WO2010119558A1 - 有機太陽電池 - Google Patents

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佑生 寺尾
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to an organic solar cell that generates electric power by photoelectric conversion based on absorbed light.
  • organic solar cells have attracted attention as solar cells that can be manufactured at a lower manufacturing cost than existing silicon solar cells.
  • a transparent electrode patterned on a glass substrate is used as an anode, a hole transport layer and a photoelectric conversion layer made of an organic semiconductor are formed thereon, and finally a metal thin film is formed as a cathode.
  • an organic solar cell in which the hole transport layer is configured as a mixed layer of a hole transport organic semiconductor (NPB) and an acceptor inorganic compound (MoO 3 ) has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • a charge transfer complex (radical cation) is formed by oxidation-reduction reaction in the hole transport layer, and the hole transport layer can have an excellent carrier transport property.
  • the film thickness of the photoelectric conversion layer of an organic solar cell is about several hundred nm. For this reason, a short circuit or current leakage may occur due to protrusions or foreign matter on the electrode surface. This short circuit and current leakage deteriorate the performance of the organic solar cell and cause the yield to deteriorate in manufacturing. Therefore, it is necessary to form a smoothing layer having a predetermined thickness on the electrode and to embed protrusions and foreign matter on the surface of the electrode to improve smoothness and prevent short circuit and current leakage.
  • the hole transport layer is formed of an organic semiconductor and an inorganic compound, thereby forming a charge transfer complex in the hole transport layer.
  • the hole transport layer can function as the above-described smoothing layer. Conceivable.
  • the photoelectric conversion layer is composed of a low molecular material such as an aluminum quinolinol complex (Alq). For this reason, layer formation is performed by vapor deposition, and it is not possible to obtain ease of manufacture and low cost when the above-described polymer material is used.
  • the photoelectric conversion layer is formed using a polymer material dissolved in an organic solvent in the configuration of the organic solar cell of the above prior art, an organic semiconductor that constitutes the hole transport layer with the organic solvent contained in the photoelectric conversion layer ( NPB) may be melted and the soundness may not be maintained.
  • the organic solar cell of the above prior art cannot have both a smoothing layer and a photoelectric conversion layer made of a polymer material. The smoothness by the smoothing layer and the production by using the polymer material can be avoided. It was impossible to combine ease and low cost.
  • the problems to be solved by the present invention include the above-mentioned problems as an example.
  • an organic semiconductor layer including at least a photoelectric conversion layer that separates excitons generated by absorbing light into holes and electrons includes a pair of first electrodes and a first electrode.
  • the organic semiconductor layer is formed on the first electrode, and is a smoothing layer made of a mixture of an organic semiconductor and an inorganic compound, the smoothing layer, and the photoelectric conversion.
  • a hole transport layer made of a water-soluble conductive polymer.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating evaluation results of solar cell characteristics of six organic solar cells in cases 1 to 6 in Example 1. It is a figure showing the evaluation result of the current-voltage characteristic of a smoothing layer. It is a figure showing the evaluation result of the film thickness dependence of the fill factor in Example 2.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a layer structure of the organic solar battery of the present embodiment.
  • This organic solar cell has a structure in which an anode 2 (first electrode), a smoothing layer 3, a hole transport layer 4, a photoelectric conversion layer 5, and a cathode 6 (second electrode) are sequentially laminated on a substrate 1. ing.
  • the smoothing layer 3, the hole transport layer 4, and the photoelectric conversion layer 5 constitute an organic semiconductor layer 7.
  • the substrate 1 is made of a transparent or translucent glass or plastic material.
  • the anode 2 is formed on the substrate 1.
  • a conductive oxide transparent to visible light is used.
  • the conductive oxide include tin-doped indium oxide (ITO), zinc-doped indium oxide (IZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), and zinc oxide (ZnO).
  • Aluminum-doped zinc oxide (AZO) or the like can be employed, but is not particularly limited.
  • the smoothing layer 3 is formed on the anode 2.
  • the smoothing layer 3 has a function of improving smoothness by embedding protrusions and foreign matters on the electrode surface of the anode 2. This function prevents short circuit and current leakage caused by protrusions and foreign matter on the electrode surface.
  • the smoothing layer 3 is configured as a mixed layer of an organic semiconductor and an inorganic compound.
  • the organic semiconductor contained in the smoothing layer 3 is preferably an organic semiconductor having hole transport properties, and the inorganic compound is preferably a compound having acceptor properties.
  • Examples of hole transporting organic semiconductors include triarylamine derivatives, phenylenediamine derivatives, triazole derivatives, oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, oxazole derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, stilbene derivatives, phthalocyanine derivatives, porphyrins. Derivatives and the like can be employed, but are not particularly limited.
  • Examples of the acceptor inorganic compound include molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (VO x ), ruthenium oxide (RuO x ), tungsten oxide (WO x ), ITO, IZO, FTO, and In 2 O.
  • metal oxides such as SnO 2 , ZnO, AZO
  • metal fluorides such as magnesium fluoride (MgF 2 ), lithium fluoride (LiF), calcium fluoride (CaF 2 ), potassium chloride (KCl), calcium chloride
  • Metal chlorides such as (CaCl 2 ), silver chloride (AgCl), and magnesium chloride (MgCl 2 ) can be used, but are not particularly limited.
  • the smoothing layer 3 as a mixed layer of an organic semiconductor and an inorganic compound, the wettability can be improved. That is, since organic semiconductor materials generally have a property of repelling liquid, if the smoothing layer 3 is composed only of an organic semiconductor material, the hole transport layer 4 made of a water-soluble conductive polymer, which will be described later, is smoothed. Although it becomes difficult to form on the smoothing layer 3, the wet transportability is improved by mixing an inorganic compound as in this embodiment, and the hole transport layer 4 made of a water-soluble conductive polymer is formed on the smoothing layer 3. Can be formed.
  • the mixing ratio of the organic semiconductor and the inorganic compound in the smoothing layer 3 is not particularly limited, but the mixing ratio of the inorganic compound is preferably 5% or more by volume ratio. The reason will be described in detail later (see FIG. 6).
  • the thickness of the smoothing layer 3 is not particularly limited as long as it is 1 nm or more, but the thickness of the smoothing layer may be determined in consideration of the optical interference effect inside the solar cell.
  • the hole transport layer 4 has a function of selectively extracting only holes out of electrons and holes generated in the photoelectric conversion layer 5 by the incidence of external light and transporting them to the anode 2 through the smoothing layer 3. With this function, higher power generation efficiency can be obtained.
  • the hole transport layer 4 is composed of a conductive polymer having water solubility. By constituting the hole transport layer 4 with a water-soluble material, it is possible to prevent the hole transport layer 4 itself or the organic semiconductor material contained in the smoothing layer 3 from being dissolved into the organic solvent contained in the photoelectric conversion layer 5. That is, the hole transport layer 4 also functions as a protective layer for the organic solvent contained in the photoelectric conversion layer 5.
  • a conductive polymer having an electron-accepting substituent can be adopted as the water-soluble conductive polymer constituting the hole transport layer 4.
  • the electron-accepting substituent include a sulfonyl group, a carboxyl group, and a phosphonyl group.
  • the conductive polymer include electron conjugated polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyethylenedioxythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, and copolymers composed of these monomer units. Examples include compound compounds.
  • the conductive polymer having an electron-accepting substituent described above refers to a polymer in which an electron-accepting substituent is covalently bonded to the conductive polymer. Moreover, you may use the mixture of multiple types of conductive polymer containing the conductive polymer which has these electron-accepting substituents.
  • the photoelectric conversion layer 5 has a function of separating excitons generated at the interface between the electron-donating organic semiconductor that absorbs light and the electron-accepting organic semiconductor into holes and electrons.
  • the photoelectric conversion layer 5 is configured as a mixed layer or a stacked layer of an electron donating organic semiconductor and an electron accepting organic semiconductor.
  • Each organic semiconductor is not particularly limited as long as it has photosensitivity, but in this embodiment, in view of ease of manufacturing and low cost due to the application of printing technology to the manufacturing method, it is dissolved and dispersed in an organic solvent. Adopt organic materials.
  • Examples of electron-donating organic semiconductors include polymers such as thiophene, phenylene vinylene, fluorene, triphenylamine, carbazole, pyrene, pyrrole, acetylene, and diacetylene, polymer materials based on derivatives thereof, phthalocyanines, porphyrins, etc.
  • the low molecular weight organic material can be adopted.
  • an oligomer or polymer having pyridine and its derivative as a skeleton an oligomer or polymer having quinoline and its derivative as a skeleton, a fullerene derivative, a carbon nanotube derivative, or the like can be employed.
  • the cathode 6 is formed on the photoelectric conversion layer 5.
  • the material of the anode 6 is not particularly limited as long as it has sufficient conductivity. Generally, a metal such as Al, Mg, Ag, In, or Ca, or an alloy composed of two or more metals is used. . Note that a conductive oxide such as ITO may be used.
  • the organic solar cell having the above-described configuration, light incident from the outside passes through the substrate 1, the anode 2, the smoothing layer 3, and the hole transport layer 4 and reaches the photoelectric conversion layer 5.
  • the photoelectric conversion layer 5 light is absorbed by, for example, an electron donating organic semiconductor, excitons are generated, charge separation occurs, and electrons and holes are generated.
  • electrons move to the electron-accepting organic semiconductor, and move from the cathode 6 to the anode 2 via an external electric circuit.
  • holes generated by charge separation are transported by the hole transport layer 4 and move to the anode 2 through the smooth layer 3.
  • the electrons that have moved from the cathode 6 to the anode 2 via an external electric circuit are combined with the holes generated by the charge separation and moved to the anode 2, and return to the original state.
  • the organic solar cell generates electric energy from the anode 2 and the cathode 6 by repeating such movement of electrons.
  • Example 1 solar cell characteristics were evaluated for each of the six organic solar cells in Cases 1 to 6 produced by the steps described below. This evaluation was performed by measuring the current-voltage characteristics in a state in which simulated sunlight of AM1.5 by a solar simulator was irradiated at an illuminance of 100 mW / cm2.
  • a manufacturing process of the organic solar battery of case 1 will be described.
  • An ITO film was formed on the glass substrate 1 by sputtering, and then an ITO stripe pattern was formed by photolithography and etching to form a transparent anode 2 having a thickness of 110 nm.
  • the cleaned glass substrate 1 is introduced into a vacuum chamber, and a mixed layer of ⁇ -NPD and MoO 3 is deposited on the upper surface of the anode 2 by resistance heating at a vacuum degree of 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa.
  • a smoothing layer 3 having a thickness of 10 nm is formed.
  • the mixing ratio of ⁇ -NPD and MoO 3 was 4: 1 by volume.
  • P3HT poly (3-hexylthiophene)
  • PCBM [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester
  • the glass substrate 1 on which the photoelectric conversion layer 5 is formed is introduced into a vacuum chamber, and Al is formed in a stripe pattern orthogonal to ITO from the upper surface of the photoelectric conversion layer 5 by mask evaporation by resistance heating, and has a thickness of 100 nm.
  • a cathode 6 was formed.
  • the manufacturing process of the organic solar cell of Case 2 is the same as that of Case 1 except that the material of the anode 2 is IZO (Indium Zinc Oxide) instead of ITO.
  • the manufacturing process of the organic solar cell of Case 3 was conducted by replacing the material of the smoothing layer 3 with 4,4 ′, 4 ′′ -tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine instead of the ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer.
  • M-MTDATA Same as Case 1 except that it is a MoO 3 mixed layer.
  • the organic solar cells in cases 4 to 6 are batteries as comparative examples for comparison with cases 1 to 3 described above. Among these, in the organic solar cell of cases 4 and 5, as shown in FIG. 2, the smoothing layer 3 is not formed.
  • the manufacturing steps of the solar cells in cases 4 and 5 are the same as those in cases 1 and 2 except that the smoothing layer 3 is not formed. That is, cases 1 and 4 and cases 2 and 5 respectively correspond to the case where the smoothing layer is formed and the case where the smoothing layer is not formed.
  • Case 6 is the same as Case 1 except that the material of the smoothing layer 3 is ⁇ -NPD alone instead of the ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer.
  • Fig. 3 shows the evaluation results of the solar cell characteristics of the six organic solar cells in Cases 1 to 6 produced by the above-described processes.
  • the conversion efficiency of the organic solar cells in cases 1 and 2 provided with the smoothing layer 3 is improved as compared with the organic solar cells in cases 4 and 5 without the smoothing layer 3.
  • the hole transport layer 4 is made of PEDOT: PSS, which is a water-soluble material, so that the organic semiconductor material contained in the hole transport layer 4 itself or the smoothing layer 3 is transferred to the photoelectric conversion layer 5.
  • the organic solar cell can be prevented from being dissolved in the contained organic solvent and the soundness of the organic solar cell can be maintained, and the anode 2 and the hole transport layer 4 made of PEDOT: PSS are separated by the smoothing layer 3. .
  • the separation function of the smoothing layer 3 will be described.
  • PEDOT: PSS is a strong acid
  • the transparent electrode which consists of metal oxides may be oxidized by contacting with PEDOT: PSS.
  • an extremely thin oxide layer is formed at the junction interface, which becomes an energy barrier.
  • PEDOT: PSS contains sodium ions (Na + ), sulfate ions (SO 4 2 ⁇ ) and the like as impurities.
  • these ionic impurities diffuse into the electrode, they act as recombination sites and cause carrier conduction to be hindered. That is, a high resistance layer is formed in the vicinity of the interface.
  • PEDOT: PSS is so conductive that it is applied as an electrode, and its electrical characteristics are close to metals.
  • a transparent electrode represented by ITO is generally an n-type semiconductor. When the n-type semiconductor and the metal come into contact, a Schottky barrier is formed at the semiconductor interface.
  • the anode 2 and the hole transport layer 4 are separated by inserting the smoothing layer 3 made of the ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer between the anode 2 and the hole transport layer 4 made of PEDOT: PSS. , Energy barrier formation can be avoided.
  • IZO which is the material of the anode 2 in the cases 2 and 5 is an amorphous conductive oxide and chemically active, it is stronger than the crystalline conductive oxide such as ITO. It has the property of reacting with PSS. For this reason, the energy barrier formed at the electrode interface is relatively large, and the solar cell characteristics are worse than when ITO is used as the anode 2 as in the cases 1 and 4. Therefore, as shown in FIG. 3, in case 5, the conversion efficiency is a small value of less than 0.1%, but in case 2, the conversion efficiency is greatly improved by the separation function by the smoothing layer 3 described above. It can be improved.
  • the current-voltage characteristics of the organic element laminated in the order of the ITO anode, the ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer, and the Al cathode. was evaluated. Specifically, the voltage and current density were measured when the thickness of the smoothing layer 3 was 40 nm, 80 nm, and 135 nm, respectively.
  • FIG. 4 shows the evaluation results.
  • an ohmic junction is formed at the interface between the smoothing layer 3 made of the ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer and the anode 2, and the current hardly changes with respect to the film thickness. .
  • ⁇ -NPD hole transporting organic semiconductor
  • MoO 3 acceptor inorganic compound
  • the smoothing function by the smoothing layer 3 can be improved, which is advantageous for increasing the area of the organic solar cell.
  • Example 2 the film thickness dependence of the fill factor was evaluated when the smoothing layer 3 was an ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer and MoO 3 alone.
  • the layer configuration other than the smoothing layer 3 is the same as that of the organic solar battery of Case 1 described above.
  • FIG. 5 shows the evaluation results.
  • the film thickness becomes as thin as several nanometers and cannot function as the smoothing layer 3. Therefore, current leakage and short-circuit between electrodes cannot be suppressed, which is disadvantageous for increasing the area of the organic solar cell. Further, by increasing the film thickness, the protrusions on the anode 2 and unevenness due to foreign matter can be reduced. However, in the case of an inorganic substance alone, a charge transfer complex is not formed. Increases electrical resistance. As a result, as shown in FIG. 5, the fill factor decreases in proportion to the increase in film thickness, and the performance of the organic solar cell decreases.
  • the smoothing layer 3 is formed of a mixed layer of an organic semiconductor ( ⁇ -NPD) and an inorganic compound (MoO 3 ), a charge transfer complex is formed in the smoothing layer 3 as described above.
  • Layer 3 has an excellent carrier transport capability. Therefore, even if the film thickness is increased, the series resistance of the smoothing layer 3 hardly increases. As shown in FIG. 5, the fill factor does not decrease even when the film thickness exceeds 100 nm. As a result, since the film thickness of the smoothing layer 3 can be increased while maintaining the performance, the smoothing function can be improved, which is advantageous for increasing the area.
  • Example 3 In Example 3, the conversion efficiency ⁇ -NPD: MoO 3 when the smoothing layer 3 is an ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer (when the layer structure is the same as that of the organic solar cell of Case 1 described above). The mixing ratio dependency of was evaluated. FIG. 6 shows the evaluation results.
  • the mixing ratio of the organic semiconductor and the inorganic compound in the smoothing layer 3 is preferably 5% or more of the volume ratio of the inorganic compound.
  • the material of the smoothing layer 3 is ⁇ -NPD alone, so that MoO 3 is 0%. For this reason, a charge transfer complex is not formed in the smoothing layer 3, and conversion efficiency is falling.
  • the smoothing layer 3 is an ⁇ -NPD: MoO 3 mixed layer and the mixing ratio is 4: 1 (that is, the volume ratio of MoO 3 is 20%), the charge transfer complex is sufficient. As a result, the conversion efficiency can be greatly improved.
  • the organic semiconductor layer 7 including at least the photoelectric conversion layer 5 that separates excitons generated by absorbing light into holes and electrons is used as the pair of first electrodes 2 (on the anode).
  • the organic semiconductor layer 7 is formed on the first electrode 2, and the organic semiconductor (corresponding to ⁇ -NPD) and the inorganic compound ( a smoothing layer 3 consisting of a mixture of equivalent to MoO 3), is formed between the smoothing layer 3 and the photoelectric conversion layer 5, the water-soluble electroconductive polymer (PEDOT: a hole transport layer made of corresponding to PSS) 4.
  • PEDOT water-soluble electroconductive polymer
  • the hole transport layer 4 by comprising the hole transport layer 4 with a water-soluble conductive polymer, the hole transport layer 4 itself and the organic semiconductor material (corresponding to ⁇ -NPD) contained in the smoothing layer 3 are converted into a photoelectric conversion layer. 5 can be prevented from dissolving in the organic solvent contained in the organic solar cell, and the soundness of the organic solar cell can be maintained.
  • the smoothing function of the smoothing layer 3 can prevent a short circuit and current leakage caused by protrusions and foreign matters on the electrode surface of the first electrode 2, and a polymer material can be used for the photoelectric conversion layer 5.
  • the manufacturing method can be simplified and the cost can be reduced.
  • the first electrode 2 and the hole transport layer 4 can be separated by the separation function of the smoothing layer 3 to avoid the formation of an energy barrier.
  • the organic semiconductor contained in the smoothing layer 3 is an electron donating organic semiconductor (corresponding to ⁇ -NPD).
  • the smoothing layer 3 can have a hole transport function, and the holes generated in the photoelectric conversion layer 5 and transported by the hole transport layer 4 can be transported smoothly to the anode 2.
  • the inorganic compound contained in the smoothing layer 3 is a metal oxide (corresponding to MoO 3 ).
  • a charge transfer complex is surely formed by ⁇ -NPD which is a hole transporting organic semiconductor and the metal oxide MoO 3, and excellent carrier transport in the smoothing layer 3 by this charge transfer complex.
  • the smoothing layer 3 is inserted between the first electrode 2 and the hole transport layer 4, an energy barrier is not formed, and carrier transport / injection is not hindered.
  • the series resistance of the smoothing layer 3 hardly increases even when the film thickness is increased, the film thickness of the smoothing layer 3 can be increased while maintaining the performance. For this reason, the smoothing function by the smoothing layer 3 can be improved, which is advantageous for increasing the area of the organic solar cell.
  • the metal oxide contained in the smoothing layer 3 is molybdenum oxide (corresponding to MoO 3 ).
  • the water-soluble conductive polymer constituting the hole transport layer 4 further includes one or more types of conductive materials including a polymer having an electron-accepting substituent. It consists of a polymer (equivalent to PEDOT: PSS).
  • the water-soluble conductive polymer constituting the hole transport layer 4 is PEDOT: PSS.
  • PEDOT: PSS is on the market as a conductive polymer material (for example, product name “CLEVIOS” manufactured by HC Starck). Therefore, by purchasing and using the product, the creator can easily form the hole transport layer 4 without preparing a water-soluble conductive polymer material by himself.
  • the structure in the said embodiment is applicable not only to an organic solar cell but to an organic optical sensor and an organic image sensor. Even when applied to these, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

Abstract

【課題】平滑化層による平滑性と、高分子材料を用いることによる製造の容易性及び低コスト性とを兼ね備えることができる有機太陽電池を提供する。 【解決手段】有機半導体及び無機化合物との混合層からなる平滑化層３と、水溶性導電性高分子からなるホール輸送層４とを備える。ホール輸送層４を水溶性導電性高分子で構成することで、ホール輸送層４自身や、平滑化層３に含まれる有機半導体材料が、光電変換層５に含まれる有機溶剤に溶け出すことを防止し、有機太陽電池の健全性を維持できる。平滑化層３により、第１電極２の電極表面の突起や異物を原因とするショートや電流リークを防止することができ、且つ、光電変換層５に高分子材料を用いることにより製造方法の容易化及び低コスト化を図ることができる。

Description

有機太陽電池
　本発明は、吸収した光に基づく光電変換によって発電する有機太陽電池に関する。
　近年、有機太陽電池は、既存のシリコン系太陽電池よりも製造コストを低く抑えることが可能な太陽電池として注目されている。一般的な有機太陽電池は、ガラス基板上にパターン形成された透明電極を陽極とし、その上に、有機半導体からなるホール輸送層及び光電変換層を形成し、最後に陰極として金属薄膜を形成する。このような有機太陽電池において、ホール輸送層を、ホール輸送性の有機半導体（ＮＰＢ）とアクセプタ性の無機化合物（ＭｏＯ３）との混合層として構成した有機太陽電池が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この有機太陽電池では、ホール輸送層中において酸化還元反応により電荷移動錯体（ラジカルカチオン）を形成させ、ホール輸送層に優れたキャリア輸送性をもたせることを可能としている。
特開２００６－２４７９１号公報
　一般に有機太陽電池の光電変換層の膜厚は数百ｎｍ程度である。このため、電極表面の突起や異物を原因とするショートや電流リークが発生する場合がある。このショートや電流リークは、有機太陽電池の性能を低下させ、製造においては歩留まりを悪化させる原因となる。したがって、電極上に所定の膜厚を有する平滑化層を形成し、電極表面の突起や異物を包埋することにより平滑性を向上させて、ショートや電流リークを防止する必要がある。
　一方で、従来、有機太陽電池や有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子における光電変換層や発光層には低分子材料が多く用いられてきたが、最近では高分子材料を用いたものが精力的に研究されている。高分子材料を用いた場合、有機溶剤に溶解させることにより、スピンコーティング法やインクジェット法のような印刷技術を製造方法に応用でき、低分子材料の場合の蒸着法よりも容易且つ低コストに光電変換層や発光層を形成できるからである。
　上記従来技術の有機太陽電池では、上述したようにホール輸送層を有機半導体及び無機化合物で構成することにより、ホール輸送層中に電荷移動錯体を形成させる。これにより、電圧（電流）を増大させることなくホール輸送層の膜厚を大きくできるので、特許文献１には特に記載はないが、ホール輸送層を上述の平滑化層として機能させることが可能とも考えられる。しかしながら、上記従来技術の有機太陽電池では、光電変換層をアルミニウムキノリノール錯体（Ａｌｑ）のような低分子材料で構成している。このため、蒸着により層形成を行うことになり、上述した高分子材料を用いた場合の製造の容易性及び低コスト性を得ることはできない。
　仮に、上記従来技術の有機太陽電池の構成において、有機溶媒に溶かした高分子材料を用いて光電変換層を形成した場合、光電変換層に含まれる有機溶剤によりホール輸送層を構成する有機半導体（ＮＰＢ）が溶け出してしまい、健全性が維持できないおそれがある。このように、上記従来技術の有機太陽電池は、平滑化層及び高分子材料からなる光電変換層を両方有することはできず、平滑化層による平滑性と、高分子材料を用いることによる製造の容易性及び低コスト性とを兼ね備えることはできなかった。
　本発明が解決しようとする課題には、上記した問題が一例として挙げられる。
　上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、光を吸収して生じた励起子をホール及び電子に分離する光電変換層を少なくとも備える有機半導体層を、一対の第１電極と第２電極との間に有する有機太陽電池において、前記有機半導体層は、前記第１電極上に形成され、有機半導体及び無機化合物との混合からなる平滑化層と、前記平滑化層と前記光電変換層との間に形成され、水溶性導電性高分子からなるホール輸送層とを備える。
本実施形態の有機太陽電池の層構造の一例を表す図である。 平滑化層を形成しない場合の有機太陽電池の層構造の一例を表す図である。 実施例１における、ケース１～６の６つの有機太陽電池の太陽電池特性の評価結果を表す図である。 平滑化層の電流電圧特性の評価結果を表す図である。 実施例２における、フィルファクターの膜厚依存性の評価結果を表す図である。 実施例３における、変換効率のα―ＮＰＤ：ＭｏＯ３の混合比依存性の評価結果を表す図である。
　以下、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ説明する。
　図１は、本実施形態の有機太陽電池の層構造の一例を表す図である。この有機太陽電池は、基板１上に、陽極２（第１電極）、平滑化層３、ホール輸送層４、光電変換層５、及び陰極６（第２電極）が順次積層された構造となっている。なお、上記平滑化層３、ホール輸送層４、及び光電変換層５が、有機半導体層７を構成する。
　本実施形態の有機太陽電池では、基板１側から光を入射させる。したがって、基板１は、透明又は半透明のガラス又はプラスチック等の材質によって構成されている。陽極２は基板１上に形成される。陽極２としては、可視光に対して透明な導電性酸化物が用いられる。導電性酸化物としては、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）等を採用することが可能であるが、特に限定されるものではない。
　平滑化層３は陽極２上に形成される。この平滑化層３は、陽極２の電極表面の突起や異物を包埋することにより、平滑性を向上させる機能を有する。この機能により、電極表面の突起や異物を原因とするショートや電流リークを防止する。本実施形態では、平滑化層３は、有機半導体と無機化合物との混合層として構成されている。平滑化層３に含まれる有機半導体としては、ホール輸送性を有する有機半導体が好ましく、無機化合物としては、アクセプタ性を有する化合物が好ましい。ホール輸送性有機半導体としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体等を採用することができるが、特に限定されるものではない。また、アクセプタ性無機化合物としては、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＡＺＯ等の金属酸化物、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等の金属フッ化物、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）等の金属塩化物を採用することができるが、特に限定されるものではない。
　このように平滑化層３を有機半導体と無機化合物との混合層として構成することにより、ぬれ性を改善できる効果がある。すなわち、一般に有機半導体材料は液体をはじく特性があるため、仮に平滑化層３を有機半導体材料のみで構成した場合には、後述する水溶性導電性高分子からなるホール輸送層４を平滑化層３上に形成することが困難となるが、本実施形態のように無機化合物を混合することにより、ぬれ性を改善し、水溶性導電性高分子からなるホール輸送層４を平滑化層３上に形成することが可能となる。
　なお、平滑化層３における有機半導体と無機化合物との混合比は特に限定されないが、無機化合物の混合比率が体積比で５％以上となるのが好ましい。この理由については、後に詳述する（図６参照）。また、平滑化層３の膜厚は１ｎｍ以上であれば特に限定されないが、太陽電池内部の光学干渉効果を考慮して平滑化層の膜厚を決定してもよい。
　ホール輸送層４は、外部光の入射により光電変換層５内で生成された電子及びホールのうち、ホールのみを選択的に取り出し、平滑化層３を経て陽極２へ輸送する機能を有する。この機能により、より高い発電効率が得られる。本実施形態では、ホール輸送層４は、水溶性を有する導電性高分子から構成されている。ホール輸送層４を水溶性材料で構成することで、ホール輸送層４自身や、平滑化層３に含まれる有機半導体材料が、光電変換層５に含まれる有機溶剤に溶け出すことを防止できる。すなわち、ホール輸送層４は、光電変換層５に含まれる有機溶剤に対する保護層としての機能を兼ねている。
　ホール輸送層４を構成する水溶性導電性高分子としては、電子受容性置換基を有する導電性高分子を採用することができる。電子受容性置換基としては、例えばスルホニル基、カルボキシル基、ホスホニル基などが挙げられる。また、導電性高分子としては、例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン等の電子共役系高分子や、これらのモノマーユニットから構成された共重合体化合物等が挙げられる。なお、上記した電子受容性置換基を有する導電性高分子とは、上記の導電性高分子に電子受容性置換基が共有結合した高分子のことをいう。また、これら電子受容性置換基を有する導電性高分子を含む複数種類の導電性高分子の混合物を用いてもよい。
　光電変換層５は、光を吸収する電子供与性有機半導体と電子受容性有機半導体との境界面で生じた励起子をホール及び電子に分離する機能を有する。この光電変換層５は、電子供与性有機半導体及び電子受容性有機半導体の混合層あるいは積層として構成される。それぞれの有機半導体は、光感度をもつものであれば特に限定されないが、本実施形態では、印刷技術を製造方法に応用できることによる製造の容易性及び低コスト性を鑑み、有機溶媒に溶解・分散する有機材料を採用する。電子供与性有機半導体としては、チオフェン、フェニレンビニレン、フルオレン、トリフェニルアミン、カルバゾール、ピレン、ピロール、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体による高分子材料、あるいは、フタロシアニン類やポルフィリン類などの低分子有機材料を採用することができる。また、電子受容性有機半導体としては、ピリジン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フラーレン誘導体、カーボンナノチューブ誘導体などを採用することができる。
　陰極６は光電変換層５上に形成される。陽極６の材質としては、十分な導電性があれば特に限定されないが、一般的には、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｉｎ，Ｃａなどの金属、あるいはそれら２種以上の金属からなる合金が用いられる。なお、ＩＴＯなどの導電性酸化物でもよい。
　以上のような構成である有機太陽電池は、外部から入射した光が基板１、陽極２、平滑層３、及びホール輸送層４を通過し、光電変換層５に到達する。この光電変換層５では、例えば電子供与性有機半導体で光が吸収され、励起子が生成されて電荷分離が起こり、電子とホールとを発生させる。このうち電子は、電子受容性有機半導体に移動し、陰極６から外部の電気回路を経由して陽極２に移動する。一方、電荷分離により発生したホールは、ホール輸送層４により輸送され、平滑層３を経て陽極２に移動する。上記陰極６から外部の電気回路を経由して陽極２に移動した電子は、上記電荷分離により発生し陽極２に移動したホールと結合し、元の状態に戻る。このような電子の移動の繰り返しにより、有機太陽電池は、陽極２及び陰極６から電気エネルギーを発生する。
　次に、実施例を挙げて本実施形態をさらに詳細に説明する。
　＜実施例１＞
　実施例１では、以下に説明する工程により作製したケース１～６の６つの有機太陽電池のそれぞれについて、太陽電池特性の評価を行った。この評価は、ソーラーシミュレーターによるＡＭ１．５の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ２の照度で照射した状態で電流電圧特性を測定することで行った。
　ケース１の有機太陽電池の作製工程を説明する。
　（１）ガラス基板１上にＩＴＯをスパッタにより成膜し、その後フォトリソグラフィー及びエッチングによりＩＴＯのストライプパターンを形成し、厚さ１１０ｎｍの透明な陽極２を形成した。
　（２）陽極を形成したガラス基板を中性洗剤で超音波洗浄し、その後、ＵＶオゾン処理を施した。
　（３）洗浄したガラス基板１を真空チャンバーに導入し、５×１０－４Ｐａの真空度にて、陽極２の上面にα―ＮＰＤ及びＭｏＯ３の混合層を抵抗加熱によりマスク蒸着し、厚さ１０ｎｍの平滑化層３を形成する。このとき、α―ＮＰＤとＭｏＯ３の混合比は体積比で４：１とした。
　（４）平滑化層３を形成したガラス基板１を真空チャンバーから取り出し、速やかに平滑化層３上面に下記の式：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
で表されるポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をスピンコーティング法により成膜し、厚さ３５ｎｍのホール輸送層４を形成した。その後、ガラス基板１をホットプレートにて２００度Ｃで１０分間加熱し、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを焼成した。なお、本実施例では、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとしてＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ製の製品名「ＣＬＥＶＩＯＳ」を使用した。このＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの混合比は１：２．５～１：２０である。
　（５）Ｐ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３－ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））及びＰＣＢＭ（［６，６］－ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ６１－ｂｕｔｙｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｍｅｔｈｙｌ　ｅｓｔｅｒ）の原料粉末を質量比で１：０．７となるように混合し、クロロベンゼンに溶解させた。このＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ混合液を用いて、スピンコーティング法にてホール輸送層４上面に厚さ１００ｎｍのＰ３ＨＴ：ＰＣＢＭ混合層からなる光電変換層５を形成した。
　（６）光電変換層５を形成したガラス基板１を真空チャンバーに導入し、光電変換層５上面からＡｌを抵抗加熱によるマスク蒸着により、ＩＴＯとは直交するストライプパターンに形成し、厚さ１００ｎｍの陰極６を形成した。
　ケース２の有機太陽電池の作製工程は、陽極２の材質をＩＴＯに代わりＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）としたことを除けば、上記ケース１と同様である。またケース３の有機太陽電池の作製工程は、平滑化層３の材質を、α―ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層に代わり４，４’，４”－トリス（３－メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ－ＭＴＤＡＴＡ）：ＭｏＯ３混合層としたことを除けば、上記ケース１と同様である。
　ケース４～６の有機太陽電池は、上記ケース１～３と比較するための比較例としての電池である。これらのうち、ケース４，５の有機太陽電池では、図２に示すように、平滑化層３を形成していない。これらケース４，５の太陽電池の作製工程は、平滑化層３を形成しない点を除けば、上記ケース１，２とそれぞれ同様である。すなわち、ケース１，４と、ケース２，５とは、平滑化層を形成する場合と形成しない場合とで各々対応している。また、ケース６は、平滑化層３の材質をα―ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層に代わりα―ＮＰＤ単体としたことを除けば、上記ケース１と同様である。
　以上のような工程により作製したケース１～６の６つの有機太陽電池の太陽電池特性の評価結果を図３に示す。この図３に示すように、平滑化層３を設けたケース１，２の有機太陽電池は、平滑化層３を設けないケース４，５の有機太陽電池よりも、変換効率がそれぞれ改善されている。これは、前述したように、ホール輸送層４を水溶性材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで構成することで、ホール輸送層４自身や平滑化層３に含まれる有機半導体材料が、光電変換層５に含まれる有機溶剤に溶け出すことを防止して有機太陽電池の健全性を維持でき、且つ、平滑化層３により陽極２とＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール輸送層４とが分離されているからである。次に、この平滑化層３の分離機能について説明する。
　一般に、図２に示すようにＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール輸送層４を陽極２上に積層すると、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの化学的あるいは電気的物性に由来して、電極界面にエネルギー障壁が生じる。エネルギー障壁が生じる原因としては、次の３つが考えられる。
　第１に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは強酸であるため、金属酸化物からなる透明電極はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと接触することで酸化されてしまうおそれがある。酸化された場合には接合界面に極薄い酸化物の層が形成され、これがエネルギー障壁となる。第２に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは不純物としてナトリウムイオン（Ｎａ＋）、硫酸イオン（ＳＯ４２－）などを含む。これらイオン不純物が電極内部に拡散すると、再結合サイトとしてはたらき、キャリア伝導を妨げる原因になる。つまり、界面近傍に高抵抗層が形成されることになる。第３に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは電極として応用されるほど伝導性が高く、その電気特性は金属に近い。また、ＩＴＯに代表される透明電極は一般的にｎ型半導体である。ｎ型半導体と金属とが接触すると、半導体界面にショットキー障壁が形成される。
　以上のようにして、電極界面にエネルギー障壁が形成されると、電極と有機層との間でのキャリアの注入効率が低下し、有機太陽電池の特性が低下してしまう。これに対し、陽極２とＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール輸送層４との間にα―ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層からなる平滑化層３を挿入することで、陽極２とホール輸送層４を分離させ、エネルギー障壁の形成を回避することができる。
　したがって、ケース４ではＩＴＯからなる陽極２とＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール輸送層４とが直接接触しているため、エネルギー障壁の形成が避けられず、太陽電池特性がケース１よりも低下している。一方、ケース１では、平滑化層３によって陽極２とホール輸送層４とが分離されているため、エネルギー障壁が形成されず、ケース４と比べて変換効率が改善している。
　なお、ケース２，５で陽極２の材質としたＩＺＯは、アモルファスな導電性酸化物であり化学的に活性であるため、ＩＴＯのような結晶性の導電性酸化物と比べてより強くＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと反応する性質がある。このため、電極界面に形成される上記エネルギー障壁は比較的大きくなり、ケース１，４のように陽極２としてＩＴＯを用いた場合よりも太陽電池特性は悪化する。したがって、図３に示すように、ケース５では変換効率が０．１％にも満たない小さな値となっているが、ケース２では上述した平滑化層３による分離機能により、変換効率を大幅に改善することができている。
　またケース３についても同様であり、平滑化層３に含まれるｍ－ＭＴＤＡＴＡは代表的な電子供与性有機半導体であるため、ケース１と同様に、有機太陽電池の健全性を維持でき、且つ、平滑化層３による分離機能により変換効率を改善することができている。なお、ケース３とケース６との比較については後述する。
　次に、陽極２と平滑化層３との間にエネルギー障壁が形成されないことを検証するために、ＩＴＯ陽極、α―ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層、Ａｌ陰極の順に積層した有機素子の電流電圧特性の評価を行った。具体的には、平滑化層３の膜厚を４０ｎｍ、８０ｎｍ、１３５ｎｍとした場合における電圧及び電流密度をそれぞれ測定した。図４にこの評価結果を示す。
　図４に示すように、α―ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層からなる平滑化層３と陽極２との界面にオーミック接合が形成されており、さらに、膜厚に対してほとんど電流が変化していない。これは、ホール輸送性有機半導体（α―ＮＰＤ）とアクセプタ性無機化合物（ＭｏＯ３）とを混合すると電荷移動錯体が形成され、この電荷移動錯体が優れたキャリア輸送性を有しているからである。したがって、陽極２とホール輸送層４との間に平滑化層３を挿入しても、陽極２と平滑化層３との間にエネルギー障壁が形成されることはなく、キャリアの輸送・注入を阻害することがない。また、膜厚を厚くしても平滑化層３の直列抵抗はほとんど増加しないため、性能を維持したまま平滑化層３の膜厚を厚くできる。このため、平滑化層３による平滑化機能を向上でき、有機太陽電池の大面積化に有利となる。
　＜実施例２＞
　実施例２では、平滑化層３がα-ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層及びＭｏＯ３単体のそれぞれの場合における、フィルファクターの膜厚依存性を評価した。なお、平滑化層３以外の層構成は上述したケース１の有機太陽電池と同様である。図５に評価結果を示す。
　一般に、無機物単体で平滑化層３を構成した場合、膜厚が数ｎｍ程度と薄くなり、平滑化層３としての機能を果たすことができない。そのため、電流リークや電極間ショートを抑制できず、有機太陽電池の大面積化をするにあたり不利となる。また、膜厚を厚くすることで陽極２上の突起や異物による凹凸を緩和することはできるが、無機物単体の場合には電荷移動錯体が形成されないため、膜厚の増加に比例して薄膜の電気抵抗が大きくなる。その結果、図５に示すように、膜厚の増加に比例してフィルファクターが低下し、有機太陽電池の性能が低下する。
　一方、平滑化層３を有機半導体（α-ＮＰＤ）と無機化合物（ＭｏＯ３）との混合層により形成した場合、前述したように平滑化層３において電荷移動錯体が形成されるため、平滑化層３は優れたキャリア輸送能を有する。したがって、膜厚を厚くしても平滑化層３の直列抵抗はほとんど増加せず、図５に示すように、膜厚が１００ｎｍを超えてもフィルファクターは低下していない。その結果、性能を維持したまま平滑化層３の膜厚を厚くできるため、平滑化機能を向上でき、大面積化に有利となる。
　＜実施例３＞
　実施例３では、平滑化層３がα-ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層である場合（上述したケース１の有機太陽電池と同様の層構成である場合）における、変換効率のα―ＮＰＤ：ＭｏＯ３の混合比依存性を評価した。図６に評価結果を示す。
　図６に示すように、ＭｏＯ３が５％未満では変換効率が大幅に低下している。これは、ＭｏＯ３が５％未満の場合、平滑化層３中に形成される電荷移動錯体の割合が極端に少なくなり、キャリアの輸送が十分に行えないためと考えられる。したがって、平滑化層３における有機半導体と無機化合物との混合比は、無機化合物の体積比を５％以上とするのが好ましい。
　なお、前述の図３に示すケース６は、平滑化層３の材質をα―ＮＰＤ単体としているため、ＭｏＯ３が０％である。このため、平滑化層３中に電荷移動錯体が形成されず、変換効率が低下している。これに対し、ケース３では、平滑化層３がα-ＮＰＤ：ＭｏＯ３混合層であり混合比が４：１（すなわちＭｏＯ３の体積比が２０％）であるため、電荷移動錯体が十分に形成され、変換効率を大幅に改善することができている。
　以上説明した実施形態の有機太陽電池においては、光を吸収して生じた励起子をホール及び電子に分離する光電変換層５を少なくとも備える有機半導体層７を、一対の第１電極２（陽極に相当）と第２電極６（陰極に相当）との間に有する有機太陽電池において、有機半導体層７は、第１電極２上に形成され、有機半導体（α-ＮＰＤに相当）及び無機化合物（ＭｏＯ３に相当）との混合からなる平滑化層３と、平滑化層３と光電変換層５との間に形成され、水溶性導電性高分子（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに相当）からなるホール輸送層４とを備える。
　このように、ホール輸送層４を水溶性導電性高分子で構成することで、ホール輸送層４自身や、平滑化層３に含まれる有機半導体材料（α-ＮＰＤに相当）が、光電変換層５に含まれる有機溶剤に溶け出すことを防止し、有機太陽電池の健全性を維持することができる。その結果、平滑化層３の平滑化機能により、第１電極２の電極表面の突起や異物を原因とするショートや電流リークを防止することができ、且つ、光電変換層５に高分子材料を用いることにより製造方法の容易化及び低コスト化を図ることができる。さらに、平滑化層３による分離機能により、第１電極２とホール輸送層４とを分離させ、エネルギー障壁の形成を回避することができる。
　上記実施形態の有機太陽電池においては、上述した構成に加えてさらに、平滑化層３に含まれる有機半導体が、電子供与性有機半導体（α-ＮＰＤに相当）である。これにより、平滑化層３にホール輸送機能を持たせることができ、光電変換層５で発生しホール輸送層４により輸送されたホールを陽極２に円滑に輸送することができる。
　上記実施形態の有機太陽電池においては、上述した構成に加えてさらに、平滑化層３に含まれる無機化合物が、金属酸化物（ＭｏＯ３に相当）である。これにより、平滑化層３において、ホール輸送性有機半導体であるα―ＮＰＤと金属酸化物ＭｏＯ３とにより電荷移動錯体を確実に形成し、この電荷移動錯体により平滑化層３に優れたキャリア輸送性を持たせることができる。その結果、第１電極２とホール輸送層４との間に平滑化層３を挿入しても、エネルギー障壁を形成することがなく、キャリアの輸送・注入を阻害することがない。また、膜厚を厚くしても平滑化層３の直列抵抗はほとんど増加しないため、性能を維持したまま平滑化層３の膜厚を厚くできる。このため、平滑化層３による平滑化機能を向上でき、有機太陽電池の大面積化に有利となる。
　上記実施形態の有機太陽電池においては、上述した構成に加えてさらに、平滑化層３に含まれる金属酸化物がモリブデン酸化物（ＭｏＯ３に相当）である。これにより、平滑化層３において、ホール輸送性有機半導体であるα―ＮＰＤとモリブデン酸化物ＭｏＯ３とにより電荷移動錯体を確実に形成し、この電荷移動錯体により平滑化層３に優れたキャリア輸送性を持たせることができる。
　上記実施形態の有機太陽電池においては、上述した構成に加えてさらに、ホール輸送層４を構成する水溶性導電性高分子が、電子受容性置換基を有する高分子を含む１種類以上の導電性高分子（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに相当）からなる。これにより、ホール輸送層４自身や、平滑化層３に含まれる有機半導体材料（α-ＮＰＤに相当）が、光電変換層５に含まれる有機溶剤に溶け出すことを確実に防止できる。
　上記実施形態の有機太陽電池においては、上述した構成に加えてさらに、ホール輸送層４を構成する水溶性導電性高分子が、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳである。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、導電性高分子材料として市場に製品が出回っている（例えばＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ製の製品名「ＣＬＥＶＩＯＳ」）。したがって、その製品を購入して用いることで、作製者は自ら水溶性導電性高分子材料を調合等することなく、容易にホール輸送層４を形成することができる。
　なお、上記実施形態における構成は、有機太陽電池のみでなく、有機光センサーや有機撮像素子にも適用することができる。これらに適用した場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
　２　　　　　　　陽極（第１電極）
　３　　　　　　　平滑化層
　４　　　　　　　ホール輸送層
　５　　　　　　　光電変換層
　６　　　　　　　陰極（第２電極）
　７　　　　　　　有機半導体層

Claims (6)

  1. 　光を吸収して生じた励起子をホール及び電子に分離する光電変換層を少なくとも備える有機半導体層を、一対の第１電極と第２電極との間に有する有機太陽電池において、
    　前記有機半導体層は、
    　前記第１電極上に形成され、有機半導体及び無機化合物との混合からなる平滑化層と、
    　前記平滑化層と前記光電変換層との間に形成され、水溶性導電性高分子からなるホール輸送層と
    を備えることを特徴とする有機太陽電池。
  2. 　請求項１記載の有機太陽電池において、
    　前記平滑化層に含まれる前記有機半導体が、電子供与性有機半導体である
    ことを特徴とする有機太陽電池。
  3. 　請求項１記載の有機太陽電池において、
    　前記平滑化層に含まれる前記無機化合物が、金属酸化物である
    ことを特徴とする有機太陽電池。
  4. 　請求項３記載の有機太陽電池において、
    　前記金属酸化物がモリブデン酸化物である
    ことを特徴とする有機太陽電池。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の有機太陽電池において、
    　前記ホール輸送層を構成する前記水溶性導電性高分子が、電子受容性置換基を有する高分子を含む１種類以上の導電性高分子からなる
    ことを特徴とする有機太陽電池。
  6. 　請求項５記載の有機太陽電池において、
    　前記ホール輸送層を構成する前記水溶性導電性高分子が、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳである
    ことを特徴とする有機太陽電池。
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