(57)【要約】【課題】  安定した性能の有機薄膜太陽電池を作製する。【解決手段】  本発明のある態様においては、対をなし一方が透光性の第１および第２の電極層１０、２０と、電極の一方の面の上に形成された第１導電型のコンタクト層２２と、第１導電型のコンタクト層２２に接触し配置されている光電変換層１００とを備える薄膜太陽電池１００が提供される。光電変換層１００はｐ型有機高分子領域１０２とｎ型有機低分子領域１０４とを含んでおり、ｐ型有機高分子領域１０２とｎ型有機低分子領域１０４とが光電変換層１００の厚みＤ１を横切るいずれかの向きに延びる構造である貫通構造をなしている。
2012172878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する電極対をなし、少なくとも一方が透光性を示す第１および第２の電極層と、
該第１および該第２の電極層の互いに対向する二つの面のうちの一方の面の上に形成された第１導電型のコンタクト層と、
該第１導電型のコンタクト層に接触して配置されている光電変換層と
を備え、
該光電変換層がｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とを含んでおり、
該ｐ型有機高分子領域と該ｎ型有機低分子領域とが前記光電変換層の厚みを横切るいずれかの向きに延びる構造である貫通構造をなしている
薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第１および前記第２の電極層の互いに対向している二つの面のうち、前記第１導電型のコンタクト層が形成されていない側の面の上に形成されている第２導電型のコンタクト層
をさらに備え、
前記第１導電型のコンタクト層および前記第２導電型のコンタクト層のうちの一方が前記ｐ型有機高分子領域の少なくとも一部に接触しているｐ型有機高分子コンタクト層であり、
前記第１導電型のコンタクト層および前記第２導電型のコンタクト層のうちの他方が前記ｎ型有機低分子領域の少なくとも一部に接触しているｎ型有機低分子コンタクト層である
請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記光電変換層はいくつかの短冊部材を備えており、
該短冊部材それぞれは、ｐ型有機高分子層とｎ型有機低分子層とを交互に積層した積層体を、該ｐ型有機高分子層と該ｎ型有機低分子層との双方を切断する向きに、互いに平行な二つの切断界面を有するように切断したものであり、
前記二つの切断界面のうちいずれか一方の切断界面が前記第１導電型のコンタクト層に接触しており、
前記貫通構造をなす前記ｐ型有機高分子領域と前記ｎ型有機低分子領域とが、それぞれ、前記短冊部材の前記ｐ型有機高分子層と前記ｎ型有機低分子層とによって形成されるものである
請求項１または請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記光電変換層が１層に並置されたいくつかの前記短冊部材を備えており、
前記短冊部材それぞれが、前記二つの切断界面のうち、一方の切断界面を前記第１および第２導電型のコンタクト層のうちの一方であるｐ型有機高分子コンタクト層に接触させ、他方の切断界面を前記第１および第２導電型のコンタクト層のうちの他方であるｎ型有機低分子コンタクト層に接触させることにより、１層に並置された前記短冊部材それぞれが前記ｐ型有機高分子コンタクト層と前記ｎ型有機低分子コンタクト層とをつないでいる
請求項３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記光電変換層のための前記積層体が、溶媒塗布法、スプレー法、蒸着法の少なくともいずれかを用いて形成されたｐ型有機高分子層と、溶媒塗布法、スプレー法、蒸着法の少なくともいずれかを用いて形成されたｎ型有機低分子層とを交互に積層したものである
請求項３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記いくつかの短冊部材は、
ある向きに延びて並び、前記二つの切断界面のうちのいずれか一方の切断界面を前記第１および第２導電型のコンタクト層のいずれか一方に接触させている第１群の短冊部材と、
該第１群の短冊部材の延びる向きに交差して延びて並び、該第１群の短冊部材の前記二つの切断界面のうちの他方の切断界面にいずれかの切断界面を接触させている第２群の短冊部材と
を含んでいる
請求項３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記いくつかの短冊部材は、前記積層体の交互に積層されている方向から傾斜して各層を横切る向きに切断されている
請求項３に記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
基板のある面の上に第１の電極層を形成する工程と、
ｐ型有機高分子コンタクト層またはｎ型有機低分子コンタクト層のいずれかである第１導電型のコンタクト層を形成する工程と、
貫通構造を有する光電変換層を形成する工程であって、該貫通構造は、ｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とが該光電変換層の厚みを横切るいずれかの向きに延びる構造である、光電変換層を形成する工程と、
第２の電極層を形成する工程であって、該第２の電極層は、前記前記第１導電型の電極層と電極対をなし、前記第１の電極層または前記第２の電極層のいずれかが透光性を示す、第２の電極層を形成する工程と
を含み、
これにより、前記第１の電極層、前記第１導電型のコンタクト層、前記光電変換層、および前記第２の電極層を前記基板の側からこの順に備える有機薄膜太陽電池が形成される
有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
ｐ型有機高分子コンタクト層またはｎ型有機低分子コンタクト層のうち、前記第１導電型のコンタクト層とは異なるものである第２導電型のコンタクト層を形成する工程
をさらに含み、
これにより、前記第１の電極層、前記第１導電型のコンタクト層、前記光電変換層、前記第２導電型のコンタクト層、および前記第２の電極層を前記基板の側からこの順に備える薄膜太陽電池が形成される
請求項８に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記光電変換層を形成する工程は、
ｐ型有機高分子層とｎ型有機低分子層とが交互に積層された積層体を形成する工程と、
該ｐ型有機高分子層と該ｎ型有機低分子層との双方が切断される向きに該積層体を切断することにより、該ｐ型有機高分子層と該ｎ型有機低分子層との双方が露出している互いに平行な二つの切断表面を備えるいくつかの短冊部材を形成する工程と
を含むものである
をさらに含む
請求項８または請求項９に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記光電変換層を形成する工程は、前記短冊部材を１層に並置して並べるものであり、
前記短冊部材それぞれにおける前記二つの切断表面のうち、一方の切断表面が前記第１導電型のコンタクト層に接触され、他方の切断表面が前記第２導電型のコンタクト層に接触されている
請求項１０に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記積層体を形成する工程が、円柱体の外側面の上に前記ｐ型有機高分子層と前記ｎ型有機低分子層とを交互に積層する工程である
請求項１０に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記積層体を形成する工程が、
溶媒塗布法、スプレー法、蒸着法の少なくともいずれかを用いてｐ型有機高分子層を形成する工程と、
溶媒塗布法、スプレー法、蒸着法の少なくともいずれかを用いてｎ型有機低分子層を形成する工程と
を交互に実行する工程である
請求項１０に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記光電変換層を形成する工程は、
第１群の短冊部材をある方向に延ばして１層に並置させて並べる工程と、
第２群の短冊部材を、該第１群の短冊部材に重ねて、該第１群の短冊部材の延びる向きに交差する向きに１層に並置させて並べる工程と
を含んでおり、
前記第１群の短冊部材それぞれにおける前記二つの切断表面のうち、一方の切断表面が前記第１導電型のコンタクト層に接触され、他方の切断表面が前記第２群の短冊部材の前記二つの切断表面の一方の切断表面に接触されている
請求項１０に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、貫通構造を有する光電変換層の有機薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料を用いる太陽電池である有機太陽電池が開発されている。代表的な有機太陽電池の一つが液体を利用する湿式の色素増感型の有機太陽電池であり、もう一つが塗布等により形成された高分子などの固体の有機薄膜を用いる有機太陽電池（以下「有機薄膜太陽電池」と呼ぶ）である。有機薄膜太陽電池には、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための薄膜層（「光電変換層」と記す）が備わっている。この光電変換層としては、有機材料によって作製されたｐ型半導体材料（ドナーまたは電子供与体）とｎ型半導体材料（アクセプターまたは電子受容体）とを分離させた構造のものが採用される。その一例が、ある厚みのバルク領域において、これらの複数の成分を相分離により分離させたバルクヘテロジャンクション（ＢＨＪ）層と呼ばれる構造である。【０００３】
このＢＨＪ層などのような有機薄膜太陽電池における発電のメカニズムにおいては、入射した光子（フォトン）のエネルギーによって励起される励起子（エキシトン）が主要な役割を果たす。光電変換層にて励起された励起子は有機薄膜である光電変換層の内部を拡散してゆき、やがて光電変換層に形成されているｐ−ｎ接合界面に到達する。すると、励起子は自由電子と正孔（ホール）に分離する。この分離（電荷分離）に関与するｐ−ｎ接合界面付近の接合域は、拡散する励起子がトラップされない程度にｐ−ｎ接合界面から近い範囲の領域に限られる。その領域は特に活性層とも呼ばれる。光電変換層に占める活性層の割合が少なければ、形成された励起子も失活してしまい十分な光電流は生成されない。【０００４】
また、フォトンが入射すると励起子が生成され、その励起子からの電荷分離のために自由電子と正孔（「キャリア」と総称する）が生成されたとしても、キャリアが電極まで伝達されなければ光電流として取り出すことはできない。つまり、キャリアを光電流として取り出すためには、ｎ型の電子受容体に伝達された自由電子が電子受容体の領域を通って電極に到達し、正孔が、ｎ型の電子受容体に電子を渡し内部に正孔を生成させたｐ型の電子供与体の領域を通ってもう一方の電極に到達しなくてはならない。逆にいえば、電子供与体および電子受容体の形状がそのような電極までの経路を確保しうるものとなっていない場合には、生成された励起子から電荷分離が実現されたとしても、発電電力としては取り出せない。例えばそれぞれの材料が独立して分散してしまい接合域を通らずに電極に至る経路が十分に確保されていない領域の比率が高まると、ｐ−ｎ接合界面に到達して励起子の電荷分離が生じても、光電流をもたらす自由電子や正孔の割合が低下するのである。【０００５】
上述した一般的な有機薄膜太陽電池における有機膜内部の発電および電力取り出しのメカニズムにとって、ＢＨＪ層の構造は一定の利点を有している。その利点とは、光電変換層内のｐ−ｎ接合界面、すなわち活性層の比率が増えることと、有機材料のドメインサイズと分散・凝集を制御することができれば、電子供与体および電子受容体において電極まで到達する経路を確保しうることである。そしてＢＨＪ層においてもさらに理想的な構造が模索されている。具体的には、ドメインサイズが１０ｎｍ以下で、かつそれらが互いに接触してパーコレーション構造を形成していることがＢＨＪ層において一つの理想的な構造とされている。このように、有機薄膜太陽電池における有機膜内部のメカニズムの上から好ましい適切な光電変換層は、ｐ−ｎ接合界面が多く存在し、有機材料のドメインサイズと分散・凝集を制御して電極まで到達する経路を確保する構造であると言える。【０００６】
このため、上記の課題を克服しうる光電変換層が精力的な研究開発の対象となっている。例えば、特許文献１（特願２０１０−９８０３４号公報）に開示される手法においては、ＢＨＪ層を有機の正孔輸送層および有機の電子輸送層にて挟む構造が採用されている。この場合、各層が他の層を溶解させないように、少なくとも一つの有機層に重合性基を導入して不溶化処理を施す手法が採用されている（特許文献１、請求項１、段落［００２２］以降等）。その結果、特許文献１の開示によれば、光電変換効率の高さと耐久性の高さとを両立した光電変換層が作製されている。ここで、典型的な高分子型の有機薄膜太陽電池では、ｐ型材料としては導電性高分子、例えばｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（以下「Ｐ３ＨＴ」と記す）、ｎ型材料としてはＰＣＢＭなどのフラーレン誘導体を用いることが多い。これら以外のものも含めて、高分子型の有機薄膜太陽電池のための材料開発が進められている。【０００７】
また、非特許文献１（H. Hiramoto, et al., Appl. Phys. Lett. 88, 213105 (2006)）では、低分子有機太陽電池の構造において、ｐ型（ドナー）にフタロシアニン、ｎ型（アクセプター）にフラーレンＣ６０が用いられている。そして、直立超格子構造（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｓｕｐｅｒ  Ｌａｔｔｉｃｅｓ：ＯＶＳＬｓ）と呼ばれる構造がミクロトームを用いて作製されている。その結果、２ｎｍ程度のサイズを持ち活性層が増加されているナノ構造が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１０−９８０３４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】H.Hiramoto, et al., “Design of nanostructures for photoelectric conversion usingan organic vertical superlattice,” Appl. Phys. Lett. 88, 213105 (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したＢＨＪ層の形成工程を安定させることは多大な困難を伴う。電気的に好ましい特性のｎ型およびｐ型の伝導特性を示す有機材料を作製するだけでも技術的な課題が多いところ、さらに、そのような材料の組合せを所望の構造となるように相分離させる必要があるためである。【００１１】
また、特許文献１おいてはバルクヘテロジャンクション層との溶解を防ぐため、正孔輸送層に対し紫外光を照射して重合させる不溶化処理が開示されている。しかし、このような重合は界面の電気抵抗を上昇させるおそれが強く、電気的特性を悪化させかねない。また、特許文献１は、光電変換層の性能向上のメカニズムにおいて中心的役割を果たすバルクヘテロジャンクション層のドメインサイズや活性層に言及しておらず、効率的な電荷分離と移動についての知見についても開示していない。【００１２】
さらに、非特許文献１には、数ナノオーダーのミクロに制御した低分子型のｐ−ｎ接合界面が形成されることが報告されている。しかしながら、各層の形成のために蒸着法を採用するため、層の形成には非常に手間がかかる。それのみならず、非特許文献１において開示される直立超格子構造では、電極が両面に蒸着されて電気的特性が測定されている。このような電極と直立超格子構造との界面においては、有機物である直立超格子構造と金属との十分な密着が得られず、実用性の高い有機薄膜太陽電池を作製することは困難である。【００１３】
本発明は、上述した課題の少なくともいくつかを解決することを課題とする。本発明は、高分子の利点を生かした製法を採用することにより、効率の高い光電変換層を有する有機薄膜太陽電池を作製することに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したように、光エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換するためには、光電変換層の活性層の割合を制御することが好ましい。しかも、活性層から電極までのキャリアの経路を確保することも重要である。つまり、フォトンによって生成された励起子を失活させたり、励起子から電荷分離した後にｐ−ｎ接合界面から電極に向かうキャリアの移動する経路が分断されたりしていると、良好な特性の薄膜太陽電池を作製することは望めない。【００１５】
これらの要求を満たす活性層の構造を形成するために、本発明においては貫通構造を採用する。このような貫通構造を採用することによって、光電変換効率の高い素子が得られる。しかも、本発明の各態様においては、実用性の観点から、電極層と光電変換層との密着を高めつつも電気的な動作を妨げない層としてコンタクト層を採用する。【００１６】
すなわち、本発明のある態様においては、互いに対向する電極対をなし、少なくとも一方が透光性を示す第１および第２の電極層と、該第１および該第２の電極層の互いに対向する二つの面のうちの一方の面の上に形成された第１導電型のコンタクト層と、該第１導電型のコンタクト層に接触して配置されている光電変換層とを備え、該光電変換層がｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とを含んでおり、該ｐ型有機高分子領域と該ｎ型有機低分子領域とが前記光電変換層の厚みを横切るいずれかの向きに延びる構造である貫通構造をなしている薄膜太陽電池が提供される。【００１７】
本発明は、有機薄膜太陽電池の製造方法としても実施することが可能である。すなわち、本発明のある態様においては、基板のある面の上に第１の電極層を形成する工程と、ｐ型有機高分子コンタクト層またはｎ型有機低分子コンタクト層のいずれかである第１導電型のコンタクト層を形成する工程と、貫通構造を有する光電変換層を形成する工程であって、該貫通構造は、ｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とが該光電変換層の厚みを横切るいずれかの向きに延びる構造である、光電変換層を形成する工程と、第２の電極層を形成する工程であって、該第２の電極層は、前記前記第１導電型の電極層と電極対をなし、前記第１の電極層または前記第２の電極層のいずれかが透光性を示す、第２の電極層を形成する工程とを含み、これにより、前記第１の電極層、前記第１導電型のコンタクト層、前記光電変換層、および前記第２の電極層を前記基板の側からこの順に備える有機薄膜太陽電池が形成される有機薄膜太陽電池の製造方法が提供される。【００１８】
コンタクト層を利用する場合には、電極層と光電変換層との密着性が高まり、電気抵抗にも悪影響を与えることはないため、実用性の高い有機薄膜太陽電池が提供される。【００１９】
なお、本出願全般にわたり、貫通構造とは、ｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とが該光電変換層の厚みを横切るいずれかの向きに延びる構造である。【００２０】
特に、本発明の各態様においては、ｐ型有機高分子層とｎ型有機低分子層との交互の積層膜または積層体を利用し、その積層体から作製された短冊部材を利用する。すなわち、本発明においては、前記光電変換層はいくつかの短冊部材を備えており、該短冊部材それぞれは、ｐ型有機高分子層とｎ型有機低分子層とを交互に積層した積層体を、該ｐ型有機高分子層と該ｎ型有機低分子層との双方を切断する向きに、互いに平行な二つの切断界面を有するように切断したものであり、前記二つの切断界面のうちいずれか一方の切断界面が前記第１導電型のコンタクト層に接触しており、前記貫通構造をなす前記ｐ型有機高分子領域と前記ｎ型有機低分子領域とが、それぞれ、前記短冊部材の前記ｐ型有機高分子層と前記ｎ型有機低分子層とによって形成されるものである上述した薄膜太陽電池が提供される。【００２１】
本発明の上述の態様においては、さらに、ｐ型有機高分子コンタクト層またはｎ型有機低分子コンタクト層のうち、前記第１導電型のコンタクト層とは異なるものである第２導電型のコンタクト層を形成する工程をさらに含み、これにより、前記第１の電極層、前記第１導電型のコンタクト層、前記光電変換層、前記第２導電型のコンタクト層、および前記第２の電極層を前記基板の側からこの順に備える薄膜太陽電池が形成される上述した有機薄膜太陽電池の製造方法が提供される。【００２２】
本発明の光電変換層のｐ−ｎ接合界面(活性層)の構造は、ｐ−ｎ接合界面が多く存在し、有機材料のドメインサイズと分散・凝集を制御して電極まで到達する経路が確保される。積層体から切断して作製される短冊部材を利用することにより、光電変換の効率が高い構造に意図的に作製される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のいずれかの態様によれば、効率的で特性の安定した光電変換層を作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のある実施形態において提供される薄膜太陽電池の主要構成を示す斜視図である。
【図２】本発明のある実施形態の薄膜太陽電池の一例の作製方法において採用される積層体の断面を示す概略断面図である。
【図３】本発明のある実施形態の薄膜太陽電池の一例の作製方法において採用される短冊部材を積層体から作製する様子を示す概略斜視図である。図３（ａ）は、薄膜太陽電池の作製に用いられる短冊部材を説明する斜視図であり、図３（ｂ）は、積層体から傾斜して切断される短冊部材を説明する斜視図である。
【図４】本発明のある実施形態における薄膜太陽電池を製造する主要な手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明のある実施形態において短冊部材の並べ方のバリエーションを示す説明図である。
【図６】本発明のある実施形態において、傾斜して切断された短冊部材による光電変換層の構成を示す説明図である。図６（ａ）は、傾斜して切断された短冊部材が１層並置されている光電変換層を、また、図６（ｂ）は、傾斜して切断された短冊部材が２層に並置されている光電変換層を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
【００２６】
＜第１実施形態＞
［１  概要］
以下、本発明の第１実施形態を実施例に沿って説明する。本実施形態においては、光電変換層の活性層の作製において貫通構造を形成する。この貫通構造は、ｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とを有している。以下、ｐ型有機高分子領域となる材料をｐ型材料といい、ｎ型有機低分子領域となる材料をｎ型材料と呼ぶ。
【００２７】
［１−１  貫通構造］
図１は、本実施形態において提供される薄膜太陽電池１０００の主要構成を示す斜視図である。本実施形態の薄膜太陽電池１０００においては、光電変換層１００とコンタクト層と呼ぶ層とを用いる。具体的には、薄膜太陽電池１０００においては、第１の電極である陽極２０と第２の電極層である陰極１０とが、互いに対向して配置され薄膜太陽電池１０００の電極対をなしている。陰極１０と陽極２０のうちの少なくとも一方は透光性を示す。薄膜太陽電池１０００には、陰極１０および陽極２０の互いに対向する二つの面のうちの一方の面の上に、さらに第１導電型のコンタクト層であるｐ型有機高分子コンタクト層２２（以下、「ｐ型コンタクト層２２」と略記する）が形成されている。また、他方の面の上には、第２導電型のコンタクト層であるｎ型有機低分子コンタクト層１２（「ｎ型コンタクト層１２」）が形成されている。なお、第２導電型のコンタクト層であるｎ型コンタクト層１２が形成されていない構成の薄膜太陽電池も本発明の一態様である。
【００２８】
薄膜太陽電池１０００には、ｐ型コンタクト層２２に接触して配置されている光電変換層１００が備えられている。この光電変換層１００は、ｐ型有機高分子領域１０２とｎ型有機低分子領域１０４とを有している。ｐ型有機高分子領域１０２とｎ型有機低分子領域１０４とは光電変換層１００の厚みＤを横切るいずれかの向きに延びる構造、つまり貫通構造をなしている。
【００２９】
薄膜太陽電池１０００において、ｐ型有機高分子領域１０２それぞれの少なくとも一部はｐ型コンタクト層２２に接触している。ｎ型コンタクト層１２が採用されている場合には、ｎ型有機低分子領域１０４それぞれの少なくとも一部はそのｎ型コンタクト層１２に接触している。図１に示した薄膜太陽電池１０００においては、ｎ型有機低分子領域１０４の図上の上面がすべてｎ型コンタクト層１２に接触しており、ｐ型有機高分子領域１０２それぞれの下面がすべてｐ型コンタクト層２２に接触している。
【００３０】
本実施形態の薄膜太陽電池１０００においては、ｐ型、ｎ型の各材料を機能的に分離している状態を可能な限り保って光電変換層１００が形成され、その上で貫通構造が形成される。薄膜太陽電池１０００を作製するための具体例においては、図１のｐ型有機高分子領域１０２とｎ型有機低分子領域１０４を形成するために、最終的に光電変換層１００となるｐ型、ｎ型の各材料から各材料が交互に積層された積層体２００が作製される。図２は、本実施形態の薄膜太陽電池１０００の一例の作製方法において採用される積層体２００の断面を示す概略断面図である。本実施形態においては、最終的にｐ型有機高分子領域１０２となる層をｐ型有機高分子層２０２と呼び、ｎ型有機低分子領域１０４となる層をｎ型有機低分子層２０４と呼ぶ。図２に示すように、積層体２００は、交互に積層されているｐ型有機高分子層２０２とｎ型有機低分子層２０４とを有している。ここでの積層回数は特段限定されない。このｐ型有機高分子層２０２とｎ型有機低分子層２０４とを交互に積層した積層体２００は、図２の紙面上方のいくつかの層の輪郭を鎖線として示すように、ｐ型有機高分子層２０２とｎ型有機低分子層２０４とを交互に積み上げてゆく任意の工程によって形成される。
【００３１】
本実施形態における例示の作製方法においては、この積層体２００が互いに平行な切断面が得られるように裁断または切断されて、短冊部材２４０が形成される。図３は、本実施形態の薄膜太陽電池１０００の一例の作製方法において採用される短冊部材２４０を積層体２００から作製する様子を示す概略斜視図である。このうち図３（ａ）は、薄膜太陽電池１０００の作製に用いられる短冊部材２４０を説明する斜視図である。図３（ｂ）については後述する。短冊部材２４０は、図３（ａ）に鎖線によって示した位置にて積層体２００を切断して形成される。形成された短冊部材２４０には、切断によって形成された切断表面または切断界面２４２、２４４（以下、切断表面と切断界面を総称して「切断面」と呼ぶ）が形成される。これらの切断面２４２、２４４は、図１に示すように、それぞれ陽極２０と陰極１０の向きに向けられる。短冊部材２４０は、このように切断面を電極に対して対向するように向けて配置され、光電変換層１００として利用される。その結果、短冊部材２４０が、積層体２００においてｐ型有機高分子層２０２とｎ型有機低分子層２０４であったｐ型有機高分子領域１０２とｎ型有機低分子領域１０４として機能し、貫通構造を提供することとなる。なお、図１には、短冊部材２４０として、二つの短冊部材２４０Ａと、短冊部材２４０Ｂとが明示されているが、こらは同種の短冊部材２４０を繰り返し並べたものである。本実施形態の薄膜太陽電池１０００における光電変換層１００に含まれる短冊部材２４０の数には特段制限はない。
【００３２】
このように、積層体２００を形成してその積層体２００を切断した短冊部材２４０が光電変換層１００に用いられる薄膜太陽電池１０００では、ｐ型、ｎ型の各材料を機能的に分離している状態を保って光電変換層１００が形成される。そのため、それぞれの材料が互いに混合されることはない。この点で、本実施形態の薄膜太陽電池１０００は、従来のＢＨＪ層に例示されるような、一旦ｐ型、ｎ型の材料を混合し、その後の相分離によってｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域を形成する手法とは、大きく相異する。
【００３３】
［２  材料］
次に、本実施形態の薄膜太陽電池１０００に採用される材料について説明する。特に、薄膜太陽電池１０００を作製する際の材料を、光電変換層１００のための材料と、ｎ型コンタクト層１２またはｐ型コンタクト層２２のための材料とに分けて説明する。
【００３４】
［２−１  光電変換層のための材料］
光電変換層１００においては、典型的なｐ型有機材料としてＰ３ＨＴなどアモルファス性の高分子導電性材料が採用される。さらに、典型的なｎ型有機材料として低分子であるフラーレン誘導体（ＰＣＢＭ）が採用される。これらの典型例以外に、薄膜太陽電池１０００には各種のｐ型高分子導電性材料や、各種のｎ型低分子導電性材料が用いられる。
【００３５】
本実施形態の薄膜太陽電池１０００のための積層体２００を作製するためには、後述する典型的な製造方法において、ｐ型、ｎ型それぞれの有機材料を有機溶媒に溶かして別々の溶液が準備される。この有機溶媒は、一例としてはｐ型、ｎ型の双方の有機材料成分を十分に溶かす良溶媒のものが望ましい。そして、そのような溶媒を採用しつつ、溶解性や溶媒の残留量が制御される。これらの溶解性や溶媒の残留量は、ｐ型有機高分子層２０２やｎ型有機低分子層２０４の各層を形成する時点や、ｐ型有機高分子層２０２とｎ型有機低分子層２０４とを交互に積層する時点で、下地となっている層を溶解しないようにする観点から調整される。具体的には、採用される有機溶媒やその取り扱いのための選択指針は次の二つである。一つは、ｐ型、ｎ型それぞれの有機材料に対して、溶媒が十分な溶解性を示すことである。もう一つは、ｐ型有機材料とｎ型有機材料を交互に積層していく際、それぞれが過度に混ざって均一に分散してしまうことのないように湿潤状態を長く続かせないことである。これらの性質を両立するためには、有機溶媒に対して溶解された溶液から積層体２００を形成する工程においては、塗布後に乾燥工程が設けられたり、または、低い沸点を有する溶媒が採用されたりという工夫が施される。なお、有機溶剤に溶解させるｐ型およびｎ型の有機半導体材料は、その組み合わせが太陽電池素子として機能するものであれば低分子、高分子のいずれであるかは問わない。
【００３６】
［２−２  ｎ型コンタクト層１２、ｐ型コンタクト層２２のための材料］
ｎ型コンタクト層１２およびｐ型コンタクト層２２のための材料は、典型的には、ｎ型有機低分子層２０４やｐ型有機高分子層２０２を形成するための材料と同一の材料が選択される。
【００３７】
［３  製造方法］
次に、本実施形態の薄膜太陽電池１０００を製造するための製造方法について説明する。図４は、薄膜太陽電池１０００を製造する主要な手順を示すフローチャートである。まず、第１電極である陽極２０（図１）が形成される（Ｓ１０２）。陽極２０は、典型的には、何らかの基板（図示しない）の面の上に形成される。次に、第１導電型のコンタクト層であるｐ型コンタクト層２２が形成される（Ｓ１０４）。ｐ型コンタクト層２２も、典型的には、陽極２０の面の上に形成される。次いで、光電変換層１００が形成される（Ｓ１１０）。この光電変換層１００も、典型的には、ｐ型コンタクト層２２の面の上に形成される。そして、第２導電型のコンタクト層を採用する場合には、さらに、第２導電型のコンタクト層であるｎ型コンタクト層１２が形成される（Ｓ１２０）。そして、第２電極である陰極１０が形成される（Ｓ１２２）。ｎ型コンタクト層１２が形成される面は、典型例としては、光電変換層１００の面の上や、陰極１０の面の上である。こうして、第１の電極層である陽極２０、第１導電型のコンタクト層であるｐ型コンタクト層２２、光電変換層１００、および前記第２の電極層である陰極１０をこの順に備える有機薄膜太陽電池が形成される。また、第２導電型のコンタクト層としてｎ型コンタクト層１２が形成される場合には、第１の電極層である陽極２０、第１導電型のコンタクト層であるｐ型コンタクト層２２、光電変換層１００、第２導電型のコンタクト層であるｎ型コンタクト層１２、および前記第２の電極層である陰極１０をこの順に備える有機薄膜太陽電池が形成される。
【００３８】
なお、上述した薄膜太陽電池１０００の製造方法の各工程の時間的な順序は例示のものに過ぎず、本実施形態における工程の順序は特に上述したものに限定されない。例えば、光電変換層の形成工程Ｓ１１０において積層体２００を形成しておいて短冊部材２４０を作製し、その後に第１電極形成工程Ｓ１０２において陽極２０を作製する順序を採用することができる。加えて、光電変換層の形成工程Ｓ１１０により形成した短冊部材２４０をｎ型コンタクト層１２の面の上に形成するため、第１電極形成工程Ｓ１０２より前に、または平行して第２電極形成工程Ｓ１２２を実施してその次に第２導電型のコンタクト層（ｎ型コンタクト層１２）の形成工程Ｓ１２０によってｎ型コンタクト層１２を陰極１０に形成することも可能である。その工程を採用する場合には、例えば、陰極１０の面の上のｎ型コンタクト層１２の面の上に短冊部材２４０が並置される。なお、各膜の形成工程については、各種の成膜手法を採用することが可能である。
【００３９】
光電変換層の形成工程（Ｓ１１０）は、典型的には、図４に示したように、積層体２００を形成する工程（Ｓ１１２）と、その積層体２００を切断することにより短冊部材２４０を形成する工程（Ｓ１１４）とを含んでいる。そして形成された短冊部材２４０は、その時点で形成されている支持可能な部材に対して並置される（Ｓ１１６）。そのような何らかの支持可能な部材の例は、陽極２０およびｐ型コンタクト層２２が形成された図示しない基板のｐ型コンタクト層２２の面の上であり、また、陰極１０およびｎ型コンタクト層１２が形成された図示しない基板のｎ型コンタクト層１２の面の上である。この光電変換層の形成工程（Ｓ１１０）についてさらに詳述する。
【００４０】
［３−１  光電変換層の形成工程（Ｓ１１０）］
［３−１−１  積層体形成工程（Ｓ１１２）］
積層体２００を形成するためには、通常、何らかの基板、膜または物体（図示しない。以下、「積層体用仮支持体」と呼ぶ）上への印刷法やスプレー法が用いられる。この印刷法には、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等が含まれている。これら以外にも、スリットコーター法、スピンコート法や、蒸着法、静電塗布法、粉体塗装法などを採用することも可能である。
【００４１】
積層体２００を形成するための積層体用仮支持体には各種の支持体を採用することが可能である。本実施形態に好適な積層体用仮支持体の例としては、平滑な表面を有する任意の平面基板を採用することができる。また、円柱の外側面を積層体用仮支持体として積層体を形成することも好適である。さらに、輪をなすベルト状基体の外側面を積層体用仮支持体として積層体を形成することも可能である。円柱の外側面やベルト状基体の外側面を積層体用仮支持体とした場合、積層体２００が２種の材料を交互に積層しているものであるため、円柱またはベルト状基体を円柱の軸回りに回転運動させたり、ベルト状基体の周方向に周回運動させたりすることにより、比較的多数の層数の積層体を容易に形成することが可能となる利点を有する。
【００４２】
［３−１−２  短冊部材の形成（切断、Ｓ１１４）］
積層体２００を裁断して得られた短冊部材２４０は、積層体２００の裁断幅Ｗ１（図３（ａ））が光電変換層１００の膜厚Ｄ（図１）となる。したがって、裁断幅Ｗ１は、一方では光の利用効率の点からはある程度以上大きくなるように、他方では材料の利用効率の点からは不必要に大きくならないように考慮される。なお、裁断幅Ｗ１を極端に小さくすると、短冊部材２４０のハンドリングが困難となるため、その点も加味されて裁断幅Ｗ１が決定される。そして、短冊部材２４０の裁断長Ｌ（図３（ａ））は、光電変換層１００における短冊部材の延びる方向の長さＬ（図１）となる。この裁断長Ｌは、ハンドリングが可能な範囲で長く設定されると、少ない工程で広い面積の薄膜太陽電池を作製することが可能となる。薄膜太陽電池１０００に採用される短冊部材２４０の数は特段限定されない。裁断した積層体である短冊部材２４０は、単一の一体部材としてもよいし、また、図１に二つの短冊部材２４０Ａと、短冊部材２４０Ｂとして示すように、複数つなげて面積を増すことも可能である。さらに、短冊部材２４０の形状には特段制約はない。短冊部材２４０の切断面２４２および切断面２４４は互いが可能な限り平行に形成されることが好ましい。これは、図１に示した薄膜太陽電池１０００において、光電変換層１００の厚みＤ１が切断面２４２と切断面２４４において定まるためである。
【００４３】
積層体２００から裁断によって短冊部材２４０を作製するためには、例えば鋭利な刃先を有する任意の切断器具、例えばナイフが用いられる。それ以外にも、精密カッター、スリッター、ミクロトームといった切断器具を用いることよって、積層体２００から短冊部材２４０を形成することができる。これらの手段によって、切断面２４２や切断面２４４には、凹凸が可能な限り形成されないようにして裁断される。このため、本出願全体にわたり、互いに平行な二つの切断面（切断界面、切断平面）と規定されていても、これら切断面に幾何学的に完全な平行さが要求されているわけではない。また、切断平面と規定されていても、幾何学的に完全な平面性が要求されているわけでもない。
【００４４】
特に、円柱の外側面に積層体を形成する例においては、例えば、樹木の幹の断面に見られる年輪やバウムクーヘンのように同心円をなす層境界を持つような形態で、または、文具用テープのロールのように巻き取られてつながっている形状となるような形態で積層体が形成される。このため、円柱の外側面を積層体用仮支持体として形成された積層体を採用すれば、切断のために、ナイフなどの切断手段を往復させる必要が無く、長さＬが十分に長い短冊部材２４０を作製することが可能となる。その場合には、例えば円柱の積層体用仮支持体を円柱の軸回りに回転させながら、ナイフなどの切断部材を、外側面に形成された積層体２００に接触させながら押し当てる。そのナイフを回転軸方向に送り移動させながら切断を連続的に処理すれば、十分に長い短冊部材２４０が形成される。このような機械加工上の工夫を加えることによって、一定幅Ｗ１の部材として短冊部材２４０を作製することが可能である。ベルト状基体を積層体用仮支持体として採用する場合にも、同様の効果が達成される。
【００４５】
［３−１−３  並置（Ｓ１１６）］
図１において、短冊部材２４０Ａと短冊部材２４０Ｂとは、長さＬの方向に並置されている。薄膜太陽電池１０００の光電変換層１００は、特段このようなものに限定されるものではない。図５は、短冊部材２４０の並べ方のバリエーションを示す説明図である。例えば、図５（ａ）に図示した短冊部材２４０Ｃと短冊部材２４０Ｄのように、短冊部材の延びる向きＬとは直交する幅Ｗ２の向きに並ぶように短冊部材２４０を並置して配置することにより、光電変換層１００Ａを形成することも可能である。なお、幅Ｗ２は、積層体２００（図３）における総厚Ｄ２に相当するものである。
【００４６】
なお、図１に示した薄膜太陽電池１０００においては、短冊部材２４０Ａと短冊部材２４０Ｂは、別々の片となるように互いに切断された別体の短冊部材２４０である。しかし、光電変換層１００を形成するための短冊部材の形状は、短冊部材２４０の形状に応じ適宜に変更される。図１に示したように切断されて別々にして並べられた短冊部材の配列以外にも、例えば、陰極１０または陽極２０の広がりを超えた長さを有する短冊部材２４０は、陰極１０または陽極２０に接しながらその面内を蛇行するように並置される場合もある。また、例えば図示しないフレキシブル基板を用いて陰極１０または陽極２０が形成されていて、そのフレキシブル基板が長尺のものである場合には、その長尺方向に延びるように短冊部材２４０が配置されることも、さらには、長尺方向とは垂直な幅方向に短冊部材２４０が並べられることもある。さらには、フレキシブル基板を用いて陰極１０または陽極２０が形成されている場合に、そのフレキシブル基板自体を円柱の外側面や、輪をなすベルト状の外側面となるようにしておいて、フレキシブル基板自体をその円柱の軸回りに回転させたりベルト状の周方向に周回させたりしながら短冊部材２４０を並べ、使用時に少なくとも一片が切断されながら引き伸ばされることも有効である。
【００４７】
加えて、これまでに説明されていない任意の部材は、それが最終的な薄膜太陽電池に残存するかしないかを問わず、本実施形態の薄膜太陽電池１０００やその製造方法の一部として採用することが排除されていない。本実施形態においては、実施上の必要性その他の理由のために必要な部材や工程を適宜採用することができる。例えば、機械的なハンドリングを容易にするために、薄膜太陽電池１０００に残存しない一時的な基板、膜または物体（以下、「短冊部材用仮支持体」と呼ぶ）に短冊部材２４０が載置される工程や、その短冊部材用仮支持体から短冊部材２４０が剥離されて目的の何らかの層に移載されてゆく工程も、本実施形態の一部として含めることが可能である。
【００４８】
さらには、本実施形態には、薄膜太陽電池１０００における光電変換層１００が２層以上となるように並置されている短冊部材を有する光電変換層１００Ｂも採用することが可能である。図５（ｂ）は２層の短冊部材を有する光電変換層１００Ｂの構成を示す斜視図である。光電変換層１００Ｂは、特に、ある方向に延びるように並置された第１群の短冊部材２４０Ｄ、２４０Ｅと、第１群の短冊部材２４０Ｄ、２４０Ｅの延びる向きに交差して延びて並ぶ第２群の短冊部材２４０Ｆ、２４０Ｇを含んでいる。特に光電変換層１００Ｂでは第１群の短冊部材２４０Ｄ、２４０Ｅの延びる向きは図のｘ方向であるのに対し、第２群の短冊部材２４０Ｆ、２４０Ｇの延びる向きはｙ方向であり、互いに直交する方向に延びるように向け並置されている。この光電変換層１００Ｂにおいては、第１群の短冊部材２４０Ｄ、２４０Ｅそれぞれは、二つの切断面２４２、２４４のうちの切断面２４４をｎ型コンタクト層１２（図１。図５において図示しない）に接触させている。また第２群の短冊部材２４０Ｆ、２４０Ｇそれぞれは、切断面２４４を第１群の短冊部材２４０の他方の切断面２４２に接触させている。
【００４９】
このように２層の短冊部材を用いて交差した向きに各層の短冊部材を並べることについては実用上大きな利点がもたらされる。互いの延びる向きが交差していると、ｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とは、両層の間において、特段の位置合わせをせずとも接触する。このため、短冊部材の幅Ｗ１（図３）を厚くして厚みＤ１（図１）を厚くしにくいような場合であっても、２層またはそれ以上の短冊部材を並べ実質的な厚みＤ１を厚くする調整を行なえば、電気的な不都合を未然に防ぐことが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態の薄膜太陽電池１０００に採用される光電変換層の貫通構造は、その厚み方向に平行にｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域が延びるものであることは必ずしも要さない。光電変換層となる短冊部材を積層体２００から切断する際に積層体２００の厚みＤ２（図３）に対して傾く方向に傾斜して切断すると、積層体２００のｐ型有機高分子層２０２とｎ型有機低分子層２０４が短冊部材において延びる向きは光電変換層の厚みの向きには平行ではなくなる。図６は、傾斜させて切断した短冊部材による光電変換層の構成を示す説明図である。このうち、図６（ａ）は、傾斜し切断された短冊部材が１層並置されている光電変換層を示し、図６（ｂ）は、傾斜させて切断した短冊部材が２層に並置されている光電変換層を示している。本実施形態において、光電変換層１００Ｃとして積層体の交互に積層されている方向から傾斜して各層を横切るように切断されている短冊部材２５０を用いることもできる。図３（ｂ）は、積層体２００から傾斜して切断される短冊部材２５０を説明する斜視図である。図３（ｂ）に示したように、短冊部材２５０である短冊部材２５０Ａと短冊部材２５０Ｂにおいても、典型的には、切断面２５２と切断面２５４は、互いに平行となるように切断されている。この場合、貫通構造のためのｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域との延びる向きが、ｎ型コンタクト層１２とｐ型コンタクト層２２を結ぶ最短距離を与える方向ではなくなる。その場合にも、光電変換層１００Ｃにおいては、ｐ型有機高分子領域とｎ型有機低分子領域とが別々に層として形成される積層体２００を利用するため、陽極２０へ、および陰極１０へのキャリアの導通経路が確実に確保される。このように、積層体２００から短冊部材を切断する際の方向については、必ずしも積層体２００の厚みの向きに平行とすることは要さない。これは、切断処理（Ｓ１１４）における機械的な精度が必ずしも高くなくて構わないという点において、実用上大きな利点となる。
【００５１】
さらに、この斜めに切断した場合に図６（ｂ）に示すように、短冊部材を２層に重ねることも、本実施形態の薄膜太陽電池の一態様である。この場合にも、図５（ｂ）を参照して例示したように、各層の間で短冊部材の延びる方向を互いに交差させ並置することもできる（図示しない）。
【００５２】
［４  実施例および比較例］
［４−１  実施例の作製］
以下、上述した本実施形態に含まれる実施例について説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順、要素または部材の向きや具体的配置等は本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することかできる。したがって、本発明の範囲は以下の具体例に限定されるものではない。
【００５３】
［４−１−１  積層体の作製］
光電変換層１００において貫通構造をなすｐ型有機半導体材料にはＰ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））を、ｎ型有機半導体材料にはＰＣＢＭ（フラーレン誘導体：Ｐｈｅｎｙｌ  Ｃ６１−Ｂｕｔｙｌｉｃ  ａｃｉｄ  Ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ）を用いた。具体的には、Ｐ３ＨＴを１０．０ｇ、ＰＣＢＭを１０．０ｇ用意し、溶媒として、Ｐ３ＨＴ、ＰＣＢＭとも２０時間攪拌することによって、それぞれトルエン５００ｍＬに溶解させ別々の溶液を準備した。そして、積層体２００を形成するために積層体用仮支持体として基板（「積層体用仮支持基板」）を用いた。積層体用仮支持基板としては、耐熱性および耐薬品性があり、収縮も少なく、かつ、形成後の積層体２００を剥離することが可能な材質としてポリイミド基板を採用した。
【００５４】
積層体用仮支持基板であるポリイミド基板へ積層体２００を形成するための塗布方法としてはＰ３ＨＴ溶液をスピンコート法によって塗布し、ＰＣＢＭ溶液をスプレー塗布とした。具体的には、Ｐ３ＨＴをスピンコート法により、回転条件は２０００ｒｐｍ×１２０秒間として塗布した。この塗布は乾燥窒素が封入されたグローブボックス内で処理された。そして塗布後の基板を基板温度１３０℃にて３０秒間ホットプレートにて乾燥させ、ｐ型有機高分子層２０２としてＰ３ＨＴ膜を形成した。Ｐ３ＨＴ膜の面の上には、ＰＣＢＭ溶液をスプレー塗布した。スプレーにはガンタイプのスプレー噴射装置を採用し、キャリアガスを窒素ガスとして実施した。Ｐ３ＨＴ膜の周囲もスプレー範囲に十分入るようにし、１〜２秒の吹き付け時間を採用した。ＰＣＢＭ溶液も基板温度１３０℃にて３０秒ホットプレートにて乾燥させ、ｎ型有機低分子層２０４としてＰＣＢＭ膜を得た。これを繰り返し、交互に積層し、Ｐ３ＨＴ膜、ＰＣＢＭ膜それぞれを１０００層積層した、Ｐ３ＨＴ膜／ＰＣＢＭ膜を対として交互に積層された積層体２００を作製した。なお、図３に示した厚みＤ２は、Ｐ３ＨＴ膜／ＰＣＢＭ膜を５００対（１０００層）積層した場合に、１０〜２０μｍ程度であった。
【００５５】
［４−１−２  積層体の裁断］
Ｐ３ＨＴ膜／ＰＣＢＭ膜の交互に積層した積層体２００を裁断した。裁断には顕微鏡付き精密カッターを用いた。ここで、積層体２００の裁断幅Ｗ１（図３）は、そのまま光電変換層の膜厚Ｄ１（図１）となる。実施例として作製した薄膜太陽電池においては、裁断した積層体２００は、ポリイミド基板から積層体２００を剥がし、顕微鏡付き精密カッターにて１μｍの幅で裁断し作製した。
【００５６】
次に、第２の電極層である陽極２０を形成した。陽極２０の材質は特に限定はされず、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ  （ＩＺＯ）など任意の材質を用いることができる。なお、太陽電池として動作させるために、陰極１０または陽極２０のいずれか一方は透光性を示す電極とされる。本実施例では、酸素プラズマに曝すことにより表面をドライ洗浄したガラス基板を準備し、当該ガラス基板の清浄面の上に陽極２０としてＩＴＯ膜をスパッタ法にて形成した。
【００５７】
陽極２０（ＩＴＯ膜）の面の上に、スピンコート法にてＰ３ＨＴ膜を１層塗布しｐ型コンタクト層２２を形成した。そのＰ３ＨＴ膜の乾燥していない表面の上に、積層体２００を裁断して作製しておいた短冊部材２４０を、切断面２４２をＰ３ＨＴ膜に向け並置し、その状態で自然乾燥させた。こうして短冊部材２４０を並べた光電変換層を形成して多数の短冊部材２４０を１層だけ並置し光電変換層１００を形成した。本実施例においては、陽極２０上のＰ３ＨＴ膜が乾く前に短冊部材２４０を並べたため、短冊部材２４０からなる光電変換層１００とｐ型コンタクト層２２との界面が十分に密着された。
【００５８】
続いて光電変換層１００となる短冊部材２４０の切断面２４４の上にＰＣＢＭ溶液を塗布しＰＣＢＭ膜をｎ型コンタクト層１２として形成した。そして、陰極１０を、そのｎ型コンタクト層１２の表面の上に形成した。陰極１０の材料は特に限定はされず、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａなど任意の金属膜を用いることができる。また、特に他の方法を採用することも可能である。本実施例では、陰極１０の形成は、Ａｌをスパッタ法にて形成し、最終的に有機材料を光電変換層とする薄膜太陽電池１０００を得た。
【００５９】
［４−２  比較例の作製］
ｐ型有機半導体材料Ｐ３ＨＴ２０ｍｇとｎ型有機半導体材料ＰＣＢＭ２０ｍｇを同時にトルエン１ｍＬに混入し、さらに２０時間攪拌しｐ型有機半導体材料Ｐ３ＨＴとｎ型有機半導体材料ＰＣＢＭとをともに溶解させた。次にガラス基板を用意し、酸素プラズマで表面をドライ洗浄した。その後、陽極としてＩＴＯを形成し、スピンコート法によって基板上の陽極の面の上にＰ３ＨＴ／ＰＣＢＭ混合溶液を塗布した。回転条件は２０００ｒｐｍ×１２０秒とした。塗布作業は乾燥窒素が封入されたグローブボックス内で行い、乾燥はグローブボックス内で、６０分間自然乾燥させた。こうして、Ｐ３ＨＴ／ＰＣＢＭ混合溶液からＰ３ＨＴ領域とＰＣＢＭ領域とが相分離をへて得られたＢＨＪ層を作製した。その後、ＢＨＪ層にアルミニウムの陽極をスパッタ法によって形成し、比較例の薄膜太陽電池を作製した。
【００６０】
［４−３  実施例と比較例の対比］
上述のように作製した薄膜太陽電池素子の実施例および比較例について、エネルギー変換効率を測定した。測定条件は、受光部にソーラーシミュレータ（ＡＭ１．５Ｇフィルタ）の１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を照射した。測定項目は短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ＦＦ）とした。さらに、この光の照射条件におけるエネルギー変換効率、以下の式に基づいて算出した。
エネルギー変換効率（％）＝Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）×Ｖｏｃ（Ｖ）×ＦＦ
【００６１】
実施例の評価結果を表１に示す。
【表１】
2012172878.tif 000003
なお、表１中の短絡電流密度の単位はｍＡ、開放電圧の単位はＶである。
【００６２】
以上の結果から、本実施形態の薄膜太陽電池１０００においては、ＢＨＪ層の構造の比較例を基準とすると、短絡電流密度が１．６１倍、フィルファクターが１．９３倍、開放電圧が１．１８倍もの大幅な性能向上が見られ、効率は３．８倍もの改善が達成された。しかも、本実施形態の薄膜太陽電池１０００は、光電変換層１００に貫通構造を安定して導入することが可能である。しかも、このような光電変換層１００は、性能の調整が容易で大量に作製することも可能である。つまり、裁断幅Ｗ１（図３）を変えることによる光電変換層１００の厚みの変更や、短冊部材２４０を並置したり短冊部材２４０の長さＬ（図３）を変更することによる光電変換層１００の受光面積の変更は容易なものである。しかも、積層体２００の作製する面積は容易に拡大することが可能であるため、並置される短冊部材２４０の数を容易に増大させることには技術的障害が少ない。
【００６３】
以上に述べたように、本実施形態においては、有機材料を光電変換層として有する薄膜太陽電池において、安定した性能の薄膜太陽電池を提供することが可能となり、ひいては、太陽電池の光電変換特性の向上が可能となる。
【００６４】
＜第１実施形態：変形例＞
上述した第１実施形態は、本発明の思想を実施するための特定の実施形態であり、種々の変形が可能である。例えば、上述した第１実施形態においは、第１電極が陽極、第２電極が陰極である例を説明したが、この組合せは逆にすることも可能である。同様に、上述した第１実施形態においては、第１導電型のコンタクト層をｐ型有機高分子コンタクト層、第２導電型のコンタクト層をｎ型有機低分子コンタクト層として説明したが、この組合せも逆に選ぶことが可能である。これらの組合せを変更しても、第１実施形態にて例示した本発明の思想を実施することが可能である。
【００６５】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。さらに、実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は太陽電池を用いる機器に利用される。
【符号の説明】
【００６７】
１０００  薄膜太陽電池
１０  陰極
２０  陽極
１００、１００Ａ〜１００Ｃ  光電変換層
２００  積層体
２０２  ｐ型有機高分子層
２０４  ｎ型有機低分子層
２４０、２４０Ａ〜２４０Ｇ、２５０、２５０Ａ〜２５０Ｂ  短冊部材
２４２、２４４、２５２、２５４  切断面（切断表面、切断界面）
【図１】
2012172878.tif 000004
【図２】
2012172878.tif 000005
【図３】
2012172878.tif 000006
【図４】
2012172878.tif 000007
【図５】
2012172878.tif 000008
【図６】
2012172878.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月6日(2013.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記光電変換層を形成する工程は、
ｐ型有機高分子層とｎ型有機低分子層とが交互に積層された積層体を形成する工程と、
該ｐ型有機高分子層と該ｎ型有機低分子層との双方が切断される向きに該積層体を切断することにより、該ｐ型有機高分子層と該ｎ型有機低分子層との双方が露出している互いに平行な二つの切断表面を備えるいくつかの短冊部材を形成する工程と
を含むものである
請求項８または請求項９に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【国際調査報告】
2012172878.tif 000010
2012172878.tif 000011
2012172878.tif 000012
2012172878.tif 000013