(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電極（２）および１つの対極（６）、ならびに電極（２）と対極（６）との間の、主要成分として化合物ＥＷＧ−Ｄ−ＥＷＧを含有する（式中、ＥＷＧは、伸長したドナーブロックＤに対して電子吸引性特性を有する）少なくとも１つの有機感光層（４）を備えた光電子工学部品において、伸長したドナーブロックＤが最大９個の共役二重結合を直鎖状に連続して有し、複素環式５員環および／またはそこから縮合した同種もしくは異種の系および／またはビニレンから構成されており、ドナーブロックＤが少なくとも１つの置換基を有し、ここで、非共有結合性架橋が、空間的に近接するＳ−Ｏ、Ｓ−Ｆ、Ｓ−Ｎ、Ｓｅ−Ｏ、Ｓｅ−Ｎ、Ｓｅ−Ｆ、Ｎ−Ｏ、Ｏ−Ｐから成る群から選択される原子団間の相互の引力を介して形成されることを特徴とする光電子工学部品。
【請求項２】
伸長したドナーブロックＤの複素環式５員環が、互いに独立にチオフェン、セレノフェン、フランまたはピロールおよび／またはそこから縮合した同種もしくは異種の系から選択されていることを特徴とする、請求項１に記載の部品。
【請求項３】
伸長したドナーブロックＤの少なくとも１つの置換基が、π電子を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一つに記載の部品。
【請求項４】
伸長したドナーブロックＤの少なくとも１つの置換基が、エーテル、チオエーテル、アミンの群、または置換もしくは無置換の、４〜１０個の原子を有する芳香族化合物もしくは複素環芳香族化合物、またはα位に少なくとも１つの二重結合を有するアルケニルから選択されているか、あるいは２つの隣接する置換基の場合には、これらの置換基が複素環式５、６または７員環を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の部品。
【請求項５】
伸長したドナーブロックＤが、少なくとも５つの共役二重結合を直鎖状に連続して有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の部品。
【請求項６】
伸長したドナーブロックにおいて、少なくとも５つの直鎖状共役二重結合が共有化学結合または非共有化学結合を介して架橋されており、ただし、この架橋が、それぞれジエンの１、４−位を介して形成されており、少なくとも１つの原子を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の部品。
【請求項７】
伸長したドナーブロックが少なくとも２つの共有結合性架橋を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の部品。
【請求項８】
伸長したドナーブロックにおいて、少なくとも１つの共有結合性架橋を介して５員環が形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の部品。
【請求項９】
共有結合性架橋が、Ｓ、Ｓｅ、Ｏ、ＮＲ、ＣＲ２、環外二重結合を有するＣ＝ＣＲ２、Ｂ−Ｒ、Ｐ−ＲおよびＰ（Ｏ）Ｒを介して形成されており、式中、ＲはＨ、直鎖状もしくは分岐状アルカン、または置換もしくは無置換アレーンであって、架橋を介して５員環が形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の部品。
【請求項１０】
伸長したドナーブロックＤに対して電子吸引性の基ＥＷＧが、少なくとも１つのシアノ置換基もしくはフッ素置換基、またはプロ芳香族チオフェン単位もしくはキノイドチオフェン単位を有する分子断片から選択されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の部品。
【請求項１１】
伸長したドナーブロックＤに対して電子吸引性の基ＥＷＧが、Ｒ１＝Ｈ、ＣＮおよびＲ２＝Ｈ、ＣＨ３、ＣＮの
【化１】
0005886280.tif 000015
、
【化２】
0005886280.tif 000016
から選択されており、式中、Ｄは、伸長したドナーブロックＤへの結合箇所を表し、Ｒは、分岐状もしくは直鎖状のＣ１〜Ｃ８−アルキルから選択される置換基であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの電極および１つの対極、ならびに電極と対極との間の、少なくとも１つの置換基を有する一般式ＥＷＧ−Ｄ−ＥＷＧの化合物を含有する少なくとも１つの有機層を備えた単セル、タンデムセルまたはマルチセルからなる光電子工学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機太陽電池に関する研究および開発は、特に最近の１０年間に非常に進歩した。いわゆる「小分子」に関してこれまで報告されている最大の効率は５．７％付近にある［Ｊｉａｎｇｅｎｇ  Ｘｕｅ、Ｓｏｉｃｈｉ  Ｕｃｈｉｄａ、Ｂａｒｒｙ  Ｐ．  ＲａｎｄおよびＳｔｅｐｈｅｎ  Ｒ．  Ｆｏｒｒｅｓｔ、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ８５（２００４）５７５７（非特許文献１）］。小分子とは、本発明の趣旨では、１００〜２０００グラム／モルの質量範囲の単分散非高分子量有機分子と理解される。それによると、これまでは、１０〜２０％という無機太陽電池に典型的な効率を達成することはまだできなかった。しかしながら、有機太陽電池は、無機太陽電池と同じ物理的制限を受けるため、相応の開発作業に基づくと、少なくとも理論的には類似の効率を見込むことができるはずである。
【０００３】
有機太陽電池は、好ましくは真空蒸着または溶液からスピンコーティングされる有機材料の一連の薄層（典型的にはそれぞれ１ｎｍ〜１μｍの厚さである）からなる。電気的接触は、金属層、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）および／または透明導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ、ＰＡＮＩ）により行うことが可能である。
【０００４】
太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。この趣旨では、「光活性」という概念は、光エネルギーの、電気エネルギーへの変換と理解される。無機太陽電池とは異なり、有機太陽電池の場合には、光によって直接に自由電荷担体が生成するのではなく、まず励起子、つまり電気的に中性な励起状態（結合電子正孔対）が生じる。第２ステップではじめてこの励起子が自由電荷担体へと分離され、次いで自由電荷担体が電流に寄与する。
【０００５】
そのような有機ベース部品の、従来の無機ベース部品（ケイ素、ヒ化ガリウムのような半導体）に対する利点は、部分的に極端に高い光吸収係数（最高２ｘ１０５ｃｍ−１）であって、この高い光吸収係数は、たった数ナノメートルの厚さの効率的な吸収層を製造することを可能とするため、わずかな材料コストおよびエネルギーコストで非常に薄い太陽電池を製造する可能性が提供される。さらなる技術的側面は、低いコスト（使用される有機半導体材料はかなり大量に製造すると非常に安上がりである）、プラスチックフィルム上にフレキシブルな大面積の部品を製造する可能性、ならびに有機化学のほぼ無限の変形可能性および無限の使用可能性である。
【０００６】
製造プロセスにおいて高温が必要とされないため、有機太陽電池を、フレキシブルであると同様に大面積の部品として、安価な基板、例えば金属フィルム、プラスチックフィルムまたはプラスチック織物上に製造することが可能である。このことは、従来の太陽電池には閉ざされたままである新たな適用領域を確立する。様々な有機化合物の数はほぼ無限であるため、材料は、それぞれの課題に合わせて仕立てることができる。
【０００７】
文献においてすでに提案された、有機太陽電池を実現する１つの可能性は、以下の層構造を有するｐｉｎ型ダイオードに存在する［Ｍａｒｔｉｎ  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ、「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｄｏｐｉｎｇ  ｏｆ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｃｕｕｍ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｄｙｅ  ｌａｙｅｒｓ：  ｂａｓｉｃｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＰｈＤ  ｔｈｅｓｉｓ  ＴＵ−Ｄｒｅｓｄｅｎ、１９９９（非特許文献２）］：
０．担体、基板、
１．基底接触部（Ｇｒｕｎｄｋｏｎｔａｋｔ）、たいていの場合、透明、
２．（複数の）ｐ層、
３．（複数の）ｉ層、
４．（複数の）ｎ層、
５．上部接触部（Ｄｅｃｋｋｏｎｔａｋｔ）。
【０００８】
その際、ｎないしｐは、熱平衡状態における自由電子ないし正孔の密度上昇をもたらすｎ型ないしｐ型ドーピングを意味する。この趣旨では、このような層は、根本的には輸送層と理解され得る。それに対して、ｉ層という名称は、ドーピングされていない層（真性層）を意味する。その際、１つ以上のｉ層は、１つの材料からなる層でも２つの材料からなる混合物（いわゆる相互貫入ネットワーク）でもあり得る。しかしながら、無機太陽電池とは異なり、有機半導体中の電荷担体対は、吸収後に自由に存在するのではなく、相互引力のあまり激しくはない減衰の結果として、準粒子、いわゆる励起子を形成する。励起子中に存在するエネルギーを、電気エネルギーとして利用可能にするためには、この励起子を自由電荷担体に分離しなくてはならない。有機太陽電池では励起子を分離するために十分に高い場が提供されていないため、励起子分離は、光活性界面において遂行される。光活性界面は、有機ドナー／アクセプター界面として［Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ４８（１９８６）１８３（非特許文献３）］、または無機半導体への界面として［Ｂ．  Ｏ’Ｒｅｇａｎ、Ｍ．  Ｇｒｔｚｅｌ、Ｎａｔｕｒｅ  １９９１、３５３、７３７（非特許文献４）］特徴付けられていてもよい。励起子は、拡散により、そのような活性界面に到達し、そこで電子と正孔が互いに分離される。この活性界面は、ｐ（ｎ）層とｉ層との間、ないし２つのｉ層間に位置してもよい。組み込まれた、太陽電池の電場において、電子はｎ型領域へ、正孔はｐ型領域へと搬出される。輸送層は、好適には、バンドギャップの大きい（ワイドギャップ（ｗｉｄｅ−ｇａｐ））透明材料、または十分に透明な材料である。その際、その吸収極大が＜４５０ｎｍの波長範囲、好ましくは＜４００ｎｍ付近に位置する材料をワイドギャップ材料と呼ぶ。
【０００９】
光により常にまず励起子が生み出され、自由電荷担体はまだ生み出されないことから、有機太陽電池では、活性界面への励起子の、再結合の少ない拡散が決定的に重要である。したがって、光電流に寄与するためには、優れた有機太陽電池の場合は、光の主要部分が利用され得るように、励起子拡散長が、光の典型的な侵入深度を明らかに上回る必要がある。構造上および化学的純度に関して完全な有機結晶または薄膜は、確実にこの基準を満たす。もっとも、大面積で適用するためには、有機単結晶材料の使用は不可能であって、構造上の十分な完全性を有する多層の製造は、これまでのところまだ非常に難しい。
【００１０】
ｉ層が混合層である場合には、光吸収の任務は、成分の一方のみかまたは両方とものいずれかが担う。混合層の利点は、発生した励起子が、その励起子が分離されるドメイン境界に到達するまでに非常に短い行程しか進む必要がないということである。電子ないし正孔の搬出は、それぞれの材料の中で別々に行われる。混合層中においては至る所で材料が互いに接触しているため、このコンセプトにおいては、分離された電荷がそれぞれの材料上で長い寿命を有し、どの場所からも両方の電荷担体種に関してそれぞれの接触部に向かって閉じたパーコレーション経路が存在するということが決定的である。この閉じたパーコレーション経路は、通例は、混合層中におけるある種の相分離によって実現される、つまり両方の成分は、完全に混合されているのではなく、それぞれ１つの材料からなる（好ましくは結晶質の）ナノ粒子が混合層中に存在する。この部分的な離溶を相分離と呼ぶ。
【００１１】
そのように生成した自由電荷担体を、接触部へと運ぶことができる。消費者による接触部の結合によって電気エネルギーが利用可能である。その際、特に重要であるのは、有機材料のバルク中で生成される励起子が、この光活性界面へと拡散できることである。
【００１２】
したがって、励起子の、再結合の少ない、活性界面への拡散が、有機太陽電池では決定的に重要である。したがって、光電流に寄与するためには、優れた有機太陽電池の場合は、光の主要部分が利用され得るように、励起子拡散長が、少なくとも、光の典型的な侵入深度の範囲にある必要がある。その際、すでに言及された可能な高吸収係数は、特に薄い有機太陽電池を製造するために、特に有利である。
【００１３】
それにもかかわらず、構造上および化学的純度に関してできる限り完全な有機結晶または整列した薄膜を生み出すことも重要であり、それというのも、これらの結晶および薄膜は、励起子に関しても電荷担体に関しても最高の移動度を有するからである。しかしながら、大きめの有機結晶は、一方では製造が困難であり他方では機械的に不安定であることから、大面積の適用には不適切である。したがって、有機太陽電池の開発においては、定められた、分子の短範囲規則性を有する有機薄膜の製造が特に重要な課題である。
【００１４】
その際、分子のこの短範囲規則性は、励起子の損失の少ない輸送にも、自由電荷担体への励起子が分離した後では電子ないし正孔の輸送にも役立つ。したがって、この有機吸収層における電荷担体の高い移動度が、その有機吸収層の有用性のためのさらなる前提条件である。その際、特に有利であるのは、２つの異なる有機成分からなる有機混合層において、それらの成分の一方が好ましくは電子伝導性であって、他方の成分が好ましくは正孔伝導性であるケースである。
【００１５】
励起子拡散長を大きくする代わりに、次の界面までへの平均距離を短くすることもできる。このことは、非常に薄い吸収層（典型的な層厚がおよそ１０ｎｍ）の使用によって行われ得る。しかしながら、その際、入射光の部分的な吸光しか達成されないことが、有機太陽電池の、これまでは不十分な効率の本質的な理由である。
【００１６】
国際公開第００／３３３９６号（特許文献１）からは、吸収層における２つの有機材料のいわゆる相互貫入ネットワークの形成が公知である。１つの層が、コロイド状に溶解した１つの物質を含有し、この物質は、バルク材料（Ｖｏｌｕｍｅｎｍａｔｅｒｉａｌ）中において２つのネットワークが形成されるように分配されており、このネットワークがそれぞれにつき電荷担体用の閉じた伝導経路を有するため、各電荷担体種（正孔および電子）は、それぞれ１つの材料の、閉じた伝導経路上において外側接触部へと非常に損失が少なく流れることができる（パーコレーション機構）。光吸収の任務を担うのは、そのようなネットワークでは、成分の一方のみかまたは両方とものいずれかである。この混合層の利点は、発生した励起子が、その励起子が分離されるドメイン境界に到達するまでに非常に短い行程しか進む必要がないということである。電子ないし正孔の搬出は、別々に行われる。混合層中においては至る所で材料が互いに接触しているため、このコンセプトにおいては、分離された電荷がそれぞれの材料上で長い寿命を有し、どの場所からも両方の電荷担体種に関してそれぞれの接触部に向かって閉じたパーコレーション経路が存在するということが決定的である。このアプローチにより、ポリマー太陽電池において、２．５％の効率を達成することができた［Ｃ．  Ｊ．  Ｂｒａｂｅｃ  ｅｔ  ａｌ．、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １１（２００１）１５（非特許文献５）］。
【００１７】
有機太陽電池の特性を実現ないし改善するためのさらなる公知のアプローチを以下に列挙する：
有機層によりショットキー障壁が形成されるように、一方の接触金属は大きな仕事関数を有し、他方の接触金属は小さな仕事関数を有すること［米国特許第４１２７７３８号（特許文献２）］。
【００１８】
活性層が、ゲルまたはバインダー中の有機半導体からなること［米国特許第０３８４４８４３号（特許文献３）、米国特許第０３９００９４５号（特許文献４）、米国特許第０４１７５９８１号（特許文献５）および米国特許第０４１７５９８２号（特許文献６）］。
【００１９】
電荷担体輸送を担う小さな粒子（サイズ０．０１〜５０μｍ）を含有する輸送層の製造［米国特許第５９６５０６３号（特許文献７）］。
【００２０】
１つの層が、異なるスペクトル特性を有する２種以上の有機顔料を含有すること［特許第０４０２４９７０号（特許文献８）］。
【００２１】
１つの層が、電荷担体を産生する顔料に加えて、電荷担体を搬出する材料を含有すること［特許第０７１４２７５１号（特許文献９）］。
【００２２】
電子アクセプターとしての炭素粒子を含有する、ポリマーベースの太陽電池［米国特許第０５９８６２０６号（特許文献１０）］。
【００２３】
多層太陽電池中での輸送特性を改善するための、前記混合系のドーピング［独国特許第１０２０９７８９号Ａ１（特許文献１１）］。
【００２４】
個々の太陽電池の相互積層（タンデムセル）［米国特許第０４４６１９２２号（特許文献１２）、米国特許第０６１９８０９１号（特許文献１３）および米国特許第０６１９８０９２号（特許文献１４）］
。
【００２５】
バンドギャップの広い、ドーピングされた輸送層を備えるｐ−ｉ−ｎ型構造の使用によりタンデムセルをさらに改善することができる［独国特許第１０２００４０１４０４６号Ａ１（特許文献１５）］。
【００２６】
相互貫入ネットワークにおける前記の利点にもかかわらず、混合層中では電子に関しても正孔に関してもそれぞれの接触部に向かって閉じた輸送経路が存在しなくてはならないということに決定的な点の本質が存在する。加えて、個々の材料がそれぞれ混合層の一部しか満たさないため、純粋な層と比べて、それぞれの電荷担体種（電子および正孔）に関する輸送特性が明らかに悪化する。
【００２７】
ポリマー材料に関しては、前記の相互貫入ネットワークにほぼ等しい混合系がすでに見出された。つまり、Ｍａ、Ｈｅｅｇｅｒと共同研究者（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １５（２００５）１６１７〜１６２２頁中）（非特許文献６）は、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭからなる活性層を有するポリマー太陽電池について報告しており、この活性層では、ポリマー中において、５％の効率を有する太陽電池をもたらす相互貫入ネットワークが形成されるように、活性層が熱処理によって修飾される。その際、Ｐ３ＨＴは、ポリ（３−アルキル−チオフェン）（Ｐ３ＡＴ）系列のポリマーである、ポリ（３−ヘキシル−チオフェン）を意味する。この研究においては、ネットワーク形成の証明は、Ｘ線回折および透過型電子顕微鏡によって行われた。同じく、ポリマー混合物Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭを使用して、Ｙａｎｇ  Ｙａｎｇのグループは、適した成長率の選択を介しても、最高３．６％の太陽電池効率を可能にする好ましい分子配置の形成が起こり得ることを示すことができた（Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ４（２００５）８６４）（非特許文献７）。その際に効果的に使用されるポリマーＰ３ＨＴは、３位の炭素原子に付加されたヘキシル鎖を有するポリチオフェンである。つまり、６Ｃ原子長の側鎖が使用される。
【００２８】
したがって、整列した分子構造の形成は、有機太陽電池にとって最も重要である。その際、問題設定は有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）での問題設定に類似する。もっとも、ＯＦＥＴと太陽電池の相違点は以下である：ＯＦＥＴは、好ましい電荷担体輸送を、基板に平行に行うべきである。それに対して、太陽電池は、その電荷担体を、基板に対して垂直にできるだけ迅速かつ損失が少なく、通常は平面的に形成された外側電極に渡すべきであり、その際、頻繁に利用される配置においては、吸収層と電極との間に電荷輸送層が挿入されている。このことから、太陽電池の分子構造もまたＯＦＥＴの分子構造とは異なっているものであると推論することができる。
【００２９】
有機真性層を改善するためには異なるアプローチが公知である：
国際公開第００２００６０９２１３４号Ａ１（特許文献１６）では、アクセプター・ドナー・アクセプター構成を有する化合物が開示されており、ただし、ドナーブロックは伸長したπ系を有する。
【００３０】
独国特許第６０２０５８２４号Ｔ２（特許文献１７）では、別の芳香族化合物とπ系を形成する上に両側においてアルキル基によって取り囲まれているチエノチオフェン誘導体、および有機半導体におけるその使用が開示される。
【００３１】
国際公開第２００９／１０５０４２号（特許文献１８）では、チエノチオフェンがポリマー鎖に一緒に挿入されたポリチオフェンが開示される。国際公開第２００９／１０５０４２号（特許文献１８）では、ポリチオフェンは、Ｃ原子８〜２０個を有する長めのアルキル側鎖をもつ。
【００３２】
国際公開第２００９０５１３９０号（特許文献１９）では、色素感受性の太陽電池において使用するために、チオフェンをベースとするアクセプター・ドナー型色素が開示される。
【００３３】
米国特許第２００９／０２２１７４０号Ａ１（特許文献２０）では、縮合されたチオフェン・ピロール・チオフェンがコポリマー中での繰り返し単位として、有機太陽電池で使用するために記載される。
【００３４】
ポリマーを使用する際の不利点は、特に、ポリマーを用いてコーティングするためには溶液中で作業される必要があるため、小分子を使用する際のような真空コーティング技術の使用が不可能であることに存在する。さらに、溶液からコーティングする際には、均一なモル質量分布に関して問題が生じる。もう１つの問題は、モノマーの順番に関するわずかな変形可能性である。この場合、一般的には、１〜２個のモノマー単位が、様々な重合法によってコポリマーに結合され、モル質量分布は、重合の種類および使用されるモノマー単位の割合に依存する。その上、２つのモノマー単位への限定により、変形可能性がほとんどもたらされない。これに対応することが、有機部品において使用されるポリマーにも当てはまる。
【００３５】
過去３年の間に、様々なアプローチにより、有機太陽電池に関して着実に改善された効率を報告することができた。それにもかかわらず、目下のところ達成されている効率は、市販での使用には十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】国際公開第００／３３３９６号
【特許文献２】米国特許第４１２７７３８号
【特許文献３】米国特許第０３８４４８４３号
【特許文献４】米国特許第０３９００９４５号
【特許文献５】米国特許第０４１７５９８１号
【特許文献６】米国特許第０４１７５９８２号
【特許文献７】米国特許第５９６５０６３号
【特許文献８】特許第０４０２４９７０号
【特許文献９】特許第０７１４２７５１号
【特許文献１０】米国特許第０５９８６２０６号
【特許文献１１】独国特許第１０２０９７８９号Ａ１
【特許文献１２】米国特許第０４４６１９２２号
【特許文献１３】米国特許第０６１９８０９１号
【特許文献１４】米国特許第０６１９８０９２号
【特許文献１５】独国特許第１０２００４０１４０４６号Ａ１
【特許文献１６】国際公開第００２００６０９２１３４号Ａ１
【特許文献１７】独国特許第６０２０５８２４号Ｔ２
【特許文献１８】国際公開第２００９／１０５０４２号
【特許文献１９】国際公開第２００９０５１３９０号
【特許文献２０】米国特許第２００９／０２２１７４０号Ａ１
【非特許文献】
【００３７】
【非特許文献１】Ｊｉａｎｇｅｎｇ  Ｘｕｅ、Ｓｏｉｃｈｉ  Ｕｃｈｉｄａ、Ｂａｒｒｙ  Ｐ．  ＲａｎｄおよびＳｔｅｐｈｅｎ  Ｒ．  Ｆｏｒｒｅｓｔ、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ８５（２００４）５７５７
【非特許文献２】Ｍａｒｔｉｎ  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ、「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｄｏｐｉｎｇ  ｏｆ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｃｕｕｍ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｄｙｅ  ｌａｙｅｒｓ：  ｂａｓｉｃｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＰｈＤ  ｔｈｅｓｉｓ  ＴＵ−Ｄｒｅｓｄｅｎ、１９９９
【非特許文献３】Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ４８（１９８６）１８３
【非特許文献４】Ｂ．  Ｏ’Ｒｅｇａｎ、Ｍ．  Ｇｒａｅｔｚｅｌ、Ｎａｔｕｒｅ  １９９１、３５３、７３７
【非特許文献５】Ｃ．  Ｊ．  Ｂｒａｂｅｃ  ｅｔ  ａｌ．、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １１（２００１）１５
【非特許文献６】Ｍａ、Ｈｅｅｇｅｒと共同研究者、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １５（２００５）１６１７〜１６２２頁
【非特許文献７】Ｙａｎｇ  Ｙａｎｇのグループ、Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ４（２００５）８６４
【非特許文献８】Ｓｃｈｕｅｐｐｅｌ  ｅｔ  ａｌ．；  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｂ  ２００８、７７、０８５３１１
【非特許文献９】Ａ．  Ｍｉｓｈｒａ、Ｃ．−Ｑ．  Ｍａ、Ｐ．  Ｂａｅｕｅｒｌｅ、Ｃｈｅｍ．  Ｒｅｖ．  ２００９、１０９、１１４１〜１２７８：「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｏｌｉｇｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｎａｎｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．」（ＩＦ  ２２．７６）
【非特許文献１０】Ｘｉａｏ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  ２００５、１２７（３８）１３２８１〜１３２８６頁
【非特許文献１１】ＴＴＴ：Ｆｒｅｙ  ｅｔ  ａｌ．、Ｃｈｅｍ．  Ｃｏｍｍｕｎ．  ２００２、２４２４〜２４２５頁
【非特許文献１２】Ｇｒｏｎｏｗｉｔｚ、Ｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  ２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
本発明の課題は、従来技術の不利点を克服し効率の改善をもたらす有機光電子工学部品を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明によると、この課題は、１つの電極および１つの対極、ならびに電極と対極との間の、主要成分として少なくとも１つの化合物、ＥＷＧ−Ｄ−ＥＷＧを含有する（式中、ＥＷＧ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ、電子吸引性基）は、伸長したドナーブロックＤに対して電子吸引性の基である）少なくとも１つの有機感光層を備えた光電子工学部品であって、伸長したドナーブロックＤが最大９個の共役二重結合を直鎖状に連続して有し、複素環式５員環および／またはそこから縮合した同種もしくは異種の系および／またはビニレンから構成されていること、ならびにドナーブロックＤが少なくとも１つの置換基を有することを特徴とする光電子工学部品によって解決される。
【００４０】
好ましくは、複素環式５員環は、互いに独立にチオフェン、セレノフェン、フランまたはピロールから選択されている。
【００４１】
縮合した複素環式５員環とは、１つの複素環式５員環が、２つの隣接するＣ原子をさらなる１つの複素環式５員環と共有すると理解される。その際、縮合した５員環は、同一であっても異なってもよい。
【００４２】
好ましくは、少なくとも１つの置換基が、π電子を、例えば自由電子対として、または多重結合中に有し、特に好ましくは少なくとも１つの置換基が電子供与性基である。
【００４３】
好ましくは、少なくとも１つの置換基が、エーテル、チオエーテル、アミンからなる１群、または置換もしくは無置換の、４〜１０個の原子を有する芳香族化合物もしくは複素環芳香族化合物、またはα位に少なくとも１つの二重結合を有するアルケニルから選択されるか、あるいは２つの隣接する置換基の場合には、これらの置換基が複素環式５、６または７員環を形成し、特に好ましくは、直鎖状もしくは分岐状のＣ１〜Ｃ８−アルカンからのエーテルもしくはチオエーテル、またはπ電子に富む芳香族化合物もしくは複素環芳香族化合物、例えば５員環および６員環の複素環芳香族化合物、またはα位に少なくとも１つの二重結合を有するＣ１〜Ｃ８アルケニルから選択される。
【００４４】
一実施形態では、伸長したドナーブロックは、ビニレンを含む一連の複素環式５員環からなり、ただし、式Ｉａに示されるように、少なくとも１つの置換基が、複素環式５員環およびビニレンへの共有結合を有し、これらと共に自身が１つの５員環を形成している。
【００４５】
【化１】
0005886280.tif 000002
【００４６】
ただし、Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｏ、ＮＲ；Ｙ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｏ、ＮＲで、Ｒ＝アルキル、アリールである。
【００４７】
さらなる一実施形態では、伸長したドナーブロックＤの少なくとも５つの二重結合が共有化学結合または非共有化学結合を介して架橋されており、ただし、この架橋は、それぞれジエンの１、４−位を介して形成されており少なくとも１つの原子を含む。好ましくは少なくとも２つの架橋が、共有結合で形成されている。特に好ましくは、例えば式ＩｂおよびＩｃに示されるように、少なくとも１つの共有結合性架橋を介して５員環が形成されている：
【００４８】
【化２】
0005886280.tif 000003
【００４９】
ただし、Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｏ、Ｎ；Ｙ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｏ、ＮＲ、ＣＲ２、ＳｉＲ２、Ｃ＝ＣＲ２で、Ｒ＝アルキル、アリール、Ｒ＝アルキル、アリールである。
【００５０】
共有結合性架橋とは、この場合、二重結合−単結合−二重結合の連続として定義されているジエンが、１、４位において少なくとも２つの共有結合および少なくとも１つの原子を介して環を形成すると理解される。
【００５１】
非共有結合性架橋は、伸長したドナーブロック内の２つの原子が互いに引力を有するため、ジエンを介して、１、４−位において少なくとも１つの非共有結合および少なくとも１つの原子を介して環が形成される場合に存在する。その原子対に関して、公開されている結晶構造から、共有結合が存在することなしにその間隔がファンデルワールス半径よりも小さいことが公知であるか、またはその原子対に関して電気陰性度の点で明らかな相違が生じる場合に引力が存在する。
【００５２】
好ましくは、共有結合性架橋は、Ｓ、Ｓｅ、Ｏ、ＮＲ、ＣＲ２、ＳｉＲ２、環外二重結合を有するＣ＝ＣＲ２、Ｂ−Ｒ、Ｐ−ＲおよびＰ（Ｏ）Ｒを介して形成されており、式中、ＲはＨ、直鎖状もしくは分岐状アルカン、または置換もしくは無置換アレーン（Ａｒｅｎ）であって、架橋を介して５員環が形成されるか、あるいは共有結合性架橋が、ＲＮ−ＮＲ−または−Ｎ＝Ｎ−または−Ｒ２Ｃ−ＣＲ２−または−ＲＣ＝ＣＲ−を介して形成されており、式中、Ｒは、互いに独立にＨ、直鎖状もしくは分岐状のアルカン、またはアレーンであってもよく、架橋は６員環を形成する。
【００５３】
好ましくは、非共有結合性架橋は、第一級もしくは第二級アミン、アルコール基もしくはチオール基との水素結合を介して形成されているか、または空間的に近接する、電気陰性度の異なる、例えば、Ｓ−Ｏ、Ｓ−Ｆ、Ｓ−Ｎ、Ｓｅ−Ｏ、Ｓｅ−Ｎ、Ｓｅ−Ｆ、Ｎ−Ｏ、Ｏ−Ｐのような原子団間の相互の引力を介して形成されている。
【００５４】
好ましくは、伸長したドナーブロックは、少なくとも５つ、特に好ましくは少なくとも７つの共役二重結合を直鎖状に連続して有する。
【００５５】
好ましくは、電子吸引性基ＥＷＧは、少なくとも１つのシアノ置換基またはフッ素置換基、例えば、
【００５６】
【化３】
0005886280.tif 000004
【００５７】
ただし、Ｒ１＝Ｈ、ＣＮ、およびＲ２＝Ｈ、ＣＨ３、ＣＮ、Ｆ、（ＣＦ２）ｎ−ＣＦ３でｎ＝０〜３、
【００５８】
【化４】
0005886280.tif 000005
【００５９】
またはプロ芳香族単位もしくはキノイド単位、例えば、
【００６０】
【化５】
0005886280.tif 000006
【００６１】
を有する分子断片から選択されており、式中、Ｄは、伸長したドナーブロックＤへの結合箇所を表し、Ｒは、分岐状もしくは直鎖状のＣ１〜Ｃ８−アルキルから選択される置換基である。
【００６２】
本発明のさらなる一実施形態では、伸長したドナーブロックは、
【００６３】
【化６】
0005886280.tif 000007
【００６４】
から選択される単位を含有する。
【００６５】
好ましくは、記載された化合物の昇華点は、１０−４〜１０−９ｍｂａｒの圧力範囲において１５０〜３５０℃であり、分解点を少なくとも５０℃下回り、好ましくは融点を少なくとも５０℃下回る。
【００６６】
本発明のさらなる一実施形態では、伸長したドナーブロックＤは、一連の置換もしくは無置換の複素環式５員環からなり、このドナーブロックの中では、例えば、式Ｉｄに示されるように、少なくとも３つの隣接する複素環式５員環が、共有結合性架橋または非共有結合性架橋を有する。
【００６７】
【化７】
0005886280.tif 000008
【００６８】
ただし、Ｒ＝アルキル、アリールである。
【００６９】
本発明のさらなる一実施形態では、伸長したドナーブロックＤは、例えば式Ｉｅに示されるように、少なくとも４つの縮合した複素環式５員環を含有する。
【００７０】
【化８】
0005886280.tif 000009
【００７１】
ただし、Ｒ＝アルキル、アリールである。
【００７２】
本発明のさらなる一実施では、伸長したドナーブロックＤは、例えば、式Ｉｃに示されるように、少なくとも２つの縮合した複素環式５員環、および非共有結合性架橋を介して結合している、少なくとも１つのさらなる複素環式５員環のブロックからなる。
【００７３】
本発明による光電子工学部品は、有機太陽電池、有機発光ダイオード、トランジスタ、または光検出器であってもよく、特に好ましくは有機太陽電池である。
【００７４】
好ましくは、本発明による部品の少なくとも１つの有機感光層が、吸光層または発光層である。
【００７５】
本発明による部品中の有機感光層は、単層としてまたは混合層としてのいずれか一方で存在する。
【００７６】
混合層とは、本発明においては、記載された化合物、ＥＷＧ−Ｄ−ＥＷＧの１つ、ならびに少なくとももう１つの化合物を含有する層と理解され、ただし、両化合物はそれぞれ少なくとも１６質量％ずつ存在する。
【００７７】
本発明による部品は、キャリアガスを用いてまたは用いずに個々の層を真空中で蒸着すること、１つ以上の液状溶液から、例えば、スピンコーティング、滴下、または印刷により塗布することにより、全体としてまたは部分的のいずれか一方で製造することが可能である。好ましくは、前記化合物の１つを含有するせめて少なくとも１つの有機層が、キャリアガスを用いてまたは用いずに真空中での塗布によって蒸着される。特に好ましくは、部品の電極と対極との間のすべての層が、キャリアガスを用いてまたは用いずに真空中での塗布によって蒸着される。
【００７８】
本発明のさらなる一実施形態では、部品が、有機ｐｉｎ型太陽電池、ないし有機ｐｉｎ型タンデム太陽電池、またはｐｉｎ型マルチ太陽電池として実施されている。その際、２つの連続して相互連結された太陽電池の垂直スタックからなる太陽電池がタンデム太陽電池と呼ばれる。その際、複数の連続して相互連結された太陽電池の垂直スタックからなる太陽電池がマルチ太陽電池と呼ばれ、ただし、最大１０個の太陽電池が１つのスタックにおいて相互連結されている。
【００７９】
本発明のさらなる一実施形態では、部品中にさらに、１つ以上の、ドーピングされていない、部分的にドーピングされた、または完全にドーピングされた輸送層が存在する。好ましくは、この輸送層は、＜４５０ｎｍ、特に好ましくは＜４００ｎｍにおいて吸収極大を有する。
【００８０】
本発明のさらなる一実施形態では、部品が、タンデムセルまたはマルチセルからなる。好ましくは、部品は、ｎｉｐ、ｎｉ、ｉｐ、ｐｎｉｐ、ｐｎｉ、ｐｉｐ、ｎｉｐｎ、ｎｉｎ、ｉｐｎ、ｐｎｉｐｎ、ｐｎｉｎまたはｐｉｐｎ型構造の組合せからなり、この組合せでは、少なくとも１つのｉ層を含有する複数の独立した組合せが互いに積層されている。
【００８１】
本発明のさらなる一実施形態では、部品の層系の層が、入射光の光学的距離を延長する光トラップとして形成されている。
【００８２】
本発明のさらなる一実施形態では、部品が、平坦な、曲がった、またはフレキシブルな担体面上で使用される。好ましくは、これらの担体面は、プラスチックフィルムまたは金属フィルム（例えば、アルミニウム、鋼鉄）等である。
【００８３】
本発明のさらなる一実施形態では、光活性混合層の少なくとも１つが、アクセプターとして、フラーレンないしフラーレン誘導体（Ｃ６０、Ｃ７０等）の群からの材料を含有する。
【００８４】
本発明のさらなる一実施形態では、接触部は、金属、導電性酸化物、特に、ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌもしくは別のＴＣＯ、または導電性ポリマー、特にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳもしくはＰＡＮＩからなる。
【００８５】
さらなる一実施形態では、第１の電子伝導層（ｎ層）と基板上に存在する電極との間にもう１つのｐ型ドーピング層が存在するため、ｐｎｉｐまたはｐｎｉ型構造であって、ただし、好適には、このドーピングが非常に高く選択されているため、直接ｐｎ接触部が遮断作用をもつのではなく、好ましくはトンネルプロセスにより、損失の少ない再結合をもたらす。
【００８６】
本発明のさらなる一実施形態では、部品において、光活性のｉ層と基板上に存在する電極との間にもう１つのｐ型ドーピング層が存在するため、ｐｉｐまたはｐｉ型構造であって、ただし、付加的なｐ型ドーピング層は、ｉ層の電子輸送レベルを最大０．４ｅＶ、しかし好ましくは０．３ｅＶ未満下回るフェルミ準位を有するため、ｉ層からこのｐ層への損失の少ない電子取出しをもたらす。
【００８７】
本発明のさらなる一実施形態では、ｐ型ドーピング層と対極との間にもう１つのｎ層系が存在するため、ｎｉｐｎまたはｉｐｎ型構造であって、ただし、好適には、このドーピングが非常に高く選択されているため、直接ｐｎ接触部が遮断作用をもつのではなく、好ましくはトンネルプロセスにより、損失の少ない再結合をもたらす。
【００８８】
さらなる一実施形態では、部品中において、真性光活性層と対極との間にもう１つのｎ層系が存在するため、ｎｉｎまたはｉｎ型構造であって、ただし、付加的なｎ型ドーピング層は、ｉ層の正孔輸送レベルを最大０．４ｅＶ、しかし好ましくは０．３ｅＶ未満上回るフェルミ準位を有するため、ｉ層からこのｎ層への損失の少ない正孔取出しをもたらす。
【００８９】
本発明のさらなる一実施形態では、部品がｎ層系および／またはｐ層系を含有するため、ｐｎｉｐｎ、ｐｎｉｎ、ｐｉｐｎまたはｐ−ｉ−ｎ型構造であって、これらの層はいずれの場合も、−伝導型に依存せずに−基板側で光活性ｉ層に隣接する層が、基板に面さずにｉ層に隣接する層よりもわずかな熱仕事関数を有するので、部品に外部電圧が印加されない場合に、光発生電子が好ましくは基板へと搬出されることを特徴とする。
【００９０】
前記構造のさらなる一実施形態では、これらの構造が、有機タンデム太陽電池またはマルチ太陽電池として実施されている。したがって、この部品は、ｎｉｐ、ｎｉ、ｉｐ、ｐｎｉｐ、ｐｎｉ、ｐｉｐ、ｎｉｐｎ、ｎｉｎ、ｉｐｎ、ｐｎｉｐｎ、ｐｎｉｎまたはｐｉｐｎ型構造の組合せからなるタンデムセルであって、この組合せでは、少なくとも１つのｉ層を含有する複数の独立した組合せが互いに積層されている（クロスコンビネーション）。
【００９１】
前記構造のさらなる一実施形態では、この構造が、ｐｎｉｐｎｉｐｎ型タンデムセルとして実施されている。
【００９２】
本発明の一実施形態では、部品が、１つ以上の無機材料を含有する少なくとも１つの無機層で構成されている。
【００９３】
意外なことには、一般的な見解に反して、５つ未満の複素環式５員環を含むドナーブロックがすでに、このドナーブロックが適した置換基を有するのであれば、有機半導体としての使用のために、吸光係数および吸収範囲で測定して十分な吸収、ならびに電荷輸送特性を有することが認められた。その際、これらの化合物は、より長鎖の同族体と比べて、より数少ない合成ステップが必須であることから、たいていの場合にはより安価に製造できるという利点、およびこれらの化合物はたいていの場合にはより低温で蒸発可能であるという利点を有する。このことは、本発明による部品を製造する際の明らかなコスト削減をもたらす。
【００９４】
以下の表では、ＥＷＧとしてチオフェン成分およびジシアノビニルをベースとする吸収体を含む単セルとしての太陽電池に関する最も重要な係数を示す。
【００９５】
【表１】
0005886280.tif 000010
【００９６】
前記化合物は、文献において公知の方法（Ａ．  Ｍｉｓｈｒａ、Ｃ．−Ｑ．  Ｍａ、Ｐ．  Ｂａｅｕｅｒｌｅ、Ｃｈｅｍ．  Ｒｅｖ．  ２００９、１０９、１１４１〜１２７８：「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｏｌｉｇｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｎａｎｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．」（ＩＦ  ２２．７６）（非特許文献９）、Ｘｉａｏ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  ２００５、１２７（３８）１３２８１〜１３２８６頁（非特許文献１０）、ＴＴＴ：Ｆｒｅｙ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｈｅｍ．  Ｃｏｍｍｕｎ．  ２００２、２４２４〜２４２５頁（非特許文献１１））に基づき製造可能である。公知の反応からのモジュラーシステムによって、必要な反応を選択することにより、記載の化合物を製造することができる。当業者に公知の方法により、複素環式５員環に置換基を挿入することが可能であり（（Ｇｒｏｎｏｗｉｔｚ、Ｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  ２００４）（非特許文献１２））、この置換基が非共有結合性または共有結合性架橋のための前駆体として利用される。２つの複素環は、公知のクロスカップリングを介して共有結合することが可能である。
【００９７】
以下に、いくつかの例示的実施形態およびそれに帰属する図を手がかりに、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】化合物１ａの模範的な合成を示す。
【図２】Ｃ６０を含む化合物１ａからなる２０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線を示す。
【図３】Ｃ６０を含む化合物１ｂからなる２０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線を示す。
【図４】Ｃ６０を含む化合物１ｃからなる２０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線を示す。
【図５】Ｃ６０を含む化合物１ｄからなる２０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線を示す。
【図６】微細加工された基板上の、模範的な光活性部品の構造を図示する。
【図７】模範的な光活性部品の構造を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００９９】
列挙する例示的実施形態において、本発明によるいくつかの部品を模範的に示す。重要な係数を特徴付けるために、電流電圧特性曲線から読み取られる曲線因子、開放電圧および短絡電流を列挙する。これらの例示的実施形態は、それらの例示的実施形態に制限することなく本発明を説明するものである。
【０１００】
例示的実施形態１
化合物１ａを含むＭｉｐ部品
【０１０１】
【化９】
0005886280.tif 000011
【０１０２】
１０−６〜１０−８ｍｂａｒにおける真空昇華により、透明上部接触部ＩＴＯを備えたガラス上のサンプル、１層のバックミンスターフラーレンＣ６０、化合物１ａおよびＣ６０の比率が２：１の混合層、ｐ型ドーピングされた正孔輸送層、１層の金からなるＭｉｐ部品を製造した。化合物１ａの合成を図１に示す。
【０１０３】
混合層は、蒸着めっきの最中に水晶振動子モニターを利用して測定したところ目標厚２０ｎｍを有する。図２では、Ｃ６０と化合物１ａからなる２０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線が見て取れる。
【０１０４】
この曲線からの重要な係数は、ＩＲ吸収体としては非常に高い０．９１Ｖの開放電圧ＵＯＣ、および本発明による部品の市販製造用としては良好な領域にある５３．５％の曲線因子ＦＦである。
【０１０５】
例示的実施形態２：
化合物１ｂを含むＭｉｐ部品
【０１０６】
【化１０】
0005886280.tif 000012
【０１０７】
１０−６〜１０−８ｍｂａｒにおける真空昇華により、透明上部接触部ＩＴＯを備えたガラス上のサンプル、１層のバックミンスターフラーレンＣ６０、化合物１ｂとＣ６０、２：１の混合層、ｐ型ドーピングされた正孔輸送層、１層の金からなるＭｉｐ部品を製造した。
【０１０８】
混合層は、蒸着めっきの最中に水晶振動子モニターを利用して測定したところ目標厚１０ｎｍを有する。図３は、Ｃ６０と化合物１ｂからなる１０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線を示す。
【０１０９】
開放電圧Ｕｏｃ、０．９Ｖおよび短絡電流ＦＦ、４．５ｍＡと同様に、曲線因子は６７．３％と本発明による部品の市販製造用としては非常に高い。
【０１１０】
例示的実施形態３：
化合物１ｃを含むＭｉｐ部品
【０１１１】
【化１１】
0005886280.tif 000013
【０１１２】
１０−６〜１０−８ｍｂａｒにおける真空昇華により、透明上部接触部ＩＴＯを備えたガラス上のサンプル、１層のバックミンスターフラーレンＣ６０、化合物１ｃとＣ６０、２：１の混合層、ｐ型ドーピングされた正孔輸送層、１層の金からなるＭｉｐ部品を製造した。
【０１１３】
混合層は、蒸着めっきの最中に水晶振動子モニターを利用して測定したところ目標厚２０ｎｍを有する。図４は、Ｃ６０と化合物１ｃからなる２０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線を示す。
【０１１４】
開放電圧Ｕｏｃ、０．８８Ｖおよび短絡電流、６．２ｍＡと同様に、曲線因子ＦＦは５０．６％と本発明による部品の市販製造用としては良好な範囲にある。
【０１１５】
例示的実施形態４：
化合物１ｄを含むＭｉｐ部品
【０１１６】
【化１２】
0005886280.tif 000014
【０１１７】
１０−６〜１０−８ｍｂａｒにおける真空昇華により、透明上部接触部ＩＴＯを備えたガラス上のサンプル、１層のバックミンスターフラーレンＣ６０、化合物１ｄとＣ６０、２：１の混合層、ｐ型ドーピングされた正孔輸送層、および１層の金からなるＭｉｐ部品を製造した。
【０１１８】
混合層は、蒸着めっきの最中に水晶振動子モニターを利用して測定したところ目標厚２０ｎｍを有する。図５は、Ｃ６０と化合物１ｄからなる２０ｎｍの混合層を備えたＭｉｐセルの電流電圧特性曲線を示す。
【０１１９】
開放電圧Ｕｏｃ、１．０２Ｖおよび短絡電流、８．９ｍＡと同様に、曲線因子ＦＦは５０．７％と本発明による部品の市販製造用としては良好な範囲にある。
【０１２０】
本発明のさらなる一実施形態では、図６において、入射光の光学的距離を延長するための光トラップが活性系において使用される。
【０１２１】
その際、周期的に微細加工された基板上に部品が構成され、部品の均一な機能、この部品のショートのない接触および全面にわたる磁場の均一な分布が、ドーピングされたワイドギャップ層の使用によって保証されることにより光トラップが実現される。その際、特に有利であるのは、主要成分として化合物、ＥＷＧ−Ｄ−ＥＷＧを含有する吸収層を、光が少なくとも２度貫通することであって、それにより、光吸収の上昇、およびその結果、太陽電池の効率の改善がもたらされ得る。このことは、例えば、図６におけるように、基板が表面上でそれぞれ１〜数百マイクロメートルの範囲の高さ（ｈ）および幅（ｄ）を有するピラミッド状の構造を有することによって達成され得る。高さおよび幅は、同じに選択されていても異なって選択されていてもよい。同様に、ピラミッドは対称的または非対称的に構成されていてもよい。この場合、ピラミッド状構造の幅は１μｍ〜２００μｍにある。ピラミッド状構造の高さは、１μｍ〜１ｍｍであってよい。
【０１２２】
１．）図６の記載：
１μｍ＜ｄ＜２００μｍ
１μｍ＜ｈ＜１ｍｍ
１１：基板
１２：電極；例えば、ＩＴＯまたは金属（１０〜２００ｎｍ）
１３：ＨＴＬまたはＥＴＬ−層系（１０〜２００ｎｍ）
１４：混合層１（１０〜２００ｎｍ）
１５：混合層２（１０〜２００ｎｍ）
１６：ＨＴＬまたはＥＴＬ−層系（１０〜２００ｎｍ）
１７：電極；例えば、ＩＴＯまたは金属（１０〜２００ｎｍ）
１８：入射光の行程
【０１２３】
さらなる一例示的実施形態では、本発明による、図７の光活性部品は、以下の層順序を有する：
１．）ガラス基板１、
２．）ＩＴＯ基底接触部２、
３．）電子輸送層（ＥＴＬ）３、
４．）有機感光層系（１０〜２００ｎｍ）４、
５．）正孔輸送層（ＨＴＬ）５、
６．）上部接触部（例えば金）６。
【符号の説明】
【０１２４】
１  基板
２  電極
３  輸送層系（ＥＴＬないしＨＴＬ）
４  有機感光層系
５  輸送層系（ＥＴＬないしＨＴＬ）
６  対極
１１  基板
１２  電極
１３  ＨＴＬまたはＥＴＬ−層系
１４  混合層１
１５  混合層２
１６  ＨＴＬまたはＥＴＬ−層系
１７  電極
１８  入射光の行程
【図１】
0005886280.tif 000017
【図２】
0005886280.tif 000018
【図３】
0005886280.tif 000019
【図４】
0005886280.tif 000020
【図５】
0005886280.tif 000021
【図６】
0005886280.tif 000022
【図７】
0005886280.tif 000023