JP5743301B2 - ポリマー、有機半導体材料、並びにこれを用いた有機電子デバイス、光電変換素子及び太陽電池モジュール - Google Patents

ポリマー、有機半導体材料、並びにこれを用いた有機電子デバイス、光電変換素子及び太陽電池モジュール Download PDF

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Description

本発明は、特定の繰り返し単位を有するポリマーとこれを含む有機半導体材料、並びにこれを用いた有機電子デバイス、光電変換素子及び太陽電池モジュールに関する。
有機ＥＬや有機薄膜トランジスタ、有機発光センサー等デバイスの半導体材料として、π共役高分子が応用されており、なかでも高分子有機太陽電池への応用が注目されている。特に有機太陽電池においては、太陽光の吸収効率を向上させることが望まれており、長波長（６００ｎｍ以上）の光を吸収できるポリマーの開発が重要である。
吸収波長の長波長化を目的として、様々なポリマーが開発されている。非特許文献１には、チオフェン骨格、イミドチオフェン骨格、チオフェン骨格、及びベンゾジチオフェン骨格をこの順に主鎖に導入したコポリマーを、光電変換素子における半導体材料として用いる例が記載されている。また非特許文献２には、イミドチオフェン骨格とジチエノシロール骨格を主鎖に導入したコポリマーを、光電変換素子における半導体材料として用いる例が記載されている。
Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２０１１，２１，７１８−７２８． Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２０１１，１３３，４２５０−４２５３．
有機太陽電池においてさらに高い変換効率を達成するため、また有機太陽電池を塗布成膜により作製するための塗布成膜性、例えば溶解度、を向上するために、さらなるポリマー材料の開発が待たれている。
本発明は、有機半導体材料として利用可能な、新規なポリマーを提供する。
本発明者らは、５員複素環、イミドチオフェン環、５員複素環、及び３つの５員環が縮合してなる環をこの順に有する繰り返し単位を含むポリマーが、光電変換素子材料として有用であることを見出し、本発明を達成するに至った。即ち、本発明は、以下を要旨とする。
［１］下記一般式（１）で示される繰り返し単位を有することを特徴とするポリマー。
（式（１）中、Ｒａはヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｒｂ〜Ｒｄは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｒｅ及びＲｆは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｘａは窒素原子又は水素原子若しくは置換基と結合した炭素原子を表し、Ｘｂは酸素原子又は硫黄原子を表し、Ｘｃは炭素原子、ケイ素原子又は窒素原子を表す。ｍは１又は２を表す。Ｒｂ〜Ｒｄは互いに結合して環を形成してもよい。Ｒａ〜Ｒｆはそれぞれ独立して、さらに置換基を有していてもよい。）
［２］［１］に記載のポリマーを含むことを特徴とする、有機半導体材料。
［３］［２］に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする、有機電子デバイス。
［４］一対の電極間に有機活性層が配置されてなる光電変換素子であって、該有機活性層が［２］に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする光電変換素子。
［５］前記有機活性層が、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体およびｎ型ポリマーよりなる群から選ばれる少なくとも１種のｎ型半導体化合物を含むことを特徴とする［４］に記載の光電変換素子。
［６］さらに、第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物を含有するバッファ層を有することを特徴とする、［４］又は［５］に記載の光電変換素子。
［７］太陽電池であることを特徴とする、［４］から［６］の何れかに記載の光電変換素子。
［８］［７］に記載の光電変換素子を含有することを特徴とする、太陽電池モジュール。
有機半導体材料として利用可能な、新規なポリマーを提供できる。
本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。 ポリマーＰ１ａの吸収スペクトルを示す図である。 ポリマーＰ２ａ及びＰ２ｂの吸収スペクトルを示す図である。
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
＜１．ポリマー＞
本実施形態に係るポリマーは、下記一般式（１）で示される繰り返し単位を有する。このように本実施形態に係るポリマーは、５員複素環、イミドチオフェン環、５員複素環、及び３つの５員環が縮合してなる環、をこの順に有する繰り返し単位が主鎖に導入されているポリマーである。
（式（１）中、Ｒａはヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｒｂ〜Ｒｄは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｒｅ及びＲｆは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｘａは窒素原子又は水素原子若しくは置換基と結合した炭素原子を表し、Ｘｂは酸素原子又は硫黄原子を表し、Ｘｃは炭素原子、ケイ素原子又は窒素原子を表す。ｍは１又は２を表す。Ｒｂ〜Ｒｄは互いに結合して環を形成してもよい。Ｒａ〜Ｒｆはそれぞれ独立して、さらに置換基を有していてもよい。）
イミドチオフェン環、５員複素環、及び３つの５員環が縮合してなる環の、それぞれの構造を適宜選択することにより、異なる物性を有する様々なポリマーを得ることができる。特に、５員複素環を構成する原子を変えることにより、ポリマーの性質が大きく変化することが期待される。
以下に、式（１）におけるＲａ〜Ｒｆ、及びＸａ〜Ｘｃについて、具体例を説明する。
本明細書において「置換基を有していてもよい」とは、置換基を有さないか又は１以上の置換基を有することをいう。有してもよい置換基としては、特に限定はないが、好ましくはハロゲン原子、酸素原子、硫黄原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、エステル基、カルボキシル基、アルキルカルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、シアノ基、ニトロ基、ニトリル基、アルキル基、フッ化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、芳香族基、等が挙げられる。これらは、隣接する置換基同士で連結して環を形成していてもよい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられる。これらの中で、フッ素原子が好ましい。
Ｒａは、ヘテロ原子を有してもよい炭化水素基である。Ｒａはさらに置換基を有していてもよい。ヘテロ原子を有してもよい炭化水素基の例としては、置換基を有していてもよい脂肪族基及び置換基を有していてもよい芳香族基が挙げられる。また本明細書において脂肪族基には、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基等の脂肪族炭化水素基、及びヘテロ原子を有する脂肪族基等が含まれる。さらに本明細書において芳香族基には、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が含まれる。Ｒａの好ましい例としては、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、及び置換基を有していてもよい芳香族基が挙げられる。Ｒａをこれらの基とすることにより、ポリマーの有機溶媒への溶解性が優れたものとなりやすく、塗布成膜プロセスにおいて有利となり得るために好ましい。
Ｒａがアルキル基である場合、炭素原子数は、通常１以上、好ましくは３以上、より好ましくは４以上、特に好ましくは６以上、一方、通常３０以下、好ましくは２５以下、より好ましくは２０以下である。このようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、シクロプロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、３−メチルブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、２−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、シクロデシル基、ラウリル基、シクロラウリル基、１−（２−エチル）ヘキシル−３−エチルへプチル基等が挙げられる。その中でも、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、シクロプロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、３−メチルブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、２−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ラウリル基、シクロラウリル基、又は１−（２−エチル）ヘキシル−３−エチルへプチル基が好ましく、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、２−エチルヘキシル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、シクロデシル基、又は１−（２−エチル）ヘキシル−３−エチルへプチル基がより好ましい。
アルケニル基としては、炭素原子数が、通常１以上、好ましくは３以上、より好ましくは４以上、一方、通常２０以下、好ましくは１６以下、より好ましくは１２以下、更に好ましくは１０以下である。このようなアルケニル基としては、例えば、エテン基、プロペン基、ブテン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ウンデセン基、ドデセン基、トリデセン基、テトラデセン基、ペンタデセン基、ヘキサデセン基、ヘプタデセン基、オクタデセン基、ノナデセン基、イコセン基又はゲラニル基等が挙げられる。好ましくは、プロペン基、ブテン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ウンデセン基又はドデセン基であり、より好ましくは、ブテン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基又はデセン基である。
芳香族基としては、炭素原子数が、通常２以上、一方、通常６０以下、好ましくは２０以下、より好ましくは１４以下である。このような芳香族基としては、例えば、フェニル基、ナフタレン基、インダン基、インデン基、フルオレン基、アントラセン基又はアズレン基等の芳香族炭化水素基；チエニル基、フラニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、トリアゾリル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基又はベンゾトリアゾリル基等の芳香族複素環基；が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフタレン基、チエニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基又はオキサゾリル基が好ましい。特に芳香族基は、炭素数１〜１２のアルコキシ基又は炭素数１〜１２のアルキル基を置換基として有することが好ましい。
式（１）において、Ｒａは置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよい芳香族基であることが好ましい。Ｒａをこれらの基とすることにより、ポリマーの有機溶媒への溶解性が優れたものとなりやすく、塗布成膜プロセスにおいて有利となり得るために好ましい。さらに好ましくは、Ｒａは置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。アルキル基としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。なかでも、直鎖状又は分岐状のアルキル基が好ましい。直鎖状のアルキルはポリマーの結晶性が向上しうるために移動度が大きくなりうる点で好ましい。また、分岐状のアルキル基はポリマーの溶解性が向上しうる点で好ましく、この観点からＲａは、置換基を有していてもよい１−メチルエチル基、又は置換基を有していてもよい１，１−ジメチルエチル基であることが好ましく、これらはアルキル基を置換基としてさらに有していてもよい。また、Ｒａが置換基を有していてもよい芳香族基であることは、ポリマーがより長波長の光を吸収しうる点で好ましい。さらにＲａが置換基を有していてもよい芳香族基であることは、ポリマーの結晶性が向上しうるために移動度が大きくなりうる点で好ましい。
Ｒｂ〜Ｒｄは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基である。ヘテロ原子を有してもよい炭化水素基としては、置換基を有していてもよい脂肪族基及び置換基を有していてもよい芳香族基が挙げられる。また、Ｒｂ〜Ｒｄは互いに結合して環を形成していてもよく、特に隣接するもの同士で結合して環を形成していてもよい。
Ｒｂ〜Ｒｄの好ましい例としては、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、及び置換基を有していてもよい芳香族複素環基が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、及び置換基を有していてもよい芳香族基としては、Ｒａについて上述したのと同様の基を用いることができる。また、アルキル基、アルケニル基、及び芳香族基が有していてもよい置換基は上述のものと同様の置換基でありうるが、これらの中でも置換基がフッ素原子であることが好ましい。
Ｒｂ及びＲｃのうちの少なくとも１つは、水素原子又はハロゲン原子であることが好ましく、ハロゲン原子であることが特に好ましい。このことは、ポリマーの耐熱性、耐候性、耐化学薬品性又は撥水・撥油性等が向上しうる点で好ましい。また、合成上の容易性の観点から、ＲｂとＲｃとのうちの少なくとも１つが水素原子であることも好ましく、ＲｂとＲｃとが同じ基であることもまた好ましい。
後述するように式（１）で示される繰り返し単位中にＲｄは１つ又は２つ存在するが、Ｒｄのうち少なくとも１つが、特に好ましくは全てのＲｄが、置換基を有していてもよいアルキル基又は芳香族基であることが好ましい。アルキル基が好ましい理由として、直鎖状のアルキル基では、ポリマーの結晶性が向上することにより移動度が大きくなりうる点で好ましく、分岐状のアルキル基では、ポリマーの溶解性が向上することにより塗布プロセスによる成膜が容易となる点で好ましい。分岐のアルキル基としては例えば、置換基を有していてもよい１−メチルエチル基、及び置換基を有していてもよい１，１−ジメチルエチル基が挙げられ、これらはアルキル基を置換基としてさらに有していてもよい。Ｒｄがアルキル基であることは、ポリマーがより長波長の光を吸収しうるという観点からも好ましい。これらの観点からは、Ｒｄが炭素数１〜２０のアルキル基であることが好ましく、炭素数６〜２０のアルキル基であることが特に好ましい。また、芳香族基であることは、π電子間の相互作用により分子間の相互作用が向上するために移動度が大きくなる傾向がある点で好ましく、また３つの五員環が縮合してなる骨格の安定性が向上する傾向がある点で好ましい。
Ｘｃ周辺の立体障害を大きくすることによりポリマーの耐久性を向上させるという観点からは、Ｒｄが、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基であることが好ましい。
ポリマーの溶解度を向上させるという観点からは、Ｒａ及びＲｄがそれぞれ独立に直鎖又は分岐のアルキル基であることがさらに好ましく、Ｒａ及びＲｄが分岐のアルキル基であることが特に好ましい。ここで、分岐のアルキル基は炭素数３〜２０のアルキル基であることが好ましく、炭素数６〜２０のアルキル基であることがさらに好ましい。分岐のアルキル基としては例えば、置換基を有していてもよい１−メチルエチル基、及び置換基を有していてもよい１，１−ジメチルエチル基が挙げられ、これらはアルキル基を置換基としてさらに有していてもよい。
ポリマー分子間の相互作用を強くするという観点からは、Ｒａ及びＲｄが直鎖のアルキル基又は芳香族基であることがさらに好ましい。Ｒａ及びＲｄが芳香族基であることは移動度の点で特に好ましく、Ｒａ及びＲｄが直鎖のアルキル基であることはポリマーがより長波長の光を吸収しうる点で特に好ましい。ここで、直鎖のアルキル基は炭素数１〜２０のアルキル基であることが好ましく、炭素数６〜２０のアルキル基であることがさらに好ましい。
Ｘｃは、炭素原子、ケイ素原子又は窒素原子を表す。ｍは１又は２を表し、Ｘｃが炭素原子又はケイ素原子である場合ｍ＝２であり、Ｘｃが窒素原子である場合ｍ＝１である。ｍ＝２の場合、Ｘｃには２つのＲｄが結合するが、この場合２つのＲｄは互いに異なっていてもよい。
次にＡｒ１及びＡｒ２について説明する。Ａｒ１及びＡｒ２は、式（１）に示されるように二価の基である。Ａｒ１及びＡｒ２の向きは任意であり、例えばＡｒ１においてＸａとＸｂとに挟まれている炭素原子は、イミドチオフェン環に結合してもよいし、３つの五員環が縮合してなる環に結合してもよい。合成の容易性の観点から好ましくは、Ａｒ１においてＸａとＸｂとに挟まれている炭素原子はイミドチオフェン環に結合し、Ａｒ２においてＸａとＸｂとに挟まれている炭素原子もイミドチオフェン環に結合する。同様の理由で、Ａｒ１においてＸａとＸｂとに挟まれている炭素原子と、Ａｒ２においてＸａとＸｂとに挟まれている炭素原子との双方が、３つの五員環が縮合してなる環に結合することも好ましい。
Ｘａは窒素原子又は水素原子若しくは置換基と結合した炭素原子を表す。炭素原子が結合する置換基は任意であり、例えば各基が有していてもよい置換基として上に挙げた置換基と結合していてもよい。合成の容易性の観点からは、Ｘａが窒素原子であるか、又は水素原子と結合した炭素原子であることは好ましい。また、Ｘｂは酸素原子又は硫黄原子を表す。Ｒｅ及びＲｆは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基である。Ｒｅ及びＲｆの例としては、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基及び置換基を有していてもよい芳香族基が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。合成の容易性の観点からは、Ｒｅ及びＲｆが水素原子であることも好ましい。
置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、及び置換基を有していてもよい芳香族基としては、Ｒａについて上述したのと同様の基を用いることができる。また、アルキル基、アルケニル基、及び芳香族基が有していてもよい置換基は上述のものと同様の置換基でありうるが、これらの中でも置換基がフッ素原子であることが好ましい。
Ａｒ１とＡｒ２とについて、Ｘａ同士及びＸｂ同士は互いに異なっていてもよい。一方で合成の容易性の観点からは、Ａｒ１とＡｒ２とが同じ基であることも好ましい。この場合、ＲｅとＲｆとは同じ基を表す。
本実施形態に係るポリマーは、式（１）で示される繰り返し単位以外の構造を主鎖に含んでいてもよい。本実施形態に係るポリマーの分子量のうち、式（１）で示される繰り返し単位の分子量が占める割合は、通常１％以上であり、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。
本実施形態に係るポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は、通常２．０×１０３以上、好ましくは５．０×１０３以上、より好ましくは１．０×１０４以上、さらに好ましくは２．０×１０４以上、よりさらに好ましくは３．０×１０４以上、特に好ましくは４．０×１０４以上である。一方、好ましくは１．０×１０７以下、より好ましくは５．０×１０６以下、さらにより好ましくは１．０×１０６以下、さらに好ましくは９．０×１０５以下、よりさらに好ましくは５．０×１０５以下である。光吸収波長の長波長化や高吸光度化の点でこの範囲が好ましい。本実施形態に係るポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）により求めることができる。
本実施形態に係るポリマーの数平均分子量（Ｍｎ）は、通常１．０×１０３以上、好ましくは３．０×１０３以上、より好ましくは５．０×１０３以上、さらに好ましくは１．０×１０４以上、よりさらに好ましくは１．５×１０４以上、殊更に好ましくは２．０×１０４以上、特に好ましくは２．５×１０４以上である。一方、好ましくは１．０×１０８以下、より好ましくは１．０×１０７以下、さらに好ましくは９．０×１０６以下である。光吸収波長を長波長化するという観点、及び高い吸光度を実現するという観点から、数平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。本実施形態に係るポリマーの数平均分子量は、上記重量平均分子量と同様の方法で測定することができる。
本実施形態に係るポリマーの分子量分布（ＰＤＩ、（重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｗ／Ｍｎ）））は、通常１．０以上、好ましくは１．１以上、より好ましくは１．２以上、さらに好ましくは１．３以上である。一方、好ましくは２０．０以下、より好ましくは１５．０以下、さらに好ましくは１０．０以下である。ポリマーの溶解度が塗布に適した範囲になりうるという点で、分子量分布がこの範囲にあることが好ましい。本実施形態に係るポリマーの分子量分布は、上記重量平均分子量と同様の方法で測定することができる。
また、光電変換素子においては、活性層に用いられるｐ型半導体材料のＨＯＭＯエネルギー準位が適当に低い（絶対値の大きいマイナス値である）ことも肝要である。光電変換素子の特性のひとつである開放電圧は、ｐ型半導体のＨＯＭＯエネルギー準位とｎ型半導体のＬＵＭＯエネルギー準位との差から決定される。すなわち、ｐ型半導体のＨＯＭＯエネルギー準位が不必要に高いと、得られる開放電圧は低くなる。ただし、ｐ型半導体のＨＯＭＯエネルギー準位が低すぎると、通常はＬＵＭＯエネルギー準位も同時に低くなる。この場合、ｐ型半導体からｎ型半導体への電子の移動が起こりにくくなるため、短絡電流が低くなる傾向がある。
ＨＯＭＯエネルギー準位とＬＵＭＯエネルギー準位との算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられ、実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法又はサイクリックボルタモグラム測定法等があげられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法である。本明細書においては、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギー準位はサイクリックボルタモグラム測定法を用いて測定するものとする。
また、本実施形態に係るポリマーは、高分子量である場合にも、比較的高い溶解性を示しうる。高分子量のポリマーを、例えばバルクへテロ型の光電変換素子の活性層における半導体材料として用いる場合、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが適度に混合しながらも相分離することにより、高い光電変換効率が得られることが期待される。例えば本実施形態に係るポリマーは、クロロベンゼンのようなハロゲン溶媒に比較的容易に溶解しうる。このように、塗布成膜時の溶媒溶解性が高く、また溶媒そのものの選択の幅も広がるため条件に最適な溶媒を用いやすいため、形成された有機半導体層の膜質を向上させることができる。このことも、本ポリマーを用いた光電変換素子が高い光電変換特性を示す一因であると考えられる。
本実施形態に係るポリマーの溶解度は、特に限定は無いが、好ましくは２５℃におけるクロロベンゼンに対する溶解度が通常０．１重量％以上、好ましくは０．５重量％以上、さらに好ましくは１重量％以上であり、一方、通常３０重量％以下、好ましくは２０重量％である。溶解性が上がることで、十分な厚さで製膜することができるため好ましい。
ここで、後述する成膜に際して用い得る溶媒としては、ポリマーを均一に溶解又は分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類；トルエン、キシレン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類；メタノール、エタノール又はプロパノール等の低級アルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル又は乳酸メチル等のエステル類；クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類；エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類；ジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。その中でも好ましくは、トルエン、キシレン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類やクロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類である。
本実施形態に係るポリマーは、好ましくは光吸収極大波長（λｍａｘ）が通常４７０ｎｍ以上、好ましくは４８０ｎｍ以上にあり、一方、通常１２００ｎｍ以下、好ましくは１０００ｎｍ以下、より好ましくは９００ｎｍ以下にある。また、半値幅が通常１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上であり、一方、通常３００ｎｍ以下である。本実施形態に係るポリマーを太陽電池用途に用いる場合、ポリマーの吸収波長領域は太陽光の吸収波長領域に近いほど望ましい。
本実施形態に係るポリマーは分子間で相互作用するものであることが好ましい。本明細書において、分子間で相互作用するということは、分子間でのπ−πスタッキングの相互作用等によってポリマー鎖間の距離が短くなることを意味する。相互作用が強いほど、高い移動度及び／又は結晶性を示す傾向がある。すなわち、分子間で相互作用するにおいては分子間での電子移動が起こりやすいため、後述する光電変換素子において活性層１０３中にこのポリマーを用いた場合に、活性層１０３内のｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物との混合物層の界面で生成した正孔（ホール）を効率よく電極（アノード）１０１へ輸送できると考えられる。
本実施形態に係るポリマーの正孔移動度は、通常１．０×１０（−７）ｃｍ２／（Ｖｓ）以上、好ましくは１．０×１０（−６）ｃｍ２／（Ｖｓ）以上、より好ましくは１．０×１０（−５）ｃｍ２／（Ｖｓ）以上、特に好ましくは１．０×１０（−４）ｃｍ２／（Ｖｓ）以上である。一方、本実施形態に係るポリマーの正孔移動度は通常１．０×１０（３）ｃｍ２／（Ｖｓ）以下であり、好ましくは１．０×１０（２）ｃｍ２／（Ｖｓ）以下であり、より好ましくは１．０×１０（１）ｃｍ２／（Ｖｓ）以下である。高い変換効率を得るためには、ｎ型半導体の移動度と、ポリマーの移動度とのバランスが重要である。ｐ型半導体として用いられる本実施形態に係るポリマーの移動度とｎ型半導体の移動度とを近づける点で、本実施形態に係るポリマーの正孔移動度がこの範囲にあることが好ましい。正孔移動度の測定方法としてはＦＥＴ法が挙げられる。ＦＥＴ法は公知文献（特開２０１０−０４５１８６）に記載の方法により行うことができる。
本実施形態に係るポリマー中の不純物は極力少ないほうが好ましい。特に、パラジウム、銅等の遷移金属触媒が残っていると、遷移金属の重原子効果による励起子トラップが生じるために電荷移動を阻害され、結果として光電変換素子に用いた際の光電変換効率を低下させるおそれがある。遷移金属触媒の濃度が、ポリマー１ｇあたり、通常１０００ｐｐｍ以下、好ましくは５００ｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下である。一方、通常０ｐｐｍより大きく、好ましくは１ｐｐｍ以上、より好ましくは３ｐｐｍ以上である。
ポリマーの末端残基（後述の反応式（２）〜（４）でのＸｄ〜Ｘｅ）の残存量は、特段の制限は無いが、ポリマー１ｇあたり、通常６０００ｐｐｍ以下、好ましくは４０００ｐｐｍ以下、より好ましくは３０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２０００ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは１０００ｐｐｍ以下、特に好ましくは５００ｐｐｍ以下、最も好ましくは２００ｐｐｍ以下である。一方、通常０ｐｐｍより大きく、好ましくは１ｐｐｍ以上、より好ましくは３ｐｐｍ以上である。
特に、ポリマー中のＳｎ元素の残存量としては、ポリマー１ｇあたり、通常５０００ｐｐｍ以下、好ましくは４０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２５００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０００ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは７５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは５００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下である。一方、通常０ｐｐｍより大きく、好ましくは１ｐｐｍ以上、より好ましくは３ｐｐｍ以上である。Ｓｎ原子の残存量を５０００ｐｐｍ以下にすることにより、熱分解しやすいアルキルスタニル基中のＳｎ元素の残存量が少なくなり、安定性の観点から高性能を得ることができるために、好ましい。
また、ハロゲン元素の残存量は、ポリマー１ｇあたり、通常５０００ｐｐｍ以下、好ましくは４０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２５００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０００ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは７５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは５００ｐｐｍ以下、最も好ましくは１００ｐｐｍ以下である。一方、通常０ｐｐｍより大きく、好ましくは１ｐｐｍ以上、より好ましくは３ｐｐｍ以上である。ハロゲン元素の残存量を５０００ｐｐｍ以下にすることにより、ポリマーの光電変換特性及び耐久性等の性能が向上する傾向にあり、好ましい。
ポリマーの末端残基（後述の反応式（２）〜（４）でのＸｄ〜Ｘｅ）の残存量は、炭素、水素及び窒素以外の元素で同定することができる。測定手法として、得られた高分子量体の元素分析は、臭素イオン（Ｂｒ−）及びヨウ素イオン（Ｉ−）についてはイオンクロマトグラフィー法又はＩＣＰ質量分析法で実施することができ、Ｐｄ及びＳｎについてはＩＣＰ質量分析法で実施することができる。
イオンクロマトグラフィー法は、公知文献（「イオンクロマトグラフィー」：共立出版株式会社）に記載されている方法により実施できる。例えば、イオンクロマトグラフ分析装置（Ｄｉｏｎｅｘ社製 イオンクロマト分析装置 ＤＸ１２０型又はＤＸ５００型）により実施することができる。
ＩＣＰ質量分析法は、公知文献（「プラズマイオン源質量分析」（学会出版センター））に記載されている方法により実施できる。具体的には、Ｐｄ及びＳｎについて、試料を湿式分解後、分解液中のＰｄ，ＳｎをＩＣＰ質量分析装置を用いて検量線法により定量することができる。又、Ｂｒ−及びＩ−について、試料を試料燃焼装置にて燃焼し、燃焼ガスを還元剤入りのアルカリ吸収液に吸収し、吸収液中のＢｒ−及びＩ−をＩＣＰ質量分析装置を用いて検量線法により定量することができる。
＜２．ポリマーの製造方法＞
本実施形態に係るポリマーの製造方法には特に限定はなく、ポリマーを構成する各ユニットを公知の方法で適宜連結することにより製造することができる。好ましい方法としては、下記反応式（２）に従ってイミドチオフェン誘導体化合物とアリール化合物とをカップリングさせ、下記反応式（３）に従って末端基を付加し、下記反応式（４）に従って必要であれば適当な触媒の存在下で重合させる方法が挙げられる。この方法を用いる場合、比較的大きな分子量のポリマーが得られうる。
反応式（２）〜（４）において、Ｒａ〜Ｒｄ、Ａｒ１〜Ａｒ２、及びＸｃは、式（１）について説明したものと同様の基を表す。反応式（２）では２つのアリール化合物ＸｅＡｒ１Ｈ及びＸｅＡｒ２Ｈが用いられているが、Ａｒ１とＡｒ２とが同じである場合には、この２つのアリール化合物は同じ化合物となる。
Ｘｄ及びＸｅは各々独立して、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、アルキルスルホ基、アリールスルホ基、アリールアルキルスルホ基、ホウ酸エステル残基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸残基（−Ｂ（ＯＨ）２）、ホルミル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。反応式（２）〜（４）で用いる化合物の合成上の観点及び反応のし易さの観点から、Ｘｄ及びＸｅは各々独立に、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、ホウ酸エステル残基、またはホウ酸残基（−Ｂ（ＯＨ）２）であることが好ましい。ＸｄおよびＸｅにおいて、ハロゲン原子としては、臭素原子又はヨウ素原子が好ましい。反応式（２）〜（４）のそれぞれについて、Ｘｄは通常同じであるが、Ｘｄは互いに異なっていてもよい。また、反応式（２）〜（４）のそれぞれについて、Ｘｅも通常同じであるが、Ｘｅは互いに異なっていてもよい。
ホウ酸エステル残基としては、例えば、下記式で示される基が挙げられる。
（式中、Ｍｅはメチル基を示し、Ｅｔはエチル基を示す。）
アルキルスタニル基としては、例えば、下記式で示される基等が挙げられる。
アルケニル基としては、例えば炭素数２〜１２のアルケニル基が挙げられる。
反応式（３）では、置換基Ｘｄを導入する公知の方法を利用することができる。例えばＸｄがハロゲン原子である場合、ハロゲン原子の導入剤を用いればよい。ハロゲン原子の導入剤としては例えば、Ｎ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）、Ｎ−ヨードスクインイミド（ＮＩＳ）等が挙げられる。
反応式（２）及び（４）で用いる反応方法としては、Ｓｕｚｕｋｉ−Ｍｉｙａｕｒａクロスカップリング反応方法、Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応方法、Ｙａｍａｍｏｔｏカップリング反応方法、Ｇｒｉｇｎａｒｄ反応方法、ヘック反応方法、園頭反応方法、ＦｅＣｌ３等の酸化剤を用いる反応方法、電気化学的な酸化反応を用いる方法、適当な脱離基を有する中間体化合物の分解による反応方法等が挙げられる。これらの中でも、Ｓｕｚｕｋｉ−Ｍｉｙａｕｒａカップリング反応方法、Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応方法、Ｙａｍａｍｏｔｏカップリング反応方法、Ｇｒｉｇｎａｒｄ反応方法が、構造制御がしやすい点で好ましい。特に、Ｓｕｚｕｋｉ−Ｍｉｙａｕｒａクロスカップリング反応方法、Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応方法、Ｇｒｉｇｎａｒｄ反応方法が、材料の入手しやすさ、反応操作の簡便さの点からも好ましい。これらの反応は、「クロスカップリング−基礎と産業応用−（ＣＭＣ出版）」、「有機合成のための遷移金属触媒反応（辻二郎著：有機合成化学協会編）」、「有機合成のための触媒反応１０３（檜山為次郎：東京化学同人）」等の公知文献の記載の方法に従って行うことができる。以下はＳｔｉｌｌｅカップリング反応方法について述べる。
Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応方法を用いる場合、反応式（２）〜（４）において例えば、Ｘｄはハロゲン原子、且つＸｅはアルキルスタニル基であるか、Ｘｄはアルキルスタニル基、且つＸｅはハロゲン原子であるかが好ましい。
反応式（４）において、イミドチオフェン誘導体化合物（Ｘｄ基を有する化合物）に対する、３つの五員環が縮合してなる化合物（Ｘｅ基を有する化合物）の量比は、モル比換算にして、通常０．９０以上、好ましくは０．９５以上であり、一方、通常１．３以下、好ましくは１．２以下である。この範囲内にあることにより、より高い収率で高分子量体を取得しうる点で好ましい。
本実施形態に係るポリマーを有機光電変換素子用の材料として用いる場合、その純度が高いと素子特性に良好であるため、重合前のモノマー（反応式（４）で用いられる原料化合物）を蒸留、昇華精製、カラムクロマトグラフィー又は再結晶等の方法で精製した後にカップリング反応させることが好ましい。
本実施形態に係るポリマーを有機光電変換素子用の材料として用いる場合、重合前のモノマーの純度は通常９０％以上、好ましくは９５％以上である。モノマーの純度が高いと、本実施形態に係るポリマーを有する光電変換素子の素子特性が良好となるため好ましい。
カップリング反応においては、反応促進のために、適宜、アルカリ、触媒、補触媒、有機配位子又は相間移動触媒等を添加することができる。これらアルカリや触媒は、反応の種類に応じて選択すればよいが、反応に用いる溶媒に十分に溶解するものが好ましい。アルカリとしては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム等の無機塩基；トリエチルアミン等の有機塩基；等が挙げられる。触媒としては、例えば、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４）等のホスフィン化合物を配位子として含むパラジウム錯体又は酢酸パラジウム等のパラジウム（Ｐｄ）触媒；Ｎｉ（ｄｐｐｐ）Ｃｌ２又はＮｉ（ｄｐｐｅ）Ｃｌ２等のニッケル触媒；塩化鉄等の鉄触媒；ヨウ化銅等の銅触媒等が挙げられる。
ホスフィン化合物を配位子として含むパラジウム錯体としては、具体的には、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４、Ｐｄ（Ｐ（ｏ−ｔｏｌｙｌ）３）４、Ｐｄ（ＰＣｙ３）２、Ｐｄ２（ｄｂａ）３、ＰｄＣｌ２（ＰＰｈ３））２等が挙げられる（式中、Ｐｈはフェニル基を表し、Ｃｙはシクロヘキシル基を表し、ｏ−ｔｏｙｌは２−トリル基を表し、ｄｂａはジベンジリデンアセトンを表す）。Ｐｄ２（ｄｂａ）３、ＰｄＣｌ２（ＰＰｈ３）２等の２価のＰｄ錯体を用いる場合には、ＰＰｈ３やＰ（ｏ−ｔｏｌｙｌ）３等の有機配位子と併せて使用することが望ましい。
触媒の使用量は、反応式（２）又は（４）で用いられる各原料化合物の合計量に対するパラジウム錯体の使用量として、通常１×１０−４ｍｏｌ％以上、好ましくは１×１０−３ｍｏｌ％以上、より好ましくは１×１０−２ｍｏｌ％以上であり、一方、通常１×１０２ｍｏｌ％以下、より好ましくは５ｍｏｌ％以下である。触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率で、より高分子量のポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。
補触媒としてはフッ化セシウム、酸化銅又はハロゲン化銅等の無機塩が挙げられる。補触媒の使用量は、反応式（２）又は（４）で用いられる各原料化合物の合計量に対して、通常１×１０−４ｍｏｌ％以上、好ましくは１×１０−３ｍｏｌ％以上、より好ましくは１×１０−２ｍｏｌ％以上であり、一方、通常１×１０４ｍｏｌ％以下、好ましくは１×１０３ｍｏｌ％以下、より好ましくは１．５×１０２ｍｏｌ％以下である。補触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率でポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。
相間移動触媒としては、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドやＡｌｉｑｕａｔ３３６（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）等が挙げられる。相間移動触媒の使用量は、反応式（２）又は（４）で用いられる各原料化合物の合計量に対して、通常１×１０−４ｍｏｌ％以上、好ましくは１×１０−３ｍｏｌ％以上、より好ましくは１×１０−２ｍｏｌ％以上であり、一方、通常５ｍｏｌ％以下、より好ましくは３ｍｏｌ％以下である。相間移動触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率でポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。
反応に用いられる溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン又はシクロヘキサン等の飽和炭化水素；ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン又はキシレン等の芳香族炭化水素；クロロベンゼン、ジクロロベンゼン又はトリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素；メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール又はｔ−ブチルアルコール等のアルコール類；水；ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−ｔ−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン又はジオキサン等のエーテル類；ＤＭＦ等の非プロトン性有機溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
溶媒の使用量は、反応式（２）又は（４）で用いられる各原料化合物の合計量１ｇに対して、通常、１×１０−２ｍＬ以上、好ましくは１×１０−１ｍＬ以上、より好ましくは１ｍＬ以上であり、一方、通常１×１０５ｍＬ以下、好ましくは１×１０３ｍＬ以下、より好ましくは２×１０２ｍＬ以下である。Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応の反応温度は、通常０℃以上、好ましくは２０℃以上、より好ましくは４０℃以上、さらに好ましくは６０℃以上である。一方、通常３００℃以下、好ましくは２５０℃以下、より好ましくは２００℃以下、さらに好ましくは１８０℃以下、特に好ましくは１６０℃以下である。加熱方法としては、特段の制限は無いが、オイルバス加熱、熱電対加熱、赤外線加熱、マイクロウェーブ加熱の他、ＩＨヒーターを用いた接触による加熱等が挙げられる。この反応の時間は、通常１分間以上、好ましくは１０分間以上、一方、通常１６０時間以下、好ましくは１２０時間以下、より好ましくは１００時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い収率でポリマーが得られうる。
式（２）のカップリング反応後は、例えば、水でクエンチした後に有機溶媒で抽出し、この有機溶媒を留去する等の通常の後処理で、粗製の生成物を得ることができる。また、式（４）の重合反応後は、例えば、水でクエンチした後に有機溶媒で抽出し、この有機溶媒を留去する等の通常の後処理で、粗製の高分子を得ることができる。高分子の合成後、再沈精製、ソックスレー、ゲル浸透クロマトグラフィー又はスキャベンジャーによる金属除去等の純化処理をすることが好ましい。
また、Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応は窒素（Ｎ２）またはアルゴン（Ａｒ）雰囲気下で行うことが好ましい。
式（４）の重合反応後のポリマーに対しては、ポリマーの末端処理を行うことが好ましい。ポリマーの末端処理を行うことにより、ポリマーの臭素（Ｂｒ）やヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素やアルキルスタニル基等の末端残基（上述のＸｄ及びＸｅ）の残存量を減らすことが可能である。この末端処理は、効率及び耐久性の点でよりよい性能のポリマーを得ることができるために、好ましい。
ポリマーの末端処理方法としては、特段の制限は無いが、以下の方法が挙げられる。Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応によってポリマーを重合した場合には、ポリマーの末端に存在する臭素（Ｂｒ）やヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素及びアルキルスタニル基に対する末端処理を行うことができる。
ハロゲン元素の末端処理方法としては、反応系中に末端処理剤としてアリールトリアルキルスズを加えた後、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールトリアルキルスズとしてはフェニルトリメチルスズ又はチエニルトリメチルスズ等が挙げられる。末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、ハロゲン元素末端付加モノマーに対して、通常１．０×１０−２当量以上、好ましくは０．１当量以上、より好ましくは１当量以上であり、一方、通常５０当量以下、好ましくは２０当量以下、より好ましくは１０当量以上である。加熱時間は、特段の制限は無いが、通常３０分以上、好ましくは１時間以上であり、一方、通常５０時間以下、好ましくは２０時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
ハロゲン元素の末端処理をして、末端が芳香族基に置換されることにより、共役安定効果により、ポリマーがより安定になりうるために、好ましい。
アルキルスタニル基の末端処理方法としては、反応系中に末端処理剤としてアリールハライドを加えたのち、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールハライドとしてはヨードチオフェン、ヨードベンゼン、ブロモチオフェン又はブロモベンゼン等が挙げられる。末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、アルキルスタニル基末端付加モノマーに対して、通常１．０×１０−２当量以上、好ましくは０．１当量以上、より好ましくは１当量以上であり、一方、通常５０当量以下、好ましくは２０当量以下、より好ましくは１０当量以上である。加熱時間は、特段の制限は無いが、通常３０分以上、好ましくは１時間以上であり、一方、通常５０時間以下、好ましくは１０時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
アルキルスタニル基の末端処理をして、末端が芳香族基に置換されることにより、熱分解しやすいアルキルスタニル基中のＳｎ元素がポリマー中に存在しなくなることから、ポリマーの経時劣化が抑えられることが期待される。また、末端が芳香族基に置換されることは、共役安定効果によりポリマーがより安定になりうる点においても好ましい。
上記の末端処理の操作については、特段の制限は無いが、各々独立に行うことが好ましい。なお、各々の末端処理の操作順序に、特段の制限は無く、適宜選択できる。
また、末端処理の操作については、ポリマーの精製前に行ってもポリマーの精製後に行ってもよい。末端処理をポリマー精製後に行う場合には、ポリマーと片方の末端処理剤（アリールハライド又はアリールトリメチルスズ）を有機溶剤に溶解した後、パラジウム触媒等の遷移金属触媒を加え、窒素条件下加熱攪拌を行い、さらにもう片方の末端処理剤（アリールトリメチルスズ又はアリールハライド）を加え、加熱攪拌を行うことにより処理できる。上記処理を行うことにより、末端残基を短時間に効率よく除去できるため、好ましい。
パラジウム触媒等の遷移金属触媒の添加量としては、特段の制限は無いが、ポリマーに対して、通常５．０×１０−３当量以上、好ましくは１．０×１０−２当量以上であり、一方、通常１．０×１０−１当量以下、好ましくは５．０×１０−２当量以下である。触媒の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
アルキルスタニル基の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、アルキルスタニル基末端付加モノマーに対して、通常１．０×１０−２当量以上、好ましくは１．０×１０−１当量以上、より好ましくは１当量以上であり、一方、通常５０当量以下、好ましくは２０当量以下、より好ましくは１０当量以上である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
ハロゲン基の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、ハロゲン基末端付加モノマーに対して、通常通常１．０×１０−２当量以上、好ましくは１．０×１０−１当量以上、より好ましくは１当量以上であり、一方、通常５０当量以下、好ましくは２０当量以下、より好ましくは１０当量以上である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
加熱時間は、特段の制限は無いが、通常３０分以上、好ましくは１時間以上であり、一方、通常２５時間以下、好ましくは１０時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
なお、Ｓｕｚｕｋｉ−Ｍｉｙａｕｒａクロスカップリング反応方法によりポリマーを重合した場合には、末端処理の方法として、アリールボロン酸を加えた後加熱攪拌を行う方法が挙げられる。
精製は上記の通り、ソックスレー、ゲル浸透クロマトグラフィー又はスキャベンジャーによる金属除去等の方法により行うことができる。
また、反応式（２）における原料として用いられるチエノチオフェン誘導体（チエノチオフェンモノマー）は、国際公開第２０１０／００８６７２号記載の方法に準じて製造することができる。また、反応式（４）における原料として用いられる、３つの五員環が縮合してなる化合物は、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．，２０１１，２１，３８９５、及びＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００８，１３０，１６１４４−１６１４５に記載の方法に準じて製造することができる。
＜３．有機半導体材料＞
本実施形態に係るポリマーは、溶媒溶解性が良好でありうる。また本実施形態に係るポリマーは、長波長領域に高い光吸収を持ちうる。このため、本実施形態に係るポリマーは有機半導体材料として好適である。以下、本実施形態に係る有機半導体材料について説明する。
本実施形態に係る有機半導体材料は、本実施形態に係るポリマーを少なくとも含有する。本実施形態に係るポリマーの一種を単独で含有していてもよく、二種以上を任意の組み合わせで含有していてもよい。また、本実施形態に係るポリマーのみからなるものであってもよいが、その他の成分（例えば、その他の高分子やモノマー、各種の添加剤等）を含有していてもよい。
本実施形態に係る有機半導体材料は、後述する有機電子デバイスの有機半導体層（有機活性層）に好適である。その場合、有機半導体材料を成膜して用いることが好ましく、この際に前述した有機溶剤への可溶性及びその加工性に優れている等の物性が好ましい点として現れる。有機電子デバイスの有機半導体層として用いる際の詳細は後述する。
本実施形態に係る有機半導体材料は、単独でも有機電子デバイスの有機半導体層の材料として十分に作用するが、他の有機半導体材料と混合及び／又は積層して使用することも可能である。本実施形態に係る有機半導体材料と併用可能な他の有機半導体材料としては、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ［２，６−（４，４−ビス−［２−エチルヘキシル］−４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ：３，４−ｂ’］ジチオフェン）−オルト−４，７−（２，１，３−ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）、ベンゾポルフィリン（ＢＰ）、ペンタセン、また、ｎ型半導体化合物として知られているペリレン−ビスイミド、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル（［６０］ＰＣＢＭ）又はＣ７０等のより大きいフラーレンを有するＰＣＢＭ、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸ｎ−ブチルエステル（［６０］ＰＣＢＮＢ）又はＣ７０等のより大きいフラーレンを有するＰＣＢＮＢ、等のフラーレン誘導体等の既知の有機半導体材料が挙げられるが、特にこれらに限定されることはない。
本実施形態に係る有機半導体材料は半導体特性を示し、例えば、電界効果移動度測定において、正孔移動度が通常１．０×１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上、好ましくは１．０×１０−４ｃｍ２／Ｖｓ以上であり、一方、正孔移動度が通常１．０×１０４ｃｍ２／Ｖｓ以下、好ましくは１．０×１０３ｃｍ２／Ｖｓ以下、より好ましくは１．０×１０２ｃｍ２／Ｖｓ以下である。正孔移動度の測定方法としてはＦＥＴ法が挙げられる。ＦＥＴ法は、公知文献（特開２０１０−０４５１８６号公報）に記載の方法により実施することができる。
＜４．有機電子デバイス＞
次に、本実施形態に係る有機電子デバイスについて説明する。本実施形態に係る有機電子デバイスは、上述した本実施形態に係る有機半導体材料を用いて形成されたことを特徴としている。すなわち本実施形態に係る有機電子デバイスは、本実施形態に係る有機半導体材料を、すなわち本実施形態に係るポリマーを含む。本実施形態に係る有機半導体材料を適用可能なものであれば、有機電子デバイスの種類に特に制限はない。例としては、発光素子、スイッチング素子、光電変換素子、光電導性を利用した光センサー等が挙げられる。
発光素子としては、表示デバイスに用いられる各種の発光素子が挙げられる。具体例としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセント素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。スイッチング素子の具体例としては、ダイオード（ｐｎ接合ダイオード、ショットキー・ダイオード、ＭＯＳダイオード等）、トランジスタ（バイポーラートランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等）、サイリスタ、更にはそれらの複合素子（例えばＴＴＬ等）等が挙げられる。
光電変換素子の具体例としては、薄膜太陽電池、電荷結合素子（ＣＣＤ）、光電子増倍管、フォトカプラ等が挙げられる。また、光電導性を利用した光センサーとしては、これらの光電変換素子を利用したものが挙げられる。本実施形態に係る有機半導体材料を有機電子デバイスのどの部位に用いるかは特に制限されず、任意の部位に用いることが可能である。特に光電変換素子の場合には、通常は本実施形態に係る有機半導体材料を含有する有機半導体層は有機電子デバイスの有機活性層に使用される。
＜５．光電変換素子＞
以下に、本実施形態に係る光電変換素子について説明する。本実施形態に係る光電変換素子は、少なくとも有機活性層、及び一対の電極を有する。また、有機活性層は、本実施形態に係る有機半導体材料を含有する。有機活性層及びバッファ層は、電極間に配置されている。図１は一般的な有機薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子を表すが、これに限るわけではない。
本発明の一実施形態としての光電変換素子１０７は、基板１０６、アノード１０１、正孔取り出し層１０２、有機活性層１０３（ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物混合層）、電子取り出し層１０４、カソード１０５が順次、形成された層構造を有する。それぞれの各層の間には、後述の各層機能に影響を与えない程度に、別の層が挿入されていてもよい。
＜活性層１０３＞
本実施形態に係る光電変換素子において、活性層１０３は光電変換が行われる層を指し、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物を含む。光電変換素子１０７が光を受けると、光が活性層１０３に吸収され、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物の界面で電気が発生し、発生した電気が電極１０１及び１０５から取り出される。
活性層１０３の材料としては、無機化合物又は有機化合物を必要に応じて組み合わせて用いることができるが、本実施形態においては有機化合物を用いる。有機化合物を用いた活性層は、簡易な塗布プロセスにより形成しうること等から好ましい。以下では、活性層１０３が有機活性層であるものとして説明する。
有機活性層の層構成は、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が積層された薄膜積層型、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型、薄膜積層型の中間層にｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が混合した層（ｉ層）を有する構造等が挙げられる。中でも、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型が好ましい。
有機活性層１０３の膜厚は特に限定されないが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上であり、一方通常１．０×１０３ｎｍ以下、好ましくは５．０×１０２ｎｍ以下、より好ましくは２．０×１０２ｎｍ以下である。有機活性層の膜厚が１０ｎｍ以上であることで、均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、有機活性層の厚さが１．０×１０３ｎｍ以下であることで、内部抵抗が小さくなり、かつ電極間の距離が離れず電荷の拡散が良好となるため、好ましい。
有機活性層１０３の作成方法としては、特段に制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。
［ｐ型半導体化合物］
有機活性層１０３は、本実施形態に係るポリマーをｐ型半導体材料として少なくとも含むが、他の半導体材料を混合及び／又は積層して併用することも可能である。以下、併用しうる有機半導体材料、例えば、高分子有機半導体材料や低分子有機半導体材料について説明する。
＜高分子有機半導体化合物＞
本実施形態で併用しうる高分子有機半導体化合物としては、特に限定はなく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役コポリマー半導体；アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のコポリマー半導体も挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体コポリマーも挙げられる。共役コポリマーは、例えば、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，３ｒｄ Ｅｄ．（全２巻），２００７、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，３２，１−４０、Ｐｕｒｅ Ａｐｐｌ． Ｃｈｅｍ．２００２，７４，２０３１−３０４４、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ＴＨＩＯＰＨＥＮＥ−ＢＡＳＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ（全２巻），２００９等の公知文献に記載されたコポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るコポリマーを用いることができる。
なお、一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。併用しうる高分子有機半導体化合物の具体例としては以下のものが挙げられるが、これに限定されない。
＜低分子有機半導体化合物＞
本実施形態で併用しうる低分子有機半導体化合物は、特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン又はピレン等の縮合芳香族炭化水素；α−セキシチオフェン等のチオフェン環を４個以上含むオリゴチオフェン類；チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計４個以上連結したもの；フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体、等の大環状化合物等が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。
ポルフィリン化合物及びその金属錯体（図中のＱがＣＨ）、フタロシアニン化合物及びその金属錯体（図中のＱがＮ）としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。
ここで、Ｍは金属あるいは２個の水素原子を表し、金属としては、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃｏ又はＮｉ等の２価の金属のほか、軸配位子を有する３価以上の金属、例えば、ＴｉＯ、ＶＯ、ＳｎＣｌ２、ＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ又はＳｉ等も挙げられる。
Ｙ１〜Ｙ４はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜２４のアルキル基である。炭素数１〜２４のアルキル基とは、炭素数が１〜２４の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が３〜２４の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。その中でも好ましくは炭素数１〜１２の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が３〜１２の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。
フタロシアニン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンハロゲン錯体、ガリウムフタロシアニンハロゲン錯体、アルミニウムフタロシアニンハロゲン錯体、スズフタロシアニンハロゲン錯体、ケイ素フタロシアニンハロゲン錯体、又は銅４，４’，４’’，４’’’−テトラアザ−２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン錯体であり、より好ましくは、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンクロロ錯体、アルミニウムフタロシアニンクロロ錯体である。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
ポルフィリン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンコバルト（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン銅（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン亜鉛（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンニッケル（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンバナジウム（ＩＶ）オキシド、５，１０，１５，２０−テトラ（４−ピリジル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィン、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンコバルト（ＩＩ）、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィン銅（ＩＩ）、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィン亜鉛（ＩＩ）、２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンニッケル（ＩＩ）又は２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンバナジウム（ＩＶ）オキシドであり、好ましくは、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン又は２９Ｈ，３１Ｈ−テトラベンゾ［ｂ，ｇ，ｌ，ｑ］ポルフィンである。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
低分子有機半導体化合物の製膜方法としては、蒸着法によって製膜する方法や低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換することで製膜する方法がある。塗布製膜できるというプロセス上の利点からは後者が好ましい。
低分子有機半導体化合物前駆体とは、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、その化学構造が変化し、低分子有機半導体化合物に変換される物質である。本実施形態に係る低分子有機半導体化合物前駆体は成膜性に優れるものが好ましい。特に、塗布法を適用できるようにするためには、前駆体自体が液状で塗布可能であるか又は前駆体が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。このため、低分子有機半導体化合物前駆体の溶媒に対する溶解性は、通常０．１重量％以上、好ましくは０．５重量％以上、より好ましくは１重量％以上である。一方、上限に特段の制限はないが、通常５０重量％以下、好ましくは４０重量％以下である。
溶媒の種類としては、半導体前駆体化合物を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類；トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類；メタノール、エタノール又はプロパノール等の低級アルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル又は乳酸メチル等のエステル類；クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類；エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類；ジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類；クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類；エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類；シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類；テトラヒドロフラン又は１，４−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。なお、溶媒は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
さらに、低分子有機半導体化合物前駆体は、容易に半導体化合物に変換できることが好ましい。低分子有機半導体化合物前駆体から半導体化合物への変換工程においてどのような外的刺激を半導体前躯体に与えるかは任意であるが、通常は、熱処理、光処理等を行なう。好ましくは、熱処理である。この場合には、低分子有機半導体化合物前駆体の骨格の一部に逆ディールス・アルダー反応によって脱離可能な所定の溶媒に対する親溶媒性の基を有するものが好ましい。
また、低分子有機半導体化合物前駆体は、変換工程を経て、高い収率で半導体化合物に変換されることが好ましい。この際、低分子有機半導体化合物前駆体から変換して得られる半導体化合物の収率は有機光電変換素子の性能を損なわない限り任意であるが、低分子有機半導体化合物前躯体から得られる低分子有機半導体化合物の収率は、通常９０モル％以上、好ましくは９５モル％以上、より好ましくは９９モル％以上である。
低分子有機半導体化合物前駆体は上記特徴を有するものであれば特に制限はないが、具体的には特開２００７−３２４５８７号公報に記載の化合物等が用いられうる。なかでも好ましい例としては、下記式（Ａ１）で表わされる化合物が挙げられる。
式（Ａ１）において、Ｘ１及びＸ２の少なくとも一方はπ共役した２価の芳香族環を形成する基を表わし、Ｚ１−Ｚ２は熱又は光により脱離可能な基であって、Ｚ１−Ｚ２が脱離して得られるπ共役化合物が顔料分子となるものを表す。また、Ｘ１及びＸ２のうちπ共役した２価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン基を表す。
式（Ａ１）で表わされる化合物は、下記化学反応式に示すように熱又は光によりＺ１−Ｚ２が脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が本実施形態に係る半導体化合物である。本実施形態においては、この半導体化合物が半導体特性を示すことが好ましい。
式（Ａ１）で表わされる化合物の例としては、以下のものが挙げられる。なお、ｔ−Ｂｕはｔ−ブチル基を表す。Ｍは、２価の金属原子又は３価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表す。
低分子有機半導体化合物前駆体の半導体化合物への変換方法は、公知のものを用いうる。
式（Ａ１）で表わされる低分子有機半導体化合物前駆体は、位置異性体が存在する構造であってもよく、またその場合、複数の位置異性体の混合物から成っていてもよい。複数の位置異性体からなる低分子有機半導体化合物前駆体は、単一異性体成分からなる低分子有機半導体化合物前駆体と比較して溶媒に対する溶解度が向上するため、塗布製膜が行いやすく好ましい。複数の位置異性体の混合物とすると溶解度が向上する理由は、詳細なメカニズムは明確ではないが、化合物そのものの結晶性が潜在的に保持されつつも、複数の異性体混合物が溶液内に混在することで、三次元規則的な分子間相互作用が困難になるためと想定される。本実施形態においては、複数の異性体化合物からなる前駆体混合物の非ハロゲン性溶媒への溶解度は、通常０．１重量％以上、好ましくは１重量％以上、より好ましくは５重量％以上である。上限に制限は無いが、通常５０重量％以下、より好ましくは４０重量％以下である。
本実施形態に係るポリマーと併用しうるｐ型半導体化合物として、中でも好ましくは、高分子有機半導体化合物としてはポリチオフェン等の共役コポリマー半導体であり、低分子有機半導体化合物としては、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素、フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン（ＢＰ）等のポルフィリン化合物及びその金属錯体である。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
本実施形態に係る有機半導体材料を用いたｐ型半導体化合物層作成方法については、特段の制限はないが、塗布法が好ましい。本実施形態に係るポリマーは溶媒に易溶解性であるため、塗布成膜性に優れる。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。
高分子有機半導体化合物及び／又は低分子有機半導体化合物は、製膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有するものであっても、アモルファス状態であってもよい。
本実施形態に係るポリマーと併用されるｐ型半導体化合物のＨＯＭＯエネルギー準位は、特に限定は無いが、後述のｎ型半導体の種類によって選択することができるが、特にフラーレン化合物と組み合わせるｐ型半導体のＨＯＭＯエネルギー準位は、通常−５．７ｅＶ以上、より好ましくは−５．５ｅＶ以上であり、一方、通常−４．６ｅＶ以下、より好ましくは−４．８ｅＶ以下である。ｐ型半導体化合物のＨＯＭＯエネルギー準位が−５．７ｅＶ以上であることによりｐ型半導体としての特性が向上し、ｐ型半導体のＨＯＭＯエネルギー準位が−４．６ｅＶ以下であることにより化合物の安定性が向上し、開放電圧（Ｖｏｃ）も向上する。また、本実施形態に係るポリマーと併用されるｐ型半導体のＬＵＭＯエネルギー準位は、特に限定は無いが、後述のｎ型半導体の種類によって選択することができるが、特にフラーレン化合物と組み合わせるｐ型半導体のＬＵＭＯエネルギー準位は、通常−３．７ｅＶ以上、好ましくは−３．６ｅＶ以上である。一方、通常−２．５ｅＶ以下、好ましくは−２．７ｅＶ以下である。ｐ型半導体のＬＵＭＯエネルギー準位が−２．５ｅＶ以下であることにより、バンドギャップが調整され長波長な光エネルギーを有効に吸収することができ、短絡電流密度が向上する。ｐ型半導体のＬＵＭＯエネルギー準位が−３．７ｅＶ以上であることにより、ｎ型半導体への電子移動が起こりやすくなり短絡電流密度が向上する。
＜ｎ型半導体化合物＞
ｎ型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、８−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体；ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類；ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物；単層カーボンナノチューブ、ｎ型ポリマー等が挙げられる。
その中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドおよびＮ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン化合物、Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はｎ型ポリマーがより好ましい。これらの化合物を一種又は二種以上含んでもよく、ｎ型ポリマーを一種又は二種以上含んでもよい。
以下、これらの好ましいｎ型半導体化合物について説明する。
＜フラーレン化合物＞
本実施形態で用いられるフラーレン化合物としては、一般式（ｎ１）、（ｎ２）、（ｎ３）及び（ｎ４）で表される部分構造を有することが好ましい。
式中、ＦＬＮとは、閉殻構造を有する炭素クラスターであるフラーレンを表す。フラーレンの炭素数は、通常６０〜１３０の偶数であれば何でもよい。フラーレンとしては、例えば、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４、Ｃ９０、Ｃ９４、Ｃ９６及びこれらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスター等が挙げられる。その中でも、Ｃ６０又はＣ７０が好ましい。フラーレンとしては、一部のフラーレン環上の炭素―炭素結合が切れていてもよい。又、一部の炭素原子が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらに、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団をフラーレンケージ内に内包していてもよい。
ａ、ｂ、ｃ及びｄは整数であり、ａ、ｂ、ｃ及びｄの合計が通常１以上であり、一方、通常５以下であり、好ましくは３以下である。（ｎ１）、（ｎ２）、（ｎ３）及び（ｎ４）中の部分構造は、フラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環に付加される。一般式（ｎ１）では、フラーレン骨格中の同一の５員環又は６員環上の隣接する２つの炭素原子に対して、−Ｒ６と−（ＣＨ２）Ｌとがそれぞれ付加している。一般式（ｎ２）では、フラーレン骨格中の同一の５員環又は６員環上の隣接する２つの炭素原子に対して、−Ｃ（Ｒ１０）（Ｒ１１）−Ｎ（Ｒ１２）−Ｃ（Ｒ１３）（Ｒ１４）が付加し５員環を形成してなる。一般式（ｎ３）では、フラーレン骨格中の同一の５員環又は６員環上の隣接する２つの炭素原子に対して、−Ｃ（Ｒ１５）（Ｒ１６）−Ｃ−Ｃ−Ｃ（Ｒ１７）（Ｒ１８）が付加し６員環を形成してなる。一般式（ｎ４）では、フラーレン骨格中の同一の５員環又は６員環上の隣接する２つの炭素原子に対して−Ｃ（Ｒ１９）（Ｒ２０）が付加し３員環を形成してなる。Ｌは１〜８の整数である。Ｌとして好ましくは１以上４以下の整数であり、さらに好ましくは１以上２以下の整数である。
一般式（ｎ１）中のＲ６は置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。アルキル基としては、炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましい。アルコキシ基としては、炭素数１〜１０のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜６のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。芳香族基としては、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。
上記アルキル基、アルコキシ基及び芳香族基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子又はシリル基が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。シリル基としては、ジアリールアルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、トリアリールシリル基又はトリアルキルシリル基が好ましく、ジアルキルアリールシリル基がより好ましく、ジメチルアリールシリル基がさらに好ましい。
一般式（ｎ１）中のＲ７〜Ｒ９は各々独立して置換基を表し、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルキル基としては、炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基又はｎ−ヘキシル基が好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。
芳香族基は、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、フッ素原子、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のフッ化アルキル基、炭素数１〜１４のアルコキシ基又は炭素数３〜１０の芳香族基が好ましく、フッ素原子又は炭素数１〜１４のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、ｎ−ブトキシ基又は２−エチルヘキシルオキシ基が更に好ましい。芳香族基が置換基を有する場合、その数に限定は無いが、１以上３以下が好ましく、１がより好ましい。芳香族基が置換基を複数有する場合、その置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
一般式（ｎ２）中のＲ１０〜Ｒ１４は各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。アルキル基として好ましくは、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｎ−ヘキシル基又はオクチル基であり、より好ましくはメチル基である。芳香族基は、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に限定は無いが、好ましくはフッ素原子、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のアルコキシ基である。アルキル基にはフッ素原子が置換されていてもよい。さらに好ましくは炭素数１〜１４のアルコキシ基であり、さらに好ましくはメトキシ基である。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは１〜３であり、より好ましくは１である。置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
一般式（ｎ３）中のＡｒ０は、置換基を有していてもよい炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基であり、好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基又はキノキサリル基であり、さらに好ましくはフェニル基、チエニル基又はフリル基である。有していてもよい置換基として限定は無いが、有していてもよい置換基として限定は無いが、フッ素原子、塩素原子、水酸基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換してもよいアミノ基、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のアルコキシ基、炭素数１〜１４のアルキルカルボニル基、炭素数１〜１４のアルキルチオ基、炭素数１〜１４のアルケニル基、炭素数１〜１４のアルキニル基、エステル基、アリールカルボニル基、アリールチオ基、アリールオキシ基、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の複素環基が好ましく、フッ素原子、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のアルコキシ基、エステル基、炭素数１〜１４のアルキルカルボニル基又はアリールカルボニル基がより好ましい。炭素数１〜１４のアルキル基にはフッ素が置換されていてもよい。
炭素数１〜１４のアルキル基としては、メチル基、エチル基又はプロピル基が好ましい。炭素数１〜１４のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシル基が好ましい。炭素数１〜１４のアルキルカルボニル基としては、アセチル基が好ましい。エステル基としては、メチルエステル基又はｎ−ブチルエステル基が好ましい。アリールカルボニル基としては、ベンゾイル基が好ましい。
置換基を有する場合、その数に限定は無いが、１〜４が好ましく、１〜３がより好ましい。置換基が複数の場合、その種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
一般式（ｎ３）中のＲ１５〜Ｒ１８は各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基または置換基を有していてもよいアルキルチオ基である。Ｒ１５またはＲ１６は、Ｒ１７またはＲ１８との間のいずれか一方と環を形成してもよい。環を形成する場合における構造は、例えば、芳香族基が縮合したビシクロ構造である一般式（ｎ５）で示すことができる。一般式（ｎ５）中におけるｆはｃと同様であり、Ｘは、酸素原子、硫黄原子、アミノ基、アルキレン基又はアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数１〜２が好ましい。アリーレン基としては炭素数５〜１２が好ましく、例えばフェニレン基である。アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数１〜６のアルキル基で置換されていてもよい。
アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数１〜５の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基で置換されていてもよい。アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数１〜５の脂肪族基、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基で置換されていてもよい。
一般式（ｎ４）中のＲ１９〜Ｒ２０は各々独立して、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜１４のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基としては、炭素数１〜１２のアルコキシ基又は炭素数１〜１２のフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数１〜１２のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基、ｎ−ヘキソキシ基、オクトキシ基、２−プロピルペントキシ基、２−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基又はｎ−ヘキソキシ基が特に好ましい。
アルキル基としては、炭素数１〜８の直鎖アルキル基が好ましく、ｎ−プロピル基がより好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基には特に限定は無いが、好ましくはアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基のアルコキシ基としては、炭素数１〜１４のアルコキシ基又はフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数１〜１４の炭化水素基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基、ｎ−ヘキソキシ基、オクトキシ基、２−プロピルペントキシ基、２−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又はｎ−ブトキシ基が特に好ましい。
芳香族基としては、炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基又は炭素数２〜２０の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基が好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、炭素数１〜１４のアルキル基、炭素数１〜１４のフッ化アルキル基又は炭素数１〜１４のアルコキシ基が好ましく、炭素数１〜１４のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又は２−エチルヘキシルオキシ基が特に好ましい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは１以上３以下であり、より好ましくは１である。置換基の種類は異なっていても同一でもよく、好ましくは同一である。
一般式（ｎ４）の構造として好ましくは、Ｒ１９、Ｒ２０が共にアルコキシカルボニル基であるか、Ｒ１９、Ｒ２０が共に芳香族基であるか又はＲ１９が芳香族基でかつＲ２０が３−（アルコキシカルボニル）プロピル基である。
なお、本実施形態で用いられるｎ型半導体化合物は一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
フラーレン化合物は、塗布法に適用できるようにするためには、このフラーレン化合物自体が液状で塗布可能であるか、このフラーレン化合物が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。溶解性の好適な範囲をあげると、２５℃でのトルエンに対する溶解度が、通常０．１重量％以上、好ましくは０．４重量％以上、より好ましくは０．７重量％以上である。フラーレン化合物の溶解度が０．１重量％以上であることで、フラーレン化合物の分散安定性が増加し、凝集、沈降、分離等を起こりにくくなるため好ましい。
本実施形態で用いられるフラーレン化合物の溶媒は、非極性有機溶媒であれば、特段に制限はないが、非ハロゲン系溶媒が好ましい。ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒でも可能であるが、環境負荷の面等から代替が求められている。非ハロゲン系溶媒としては、例えば、非ハロゲン系芳香族炭化水素類が挙げられる。その中でも好ましくはトルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等である。
＜フラーレン化合物の製造方法＞
本実施形態で用いられるフラーレン化合物の製造方法としては、特に制限はないが、例えば、部分構造（ｎ１）を有するフラーレン化合物の合成方法としては、国際公開第２００８／０５９７７１号パンフレットやＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００８，１３０（４６），１５４２９−１５４３６に記載されている公知文献によって、実施可能である。
部分構造（ｎ２）を有するフラーレン化合物の合成方法としては、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９３，１１５，９７９８−９７９９、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００７，１９，５３６３−５３７２及びＣｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００７，１９，５１９４−５１９９に記載されている公知文献によって、実施可能である。
部分構造（ｎ３）を有するフラーレン化合物の合成方法としては、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．１９９３，３２，７８−８０、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．１９９７，３８，２８５−２８８、国際公開第２００８／０１８９３１号及び国際公開第２００９／０８６２１０号に記載されている公知文献によって、実施可能である。
部分構造（ｎ４）を有するフラーレン化合物の合成方法としては、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｅｒｋｉｎ Ｔｒａｎｓ．１，１９９７ １５９５、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ４８９（２００５）２５１−２５６、Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１５，１９７９−１９８７及びＪ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９５，６０，５３２−５３８に記載されている公知文献によって、実施可能である。
市販されているフラーレン化合物として、例えばＰＣＢＭ（フロンティアカーボン社製）、ＰＣＢＮＢ（フロンティアカーボン社）等が好適に使用できる。
＜Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体＞
本実施形態に係るＮ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体は、特段の制限はないが、具体的には国際公開第２００８／０６３６０９号、国際公開第２００９／１１５５１３号、国際公開第２００９／０９８２５０号、国際公開第２００９／０００７５６号及び国際公開第２００９／０９１６７０号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、可視域に吸収を有するため、電荷輸送と発電との両方に寄与する点から好ましい。
＜ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド＞
本実施形態に係るナフタレンテトラカルボン酸ジイミドは、特段の制限はないが、具体的には国際公開第２００８／０６３６０９号、国際公開第２００７／１４６２５０号及び国際公開第２００９／０００７５６号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
＜ｎ型ポリマー＞
本実施形態に係るｎ型ポリマーは、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするｎ型ポリマーが挙げられる。
その中でも、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びＮ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするポリマーが好ましく、Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びＮ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドのうち少なくとも一つを構成ユニットとするｎ型ポリマーがより好ましい。これらの化合物を一種又は二種以上含んでもよい。
具体的には国際公開第２００９／０９８２５３号、国際公開第２００９／０９８２５０号、国際公開第２０１０／０１２７１０号及び国際公開第２００９／０９８２５０号に記載されている化合物が挙げられる。可視域に吸収を有するため、発電に寄与し、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。ｎ型半導体の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）の値は、特に限定はされないが、例えばサイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−３．８５ｅＶ以上、好ましくは−３．８０ｅＶ以上である。電子供与体層（ｐ型半導体層）から効率良く電子受容体層（ｎ型半導体層）へと電子を移動させるためには、各電子供与体層及び電子受容体層に用いられる材料の最低空軌道（ＬＵＭＯ）の相対関係が重要である。具体的には、電子供与体層の材料のＬＵＭＯが、電子受容体層の材料のＬＵＭＯより所定のエネルギーだけ上にあること、言い換えると、電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。開放電圧（Ｖｏｃ）は電子供与体層の材料の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と電子受容体層の材料のＬＵＭＯの差で決定されるため、電子受容体のＬＵＭＯを高くすると、Ｖｏｃが高くなる傾向がある。一方、ＬＵＭＯの値は通常−１．０ｅＶ以下、好ましくは−２．０ｅＶ以下、より好ましくは−３．０ｅＶ以下、更に好ましくは−３．３ｅＶ以下である。電子受容体のＬＵＭＯを低くすることで、電子の移動が起こりやすくなり、短絡電流（Ｊｓｃ）が高くなる傾向がある。
ｎ型半導体化合物のＬＵＭＯの値の算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法、サイクリックボルタモグラム測定法があげられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法である。具体的には、例えば公知文献（国際公報第２０１１／０１６４３０号）に記載の方法で測定することができる。
ｎ型半導体化合物のＨＯＭＯの値は、特に限定は無いが、通常−５．０ｅＶ以下、好ましくは−５．５ｅＶ以下である。一方、通常−７．０ｅＶ以上、好ましくは−６．６ｅＶ以上である。ｎ型半導体化合物のＨＯＭＯの値が−７．０ｅＶ以上であることにより、ｎ型材料の吸収も発電に利用出来る点で好ましい。ｎ型半導体化合物のＨＯＭＯの値が−５．０ｅＶ以下であることにより、正孔の逆移動を阻止できる点で好ましい。
ｎ型半導体化合物の電子移動度は、特段の制限はないが、通常１．０×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であり、１．０×１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上が好ましく、５．０×１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上がより好ましく、１．０×１０−４ｃｍ２／Ｖｓ以上がさらに好ましい。一方、通常１．０×１０３ｃｍ２／Ｖｓ以下であり、１．０×１０２ｃｍ２／Ｖｓ以下が好ましく、５．０×１０１ｃｍ２／Ｖｓ以下がより好ましい。ｎ型半導体化合物の電子移動度が１．０×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であることは、光電変換素子の電子拡散速度向上、短絡電流向上、変換効率向上等の効果が大きくなる傾向にある傾向にあるため、好ましい。移動度の測定方法としてはＦＥＴ法が挙げられ、公知文献（特開２０１０−０４５１８６号公報）に記載の方法により実施することができる。
ｎ型半導体化合物の２５℃でのトルエンに対する溶解度は、通常０．５重量％以上であり、０．６重量％以上が好ましく、０．７重量％以上がより好ましい。一方、通常９０重量％以下が好ましく、８０重量％以下がより好ましく、７０重量％以下がさらに好ましい。ｎ型半導体化合物の２５℃でのトルエンに対する溶解度を０．５重量％以上とすることにより、溶媒中でのｎ型半導体材料の分散安定性が向上し、凝集、沈降、分離等を起こしにくくなるため、好ましい。
＜バッファ層（１０２、１０４）＞
本実施形態に係る光電変換素子１０７は、１対の電極（１０１、１０５）、及びその間に配置された有機活性層１０３の他に、さらにバッファ層を１以上有することが好ましい。バッファ層としては、電子取り出し層１０４及び正孔取り出し層１０２に分類することができ、それぞれ、有機活性層１０３と電極（１０１、１０５）の間に設けることができる。バッファ層を設けることで、活性層と電極の間での電子や正孔の移動度が高まるほか、電極間の短絡を防止しうるという利点がある。
電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２とは、１対の電極間（１０１、１０５）に、有機活性層１０３を挟むように配置される。すなわち、本実施形態に係る光電変換素子１０７が電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２の両者を含む場合、電極１０１、正孔取り出し層１０２、有機活性層１０３、電子取り出し層１０４、電極１０５がこの順に配置されている。本実施形態に係る光電変換素子１０７が電子取り出し層１０４を含み正孔取り出し層１０２を含まない場合は、電極１０１、有機活性層１０３、電子取り出し層１０４、電極１０５がこの順に配置されている。電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２との少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。
＜電子取り出し層１０４＞
電子取り出し層１０４の材料は、ｐ半導体化合物とｎ半導体化合物を含む有機活性層１０３から電極１０１へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。無機化合物の材料としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ又はＣｓ等のアルカリ金属の塩；酸化チタン（ＴｉＯｘ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）のようなｎ型の酸化物半導体が望ましい。
アルカリ金属塩としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ又はＣｓＦのようなフッ化物塩が望ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Ａｌ等の電子取り出し電極（カソード１０５）と組み合わされてカソード１０５の仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。
有機化合物の材料としては、具体的には、バソキュプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントレン（Ｂｐｈｅｎ）、（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ホウ素化合物、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無水物（ＮＴＣＤＡ）、ペリレンテトラカルボン酸無水物（ＰＴＣＤＡ）、又はホスフィンオキサイド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。なかでも好ましくは、芳香族基で置換されたホスフィンオキサイド化合物又は芳香族基で置換されたホスフィンスルフィド化合物等の芳香族基で置換された第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物であり、より好ましくは、トリアリールホスフィンオキサイド化合物、トリアリールホスフィンスルフィド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを２つ以上有する芳香族炭化水素化合物、ジアリールホスフィンスルフィドユニットを２つ以上有する芳香族炭化水素化合物又はジアリールホスフィンオキシドユニットを２つ以上有する芳香族炭化水素化合物である。上記芳香族基にはフッ素原子又はパーフルオロアルキル基等のフッ素原子が置換されたアルキル基が置換されていてもよい。上記材料に加えてアルカリ金属又はアルカリ土類金属をドープしてもよい。
電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯの値は、特に限定は無いが、通常−４．０ｅＶ以上、好ましくは−３．９ｅＶ以上である。一方、通常−１．９ｅＶ以下、好ましくは−２．０ｅＶ以下である。電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯの値が−１．９ｅＶ以下であることにより、電荷移動が促進される点で好ましい。電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯの値が−４．０ｅＶ以上であることにより、ｎ型材料への逆電子移動が防がれる点で好ましい。
電子取り出し層１０４の材料のＬＵＭＯの値の算出方法としては、サイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。例えば、公知文献（国際公報第２０１１／０１６４３０号）に記載の方法を参考にして実施することができる。
電子取り出し層１０４の材料のＨＯＭＯの値は、特に限定は無いが、通常−９．０ｅＶ以上、好ましくは−８．０ｅＶ以上である。一方、通常−５．０ｅＶ以下、好ましくは−５．５ｅＶ以下である。電子取り出し層１０４の材料のＨＯＭＯの値が−５．０ｅＶ以下であることにより、正孔が移動してくることを阻止出来る点で好ましい。
電子取り出し層１０４の材料が有機化合物である場合の、この化合物のＤＳＣ法によるガラス転移温度（以下、Ｔｇと記載する場合もある）は、特段の制限はないが、観測されないか、又は５５℃以上であることが好ましい。ＤＳＣ法によるガラス転移温度が観測されないとは、ガラス転移温度がないことを意味する。具体的には４００℃以下のガラス転移温度の有無により判別する。ＤＳＣ法によるガラス転移温度が観測されない材料は、熱的に高い安定性を有している点で好ましい。
又、ＤＳＣ法によるガラス転移温度が５５℃以上の化合物の中でも、ガラス転移温度が好ましくは６５℃以上、より好ましくは８０℃以上、さらに好ましくは１１０℃以上、特に好ましくは１２０℃以上である化合物が望ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、通常４００℃以下、好ましくは３５０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。また、電子取り出し層１０４の材料は、ＤＳＣ法によるガラス転移温度が３０℃以上５５度未満に観測されないものであることが好ましい。
本明細書におけるガラス転移温度とは、化合物のアモルファス状態の固体において、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされており、比熱が変化する点として定義される。Ｔｇよりさらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる（この時の温度を結晶化温度（Ｔｃ）とする）。さらに温度が上がると、融点（Ｔｍ）で融解し液体状態に変化することが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、これらの相転移が見られないこともある。ガラス転移温度は公知の方法で測定すれば良く、たとえばＤＳＣ法が挙げられる。
ＤＳＣ法とは、ＪＩＳ Ｋ−０１２９“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法（示差走査熱量測定法）である。ガラス転移温度は、ガラス状態から分子運動が開始する温度であり、比熱の変化する温度としてＤＳＣ法で測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献（国際公報第２０１１／０１６４３０号）に記載の方法により、実施することができる。
電子取り出し層に用いられる化合物のガラス転移温度が５５℃以上であることにより、この化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向も有すことから、使用温度範囲においてこの化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化しにくくなることにより、電子取り出し層としての安定性が良くなるため、耐久性の面で好ましい。この効果は、材料のガラス転移温度が高ければ高いほど、より顕著に表れる。
電子取り出し層１０４の膜厚は特に限定はないが、通常０．０１ｎｍ以上、好ましくは０．１ｎｍ以上、より好ましくは０．５ｎｍ以上である。一方、通常４０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下である。電子取り出し層１０４の膜厚が０．０１ｎｍ以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層１０４の膜厚が４０ｎｍ以下であることで、電子が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。
＜第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物＞
第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物としては、下記一般式（Ｂ１）で表される化合物が好ましい。下記一般式（Ｂ１）で表される化合物を電子取り出し層１０４の材料として用いることは、光電変換効率が向上する点及び／又は光電変換素子の耐久性が向上する点で好ましい。
式（Ｂ１）中、ｐは１以上の整数を表し、通常６以下であり、５以下であることが好ましく、３以下であることがさらに好ましく、２以下であることが特に好ましい。
Ｒ２１及びＲ２２は各々独立して、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい複素環基を表し、Ｒ２１及びＲ２２は互いに結合し環を形成してもよい。炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられる。脂肪族炭化水素基としては、アルキル基（シクロアルキル基を含む）等の飽和脂肪族炭化水素基；アルケニル基（シクロアルケニル基を含む）又はアルキニル基等の不飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。なかでも、アルキル基等の飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。複素環基としては、脂肪族複素環基及び芳香族複素環基が挙げられる。すなわちＲ２１及びＲ２２は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のような芳香族基でありうる。
中でも、Ｒ２１及びＲ２２のうち少なくとも一つが置換基を有していてもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基であることが好ましい。Ｒ２１及びＲ２２のうち少なくとも一つが飽和脂肪族炭化水素基であると、溶解性が向上するために、塗布による成膜が容易となる点で好ましい。一方でＲ２１及びＲ２２のうち少なくとも一つが芳香族基であると、熱安定性が向上する点で好ましい。さらに芳香族基は平面性が高いため、Ｒ２１及びＲ２２のうち少なくとも一つが芳香族化合物である場合、後述する活性層１０３のｎ型半導体化合物とホスフィン化合物が相互作用しやすくなることが考えられる。この場合、バッファ層と活性層との間での電荷移動がより起こりやすくなるために、特に好ましい。
ｐが２以上の場合には複数のＲ２１及び複数のＲ２２が存在することとなるが、複数のＲ２１及び複数のＲ２２は各々独立して異なっていてもよい。また、複数のＲ２１及び複数のＲ２２のうちいずれか２つ以上が、互いに結合して環を形成してもよい。
アルキル基としては、炭素数１〜２０のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル基およびヘキシル基等が挙げられる。
シクロアルキル基としては、炭素数３〜２０のものが好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基等が挙げられる。
アルケニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、ビニル基又はスチリル基等が挙げられる。
シクロアルケニル基としては、炭素数３〜２０のものが好ましく、例えば、シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、又はシクロヘキセニル基等が挙げられる。
アルキニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基又はトリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、炭素数６〜３０のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はクオーターフェニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基又はペリレニル基が好ましい。
アルコキシ基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｉ−ブトキシ基およびｔ−ブトキシ基、ベンジルオキシ基、エチルヘキシルオキシ基等の直鎖または分岐のアルコキシ基が挙げられる。
脂肪族複素環基としては、炭素数２〜３０のものが好ましく、例えば、ピロリジニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、テトラヒドロフラニル基、ジオキサニル基、モルホリニル基又はチオモルホリニル基が挙げられる。なかでも、ピロリジニル基、ピペリジニル基又はピペラジニル基が好ましい。芳香族複素環基としては、炭素数２〜３０のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾリル基、フェノキサチイニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基又はキノキサリニル基等が挙げられる。なかでも、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾリル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾリル、キサンテニル基又はフェノキサジニル基が好ましい。
また、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基であってもよい。縮合多環芳香族基を形成する環としては、置換基を有していてもよい環状アルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基が好ましい。環状アルキル基としては、例えば、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。芳香族複素環基としては、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基又はイミダゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基又はチエニル基が好ましい。
縮合多環芳香族基として、例えば、縮合多環芳香族炭化水素基および縮合多環芳香族複素環基が好適なものとして挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリフェニレニル基等が好適なものとして挙げられる。また、縮合多環芳香族複素環基として、例えば、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基又はフェナントロリニル基等が好適なものとして挙げられる。
縮合多環芳香族基の具体例としては以下のものが挙げられるが、これに限定されることはない。また、下記縮合多環芳香族基において、リン原子と結合する原子の位置は特に限定されない。
Ｒ２３は置換基を有していてもよいｐ価の炭化水素基、置換基を有していてもよいｐ価の複素環基、又は置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が連結したｐ価の基を表す。すなわちＲ２３は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のような芳香族基でありうる。なお、Ｒ２３は置換基を有していてもよいｐ価の縮合多環芳香族基であってもよい。Ｒ２３は、好ましくは、置換基を有していてもよいｐ価の芳香族基であり、より好ましくは、置換基を有していてもよいｐ価の縮合多環芳香族基である。
炭化水素基としては、Ｒ２１及びＲ２２について説明した１価の炭化水素基又はそれに対応する２価以上６価以下の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の種類としては、Ｒ２１及びＲ２２と同様に脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基が挙げられる。
複素環基としては、Ｒ２１及びＲ２２について説明した１価の複素環基又はそれに対応する２価以上６価以下の複素環基が挙げられる。複素環基の種類としては、Ｒ２１及びＲ２２と同様に脂肪族複素環基又は芳香族複素環基が挙げられる。
縮合多環芳香族基としては、Ｒ２１及びＲ２２について説明した１価の縮合多環芳香族基又はそれに対応する２価以上６価以下の縮合多環芳香族基が挙げられる。
Ｒ２３が２価の基の場合、以下の具体例が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
Ｒ２１、Ｒ２２及びＲ２３についての説明における「置換基を有していてもよい」との用語は、置換基を１以上有していてもよいことを意味する。この置換基としては特に限定はないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
アルキル基としては、炭素数１〜２０のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル基およびシクロヘキシル基等が挙げられる。
アルケニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、ビニル基、スチリル基およびジフェニルビニル基等が挙げられる。
アルキニル基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基、フェニルエチニル基およびトリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。
シリル基としては，炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、トリメチルシリル基およびトリフェニルシリル基等が挙げられる。
ボリル基としては、例えば、ジメシチルボリル基等の芳香族基置換ボリル基が挙げられる。
アルコキシ基としては、炭素数２〜２０のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｉ−ブトキシ基、エチルヘキシルオキシ基、ベンジルオキシ基およびｔ−ブトキシ基等の直鎖または分岐のアルコキシ基が挙げられる。
アミノ基としては、例えば、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基又はカルバゾリル基等の芳香族置換アミンが挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、炭素数６〜２０のものが好ましく、これらは単環基に何ら限定されず、単環芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族炭化水素基および環連結芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。
単環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基等が挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基、フェナントリル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基、ピレニル基又はペリレニル基等が挙げられる。環連結芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基およびターフェニル等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基又はナフチル基が好ましい。
芳香族複素環基としては、炭素数５〜２０のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基，オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基又はフェニルカルバゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、チエニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基又はフェナントリル基が好ましい。
式（Ｂ１）においてＸは第１６族元素を表し、具体的には、酸素、硫黄又はセレンが挙げられる。なかでも、酸素又は硫黄が好ましく、酸素が特に好ましい。式（Ｂ１）で表される化合物の具体例（Ｘは酸素、硫黄又はセレン等の第１６族元素を表す。）を以下に例示する。
＜正孔取り出し層１０２＞
正孔取り出し層１０２の材料は、特に限定は無く有機活性層１０３からアノード１０１へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び／又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、後述のｐ型半導体化合物等が挙げられる。その中でも、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーが好ましく、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたポリ（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）がより好ましい。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
正孔取り出し層１０２の膜厚は特に限定はないが、通常２ｎｍ以上である。一方、通常４０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下である。正孔取り出し層１０２の膜厚が２ｎｍ以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層１０２の膜厚が４０ｎｍ以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。
電子取り出し層１０４と正孔取り出し層１０２の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層１０２に半導体材料を用いる場合は、上述の有機活性層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。
＜電極１０１、１０５＞
本実施形態に係る電極（１０１及び１０５）は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極１０１（以下、アノードと記載する場合もある）と電子の捕集に適した電極１０５（以下、カソードと記載する場合もある）を用いることが好ましい。１対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは太陽光が４０％以上透過する程度のものである。また、透明電極の太陽光線透過率が７０％以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定可能できる。
正孔の捕集に適した電極１０１（アノード）とは、一般には仕事関数がカソードよりも高い値を有する導電性材料で、有機活性層１０３で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。
アノード１０１の材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、インジウム−ジルコニウム酸化物（ＩＺＯ）、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。
これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、その導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、ＡｌやＭｇ等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。
ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等のドーピングした導電性高分子材料をアノードの材料として使用することもできる。また、アノード１０１が透明電極である場合には、ＩＴＯ、酸化亜鉛又は酸化錫等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にＩＴＯが好ましい。
アノード１０１の膜厚は特に制限は無いが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは、５０ｎｍ以上である。一方、通常１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは５００ｎｍ以下である。アノード１０１の膜厚が１０ｎｍ以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、アノード１０１の膜厚が１０μｍ以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。アノード１０１のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常１Ω／□以上、一方、１０００Ω／□以下、好ましくは５００Ω／□以下、さらに好ましくは１００Ω／□以下である。
アノード１０１の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。
電子の捕集に適した電極１０５（カソード）とは、一般には仕事関数がアノードよりも高い値を有する導電性材料で、有機活性層１０３で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極であり、本実施形態に係る電子取り出し層１０４と隣接することを特徴とする。
カソード１０５の材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金；フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩；酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料のため、好ましい。カソード１０５についてもアノード１０１と同様に、電子取り出し層１０４にチタニアのようなｎ型半導体で導電性を有するものを用いることにより、アノード１０１に適した高い仕事関数を有する材料も用いることができる。電極保護の観点から、アノード１０１材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、カルシウム又はインジウム等の金属及びこれらの金属を用いた合金である。
カソード１０５の膜厚は特に制限は無いが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上下、より好ましくは５０ｎｍ以上である。一方、通常１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。カソード１０５の膜厚が１０ｎｍ以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソード１０５の膜厚が１０μｍ以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。
カソード１０５のシート抵抗は、特に制限は無いが、通常１０００Ω／□以下、好ましくは５００Ω／□以下、さらに好ましくは１００Ω／□以下である。下限に制限は無いが、通常は１Ω／□以上である。
カソード１０５の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。
さらに、アノード１０１又はカソード１０５は２層以上積層してもよく、表面処理により特性（電気特性やぬれ特性等）を改良してもよい。
アノード１０１及びカソード１０５を積層した後に、この光電変換素子を通常５０℃以上、好ましくは８０℃以上、一方、通常３００℃以下、好ましくは２８０℃以下、より好ましくは２５０℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい（この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある）。このアニーリング処理工程の温度を５０℃以上にすることで、電子取り出し層１０４と電極１０１及び／又は電子取り出し層１０４と活性層１０３の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。このアニーリング処理工程の温度が３００℃以下にすることで、活性層の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。
なお、温度操作については上記範囲内で段階的に加熱してもよい。加熱する時間としては、通常１分以上、好ましくは３分以上、一方、通常３時間以下、好ましくは１時間以下である。このアニーリング処理は太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、このアニーリング処理の雰囲気は常圧下、かつ不活性ガス雰囲気で実施することが好ましい。
このアニーリング処理工程により、電子取り出し層１０４と電極１０１及び／又は電子取り出し層１０４と活性層１０３の密着性を向上させることで、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上する効果とともに、有機活性層の自己組織化が促進される効果が得られる。加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源にこの光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気下にこの光電変換素子を入れてもよい。また、バッチ式であっても連続方式であっても構わない。
＜基板１０６＞
本実施形態に係る光電変換素子は、通常は支持体となる基板１０６を有する。すなわち、基板上に、電極と、活性層、バッファ層とが形成される。基板の材料（基板材料）は本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。基板材料の好適な例を挙げると、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料；紙又は合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。ガラスとしてはソーダガラスや青板ガラスや無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。
基板１０６の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シート等の形状を用いることができる。基板１０６の膜厚に制限はない。ただし、通常５μｍ以上、中でも２０μｍ以上であり、一方、通常２０ｍｍ以下、中でも１０ｍｍ以下に形成することが好ましい。基板の膜厚が５μｍ以上であると、半導体デバイスの強度が不足する可能性は少なくなるため、好ましい。基板の膜厚が２０ｍｍ以下であることで、コストが抑えられ、かつ重量が重くならず、好ましい。又、基板がガラスの場合の膜厚は、通常０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、一方、また、通常１ｃｍ以下、好ましくは０．５ｃｍ以下である。ガラス基板の膜厚が０．０１ｍｍ以上であると、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。ガラス基板の膜厚が０．５ｃｍ以下であると、重量が重くならずに好ましい。
＜６．太陽電池モジュール＞
本実施形態に係る光電変換素子１０７は、太陽電池素子として薄膜太陽電池として使用されることが好ましい。図２は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池１４は、耐候性保護フィルム１と、紫外線カットフィルム２と、ガスバリアフィルム３と、ゲッター材フィルム４と、封止材５と、太陽電池素子６と、封止材７と、ゲッター材フィルム８と、ガスバリアフィルム９と、バックシート１０とをこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム１が形成された側（図中下方）から光が照射されて、太陽電池素子６が発電するようになっている。なお、後述するバックシート１０としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム８及び／又はガスバリアフィルム９を用いなくてもよい。
［耐候性保護フィルム１］
耐候性保護フィルム１は天候変化から太陽電池素子６を保護するフィルムである。太陽電池素子６の構成部品のなかには、温度変化、湿度変化、自然光及び／又は風雨による侵食等により劣化するものがある。そこで、耐候性保護フィルム１で太陽電池素子６を覆うことにより、太陽電池素子６等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
耐候性保護フィルム１は、薄膜太陽電池１４の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び／又は機械強度等の、薄膜太陽電池１４の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。また、耐候性保護フィルム１は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、特に好ましくは９５％である。
さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、耐候性保護フィルム１も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、耐候性保護フィルム１の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時に耐候性保護フィルム１が融解・劣化する可能性を低減できる。
耐候性保護フィルム１を構成する材料は、天候変化から太陽電池素子６を保護することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン系樹脂又はポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
中でも好ましくはフッ素系樹脂が挙げられ、その具体例を挙げるとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、４−フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリ３−フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又はポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。
なお、耐候性保護フィルム１は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム１は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。耐候性保護フィルム１の厚みは特に規定されないが、通常１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
また耐候性保護フィルム１には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び／又はプラズマ処理等の表面処理を行なってもよい。
耐候性保護フィルム１は、薄膜太陽電池１４においてできるだけ外側に設けることが好ましい。薄膜太陽電池１４の構成部材のうちより多くのものを保護できるようにするためである。
［紫外線カットフィルム２］
紫外線カットフィルム２は紫外線の透過を防止するフィルムである。薄膜太陽電池１４の構成部品のなかには紫外線により劣化するものがある。また、ガスバリアフィルム３、９等は種類によっては紫外線により劣化するものがある。そこで、紫外線カットフィルム２を薄膜太陽電池１４の受光部分に設け、紫外線カットフィルム２で太陽電池素子６の受光面６ａを覆うことにより、太陽電池素子６及び必要に応じてガスバリアフィルム３、９等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。
紫外線カットフィルム２に要求される紫外線の透過抑制能力の程度は、紫外線（例えば、波長３００ｎｍ）の透過率が５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましく、特に好ましくは１０％以下である。また、紫外線カットフィルム２は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、特に好ましくは９５％以上である。
さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、紫外線カットフィルム２も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、紫外線カットフィルム２の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点が低すぎると薄膜太陽電池１４の使用時に紫外線カットフィルム２が融解する可能性がある。また、紫外線カットフィルム２は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうるものが好ましい。
紫外線カットフィルム２を構成する材料は、紫外線の強度を弱めることができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はエステル系の樹脂に紫外線吸収剤を配合して成膜したフィルム等が挙げられる。また、紫外線吸収剤を樹脂中に分散あるいは溶解させたものの層（以下、適宜「紫外線吸収層」という）を基材フィルム上に形成したフィルムを用いてもよい。
紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のものを用いることができる。中でもベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系が好ましい。この例としては、ベンゾフェノン系やベンゾトリアゾール系の種々の芳香族系有機化合物等が挙げられる。なお、紫外線吸収剤は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
まえに述べたように、紫外線吸収フィルムとしては紫外線吸収層を基材フィルム上に形成したフィルムを用いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。
基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。
塗布は任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。また、これらの方法は１種を単独で行なってもよく、２種以上を任意に組み合わせて行うこともできる。
塗布液に用いる溶剤は、紫外線吸収剤を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されない。例えば液状の樹脂を溶剤として用いることができ、その例を挙げると、ポリエステル系、アクリル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリカーボネート系又はポリスチレン系等の各種合成樹脂等が挙げられる。また、例えば、ゼラチンやセルロース誘導体等の天然高分子；水、水とエタノール等のアルコール混合溶液等も溶剤として用いることができる。さらに、溶剤として有機溶剤を使用してもよい。有機溶剤を使用すれば、色素や樹脂を溶解又は分散させることが可能となり、塗工性を向上させることが可能となる。なお、溶剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
塗布液にはさらに界面活性剤も含有させてもよい。界面活性剤の使用により、紫外線吸収色素の樹脂への分散性が向上する。これにより、紫外線吸収層において、微小な泡によるヌケ、異物等の付着による凹み及び／又は乾燥工程でのハジキ等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤（カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性剤）を用いることができる。中でも、シリコーン系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
なお、塗布液を基材フィルムに塗布した後の乾燥は、例えば熱風乾燥、赤外線ヒーターによる乾燥等の公知の乾燥方法が採用できる。中でも、乾燥速度が速い熱風乾燥が好適である。
紫外線カットフィルム２の具体的な商品の例を挙げると、カットエース（ＭＫＶプラスティック株式会社）等が挙げられる。
なお、紫外線カットフィルム２は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、紫外線カットフィルム２は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。紫外線カットフィルム２の厚みは特に規定されないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで紫外線の吸収が高まる傾向にあり、薄くすることで可視光の透過率を増加させられる傾向にある。
紫外線カットフィルム２は、太陽電池素子６の受光面６ａの少なくとも一部を覆う位置に設ければよいが、好ましくは太陽電池素子６の受光面６ａの全てを覆う位置に設ける。ただし、太陽電池素子６の受光面６ａを覆う位置以外の位置にも紫外線カットフィルム２が設けられていてもよい。
［ガスバリアフィルム３］
ガスバリアフィルム３は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。
太陽電池素子６は湿気及び酸素に弱い傾向があり、特に、ＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極や、有機太陽電池素子が水分及び酸素により劣化することがある。そこで、ガスバリアフィルム３で太陽電池素子６を被覆することにより、太陽電池素子６を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
ガスバリアフィルム３に要求される防湿能力の程度は、太陽電池素子６の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子６が有機太陽電池素子である本実施形態の場合には、単位面積（１ｍ２）の１日あたりの水蒸気透過率が、１×１０−１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることが好ましく、１×１０−２ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることがより好ましく、１×１０−３ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることが更に好ましく、１×１０−４ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることが中でも好ましく、１×１０−５ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることがとりわけ好ましく、１×１０−６ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることが特に好ましい。水蒸気が透過しなければしないほど、太陽電池素子６及び太陽電池素子６のＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極の水分との反応に起因する劣化が抑えられるので、発電効率が上がると共に寿命が延びる。
ガスバリアフィルム３に要求される酸素透過性の程度は、太陽電池素子６の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子６が有機太陽電池素子である本実施形態の場合には、単位面積（１ｍ２）の１日あたりの酸素透過率が、１×１０−１ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが好ましく、１×１０−２ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることがより好ましく、１×１０−３ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが更に好ましく、１×１０−４ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが中でも好ましく、１×１０−５ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることがとりわけ好ましく、１×１０−６ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが特に好ましい。酸素が透過しなければしないほど、太陽電池素子６及び太陽電池素子６のＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極の酸化による劣化が抑えられる。
従来はこのように高い防湿及び酸素遮断能力を有するガスバリアフィルム３の実装が困難であったため、有機太陽電池素子のように優れた太陽電池素子を備えた太陽電池を実現することが困難であったが、このようなガスバリアフィルム３を適用することにより有機太陽電池素子等の優れた性質を活かした薄膜太陽電池１４の実施が容易となる。
また、ガスバリアフィルム３は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、ガスバリアフィルム３も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ガスバリアフィルム３の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時にガスバリアフィルム３が融解・劣化する可能性を低減できる。
ガスバリアフィルム３の具体的な構成は、太陽電池素子６を水から保護できる限り任意である。ただし、ガスバリアフィルム３を透過しうる水蒸気や酸素の量を少なくできるフィルムほど製造コストが高くなるため、これらの点を総合的に勘案して適切なものを使用することが好ましい。以下、ガスバリアフィルム３の構成について、例を挙げて説明する。
ガスバリアフィルム３の構成として好ましいものは以下の２例が挙げられる。一つ目の例は、プラスチックフィルム基材に無機バリア層を配置したフィルムである。この際、無機バリア層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。
二つ目の例は、プラスチックフィルム基材に、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された２層からなるユニット層が形成されたフィルムである。この際、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された２層からなるユニット層を１単位として、このユニット層が１単位（無機バリア層１層とポリマー層１層を合わせて１単位の意味）のみを形成してもよいが、２単位以上形成してもよい。例えば２〜５単位、積層してもよい。
ユニット層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層及びポリマー層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。また、プラスチックフィルム基材上にユニット層を形成する場合、無機バリア層を形成してからその上にポリマー層を形成してもよいし、ポリマー層を形成してから無機バリア層を形成してもよい。
（プラスチックフィルム基材）
ガスバリアフィルム３に使用されるプラスチックフィルム基材は、上記の無機バリア層及びポリマー層を保持しうるフィルムであれば特に制限はなく、ガスバリアフィルム３の使用目的等から適宜選択することができる。プラスチックフィルム基材の材料の例を挙げると、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂又はアクリロイル化合物が挙げられる。また、スピロビインダン、スピロビクロマンを含む縮合ポリマーを用いるのも好ましい。ポリエステル樹脂の中でも、二軸延伸を施したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又は同じく二軸延伸したポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、熱的寸度安定性に優れるため、プラスチックフィルム基材として好ましく用いられる。なおプラスチックフィルム基材の材料は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
プラスチックフィルム基材の厚みは特に規定されないが、通常１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
プラスチックフィルム基材は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
プラスチックフィルム基材には、無機バリア層との密着性向上のため、アンカーコート剤の層（アンカーコート層）を形成してもよい。通常、アンカーコート層はアンカーコート剤を塗布して形成される。アンカーコート剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、イソシアネート含有樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。中でも、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂及びアクリル樹脂の中から選ばれる少なくとも１種類以上の樹脂と、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂及びイソシアネート基含有樹脂の中から選ばれる少なくとも１種類以上の樹脂とを組み合わせたものが好ましい。なお、アンカーコート剤は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
アンカーコート層の厚さは、通常０．００５μｍ以上、好ましくは０．０１μｍ以上であり、通常５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。この範囲の上限値以下の厚さであれば滑り性が良好であり、アンカーコート層自体の内部応力によるプラスチックフィルム基材からの剥離もほとんどない。また、この範囲の下限値以上の厚さであれば、均一な厚さを保つことができ好ましい。
また、プラスチックフィルム基材へのアンカーコート剤の塗布性、接着性を改良するため、アンカーコート剤の塗布前に、プラスチックフィルム基材に通常の化学処理、放電処理等の表面処理を施してもよい。
（無機バリア層）
無機バリア層は通常は金属酸化物、窒化物又は酸化窒化物により形成される層である。なお、無機バリア層を形成する金属酸化物、窒化物及び酸化窒化物は、１種でもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
金属酸化物としては、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｅ又はＴａ等の酸化物が挙げられる。中でも、高いバリア性と高透明性とを両立させるために、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素を含むことが好ましく、特に水分の透過性、光線透過性の観点から、酸化ケイ素を含むことが好ましい。
各々の金属原子と酸素原子との比率も任意であるが、無機バリア層の透明度を向上させ着色を防ぐためには、酸素原子の比率が酸化物の化学量論的な比率から極端に少なくないことが望ましい。一方、無機バリア層の緻密性を向上させバリア性を高くするためには、酸素原子を少なくすることが望ましい。この観点から、例えば金属酸化物としてＳｉＯｘを用いる場合にはｘの値は１．５〜１．８が特に好ましい。また、例えば金属酸化物としてＡｌＯｘを用いる場合にはｘの値は１．０〜１．４が特に好ましい。
また、２種以上の金属酸化物より無機バリア層を構成する場合、金属酸化物としては酸化アルミニウム及び酸化ケイ素を含むことが望ましい。中でも無機バリア層が酸化アルミニウム及び酸化ケイ素からなる場合、無機バリア層中のアルミニウムとケイ素との比率は任意に設定することができるが、Ｓｉ／Ａｌの比率は、通常１／９以上、好ましくは２／８以上であり、また、通常９／１以下、好ましくは２／８以下である。
無機バリア層の厚みを厚くするとバリア性が高まる傾向にあるが、曲げた際にクラックを生じにくくし割れを防ぐためには、厚みを薄くすることが望ましい。そこで無機バリア層の適正な厚みとしては、通常５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上であり、また、通常１０００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下である。
無機バリア層の成膜方法に制限は無いが、一般的にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法等で行うことができる。例えばスパッタリング法では１種類のあるいは複数の金属ターゲットと酸素ガスを原料とし、プラズマを用いた反応性スパッタ方式で形成することができる。
（ポリマー層）
ポリマー層にはいずれのポリマーでも使用することができ、例えば真空チャンバー内で成膜できるものも用いることができる。なお、ポリマー層を構成するポリマーは、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。ポリマーを与える化合物としては多種多様なものを用いることができるが、例えば以下の（ｉ）〜（ｖｉｉ）のようなものが例示される。なお、モノマーは１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
（ｉ）例えばヘキサメチルジシロキサン等のシロキサンが挙げられる。ヘキサメチルジシロキサンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、ＲＦ電極を用いた平行平板型のプラズマ装置にヘキサメチルジシロキサンを蒸気として導入し、プラズマ中で重合反応を起こさせ、プラスチックフィルム基材上に堆積させることでポリマー層をポリシロキサン薄膜として形成できる。
（ｉｉ）例えばジパラキシリレン等のパラキシリレンが挙げられる。ジパラキシリレンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、まず高真空中でジパラキシリレンの蒸気を６５０℃〜７００℃で加熱することで熱分解させて熱ラジカルを発生させる。そして、そのラジカルモノマー蒸気をチャンバー内に導いて、プラスチックフィルム基材へと吸着させると同時にラジカル重合反応を進行させてポリパラキシリレンを堆積させることでポリマー層を形成できる。
（ｉｉｉ）例えば二種のモノマーを交互に繰り返し付加重合させることができるモノマーが挙げられる。これにより得られるポリマーは重付加ポリマーである。重付加ポリマーとしては、例えば、ポリウレタン（ジイソシアナート／グリコール）、ポリ尿素（ジイソシアナート／ジアミン）、ポリチオ尿素（ジチオイソシアナート／ジアミン）、ポリチオエーテルウレタン（ビスエチレンウレタン／ジチオール）、ポリイミン（ビスエポキシ／第一アミン）、ポリペプチドアミド（ビスアゾラクトン／ジアミン）又はポリアミド（ジオレフィン／ジアミド）等が挙げられる。
（ｉｖ）例えばアクリレートモノマーが挙げられる。アクリレートモノマーには単官能、２官能又は多官能のアクリレートモノマーがあるが、いずれを用いてもよい。ただし、適切な蒸発速度、硬化度及び／又は硬化速度等を得るために、上述のアクリレートモノマーを２種以上組み合わせて併用することが好ましい。また、単官能アクリレートモノマーとしては、例えば脂肪族アクリレートモノマー、脂環式アクリレートモノマー、エーテル系アクリレートモノマー、環状エーテル系アクリレートモノマー、芳香族系アクリレートモノマー、水酸基含有アクリレートモノマー又はカルボキシ基含有アクリレートモノマー等があるが、いずれも用いることができる。
（ｖ）例えばエポキシ系やオキセタン系等の、光カチオン硬化ポリマーが得られるモノマーが挙げられる。エポキシ系モノマーとしては、例えば、脂環式エポキシ系モノマー、２官能性モノマー又は多官能性オリゴマー等が挙げられる。また、オキセタン系モノマーとしては、例えば、単官能オキセタン、２官能オキセタン又はシルセスキオキサン構造を有するオキセタン等が挙げられる。
（ｖｉ）例えば酢酸ビニルが挙げられる。モノマーとして酢酸ビニルを用いると、その重合体をケン化することでポリビニルアルコールが得られ、このポリビニルアルコールをポリマーとして使用できる。
（ｖｉｉ）例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸又は無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸等が挙げられる。これらは、エチレンとの共重合体を構成させ、この共重合体をポリマーとして使用できる。さらに、これらの混合物、あるいはグリシジルエーテル化合物を混合した混合物、さらにはエポキシ化合物との混合物もポリマーとして用いることができる。
上述のモノマーを重合してポリマーを生成させる際、モノマーの重合方法に制限は無い。ただし、通常は、モノマーを含む組成物を塗布又は蒸着して成膜した後で重合を行うようにする。重合方法の例を挙げると、熱重合開始剤を用いたときはヒーター等による接触加熱又は赤外線若しくはマイクロ波等の放射加熱等により重合を開始させる。また、光重合開始剤を用いたときは活性エネルギー線を照射して重合を開始させる。活性エネルギー線を照射する場合には様々な光源を使用することができ、例えば、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、蛍光ランプ、炭素アークランプ、タングステンーハロゲン輻射ランプ又は日光による照射光等を用いることができる。また、電子線照射や大気圧プラズマ処理を行うこともできる。
ポリマー層の形成方法は、例えば、塗布法、真空成膜法等が挙げられる。塗布法でポリマー層を形成する場合、例えば、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、カーテンフローコート、スプレーコート、バーコート等の方法を用いることができる。また、ポリマー層形成用の塗布液をミスト状にして塗布するようにしてもよい。この場合の液滴の平均粒径は適切な範囲に調整すればよく、例えば重合性モノマーを含有する塗布液をミスト状にしてプラスチックフィルム基材上に成膜する場合には、液滴の平均粒径は通常５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。
他方、真空成膜法でポリマー層を形成する場合、例えば、蒸着やプラズマＣＶＤ等の成膜方法が挙げられる。
ポリマー層の厚みについては特に限定はないが、通常１０ｎｍ以上であり、また、通常５０００ｎｍ以下、好ましくは２０００ｎｍ以下、より好ましくは１０００ｎｍ以下である。ポリマー層の厚みを厚くすることで、厚みの均一性が得やすくなり無機バリア層の構造欠陥を効率よくポリマー層で埋めることができ、バリア性が向上する傾向にある。また、ポリマー層の厚みを薄くする事で、曲げ等の外力によりポリマー層自身がクラックを発生しにくくなるためバリア性が向上しうる。
中でも好適なガスバリアフィルム３としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）或いはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の基材フィルムにＳｉＯｘを真空蒸着したフィルム等が挙げられる。
なお、ガスバリアフィルム３は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム３は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
ガスバリアフィルム３の厚みは特に規定されないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることでガスバリア性が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。
ガスバリアフィルム３は、太陽電池素子６を被覆して湿気及び酸素から保護できればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子６の正面（受光面側の面。図２では下側の面）及び背面（受光面とは反対側の面。図２では上側の面）を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池１４においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いためである。本実施形態ではガスバリアフィルム３が太陽電池素子６の正面を覆い、後述するガスバリアフィルム９が太陽電池素子６の背面を覆うようになっている。なお、後述するバックシート１０としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム８及び／又はガスバリアフィルム９を用いなくてもよい。
［ゲッター材フィルム４］
ゲッター材フィルム４は水分及び／又は酸素を吸収するフィルムである。太陽電池素子６の構成部品のなかには上述のように水分で劣化するものがあり、また、酸素によって劣化するものもある。そこで、ゲッター材フィルム４で太陽電池素子６を覆うことにより、太陽電池素子６等を水分及び／又は酸素から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
ここで、ゲッター材フィルム４は上述のガスバリアフィルム３とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム３等で太陽電池素子６を被覆した場合に、ガスバリアフィルム３及び９で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム４が捕捉して水分による太陽電池素子６への影響を排除できる。
ゲッター材フィルム４の水分吸収能力の程度は、通常０．１ｍｇ／ｃｍ２以上、好ましくは０．５ｍｇ／ｃｍ２以上、より好ましくは１ｍｇ／ｃｍ２以上である。この数値が高いほど水分吸収能力が高く太陽電池素子６の劣化を抑制しうる。また、上限に制限は無いが、通常１０ｍｇ／ｃｍ２以下である。また、ゲッター材フィルム４が酸素を吸収することにより、ガスバリアフィルム３及び９等で太陽電池素子６を被覆した場合に、ガスバリアフィルム３及び９で形成される空間に僅かに浸入する酸素をゲッター材フィルム４が捕捉して酸素による太陽電池素子６への影響を排除できる。
さらに、ゲッター材フィルム４は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せされることが多いため、ゲッター材フィルム４も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ゲッター材フィルム４の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時にゲッター材フィルム４が融解・劣化する可能性を低減できる。
ゲッター材フィルム４を構成する材料は、水分及び／又は酸素を吸収することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、水分を吸収する物質としてアルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の酸化物；アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物；シリカゲル、ゼオライト系化合物、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム又は硫酸ニッケル等の硫酸塩；アルミニウム金属錯体又はアルミニウムオキシドオクチレート等の有機金属化合物等が挙げられる。具体的には、アルカリ土類金属としては、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａ等が挙げられる。アルカリ土類金属の酸化物としては、ＣａＯ、ＳｒＯ又はＢａＯ等が挙げられる。その他にＺｒ−Ａｌ−ＢａＯやアルミニウム金属錯体等も挙げられる。具体的な商品名を挙げると、例えば、ＯｌｅＤｒｙ（双葉電子社製）等が挙げられる。
酸素を吸収する物質としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、酸化マグネシウム又は酸化鉄等が挙げられる。またＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、及びこれら金属の硫酸塩・塩化物塩・硝酸塩等の無機塩も挙げられる。
なお、ゲッター材フィルム４は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム４は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
ゲッター材フィルム４の厚みは特に規定されないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
ゲッター材フィルム４は、ガスバリアフィルム３及び９で形成される空間内であればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子６の正面（受光面側の面。図２では下側の面）及び背面（受光面とは反対側の面。図２では上側の面）を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池１４においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いため、これらの面を介して水分及び酸素が浸入する傾向があるからである。この観点から、ゲッター材フィルム４はガスバリアフィルム３と太陽電池素子６との間に設けることが好ましい。本実施形態ではゲッター材フィルム４が太陽電池素子６の正面を覆い、後述するゲッター材フィルム８が太陽電池素子６の背面を覆い、ゲッター材フィルム４、８がそれぞれ太陽電池素子６とガスバリアフィルム３、９との間に位置するようになっている。なお、後述するバックシート１０としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム８及び／又はガスバリアフィルム９を用いなくてもよい。
ゲッター材フィルム４は吸水剤又は乾燥剤の種類に応じて任意の方法で形成することができるが、例えば、吸水剤又は乾燥剤を分散したフィルムを粘着剤で添付する方法、吸水剤又は乾燥剤の溶液をスピンコート法、インクジェット法又はディスペンサー法等で塗布する方法等を用いることができる。また真空蒸着法やスパッタリング法等の成膜法を使用してもよい。
吸水剤又は乾燥剤のためのフィルムとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂又はポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。中でも、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂又はポリカーボネート系樹脂のフィルムが好ましい。なお、樹脂は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
［封止材５］
封止材５は、太陽電池素子６を補強するフィルムである。太陽電池素子６は薄いため通常は強度が弱く、ひいては薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材５により強度を高く維持することが可能である。
また、封止材５は、薄膜太陽電池１４の強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。具体的強度については、封止材５以外の耐候性保護フィルム１やバックシート１０の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、薄膜太陽電池１４全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。
また、封止材５は、太陽電池素子６の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは８０％以上、中でも好ましくは８５％以上、とりわけ好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、その中でも特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
さらに、薄膜太陽電池１４は光を受けて熱せられることが多いため、封止材５も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材５の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時に封止材５が融解・劣化する可能性を低減できる。
封止材５の厚みは特に規定されないが、通常１００μｍ以上、好ましくは１５０μｍ以上、より好ましくは２００μｍ以上であり、また、通常７００μｍ以下、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下である。厚みを厚くすることで薄膜太陽電池１４全体の強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。
封止材５を構成する材料としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂組成物をフィルムにしたもの（ＥＶＡフィルム）等を用いることができる。ＥＶＡフィルムには通常は耐候性の向上のために架橋剤を配合して架橋構造を構成させる。この架橋剤としては、一般に、１００℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が用いられる。このような有機過酸化物としては、例えば、２，５−ジメチルヘキサン、２，５−ジハイドロペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン又は３−ジ−ｔ−ブチルペルオキシド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常５重量部以下、好ましくは３重量部以下であり、通常１重量部以上である。なお、架橋剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
このＥＶＡ樹脂組成物には、接着力向上の目的で、シランカップリング剤を含有させてもよい。この目的に供されるシランカップリング剤としては、例えば、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン又はβ−（３，４−エトキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤の配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常５重量部以下、好ましくは２重量部以下であり、通常０．１重量部以上である。なお、シランカップリング剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
更に、ＥＶＡ樹脂のゲル分率を向上させ、耐久性を向上するために、ＥＶＡ樹脂組成物に架橋助剤を含有させてもよい。この目的に供される架橋助剤としては、例えば、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルイソシアネート等の３官能の架橋助剤等の単官能の架橋助剤等が挙げられる。これらの架橋助剤の配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常１０重量部以下、好ましくは５重量部以下であり、また、通常１重量部以上である。なお、架橋助剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
更に、ＥＶＡ樹脂の安定性を向上する目的で、ＥＶＡ樹脂組成物に、例えばハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ｐ−ベンゾキノン又はメチルハイドロキノン等を含有させてもよい。これらの配合量は、ＥＶＡ樹脂１００重量部に対して、通常５重量部以下である。
しかし、ＥＶＡ樹脂の架橋処理には１〜２時間程度の比較的長時間を要するため、薄膜太陽電池１４の生産速度及び生産効率を低下させる原因となる場合がある。また、長期間使用の際には、ＥＶＡ樹脂組成物の分解ガス（酢酸ガス）又はＥＶＡ樹脂自体が有する酢酸ビニル基が、太陽電池素子６に悪影響を与えて発電効率が低下させる場合がある。
そこで、封止材５としては、ＥＶＡフィルムの他に、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体のフィルムを用いることもできる。この共重合体としては、例えば、下記成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物が挙げられる。
・成分１：プロピレン系重合体が、通常０重量部以上、好ましくは１０重量部以上であり、また、通常７０重量部以下、好ましくは５０重量部以下である。
・成分２：軟質プロピレン系共重合体が、３０重量部以上、好ましくは５０重量部以上であり、また、通常１００重量部以下、好ましくは９０重量部以下である。
なお、成分１及び成分２の合計量は１００重量部である。上記のように、成分１および成分２が好ましい範囲にあると、封止材５のシートへの成形性が良好であるとともに、得られる封止材５の耐熱性、透明性及び柔軟性が良好となり、薄膜太陽電池１４に好適である。
上記の成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物は、メルトフローレート（ＡＳＴＭ Ｄ １２３８、２３０度、荷重２．１６ｋｇ）が、通常０．０００１ｇ／１０分以上であり、また、通常１０００ｇ／１０分以下、好ましくは９００ｇ／１０分以下、より好ましくは８００ｇ／１０分以下である。成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１１０℃以上である。また通常１４０℃以下、好ましくは１３５℃以下である。また成分１及び成分２が配合された熱可塑性樹脂組成物の密度は、０．９８ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、０．９５ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、０．９４ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。
この封止材５においては、上記成分１及び成分２に、プラスチック等に対する接着促進剤としてカップリング剤を配合することが可能である。カップリング剤は、シラン系、チタネート系、クロム系の各カップリング剤が好ましく用いられ、特にシラン系のカップリング剤（シランカップリング剤）が好適に用いられる。
上記シランカップリング剤としては公知のものが使用でき、特に制限はないが、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシーエトキシシラン）、γ−グリシドキシプロピルートリピルトリーメトキシシラン又はγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。なお、カップリング剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、これらは熱可塑性樹脂組成物（成分１及び成分２の合計量）１００重量部に対して、上記シランカップリング剤を通常０．１重量部以上含み、また、通常５重量部以下、好ましくは３重量部以下含むことが望ましい。
また、上記カップリング剤は、有機過酸化物を用いて、熱可塑性樹脂組成物にグラフト反応させてもよい。この場合、熱可塑性樹脂組成物（成分１及び成分２の合計量）１００重量部に対して、上記カップリング剤を０．１〜５重量部含むことが望ましい。シラングラフト化された熱可塑性樹脂組成物を用いても、ガラスやプラスチックに対して、シランカップリング剤ブレンドと同等以上の接着性が得られる。
有機過酸化物を用いる場合、有機過酸化物は、熱可塑性樹脂組成物（成分１及び成分２の合計量）１００重量部に対して、通常０．００１重量部以上、好ましくは０．０１重量部以上であり、また、通常５重量部以下、好ましくは３重量部以下である。
また、封止材５としてエチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体を用いることもできる。この共重合体としては、下記に示す成分Ａ及び成分Ｂからなる封止材用樹脂組成物と基材とを積層してなる、ホットタック性が５〜２５℃のラミネートフィルムが例示される。
・成分Ａ：エチレン系樹脂。
・成分Ｂ：以下の（ａ）〜（ｄ）の性状を有するエチレンとα−オレフィンとの共重合体。
（ａ）密度が０．８６〜０．９３５ｇ／ｃｍ３。
（ｂ）メルトフローレート（ＭＦＲ）が１〜５０ｇ／１０分。
（ｃ）温度上昇溶離分別（ＴＲＥＦ）によって得られる溶出曲線のピークが１つであり、かつこのピーク温度が１００℃以下である。
（ｄ）温度上昇溶離分別（ＴＲＥＦ）による積分溶出量が、９０℃のとき９０％以上である。
成分Ａと成分Ｂとの配合割合（成分Ａ／成分Ｂ）は、重量比で、通常５０／５０以上、好ましくは５５／４５以上、より好ましくは６０／４０以上であり、また、通常９９／１以下、好ましくは９０／１０以下、より好ましくは８５／１５以下である。成分Ｂの配合量を多くすることで透明性やヒートシール性が高まる傾向にあり、成分Ｂの配合量を少なくすることでフィルムの作業性が高まる傾向にある。
成分Ａと成分Ｂを配合して生成される封止材用樹脂組成物のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、通常２ｇ／１０分以上、好ましくは３ｇ／１０分以上であり、通常５０ｇ／１０分以下、好ましくは４０ｇ／１０分以下である。なおＭＦＲの測定と評価は、ＪＩＳ Ｋ７２１０（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）に準拠する方法によって実施することができる。
封止材用樹脂組成物の融点は、好ましくは５０℃以上、より好ましくは５５℃以上であり、また、通常３００℃以下、好ましくは２５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池１４の使用時に融解・劣化する可能性を低減できる。
封止材用樹脂組成物の密度は、０．８０ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、０．８５ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、また、０．９８ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、０．９５ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、０．９４ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。なお、密度の測定と評価は、ＪＩＳ Ｋ７１１２に準拠する方法によって実施することができる。
さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた封止材５において、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた場合と同様に、カップリング剤を用いることが可能である。
上述した封止材５は、材料由来の分解ガスを発生することがないため、太陽電池素子６への悪影響がなく、良好な耐熱性、機械強度、柔軟性（太陽電池封止性）及び透明性を有する。また、材料の架橋工程を必要としないため、シート成形時及び薄膜太陽電池１４の製造時間が大きく短縮できるとともに、使用後の薄膜太陽電池１４のリサイクルも容易となる。
なお、封止材５は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、封止材５は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。封止材５の厚みは、通常２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、また、通常５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた光線透過率が高まる傾向にある。
封止材５を設ける位置に制限は無いが、通常は太陽電池素子６を挟み込むように設ける。太陽電池素子６を確実に保護するためである。本実施形態では、太陽電池素子６の正面及び背面にそれぞれ封止材５及び封止材７を設けるようにしている。
［太陽電池素子６］
太陽電池素子６は、前述の光電変換素子と同様である。
・太陽電池素子同士の接続
太陽電池素子６は、薄膜太陽電池１４の１個あたり１個だけを設けてもよいが、通常は２個以上の太陽電池素子６を設ける。具体的な太陽電池素子６の個数は任意に設定すればよい。太陽電池素子６を複数設ける場合、太陽電池素子６はアレイ状に並べて設けられていることが多い。
太陽電池素子６を複数設ける場合、通常は、太陽電池素子６同士は電気的に接続され、接続された一群の太陽電池素子６から生じた電気を端子（図示せず）から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。このように太陽電池素子６同士を接続する場合には、太陽電池素子６間の距離は小さいことが好ましく、ひいては、太陽電池素子６と太陽電池素子６との間の隙間は狭いことが好ましい。太陽電池素子６の受光面積を広くして受光量を増加させ、薄膜太陽電池１４の発電量を増加させるためである。
［封止材７］
封止材７は、上述した封止材５と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は封止材７と同様のものを同様に用いることができる。また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
［ゲッター材フィルム８］
ゲッター材フィルム８は、上述したゲッター材フィルム４と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はゲッター材フィルム４と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。また使用する水分あるいは酸素吸収剤をゲッター材フィルム４よりも多く含有するフィルムを用いることも可能となる。このような吸収剤としては、水分吸収剤としてＣａＯ、ＢａＯ又はＺｒ−Ａｌ−ＢａＯ等が挙げられ、酸素の吸収剤として活性炭やモレキュラーシーブ等が挙げられる。
［ガスバリアフィルム９］
ガスバリアフィルム９は、上述したガスバリアフィルム３と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はガスバリアフィルム９と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
［バックシート１０］
バックシート１０は、上述した耐候性保護フィルム１と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム１と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート１０が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート１０をガスバリア層として機能させることも可能である。
また、太陽電池素子６よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。このため、バックシート１０としては、以下に説明するもの（ｉ）〜（ｉｖ）を用いることが特に好ましい。
（ｉ）バックシート１０としては、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性及び／又は耐光性に優れた各種の樹脂のフィルム又はシートを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のシートを使用することができる。これらの樹脂のシートの中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のシートを使用することが好ましい。なお、これらは１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
（ｉｉ）バックシート１０としては、金属薄膜を用いることもできる。例えば、腐蝕防止したアルミニウム金属箔、ステンレス製薄膜等が挙げられる。なお、金属は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
（ｉｉｉ）バックシート１０としては、例えばアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着した防水性の高いシートを用いてもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、一フッ化エチレン（商品名：テドラー、デュポン社製）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー（ＥＴＦＥ）、フッ化ビニリデン系樹脂（ＰＶＤＦ）又はフッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）等が挙げられる。なお、フッ素系樹脂は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
（ｉｖ）バックシート１０としては、例えば、基材フィルムの片面又は両面に、無機酸化物の蒸着膜を設け、更に、上記の無機酸化物の蒸着膜を設けた基材フィルムの両面に、耐熱性のポリプロピレン系樹脂フィルムを積層したものを用いてもよい。なお、通常は、基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、ラミネート用接着剤で張り合わせることで積層する。無機酸化物の蒸着膜を設けることで、水分及び／又は酸素等の侵入を防止する防湿性に優れたバックシート１０として使用できる。
・基材フィルム
基材フィルムとしては、基本的には、無機酸化物の蒸着膜等との密接着性に優れ、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性に優れた各種の樹脂のフィルムを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のフィルムを使用することができる。中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のフィルムを使用することが好ましい。
上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン系樹脂（ＰＶＤＦ）又はフッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）等のフッ素系樹脂のフィルムを使用することがより好ましい。更に、このフッ素系樹脂のフィルムの中でも、特に、ポリフッ化ビニル系樹脂（ＰＶＦ）又はテトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー（ＥＴＦＥ）からなるフッ素系樹脂のフィルムが、強度等の観点から特に好ましい。なお、樹脂は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、シクロペンタジエン及びその誘導体又はシクロヘキサジエン及びその誘導体等の環状ポリオレフィン系樹脂のフィルムを使用することもより好ましい。
基材フィルムの膜厚としては、通常１２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下である。
・無機酸化物の蒸着膜
無機酸化物の蒸着膜としては、基本的に金属の酸化物を蒸着した薄膜であれば使用可能である。例えば、ケイ素（Ｓｉ）やアルミニウム（Ａｌ）の酸化物の蒸着膜を使用することができる。この際、酸化ケイ素としては例えばＳｉＯｘ（ｘ＝１．０〜２．０）を用いることができ、酸化アルミニウムとしては例えばＡｌＯｘ（ｘ＝０．５〜１．５）を用いることができる。なお、使用する金属及び無機酸化物の種類は１種でもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。無機酸化物の蒸着膜の膜厚としては、通常５０Å以上、好ましくは１００Å以上であり、また、通常４０００Å以下、好ましくは１０００Å以下である。
蒸着膜の作製方法としては、プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法、ＣＶＤ法）等を用いることができる。具体例を挙げると、基材フィルムの一方の面に、有機ケイ素化合物等の蒸着用モノマーガスを原料とし、キャリヤーガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用し、更に、酸素供給ガスとして、酸素ガス等を使用し、低温プラズマ発生装置等を利用する低温プラズマ化学気相成長法を用いて酸化ケイ素等の無機酸化物の蒸着膜を形成することができる。
・ポリプロピレン系樹脂フィルム
ポリプロピレン系樹脂としては、例えば、プロピレンの単独重合体又はプロピレンと他のモノマー（例えばα−オレフィン等）との共重合体を使用することができる。また、ポリプロピレン系樹脂としては、アイソタクチック重合体を用いることもできる。
ポリプロピレン系樹脂の融点は通常１６４℃以上であり、一方、通常１７０℃以下である。ポリプロピレン系樹脂の比重は通常０．９０以上であり、一方、通常０．９１以下である。ポリプロピレン系樹脂の分子量は通常１０万以上であり、一方、通常２０万以下である。
ポリプロピレン系樹脂は、その結晶性により性質が大きく支配されるが、アイソタクチックの高いポリマーは、引っ張り強さ、衝撃強度に優れ、耐熱性、耐屈曲疲労強度を良好であり、かつ、加工性は極めて良好なものである。
・接着剤
基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、通常はラミネート用接着剤を用いる。これにより、基材フィルムとポリプロピレン系樹脂フィルムとはラミネート用接着剤層を介して積層されることになる。
ラミネート用接着剤層を構成する接着剤としては、例えば、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリアクリル酸エステル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エチレン共重合体系接着剤、セルロース系接着剤、ポリエステル系接着剤、ポリアミド系接着剤、ポリイミド系接着剤、アミノ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリウレタン系接着剤、反応型（メタ）アクリル系接着剤又はシリコーン系接着剤等が挙げられる。なお、接着剤は１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
上記の接着剤の組成系は、水性型、溶液型、エマルジョン型又は分散型等のいずれの組成物形態でもよい。また、その性状は、フィルム・シート状、粉末状、固形状等のいずれの形態でもよい。さらに、接着機構については、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型又は熱圧型等のいずれの形態でもよいものである。上記の接着剤は、例えば、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスコート法又はその他等のコート法あるいは印刷法等によって施すことができる。そのコーティング量としては、乾燥状態で通常０．１ｇ／ｍ２以上が望ましく、一方、通常１０ｇ／ｍ２以下が望ましい。
［寸法等］
本実施形態の薄膜太陽電池１４は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として薄膜太陽電池１４を形成することにより、薄膜太陽電池１４を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。薄膜太陽電池１４は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロール・トゥ・ロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。
薄膜太陽電池１４の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常３００μｍ以上、好ましくは５００μｍ以上、より好ましくは７００μｍ以上であり、また、通常３０００μｍ以下、好ましくは２０００μｍ以下、より好ましくは１５００μｍ以下である。
［製造方法］
本実施形態の薄膜太陽電池１４の製造方法に制限は無いが、例えば、耐候性保護フィルム１とバックシート１０との間に、１個又は２個以上の太陽電池素子６を直列又は並列接続したものを、紫外線カットフィルム２、ガスバリアフィルム３、９、ゲッター材フィルム４、８及び封止材５、７と共に一般的な真空ラミネート装置でラミネートすることで製造できる。この際、加熱温度は通常１３０℃以上、好ましくは１４０℃以上であり、通常１８０℃以下、好ましくは１７０℃以下である。また、加熱時間は通常１０分以上、好ましくは２０分以上であり、通常１００分以下、好ましくは９０分以下である。圧力は通常０．００１ＭＰａ以上、好ましくは０．０１ＭＰａ以上であり、通常０．２ＭＰａ以下、好ましくは０．１ＭＰａ以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材５、７のはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。
［用途］
上述した薄膜太陽電池１４の用途に制限はなく任意である。例えば、図３に模式的に示すように、何らかの基材１２上に薄膜太陽電池１４を設けた太陽電池モジュール１３を用意し、これを使用場所に設置して用いればよい。具定例を挙げると、基材１２として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池１４を設けて太陽電池モジュール１３として太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。
基材１２は太陽電池素子６を支持する支持部材である。基材１２を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン等の有機材料；紙又は合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。なお、基材の材料は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させてもよい。
本実施形態に係る薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等に用いて好適である。具体例として以下のようなものを挙げることができる。
１．建築用途
１．１ ハウス屋根材
基材として屋根用板材等を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルをハウスの屋根の上に設置して使用すればよい。また、基材として瓦を直接用いることもできる。本実施形態に係る太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、瓦の曲線に密着させることができるので好適である。
１．２ 屋上
ビルの屋上に取り付けることもできる。基材上に薄膜太陽電池を設けた太陽電池ユニットを用意し、これをビルの屋上に設置することもできる。この時基材とともに防水シートを併用し、防水作用を備えることが望ましい。さらに、本実施形態に係る薄膜太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、平面ではない屋根、例えば折半屋根に密着させることもできる。この場合も防水シートを併用するのが望ましい。
１．３ トップライト
エントランスや吹き抜け部分に外装として本実施形態に係る薄膜太陽電池を用いることもできる。何らかのデザイン処理を施されたエントランス等は曲線が用いられている場合が多く、そのような場合において本実施形態に係る薄膜太陽電池の柔軟性が生かされる。またエントランス等ではシースルーである場合があり、このような場合には、有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
１．４ 壁
基材として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。また、カーテンウォールに設置することもできる。その他、スパンドレルや方立等への取り付けも可能である。
この場合、基材の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材の例を挙げると、アルポリック（登録商標；三菱樹脂製）等が挙げられる。
１．５ 窓
また、シースルーの窓に使用することもできる。有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
１．６ その他
その他建築の外装としてひさし、ルーバー、手摺等にも使用できる。このような場合においても、本実施形態に係る薄膜太陽電池の柔軟性が、これら用途にとり好適である。
２．内装
本実施形態に係る薄膜太陽電池はブラインドのスラットに取り付けることもできる。本実施形態に係る薄膜太陽電池は軽量であり、柔軟性に富むことから、このような用途が可能となる。また、内容用窓についても有機太陽電池素子がシースルーである特性を生かし使用することができる。
３．野菜工場
蛍光灯等の照明光を活用する植物工場の設置件数は増えているが、照明に掛かる電気代や光源の交換費用等によって栽培コストを引き下げにくいというのが現状である。そこで本実施形態に係る薄膜太陽電池を野菜工場に設置し、ＬＥＤ又は蛍光灯と組み合わせた照明システムを作製することができる。
このとき蛍光灯よりも寿命が長いＬＥＤと本実施形態に係る太陽電池を組み合わせた照明システムを用いることで、照明に要するコストを現状に比べて３０％程度減らせることができるので好適である。また、野菜等を一定温度で輸送するリーファー・コンテナ（ｒｅｅｆｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）の屋根や側壁に本実施形態に係る太陽電池を用いることもできる。
４．道路資材・土木
本実施形態に係る薄膜太陽電池は、駐車場の外壁や高速道路の遮音壁や浄水場の外壁等にも用いることができる。
５．自動車
本実施形態に係る薄膜太陽電池は、自動車のボンネット、ルーフ、トランクリッド、ドア、フロントフェンダー、リアフェンダー、ピラー、バンパー又はバックミラー等の表面に用いることができる。なおルーフとしてはトラック車輌の荷台のルーフも含まれる。得られた電力は走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーのいずれにも供給することができる。太陽電池パネルにおける発電状況と、走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーにおける電力使用状況とに合わせて電力の供給先を選択する制御手段を備えることで、得られた電力を適正にかつ効率的に使用することができる。この場合、基材１２の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材１２の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材１２の例を挙げると、アルポリック（登録商標；三菱樹脂製）等が挙げられる。
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の例に限定されるものではない。なお、本実施例に記載の項目は以下の方法によって測定した。
（吸収スペクトル）
吸収スペクトル測定には、日立分光光度計Ｕ−３５００を用いた。ポリマーのクロロホルム溶液（吸光度極大値が０．８以下になるように調整）を、１ｃｍ角の石英セルを用いて測定を行った。
（光電変換素子の評価）
光電変換素子に４ｍｍ角のメタルマスクを付け、照射光源としてエアマス（ＡＭ）１．５Ｇ、放射照度１００ｍＷ／ｃｍ２のソーラシミュレータを用い、ソースメーター（ケイスレー社製，２４００型）により、ＩＴＯ電極とアルミニウム電極との間における電流−電圧特性を測定した。こうして、開放電圧Ｖｏｃ［Ｖ］、短絡電流密度Ｊｓｃ［ｍＡ／ｃｍ２］、形状因子ＦＦ、光電変換効率ＰＣＥ［％］を測定することができた。
ここで、開放電圧Ｖｏｃとは電流値＝０（ｍＡ／ｃｍ２）の際の電圧値（Ｖ）、短絡電流密度Ｊｓｃとは電圧値＝０（Ｖ）の際の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）である。形状因子（ＦＦ）とは内部抵抗を表すファクターであり、最大出力点をＰｍａｘとすると次式で表される。
ＦＦ ＝ Ｐｍａｘ／（Ｖｏｃ×Ｊｓｃ）
また、光電変換効率ＰＣＥは、入射エネルギーをＰｉｎとすると次式で与えられる。
ＰＣＥ ＝ Ｐｍａｘ／Ｐｉｎ＝Ｖｏｃ×Ｊｓｃ×ＦＦ／Ｐｉｎ
（保存安定性）
作製した光電変換素子を窒素雰囲気下温度２３℃、湿度４０％で６日間静置した。６日後の電流−電圧特性を測定し、光電変換効率を算出した。また、作製直後の光電変換効率（初期値）に対する、６日後の光電変換効率の比を保持率（％）として算出した。
［実施例１：ポリマーの合成］
（ジチエノシロールモノマーＭ１の合成）
５０ｍＬ多口フラスコに化合物Ｅ１（４，４’−ジオクチル−５，５−ジブロモ−ジチエノ［３，２−ｂ：２’，３’−ｄ］シロール，Ｌｕｍｉｔｅｃ社製、０．１ｇ）を加え、真空ポンプとドライヤーを用いて十分に窒素置換を行った。脱水テトラヒドロフラン５ｍＬを加え、ドライアイス−アセトンバスで系を冷やした後、ｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液（１．６Ｍ，０．２８ｍＬ）を加え、１５分間攪拌した。その後トリメチルスズクロリド（１０５ｍｇ）を加え、室温まで上昇させて２時間攪拌した。水を加えてクエンチし、生成物をヘキサンで抽出後、有機層を硫酸ナトリウムを用いて乾燥させ、減圧留去により溶媒を除去することにより、ジチエノシロールモノマーＭ１（４，４’−ジオクチル−５，５−ビス（トリメチルスズ）−ジチエノ［３，２−ｂ：２’，３’−ｄ］シロール，１２５ｍｇ）を緑色オイルとして得た。
（イミドチオフェンモノマーＭ２の合成）
四つ口フラスコにマグネシウム（６．０８ｇ，２５０ｍｍｏｌ）をはかり取り、フラスコを真空にして外側から加熱して乾燥した後窒素で復圧し、脱水エーテル（１０ｍＬ）及びジブロモエタン数滴を加え暫く撹拌した後、臭化２−エチルヘキシル（４８．２８ｇ，２５０ｍｍｏｌ）の脱水エーテル（１１５ｍＬ）溶液を軽く還流する速度で滴下した。６時間攪拌した後にギ酸エチル（９．２６ｇ，１２５ｍｍｏｌ）の脱水エーテル（２０ｍＬ）溶液を軽く還流する速度で滴下した。滴下を終えてから３０分後に水（１８ｍＬ）を少量ずつ加え、その後濃硫酸（７．７ｍＬ）と水（６７ｍＬ）との溶液を加え、有機層を分離した。分離した有機層を硫酸マグネシムを加えて乾燥し、濾過及び濃縮することにより、化合物Ｅ２（５，９−ジエチル−７−ヒドロキシトリデカン，３３．８ｇ，収率５２％）を得た。
フラスコに化合物Ｅ２（２５．６ｇ，１００ｍｍｏｌ）、フタルイミド（１４．７ｇ，１００ｍｍｏｌ）、及びトリフェニルホスフィン（２６．２ｇ，１００ｍｍｏｌ）をはかり取り、脱水エーテル１００ｍＬを加え、これにアゾジカルボン酸ジイソプロピル（２０．２ｇ，１００ｍｍｏｌ）と脱水エーテル（２０ｍＬ）の溶液を１時間かけて滴下し、室温で一昼夜撹拌した。沈殿物を濾別して濃縮し、再度エーテルを加えた後濾過して濾液を濃縮することにより粗生成物を得た。この粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィ（展開液：ヘキサン／クロロホルム＝４／１）で精製することにより、化合物Ｅ３（Ｎ−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）フタルイミド，９．４２ｇ，収率２４％）を得た。
化合物Ｅ３（９．４２ｇ，２４．４ｍｍｏｌ）及びヒドラジン水和物（２．６ｇ，５１．９ｍｍｏｌ）を、脱水エタノール（６０ｍＬ）に加えて１０時間加熱還流した。沈殿物を濾別して濃縮し、再度ヘキサンを加えた後濾過して濾液を濃縮することにより粗生成物を得た。粗生成物を減圧蒸留法（９０−１００℃、１ｍｍＨｇ）で精製することにより、化合物Ｅ４（５，９−ジエチル−７−アミノトリデカン，３．１２ｇ，収率５０％）を得た。
フラスコに化合物Ｅ４（２．５ｇ，１０ｍｍｏｌ）をはかり取り、脱水Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（２０ｍＬ）を加えて溶かした後、３，４−チオフェンジカルボン酸無水物（１．５４ｇ，１０ｍｍｏｌ）の固体を加えた。発熱が収まってから１１０℃の油浴につけ、１４５℃で２時間加熱し、冷却後内容物を水（１５０ｍＬ）にゆっくり移した。得られた沈殿を濾別して乾燥することにより、化合物Ｅ５（３−ビス（２−エチルヘキシル）カルバモイル−２−チオフェンカルボン酸，３．５４ｇ，収率８６％）を得た。
化合物Ｅ５（３．５ｇ）をはかり取り真空でよく乾燥した後、塩化チオニル（７．６ｍＬ，１０３．７ｍｍｏｌ）を加えた。発熱が収まってから７０℃の油浴につけ、３時間加熱還流した。冷却後、水酸化ナトリム（４ｇ）を水（１００ｍＬ）に溶かした溶液に、外部から氷冷しながら内容物をゆっくり移した。さらにヘキサンを加え、有機層を分離し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過し、濾液を濃縮することにより、化合物Ｅ６（５−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）チエノ［３，４：ｃ］ピロール−４，６−ジオン，３．２７ｇ，収率９７％）を得た。
フラスコに化合物Ｅ６（３．２８ｇ，８．３７ｍｍｏｌ）とＮ−ブロモスクシンイミド（４．４７ｇ，２５．１２ｍｍｏｌ）をはかり取り、そこへトリフルオロ酢酸（４１ｍＬ）と濃硫酸（１２ｍＬ）との混合溶媒を加えて、室温で一晩撹拌した。内容物をヘキサンと亜硫酸ナトリウム水溶液との混合液に移し、有機層を分離した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過して濾液を濃縮することにより粗生成物を得た。この粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィ法（展開液：ヘキサン／クロロホルム＝２／１）で精製することにより、イミドチオフェンモノマーＭ２（１，３−ジブロモ−５−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）チエノ［３，４：ｃ］ピロール−４，６−ジオン，３．９ｇ，収率８４％）を得た。
（イミドチオフェンモノマーＭ６の合成）
フラスコに化合物Ｅ６（３．９１ｇ，１０ｍｍｏｌ）とＮ−ヨードスクシンイミド（６．７５ｇ，３０ｍｍｏｌ）をはかり取り、そこへトリフルオロ酢酸（５０ｍＬ）と濃硫酸（１５ｍＬ）との混合溶媒を加えて、室温で３．５時間撹拌した。内容物をヘキサンと亜硫酸ナトリウム水溶液との混合液に移し、有機層を分離した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過して濾液を濃縮することにより粗生成物を得た。この粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィ法（展開液：ヘキサン／クロロホルム＝２／１）で精製することにより、イミドチオフェンモノマーＭ６（１、３−ジヨード−５−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）チエノ［３，４：ｃ］ピロール−４，６−ジオン，２．３２ｇ，収率３６％）を得た。
（ポリマーＰ１の合成）
窒素雰囲気下、５０ｍＬナスフラスコに、上記のように得られたイミドチオフェンモノマーＭ２（４００ｍｇ，０．７１ｍｍｏｌ）、チオフェンモノマーＭ３（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、５８０ｍｇ，１．５６ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０価）（４１ｍｇ，０．０３５ｍｍｏｌ）、及びトルエン（１１ｍＬ）を加え、１３５℃で３時間攪拌した。反応終了後、生成物をクロロホルムを用いて抽出し、飽和食塩水で洗浄した後に、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。エバポレーターによって溶媒を留去し、シリカゲルカラムを用いて精製することにより、ジチエニルイミドチオフェンモノマー前駆体Ｍ４（１，３−ジ（２’−チエニル）−５−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）チエノ［３，４−ｃ］ピロール−４，６−（５Ｈ）−ジオン）を薄黄色固体として得た。
窒素雰囲気下２００ｍＬナスフラスコに、上記のように得られたジチエニルイミドチオフェンモノマー前駆体Ｍ４（１．５ｇ，２．６９ｍｍｏｌ）、Ｎ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ，０．９８ｇ，５．５１５ｍｍｏｌ）、クロロホルム（１００ｍＬ）を加え、室温で２０時間攪拌した。その後エバポレーターを用いて反応溶液から溶媒を留去した。生成物をヘキサンで抽出し、脱塩水で洗浄し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した後に、溶媒を留去して粗精製モノマーを得た。ＪＡＩＧＥＬ−２Ｈ（４０φ）、１Ｈ（４０φ）を取り付けたＬＣ−９１３０ＮＥＸＴ装置（日本分析工業）を用いて展開液：クロロホルム、流速１４ｍＬ／ｍｉｎの条件下、粗精製モノマー（１．０−１．５ｇ）のクロロホルム溶液（１０ｍＬ）を分取精製した。こうして、ジチエニルイミドチオフェンモノマーＭ５（１，３−ジ（２’−ブロモチエン−５’−イル）−５−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）チエノ［３，４−ｃ］ピロール−４，６−（５Ｈ）−ジオン，１．０ｇ、１．４０ｍｍｏｌ）を、薄黄色固体として得た（収率５２％）。
窒素雰囲気下５０ｍＬナスフラスコに、上記のように得られたジチエニルイミドチオフェンモノマーＭ５（１５０ｍｇ，０．２１０ｍｍｏｌ）及びジチエノシロールモノマーＭ１（１７２ｍｇ，０．２３１ｍｍｏｌ）、並びにテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０価）（７．３ｍｇ，０．００６３ｍｍｏｌ）、酸化銅（ＩＩ）（１６．７ｍｇ，０．２１０ｍｍｏｌ）、トルエン（３．３５ｍＬ）及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（０．８４ｍＬ）を加え、１００℃で８時間攪拌した。その後トルエンで５倍に希釈し、末端処理として、ブロモベンゼン（０．１ｍＬ）を加えて５時間加熱攪拌し、さらにトリメチル（フェニル）スズ（０．１ｍＬ）を加えて３時間加熱攪拌した後、６０℃にした反応溶液をメタノール４００ｍＬに滴下した。析出したポリマーを濾取した後、シリカゲルカラムを用いて精製することにより粗ポリマーを得た。
ＪＡＩＧＥＬ−３Ｈ（４０φ）、２Ｈ（４０φ）を取り付けたＪＡＬ９０８−Ｃ６０装置（日本分析工業）を用いて展開液：クロロホルム、流速１４ｍＬ／ｍｉｎの条件下、粗ポリマー（１００−１５０ｍｇ）のクロロホルム溶液（２０ｍＬ）を分取精製することにより、ポリマーＰ１（以下、こうして得られたポリマーをＰ１ａと呼ぶ）を得た。
調製されたポリマーＰ１ａの重量平均分子量は、ＨＰＬＣを用いてＧＰＣカラムによりポリスチレンを基準として分析したところ、２．５×１０５であった（ＨＰＬＣ計器：ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＳＰＤ−１０Ａ、ＬＣ１０ＡＴ、ＧＰＣカラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＧＰＣ ｋ８０６Ｍ、ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＧＰＣ ８０４、使用溶媒：テトラヒドロフラン）。同様に数平均分子量とＰＤＩは、それぞれ、５．０×１０４、４．９１であった。
ポリマーＰ１ａの元素分析をＩＣＰ質量分析法により（装置名：ＩＣＰＭ−８５００（島津製作所社製））行ったところ、それぞれの元素量は以下の通りであった。Ｂｒ：３３０ｐｐｍ、Ｐｄ：８７０ｐｐｍ、Ｓｎ：１８００ｐｐｍ。
また、同様の方法に従って反応を行うことにより、重量平均分子量、数平均分子量及びＰＤＩがそれぞれ５．４×１０４、１．７×１０４及び３．１０であるポリマーＰ１（以下、こうして得られたポリマーをＰ１ｂと呼ぶ）を得ることもできた。（ＨＰＬＣ計器：ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＳＰＤ−１０Ａ、ＬＣ１０ＡＴ、ＧＰＣカラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＧＰＣ ｋ８０６Ｍ、ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＧＰＣ ８０４、使用溶媒：テトラヒドロフラン、ポリスチレン換算）
（吸収スペクトル）
得られたポリマーＰ１ａの吸収スペクトルを図４に示す。図４に示されるようにポリマーＰ１ａは、クロロホルム溶液状態にある場合よりもフィルム状態にある場合の方が、より広い波長の光を吸収することができた。
（ポリマーＰ２の合成）
窒素雰囲気下５０ｍＬナスフラスコに、上記のように得られたイミドチオフェンモノマーＭ６（３５４ｍｇ，０．５５ｍｍｏｌ）、チアゾールモノマーＭ７（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、４５０ｍｇ，１．２０ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０価）（３１．８ｍｇ，０．０２８ｍｍｏｌ）、トルエン（８．８ｍＬ）及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（２．２ｍＬ）を加え、１１０℃で１５時間攪拌した。反応終了後、生成物を酢酸エチルを用いて抽出し、飽和食塩水で洗浄し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。エバポレーターによって溶媒を留去した後にシリカゲルカラムを用いて精製することにより、ジチアゾイルイミドチオフェンモノマー前駆体Ｍ８（１，３−ジ（２’−チアゾリル）−５−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）チエノ［３，４−ｃ］ピロール−４，６−（５Ｈ）−ジオン，２５０ｍｇ，０．４５ｍｍｏｌ）を薄黄色固体として得た（収率８１％）。
窒素雰囲気下５０ｍＬナスフラスコに、上記のように得られたジチアゾイルイミドチオフェンモノマー前駆体Ｍ８（２５０ｍｇ，０．４５ｍｍｏｌ）、Ｎ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ，０．３４ｇ，０．９２ｍｍｏｌ）、及びクロロホルム（２０ｍＬ）を加え、６０℃で２０時間攪拌した。その後反応溶液から溶媒をエバポレーターによって留去した。生成物をヘキサンで抽出し、脱塩水で洗浄し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去することにより粗生成モノマーを得た。ＪＡＩＧＥＬ−２Ｈ（４０φ）、１Ｈ（４０φ）を取り付けたＬＣ−９１３０ＮＥＸＴ装置（日本分析工業）を用いて展開液：クロロホルム、流速１４ｍＬ／ｍｉｎの条件下、粗精製モノマー（２００−２５０ｍｇ）のクロロホルム溶液（１０ｍＬ）を分取精製することにより、ジチアゾイルイミドチオフェンモノマーＭ９（１，３−ジ（２’−ブロモチアゾ−５’−イル）−５−（１−（２’−エチルヘキシル）−３−エチルへプタニル）チエノ［３，４−ｃ］ピロール−４，６−（５Ｈ）−ジオン，１６４ｍｇ，０．２３ｍｍｏｌ）を薄黄色固体として得た（収率５１％）。
窒素雰囲気下５０ｍＬナスフラスコに、上記のように得られたジチアゾイルイミドチオフェンモノマーＭ９（２６２ｍｇ，０．３６６ｍｍｏｌ）及びジチエノシロールモノマーＭ１（３００ｍｇ，０．４０３ｍｍｏｌ）、並びにテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０価）（１２．７ｍｇ，０．０１１ｍｍｏｌ）、酸化銅（ＩＩ）（２９．１ｍｇ，０．３６６ｍｍｏｌ）、トルエン（５．８４ｍＬ）及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（１．４６ｍＬ）を加え、１００℃で６時間攪拌した。その後トルエンで５倍に希釈し、末端処理として、ブロモベンゼン（０．１ｍＬ）を加え１３時間加熱攪拌し、さらにトリメチル（フェニル）スズ（０．１ｍＬ）を加え１０時間加熱攪拌した後、６０℃にした反応溶液をメタノール４００ｍＬに滴下した。析出したポリマーを濾取した後、シリカゲルカラムを用いて精製することにより、粗ポリマーをを得た。ＪＡＩＧＥＬ−３Ｈ（４０φ）、２Ｈ（４０φ）を取り付けたＪＡＬ９０８−Ｃ６０装置（日本分析工業）を用いて展開液：クロロホルム、流速１４ｍＬ／ｍｉｎの条件下、粗ポリマー（３００−３５０ｍｇ）のクロロホルム溶液（２０ｍＬ）を分取精製することにより、ポリマーＰ２（以下、こうして得られたポリマーをＰ２ａと呼ぶ）を得た。
調製されたポリマーＰ２ａの重量平均分子量は、ＨＰＬＣを用いてＧＰＣカラムによりポリスチレンを基準として分析したところ、１．９×１０５であった（ＨＰＬＣ計器：ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＳＰＤ−１０Ａ、ＬＣ１０ＡＴ、ＧＰＣカラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＧＰＣ ｋ８０６Ｍ、ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＧＰＣ ８０４、使用溶媒：テトラヒドロフラン）。同様に数平均分子量とＰＤＩは、それぞれ、６．４×１０４、２．９０であった。
ポリマーＰ２ａの元素分析をＩＣＰ質量分析法により（装置名：ＩＣＰＭ−８５００（島津製作所社製））行ったところ、それぞれの元素量は以下の通りであった。Ｂｒ：８４０ｐｐｍ、Ｐｄ：２３０ｐｐｍ、Ｓｎ：９６０ｐｐｍ。
また、同様の方法に従って反応を行うことにより、重量平均分子量、数平均分子量及びＰＤＩがそれぞれ９．２×１０４、２．８×１０４及び３．３０であるポリマーＰ２（以下、こうして得られたポリマーをＰ２ｂと呼ぶ）を得ることもできた。（ＨＰＬＣ計器：ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＳＰＤ−１０Ａ、ＬＣ１０ＡＴ、ＧＰＣカラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＧＰＣ ｋ８０６Ｍ、ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＧＰＣ ８０４、使用溶媒：テトラヒドロフラン、 ポリスチレン換算）
（吸収スペクトル）
得られたポリマーＰ１ａの吸収スペクトルを図５に示す。図５に示されるようにポリマーＰ２ａ及びＰ２ｂは、５２０ｎｍ〜６２０ｎｍの幅広い波長にわたって、良好な光吸収性を示した。
［実施例２：光電変換素子の作製］
（有機活性層塗布液の作製）
ｐ型半導体材料であるポリマーＰ１ａと、ｎ型半導体材料であるＰＣ７１ＢＭ（フロンティアカーボン社製 ＮＳ−Ｅ１１２）とを重量比が１：１．５となるように混合し、混合物が１．０重量％の濃度となるように窒素雰囲気中でクロロベンゼンに溶解させた。ついでこの溶液に、有機活性層塗布液全体に対して３．２重量％の割合となるように１，８−ジヨードオクタンを添加し、ホットスターラーを用いて８０℃にて４時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を１．０μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルターで濾過することにより、有機活性層塗布液を得た。
（光電変換素子の作製）
インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電膜がパターニングされたガラス基板を、界面活性剤による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させた後に、基板に対して紫外線オゾン洗浄を行った。この基板上に、正孔取り出し層としてポリ（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）水性分散液（エイチ・シー・スタルク社製「ＣＬＥＶＩＯＳＴＭｓ ＰＶＰ ＡＩ４０８３」）を４０００ｒｐｍ、３０秒の条件にてスピンコートにより塗布し、塗布後の基板を１２０℃のホットプレート上で１０分間、大気中で加熱した。正孔取り出し層の膜厚は約３０ｎｍであった。
正孔取り出し層を成膜した基板を、窒素雰囲気のグローブボックス内のホットプレート上で、２２０℃にて３分間加熱処理した。基板が冷却された後に上述のように作製した有機活性層塗布液を４００ｒｐｍの速度にてスピンコートすることにより、約１００ｎｍの厚みの有機活性層を形成した。その後、電子取り出し層として２．５ｎｍの膜厚のＰＯＰｙ２を、電極層として８０ｎｍの膜厚のアルミニウムを、抵抗加熱型真空蒸着法により順次成膜させた。こうして、５ｍｍ角の光電変換素子を作製した。
作製した光電変換素子について、上述のように電流−電圧特性を測定した。測定結果を表１に示す。また、作製した光電変換素子について、上述のように保存安定性を評価した。結果を表２に示す。
［実施例３：光電変換素子の作製］
電子取り出し層として０．６ｎｍの膜厚のフッ化リチウム（ＬｉＦ、フルウチ化学社製）を成膜したことを除き、実施例２と同様に５ｍｍ角の光電変換素子を作製した。作製した光電変換素子について、上述のように電流−電圧特性を測定した。測定結果を表１に示す。また、作製した光電変換素子について、上述のように保存安定性を評価した。結果を表２に示す。
表１より、ポリマーＰ１ａは比較的高い分子量を有しながらも、ポリマーＰ１ａを活性層材料として用いる光電変換素子は比較的良好な光電変換効率を示すことが分かる。
表２より、ポリマーＰ１ａは比較的高い分子量を有しながらも、ポリマーＰ１ａを活性層材料として用いる光電変換素子は、経時変化による光電変換効率の低下が比較的少ないことが分かる。
１ 耐候性保護フィルム
２ 紫外線カットフィルム
３，９ ガスバリアフィルム
４，８ ゲッター材フィルム
５，７ 封止材
６ 太陽電池素子
１０ バックシート
１２ 基材
１３ 太陽電池モジュール
１４ 薄膜太陽電池
１０１ アノード
１０２ 正孔取り出し層
１０３ 活性層（ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物混合層）
１０４ 電子取り出し層
１０５ カソード
１０６ 基板
１０７ 光電変換素子

Claims (8)

  1. 下記一般式（１）で示される繰り返し単位を有することを特徴とするポリマー。
    （式（１）中、Ｒａはヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｒｂ〜Ｒｄは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｒｅ及びＲｆは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有してもよい炭化水素基であり、Ｘａは窒素原子又は水素原子若しくは置換基と結合した炭素原子を表し、Ｘｂは酸素原子又は硫黄原子を表し、Ｘｃは炭素原子、ケイ素原子又は窒素原子を表す。ｍは１又は２を表す。Ｒｂ〜Ｒｄは互いに結合して環を形成してもよい。Ｒａ〜Ｒｆはそれぞれ独立して、さらに置換基を有していてもよい。）
  2. 請求項１に記載のポリマーを含むことを特徴とする、有機半導体材料。
  3. 請求項２に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする、有機電子デバイス。
  4. 一対の電極間に有機活性層が配置されてなる光電変換素子であって、該有機活性層が請求項２に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする光電変換素子。
  5. 前記有機活性層が、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体およびｎ型ポリマーよりなる群から選ばれる少なくとも１種のｎ型半導体化合物を含むことを特徴とする請求項４に記載の光電変換素子。
  6. さらに、第１６族元素とリン原子との間の二重結合を有するホスフィン化合物を含有するバッファ層を有することを特徴とする、請求項４又は５に記載の光電変換素子。
  7. 太陽電池であることを特徴とする、請求項４乃至６の何れか１項に記載の光電変換素子。
  8. 請求項７に記載の光電変換素子を含有することを特徴とする、太陽電池モジュール。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013176156A1 (ja) * 2012-05-25 2016-01-14 東レ株式会社 電子供与性有機材料、それを用いた光起電力素子用材料および光起電力素子
JP2014123635A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Fujifilm Corp 有機光電変換素子、有機薄膜太陽電池、これに用いる組成物、塗布膜、ポリマーおよび化合物
JP2014162902A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Mitsubishi Chemicals Corp 共役芳香族高分子の製造方法。
JP6347534B2 (ja) * 2013-04-26 2018-06-27 クラリアント・ファイナンス・（ビーブイアイ）・リミテッド 顔料組成物及び顔料樹脂混合物
CN103694457A (zh) * 2013-11-25 2014-04-02 福建师范大学 含氟的噻吩并吡咯二酮单体及其共聚物制备方法
WO2015146055A1 (ja) * 2014-03-24 2015-10-01 株式会社 東芝 ポリマーとそれを用いた太陽電池
KR101751819B1 (ko) * 2015-04-01 2017-06-29 전북대학교산학협력단 폴리아닐린 나노와이어를 포함하는 유연 섬유 투명 전극의 제조방법과 그에 따른 폴리아닐린 나노와이어를 포함하는 유연 섬유 투명 전극
KR101984969B1 (ko) * 2017-10-16 2019-05-31 전북대학교산학협력단 섬유기반 접힘 투명 전극 제조방법 및 그에 따른 섬유기반 접힘 투명 전극
WO2022054459A1 (ja) * 2020-09-09 2022-03-17 東洋紡株式会社 Ｎ－アルキルチエノピロールジオン化合物
CN113937169B (zh) * 2021-09-25 2024-04-19 中建材玻璃新材料研究院集团有限公司 一种用于bipv的铜铟镓硒太阳能电池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4875469B2 (ja) * 2006-11-22 2012-02-15 独立行政法人科学技術振興機構 光電変換素子およびその素子を用いた太陽電池
KR101128943B1 (ko) * 2007-04-13 2012-03-27 주식회사 엘지화학 디옥시피롤기를 포함하는 헤테로고리 화합물 및 이를이용한 유기 전자 소자
CN102473843A (zh) * 2009-08-04 2012-05-23 三菱化学株式会社 光电转换元件及使用该元件的太阳能电池
WO2011063534A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-03 UNIVERSITé LAVAL Novel photoactive polymers
EP2611880B1 (en) * 2010-09-02 2018-04-25 Merck Patent GmbH Novel photoactive polymer and photovoltaic cell containing the same
US20140084220A1 (en) * 2011-03-11 2014-03-27 Kuraray Co., Ltd. Pi-electron conjugated block copolymer and photoelectric conversion element
CN103443163A (zh) * 2011-03-31 2013-12-11 可乐丽股份有限公司 嵌段共聚物及光电转换元件
EP2692761A4 (en) * 2011-03-31 2014-09-17 Kuraray Co BLOCK COPOLYMER AND PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT

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