポリスチレンスルホン酸付加物、カルボキシル基含有ポリチオフェン、フタロシアニン、ポルフィリン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅、酸化スズ、硫化モリブデン、硫化タングステン、硫化銅、硫化スズ等、フルオロ基含有ホスホン酸、カルボニル基含有ホスホン酸等が挙げられる。
上記電子輸送層の材料は特に限定されず、例えば、Ｎ型導電性高分子、Ｎ型低分子有機半導体、Ｎ型金属酸化物、Ｎ型金属硫化物、ハロゲン化アルカリ金属、アルカリ金属、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、シアノ基含有ポリフェニレンビニレン、ホウ素含有ポリマー、バソキュプロイン、バソフェナントレン、ヒドロキシキノリナトアルミニウム、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化合物、ペリレン誘導体、ホスフィンオキサイド化合物、ホスフィンスルフィド化合物、フルオロ基含有フタロシアニン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛等が挙げられる。
特に、本発明の有機薄膜太陽電池は、一組の電極間に、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とを含む光電変換層を有し、一方の電極とＮ型半導体層との間に更に電子輸送層を有することが好ましい。更に、一方の電極とＮ型半導体層との間に更に電子輸送層を、他方の電極とＰ型半導体層との間に更にホール輸送層を有することがより好ましい。
光電変換層がＮ型半導体層とＰ型半導体層とを含む積層体である場合の本発明の有機薄膜太陽電池の一例を図１に模式的に示す。図１に示す有機薄膜太陽電池１においては、基板２、透明電極（陽極）３、Ｐ型半導体層４、Ｎ型半導体層５、電子輸送層６、電極（陰極）７がこの順で積層されている。
また、本発明の有機薄膜太陽電池は、一組の電極間に、Ｎ型半導体とＰ型半導体とを混合した複合化した複合膜である光電変換層を有し、一方の電極と光電変換層との間に更に電子輸送層を有することが好ましい。更に、一方の電極と光電変換層との間に更に電子輸送層を、他方の電極と光電変換層との間に更にホール輸送層を有することが好ましい。
光電変換層がＮ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜である場合の本発明の有機薄膜太陽電池の一例を図２に模式的に示す。図２に示す有機薄膜太陽電池８においては、基板９、透明電極（陽極）１０、ホール輸送層１１、Ｐ型半導体部分１２とＮ型半導体部分１３との複合膜１４、電子輸送層１５、電極（陰極）１６がこの順で積層されている。
上記Ｎ型半導体層の厚みは、好ましい下限が５ｎｍ、好ましい上限が５０００ｎｍである。上記厚みが５ｎｍ未満であると、充分に光を吸収することができず、光電変換効率が低下することがある。上記厚みが５０００ｎｍを超えると、電荷分離できない領域が発生してしまい、光電変換効率の低下につながることがある。上記Ｎ型半導体層の厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は２０ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍである。
上記Ｐ型半導体層の厚みは、好ましい下限が５ｎｍ、好ましい上限が１０００ｎｍである。上記厚みが５ｎｍ未満であると、充分に光を吸収することができず、光電変換効率が低下することがある。上記厚みが１０００ｎｍを超えると、電荷分離できない領域が発生してしまい、光電変換効率の低下につながることがある。上記Ｐ型半導体層の厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、より好ましい上限は５００ｎｍであり、更に好ましい下限は２０ｎｍ、更に好ましい上限は２００ｎｍである。
上記ホール輸送層の厚みは、好ましい下限は１ｎｍ、好ましい上限は２００ｎｍである。上記厚みが１ｎｍ未満であると、充分に電子をブロックできないことがある。上記厚みが２００ｎｍを超えると、ホール輸送の際の抵抗になり、光電変換効率が低下することがある。上記ホール輸送層の厚みのより好ましい下限は３ｎｍ、より好ましい上限は１５０ｎｍであり、更に好ましい下限は５ｎｍ、更に好ましい上限は１００ｎｍである。
上記電子輸送層の厚みは、好ましい下限が１ｎｍ、好ましい上限が２００ｎｍである。上記厚みが１ｎｍ未満であると、充分にホールをブロックできないことがある。上記厚みが２００ｎｍを超えると、電子輸送の際の抵抗になり、光電変換効率が低下することがある。上記電子輸送層の厚みのより好ましい下限は３ｎｍ、より好ましい上限は１５０ｎｍであり、更に好ましい下限は５ｎｍ、更に好ましい上限は１００ｎｍである。
また、上述したように光電変換層がＮ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜である場合、上記光電変換層の厚みの好ましい下限は３０ｎｍ、好ましい上限は３０００ｎｍである。上記厚みが３０ｎｍ未満であると、充分に光を吸収することができず、光電変換効率が低下することがある。上記厚みが３０００ｎｍを超えると、電荷が電極に到達できなくなるため、光電変換効率の低下につながることがある。上記光電変換層の厚みのより好ましい下限は４０ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は５０ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍである。
上記光電変換層がＮ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜である場合には、Ｎ型半導体とＰ型半導体との比率が非常に重要である。Ｎ型半導体とＰ型半導体との比率は、１：９〜９：１（体積比）であることが好ましい。上記比率が上記範囲から外れると、ホール又は電子が電極まで到達することができないことがあり、そのため光電変換効率の低下につながることがある。上記比率は、２：８〜８：２（体積比）であることがより好ましい。
本発明の有機薄膜太陽電池を製造する方法は特に限定されず、例えば、光電変換層がＮ型半導体層とＰ型半導体層とを含む積層体である場合、基板上に電極（陽極）を形成した後、この電極（陽極）の表面上にＰ型半導体層をスピンコート法等の印刷法により成膜し、次いで、このＰ型半導体層の表面上に真空蒸着法等によりＮ型半導体層を成膜し、更に、このＮ型半導体層の表面上に電極（陰極）を形成する方法等が挙げられる。また、基板上に電極（陰極）を形成した後、Ｎ型半導体層、Ｐ型半導体層、電極（陽極）をこの順で形成してもよい。
本発明の有機薄膜太陽電池を製造する際には、スピンコート法等の印刷法により安定的かつ簡便にＰ型半導体層を形成することができるため、Ｐ型半導体層の形成コストを削減することができる。上記Ｎ型半導体層を形成する際にも、真空蒸着法の代わりに、周期表１５族元素の硫化物の前躯体溶液、又は、周期表１５族元素の硫化物のナノ粒子分散液をスピンコート法等の印刷法により成膜することもできる。
また、例えば、光電変換層がＮ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜である場合には、Ｐ型半導体である有機半導体と、周期表１５族元素の硫化物の前躯体溶液、又は、周期表１５族元素の硫化物のナノ粒子分散液とを混合した混合液を用いて複合膜とすることができる。また、Ｎ型半導体とＰ型半導体とを共蒸着することにより複合膜を作製することもできる。
本発明によれば、光電変換効率が高く、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供することができる。
光電変換層がＮ型半導体層とＰ型半導体層とを含む積層体である場合の本発明の有機薄膜太陽電池の一例を模式的に示す断面図である。 光電変換層がＮ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜である場合の本発明の有機薄膜太陽電池の一例を模式的に示す断面図である。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
以下の実施例１〜８及び比較例１〜７には、光電変換層がＮ型半導体層とＰ型半導体層とを含む積層体である場合の有機薄膜太陽電池の製造を示す。
（実施例１）
＜陽極＞
ガラス基板上に、陽極として厚み２４０ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、アセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールをこの順に用いて各１０分間超音波洗浄した後、乾燥させた。
＜光電変換層（積層体）＞
ＩＴＯ膜の表面上に、Ｐ型半導体層としてポリエチレンジオキサイドチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をスピンコート法により５０ｎｍの厚みに成膜した。次いで、このＰ型半導体層の表面上に、Ｎ型半導体層として硫化アンチモンを真空蒸着法により４０ｎｍの厚みに成膜した。
＜電子輸送層＞
Ｎ型半導体層の表面上に、電子輸送層として酸化亜鉛ナノ粒子の分散液をスピンコート法により５０ｎｍの厚みに成膜して、２６０℃で２分アニーリングを行った。
＜陰極＞
電子輸送層の表面上に、陰極として真空蒸着により厚み１００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、有機薄膜太陽電池を得た。
（実施例２）
＜陰極＞
ガラス基板上に、陰極として厚み２４０ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、アセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールをこの順に用いて各１０分間超音波洗浄した後、乾燥させた。
＜電子輸送層＞
ＩＴＯ膜の表面上に、電子輸送層として酸化亜鉛ナノ粒子の分散液をスピンコート法により５０ｎｍの厚みに成膜した。
＜光電変換層（積層体）＞
電子輸送層の表面上に、Ｎ型半導体層として硫化アンチモンを真空蒸着法により４０ｎｍの厚みに成膜して、２６０℃で２分アニーリングを行った。更に、このＮ型半導体層の表面上に、Ｐ型半導体層としてポリ−３−ヘキシルチオフェンをスピンコート法により４０ｎｍの厚みに成膜した。
＜ホール輸送層＞
Ｐ型半導体層の表面上に、ホール輸送層としてポリエチレンジオキサイドチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をスピンコート法により５０ｎｍの厚みに成膜した。
＜陽極＞
ホール輸送層の表面上に、陽極として真空蒸着により厚み１００ｎｍの金膜を形成し、有機薄膜太陽電池を得た。
（実施例３）
＜陰極＞
ガラス基板上に、陰極として厚み２４０ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、アセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールをこの順に用いて各１０分間超音波洗浄した後、乾燥させた。
＜光電変換層（積層体）＞
ＩＴＯ膜の表面上に、Ｎ型半導体層として硫化アンチモンを真空蒸着法により４０ｎｍの厚みに成膜して、２６０℃で２分アニーリングを行った。更に、このＮ型半導体層の表面上に、Ｐ型半導体層としてポリ−３−ヘキシルチオフェンをスピンコート法により４０ｎｍの厚みに成膜した。
＜ホール輸送層＞
Ｐ型半導体層の表面上に、ホール輸送層としてポリエチレンジオキサイドチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をスピンコート法により５０ｎｍの厚みに成膜した。
＜陽極＞
ホール輸送層の表面上に、陽極として真空蒸着により厚み１００ｎｍの金膜を形成し、有機薄膜太陽電池を得た。
（実施例４）
Ｎ型半導体として硫化アンチモンの代わりに硫化ビスマスを用いたこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（実施例５）
Ｎ型半導体層形成時のアニール温度を２４０℃に変更したこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（実施例６）
Ｎ型半導体層形成時のアニール温度を２００℃に変更したこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（実施例７）
Ｐ型半導体としてポリ−３−ヘキシルチオフェンの代わりにドナー−アクセプター型導電性高分子（ＰＢＤＴＴＴ−ＣＦ、１−Ｍａｔｅｒｉａｌ社製）を用いたこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（実施例８）
Ｐ型半導体としてポリ−３−ヘキシルチオフェンの代わりに銅フタロシアニンを用い、蒸着法により厚み３０ｎｍに成膜したこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例１）
Ｎ型半導体として硫化アンチモンの代わりにフラーレンを用いたこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例２）
Ｎ型半導体層形成時のアニール温度を１８０℃に変更したこと以外は比較例１と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例３）
Ｎ型半導体層形成時のアニーリングを行わなかったこと以外は比較例１と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例４）
Ｎ型半導体として硫化アンチモンの代わりに酸化亜鉛ナノ粒子を用い、スピンコート法により成膜したこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例５）
Ｎ型半導体として硫化アンチモンの代わりに硫化スズを用いたこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例６）
Ｎ型半導体として硫化アンチモンの代わりに硫化亜鉛ナノ粒子を用い、スピンコート法により成膜したこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例７）
Ｐ型半導体としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの代わりに硫化銅を用い、真空蒸着法により成膜したこと以外は実施例１と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
以下の実施例９〜１０及び比較例８〜１０には、光電変換層がＮ型半導体とＰ型半導体とを含む複合膜である場合の有機薄膜太陽電池の製造を示す。
（実施例９）
Ｎ型半導体として硫化アンチモンを、Ｐ型半導体として銅フタロシアニンを用い、共蒸着法によりＮ型半導体とＰ型半導体との複合膜を厚み１００ｎｍに成膜し、その後、２６０℃で２分アニーリングを行ったこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。Ｎ型半導体とＰ型半導体との体積比は８：２であった。
（実施例１０）
Ｎ型半導体として硫化アンチモンを、Ｐ型半導体として銅フタロシアニンを用い、共蒸着法によりＮ型半導体とＰ型半導体との複合膜を厚み１６０ｎｍに成膜し、その後、２６０℃で２分アニーリングを行ったこと以外は実施例２と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。Ｎ型半導体とＰ型半導体との体積比は６：４であった。
（比較例８）
＜陽極＞
ガラス基板上に、陽極として厚み２４０ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、アセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールをこの順に用いて各１０分間超音波洗浄した後、乾燥させた。
＜ホール輸送層＞
ＩＴＯ膜の表面上に、ホール輸送層としてポリエチレンジオキサイドチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をスピンコート法により５０ｎｍの厚みに成膜した。
＜光電変換層（複合膜）＞
Ｎ型半導体として８重量部のフラーレン誘導体（ＰＣＢＭ、アメリカンダイソース社製）と、Ｐ型半導体として１０重量部のポリ−３−ヘキシルチオフェンとを、６００重量部のクロロベンゼンに分散及び溶解させて、混合溶液を調製した。この混合溶液を、ホール輸送層の表面上に塗布して１５０ｎｍの厚みに成膜し、複合膜とした。
＜電子輸送層＞
光電変換層の表面上に、電子輸送層として酸化亜鉛ナノ粒子の分散液をスピンコート法により５０ｎｍの厚みに成膜した。
＜陰極＞
電子輸送層の表面上に、陰極として真空蒸着により厚み１００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例９）
Ｎ型半導体としてフラーレン誘導体の代わりに酸化亜鉛ナノ粒子を用いたこと以外は比較例８と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（比較例１０）
Ｎ型半導体としてフラーレン誘導体の代わりに硫化亜鉛ナノ粒子を用いたこと以外は比較例８と同様にして、有機薄膜太陽電池を得た。
（評価）
＜光電変換効率の測定＞
有機薄膜太陽電池の電極間に、電源（ＫＥＹＴＨＬＥＹ社製、２３６モデル）を接続し、１００ｍＷ／ｃｍ２の強度のソーラーシミュレータ（山下電装社製）を用いて有機薄膜太陽電池の光電変換効率を測定した。比較例３の光電変換効率を１．００として規格化した（相対光電変換効率（比較例３との対比））。
＜耐候試験後の光電変換効率の測定＞
有機薄膜太陽電池をガラス封止し、温度６０℃、湿度３５％の状態で６０ｍＷ／ｃｍ２の光を２４時間照射して耐候試験を行った。耐候試験前後の光電変換効率を上記と同様にして測定し、初期の光電変換効率（初期値）を１．００としたときの耐候試験後の相対変換効率を求めた。
＜総合評価＞
下記の基準で評価した。
× 相対光電変換効率（比較例３との対比）が１以下、又は、耐候試験後の相対変換効率（初期値との対比）が０．８以下であった
○ 相対光電変換効率（比較例３との対比）が１を超えて５以下、かつ、耐候試験後の相対変換効率（初期値との対比）が０．８を超えていた
◎ 相対光電変換効率（比較例３との対比）が５を超えており、かつ、耐候試験後の相対変換効率（初期値との対比）が０．８を超えていた
Figure 0005075283
Figure 0005075283
Figure 0005075283
Figure 0005075283
本発明によれば、光電変換効率が高く、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供することができる。
１ 有機薄膜太陽電池
２ 基板
３ 透明電極（陽極）
４ Ｐ型半導体層
５ Ｎ型半導体層
６ 電子輸送層
７ 電極（陰極）
８ 有機薄膜太陽電池
９ 基板
１０ 透明電極（陽極）
１１ ホール輸送層
１２ Ｐ型半導体部分
１３ Ｎ型半導体部分
１４ 複合膜
１５ 電子輸送層
１６ 電極（陰極）

Claims (6)

  1. 光電変換層を有する有機薄膜太陽電池であって、
    前記光電変換層においては、Ｎ型半導体とＰ型半導体とが互いに接しており、
    前記Ｎ型半導体は、周期表１５族元素の硫化物を含有し、
    前記Ｐ型半導体は、有機半導体であり、
    前記Ｐ型半導体を構成する有機半導体は、ポリチオフェン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体又はベンゾポルフィリン誘導体である
    ことを特徴とする有機薄膜太陽電池。
  2. 周期表１５族元素の硫化物は、硫化アンチモンであることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜太陽電池。
  3. 光電変換層が、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とを含む積層体であることを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜太陽電池。
  4. 一組の電極間に、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とを含む光電変換層を有し、
    一方の電極と前記Ｎ型半導体層との間に更に電子輸送層を、他方の電極と前記Ｐ型半導体層との間に更にホール輸送層を有することを特徴とする請求項３記載の有機薄膜太陽電池。
  5. 光電変換層が、Ｎ型半導体とＰ型半導体とを混合して複合化した複合膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜太陽電池。
  6. 一組の電極間に、Ｎ型半導体とＰ型半導体とを混合した複合化した複合膜である光電変換層を有し、
    一方の電極と前記光電変換層との間に更に電子輸送層を、他方の電極と前記光電変換層との間に更にホール輸送層を有することを特徴とする請求項５記載の有機薄膜太陽電池。
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