JP5467311B2 - 有機薄膜太陽電池 - Google Patents
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Description
この発明は、有機薄膜太陽電池に関し、光電変換効率を高め、かつ透明電極を不要としたものである。
太陽電池の１種として有機薄膜太陽電池が知られている。
図３は、従来の有機薄膜太陽電池の典型的な例を示すものである。図中符号１は透明基板を示す。この透明基板１は、ガラス板などの透明材料からもので、その一方の表面にはＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）などからなる透明電極２が形成されている。
この透明電極２上には、光電変換層３が形成されている。この光電変換層３は、電子ドナー層３１と電子アクセプター層３２とが交互にそれぞれ複数層積層されたものである。
図３は、従来の有機薄膜太陽電池の典型的な例を示すものである。図中符号１は透明基板を示す。この透明基板１は、ガラス板などの透明材料からもので、その一方の表面にはＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）などからなる透明電極２が形成されている。
この透明電極２上には、光電変換層３が形成されている。この光電変換層３は、電子ドナー層３１と電子アクセプター層３２とが交互にそれぞれ複数層積層されたものである。
前記電子ドナー層３１は、例えばポリフィリン金属錯体からなる薄膜で構成され、電子アクセプター層３２は、例えばフラーレンからなる薄膜で構成されたものである。
この光電変換層３上にはアルミニウムなどの導電材料からなる背面電極４が設けられている。
この光電変換層３上にはアルミニウムなどの導電材料からなる背面電極４が設けられている。
このような構成の有機薄膜太陽電池にあっては、透明基板１および透明電極２を透過して光電変換層３に太陽光などの光を照射すると、電子ドナー層３１で発生した励起子（電子と正孔との対）が電子ドナー層３１と電子アクセプター層３２の界面で電子と正孔とに分離した結果、電子ドナー層３１では正孔（ホール、ｈ＋）が生成し、電子アクセプター層３２では電子（ｅ−）が生成し、正孔が透明電極２に、電子が背面電極４に移動することで光発電が行われるようになっている。
しかしながら、このような構造の有機薄膜太陽電池では、電子ドナー層３１で生成した正孔および電子アクセプター層３２で生成した電子（以下、正孔または電子もしくは両者を併せてキャリアと言うことがある。）の電極２（４）への移動の際に、キャリアが電子ドナー層３１と電子アクセプター層３２を横断する状態となり、その界面を通過する際にキャリアの再結合が生じ、両電極２（４）に到達するキャリアの数が減少して、結果的に光電変換効率を高めることができない不具合があった。
また、透明電極２を構成するＩＴＯは、レアメタルであるインジウムを主原料とするものであるが、近時インジウムの消費量が世界的に増加して、調達が困難になって、その価格が急騰しており、ＩＴＯの製造コストが高くなってきている。
さらに、入射光が透明電極２を透過して光電変換層３に入射されるので、透明電極２での光の減衰があり、これによっても光電変換効率が低下することにもなる。
さらに、入射光が透明電極２を透過して光電変換層３に入射されるので、透明電極２での光の減衰があり、これによっても光電変換効率が低下することにもなる。
よって、この発明における課題は、有機薄膜太陽電池の光電変換層で発生したキャリアがこの光電変換層内で再結合して減少することを防止して光電変換効率を高めることができ、しかも価格が高騰しているインジウムを原料とする透明電極を不要にして製造コストを低減でき、透明電極による入射光の減衰を防ぐようにすることにある。
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、透明基板上に、電子ドナー層と電子アクセプター層とが交互に積層されてなる有機光電変換層が直接設けられ、光が透明基板を透過して直接光電変換層に入射される有機薄膜太陽電池であって、
前記有機光電変換層内に第１貫通電極と第２貫通電極とをそれぞれ１以上埋設し、これら第１貫通電極と第２貫通電極とが有機光電変換層を交互に分断するように配されており、
前記第１および第２貫通電極は、導電部と絶縁部とを交互に直列に連結したものであって、上記導電部と上記絶縁部との界面が有機光電変換層の電子ドナー層と電子アクセプター層との界面に一致するように構成され、第１貫通電極の導電部と第２貫通電極の導電部とが同一材料から構成されていることを特徴とする有機薄膜太陽電池である。
請求項１にかかる発明は、透明基板上に、電子ドナー層と電子アクセプター層とが交互に積層されてなる有機光電変換層が直接設けられ、光が透明基板を透過して直接光電変換層に入射される有機薄膜太陽電池であって、
前記有機光電変換層内に第１貫通電極と第２貫通電極とをそれぞれ１以上埋設し、これら第１貫通電極と第２貫通電極とが有機光電変換層を交互に分断するように配されており、
前記第１および第２貫通電極は、導電部と絶縁部とを交互に直列に連結したものであって、上記導電部と上記絶縁部との界面が有機光電変換層の電子ドナー層と電子アクセプター層との界面に一致するように構成され、第１貫通電極の導電部と第２貫通電極の導電部とが同一材料から構成されていることを特徴とする有機薄膜太陽電池である。
請求項１の発明によれば、光電変換層において発生したキャリアが電極に向けて移動する際に、キャリアが光電変換層を横断することがなくなる。このため、キャリアの光電変換層での再結合の頻度が大幅に減少し、電極に到達するキャリアが減少することがない。
また、透明電極が不要になるので、製造コストの高騰を抑えることができ、透明電極による入射光の減衰もなくなる。さらに、光電変換層内を移動するキャリアの移動距離が短縮され、これによってもキャリアの減少が抑えられる。
また、透明電極が不要になるので、製造コストの高騰を抑えることができ、透明電極による入射光の減衰もなくなる。さらに、光電変換層内を移動するキャリアの移動距離が短縮され、これによってもキャリアの減少が抑えられる。
また、請求項２の発明によれば、光電変換層で生じたキャリアの電極への駆動力が小さい場合でも、各貫通電極を構成する材料の仕事関数を違えることで、キャリアの各貫通電極への駆動力が向上する。
請求項３の発明によれば、光電変換層で生じたキャリアの電極への駆動力が大きい場合には、第１貫通電極の導電部と第２貫通電極の導電部とを同一材料で構成でき、構造が比較的複雑な各貫通電極の製造を簡略化できる。
請求項３の発明によれば、光電変換層で生じたキャリアの電極への駆動力が大きい場合には、第１貫通電極の導電部と第２貫通電極の導電部とを同一材料で構成でき、構造が比較的複雑な各貫通電極の製造を簡略化できる。
図１は、この発明の有機薄膜太陽電池の第１の例を示すものである。図１中、符号１１は、ガラス板、透明高分子フィルムなどの透明材料からなる透明基板を示す。
この透明基板１１の一方の表面には、直接光電変換層１２が設けられている。すなわち、透明基板１１の表面に光電変換層１２が直接、密着した状態で形成され、透明電極が存在しない。この光電変換層１２は、電子ドナー層１２Ａと電子アクセプター層１２Ｂとが交互にそれぞれ１〜１０層程度積層されて構成されている。
この例では、透明基板１１の表面に直接接している層は、電子ドナー層１２Ａであるが、電子アクセプター層１２Ｂであってもよい。
この透明基板１１の一方の表面には、直接光電変換層１２が設けられている。すなわち、透明基板１１の表面に光電変換層１２が直接、密着した状態で形成され、透明電極が存在しない。この光電変換層１２は、電子ドナー層１２Ａと電子アクセプター層１２Ｂとが交互にそれぞれ１〜１０層程度積層されて構成されている。
この例では、透明基板１１の表面に直接接している層は、電子ドナー層１２Ａであるが、電子アクセプター層１２Ｂであってもよい。
電子ドナー層１２Ａは、光の入射により正孔（ｈ＋）を発生する層であって、例えばｓｙｎ型オクタエチルポルフィリン金属錯体などのポルフィリン金属錯体等からなる厚さ０．５〜１００ｎｍの薄膜である。
電子アクセプター層１２Ｂは、光の入射により電子（ｅ−）を発生する層であって、例えばフラーレン重合体などのフラーレン誘導体等からなる厚さ１〜１００ｎｍの薄膜で構成されている。
電子アクセプター層１２Ｂは、光の入射により電子（ｅ−）を発生する層であって、例えばフラーレン重合体などのフラーレン誘導体等からなる厚さ１〜１００ｎｍの薄膜で構成されている。
光電変換層１２をなす電子ドナー層１２Ａおよび電子アクセプター層１２Ｂの成膜方法は、これらの層１２Ａ、１２Ｂを構成する材料に応じて適切な方法が用いられるが、例えば真空蒸着法、ラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）、スピンコート法、インクジェット法、印刷法などが用いられ、純度の高い薄膜が得られる真空蒸着法が好ましい。
また、電子アクセプター層１２Ｂの形成方法としては、この電子アクセプター層１２Ｂがフラーレン重合体からなるものでは、フラーレンからなる薄膜を形成したのち、光照射、電子線照射などを行ってフラーレンを重合して、フラーレン重合体とする方法が好ましい。
この光電変換層１２には、図示のように、複数の第１貫通電極１３・・・と複数の第２貫通電極１４・・・とが光電変換層１２内に埋設された状態で設けられている。個々の第１および第２貫通電極１３、１４は、透明基板１１上に直接基板１１に対して垂直に立てられた状態となっており、個々の貫通電極１３・・、１４・・・によって、光電変換層１２が分断された状態となっている。
また、光電変換層１２を上方から眺めたときに、第１貫通電極１３・・・と第２貫通電極１４・・・との平面的な配列は、両者が交互に並んだ縞模様状になっている。そして、隣り合う貫通電極１３、１４の間の間隔は １〜４ｍｍ程度となっており、この間隔は狭いほど、キャリアの移動途中での再結合頻度が減少して好ましいが、製造が面倒となる。
第１および第２貫通電極１３、１４は、その幅（厚さ）が、１０ｎｍ〜７５μｍとされた膜状のもので、その幅（厚さ）方向が光電変換層１２の厚さ方向と直交するように、換言すれば透明基板１１上に直接基板１１に対して垂直に立てられた状態で設けられている。
第１および第２貫通電極１３、１４は、その幅（厚さ）が、１０ｎｍ〜７５μｍとされた膜状のもので、その幅（厚さ）方向が光電変換層１２の厚さ方向と直交するように、換言すれば透明基板１１上に直接基板１１に対して垂直に立てられた状態で設けられている。
さらに、第１貫通電極１３・・・と第２貫通電極１４・・・の上方の端部は、光電変換層１２から露出しており、この露出部分において、図示しない銅などの第１集電電極にすべての第１電極１３・・・が接続され、図示しない銅などの第２集電電極にすべての第２電極１４・・・が接続されている。
さらに、光電変換層１２および第１貫通電極１３・・・と第２貫通電極１４・・・の上には、図示しない保護層が設けられ、外気からこれら構成物を遮断するようになっている。
この例において、光電変換層１２のビルトインポテンシャルが小さい場合には、第１貫通電極１３と第２貫通電極１４とは互いに仕事関数が異なる材料で構成されている。
光電変換層１２のビルトインポテンシャルとは、電子ドナー層３１と電子アクセプター層３２とをそれぞれ構成する材料の仕事関数の差に相当する電位差を言い、拡散電位とも呼ばれる。
光電変換層１２のビルトインポテンシャルとは、電子ドナー層３１と電子アクセプター層３２とをそれぞれ構成する材料の仕事関数の差に相当する電位差を言い、拡散電位とも呼ばれる。
例えば、フラーレンＣ６０の仕事関数は６．６ｅＶであり、オクタエチルポリフィリン亜鉛錯体の仕事関数は５．０３ｅＶであるので、この組み合わせからなる光電変換層１２のビルトインポテンシャルは１．５７ｅＶ相当となる。
オクタエチルポリフィリン銅錯体の仕事関数は６．６ｅＶであるので、これとフラーレンＣ６０とを組み合わせた光電変換層１２のビルトインポテンシャルは０ｅＶ相当となる。
オクタエチルポリフィリン銅錯体の仕事関数は６．６ｅＶであるので、これとフラーレンＣ６０とを組み合わせた光電変換層１２のビルトインポテンシャルは０ｅＶ相当となる。
このビルトインポテンシャルが小さい場合には、発生したキャリアの貫通電極への移動のための駆動力が比較的低いことになり、第１貫通電極１３と第２貫通電極１４の材料として互いに仕事関数の異なる材料を用いることでキャリアの移動が高められる。
逆に、光電変換層１２のビルトインポテンシャルが高い場合には、第１貫通電極１３と第２貫通電極１４とを同じ材料で構成しても、キャリアの移動が抑えられる程度は小さい。
逆に、光電変換層１２のビルトインポテンシャルが高い場合には、第１貫通電極１３と第２貫通電極１４とを同じ材料で構成しても、キャリアの移動が抑えられる程度は小さい。
この例では、前記ビルトインポテンシャルが小さい場合には、第１貫通電極１３・・・は、第２貫通電極１４・・・よりも仕事関数が高い導電材料から構成されている。例えば、第１電極１３には、金（仕事関数４．６ｅＶ）、白金（仕事関数５．３ｅＶ）などが、第２電極１４には、アルミニウム（仕事関数３．５ｅＶ）、銅（仕事関数４．４ｅＶ）などが用いられる。
このため、電子ドナー層１２Ａで発生した正孔は、仕事関数が低い導電材料から構成されている第２貫通電極１４・・・に向けて移動し、電子アクセプター層１２Ｂで発生した電子は、仕事関数が高い導電材料から構成されている第１貫通電極１３・・・に向けて移動することになり、貫通電極に正孔と電子との選択性を持たせることができ、これによってもキャリアの再結合が抑えられるようになっている。
次に、この例の有機薄膜太陽電池の製造方法の一例について説明する。
ここでは、電子ドナー層１２Ａがポルフィリン金属錯体からなり、電子アクセプター層１２Ｂがフラーレン重合体からなるものについて説明する。
ここでは、電子ドナー層１２Ａがポルフィリン金属錯体からなり、電子アクセプター層１２Ｂがフラーレン重合体からなるものについて説明する。
まず、石英ガラス、硬質ガラスなどからなる厚さ２〜３ｍｍの透明基板１１を用意する。この透明基板１１の表面を清浄化したのち、真空蒸着法などによりポルフィリン金属錯体を厚さ０．５〜１００ｎｍに成膜し、この上にフラーレン誘導体を真空蒸着法などにより１〜１００ｎｍの厚さに蒸着する。この蒸着を所要回数繰り返して、積層膜を作成し、光電変換層１２とする。
ついで、この積層膜に光あるいは電子線を照射して、フラーレン誘導体を重合して、フラーレン重合体に変化させる。光照射する場合、隣接する電子ドナー層１２Ａのポルフィリン金属錯体の光劣化を防止する必要があり、波長３００〜４００ｎｍの紫外線を用いることが好ましい。フラーレン重合体からなる電子アクセプター層１２Ｂでは、キャリアの移動速度がフラーレンからなるものに比較して速くなり好ましい。
初めから、電子アクセプター層１２Ｂとして、フラーレン重合体を積層することも可能である。
初めから、電子アクセプター層１２Ｂとして、フラーレン重合体を積層することも可能である。
ついで、集束イオンビーム装置を用い、光電変換層１２の第１貫通電極１３・・・および第２貫通電極１４・・・が設けられる部分にガリウムなどの金属イオンを照射し、光電変換層１２をエッチング除去して幅１０μｍ程度の溝(トレンチ）を複数個形成する。
さらに、この複数の溝に集束イオンビーム装置を用いて、例えばアルミニウムと例えば金とを蒸着し溝に充填して、第１貫通電極１３・・・、第２貫通電極１４・・・を形成する。この時、１つおきの溝に同じの金属を充填することは言うまでもない。
つぎに、第１電極１３・・・の端部に銅テープなどからなる第１集電電極を、第２電極１４・・・の端部に銅テープなどからなる第２集電電極を貼り付ける。
つぎに、第１電極１３・・・の端部に銅テープなどからなる第１集電電極を、第２電極１４・・・の端部に銅テープなどからなる第２集電電極を貼り付ける。
これ以外の製造方法として、透明基板１１としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどの高分子透明フィルムを用い、これに真空蒸着法などにより光電変換層１２を成膜する。ついで、例えば外径２０〜５０μｍの金や白金およびアルミニウムや銅からなる２種のボンディングワイヤを用意し、このボンディングワイヤを光電変換層１２上に交互に平行に並べたのち、機械的にボンディングワイヤを光電変換層１２に押し込み、ボンディングワイヤからなる第１貫通電極１３・・・と第２貫通電極１４・・・を形成する方法もある。この製造方法では、製造が簡単になり製造効率が高いものとなる。また、光電変換層１２を印刷法により形成することも可能である。
この例の有機薄膜太陽電池にあっては、第１電極１３・・・および第２電極１４・・・とキャリアの生成位置との距離が短くなって、キャリアの移動距離が短縮されて移動途中でのキャリアの再結合が抑えられる。また、生成した正孔はすべて仕事関数の小さい材料からなる第２貫通電極１４・・・に移動し、生成した電子はすべて仕事関数が大きい第１貫通電極１３・・・に移動するので、これによってもキャリアの再結合が抑えられる。
さらに、ＩＴＯからなる透明電極が不要であり、調達が困難なインジウムを使用する必要がなく、透明電極による入射光の減衰もない。
さらに、ＩＴＯからなる透明電極が不要であり、調達が困難なインジウムを使用する必要がなく、透明電極による入射光の減衰もない。
図２は、この発明の有機薄膜太陽電池の第２の例を示すものである。
この例においても、第１の例と同様に、複数の第１貫通電極１３・・・と複数の第２貫通電極１４・・・とが光電変換層１２内に交互に埋設された状態で設けられている。個々の第１および第２電極１３、１４は、第１の例と同様に、透明基板１１上に直接基板１１に対して垂直に立てられた状態となっており、個々の貫通電極１３、１４によって、光電変換層１２が、分断された状態となっている。
この例においても、第１の例と同様に、複数の第１貫通電極１３・・・と複数の第２貫通電極１４・・・とが光電変換層１２内に交互に埋設された状態で設けられている。個々の第１および第２電極１３、１４は、第１の例と同様に、透明基板１１上に直接基板１１に対して垂直に立てられた状態となっており、個々の貫通電極１３、１４によって、光電変換層１２が、分断された状態となっている。
また、光電変換層１２を上方から眺めたときに、第１貫通電極１３・・・と第２貫通電極１４・・・との平面的な配列は、両者が交互に並んだ縞模様状になっている。そして、隣り合う貫通電極１３、１４の間の間隔は１〜４ｍｍ程度となっている。
さらに、この例では、第１貫通電極１３・・・および第２貫通電極１４・・・は、いずれも導電部Ａ・・・と絶縁部Ｂ・・・とが交互に複数層密着して積層された形態となっている。この導電部Ａと絶縁部Ｂとの各界面は、光電変換層１２の電子ドナー層１２Ａと電子アクセプター層１２Ｂとの界面とほぼ一致するように構成されている。
また、隣り合う第１貫通電極１３と第２貫通電極１４において、導電部Ａと絶縁部Ｂとの積層順位が異なっており、第１貫通電極１３のある導電部Ａには、両隣の第２貫通電極１４の絶縁部Ｂ、Ｂが対峙するように配置されている。換言すると、図２に示したように、この太陽電池を側面から眺めた場合に、これら貫通電極１３・・・、１４・・・の導電部Ａと絶縁部Ｂとが千鳥模様を呈するようになっている。
さらに、１個の電極１３（１４）において、複数の導電部Ａ・・が電気的に相互に接続され、同種の電極間でさらに相互に接続されて、図示しない集電電極に接続されている。
前記導電部Ａには金、白金などの導電性材料が用いられ、絶縁部Ｂには酸化アルミニウム、酸化ニッケルなどの電気絶縁材料が用いられる。
前記導電部Ａには金、白金などの導電性材料が用いられ、絶縁部Ｂには酸化アルミニウム、酸化ニッケルなどの電気絶縁材料が用いられる。
この例において、光電変換層１２のビルトインポテンシャルが大きい場合には、第１貫通電極１３と第２貫通電極１４とは互いに仕事関数が同じ材料で構成されている。
このビルトインポテンシャルが大きい場合には、発生したキャリアの貫通電極への移動のための駆動力が比較的高いことになり、第１貫通電極１３と第２貫通電極１４の導電部Ａをなす材料として互いに仕事関数の同じ材料を用いてもキャリアの移動が低くなることはない。
このビルトインポテンシャルが大きい場合には、発生したキャリアの貫通電極への移動のための駆動力が比較的高いことになり、第１貫通電極１３と第２貫通電極１４の導電部Ａをなす材料として互いに仕事関数の同じ材料を用いてもキャリアの移動が低くなることはない。
この例の有機薄膜太陽電池の製造は、先の例と同様に集束イオンビーム装置を用いて光電変換層１２に複数の溝を形成し、この溝にやはり集束イオンビーム装置を用いて導電部Ａとなる金属と絶縁部Ｂとなる絶縁物とを交互にその厚さを制御して充填する方法により作成することが可能である。
このような構成の有機薄膜太陽電池にあっては、例えば第１電極１３・・・の導電部Ａ・・・には、電子ドナー層１２Ａで生成した正孔のみが移動し、第２電極１４・・・の導電部Ａ・・・には、電子アクセプター層１２Ｂで生成した電子のみが移動することになる。すなわち、正孔と電子は、選択的に異なる電極に移動することになり、移動途中でのキャリアの再結合が抑えられる。
また、第１電極１３・・・および第２電極１４・・・とキャリアの生成位置との距離が短くなって、キャリアの移動距離が短縮されて移動途中でのキャリアの再結合が抑えられる。
また、第１貫通電極１３の導電部Ａと第２貫通電極１４の導電部Ａとを同一材料で構成でき、構造が比較的複雑な各貫通電極の製造を簡略化できる。
さらに、第１の例の有機薄膜太陽電池と同様に、ＩＴＯからなる透明電極が不要であり、調達が困難なインジウムを使用する必要がなく、透明電極による入射光の減衰もない。
また、第１貫通電極１３の導電部Ａと第２貫通電極１４の導電部Ａとを同一材料で構成でき、構造が比較的複雑な各貫通電極の製造を簡略化できる。
さらに、第１の例の有機薄膜太陽電池と同様に、ＩＴＯからなる透明電極が不要であり、調達が困難なインジウムを使用する必要がなく、透明電極による入射光の減衰もない。
以下、具体例を示す。
（実施例１）
図１に示す本発明の構造のセルを作製した。
透明基板として、厚さ１．１ｍｍの硼珪酸ガラス板を用い、その表面を洗浄した。このガラス板の中央部以外をマスクして光電変換層を成膜した。真空蒸着装置のチャンバー内にガラス板を置き、電子ドナー層となる蒸着源として２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈポルフィン亜鉛（ＩＩ）（Ｚｎ（ＯＥＰ））を、電子アクセプター層となる蒸着源としてフラーレンＣ６０を用いて、真空蒸着を交互に行った。真空度は約５×１０−３Ｐａ、時間約１分、積層はＺｎ（ＯＥＰ）、フラーレンＣ６０の順番で繰り返して光電変換層を形成した。
（実施例１）
図１に示す本発明の構造のセルを作製した。
透明基板として、厚さ１．１ｍｍの硼珪酸ガラス板を用い、その表面を洗浄した。このガラス板の中央部以外をマスクして光電変換層を成膜した。真空蒸着装置のチャンバー内にガラス板を置き、電子ドナー層となる蒸着源として２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈポルフィン亜鉛（ＩＩ）（Ｚｎ（ＯＥＰ））を、電子アクセプター層となる蒸着源としてフラーレンＣ６０を用いて、真空蒸着を交互に行った。真空度は約５×１０−３Ｐａ、時間約１分、積層はＺｎ（ＯＥＰ）、フラーレンＣ６０の順番で繰り返して光電変換層を形成した。
Ｚｎ（ＯＥＰ）層の厚さは約１００ｎｍであり、フラーレンＣ６０層の厚さは約１００ｎｍであった。所定回数の蒸着を行った後、マスクを取り外した。
この後、集束イオンビーム装置（ＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙ製 Ｑｕａｎｔａ ２００ ３Ｄ）を用い、光電変換層１２の第１貫通電極１３・・・および第２貫通電極１４・・・が設けられる部分にガリウムなどの金属イオンをビーム径１０μｍにて照射し、光電変換層１２をエッチング除去して幅１０μｍ程度の溝(トレンチ）を複数個形成した。
この後、集束イオンビーム装置（ＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙ製 Ｑｕａｎｔａ ２００ ３Ｄ）を用い、光電変換層１２の第１貫通電極１３・・・および第２貫通電極１４・・・が設けられる部分にガリウムなどの金属イオンをビーム径１０μｍにて照射し、光電変換層１２をエッチング除去して幅１０μｍ程度の溝(トレンチ）を複数個形成した。
さらに、この複数の溝に同じ集束イオンビーム装置を用いて、アルミニウムと金とを交互に溝に蒸着し充填して、第１貫通電極１３・・・、第２貫通電極１４・・・を形成した。ビーム径１０μｍ、成膜レートは約２０ｎｍ／秒とした。
つぎに、第１電極１３・・・の端部に銅テープなどからなる第１集電電極を、第２電極１４・・・の端部に銅テープなどからなる第２集電電極を貼り付けた。
つぎに、第１電極１３・・・の端部に銅テープなどからなる第１集電電極を、第２電極１４・・・の端部に銅テープなどからなる第２集電電極を貼り付けた。
得られたセルについて、Ｚｎ（ＯＥＰ）層、フラーレンＣ６０層の積層回数を変化させ、その時の短絡電流密度と開放電圧を測定し、その結果を表１に示す。
(従来例）
図３に示す従来の構造のセルを作製した。
基板として、厚さ１．１ｍｍのＩＴＯ膜付きソーダガラスを用い、余分の範囲のＩＴＯ膜を除去し、表面洗浄した。真空蒸着装置のチャンバー内にガラス板を置き、電子ドナー層となる蒸着源として２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈポルフィン亜鉛（ＩＩ）（Ｚｎ（ＯＥＰ））を、電子アクセプター層となる蒸着源としてフラーレンＣ６０を用いて、真空蒸着を交互に行った。真空度は約５×１０−３Ｐａ、時間約１分、積層はＩＴＯ膜の上に、Ｚｎ（ＯＥＰ）、フラーレンＣ６０の順番で繰り返して光電変換層を形成した。
図３に示す従来の構造のセルを作製した。
基板として、厚さ１．１ｍｍのＩＴＯ膜付きソーダガラスを用い、余分の範囲のＩＴＯ膜を除去し、表面洗浄した。真空蒸着装置のチャンバー内にガラス板を置き、電子ドナー層となる蒸着源として２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈポルフィン亜鉛（ＩＩ）（Ｚｎ（ＯＥＰ））を、電子アクセプター層となる蒸着源としてフラーレンＣ６０を用いて、真空蒸着を交互に行った。真空度は約５×１０−３Ｐａ、時間約１分、積層はＩＴＯ膜の上に、Ｚｎ（ＯＥＰ）、フラーレンＣ６０の順番で繰り返して光電変換層を形成した。
Ｚｎ（ＯＥＰ）層の厚さは約１００ｎｍであり、フラーレンＣ６０層の厚さは約１００ｎｍであった。
所定回数の蒸着を行った後、光電変換層の表面にアルミニウムを蒸着して電極を形成した。真空度は約５×１０−３Ｐａ、時間約１分とした。
所定回数の蒸着を行った後、光電変換層の表面にアルミニウムを蒸着して電極を形成した。真空度は約５×１０−３Ｐａ、時間約１分とした。
得られたセルについて、同様に、Ｚｎ（ＯＥＰ）層、フラーレンＣ６０層の積層回数を変化させ、その時の短絡電流密度と開放電圧を測定し、その結果を表２に示す。
表１および表２の結果から、本発明の構造の有機薄膜太陽電池では、従来のものに比較して、短絡電流密度、開放電圧が優れた値を示しており、光電変換効率が高いものであることが明らかになった。
（実施例２）
図１に示す構造の有機薄膜太陽電池を別の方法により製作した。透明基板として厚さ０．５ｍｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用い、この表面を有機溶剤にて清拭した。このフィルムの表面に実施例１と同様にして、Ｚｎ（ＯＥＰ）、フラーレンＣ６０の順番で５回づつ交互に真空蒸着して積層し、厚さ約１μｍの光電変換層１２を形成した。
ついで、外径５０μｍの金およびアルミニウムからなる２種のボンディングワイヤを用意し、このボンディングワイヤを光電変換層１２上に交互に１ｍｍ間隔で平行に並べたのち、機械的にボンディングワイヤを光電変換層１２に押し込み、ボンディングワイヤからなる第１貫通電極１３・・・と第２貫通電極１４・・・を形成した。
図１に示す構造の有機薄膜太陽電池を別の方法により製作した。透明基板として厚さ０．５ｍｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用い、この表面を有機溶剤にて清拭した。このフィルムの表面に実施例１と同様にして、Ｚｎ（ＯＥＰ）、フラーレンＣ６０の順番で５回づつ交互に真空蒸着して積層し、厚さ約１μｍの光電変換層１２を形成した。
ついで、外径５０μｍの金およびアルミニウムからなる２種のボンディングワイヤを用意し、このボンディングワイヤを光電変換層１２上に交互に１ｍｍ間隔で平行に並べたのち、機械的にボンディングワイヤを光電変換層１２に押し込み、ボンディングワイヤからなる第１貫通電極１３・・・と第２貫通電極１４・・・を形成した。
第１貫通電極１３となる複数の金のボンディングワイヤをまとめて銅テープに接続し、第２貫通電極１４となる複数のアルミニウムのボンディングワイヤをまとめて銅テープに接続した。
このセルの特性を測定したところ、開放電圧０．３５Ｖ、短絡電流密度７．２×１０−４ｍＡ／ｃｍ２であった。
このセルの特性を測定したところ、開放電圧０．３５Ｖ、短絡電流密度７．２×１０−４ｍＡ／ｃｍ２であった。
１１・・・透明基板、１２・・・光電変換層、１２Ａ・・・電子ドナー層、１２Ｂ・・・電子アクセプター層、１３・・・第１貫通電極、１４・・・第２貫通電極、Ａ・・・導電部、Ｂ・・・絶縁部
Claims (1)
- 透明基板上に、電子ドナー層と電子アクセプター層とが交互に積層されてなる有機光電変換層が直接設けられ、光が透明基板を透過して直接光電変換層に入射される有機薄膜太陽電池であって、
前記有機光電変換層内に第１貫通電極と第２貫通電極とをそれぞれ１以上埋設し、これら第１貫通電極と第２貫通電極とが有機光電変換層を交互に分断するように配されており、
前記第１および第２貫通電極は、導電部と絶縁部とを交互に直列に連結したものであって、上記導電部と上記絶縁部との界面が有機光電変換層の電子ドナー層と電子アクセプター層との界面に一致するように構成され、第１貫通電極の導電部と第２貫通電極の導電部とが同一材料から構成されていることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
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