JPH0974216A - 有機太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電変換効率の高い有機太陽電池を提供す
る。 【解決手段】 本発明の有機太陽電池は、透明導電膜
層、フラーレン薄膜層、有機ｐ型半導体薄膜層および仕
事関数が４．５ｅＶ以上の金属電極層の順に配置されて
なる素子を用いてなる有機太陽電池であって、該素子
が、基板上に形成される第１層から第４層のうち、少な
くとも第２層から第４層が１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下の真
空中で連続して蒸着により形成された構造を有するもの
であることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機太陽電池に関
する。

【０００２】

【従来の技術】有機半導体を用いる太陽電池は、シリコ
ン等に代表される無機太陽電池に比べ製造工程の容易さ
から低コストで大面積化が可能であるという利点を持つ
が、エネルギー変換効率が低く実用レベルに達していな
い。例えば、無金属フタロシアニンとアルミニウムの接
触を利用したいわゆるショットキー障壁型の素子が報告
されている（R. O. Loutfy et al., J. Chem. Phys. Vo
l. 71, p1211）が、光強度を増すと変換効率が低下した
り、時間とともに素子が劣化していく。これは電極のア
ルミニウムが空気中の酸素により酸化されてしまうから
である。アルミニウムの代わりに有機ｎ型半導体である
ペリレン誘導体をフタロシアニンと接合させた太陽電池
（C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. Vol. 45, p1144）で
は模擬太陽光下で１％の変換効率を示し実用化の可能性
が示され、現在のところこれが有機太陽電池としては最
高の変換効率を有している。

【０００３】また、現在までに知られている有機半導体
には、ｐ型半導体特性を示すものが多い。これは有機分
子が酸化されやすく空気中の酸素が電子受容性の不純物
（ドーパント）として働き有機分子中に正のキャリアを
発生させるためである。したがって、ドーピングにより
生成するキャリア密度は、それぞれの有機半導体が持つ
固有な酸化電位により決まってしまう。

【０００４】一方、有機ｎ型半導体は知られている数自
体が少ない上に、何が自然にドープされているかもわか
っていない。このような数少ない有機ｎ型半導体の中
で、上記ペリレン誘導体については比較的安定なｎ型半
導体特性を示すことがわかっているが、このペリレン誘
導体に代わる安定なｎ型半導体特性を示すものはほとん
ど報告されていない。

【０００５】次に、Ｃ₆₀に代表されるフラーレン類は、
厳密には有機物ではないが分子性化合物であるので広い
意味で有機物と考えてよいであろう。このＣ₆₀はアルカ
リ金属でドープすると比較的臨界温度の高い超伝導体と
なることで注目されたが、いまだＣ₆₀を半導体として電
子デバイスに応用した例は極めて少ないものに止まって
はいる。けれどもＣ₆₀自身は電子受容性を有することか
ら、このＣ₆₀による数少ない有機ｎ型半導体への応用が
期待されている。

【０００６】実際に現在までにこうしたｎ型半導体への
応用例として、このＣ₆₀と有機ｐ型半導体とのヘテロ接
合太陽電池がわずかに数例報告されている。例えば、Ｃ
₆₀と導電性高分子であるポリアルキルチオフェンやポリ
パラフェニレンビニレン誘導体とのヘテロ接合素子や低
分子の有機化合物との接合を用いた例としてＣ₆₀とテト
ラチアフルバレンとのヘテロ接合素子が報告されている
が、いずれも発生する光電流は小さく実用からは程遠い
のが現状である。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、有機半導体において数少なく優れた特性を示すもの
が報告されていないｎ型半導体につき、安定なｎ型半導
体特性を示すものを探索し、有機ｐ型半導体との接合を
利用した有機太陽電池を作成することで有機太陽電池の
持つ利点を生かし、かつエネルギー変換効率が低いとい
う有機太陽電池の欠点を解決することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、２つの電
極間に、フラーレン薄膜層と有機ｐ型半導体薄膜層を接
合させてなる有機太陽電池を作成した。特に基板上に形
成される第１層から第４層のうち、少なくとも第２層か
ら第４層を高真空中で真空を一度も破らずに蒸着法によ
り作成された素子では、該フラーレン薄膜層が安定なｎ
型半導体特性を示すｎ型半導体として機能し、その結
果、有機太陽電池として大きな光電流が発生することを
発見し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明の目的は、（１） 透明
導電膜層、フラーレン薄膜層、有機ｐ型半導体薄膜層お
よび仕事関数が４．５ｅＶ以上の金属電極層の順に配置
されてなる素子を用いてなる有機太陽電池であって、該
素子が、基板上に形成される第１層から第４層のうち、
少なくとも第２層から第４層が１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下
の真空中で連続して蒸着により形成された構造を有する
ものであることを特徴とする有機太陽電池により達成さ
れる。

【００１０】また、本発明の他の目的は、（２） 上記
有機ｐ型半導体薄膜層が、ポルフィリン誘導体からなる
ことを特徴とする上記（１）に示す有機太陽電池によっ
ても達成される。

【００１１】さらに、本発明の他の目的は、（３） 上
記ポルフィリン誘導体が、フタロシアニン類であること
を特徴とする上記（２）に示す有機太陽電池によっても
達成される。

【００１２】さらにまた、本発明の他の目的は、（４）
上記フラーレン薄膜層が、Ｃ₆₀からなることを特徴と
する上記（１）に示す有機太陽電池によっても達成され
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明者らは、電子受容性のフラ
ーレンと電子供与性化合物として例えばフタロシアニン
を用いて接合素子を作成した結果、フラーレンがｎ型半
導体、フタロシアニンがｐ型半導体であるｐｎ接合素子
となり、その接合面に光をあてると起電力および電流を
発生する太陽電池として機能することを見出した。しか
も、この有機太陽電池は単純なｐｎ接合太陽電池ではな
く、フラーレンの励起子の寿命がフタロシアニンのそれ
に比べてきわめて長いために、フラーレン内部で発生し
たフラーレンの励起子がｐｎ接合面まで拡散して、そこ
で光電荷分離を起こすことも光電流発生に寄与している
有機太陽電池と考えられる。特に大きな光電流を得るた
めには、基板上に形成された第１層から第４層による素
子のうち、少なくとも第２層から第４層が高真空中で真
空を一度も破らずに蒸着法により作成されたものを用い
る必要があることを見出した。なぜなら空気中の酸素が
フラーレン中でキャリアトラップとして働き、フラーレ
ン薄膜の電気抵抗を高くしてしまうため、発生した光電
流の移動を妨げるからである。ここで酸素はフタロシア
ニンのドーパントであるのでフタロシアニン薄膜の電気
抵抗を下げる働きをするが、その効果はフラーレンの電
気抵抗を高くしてしまう効果に比べると小さい。結局、
素子の直列抵抗は酸素の導入により高くなってしまうの
で、光電流は小さくなる。さらに酸素は、フラーレン励
起子のトラップとしても作用し光電流を減少させること
がわかった。したがって本発明に用いられる素子には、
該素子の作成中の真空度を高くし酸素を除去して形成さ
れたものを利用することが必要である。

【００１４】なお、本発明においては、透明導電膜層、
フラーレン薄膜層、有機ｐ型半導体薄膜層および仕事関
数が４．５ｅＶ以上の金属電極層の順に配置されてなる
素子というのは、基板上に透明導電膜層（第１層）、フ
ラーレン薄膜層（第２層）、有機ｐ型半導体薄膜層（第
３層）および仕事関数が４．５ｅＶ以上の金属電極層
（第４層）の順に形成された積層構造の素子であって
も、あるいはこれらの配置はそのままで積層の順序を逆
にした、基板上に仕事関数が４．５ｅＶ以上の金属電極
層（第１層）、有機ｐ型半導体薄膜層（第２層）、フラ
ーレン薄膜層（第３層）および透明導電膜層（第４層）
の順に形成された構造の素子であってもよい。ただし、
いずれの場合においても、基板上に形成される第１層か
ら第４層のうち、少なくとも第２層から第４層が１×１
０^-5Ｔｏｒｒ以下の真空中で連続して蒸着により形成さ
れた構造を有する素子でなければならないことをその要
件とする点にあるといえる。

【００１５】次に、本発明の有機太陽電池に用いられる
素子の第２層または第３層を構成するフラーレン薄膜層
の形成に用いられるフラーレンとは、炭素の同素体であ
り、炭素原子のみから構成される球殻状分子の総称であ
り、より詳しくは、炭素原子６０個からなるサッカーボ
ール状の分子Ｃ₆₀とその類縁体であるＣ₇₀、Ｃ₇₆、
Ｃ₇₈、Ｃ₈₂、Ｃ₈₄、Ｃ₉₀、Ｃ₉₆等の総称をいう。フラー
レンは、希ガス雰囲気下グラファイト棒のアーク放電で
作成した炭素スス中に数から数十パーセント存在し、こ
れをトルエン等の有機溶媒で抽出するとＣ₆₀を主成分
（６０から９５重量％程度）とし、それより高次のもの
を含むフラーレン混合物が得られる。このフラーレン混
合物からＣ₆₀および高次フラーレンをそれぞれ分離精製
するためには、カラムクロマトグラフィーや高速液体ク
ロマトグラフィーが用いられるが、カリックスアレーン
をフラーレンのホストとして用い分離することもでき
る。カラムクロマトグラフィーにおいて大量のフラーレ
ンを分離精製するためには活性炭を固定相としトルエン
を移動相とするフラッシュカラムクロマトグラフィーを
用いるのが便利である。本発明の有機太陽電池に用いる
ためには、このようにして分離精製したフラーレンをさ
らに昇華精製する必要がある。なぜなら不純物が残った
フラーレンを用いて作成された素子は極めて短絡を起こ
しやすいためである。この昇華精製は、真空中または不
活性ガス中で加熱することで行なわれる。この操作は昇
華しないで残る不純物がなくなるまで繰り返し行なわれ
る。フラーレンは各精製段階の市販品を用いることがで
きるが、この場合には、上記方法に従い有機太陽電池用
に精製した高純度品を用いなければならない。

【００１６】次に、本発明の有機太陽電池に用いられる
素子の第２層または第３層を構成する有機ｐ型半導体薄
膜層の形成に用いられる有機ｐ型半導体は、電位供与性
（ホール輸送性）の化合物で、かつ真空中で昇華性を有
するものであればよい。このような有機ｐ型半導体とし
ては、例えば、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリ
ン、テトラフェニルポルフィリン、テトラベンズポルフ
ィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテ
トラベンズポルフィン、トリアゾテトラベンズポルフィ
リン、フタロシアニン、ナフタロシアニン、オクタエチ
ルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、
オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラ
ジン、クロロフィル等のポリフィリン誘導体、シアニン
色素、メロシアニン色素、スクアリリウム色素、キナク
リドン色素、アゾ色素、アントラキノン、ベンゾキノ
ン、ナフトキノン等のキノン系色素、オリゴフェニレ
ン、オリゴチオフェン、オキサジアゾール、トリフェニ
ルアミン誘導体が挙げられる。なお、ポリフィリン誘導
体には、上述するように環の中心に金属を持たない誘導
体である無金属ポリフィリン誘導体のほか、後述するよ
うな環の中心に金属（金属酸化物、金属ハロゲン化物を
含む）を入れた誘導体である金属ポリフィリン誘導体の
両方を含むものである。さらにポリフィリン誘導体とし
ては、上述の条件である電位供与性（ホール輸送性）の
化合物で、かつ真空中で昇華性を有するものであれば、
環の一部が適当な置換基によって置換されているもので
あってもよい。該有機ｐ型半導体として、好ましくは上
記ポリフィリン誘導体であり、より好ましくはフタロシ
アニン類、中でも無金属フタロシアニン類が好適であ
る。なお、ここで用いたフタロシアニン類とは、無金属
フタロシアニンおよび金属フタロシアニン並びにこれら
の環の一部を適当な置換基によって置換したものを含む
ものである。無金属フタロシアニン類とは、無金属フタ
ロシアニンおよびベンゼン環の一部を適当な置換基によ
って置換したものを含むものである。

【００１７】本発明に用いられる有機ｐ型半導体もフラ
ーレンと同様の理由により高純度品を用いる必要があ
る。例えば、高純度の無金属フタロシアニンは、石英ガ
ラス製の反応容器を用いてフタロニトリルとハイドロキ
ノンを０．１Ｔｏｒｒ程度の真空中で加熱溶融させるこ
とで粗製無金属フタロシアニンを合成し、続いてこの粗
製無金属フタロシアニンをアセトン等で洗浄した後、石
英ガラス容器を用いて昇華精製を数回行なうことで高純
度の無金属フタロシアニンが得られる。合成および昇華
精製時にパイレックスガラス等の容器を用いると容器か
ら出る銅イオンや鉄イオンに無金属フタロシアニンが配
位し、これらの金属フタロシアニンを形成するため、高
純度の無金属フタロシアニンの精製にとっては該金属フ
タロシアニンが不純物となって混入してしまうため好ま
しくない。無金属フタロシアニン中の該金属フタロシア
ニン不純物は昇華精製でも取り除くことができないので
最初から混入を避ける必要がある。一方、高純度の金属
フタロシアニンの合成は、上記の高純度の無金属フタロ
シアニンを出発原料とし金属塩で金属化した後、再度昇
華精製して得ることができる。このときフタロニトリル
と金属塩を直接一段で反応させようとするとフタロニト
リルが金属に配位することから反応が始まるため、生成
した金属フタロシアニン中に構造欠陥が生じこれが太陽
電池を作成したとき光電流のトラップとして作用してし
まうので好ましくない。この構造欠陥は電子常磁性共鳴
スペクトルで確認できるが昇華精製でも除去するのは不
可能である。

【００１８】上記金属フタロシアニンの中心金属として
は、マグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、ケイ
素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバ
ルト、ニッケル、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化
物、金属ハロゲン化物が用いられる。ここで、金属と
は、最も広義に解釈されるものであり、長周期型周期表
においてホウ素とアスタチンを結ぶ線を引くと、その左
側に属するものをさす。すなわち、水素を除くＩ族（ア
ルカリ金属および銅族）、II族（アルカリ土類金属およ
び亜鉛族）、ホウ素を除くIII 族、炭素を除くＩＶ族、
ＶIII 族（鉄族および白金族）およびＶ、ＶＩ、ＶII族
の各ａ亜族に属する元素をいう。さらに中心金属として
好ましくは高純度フタロシアニンが比較的得られやすい
亜鉛、銅、アルミニウム、バナジウム、ニッケルの金
属、当該金属の酸化物ないし当該金属のハロゲン化合物
が用いられる。これは、上記金属ポリフィリン誘導体の
中心金属においても同様である。

【００１９】本発明の有機太陽電池に用いられる素子の
第２層および第３層を構成するフラーレン薄膜層および
有機ｐ型半導体薄膜層は、いずれの場合にも真空蒸着法
により形成されるが、このときの真空度は１×１０^-5Ｔ
ｏｒｒ以下、好ましくは３×１０^-6Ｔｏｒｒ以下であ
る。さらに、最後に第４層を構成する対向電極層の蒸着
が終わるまでは、素子を真空中から大気中へ一度もさら
さないようにしなければならない。上記操作はいずれも
素子中、特にフラーレン薄膜層中でトラップとなる酸素
量を減らすことが目的である。こうした一連の真空蒸着
操作により少なくとも第２層〜第４層、必要な場合には
第１層〜第４層までの全ての形成を行うために、例え
ば、連続分離形成装置やスーパーチャンバ（超高真空対
応連続分離形成装置）等の装置を利用することができ
る。

【００２０】上記フラーレン薄膜層および有機ｐ型半導
体薄膜層のそれぞれ個々の薄膜層の厚さは、通常１〜１
０００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍである。膜厚は
薄すぎると電気的短絡を起こし光電変換特性を示さない
し、厚すぎると膜の電気抵抗が高くなり光電流は減少す
る。電気的短絡をさけるためには蒸着時の速度も重要で
ある。フラーレンおよび有機ｐ型半導体ともに、蒸着速
度は、５オングストローム／ｓ以上であるほうが好まし
い。蒸着速度が遅いと、より結晶化し島状構造の膜とな
りピンホールが形成され短絡を起こすことがある。一
方、蒸着速度が速いと、よりアモルファスな均一薄膜と
なる傾向がある。

【００２１】次に、本発明の有機太陽電池に用いられる
素子の第１層または第４層を構成する透明導電膜層の形
成に用いられる透明導電膜は、フラーレンとオーミック
な接触を形成させるためと照射光を透過させるために、
例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）やフッ素ドープ
された酸化スズ等の透明導電薄膜が用いられる。該透明
導電薄膜を第１層として形成する場合、コートされる基
板には照射光を透過させるために、例えば、ガラス板ま
たは高分子フィルムなどが用いられる。この場合、素子
の短絡をさけるためには、透明導電膜が平滑であること
が要求されるが、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法で
作成されたＩＴＯ膜は上記要求を満たすので好ましい。
一方、該透明導電薄膜を第４層として形成する場合、高
真空度の真空を破らず連続して蒸着する必要上、該透明
導電薄膜は、例えば、電子銃からの蒸着で薄膜化するの
が便利である。なお、透明導電膜（第１層および第４層
のいずれにおいても）では、太陽電池の直列抵抗を下げ
るためにシート抵抗５０Ω／□以下のものを用いるのが
よい。

【００２２】一方、本発明の有機太陽電池に用いられる
素子の第１層または第４層を構成する金属電極層に用い
られる電極材料としては、有機ｐ型半導体とオーミック
な接触を形成できる仕事関数４．５ｅＶ以上の金属であ
ればよく、例えば金などを用いることができる。金を用
いた場合の膜厚は、通常１〜３０ｎｍ、好ましくは２０
〜３０ｎｍがよい。膜厚は薄すぎると電極のシート抵抗
が大きくなりすぎ、発生した光電荷を十分に外部回路へ
伝達できなくなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。

【００２４】合成例１ （高純度Ｃ₆₀の合成） 炭素ススから抽出、精製されたＣ₆₀／Ｃ₇₀（９／１；重
量比）混合物（ＭＥＲ社製）１．５ｇを３５０ｍｌのト
ルエン中に溶解させ、活性炭３０ｇ（関東化学製）とシ
リカゲル（和光純薬製Ｃ−２００）２０ｇの混合物を固
定層とするカラム上に展開した。トルエンを移動層と
し、窒素ガスによる加圧を行なった。最初に流出してく
るＣ₆₀のトルエン溶液を集め、トルエンをロータリーエ
バポレータを用いて留去し、カラム精製によってＣ₆₀を
０．９２ｇ得た。さらにこのＣ₆₀を１０^-5Ｔｏｒｒ、７
００℃で石英ガラス器具を用いて４回昇華精製した。純
粋なＣ₆₀が０．７６ｇ得られた。質量分析計で確認した
Ｃ₆₀の純度は９９．９％以上であった。

【００２５】合成例２ （高純度無金属フタロシアニン
の合成） フタロニトリルを加熱したエタノール中に溶解させた
後、活性炭を加えて溶液を脱色した。吸引ろ過で活性炭
を取り除き、ろ液を冷却してフタロニトリルを再結晶さ
せた。ハイドロキノンは昇華精製を行なった。

【００２６】フタロニトリル４ｇ（３１．２ｍｍｏｌ）
とハイドロキノン１ｇ（９．０８ｍｍｏｌ）を直径２０
ｍｍ程度の石英試験管中に仕込み、水流アスピレーター
で達成できる程度の真空にした後封印した。この試験管
を１８０℃のオイルバスにつけ揺すりながら内容物を融
解させて混合した。６時間反応後、室温で冷却し、黒紫
色の固まりを取り出し乳鉢で細かく粉砕した。この粉末
をろ液がきれいになるまでアセトンで洗浄した。得られ
た粗製フタロシアニンを１０^-5Ｔｏｒｒ、４００℃で２
回昇華精製した。純粋なフタロシアニンが１．８ｇ
（３．５ｍｍｏｌ、４５％）得られた。

【００２７】実施例１ イソプロピルアルコール中で超音波洗浄したＩＴＯガラ
ス基板（アルバック成膜株式会社製、シート抵抗３０Ω
／□）上に合成例１で得られたＣ₆₀、合成例２で得られ
た無金属フタロシアニンの順に１×１０^-6Ｔｏｒｒの真
空中で石英るつぼから蒸着させた。水晶発振式の成膜コ
ントローラー（日本真空技術株式会社製ＣＲＴＭ−５０
００）でモニターしたこのときの蒸着速度は１ｎｍ／ｓ
であり、Ｃ₆₀層、無金属フタロシアニン層の膜厚はそれ
ぞれ５０ｎｍであった。最後に無金属フタロシアニン層
の上に金を０．１ｎｍ／ｓの速度で膜厚２０ｎｍになる
ように蒸着し有効面積０．０４ｃｍ² の有機太陽電池を
得た。金の蒸着が完了するまでは１×１０^-6Ｔｏｒｒの
真空を一度も破らなかった。

【００２８】太陽電池特性の測定はすべて空気中、室温
２３℃、室温６５％で行なった。光源として１５０Ｗハ
ロゲンタングステンランプからの白色光を有機太陽電池
上に集光したものを用いた。光パワーメーター（安藤電
気株式会社製ＡＱ−１１３５Ｅ）で測定した光強度は１
２．５ｍＷｃｍ^-2であった。光電変換効率を求めるため
の電流−電位曲線はファンクションジェネレーター（北
斗電工株式会社製ＨＢ−１０５）で電位をかけながらエ
レクトロメーター（ケスレー社製６１７）で電流値を測
定し、ＧＰ−ＩＢインターフェースによりコンピュータ
ーに取り込み記録した。この電流−電位曲線により開放
光起電力（Ｖ_oc）、短絡光電流密度（Ｊ_sc）、光電流量
子収率（φ）、フィルファクター（ＦＦ）および光電変
換効率（η）といった太陽電池特性を求め、結果を表１
に示した。

【００２９】ここで、フィルファクターは、ＦＦ＝（有
機太陽電池の作動により実際取り出すことのできる最大
出力／有機太陽電池が理想的に作動すれば取り出すこと
のできるＪ_sc×Ｖ_ocワットの出力）とする割合で与えら
れる値である。さらに光電変換効率は、η（％）＝（取
り出すことができた電気出力／入射した光エネルギー）
×１００により与えられる値である。

【００３０】比較例１ イソプロピルアルコール中で超音波洗浄したＩＴＯガラ
ス基板（アルバック成膜株式会社製、シート抵抗３０Ω
／□）上に合成例１で得られたＣ₆₀、合成例２で得られ
た無金属フタロシアニンの順に１×１０^-6Ｔｏｒｒの真
空中で石英るつぼから蒸着させた。水晶発振式の成膜コ
ントローラー（日本真空技術株式会社製ＣＲＴＭ−５０
００）でモニターしたこのときの蒸着速度は１ｎｍ／ｓ
であり、Ｃ₆₀層、無金属フタロシアニン層の膜厚はそれ
ぞれ５０ｎｍであった。ここで一度大気圧に戻し素子を
空気中にさらした後、再び１×１０^-6Ｔｏｒｒの真空中
で無金属フタロシアニン層の上に金を０．１ｎｍ／ｓの
速度で膜厚２０ｎｍになるように蒸着し有効面積０．０
４ｃｍ² の有機太陽電池を得た。

【００３１】このようにして作成された有機太陽電池を
実施例１と同様に試験して光電変換特性を求めて表１に
示した。

【００３２】比較例２ イソプロピルアルコール中で超音波洗浄したＩＴＯガラ
ス基板（アルバック成膜株式会社製、シート抵抗３０Ω
／□）上に合成例１で得られたＣ₆₀、合成例２で得られ
た無金属フタロシアニンの順に３×１０^-5Ｔｏｒｒの真
空中で石英るつぼから蒸着させた。水晶発振式の成膜コ
ントローラー（日本真空技術株式会社製ＣＲＴＭ−５０
００）でモニターしたこのときの蒸着速度は１ｎｍ／ｓ
であり、Ｃ₆₀層、無金属フタロシアニン層の膜厚はそれ
ぞれ５０ｎｍであった。最後に無金属フタロシアニン層
の上に金を０．１ｎｍ／ｓの速度で膜厚２０ｎｍになる
ように蒸着し有効面積０．０４ｃｍ² の有機太陽電池を
得た。金の蒸着が完了するまでは３×１０^-5Ｔｏｒｒの
真空を一度も破らなかった。

【００３３】このようにして作成された有機太陽電池を
実施例１と同様に試験して光電変換特性を求めて表１に
示した。

【００３４】比較例３ イソプロピルアルコール中で超音波洗浄したＩＴＯガラ
ス基板（アルバック成膜株式会社製、シート抵抗３０Ω
／□）上に合成例１で得られたＣ₆₀、合成例２で得られ
た無金属フタロシアニンの順に３×１０^-5Ｔｏｒｒの真
空中で石英るつぼから蒸着させた。水晶発振式の成膜コ
ントローラー（日本真空技術株式会社製ＣＲＴＭ−５０
００）でモニターしたこのときの蒸着速度は１ｎｍ／ｓ
であり、Ｃ₆₀層、無金属フタロシアニン層の膜厚はそれ
ぞれ５０ｎｍであった。ここで一度大気圧に戻し素子を
空気中にさらした後、再び３×１０^-5Ｔｏｒｒの真空中
で無金属フタロシアニン層の上に金を０．１ｎｍ／ｓの
速度で膜厚２０ｎｍになるように蒸着し有効面積０．０
４ｃｍ² の有機太陽電池を得た。

【００３５】このようにして作成された有機太陽電池を
実施例１と同様に試験して光電変換特性を求めて表１に
示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】実施例から明らかなように、本発明で
は、透明導電膜層、フラーレン薄膜層、有機ｐ型半導体
薄膜層および仕事関数が４．５ｅＶ以上の金属電極層の
順に配置されてなる素子が、基板上に形成される第１層
から第４層の少なくとも第２層から第４層が１×１０^-5
Ｔｏｒｒ以下の真空中で連続して蒸着により形成された
構造を有するため有機太陽電池として大きな光電流が得
られる。また比較例から素子中に発生した光電流のトラ
ップとなる酸素が多く含まれているほど光電流および光
電変換が減少するのに比し、本発明では、有機太陽電池
の持つ利点を生かし、かつエネルギー変換効率が低いと
いう欠点も解決できるものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明導電膜層、フラーレン薄膜層、有機
   ｐ型半導体薄膜層および仕事関数が４．５ｅＶ以上の金
   属電極層の順に配置されてなる素子を用いてなる有機太
   陽電池であって、 該素子が、基板上に形成される第１層から第４層のう
   ち、少なくとも第２層から第４層が１×１０^-5Ｔｏｒｒ
   以下の真空中で連続して蒸着により形成された構造を有
   するものであることを特徴とする有機太陽電池。
2. 【請求項２】 前記有機ｐ型半導体薄膜層が、ポルフィ
   リン誘導体からなることを特徴とする請求項１に記載の
   有機太陽電池。
3. 【請求項３】 前記ポルフィリン誘導体が、フタロシア
   ニン類であることを特徴とする請求項２に記載の有機太
   陽電池。
4. 【請求項４】 前記フラーレン薄膜層が、Ｃ₆₀からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池。