(57)【要約】  有機小分子材料の第１の試料で始まる一連の操作として実行される有機小分子材料を精製する方法。第１の段階（９０４）は、温度勾配昇華により有機小分子材料を精製する。第２の段階（９０８）は、精製された有機小分子材料からの少なくとも一つの試料の純度を分光法により試験する。第３の段階は、分光試験が、目標有機小分子の特性ピークの大きさの閾値パーセントを超えるいずれかのピークを明らかにするならば、精製された小分子材料について第１から第３の段階（ｃ）を繰り返す。段階は少なくとも２回実行される。閾値パーセントは、最大で１０％である。好適には、閾値パーセントは、５％であり、さらに好適には、２％である。閾値パーセントは、完成デバイスにおいて、目標性能特性が達成された過去の試料に基づいて選択されうる。【選択図】図１０
2009510790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）温度勾配昇華により有機小分子材料を精製する段階、
（ｂ）精製された前記有機小分子材料から、少なくとも一つの試料の純度を分光法により試験する段階、および、
（ｃ）分光試験が、目標有機小分子の特性ピークの大きさの閾値パーセントを超すいずれかのピークを明らかにする場合、精製された前記有機小分子材料について段階（ａ）から段階（ｃ）を繰り返す段階、
を有機小分子材料の第１の試料から始めて、順番に実行することを含み、
前記閾値パーセントは１０％以下であり、段階（ａ）から段階（ｃ）は少なくとも２回実行される、方法。
【請求項２】
前記閾値パーセントは、前記有機小分子材料の以前に試験された試料のスペクトルに基づいて設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記目標小分子の特性ピークの大きさの前記閾値パーセントを超すピークが残らなくなったあと、
（ｄ）ドナーまたはアクセプタが前記第１の試料からの精製された有機小分子材料を含んでおり、２つの電極の間に配置されている少なくとも一つのドナー−アクセプタ接合を備える感光性の光電子デバイスを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の試料からの精製された前記有機小分子材料をヘテロ接合の光伝導体材料として含む、少なくとも一つのショットキー障壁ヘテロ接合を含む感光性の光電子デバイスを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
段階（ａ）から段階（ｃ）の累積的な繰り返しに基づいて、前記第１の試料を精製するために必要とされた温度勾配昇華の総量を決定すること、
前記総量にしたがって温度勾配昇華により有機小分子材料の第２の試料を精製すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の試料および前記第２の試料は、同じソースから得られる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ドナーまたはアクセプタが前記第２の試料からの精製された有機小分子材料を含んでおり、２つの電極の間に配置されている少なくとも一つのドナー−アクセプタ接合を備える感光性の光電子デバイスを形成することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の試料からの精製された前記有機小分子材料をヘテロ接合の光伝導体材料として含む、少なくとも一つのショットキー障壁ヘテロ接合を含む感光性の光電子デバイスを形成することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
段階（ａ）が最初に行われる前に、第１の試料の初期スペクトルを分光法により決定すること、
段階（ａ）から段階（ｃ）の累積的な繰り返しに基づいて、前記第１の試料を精製するために必要とされた温度勾配昇華の総量を決定すること、
前記第１の試料の初期スペクトルを決定するために用いられたのと同じ試験法を用いて、有機小分子材料の第２の試料の初期スペクトルを分光法により決定すること、および、
前記第２の試料の初期スペクトルが前記第１の試料の初期スペクトルと実質的に一致する場合、前記総量にしたがって温度勾配昇華により前記有機小分子材料の前記第２の試料を精製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ドナーまたはアクセプタが前記第２の試料からの精製された前記有機小分子材料を含んでおり、２つの電極の間に配置されている少なくとも一つのドナー−アクセプタ接合を備える感光性の光電子デバイスを形成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の試料からの精製された有機小分子材料をヘテロ接合の光伝導体材料として含む、少なくとも一つのショットキー障壁ヘテロ接合を含む感光性の光電子デバイスを形成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記分光法は、質量分析である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
段階（ｂ）は、
（ｂ１）精製された前記有機小分子材料の試料から粉末を作製すること、
（ｂ２）前記粉末に前記質量分析を実施すること、
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
質量分析は、レーザ脱離イオン化飛行時間型測定により実施される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記分光法は、フーリエ変換赤外分光法である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
段階（ｂ）は、
（ｂ１）精製された前記有機小分子材料の試料を基板上に膜として蒸着すること、
（ｂ２）前記膜にフーリエ変換赤外分光を実施すること、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも一つの試料の純度を試験する前記（ｂ）が行われるごとに、
精製された前記有機小分子材料の前記第１の試料を質量分析により試験すること、および、
精製された前記有機小分子材料の第２の試料をフーリエ変換赤外分光により試験することを含み、
どちらかの試験が前記目標有機小分子の特性ピークの大きさの閾値パーセントを超すいずれかのピークを明らかにする場合、段階（ａ）から段階（ｃ）が繰り返される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記閾値パーセントは、５％である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記閾値パーセントは、２％である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００５年９月３０日に出願された暫定的な米国出願第６０／７２１，９７５号に関し、その優先権を主張するものであり、その内容は、これによって参照して全体的に併合されている。
【０００２】
アメリカ合衆国政府の権利
本発明は、米国空軍科学研究局により交付された契約番号３３９−６００２と、米国エネルギー省再生可能エネルギー研究所により交付された契約番号３３９−４０１２とに基づき米国政府の支援によってなされたものである。米国政府は、本発明に関して一定の権利を有する。
【０００３】
共同研究契約
特許請求されている発明は、大学−企業の共同研究契約の以下の当事者の代表によって、および／または１以上の当事者が結びついてなされたものである：プリンストン大学、南カリフォルニア大学、およびグローバル  フォトニック  エナジー  コーポレイション（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。特許請求されている発明がなされた日以前に当該契約は発効しており、かつ、特許請求されている発明は、当該契約の範囲内でなされた活動の結果としてなされたものである。
【０００４】
本発明の分野
本発明は、概して言えば、有機感光性の光電子デバイスに関する。より詳細には、少なくとも一つの高純度感光材料を含む有機感光性の光電子デバイスと、材料を精製する方法とに向けられている。
【背景技術】
【０００５】
背景
光電子デバイスは、材料の光学および電子特性に依存して、電子的に電磁放射を生成または検知、あるいは周囲の電磁放射から電気を発生させる。
【０００６】
感光性の光電子デバイス（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ）は、電磁放射を電気信号または電力に変換する。光起電（「ＰＶ」）デバイスとも呼ばれる太陽電池は、特に電力を生成するために用いられる感光性の光電子デバイスの一種である。光伝導体セル（ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｅｌｌｓ）は、信号検知回路とともに用いられ、デバイスの抵抗を監視して吸収された光による変化を検知する。光検知器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）は、印加されたバイアス電圧を受けることができ、電磁放射にさらされたとき、生成された電流を計測する電流検知回路とともに用いられる、感光性の光電子デバイスの一種である。
【０００７】
感光性の光電子デバイスのこれら３つの種類は、以下で定義される整流接合（ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が存在するか、バイアスまたはバイアス電圧として知られている外部印加電圧でデバイスが動作するかによって区別される可能性がある。光伝導体セルは、整流接合を備えず、通常はバイアスで作動される。ＰＶデバイスは、少なくとも一つの整流接合を有し、バイアスなしで作動する。光検知器は、少なくとも一つの整流接合を備え、常にではないが、通常はバイアスで作動される。
【０００８】
本願では、「整流」という用語は、とりわけ、接合部分が非対称導電特性を有する、つまり、接合部分が、一方向に優先的に電荷を輸送するのを支持することを意味する。「半導体」という用語は、熱的または電磁気的な励起により電荷キャリアが生じるとき電気を通す材料を意味する。「光伝導体」という用語は、概して、キャリアが材料中の電荷を伝導する（つまり、輸送する）ことができるように、電磁放射エネルギーが吸収され、それによって電荷キャリアの励起エネルギーに変換される過程に関する。「光伝導体材料」という用語は、電荷キャリアを生成するために電磁放射を吸収する特性が利用される半導体材料を参照する。本願では、「最上層の」は、基板から最も遠く離れることを意味し、一方で、「最下層の」は、基板に最も近いことを意味する。第１の層が、第２の層と物理的に接することが指定されない限り、中間層が存在する可能性がある。
【０００９】
適切なエネルギーの電磁放射が、有機半導体材料に入射するとき、フォトンが吸収されて、励起された分子状態を生じる。有機半導体材料において、生じた分子状態は、通常「励起子」、つまり準粒子として輸送される境界状態にある電子−正孔対とみられている。励起子は、最初の電子と正孔が互いに再結合（異なった対からの正孔または電子が再結合することの対語として）を参照する、対再結合（「クエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）」）の前にかなりのライフタイムを有する可能性がある。光電流を生成するために、励起子を形成する電子−正孔は、通常は整流接合において分離される。
【００１０】
感光デバイスの場合において、整流接合は光起電性のヘテロ接合として参照される。光起電性のヘテロ接合の形態は、ドナー材料とアクセプタ材料との接合部分において形成されるドナー−アクセプタヘテロ接合と、光伝導体材料と金属との接合部分に形成されるショットキー障壁ヘテロ接合（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ−ｂａｒｒｉｅｒ  ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）とを含む。
【００１１】
図１は、ドナー−アクセプタヘテロ接合の一例を説明するエネルギー準位図である。有機材料との関連では、「ドナー」および「アクセプタ」という用語は、接触してはいるが、異なる２つの有機材料の最高被占軌道（「ＨＯＭＯ」）および最低空軌道（「ＬＵＭＯ」）エネルギー準位の相対的な位置を参照する。もし、他と接している一の材料のＬＵＭＯエネルギー準位が、より低いならば、その材料はアクセプタである。そうでなければ、それはドナーである。外部バイアスがない限り、ドナー−アクセプタ接合の電子にとっては、アクセプタ材料へ移動することがエネルギー的に好ましい。
【００１２】
本願では、もし、第１のエネルギー準位が、真空エネルギー準位１０により近いならば、第１のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位は、第２のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯ「より大きい」または「より高い」。より高いＨＯＭＯエネルギー準位は、真空準位に比べて、より小さい絶対エネルギーを有するイオン化ポテンシャル（「ＩＰ」）に対応する。同様に、より高いＬＵＭＯエネルギー準位は、真空準位に比べて小さい絶対エネルギーを有する電子親和力（「ＥＡ」）に対応する。従来のエネルギー準位図上では、真空準位が最上位にあり、材料のＬＵＭＯエネルギー準位が、同じ材料のＨＯＭＯエネルギー準位より高い。
【００１３】
ドナー１５２またはアクセプタ１５４において、フォトン６の吸収の後、励起子８が作られ、励起子８は、整流接合部分で分離する。ドナー１５２は、正孔（白丸）を、アクセプタ１５４は電子（黒丸）を輸送する。
【００１４】
有機半導体における重要な特性は、キャリアの移動度である。移動度は、電界に応じて電荷キャリアが導電材料を通じて移動することができる容易さを計る。有機感光デバイスとの関連では、高い電子移動度により、電子によって優先的に導電する材料は、電子輸送材料と呼ばれる可能性がある。高い正孔移動度により、正孔によって優先的に導電する材料は、正孔輸送材料と呼ばれる可能性がある。移動度および／またはデバイス中の位置により、電子によって優先的に導電する層は、電子輸送層（「ＥＴＬ」）と呼ばれる可能性がある。移動度および／またはデバイス中の位置により、正孔によって優先的に導電する材料は、正孔輸送層（「ＨＴＬ」）と呼ばれる可能性がある。好適には、アクセプタ材料は、電子輸送材料であり、ドナー材料は、ホール輸送材料であるが、必ずしも必須ではない。
【００１５】
キャリア移動度ならびに相対的なＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ準位に基づく光起電へテロ接合において、ドナーおよびアクセプタとして役目を果たすために、どのように２つの有機光伝導体材料の対をつくるかは、周知技術であり、ここでは言及しない。
【００１６】
本願では、「有機の」という用語は、光電子デバイスを作るために用いられる可能性のある小分子有機材料と同様にポリマー材料も含む。「小分子」は、ポリマーではないあらゆる有機材料を参照し、「小分子」は、実際には非常に大きい可能性がある。小分子は、いくつかの状況において繰り返しの構成単位を含む可能性がある。たとえば、長い鎖状のアルキル基を置換基として用いることは、「小分子」類から分子を除かない。小分子は、また、たとえば、ポリマー骨格上のペンデントグループ（ｐｅｎｄｅｎｔ  ｇｒｏｕｐ）または骨格の一部としてポリマーに含まれる可能性がある。小分子は、また、中心部分上に形成された連続する化学的な外郭構造（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｈｅｌｌｓ）を含むデンドリマーの中心部分としても役割を果たす可能性がある。デンドリマーの中心部分は、蛍光性あるいはリン光を発する小分子の放射体でありうる。デンドリマーは、「小分子」の可能性がある。一般的に、小分子は分子から分子の間で同等の分子量を伴う所定の化学式を有し、一方で、ポリマーは分子から分子の間で変化する分子量を伴う所定の化学式を有する。本願では、「有機の」は、ヒドロカルビル（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｙｌ）の金属化合物およびヘテロ原子置換型のヒドロカルビル・リガンド（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｙｌ  ｌｉｇａｎｄｓ）を含む。
【００１７】
一般的な構造、特性、材料、および特徴を含む有機感光デバイスに対する最新技術の追加的な背景説明および解説のために、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許第６，６５７，３７８号、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許第６，５８０，０２７号、およびＢｕｌｏｖｉｃらへの米国特許第６，３５２，７７７号が、参照することにより本願に組み込まれる。
【発明の開示】
【００１８】
本発明の概要
本発明の実施の形態による方法は、有機小分子材料（ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｍａｌｌ  ｍｏｌｅｃｕｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の第１の試料で始まる一連の操作を実行することを含む。第１の段階は、有機小分子材料を温度勾配昇華（ｔｈｅｒｍａｌ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）によって精製することである。第２の段階は、精製された有機小分子材料からの少なくとも一つの試料の純度を分光法によって試験することである。第３の段階は、もし、分光試験が、目標有機小分子の特性ピークの大きさの閾値パーセント（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）を超すいずれかのピークを明らかにすれば、精製された小分子材料について第１から第３の段階を繰り返すことである。段階は少なくとも２回実行される。閾値パーセントは、最大で１０％である。好適には、閾値パーセントは、５％であり、さらに好適には２％である。閾値パーセントは、いくつかある方法の中で、完成したデバイスにおける目標動作特性が達成された過去の試料のスペクトルに基づいて選択することができる。
【００１９】
目標小分子の特性ピークの大きさの閾値パーセントを超すピークが無くなった後、結果として生じた精製された材料が感光性の光電子デバイスの素子として用いられる可能性がある。もし、ドナー−アクセプタ方式に基づいたヘテロ接合をデバイスが含むのであれば、デバイスのドナー−アクセプタ接合部分のドナーまたはアクセプタは、第１の試料からの精製された有機小分子材料を含むようにつくられる。もし、ショットキー障壁方式に基づいたヘテロ接合をデバイスが含むのであれば、第１の試料からの精製された材料は、ショットキー障壁ヘテロ接合の光伝導体材料部分として用いられる可能性がある。
【００２０】
第１から第３の段階の累積的な（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ）繰り返しに基づいて、第１の試料を精製するために要求された温度勾配昇華の総量に関して測定をすることができる。閾値を満たすための昇華の総量の測定は、温度勾配昇華によって有機小分子材料の第２の試料を精製するための基礎として用いられる。第２の試料からの精製された有機小分子材料は、２つの電極の間に配置された少なくとも一つのドナー−アクセプタ接合部分を含む感光性の光電子デバイスにおいて、ドナーまたはアクセプタとして用いられる可能性がある。第２の試料からの精製された有機小分子材料は、また、ショットキー障壁ヘテロ接合を含む感光性の光電子デバイスにおける光伝導体材料として用いられる可能性がある。
【００２１】
もし、第１の試料および第２の試料が同一のソースから得られるのであれば、第２の試料の昇華からの結果が第１の試料からの結果を反映する、妥当な度合いの予測可能性で、第２の試料は第１の試料を循環させた結果に基づいて精製することができる。しかしながら、もし、ソースが異なるのであれば、あるいは、試料が異なった条件に対して曝露されていたのなら（たとえば、環境的、保管時間）、第１の試料の循環からの結果が第２の試料に適切であるかを決定するために追加の試験が必要になる可能性がある。
【００２２】
第１の試料からの結果が第２の試料に適用可能かどうかを試験するために、方法に追加的な段階が加えられる。「第１の段階」（つまり、昇華）の最初の生起の前の追加の段階は、分光法によって第１の試料の初期スペクトルを決定することである。他の段階または複数の段階は、第１の試料について第１から第３の段階度の累積的な繰り返し（つまり、累積的な昇華サイクル）に基づいて、第１の試料を精製するために必要な温度勾配昇華の総量を決めることである。第１の試料の初期スペクトルを決定するために用いられたものと同じ試験法を用いて、有機小分子材料の第２の試料の初期スペクトルを決定するために分光法が用いられる。もし、第２の試料の初期スペクトルが、第１の試料の初期スペクトルと実質的に一致するならば、有機小分子材料の第２の試料は、第１の試料の循環から認識した昇華に必要な総量にしたがって温度勾配昇華によって確実に精製されうる。
【００２３】
使用することができる分光方法の例は、質量分析およびフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光である。好適には、第１の試料のそれぞれの循環の間に両方の方法が用いられ、どちらかの試験方法が、閾値パーセントの要求を満足し損なうピークを明らかにするならば、サイクルが繰り返される。しかしながら、どちらの試験も他方なしで用いることができる。さらに、それぞれの試験サイクルは、精度をより確かなものにするために、複数の試料の試験を含むことができる。
【００２４】
質量分析試験については、試験は、精製した有機小分子材料の試料からの粉末をつくること、および、その後に粉末について質量分析を実行することを含む。質量分析試験の好適な方法は、レーザ脱離イオン化飛行時間型測定（ｌａｓｅｒ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）である。
【００２５】
ＦＴＩＲ分光法試験については、試験は、基板上に膜として精製した有機小分子材料の試料を蒸着すること、および、その後にＦＴＩＲ分光を膜上で実行することを含みうる。
【００２６】
図面の簡単な説明
図１は、ドナー−アクセプタヘテロ接合を説明するエネルギー準位図である。
【００２７】
図２は、ドナー−アクセプタヘテロ接合を含む有機感光デバイスを説明する。
【００２８】
図３は、プレーナーヘテロ接合を形成するドナー−アクセプタ二重層を説明する。
【００２９】
図４は、ドナー層とアクセプタ層との間の混合ヘテロ接合を含むハイブリッドヘテロ接合を説明する。
【００３０】
図５は、バルクヘテロ接合を説明する。
【００３１】
図６は、ショットキー障壁ヘテロ接合を含む有機感光デバイスを説明する。
【００３２】
図７は、直列のタンデム（ｔａｎｄｅｍ）感光セルを説明する。
【００３３】
図８は、並列のタンデム感光セルを説明する。
【００３４】
図９は、本発明の実施の形態にしたがって小分子材料試料を精製するための方法と、方法によって形成された純粋材料を含む感光性の光電子デバイスの形成とを説明する。
【００３５】
図１０は、図９における方法を実行することによって認識されたデータを用いた、小分子材料試料の第２の試料を精製するための方法を説明する。
【００３６】
図１１は、図９における方法からの結果が、第２の試料に適用できるかどうかの決定するための試験を含む、図１０において説明された方法を拡張する方法を説明する。
【００３７】
図１２は、図９から図１１における方法を用いた分光試験方法を拡張する。
【００３８】
図１３は、精製された銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）および精製されていない銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の両方についてのマススペクトルを説明する。５２２ａｍｕにおけるピークは、Ｈ２ＰｃがＣｕＰｃ中の本源不純物（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ）であることを示唆する。
【００３９】
図１４は、精製された銅フタロシアニンおよび精製されていない銅フタロシアニンの両方についてのフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルを説明する。ＦＴＩＲデータ中の差異は、Ｈ２ＰｃがＣｕＰｃ中の本源不純物であることを示唆する。
【００４０】
図１５は、最初は精製されていなかった銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）ソース材料（ｓｏｕｔｃｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）に対する成長順序における次数の関数として、ゼロ電界移動度μ０を説明する。インジウムスズ酸化物アノードとＡｕカソードとの間に挟まれた、１０００Åから４０００Åの範囲の膜厚に対して測定がなされた。破線は、精製されたＣｕＰｃ薄膜のμ０に対して測定された値の範囲を描写する。
【００４１】
図１６、１７、および１８は、高真空において蒸着された、最初は精製されていなかった銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）ソース材料、高真空において蒸着されて精製されたソース材料、および超高真空において蒸着されて精製されたソース材料を太陽電池の４つの連続する成長の平均電力変換効率（η）、曲線因子（ＦＦ）、および応答度（ＪＳＣ／Ｐ０）の比較である。黒い四角は、最初の精製されていないＣｕＰｃの１回目の蒸着を、白丸は、２回目を、中抜きの三角は３回目の実行を、中抜きの逆さの三角は４回目を、黒い菱形は高真空で成長させた精製材料を、黒い星は超高真空で成長させた精製さ材料を表す。
図１９は、高真空において精製されていなかったソース材料、高真空において精製されたソース材料、および、超高真空において精製されたソース材料を用いた太陽電池の３つの連続する成長の平均外部電力変換効率（ηＥＱＥ）の比較である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
詳細な説明
有機感光デバイスは、後に電子と正孔に分離しうる励起子を生成するために光が吸収される少なくとも一つの光活性領域を含む。図２は、光活性領域１５０がドナー−アクセプタヘテロ接合を含む有機感光性光電子デバイス１００の例を示す。「光活性領域」は、電流を生成するために分離する励起子を生成するために電磁放射を吸収する感光デバイスの一部である。デバイス１００は、基板１１０の上に、アノード１２０、アノード平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）層１２２、ドナー１５２、アクセプタ１５４、励起子ブロック層（ＥＢＬ）１５６およびカソード１７０を含む。
【００４３】
ＥＢＬ１５６の例は、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６，４５１，４１５号に記載されており、ＥＢＬに関するその開示を参照することによって、本願に引用したものとする。ＥＢＬの付加的な背景説明は、Ｐｅｕｍａｎｓらの「高光強度での極薄有機二重ヘテロ構造光起電性ダイオードにおける効率的なフォトン捕獲」、応用物理会報７６、２６５０〜５２（２０００）にも見られる。ＥＢＬは、励起子がドナーおよび／またはアクセプタ材料から移動することを妨げることによって、クエンチングを減少させる。
【００４４】
用語「電極」と「コンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）」は、ほぼ同じ意味に用いられ、光生成電流を外部回路に供給する媒体を提供するか、あるいは、デバイスにバイアス電流または電圧を提供する層を参照する。図２において説明されるとおり、アノード１２０とカソード１７０は、例である。電極は、金属または「金属代替物」である。ここで、用語「金属」は、基本的に純粋な金属で構成される材料と、２以上の基本的に純粋な金属で構成される材料である金属合金との両者を包含するために用いられる。用語「金属代替物」は、通常の定義の範囲内において金属ではない材料であるが、導電率といった金属のような特性を有するもの、たとえば、ドープされたバンドギャップの大きい半導体、縮退した半導体、導電性酸化物、および導電性ポリマーをいう。電極は、単一層または多重層（「化合物」電極）を有し、透明、半透明または不透明体である。電極と電極材の例は、Ｂｕｌｏｖｉｃらへの米国特許第６，３５２，７７７号、およびＰａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙらへの米国特許第６，４２０，０３１に開示されており、これらのそれぞれの特徴の開示は参照により、本願に組み込まれる。本願では、層が「透明」であるとは、関連する波長の周囲電磁放射の少なくとも５０％を透過することをいう。
【００４５】
基板１１０は、所望の構造上の特性を提供するあらゆる適切な基板でありうる。基板は、柔軟または強固で、平面または非平面でありうる。基板は、透明、半透明または不透明体でありうる。硬いプラスチックとガラスは、好適な硬い基板材料の例である。柔軟なプラスチックと金属箔は、好適な柔軟な基板材料の例である。
【００４６】
アノード−平滑化層１２２は、アノード層１２０とドナー層１５２間に位置しうる。アノード−平滑化層は、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許６，６５７，３７８号に説明されており、この特徴に関連する開示は、参照により本願に引用したものとする。
【００４７】
図２において、光活性領域１５０は、ドナー材料１５２と、アクセプタ材料１５４とを含む。光活性領域に用いられる有機材料は、シクロメタル化有機金属化合物（ｃｙｃｌｏｍｅｔａｌｌａｔｅｄ  ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含む有機金属化合物を含んでもよい。ここで使用される用語「有機金属」は、当業者によって一般的に理解されているもので、たとえば、Ｇａｒｙ  Ｌ．  ＭｉｅｓｓｌｅｒおよびＤｏｎａｌｄ  Ａ．  Ｔａｒｒ著の「無機化学」（第２版）  Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ（１９９９）の第１３章に与えられる。
【００４８】
有機層（ｏｒｇａｎｉｃ  ｌａｙｅｒｓ）は、真空蒸着、スピンコーティング、有機気相堆積法、インクジェット印刷および他の周知の方法を用いて、製造される。
【００４９】
ドナー−アクセプタヘテロ接合の様々な例が図３〜５に示される。図３は、プレーナーヘテロ接合（ｐｌａｎａｒ  ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成しているドナー−アクセプタ二重層を説明する。図４は、ドナーおよびアクセプタ材料の混合物を含む混合ヘテロ接合１５３を含むハイブリッドヘテロ接合を説明する。図５は、理想的な「バルク」ヘテロ接合を説明する。通常、複数の接合面が実際のデバイスの中に存在するが、理想的な光電流の場合では、バルクヘテロ接合は、ドナー材料２５２とアクセプタ材料２５４との間に単一の連続的な接合面を有する。混合およびバルクヘテロ接合は、材料の複数の領域を有する結果、複数のドナー−アクセプタ界面を有する可能性がある。反対タイプの材料によって囲まれる領域（たとえば、アクセプタ材料によって囲まれるドナー材料の領域）は、電気的に絶縁されている可能性があり、これらの領域は、光電流に寄与しない。他の領域は、パーコレーション（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ）経路（連続する光電流経路）により接続されることができ、これらの他領域は、光電流に寄与しうる。混合およびバルクヘテロ接合間の区別は、ドナーおよびアクセプタ材料間の相分離度による。混合ヘテロ接合では、相分離がほとんどないか、まったくなく（たとえば、２、３ナノメータ未満と領域がとても小さい）、一方、バルクヘテロ接合では、顕著な相分離がある（たとえば、２、３ｎｍ〜１００ｎｍの大きさの領域を形成する）。
【００５０】
小分子混合ヘテロ接合は、たとえば、真空蒸着または蒸着を用いてドナーおよびアクセプタ材料の共蒸着（ｃｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、形成されうる。小分子バルクヘテロ接合は、たとえば、制御された成長、蒸着後のアニーリングを伴う共蒸着、または溶解処理によって、形成される可能性がある。ポリマー混合またはバルクヘテロ接合は、たとえば、ドナーおよびアクセプタ材料のポリマーブレンドの溶解処理により形成されうる。
【００５１】
光活性領域が、混合層（１５３）またはバルク層（２５２，２５４）とドナー（１５２）およびアクセプタ層（１５４）のうちの１つまたは両方とを有する場合、光活性領域は、「ハイブリッド」ヘテロ接合を含むといわれる。図４の層の配置は、例示である。ハイブリッドヘテロ接合の付加的な説明のために、２００４年８月４日出願のＪｉａｎｇｅｎｇ  Ｘｕｅによる「ハイブリッド混合プレーナーヘテロ接合を採用した高効率有機光起電力セル」と題された米国特許出願１０／９１０，３７１号を引用により本願明細書に組み込んだものとする（米国特許出願公開第２００５−０２２４１１３Ａ１として２００５年１０月１３日に公開された）。
【００５２】
一般的に、プレーナーヘテロ接合は、良好なキャリア導電性を有するが、貧弱な励起子分離性も有する。混合層は、貧弱なキャリア伝導性と良好な励起子分離性を有する。バルクヘテロ接合は良好なキャリア伝導性と良好な励起子分離性を有するが、材料の「行き詰まり（ｃｕｌ−ｄｅ−ｓａｃｓ）」の最後に電荷蓄積を経験する可能性があり、効率が低くなる。特に明記しない限り、開示される実施形態の全体にわたって、プレーナー、混合、およびハイブリッドヘテロ接合が、ドナー−アクセプタヘテロ接合と互換可能なように用いられる。
【００５３】
図６は、光活性領域３５０がショットキー障壁ヘテロ接合の一部である有機感光性の光電子デバイス３００の例を示す。デバイス３００は、透明コンタクト３２０、有機光伝導性材料３５８を含む光活性領域３５０およびショットキーコンタクト３７０を有する。ショットキーコンタクト３７０は、通常金属層として形成される。光伝導性層３５８がＥＴＬである場合、金のような高い仕事関数金属が使われる可能性がある一方で、光伝導性層がＨＴＬである場合、たとえば、アルミニウム、マグネシウム、またはインジウムのような低い仕事関数金属が使われる。ショットキー障壁セルにおいて、ショットキー障壁に伴って備わる電界は、励起子中の電子と正孔を分離する。通常、この電界補助の励起子分離は、ドナー−アクセプタ接合での分離ほど効率的ではない。
【００５４】
図示のデバイスは、構成１９０に接続される。該デバイスが光起電力デバイスである場合、構成１９０は、電力を消費または貯蔵する負荷抵抗である。デバイスが光検出器である場合、構成１９０は、光検出器が光にさらされるときに生成される電流を測定する電流検出回路であって、デバイスにバイアスを加えうる（たとえば、２００５年５月２６日に公開されたＦｏｒｒｅｓｔらへの米国出願公開２００５−０１１０００７Ａ１号に説明されている）。（たとえば、光活性領域として単一の光伝導性材料を使用して）デバイスから整流化接合が除去される場合、その結果の構造物は、光伝導体セルとして使用されてもよく、この場合、構成１９０は、光吸収に起因するデバイス全体の抵抗の変化を監視する信号検出回路である。特に明記しない限り、ここで開示される各図面および実施形態中において、デバイスには上記のような配置や変更が使用される。
【００５５】
有機感光性の光電子デバイスは、また、透過電荷移動層（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｈａｒｇｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｌａｙｅｒｓ）、電極、または電荷再結合ゾーンを含む。電荷移動層は、有機または無機であり、導電的にアクティブまたはアクティブではない。電荷移動層は、電極と似ているが、デバイスの外部に電気的接続を有さず、光電子デバイスのあるサブセクションから隣接するサブセクションにキャリアを運ぶだけである。電荷再結合ゾーンは、電荷移動層と似ているが、光電子デバイスの隣接したサブセクション間で電子と正孔の再結合を許す。Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許第６，６５７，３７８号、２００４年８月１１日出願のＲａｎｄらの「有機感光デバイス」と題された米国特許出願１０／９１５，４１０号（米国特許出願公開２００６−００３２５２９Ａ１として２００６年２月１６日に公開された）、および、２００４年１１月３日出願のＦｏｒｒｅｓｔらの「積層有機感光デバイス」と題された米国特許出願１０／９７９，１４５号（米国特許出願公開２００６−００２７８０２Ａ１として２００６年２月９日に公開された）のそれぞれが、本願に電荷再結合ゾーン材料および構造の開示について参照により組み込まれ、例示されるように、電荷再結合ゾーンは、半透明金属またはナノクラスタ、ナノ粒子、および／またはナノロッドを含む金属代替物の再結合中心（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｃｅｎｔｅｒ）を含んでもよい。電荷再結合ゾーンは、再結合中心が埋め込まれる透明マトリックス層を含んでも、含まなくてもよい。電荷移動層、電極、または電荷再結合ゾーンは、光電子デバイスのサブセクションのカソードおよび／またはアノードとして機能する。電極または電荷移動層は、ショットキーコンタクトとして機能する。
【００５６】
図７および図８は、このような電荷移動層、電極、および電荷再結合ゾーンを含むタンデムデバイスの例を説明する。図７におけるデバイス４００では、光活性領域１５０と１５０’は、中間導電領域４６０と電気的に直列に積層されている。外部電気接続なしで示されているように、中間導電領域４６０は、電荷再結合ゾーンまたは電荷移動層でありうる。再結合ゾーンとして、領域４６０は透過マトリックス層の有無にかかわらず再結合中心４６１を含む。マトリックス層がない場合、ゾーンを形成している材料の配置は領域４６０全体に亘っては連続的でない可能性がある。図８のデバイス５００は、逆さの配置（すなわち、カソード−ダウン）になった上部のセルを備え、電気的に並列に積層された光活性領域１５０と１５０’を説明する。図７および図８のそれぞれにおいて、応用に基づいて、光活性領域１５０、１５０’およびブロック層１５６、１５６’がそれぞれ同じ材料から形成されてもよく、異なる材料から形成されてもよい。同様に、光活性領域１５０および１５０’は、ヘテロ接合が同じタイプ（つまり、プレーナー、混合、バルク、ハイブリッド）、あるいは、異なるタイプでありうる。
【００５７】
上述の各デバイスにおいて、励起子ブロック層のように、層が省略されてもよい。たとえば、反射層または追加の光活性領域のような他の層が加えられてもよい。層の順番は、変更または逆転されてもよい。集信装置（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）またはトラッピング構造が、効率向上のために採用されてもよく、たとえば、Ｆｏｒｒｅｓｔらへの米国特許第６，３３３，４５８号およびＰｅｕｍａｎｓらへの米国特許第６，４４０，７６９号のように開示されており、これらの内容は参照により本願明細書に引用したものとする。デバイスの所望の領域に光学エネルギーを集中するためにコーティングが使用されてもよく、たとえば、Ｐｅｕｍａｎｓらにより２００４年６月１日出願の「非周期的誘電多層スタック」と題された米国特許出願１０／８５７，７４７号（米国特許出願公開２００５−０２６６２１８Ａ１として２００５年１２月１日に公開された）のように開示されており、これらの内容は参照により本願明細書に引用したものとする。タンデムデバイスにおいて、電極を経て提供されているセル間の電気的接続と共に、透過絶縁用層がセル間に形成されてもよい。また、タンデムデバイスにおいて、１以上の光活性領域が、ドナー−アクセプタヘテロ接合の代わりにショットキー障壁ヘテロ接合であってもよい。これらの特記されたものとは異なる配置が用いられてもよい。
【００５８】
光起電デバイスは、それらが負荷に接続され、光を照射されたとき光生成電流を生成する。無限負荷の下で照射されたとき、光起電デバイスは、最大可能電圧、Ｖ開回路またはＶｏｃを生成する。電気的なコンタクトを短絡して照射されたとき、光起電デバイスは最大可能電流、Ｉ短絡回路またはＩｓｃを生成する。実際に電力を生成するのに使用されるとき、光起電力デバイスは、有限の抵抗負荷に接続され、出力は、電流と電圧との積、Ｉ×Ｖによって与えられる。光起電デバイスによって生成される最大総電力は、Ｉｓｃ×Ｖｏｃ積を超えることは本質的にできない。最大電力の取り出しのために、負荷値が最適化されたとき、電流および電圧は値ＩｍａｘおよびＶｍａｘをそれぞれ有する。
【００５９】
光起電デバイスのための性能指数（ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｒｉｔ）は、曲線因子（ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ）、ｆｆであり、
【００６０】
【数１】
2009510790.tif 000003
【００６１】
のように定義され、ここで、ｆｆは、実用的にＩｓｃおよびＶｏｃが同時に得られることは決してないので、常に１より小さい。とはいえ、最適条件の下でｆｆが１に近づくにつれて、より小さい直列または内部抵抗を有し、したがって、より大きなＩｓｃとＶｏｃとの積の割合を負荷へ供給する。ここで、Ｐｉｎｃは、デバイス上の電力入射であり、デバイスの電力効率ｐは、
【００６２】
【数２】
2009510790.tif 000004
【００６３】
によって計算されうる。
【００６４】
有機太陽電池は、従来のシリコンベースのデバイスに比べて多くの潜在的な利点がある。有機太陽電池は、軽量、材料使用において経済的、そして、低コストの基板、たとえば、軟質プラスチック箔に蒸着できる。しかしながら、いくつかの有機光起電デバイスは、通常、１％以下のオーダーの比較的低い量子効率を有する。これは、部分的には、本質的な光伝導体過程（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）の二次的な性質によるものと考えられる。つまり、キャリア生成は、励起子生成、拡散、およびイオン化または収集を必要とする。これらのそれぞれのプロセスに関連して効率が存在する。下付き文字は、以下のように、電力効率に対してＰ、外部量子効率に対してＥＱＥ、フォトン吸収に対してＡ、励起子拡散に対してＥＤ、電荷収集に対してＣＣ、そして、内部量子効率に対してＩＮＴというように用いられる。この表記法を用いると、
【００６５】
【数３】
2009510790.tif 000005
【００６６】
前回の研究は、感光デバイスを構成するために用いられる有機半導体の精製は、デバイスの性能を改善させることを明らかにした。しかしながら、精製の度合いに関するデバイス性能の予測可能性は、概して試行錯誤の過程となってきた。そこでは、事前に個々のデバイスがどのように動作するのかについての確かさが欠如してきた。特定の仕様に対してデバイスを大量生産するとき、いくらかの稼動（ｒｕｎｓ）が目標の性能に達しないため、この不確かさの度合いは製造歩留りを減少させる。
【００６７】
ここで開示されるように、処理の間およびデバイスの製造前に、有機材料の純度の特性を示すために分光方法が導入される。
【００６８】
一般的には、現在使用されている有機半導体の純度は、理想的とはいえない傾向がある。製造業者から運送されてきたときに材料中に存在している可能性のある、元々の原子および分子不純物に加えて、分子分解および環境要因によって付加的な不純物が導入される。バルク材料の運送および保管の間の周囲温度などの要因は、したがって、完成デバイスの歩留りに影響を与えうる。さらに、特定の材料のすべての発送を同じ製造業者から同時に得ると仮定したとしても、異なった生産の稼動が異なった微量不純物を有し得る。
【００６９】
図９は、再現可能な純度ベンチマークを得るための精製過程に分光法を導入する方法を説明する。有機小分子材料の試料が温度勾配昇華によって精製（９０４）される。分光法によって試料の同じ部分が、その後、試験（９０８）される。分光試験の結果は、それから、目標（所望の）分子の特性ピークの大きさの相対閾値パーセントに対して確認（９１０）される。過程はそれから、少なくとも１回繰り返され、第２のピークがすべて閾値パーセントを下回るまで繰り返される。
【００７０】
得られた精製された材料において、目標のバルク分子に対応する主要なピークを分光試験が明らかにする。しかしながら、初期試料は、複数の大きなピーク（たとえば、製造中に使用される微量の溶剤の痕跡によるピーク）を含む可能性があり、目標分子に対応するピークを見分けることを困難にする。目標分子に対応するピークの位置は、たいてい知られている。しかしながら、もし、それが知られていないのならば、繰り返された昇華サイクルの後に消去プロセスによって見分けることができる。
【００７１】
過去のデバイス特性結果に基づいた以前の時間ベースの精製方法は、概してバルクソース間の変動により信頼できず、過精製（ｏｖｅｒ−ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が製造コストを上げる。図９における方法は、以前の方法を越えるいくつかの利点を有する。第１に、閾値ベンチマークが純度に対して一貫して得られる。第２に、これらのベンチマークは、与えられたバルク試料に対して必要な絶対的最小の昇華で達成されうる。
【００７２】
一度ベンチマークが達成されたら、精製された材料を光活性領域（たとえば、１５０，１５０’，３５０）中の構成要素として用いて、図２から図８とともに上で述べられたように、感光性の光電子デバイスは製造される（９１２）。ドナー−アクセプタデバイスにおいて、好適にはドナーおよびアクセプタの両方が精製される。実験データからの外挿に基づいて、閾値パーセントは、デバイスの効率および移動度の相当の改善を達成するためには、１０％以下である。好適には、閾値パーセントは、完成デバイスにおける所望の性能特性を達成した過去の試料のスペクトルに基づいて選択される。膜の厚さが、吸収効率および移動度を特に重要にする、非常に薄い膜（たとえば、２、３分子の厚さしかない膜）を有するデバイスに対しては、閾値パーセントは、好適には、５％、さらに好適には、２％以下である。
図１０は、図９の方法を発展させて、第１の試料について実施した昇華の累積的な繰り返しに基づいてバルク材料の追加的な試料を精製する。段階（９０８）が精製サイクルに加えられて、第１の試料を精製するために必要とされた昇華の累積的な量を追跡する。第２の試料は、第１の試料に対して必要とされた昇華の総量に基づいて、試験なしで精製（９２４）することができる。デバイスは、それから、精製された第２のサンプルからの材料を用いて、第１の試料に対して上で参照した（９１２）ように、製造される（９２６）。
【００７３】
図１０における方法は、第１の試料を精製した比較的すぐ後に同一のバルクソースから異なった試料を独立に処理するときに特に好都合である。しかしながら、上で述べた理由により第１および第２の試料の不純物特性がほぼ同じことが、妥当性のある確かさをもって知られていないのであれば、段階９２４および９２６からの結果は信頼できない可能性がある。
【００７４】
図１１の方法は、第１および第２の試料がほぼ同じかどうかが知られていないときの図１０における方法の欠陥を説明する。図１１において、第１の試料の昇華の前に、試料の初期スペクトルを決定（９０２）することによりベンチマークが採られる。第２の試料が処理されるとき、第２の試料の初期スペクトルが決定（９２０）され、第１の試料の初期スペクトルと比較（９２２）される。２つの試料が実質的に同一ならば、第２の試料は、第１の試料に対して必要とされた昇華の総量に応じて確実に昇華（９２４）されうる。この方法から推測されるように、昇華を制御（９２４）するために用いられる第２の試料（９２０）のスペクトルに最もよく一致する初期スペクトルの昇華総量とともに、初期スペクトルおよび昇華総量が、複数の試料に対して格納されうる。
【００７５】
図１０は、試験（９０８）用の好適な分光方法について詳細に説明する。２つの好適な方法は、質量分析およびフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法である。好適には、第１の試料のそれぞれの循環の間に両方の方法が用いられ、どちらかの試験方法が、閾値パーセントの要求を満足し損なうピークを明らかにするならば、サイクルが繰り返される。しかしながら、どちらの試験も他方なしでも用いることができる。さらに、それぞれの試験サイクルは、精度をより確かなものにするために、複数の試料の試験を含むことができる。
【００７６】
質量分析試験については、試験は、精製した有機小分子材料の試料からの粉末をつくること（９３０）、および、その後に粉末について質量分析を実行すること（９３２）を含む。質量分析試験の好適な方法は、レーザ脱離イオン化飛行時間型測定である。
【００７７】
ＦＴＩＲ分光法試験については、基板上に精製した有機小分子材料の試料を膜として蒸着すること（９３４）、および、その後にＦＴＩＲ分光法を膜上で実施すること（９３６）を含む
実験結果
以下に説明されるように、小分子量有機二重ヘテロ接合ドナー−アクセプタ二重層太陽電池の性能が、ドナー材料、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の純度の関数として研究された。この研究での１つの発見は、ＡＭ１．５Ｇ、１太陽照明（ｓｕｎ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）模擬実験の条件下において、ＣｕＰｃ層の純度が増加するにつれて、電力変換効率が（０．２６±０．０１）％から（１．４±０．１）％に増加することである。
【００７８】
電力変換効率の改善と同時に、精製されていないＣｕＰｃの正孔移動度が、精製されたソース材料に対するものよりも３桁近く低いことが分かった。質量分析およびフーリエ変換赤外分光は、デバイス効率および正孔移動度を低下させる主な不純物として、無金属フタロシアニンを識別するために用いられた。
【００７９】
小分子量有機半導体は、１９８６年にＣ．Ｗ．Ｔａｎｇが最初の二重層ヘテロ接合セルを実証してから、大面積、フレキシブル、および低コスト光起電力用途の使用の可能性が認識されてきた。Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ，応用物理会報４８，１８３（１９８６）を参照。銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ビスベンズイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）／Ａｇプレーナーヘテロ接合システムが、最初の実証から（１．１±０．１）％のピーク電力変換効率を示した。Ｐ．Ｐｅｕｍａｎｓ，Ｖ．Ｂｕｌｏｖｉｃ，およびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，応用物理会報７６，２６５０（２０００）を参照。この材料システムが、有機気相堆積法（ＯＶＰＤ）を介してバルクヘテロ接合構造を用いて１％の壁を破り、（２．７±０．１）％の電力効率を達成したのは、つい先ごろであった。Ｆ．Ｙａｎｇ，Ｍ．Ｓｈｔｅｉｎ，およびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，ネイチャー・マテリアルズ（Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒ．）４，３７（２００５）を参照。
【００８０】
ＣｕＰｃ／Ｃ６０システムに基づいた同様のデバイスが、単セルで最大（５．０±０．３）％の効率をもたらした。Ｐ．ＰｅｕｍａｎｓおよびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，応用物理会報７９，１２６（２００１）、Ｊ．Ｘｕｅ，Ｓ．Ｕｃｈｉｄａ，Ｂ．Ｐ．Ｒａｎｄ、およびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，応用物理会報８４，３０１３（２００４）、Ｓ．Ｕｃｈｉｄａ，Ｊ．Ｘｕｅ，Ｂ．Ｐ．Ｒａｎｄ，およびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，応用物理会報８４，４２１８（２００４）、Ｊ．Ｘｕｅ，Ｂ．Ｐ．Ｒａｎｄ，Ｓ．Ｕｃｈｉｄａ，およびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，アドバンスト・マテリアル（Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．）１７，６６（２００５）を参照。
【００８１】
以前の研究は、ドナー材料として亜鉛フタロシアニンを用いて、太陽電池の性能の純度依存性を調査した。Ｊ．Ｂ．Ｗｈｉｔｅｌｏｃｋ，Ｐ．Ｐａｎａｙｏｔａｔｏｓ，Ｇ．Ｄ．Ｓｈａｒｍａ，Ｍ．Ｄ．Ｃｏｘ，Ｒ．Ｒ．Ｓａｕｅｒｓ，Ｇ．Ｒ．Ｂｉｒｄ，Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．３２，１９２１（１９９３）、Ｄ．Ｗｏｈｒｌｅ，Ｌ．Ｋｒｅｉｎｈｏｏｐ，Ｇ．Ｓｃｈｎｕｒｐｆｅｉｌ，Ｊ．Ｅｌｂｅ，Ｂ．Ｔｅｎｎｉｇｋｅｉｔ，Ｓ．Ｈｉｌｌｅｒ，およびＤ．Ｓｃｈｌｅｔｔｗｅｉｎ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．５，１８１９（１９９５）を参照。ここで、我々は、ＣｕＰｃベースの薄膜セルの性能が材料の純度に影響されることを知る。特に、我々は、質量分析およびフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）を用いて評価したように、順に材料純度に基づくことが見出された正孔移動度とともにセル応答速度および曲線因子が増加することを知る。特に、高度に精製されたＣｕＰｃ−ＰＴＣＢＩ材料システムを用いる二重ヘテロ接合セルは、精製されていないＣｕＰｃソース材料に比べて０．３％低い（１．４±０．１）％のピーク電力変換効率（ＡＭ１．５Ｇ  １太陽照射強度の下で）を示す。この研究は、有機材料純度、電荷輸送特性、およびデバイス性能の間の明らかな関連を提供する。
【００８２】
２つの異なるＣｕＰｃのソースバッチ（ｓｏｕｒｃｅ  ｂａｔｃｈ）が比較された。「精製されていない」バッチは、市販（ストック番号：４３６５０，ロット番号：Ｅ１７Ｌ３０，Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ，２６  Ｐａｒｋｒｉｄｇｅ  Ｒｄ．，Ｗａｒｄ  Ｈｉｌｌ，ＭＡ  ０１８３５  ＵＳＡ）され、質量にして９８％の純度として製造業者によって見積もられている。一方で、「精製された」バッチは、単一段階の温度勾配精製過程（Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｅｔ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ９７，１７９３（１９９７）を参照）によって精製される。ここで、材料は、それぞれ２０ｃｍの長さを有する３つのゾーンの炉において、≦１０−６Ｔｏｒｒの圧力の下で４〜６日間加熱された。第１のゾーンの温度は、４１５℃、第２のゾーンは３６０℃、第３は３２０℃だった。精製された材料は、第２のゾーンから得られた。ソース材料は、基礎圧力５×１０−７Ｔｏｒｒで高真空熱蒸発チャンバーに搭載され、２Å／ｓの堆積速度で精製された材料に対して１×１０−６Ｔｏｒｒ、精製されていない材料に対して１×１０−５Ｔｏｒｒの成長圧力へと導く。高真空下ではないとき、ソースは、水分および酸素準位が１ｐｐｍ未満の窒素雰囲気の下で貯蔵される。精製された材料は、５×１０−１０Ｔｏｒｒの基礎圧力および１×１０−９Ｔｏｒｒで超高真空有機分子ビーム堆積（ＯＭＢＤ）によっても成長した。Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｅｔ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ９７，１７９３（１９９７）を参照。
【００８３】
１５Ωのシート抵抗を有する１５００Å厚インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）アノードを塗布されたガラス基板が、脱イオン化された水中の洗剤で洗浄され、脱イオン化された水中のすすぎ、２−プロパノール中でソニケーション（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）、５分間の沸騰トリクロロエチレン中における２回の実施、５分間のアセトンにおけるソニケーションの２回の実施、５分間の沸騰２−プロパノール中における２回の実施、そして、紫外オゾン表面処理への５分間の曝露が後に続く。二重ヘテロ接合太陽電池構造は、２００ÅＣｕＰｃ／２５０ÅＰＴＣＢＩ／１００Åバソクプロイン（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ）（ＢＣＰ）／Ａｇであった。ＰＴＣＢＩおよびＢＣＰの両方が、温度勾配昇華過程を介して熱蒸着の前に精製された。Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｅｔ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ９７，１７９３（１９９７）を参照。
【００８４】
パターンのあるＡｇカソード蒸着の前に、精製された窒素環境においてシャドーマスクを付着させるため、成長の間に単独の真空破壊が必要であった。空間電荷制限電流（ＳＣＬＣ）測定のため、１０００Åから８０００Åの厚さに変化するＣｕＰｃ膜が、同様に準備されたＩＴＯコーティングされたガラス基板上に成長し、ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／Ａｕ構造を形成した。太陽電池膜成長の場合のように、Ａｕカソード蒸着の前にシャドーマスクを付着させるため、ＣｕＰｃ蒸着後に単独の真空破壊および空気への曝露が必要であった。
【００８５】
精製されていない容器（ｂｏａｔ）中のソース材料は、この研究を通して変更されなかった。連続的な膜成長は、したがって、精製されていない材料の精製をもたらした。太陽電池構造およびＳＣＬＣ測定に用いられるものは、代替的に、成長の時系列において異なる点での測定を可能にするために成長することによって、純度が向上する膜の特性を明らかにした。同じ期間にわたり、精製されたＣｕＰｃが、複数の太陽電池およびＳＣＬＣ測定用の膜を成長させるためにも用いられ、これらの測定は、実験誤差の範囲内で一貫性を示した。
【００８６】
室温において、半導体パラメータ解析装置（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて電流電圧測定が得られた。この「標準」デバイスについて以前の研究との比較のため、特に断りのない限り、太陽電池の性能は、暗闇で、１５０Ｗのキセノンアークランプ（Ｏｒｉｅｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，１５０  Ｌｏｎｇ  Ｂｅａｃｈ  Ｂｌｖｄ．，Ｓｔａｎｆｏｒｄ，ＣＴ  ０６６１５  ＵＳＡ）を用いたＡＭ１．５Ｇ太陽照射の模擬実験下で特徴が示された。セルの直径は、シャドーマスク開口部によって画定されるように１ｍｍである。そのうえ、絶対的な電力効率のより正確な測定を得るために、いくつかの実験において、我々は、我々のソースのスペクトルと、米国エネルギー省再生可能エネルギー研究所基準（ＰＶ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．，１８００  ３０ｔｈＳｔｒｅｅｔ，＃２１６，Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ  ８０３０１  ＵＳＡ、ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｅ９７３−０２、およびＫ．Ｅｍｅｒｙ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ４６，１９２８（１９９９））への追跡可能なＳｉ参照セルを用いた太陽スペクトルとの不一致を含めた。ＳＣＬＣ測定のため、デバイスの直径は０．３３ｍｍから０．５ｍｍまで変化した。材料の純度は、高真空下でＡｇがコーティングされたＳｉ基板に蒸着された３００Å厚ＣｕＰｃ膜のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）を用いて評価された。さらに、ソース粉末の質量スペクトルが、レーザ脱離イオン化飛行時間型ヒューレットパッカードＧ２０２５Ａ質量分析器を用いた。そして、ＫＢｒ基板上に堆積された７５０Å厚膜にＦＴＩＲが実行された。
【００８７】
金属フタロシアニンの純度についての以前の研究は、純度は、異なった準備方法、製造業者、およびバッチ（ｂａｔｃｈ）に依存することを見出した。Ｊ．Ａ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ｋ．Ｍｕｒａｔａ，Ｄ．Ｃ．Ｍｉｌｌｅｒ，Ｊ．Ｌ．Ｓｔａｎｔｏｎ，Ｗ．Ｅ．Ｂｒｏｄｅｒｉｃｋ，Ｂ．Ｍ．Ｈｏｆｆｍａｎ，およびＪ．Ａ．Ｉｂｅｒｓ，Ｉｎｏｒｇａｎｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ３２，３５４６（１９９３）を参照。本源不純物は、通常、研究されていたもの以外のフタロシアニンである。つまり、無金属フタロシアニン（Ｈ２Ｐｃ）または、特定の関心のある化合物と混合された、異なる金属代替フタロシアニンである。Ｊ．Ａ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ｋ．Ｍｕｒａｔａ，Ｄ．Ｃ．Ｍｉｌｌｅｒ，Ｊ．Ｌ．Ｓｔａｎｔｏｎ，Ｗ．Ｅ．Ｂｒｏｄｅｒｉｃｋ，Ｂ．Ｍ．Ｈｏｆｆｍａｎ，およびＪ．Ａ．Ｉｂｅｒｓ，Ｉｎｏｒｇａｎｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ３２，３５４６（１９９３），Ｔ．Ｇ．Ａｄｂｄｅｌ−ＭａｒｉｋおよびＧ．Ａ．Ｃｏｘ、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ１０，６３（１９７７）を参照。精製されていないソース粉末および精製されたソース粉末の低分解能マススペクトルが図１３に示される。図中のすべての見出しのないピークは、マトリックスとして稼動時に用いられるシナピン酸からの残留物に指定される。精製されていないＣｕＰｃ試料は、精製された試料にはないいくつかのピークを示す。５２２ａｍｕの最大のピークは、Ｈ２Ｐｃに指定される。Ｈ２Ｐｃのピークの強度は、精製されていないソース材料の中で最もたくさんの不純物が存在することを示唆する。無金属フタロシアニンの質量は、５１４ａｍｕであり、測定されたものといくらか異なるが、おそらくは分光計の低分解能によるものである。５６１ａｍｕにおけるピークは、単体アミン基の欠如しているＣｕＰｃに暫定的に指定され、６４８ａｍｕにおけるものは、追加のＣｕ原子が配位されたＣｕＰｃの１つの形である。
【００８８】
精製されたＣｕＰｃ膜および精製されていないＣｕＰｃ膜は、図１４の精製されていない試料に対して２つのピークが検知される１５１５と１５１４ｃｍ−１との間の領域を除いてほとんど区別することができないＦＴＩＲスペクトルを示す。ＣｕＰｃに対してのスペクトルがこの領域においてピークを示さない一方、Ｈ２Ｐｃに対しては１５４０ｃｍ−１付近に小さなピークを有し（Ｃ．Ｊ．Ｐｏｕｃｈｅｒｔ，Ｔｈｅ  Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｌｉｂｒａｒｙ  ｏｆ  ＦＴＩＲ  Ｓｐｅｃｔｒａ，２ｎｄｅｄ．，Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｋｕｋｅｅ，１９９７，Ｖｏｌ．３，ｐｐ．４１８１−４１８４を参照）、本源不純物として無金属フタロシアニンの存在を支持するさらなる証拠を提供する。
【００８９】
両方のソース材料に対するＸＰＳスペクトルはほぼ同じである。５つのピーク、２８５ｅＶの結合エネルギーにおけるａＣ１ｓピーク、３９９ｅＶにおけるＮ１ｓ、５７１ｅＶにおけるＣｕ  Ａｕｇｅｒ、９３６ｅＶにおけるＣｕ２ｐ３、および９５６ｅＶにおけるＣｕ２ｐ１が得られる。マススペクトルにおける不純物ピークの相対的な高さおよび精製過程の低い歩留り（＜５０％）は、もし、含まれている不純物がＣｕＰｃ中のものとは異なる元素ならば、それらは、ＸＰＳの検知限界を超えた濃度で存在するであろう。したがって、我々は、不純物はＣｕＰｃの生成における不完全な反応の結果であり、ＣｕＰｃと主に同じ元素で構成されていると結論づける。
【００９０】
不純物の電気的な効果を研究するために、我々は、ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／Ａｕ試料の電流電圧特性をチャイルドの法則に当てはめることにより、精製された材料および精製されていない材料に対する移動度を、電界依存正孔移動度μ＝μ０ｅｘｐ（γＥ１／２）で抽出した。
【００９１】
【数４】
2009510790.tif 000006
【００９２】
ここで、Ｊは電流密度、εｒ＝３．６は、ＣｕＰｃの比誘電率（Ｒ．Ｄ．Ｇｏｕｌｄ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｄ１９，１７８５（１９８６）を参照）、ε０は真空の誘電率、Ｖは印加された電圧、ｄは膜厚、μ０はゼロ電界移動度、γは特性電界依存（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｃ  ｆｉｅｌｄ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ）である。Ｗ．Ｄ．Ｇｉｌｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ４３，５０３３（１９７２）、Ｄ．Ｈ．Ｄｕｎｌａｐ，Ｐ．Ｅ．ＰａｒｒｉｓおよびＶ．Ｍ．Ｋｅｎｋｒｅ、Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ７７，５４２（１９９６）を参照。Ｊ−Ｖ特性は、試料の加熱および材料の破壊の効果を制限するために、平均電界が＜１０５Ｖ／ｃｍである領域に適合した。以前のＣｕＰｃ移動度測定は、通常、面内、したがって、成長方向に垂直である一方、ここで解析される電流測定は、成長方向に平行であり、薄膜太陽電池における輸送方向と矛盾しない。
【００９３】
高真空中で蒸着される精製されたＣｕＰｃ膜に見られるゼロ電界移動度μ０は、２×１０−５から３×１０−４ｃｍ２／Ｖｓの範囲である。飛行時間および電界効果方法を介して測定したＣｕＰｃの正孔移動度についての文献の値は、１０−７から１０−２ｃｍ２／Ｖｓまで大きく変化し（Ｒ．Ｄ．Ｇｏｕｌｄ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｄ１９，１７８５（１９８６）、Ｋ．Ｘｉａｏ，Ｙ．Ｑ．Ｌｉｕ，Ｇ．Ｙｕ，およびＤ．Ｂ．Ｚｈｕ，Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．１３７，９９１（２００３）、Ｍ．Ｋｉｔａｍｕｒａ，Ｔ．Ｉｍａｄａ，Ｓ．Ｋａｔｏ，およびＹ．Ａｒａｋａｗａ，Ｊａｐａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ４３，２３２６（２００４）、Ｋ．Ｋｕｄｏ，Ｔ．Ｓｕｍｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ｈｉｒａｇａ，Ｓ．Ｋｕｎｉｙｏｓｈｉ，およびＫ．Ｔａｎａｋａ，Ｊａｐａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３６，６９９４（１９９７）を参照）、いくつかある要因の中でも試料の準備状態（Ｒ．Ｄ．Ｇｏｕｌｄ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｄ１９，１７８５（１９８６）および酸素への曝露（Ｋ．Ｋｕｄｏ，Ｔ．Ｓｕｍｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ｈｉｒａｇａ，Ｓ．Ｋｕｎｉｙｏｓｈｉ，およびＫ．Ｔａｎａｋａ，Ｊａｐａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３６，６９９４（１９９７）を参照）に強く依存していることを示す。図１５に示されるように、それぞれの連続する成長稼動（ｇｒｏｗｔｈ  ｒｕｎ）についての精製されていない材料に対して得られたμ０は、４．２×１０−７ｃｍ２／Ｖｓから１．８×１０−４ｃｍ２／Ｖｓまで３桁の大きさを上昇し、後者の値は、精製された材料に対して測定された範囲（図１５における破線で示される）にある。中身を出すにつれて、成長率２Å／ｓを維持するために容器の温度が上昇するとき、蒸発し易さの少ない不純物の蒸発により７回目の蒸発サイクルまでにμ０は低下する。これらの測定から、移動度の変化は、それぞれの蒸発サイクルとともに改善する材料の純度に直接関連する可能性があることを我々は結論づける。
【００９４】
ＣｕＰｃ純度の太陽電池性能への影響は、電力変換効率と、図１６から図１８に示される成長の時系列における異なる点での効率に影響する要因とを比較することにより測定される。第１の精製されていない、高抵抗デバイスを除いて、開回路電圧は、異なった材料と異なった成長との間にほとんど変化を示さなかった。１太陽で、精製されていない材料の応答度の値は、０．０２０±０．００１Ａ／Ｗから０．０５１±０．００４Ａ／Ｗに増加し、後者は、高真空および超高真空中で蒸着されて精製された材料（０．０５０±０．００３Ａ／Ｗ）に対して得られたものに近づく。同様に、もともとは精製されていなかった材料の連続的な成長の間に曲線因子が大きく増加する。１太陽照射強度で、それは０．２６±０．０１から０．５９±０．０３まで向上し、後者の値は、高真空および超高真空中で成長した、精製された材料に対して得られたもの（０．５９±０．０５）と同程度である。１太陽で、精製されていない電力変換効率は、４つの連続する成長の実行の間に（０．２６±０．０１）％から（１．３±０．１）％まで増加する。
【００９５】
相対的に、精製された材料は、高真空において蒸着されるとき（１．４±０．１）％の平均電力変換効率を、超高真空において（１．３±０．１）％を有する。これらの値は、効率が一貫して（１．０±０．１）％の範囲であるＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩセルについての過去の値と比較して大幅な改善を示す（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、応用物理会報４８、１８３（１９８６）、Ｐ．Ｐｅｕｍａｎｓ，Ｖ．Ｂｕｌｏｖｉｃ、およびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，応用物理会報７６，２６５０（２０００）を参照）。スペクトルの不一致の要因（Ｏｒｉｅｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，１５０  Ｌｏｎｇ  Ｂｅａｃｈ  Ｂｌｖｄ．，Ｓｔａｎｆｏｒｄ，ＣＴ  ０６６１５  ＵＳＡ、ＰＶ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．，１８００  ３０ｔｈＳｔｒｅｅｔ，＃２１６，Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ  ８０３０１  ＵＳＡ）の関連が、日光と模擬実験との間のスペクトルの差異を補償するためにつくられ、１．４％の効率が（１．１±０．１）％に減少する。これらのデータから、ソース材料の純度は、チャンバー背景（ｃｈａｍｂｅｒ  ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）または成長圧力よりもデバイス性能に与える影響が大きいと我々は結論づける。図１９に示すとおり、ＣｕＰｃが電力変換効率の増大に関与していることを検証するため、セル外部量子効率（ηＥＱＥ）が測定された。もう一度、我々は、材料が精製されるにつれて、増加する効率の傾向を見る。精製されない材料は、波長λ＝６２５ｎｍにおいてピークηＥＱＥ＝１０．５％で開始し、最後の精製されていない実行に対しλ＝６２５ｎｍにおいて、完全に精製された材料に対して測定された値と同様の１８．１％に増加する。高真空および超高真空精製材料は、ηＥＱＥ≧１８％を有する。外部量子効率の最大の増加は、ＣｕＰｃの吸収ピークに応じてλ＝５５０ｎｍと７５０ｎｍとの間で起こる。Ｐ．Ｐｅｕｍａｎｓ，Ｖ．Ｂｕｌｏｖｉｃ，およびＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，応用物理会報７６，２６５０（２０００）を参照。ＣｕＰｃドナー材料中の吸収による応答は、材料の純度とともにセル電力変換効率の増加に主に関与することをこれは示す。
【００９６】
結論として、我々は、太陽電池の活性領域において用いられる有機小分子量材料の純度は、デバイス性能に強く影響を与えることを見出した。電荷キャリア移動度データと併せて用いられるマススペクトルおよびＦＴＩＲスペクトルは、不純物、たとえば、Ｈ２Ｐｃは、ＣｕＰｃをドナー材料として用いる真空蒸着された有機太陽電池の電気的な特性に大きな影響を及ぼしうることを示唆する。我々は、それ相応に、より高い太陽電池曲線因子、応答度、および電力変換効率に導く、成長過程の間にソースが精製されるにつれ改善する移動度の傾向を観測した。
【００９７】
我々の実験における構造例は、ドナー−アクセプタ二重構造ヘテロ接合であった。二重層デバイスへの性能向上は、動作原理が同じであるため直接的にバルクヘテロ接合に適用することができる。ドナー−アクセプタヘテロ接合とショットキーデバイスとの混合での過去の経験に基づいて、材料の精製を通じて達成した移動度および吸収効率における向上が、ヘテロ接合およびショットキーが混合されたデバイスにおいて、精製なしのそのような構造の性能に比べて、性能の向上をもたらすことが期待される。
【００９８】
上で述べたように、本発明の有機感光デバイスは、入射電磁放射からの電力を生成するために用いられる（たとえば、感光デバイス）、または入射電磁放射を検知するために用いられる（たとえば、光検知器または光伝導体セル）。
【００９９】
本発明の特定の例が、ここに図解および／または説明される。しかしながら、本発明の変更および変形は、本発明の精神および範囲を離れることなく上記の教示によって保護される。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
図面の簡単な説明
【図１】ドナー−アクセプタヘテロ接合を説明するエネルギー準位図である。
【図２】ドナー−アクセプタヘテロ接合を含む有機感光デバイスを説明する。
【図３】プレーナーヘテロ接合を形成するドナー−アクセプタ二重層を説明する。
【図４】ドナー層とアクセプタ層との間の混合ヘテロ接合を含むハイブリッドヘテロ接合を説明する。
【図５】バルクヘテロ接合を説明する。
【図６】ショットキー障壁ヘテロ接合を含む有機感光デバイスを説明する。
【図７】直列のタンデム（ｔａｎｄｅｍ）感光セルを説明する。
【図８】並列のタンデム感光セルを説明する。
【図９】本発明の実施の形態にしたがって小分子材料試料を精製するための方法と、方法によって形成された純粋材料を含む感光性の光電子デバイスの形成とを説明する。
【図１０】図９における方法を実行することによって認識されたデータを用いた、小分子材料試料の第２の試料を精製するための方法を説明する。
【図１１】図９における方法からの結果が、第２の試料に適用できるかどうかの決定するための試験を含む、図１０において説明された方法を拡張する方法を説明する。
【図１２】図９から図１１における方法を用いた分光試験方法を拡張する。
【図１３】精製された銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）および精製されていない銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の両方についてのマススペクトルを説明する。５２２ａｍｕにおけるピークは、Ｈ２ＰｃがＣｕＰｃ中の本源不純物（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ）であることを示唆する。
【図１４】精製された銅フタロシアニンおよび精製されていない銅フタロシアニンの両方についてのフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルを説明する。ＦＴＩＲデータ中の差異は、Ｈ２ＰｃがＣｕＰｃ中の本源不純物であることを示唆する。
【図１５】最初は精製されていなかった銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）ソース材料に対する成長順序における次数の関数として、ゼロ電界移動度μ０を説明する。インジウムスズ酸化物アノードとＡｕカソードとの間に挟まれた、１０００Åから４０００Åの範囲の膜厚に対して測定がなされた。破線は、精製されたＣｕＰｃ薄膜のμ０に対して測定された値の範囲を描写する。
【図１６】高真空において蒸着された、最初は精製されていなかった銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）ソース材料、高真空において蒸着されて精製されたソース材料、および超高真空において蒸着されて精製されたソース材料を太陽電池の４つの連続する成長の平均電力変換効率（η）の比較である。黒い四角は、最初の精製されていないＣｕＰｃの１回目の蒸着を、白丸は、２回目を、中抜きの三角は３回目の実行を、中抜きの逆さの三角は４回目を、黒い菱形は高真空で成長させた精製材料を、黒い星は超高真空で成長させた精製材料を表す。
【図１７】高真空において蒸着された、最初は精製されていなかった銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）ソース材料、高真空において蒸着されて精製されたソース材料、および超高真空において蒸着されて精製されたソース材料を太陽電池の４つの連続する成長の曲線因子（ＦＦ）の比較である。黒い四角は、最初の精製されていないＣｕＰｃの１回目の蒸着を、白丸は、２回目を、中抜きの三角は３回目の実行を、中抜きの逆さの三角は４回目を、黒い菱形は高真空で成長させた精製材料を、黒い星は超高真空で成長させた精製材料を表す。
【図１８】高真空において蒸着された、最初は精製されていなかった銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）ソース材料、高真空において蒸着されて精製されたソース材料、および超高真空において蒸着されて精製されたソース材料を太陽電池の４つの連続する成長の応答度（ＪＳＣ／Ｐ０）の比較である。黒い四角は、最初の精製されていないＣｕＰｃの１回目の蒸着を、白丸は、２回目を、中抜きの三角は３回目の実行を、中抜きの逆さの三角は４回目を、黒い菱形は高真空で成長させた精製材料を、黒い星は超高真空で成長させた精製材料を表す。
【図１９】高真空において精製されていなかったソース材料、高真空において精製されたソース材料、および、超高真空において精製されたソース材料を用いた太陽電池の３つの連続する成長の平均外部電力変換効率（ηＥＱＥ）の比較である。
【図１】
2009510790.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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