(57)【要約】【課題】酸化インジウムスズ立体電極、その製造方法、製造装置、及びそのソーラー電池の製造方法の提供。【解決手段】酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３は、導電層３１、及び導電層３１の表面に形成する複数の酸化インジウムスズ導電ナノロッド３２を備え、酸化インジウムスズナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、10nmから1500nmで、有機ソーラー電池４に応用する最適な長さの調整可能範囲は、50nmから200nmで、立体構造を備える酸化インジウムスズ電極３は、有機光電デバイス(有機ソーラー電池、有機発光ダイオードなど)に応用され、主動層３４と電極３５との接触面積を拡大させ、電流の注入或いは導出の効率を効果的に向上させることができる。【選択図】図５
2010283313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層、複数の導電ナノロッドを備え、
前記複数の導電ナノロッドは、前記導電層の表面に形成し、
前記導電ナノロッドは、酸化インジウムスズITOナノロッドで、
しかも前記酸化インジウムスズITOナノロッドの長さの調整可能範囲は、10nmから1500nmで、
前記酸化インジウムスズITOナノロッドの直径の調整可能範囲は、10nmから120nmで、
前記酸化インジウムスズナノロッドの、前記導電層表面での形成密度の調整可能範囲は、1平方メートル当たり1×106から5×1010個であることを特徴とする酸化インジウムスズITO立体電極。
【請求項２】
前記酸化インジウムスズ立体電極は、有機ソーラー電池に応用し、
しかも前記酸化インジウムスズITOナノロッドの長さの調整可能範囲は、50nmから200nmで、
前記酸化インジウムスズITOナノロッドの直径の調整可能範囲は、30nmから50nmであることを特徴とする請求項１に記載の酸化インジウムスズITO立体電極。
【請求項３】
前記酸化インジウムスズITOナノロッドの、前記導電層表面での形成密度の調整可能範囲は、1平方メートル当たり1×108から1×1010個であることを特徴とする請求項１に記載の酸化インジウムスズITO立体電極。
【請求項４】
前記導電層は、透明導電層、金属層、導電セラミック層、半導体導電層、或いは高分子導電層であることを特徴とする請求項１に記載の酸化インジウムスズITO立体電極。
【請求項５】
前記透明導電層は、酸化インジウムスズITO、酸化インジウム亜鉛IZO、酸化アルミニウム亜鉛AZO、酸化ゲルマニウム亜鉛GZO、酸化亜鉛であることを特徴とする請求項４に記載の酸化インジウムスズITO立体電極。
【請求項６】
酸化インジウムスズ立体電極の製造方法は、以下のステップを含み、
(A)反応チャンバー、エバポレート源、基板サポート台を備えるエバポレーターを提供し、前記エバポレート源は、前記反応チャンバー内の底部に配置し、しかも前記基板サポート台は、前記反応チャンバーの頂点部に配置し、
(B)表面に導電層を備える基板を前記エバポレーターの基板サポート台にセットし、前記基板の法線方向と前記反応チャンバーの底部とに、0度から90度の角度を形成させ、
(C)表面に導電層を備える前記基板に対して、斜向エバポレーションoblique evaporationを行い、表面に酸化インジウムスズ立体電極を形成する基板を得ることを特徴とする酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項７】
前記ステップ（C）はさらに、以下を含み、
斜向エバポレーション時には、酸素とイナートガスを前記エバポレーターの反応チャンバー中に注入することを特徴とする請求項６に記載の酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項８】
前記イナートガスは、窒素であることを特徴とする請求項７に記載の酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項９】
前記酸素とイナートガスの注入量の比率は、0.5以下であることを特徴とする請求項７に記載の酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項１０】
前記ステップ(B)において、前記基板の法線方向と、前記反応チャンバーの底部とが形成する角度は、5度から85度の間であることを特徴とする請求項６に記載の酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項１１】
前記ステップ(B)において、前記基板の法線方向と、前記反応チャンバーの底部とが形成する角度は、60度から75度の間であることを特徴とする請求項１０に記載の酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項１２】
前記ステップ（C）の斜向エバポレーションは、10-6から10-3torrの圧力範囲で行なうことを特徴とする請求項６に記載の酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項１３】
前記ステップ（C）の斜向エバポレーションは、100℃から450℃の温度範囲で行なうことを特徴とする請求項６に記載の酸化インジウムスズITO立体電極の製造方法。
【請求項１４】
エバポレーターは、表面に導電材料を備える基板にエバポレーションを行い、
前記エバポレーターは、反応チャンバー、エバポレートユニット、少なくとも１個の基板サポート台を備え、
前記エバポレートユニットは、前記反応チャンバーの底部に配置し、
前記基板サポート台は、前記反応チャンバーの頂点部に配置し、しかも前記基板サポート台に基板をセットする時、前記基板の法線方向と前記反応チャンバーの底部が形成する角度を0度から90度に調整することを特徴とするエバポレーター。
【請求項１５】
有機ソーラー電池は、酸化インジウムスズITO立体電極、金属電極、主動層を備え、
前記主動層は、前記酸化インジウムスズ立体電極と前記金属電極との間に形成し、
前記酸化インジウムスズ立体電極は、導電層、及び前記導電層上に形成する複数の酸化インジウムスズナノロッドを備え、
しかも前記酸化インジウムスズナノロッドの長さの調整可能範囲は、50nmから200nmで、前記酸化インジウムスズナノロッドの直径の調整可能範囲は、30nmから50nmであることを特徴とする有機ソーラー電池。
【請求項１６】
前記有機ソーラー電池はさらに、エレクトリックホール導電層を備え、
前記エレクトリックホール導電層は、前記酸化インジウムスズITO立体電極と前記主動層との間に形成することを特徴とする請求項１５に記載の有機ソーラー電池。
【請求項１７】
前記エレクトリックホール導電層の材料は、PEDOT:PSSと呼ばれる(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンサルフォネート)Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))であることを特徴とする請求項１６に記載の有機ソーラー電池。
【請求項１８】
前記主動層の材料は、P3HT:PCBと呼ばれる(ポリ(3-ヘキシルチオフェン):[6,6]-フェニル-C61-ブチリックアシッドメチルエステル)(Poly(3-hexyl thiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)、或いはMDMO-PPV:PCBMと呼ばれる(ポリ[2-メトキシ-5-(3´,7´-ジメチルオクチロキシ)-1,4-フェニレンビニレン]:[6,6]-フェニル-C61- ブチリックアシッドメチルエステル)Poly[2-methoxy-5-(3´,7´-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene]:[6,6]-phenyl-C61- butyric acid methyl esterであることを特徴とする請求項１５に記載の有機ソーラー電池。
【請求項１９】
前記酸化インジウムスズナノロッドの、前記導電層表面での形成密度は、1平方メートル当たり1×108から1×1010個であることを特徴とする請求項１５に記載の有機ソーラー電池。
【請求項２０】
前記導電層は、透明導電層、金属層、導電セラミック層、半導体導電層、或いは高分子導電層で、透明導電層であることを特徴とする請求項１５に記載の有機ソーラー電池。
【請求項２１】
前記透明導電層は、酸化インジウムスズITO、酸化インジウム亜鉛IZO、酸化アルミニウム亜鉛AZO、酸化ゲルマニウム亜鉛GZO、酸化亜鉛Ｄであることを特徴とする請求項２０に記載の有機ソーラー電池。
【請求項２２】
有機ソーラー電池の製造方法は、以下のステップを含み、
(A)酸化インジウムスズITO立体電極の表面に主動層を形成し、前記酸化インジウムスズ立体電極は、導電層、及び前記導電層上に形成する複数の酸化インジウムスズナノロッドを備え、しかも、前記酸化インジウムスズナノロッドの長さの調整可能範囲は、50nmから200nmで、
(B)金属電極を前記主動層の表面に形成し、
(C)ステップ(B)で得られた酸化インジウムスズITO立体電極、主動層、金属電極を備える基板を、加熱アニールannealすることを特徴とする有機ソーラー電池の製造方法。
【請求項２３】
前記ステップ(C)の加熱アニールの温度は、90℃から150℃、時間は１０から１５０分であることを特徴とする請求項２２に記載の有機ソーラー電池の製造方法。
【請求項２４】
前記ステップ(A)の主動層の材料は、P3HT:PCBMと呼ばれる(ポリ(3-ヘキシルチオフェン):[6,6]-フェニル-C61-ブチリックアシッドメチルエステル)(poly(3-hexyl thiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)、或いはMDMO-PPV:PCBMと呼ばれる(ポリ[2-メトキシ-5-(3´,7´-ジメチルオクチロキシ)-1,4-フェニレンビニレン]:[6,6]-フェニル-C61- ブチリックアシッドメチルエステル)Poly[2-methoxy-5-(3´,7´-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene]:[6,6]-phenyl-C61- butyric acid methyl esterであることを特徴とする請求項２２に記載の有機ソーラー電池の製造方法。
【請求項２５】
前記ステップ(A)の前にはさらに、ステップA1を含み、
ステップ(A1)では、エレクトリックホール導電層を前記酸化インジウムスズITO立体電極と前記主動層との間に形成することを特徴とする請求項２２に記載の有機ソーラー電池の製造方法。
【請求項２６】
前記エレクトリックホール導電層の材料は、PEDOT:PSSと呼ばれるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンサルフォネート)Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)であることを特徴とする請求項２５に記載の有機ソーラー電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化インジウムスズ(ITO)立体電極、その製造方法、製造装置、及びそのソーラー電池の製造方法に関し、特に酸化インジウムスズ立体電極及びその製造方法、この酸化インジウムスズ立体電極を製造するエバポレーター、この酸化インジウムスズ立体電極を含む有機ソーラー電池、及びこの有機ソーラー電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、従来の有機ソーラー電池１の形成方法は、以下のステップを含む。先ず、ガラス基板１０上に、透明の層状酸化インジウムスズ(ITO)電極層１１を形成する(S1)。次に、回転塗布の方法で、層状酸化インジウムスズ(ITO)電極層１１上に、エレクトリックホール伝導層１２を形成する(S2)。さらに、有機高分子反応層１３を、エレクトリックホール伝導層１２上に形成する(S3)。最後に、有機高分子反応層１３上に、アルミ金属電極１４を形成する(S4)。
【０００３】
しかし、有機ソーラー電池中の有機高分子反応層１３の材料は、それ自体の安定性が低く、さらに、両側の電極層１１は共に平面層状構造であるため、有機高分子反応層１３(主動層)と電極層１１とが、信頼性の高い金属接触(Metal contact)を形成することは、非常に困難である。このため、長い間、有機ソーラー電池の効率の大幅な向上は達成されていなかった。
【０００４】
これに対して、Jason氏などが提出した酸化亜鉛ナノワイヤー色素増感ソーラー電池(ZnO nanowire-based dye-sensitized solar cell)構造は、有機金属化学気相成長法(Metalorganic Chemical Vapor Deposition、MOCVD)を使用するものである。該構造は、透明導電材料上に、樹枝状の酸化亜鉛ナノワイヤーを成長させ、これにより色素増感分子反応層との間の接触面積をより大きくし、電流のルートを増やす。
【０００５】
しかし、上記方法は、色素増感分子反応層との間の接触面積を拡大することはできるが、酸化亜鉛材料自体の安定度が低く、酸アルカリ溶液の破壊を受け易いという問題点がある。さらに、酸化亜鉛材料はそれ自体のシート電気抵抗が大きく、可視光線の透過率はわずかに80%であるため、有機ソーラー電池の効率を向上させる効果は、予期を下回る。また、それが使用する有機金属化学気相成長法(MOCVD)が必要とする設備は高価で、さらに、透明導電材料上において、樹枝状酸化亜鉛ナノワイヤーが成長するためには長い時間が必要であるため、産業上の利用効果は不良である。本発明は、従来のソーラー電池の上記した欠点に鑑みてなされたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、安定性(抗酸アルカリ性)が高く、シート電気抵抗が低く、高い可視光線透過率を備える材料(酸化インジウムスズなど)を利用し、コストが低く、形成に必要な時間が短い方法を使用し、有機光電デバイスの効率を効果的に向上させることができる酸化インジウムスズ立体電極、その製造方法、製造装置、及びそのソーラー電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は下記の酸化インジウムスズ立体電極、その製造方法、製造装置、及びそのソーラー電池の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明酸化インジウムスズ立体電極、その製造方法、製造装置、及びそのソーラー電池の製造方法は、安定性(抗酸アルカリ性)が高く、シート電気抵抗が低く、高い可視光線透過率を備える材料(酸化インジウムスズなど)を利用するため、さらにコストが低く、形成に必要な時間が短い方法を使用することで、有機光電デバイスの効率を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の有機ソーラー電池の形成ステップの概略図である。
【図２】本発明第一実施例のエバポレーターの概略図である。
【図３】本発明第一実施例の基板の法線方向と反応チャンバー底部の角度θの概略図である。
【図４】本発明第二実施例のエバポレーターの概略図である。
【図５】本発明第三実施例の酸化インジウムスズ(ITO)立体電極の概略図である。
【図６】本発明第四実施例の有機ソーラー電池の概略図である。
【図７】本発明テスト例の電力転換効率テストの結果図である。
【図８】本発明テスト例の電力転換効率テストの結果図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３は、導電層３１、複数の酸化インジウムスズナノロッド３２を備える。複数の酸化インジウムスズナノロッド３２は、導電層３１の表面に形成する。導電ナノロッド３２は、酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッドで、酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッドの長さの調整可能範囲は、10nmから1500nmである。酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッド３２の直径の調整可能範囲は、10nmから120nmである。酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッド３２の、導電層表面での形成密度の調整可能範囲は、1平方メートル当たり1×106から5×1010個である。
【００１１】
本発明の立体構造を備える酸化インジウムスズ電極は、有機光電デバイス(有機ソーラー電池、有機発光ダイオードなど)に応用され、主動層３４と電極との接触面積を拡大可能である。これにより、電流の注入或いは導出の効率を効果的に向上させることができ、電流の分布をさらに均一にすることができる。こうして、有機光電デバイス中の有機高分子主動層が、電流差異を受けて損害を受けることを回避し、有機光電デバイスの使用寿命を延長することができる。この他、酸化インジウムスズ材料は、それ自体の安定性(抗酸アルカリ性)が高く、シート電気抵抗が低く、高い可視光線透過率を備えるため、従来の酸化亜鉛材料を使用する電極の欠点を効果的に回避することができる。
【００１２】
本発明の酸化インジウムスズ立体電極中の、酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッド３２の、導電層表面での形成密度の調整可能範囲は、1平方メートル当たり1×106から5×1010個で、1平方メートル当たり1×108から1×1010個が望ましく、1平方メートル当たり5×109が最適である。
【００１３】
本発明の酸化インジウムスズ立体電極は、有機ソーラー電池、色素増感ソーラー電池(dye-sensitized solar cell、DSSC)、或いは有機発光ダイオード(OLED)などの有機光電デバイスに応用することができ、有機ソーラー電池への応用が望ましい。有機ソーラー電池に応用する時には、酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、50nmから200nmで、しかも酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッドの直径の調整可能範囲は、30nmから50nmである。
【００１４】
本発明の酸化インジウムスズ立体電極中の、導電層３１は、透明導電層、金属層、導電セラミック層、半導体導電層、或いは高分子導電層で、透明導電層が最適である。しかも、透明導電層は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化アルミニウム亜鉛 (AZO)、酸化ゲルマニウム亜鉛(GZO)、酸化亜鉛が望ましい。
【００１５】
さらに、本発明は酸化インジウムスズ立体電極の製造方法を提供する。それは以下のステップを含む。
(A)反応チャンバー２０、エバポレート源、基板サポート台２２を備えるエバポレーター２を提供する。エバポレート源は、反応チャンバー２０内の底部に配置し、しかも基板サポート台２２は、反応チャンバー２０の頂点部に配置する。
(B)表面に導電層を備える基板をエバポレーター２の基板サポート台２２にセットし、基板の法線方向と反応チャンバー２０の底部とに、0度から90度の角度を形成させる。
(C)表面に導電層を備える基板に対して、斜向エバポレーション(oblique evaporation)を行い、表面に酸化インジウムスズ立体電極を形成する基板を得る。
従来の有機金属化学気相成長技術(MOCVD)に比べ、本発明が使用する斜向エバポレーション法は、製造工程の時間を短縮可能である他、設備と材料コストを低下させることもできるため、産業上の高い利用性を備える。
【００１６】
本発明の酸化インジウムスズ立体電極の製造方法中において、ステップ（C）はさらに、以下を含むことが望ましい。斜向エバポレーション時には、酸素とイナートガスをエバポレーター２の反応チャンバー２０中に注入する。しかも、注入するイナートガスは、窒素であることが望ましい。酸素とイナートガスの注入量の比率は、0.5以下であることが望ましく、10-5から0.15が最適である。本発明は、窒素酸素調整の方法により、反応チャンバー２０中に適当な比率の窒素と酸素(或いは、窒素と酸素の混合気体)を注入すると、表面に導電層を備える基板上に、酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッドを製造することができ、これにより表面に酸化インジウムスズ立体電極を形成する基板を得ることができる。
【００１７】
本発明の酸化インジウムスズ立体電極の製造方法中において、ステップ(B)の基板の法線方向と、反応チャンバー２０の底部が形成する角度は、0度から90度の間で、必要に応じて調整が可能で、5度から85度が望ましく、60度から75度が最適である。この角度は基板表面が備える導電層の構造により調整される。
【００１８】
本発明の酸化インジウムスズ立体電極の製造方法中において、ステップ（C）の斜向エバポレーションは、10-6から10-3torrの圧力範囲で行なうことが望ましい。本発明の酸化インジウムスズ立体電極の製造方法中において、ステップ（C）の斜向エバポレーションは、100℃から450℃の温度範囲で行なうことが望ましい。
【００１９】
本発明はさらに、エバポレーター２を提供し、表面に導電材料を備える基板にエバポレーションを行なう。エバポレーター２は、反応チャンバー２０、エバポレートユニット２１、少なくとも１個の基板サポート台２２を備える。  エバポレートユニット２１は、反応チャンバー２０の底部に配置し、基板サポート台２２は、反応チャンバー２０の頂点部に配置する。基板サポート台２２に基板をセットする時、基板の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度を0度から90度に調整する。
【００２０】
エバポレーター２はさらに、回転台２９を備え、これにより基板はエバポレート源(エバポレートユニット２１)に沿って公転し、個別の基板は、自転の機能を備える。回転台２９は、基板サポート台２２と反応チャンバー２０との間に配置し、回転台２９の回転動作により、基板サポート台２２は、エバポレート源位置に相対して、変換を行なうことができる。
【００２１】
本発明はさらに、有機ソーラー電池４を提供する。有機ソーラー電池４は、酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３、主動層３４、金属電極３５を備える。主動層３４は、酸化インジウムスズ立体電極３と金属電極３５との間に形成する。酸化インジウムスズ立体電極３は、導電層３１、及び導電層３１上に形成する複数の酸化インジウムスズナノロッド３２を備える。酸化インジウムスズナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、50nmから200nmである。酸化インジウムスズ(ITO)ナノロッドの直径の調整可能範囲は、30nmから50nmである。
【００２２】
本発明の有機ソーラー電池４は、立体の酸化インジウムスズ電極を備える。よって、主動層３４と電極との接触面積を拡大可能である。これにより、電流注入或いは導出の効率を効果的に向上させることができ、電流の分布をさらに均一にし、主動層３４が損害を受ける確立を低下させることができる。すなわち、従来のソーラー電池に比べ、本発明の有機ソーラー電池は、効率がより高く、使用寿命はより長い。
【００２３】
本発明の有機ソーラー電池４はさらに、エレクトリックホール導電層３３を備えることが望ましく、それは酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３と主動層３４との間に形成する。エレクトリックホール導電層３３の材料は、PEDOT:PSSと呼ばれるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンサルフォネート)Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)が望ましいが、これに限定しない。
【００２４】
本発明有機ソーラー電池４中の主動層３４の材料は、P3HT:PCBと呼ばれる(ポリ(3-ヘキシルチオフェン):[6,6]-フェニル-C61-ブチリックアシッドメチルエステル)(Poly(3-hexyl thiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester、或いはMDMO-PPV:PCBMと呼ばれる(ポリ[2-メトキシ-5-(3´,7´-ジメチルオクチロキシ)-1,4-フェニレンビニレン]:[6,6]-フェニル-C61- ブチリックアシッドメチルエステル)Poly[2-methoxy-5-(3´,7´-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene]:[6,6]-phenyl-C61- butyric acid methyl esterが望ましいが、これに限定しない。
【００２５】
本発明の有機ソーラー電池４中の酸化インジウムスズ(ITO)立体電極の酸化インジウムスズナノロッド３２の、導電層３１表面での形成密度は、1平方メートル当たり1×108から5×1010個が望ましく、1平方メートル当たり5×109個が最適である。
【００２６】
本発明の有機ソーラー電池４中の酸化インジウムスズ(ITO)立体電極の導電層３１は、透明導電層、金属層、導電セラミック層、半導体導電層、或いは高分子導電層で、透明導電層が最適であるが、これに限定しない。しかも、透明導電層は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化アルミニウム亜鉛 (AZO)、酸化ゲルマニウム亜鉛(GZO)、酸化亜鉛が望ましいが、これに限定しない。
【００２７】
本発明は、有機ソーラー電池の製造方法を提供し、それは、以下のステップを含む。
(A)酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３の表面に主動層３４を形成する。酸化インジウムスズ立体電極３は、導電層３１、及び導電層３１上に形成する複数の酸化インジウムスズナノロッド３２を備える。しかも、酸化インジウムスズナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、50nmから200nmである。
(B)金属電極３５を主動層３４の表面に形成する。
(C)ステップ(B)で得られた酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３、主動層３４、金属電極３５を備える基板を、加熱アニール(anneal)する。
本発明有機ソーラー電池の製造方法の特徴は、ステップ(C)に在る。ステップ(C)の加熱アニールの製造工程は、主動層３４(有機高分子反応層)の電荷トンネル形成を助け、電荷伝導の収集を拡大し、これにより有機ソーラー電池の効率を向上させることができる。
【００２８】
本発明の有機ソーラー電池の製造方法において、ステップ(C)の加熱アニールの温度は、90℃から150℃が望ましく、その時間は10分から150分が望ましい。
【００２９】
本発明の有機ソーラー電池の製造方法において、ステップ(A)の主動層３４材料は、P3HT:PCBMと呼ばれる(ポリ(3-ヘキシルチオフェン):[6,6]-フェニル-C61-ブチリックアシッドメチルエステル)(poly(3-hexyl thiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester、或いはMDMO-PPV:PCBMと呼ばれる(ポリ[2-メトキシ-5-(3´,7´-ジメチルオクチロキシ)-1,4-フェニレンビニレン]:[6,6]-フェニル-C61- ブチリックアシッドメチルエステル)Poly[2-methoxy-5-(3´,7´-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene]:[6,6]-phenyl-C61- butyric acid methyl esterが望ましいが、これに限定しない。
【００３０】
本発明の有機ソーラー電池の製造方法において、ステップ(A)の前にはさらに、ステップ(A1)を含むことが望ましい。ステップ(A1)では、エレクトリックホール導電層３３を酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３と主動層３４との間に形成する。エレクトリックホール導電層３３の材料は、PEDOT:PSSと呼ばれるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンサルフォネート)Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)が望ましいが、これに限定しない。
【００３１】
以下に、特定の具体的実施例により、本発明の実施方式について説明する。本説明書中の各項細説は、異なる観点と応用に基づくことができ、本発明の精神を離れずに、各種修飾と変更を行なうことができる。実施例は説明の便のために、挙げるものである。
【実施例１】
【００３２】
図２に示すように、本実施例の表面に導電材料を備える基板にエバポレーションを行なうエバポレーター２は、反応チャンバー２０、エバポレートユニット２１、少なくとも１個の基板サポート台２２、窒素供給弁２３、酸素供給弁２４、吸気管２５、加熱器２６、温度計２７を備える。エバポレートユニット２１は、反応チャンバー２０の底部に配置し、基板サポート台２２は、反応チャンバー２０の頂点部に配置する。基板サポート台２２に基板２８をセットする時(図３参照)、基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部は、0度から90度の角度θを形成する。
【実施例２】
【００３３】
図４に示すように、本実施例の表面に導電材料を備える基板にエバポレーションを行なうエバポレーター２は、第一実施例のエバポレーター２と相同の特徴を備える他に、本実施例のエバポレーター２はさらに、回転台２９を備える。回転台２９は、基板サポート台２２と反応チャンバー２０の頂点部との間に配置し、回転台２９の回転動作により、基板サポート台２２は、反応チャンバー２０内において、基板サポート台２２は、エバポレートユニット２１位置に相対して、公転変換を行なうことができる。
【実施例３】
【００３４】
図２に示すように、第一実施例のエバポレーター２を使用して、本実施例の酸化インジウムスズ立体電極３を製造する。
図２、図３に同時に示すように、それは以下のステップを含む。
(A)表面に導電層を備える基板２８を、反応チャンバー２０内の基板サポート台２２にセットし、基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部とに、0度から90度(5度から85度が望ましく、60度から75度が最適)の角度θを形成させ、本実施例の角度θは67度である。
(B)窒素供給弁２３と酸素供給弁２４からそれぞれ窒素と酸素を注入する。注入した酸素と窒素の流量の比率は、0.5以下であることが望ましく、反応チャンバー２０内の気圧は、10-6から10-3torrの圧力範囲に維持し、反応チャンバー２０内の温度は、100℃から450℃の範囲に制御する。次に、表面に導電層を備える基板２８に対して、斜向エバポレーション(oblique evaporation)を行い、表面に酸化インジウムスズ立体電極３を形成する基板を得る。本実施例ステップ(A)中の基板２８表面の導電層は、酸化インジウムスズ(ITO)を使用するが、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化アルミニウム亜鉛 (AZO)、酸化ゲルマニウム亜鉛(GZO)、酸化亜鉛などの透明導電層、金属層、導電セラミック層、半導体導電層、或いは高分子導電層で、透明導電層が最適であるが、これに限定しない。
【００３５】
本発明が使用する斜向エバポレーション法は、従来の有機金属化学気相成長技術(MOCVD)に比べ、製造工程の時間を短縮可能である他、設備と材料コストを低下させることもできるため、産業上の高い利用性を備える。
【００３６】
図５に示すように、本実施例により得られる酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３(基板３０上に形成)は、導電層３１、及び導電層３１上に形成する複数の酸化インジウムスズナノロッド３２を備える。SEMの結果より明らかなように、酸化インジウムスズナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、10nmから1500nmで、直径の調整可能範囲は、10nmから120nmである。酸化インジウムスズナノロッド３２の、導電層３１表面での形成密度の調整可能範囲は、1平方メートル当たり1×106から5×1010個が望ましい。
【００３７】
本発明の立体構造を備える酸化インジウムスズ電極は、有機光電デバイス(有機ソーラー電池、色素増感ソーラー電池、有機発光ダイオードなど)に応用することができ、主動層と電極との接触面積を拡大することができ、電流の注入或いは導出の効率を効果的に高め、電流の分布をさらに均一にすることができ、これにより有機光電デバイス中の有機高分子主動層が、電流差異を受けて損害を受けることを回避し、有機光電デバイスの使用寿命を延長することができる。有機ソーラー電池に応用する時には、酸化インジウムスズナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、50nmから200nmで、直径の調整可能範囲は、30nmから50nmである。この他、酸化インジウムスズ材料は、それ自体の安定性(抗酸アルカリ性)が高く、シート電気抵抗が低く、高い可視光線透過率を備えるため、従来の酸化亜鉛材料を使用する電極の欠点を効果的に回避することができる。
【実施例４】
【００３８】
基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度θを９.５度の角度に調整する以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で酸化インジウムスズ立体電極を製造する。しかしながら、角度θの選択は基板が具える導電層の構造により調整する。
【実施例５】
【００３９】
基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度θを１４度の角度に調整する以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で酸化インジウムスズ立体電極を製造する。しかしながら、角度θの選択は基板が具える導電層の構造により調整する。
【実施例６】
【００４０】
基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度θを２４.５度の角度に調整する以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で酸化インジウムスズ立体電極を製造する。しかしながら、角度θの選択は基板が具える導電層の構造により調整する。
【実施例７】
【００４１】
基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度θを３８度の角度に調整する以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で酸化インジウムスズ立体電極を製造する。しかしながら、角度θの選択は基板が具える導電層の構造により調整する。
【実施例８】
【００４２】
基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度θを４３度の角度に調整する以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で酸化インジウムスズ立体電極を製造する。しかしながら、角度θの選択は基板が具える導電層の構造により調整する。
【実施例９】
【００４３】
基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度θを７７度の角度に調整する以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で酸化インジウムスズ立体電極を製造する。しかしながら、角度θの選択は基板が具える導電層の構造により調整する。
【実施例１０】
【００４４】
基板２８の法線方向と反応チャンバー２０の底部が形成する角度θを８５度の角度に調整する以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で酸化インジウムスズ立体電極を製造する。しかしながら、角度θの選択は基板が具える導電層の構造により調整する。
【実施例１１】
【００４５】
斜向エバポレーション(oblique evaporation)が進行する時間を適当に調整することが必要である以外、実施例３に述べた相同条件及び方法で本実施例の有機ソーラー電池が使用する酸化インジウムスズ立体電極を製造し、得られた酸化インジウムスズ(ITO)立体電極中、酸化インジウムスズナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、50nmから200nmで、直径の調整可能範囲は、30nmから50nmである。
【実施例１２】
【００４６】
本実施例では、第１１実施例で得られた酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３を用い、有機ソーラー電池４を製造する。
【００４７】
図６に示すように、以下のステップを備える。
(A1)エレクトリックホール導電層３３を酸化インジウムスズ立体電極３表面に形成する。
(A )主動層３４をエレクトリックホール導電層３３上に形成する。
(B )アルミニウム金属電極３５を主動層３４の表面に形成する。
(C )ステップ(B)で得られた上方に酸化インジウムスズ立体電極３、主動層３４、アルミニウム金属電極３５を備える基板を、90℃から150℃の温度でアニール(anneal)する。その時間は、10分から150分の範囲である。こうして本実施例の有機ソーラー電池４を完成する。
本発明の有機ソーラー電池製造のステップにおいて、加熱アニールの製造工程は、主動層３４(有機高分子反応層)の電荷トンネル形成を助け、電荷伝導の収集を拡大し、これにより有機ソーラー電池の効率を向上させることができる。
【００４８】
本実施例中では、主導層３４の材料は、P3HT:PCBMと呼ばれる(ポリ(3-ヘキシルチオフェン):[6,6]-フェニル-C61-ブチリックアシッドメチルエステル)(Poly(3-hexyl thiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester、或いはMDMO-PPV:PCBMと呼ばれる(ポリ[2-メトキシ-5-(3´,7´-ジメチルオクチロキシ)-1,4-フェニレンビニレン]:[6,6]-フェニル-C61- ブチリックアシッドメチルエステル)Poly[2-methoxy-5-(3´,7´-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene]:[6,6]-phenyl-C61- butyric acid methyl esterが望ましいが、これに限定しない。
エレクトリックホール導電層３３の材料は、PEDOT:PSSと呼ばれるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンサルフォネート)Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)が望ましいが、これに限定しない。
【００４９】
図６に示すように、本実施例で得られた有機ソーラー電子４は、酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３、金属電極３５、エレクトリックホール導電層３３、主動層３４を備える。主動層３４は、酸化インジウムスズ立体電極３と金属電極３５との間に形成する。エレクトリックホール導電層３３は、酸化インジウムスズ立体電極３と主動層３４との間に形成する。酸化インジウムスズ立体電極３は、導電層３１、及び導電層３１上に形成する複数の酸化インジウムスズナノロッド３２を備える。しかも、酸化インジウムスズナノロッド３２の長さの調整可能範囲は、500nmから200nmで、直径の調整可能範囲は、30nmから50nmである。酸化インジウムスズナノロッド３２の、導電層３１表面での形成密度の調整可能範囲は、1平方メートル当たり1×108から1×1010個が望ましい。
【００５０】
テスト例：電力転換効率テスト
第三実施例で得られた酸化インジウムスズ(ITO)立体電極３と従来の層状構造ITO電極を用い、電力転換効率(PCE、power conversion efficiency)テストを行なった。その結果を、図７、８、及び以下の表１に示す。
【表１】
2010283313.tif 000003
【００５１】
図７、８及び表１の結果に示すように、本発明の酸化インジウムスズ立体電極３は、同様の電圧では、より大きな電流を得ることができる。しかも、電力転換効率テストの結果に明らかなように、電力転換効率は従来の層状構造ITO電極より高い。よって、本発明の酸化インジウムスズ立体電極酸化インジウムスズ立体電極３は、最適な電機性能を確実に達成することができる。
【００５２】
本発明の有機ソーラー電池４は、立体の酸化インジウムスズ電極を備えるため、主動層３４と電極との接触面積を拡大可能である。これにより、電流注入或いは導出の効率を効果的に向上させることができ、電流の分布をさらに均一にし、主動層３４が損害を受ける確立を低下させることができる。すなわち、従来のソーラー電池に比べ、本発明の有機ソーラー電池は、効率がより高く、使用寿命はより長い。
【００５３】
上記の本発明名称と内容は、本発明技術内容の説明に用いたのみで、本発明を限定するものではない。本発明の精神に基づく等価応用或いは部品（構造）の転換、置換、数量の増減はすべて、本発明の保護範囲に含むものとする
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は特許請求の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。
【符号の説明】
【００５５】
１  有機ソーラー電池
１０  基板
１１  電極層
１２  エレクトリックホール伝導層
１３  有機高分子反応層
１４  アルミ金属電極
２  エバポレーター
２０  反応チャンバー
２１  エバポレートユニット
２２  基板サポート台
２３  窒素供給弁
２４  酸素供給弁
２５  吸気管
２６  加熱器
２７  温度計
２８  基板
２９  回転台
３  酸化インジウムスズ(ITO)立体電極
３０  基板
３１  導電層
３２  酸化インジウムスズナノロッド
３３  エレクトリックホール導電層
３４  主動層
３５  アルミニウム金属電極
４  有機ソーラー電池
θ  角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010283313.tif 000008
【図６】
2010283313.tif 000009
【図７】
2010283313.tif 000010
【図８】
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