(57)【要約】【課題】光電変換効率に優れる有機光電変換素子を提供する。【解決手段】有機光電変換素子１００に、第一の電極６と、光の入射により電荷を生じうる活性層４と、第二の電極２と、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換層９とを、この順に設ける。【選択図】図１
2011119683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極と、光の入射により電荷を生じうる活性層と、第二の電極と、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換層とを、この順に備える有機光電変換素子。
【請求項２】
さらに、前記第二の電極と前記波長変換層との間に、紫外線吸収層を備える請求項１に記載の有機光電変換素子。
【請求項３】
さらに、前記活性層と前記第二の電極との間に、前記活性層で生じた電荷を前記第二の電極に輸送しうる機能層を備え、
前記機能層が、紫外線を吸収しうる材料を含む請求項１又は２に記載の有機光電変換素子。
【請求項４】
前記波長変換層が、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換剤を含む液状組成物を、前記有機光電変換素子において前記波長変換層に接することになる層上に塗布する工程を経て形成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
【請求項５】
前記波長変換層が無機蛍光体を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
【請求項６】
第一の電極と、光の入射により電荷を生じうる活性層と、第二の電極と、紫外線吸収層と、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換層とを、この順に備える有機光電変換素子であって、
前記紫外線吸収層が、紫外線を吸収しうる材料を含む液状組成物を、前記有機光電変換素子において前記紫外線吸収層に接することになる層上に塗布する工程を経て形成された有機光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子は光エネルギーを電気エネルギーに変換しうる素子であり、その例として太陽電池が挙げられる。代表的な太陽電池としては、シリコン系太陽電池が知られている。しかし、シリコン系太陽電池は、製造工程において高真空環境及び高圧環境を用意することになるため、製造コストが高い。このため、製造コストがシリコン系太陽電池に比べて安価な有機太陽電池が注目されている。
【０００３】
しかしながら、有機太陽電池はシリコン系太陽電池と比較して光電変換効率が低い傾向がある。また、有機太陽電池は有機材料を使用しているため、紫外線（ＵＶ）等により有機材料が劣化しやすく、シリコン系太陽電池と比較して寿命が短い傾向がある。そこで、有機太陽電池において光電変換効率の向上及び長寿命化を実現するため、様々な技術開発がなされている。例えば特許文献１では、紫外線を遮断するために、有機太陽電池にＵＶカットフィルムを設ける構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
入射する紫外線をＵＶカットフィルムで遮断すれば、紫外線による有機材料の劣化を抑制でき、有機太陽電池の寿命を延ばすことができる。しかし、紫外線を遮断するだけでは有機太陽電池の光電変換効率の向上は実現できないため、光電変換効率の向上を実現できる技術の開発が望まれる。また、前記の事項は、有機太陽電池以外の有機光電変換素子においても共通した課題である。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、光電変換効率に優れる有機光電変換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討した結果、有機光電変換素子に波長変換層を設け、波長変換層に入射する紫外線が前記紫外線よりも長波長の光に波長変換されてから活性層に向けて出射するようにすることによって、有機光電変換素子に入射する紫外線のエネルギーを光電変換に活用可能なエネルギーとして利用できるため、光電変換効率を向上させることが可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔１〕  第一の電極と、光の入射により電荷を生じうる活性層と、第二の電極と、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換層とを、この順に備える有機光電変換素子。
〔２〕  さらに、前記第二の電極と前記波長変換層との間に、紫外線吸収層を備える〔１〕に記載の有機光電変換素子。
〔３〕  さらに、前記活性層と前記第二の電極との間に、前記活性層で生じた電荷を前記第二の電極に輸送しうる機能層を備え、前記機能層が、紫外線を吸収しうる材料を含む〔１〕又は〔２〕に記載の有機光電変換素子。
〔４〕  前記波長変換層が、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換剤を含む液状組成物を、前記有機光電変換素子において前記波長変換層に接することになる層上に塗布する工程を経て形成された〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
〔５〕  前記波長変換層が無機蛍光体を含む〔１〕〜〔４〕のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
〔６〕  第一の電極と、光の入射により電荷を生じうる活性層と、第二の電極と、紫外線吸収層と、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換層とを、この順に備える有機光電変換素子であって、
前記紫外線吸収層が、紫外線を吸収しうる材料を含む液状組成物を、前記有機光電変換素子において前記紫外線吸収層に接することになる層上に塗布する工程を経て形成された有機光電変換素子。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の有機光電変換素子は、光電変換効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の第一実施形態に係る有機光電変換素子の模式的な断面図である。
【図２】図２は本発明の第二実施形態に係る有機光電変換素子の模式的な断面図である。
【図３】図３は本発明の第三実施形態に係る有機光電変換素子の模式的な断面図である。
【図４】図４は本発明の第四実施形態に係る有機光電変換素子の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について実施形態及び例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施形態及び例示物等に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。なお、本発明において「紫外線」とは、波長が４００ｎｍ以下の光のことをいう。
【００１１】
［１．概要］
本発明の有機光電変換素子は、第一の電極と、光の入射により電荷を生じうる活性層と、第二の電極と、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる波長変換層とを、この順に備える。したがって、各層の並び順は、第一の電極、活性層、第二の電極及び波長変換層の順となる。波長変換層を備えることにより、本発明の有機光電変換素子は、波長変換層に入射する紫外線をより長波長の光（例えば、可視光、近赤外光、赤外光等）に波長変換させることができるため、活性層の劣化の一因であった紫外線のエネルギーを、活性層における電荷発生のための光エネルギーとして利用できるようになっている。したがって、本発明の有機光電変換素子は、前記の波長変換される紫外線のエネルギーの分だけ光電変換効率を向上させることが可能となっている。
【００１２】
また、本発明の有機光電変換素子は、第一の電極、活性層、第二の電極、及び波長変換層以外の層を備えていてもよい。例えば、本発明の有機光電変換素子は、第二の電極と波長変換層との間に紫外線吸収層を備えていてもよく、第一の電極と活性層との間に機能層を備えていてもよく、活性層と第二の電極との間に機能層を備えていてもよい。
さらに、本発明の有機光電変換素子は通常は基板を備え、基板上に本発明の有機光電変換素子を構成する各層（例えば、第一の電極、活性層、第二の電極、波長変換層、紫外線吸収層及び機能層等）が積層された構造を有している。
【００１３】
［２．基板］
基板は、本発明の有機光電変換素子の支持体として機能する部材である。基板としては、通常、電極を形成したり有機材料の層を形成したりする際に化学的に変化しない部材を用いる。基板の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコン等が挙げられる。なお、基板の材料は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
通常は基板として透明又は半透明な部材を用いるが、不透明な基板を用いることも可能である。ただし、不透明な基板を用いる場合には、当該基板とは反対側の電極（即ち、第一の電極及び第二の電極のうち、不透明な基板から遠い方の電極）が透明又は半透明であることが好ましい。
【００１４】
［３．第一の電極及び第二の電極］
第一の電極及び第二の電極のうち、一方は陽極であり、他方は陰極である。第一の電極及び第二の電極の間に位置する活性層に光が進入しやすくするため、第一の電極及び第二の電極のうち少なくとも一方は透明又は半透明であることが好ましい。本発明の有機光電変換素子においては、通常は第二の電極側から光が照射され、第二の電極を透過して活性層に進入する光に含まれる紫外線を波長変換できるようになっているため、本発明の効果を有効に活用する観点からは、少なくとも第二の電極を透明又は半透明にすることが好ましい。
【００１５】
透明又は半透明の電極の例としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。前記の透明又は半透明の電極の材料の例としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド（ＩＺＯ）、ＮＥＳＡ等の導電性材料を用いて作製された膜や、金、白金、銀、銅等が挙げられる。中でも、ＩＴＯ、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。
また、透明又は半透明の電極の材料として有機材料を用いることも可能である。電極の材料として使用できる有機材料の例を挙げると、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体などの導電性高分子が挙げられる。
【００１６】
不透明の電極の材料としては、例えば、金属、導電性高分子等が挙げられる。その具体例を挙げると、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属、前記金属のうち２種類以上の合金、１種類以上の前記金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン及び錫からなる群から選ばれる１種類以上の金属との合金、グラファイト、グラファイト層間化合物、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体などが挙げられる。前記の合金の具体例を挙げると、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金等が挙げられる。
なお、電極の材料は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００１７】
第一の電極及び第二の電極の厚みは、電極の材料の種類により異なるが、光の透過性を良好にする観点、及び、電気抵抗を小さく抑える観点から、好ましくは５００ｎｍ以下であり、より好ましくは２００ｎｍ以下である。なお、下限に制限は無いが、通常は１０ｎｍ以上である。
【００１８】
第一の電極及び第二の電極の形成方法の例を挙げると、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。また、第一の電極及び第二の電極を例えば導電性高分子によって形成する場合には、塗布法により形成してもよい。
【００１９】
［４．活性層］
活性層は、光の入射により電荷を生じうる層であり、通常、電子供与性化合物であるｐ型半導体と電子受容性化合物であるｎ型半導体とを含む。本発明の有機光電変換素子は、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうち少なくとも一方、通常は両方として有機化合物を用いていることから、「有機」光電変換素子と称される。なお、ｐ型半導体及びｎ型半導体は、前記の半導体のエネルギー準位のエネルギーレベルから相対的に決定される。
【００２０】
活性層においては、以下のような要領で電荷が生じるようになっていると考えられる。活性層に入射した光エネルギーがｎ型半導体及びｐ型半導体の一方又は両方で吸収されると、電子と正孔（ホール）とが結合した励起子を生成する。生成した励起子が移動して、ｎ型半導体とｐ型半導体とが隣接しているヘテロ接合界面に達すると、ヘテロ接合界面でのそれぞれのＨＯＭＯ（最高被占軌道）エネルギー及びＬＵＭＯ（最低空軌道）エネルギーとの違いにより電子と正孔が分離し、独立に動くことができる電荷（電子及び正孔）が発生する。発生した電荷は、それぞれ電極へ移動することにより、本発明の有機光電変換素子の外部へ電気エネルギー（電流）として取り出すことができるようになっている。
【００２１】
光の入射により電荷を生じうる層であれば、活性層は１層のみからなる単層構造の層であってもよく、２層以上の層を備える積層構造の層であってもよい。活性層の層構成の例を挙げると、以下のような例が挙げられる。ただし、活性層の層構成は、下記の例示に限定されない。
層構成（ｉ）  ｐ型半導体を含有する層と、ｎ型半導体を含有する層とを備える積層構造の活性層。
層構成（ii）  ｐ型半導体及びｎ型半導体を含有する単層構造の活性層。
層構成（iii）  ｐ型半導体を含有する層と、ｐ型半導体及びｎ型半導体を含有する層と、ｎ型半導体を含有する層とを備える積層構造の活性層。
【００２２】
ｐ型半導体としては、例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体等が挙げられる。
【００２３】
さらに、好適なｐ型半導体として、下記構造式（１）で示される構造単位を有する有機高分子化合物を挙げることができる。
【００２４】
【化１】
2011119683.tif 000003
【００２５】
上記有機高分子化合物としては、上記構造式（１）で示される構造単位を有する化合物と、下記構造式（２）で示される化合物との共重合体がより好ましい。
【００２６】
【化２】
2011119683.tif 000004
〔式（２）中、Ａｒ1及びＡｒ2は、同一又は相異なり、３価の複素環基を表す。Ｘ1は、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）−、−ＳＯ2−、−Ｓｉ（Ｒ3）（Ｒ4）−、−Ｎ（Ｒ5）−、−Ｂ（Ｒ6）−、−Ｐ（Ｒ7）−又は−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ8）−を表す。Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8は、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルキルオキシ基、アリールアルキルチオ基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、酸イミド基、アミノ基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、置換シリルアミノ基、１価の複素環基、複素環オキシ基、複素環チオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、カルボキシル基又はシアノ基を表す。Ｒ50は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルキルオキシ基、アリールアルキルチオ基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、酸イミド基、アミノ基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、置換シリルアミノ基、１価の複素環基、複素環オキシ基、複素環チオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、カルボキシル基又はシアノ基を表す。Ｒ51は、炭素数６以上のアルキル基、炭素数６以上のアルキルオキシ基、炭素数６以上のアルキルチオ基、炭素数６以上のアリール基、炭素数６以上のアリールオキシ基、炭素数６以上のアリールチオ基、炭素数７以上のアリールアルキル基、炭素数７以上のアリールアルキルオキシ基、炭素数７以上のアリールアルキルチオ基、炭素数６以上のアシル基又は炭素数６以上のアシルオキシ基を表す。Ｘ1とＡｒ2は、Ａｒ1に含まれる複素環の隣接位に結合し、Ｃ（Ｒ50）（Ｒ51）とＡｒ1は、Ａｒ2に含まれる複素環の隣接位に結合している。〕
【００２７】
なお、ｐ型半導体は、１種類を用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
ｎ型半導体としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、８−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、Ｃ60等のフラーレン類及びその誘導体、バソクプロイン等のフェナントレン誘導体、二酸化チタン等の金属酸化物、カーボンナノチューブ等が挙げられる。中でも、二酸化チタン、カーボンナノチューブ、フラーレン及びフラーレン誘導体が好ましく、フラーレン及びフラーレン誘導体が特に好ましい。
【００２９】
フラーレンの例としては、Ｃ60フラーレン、Ｃ70フラーレン、Ｃ76フラーレン、Ｃ78フラーレン、Ｃ84フラーレンなどが挙げられる。
フラーレン誘導体の例としては、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78及びＣ84等の誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体の具体例を挙げると、以下のような構造を有する化合物が挙げられる。
【００３０】
【化３】
2011119683.tif 000005
【００３１】
また、別のフラーレン誘導体の例としては、［６，６］フェニル−Ｃ61酪酸メチルエステル（Ｃ６０ＰＣＢＭ、［６，６］−Ｐｈｅｎｙｌ  Ｃ61  ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ）、［６，６］フェニル−Ｃ71酪酸メチルエステル（Ｃ７０ＰＣＢＭ、［６，６］−Ｐｈｅｎｙｌ  Ｃ71  ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ）、［６，６］フェニル−Ｃ85酪酸メチルエステル（Ｃ８４ＰＣＢＭ、［６，６］−Ｐｈｅｎｙｌ  Ｃ85  ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ）、［６，６］チェニル−Ｃ61酪酸メチルエステル（［６，６］−Ｔｈｉｅｎｙｌ  Ｃ61  ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ）などが挙げられる。
なお、ｎ型半導体は、１種類を用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
活性層におけるｐ型半導体とｎ型半導体との量比は本発明の効果を損なわない限り任意である。例えば、前記の層構成（ｉ）及び（iii）におけるｐ型半導体及びｎ型半導体の両方を含有する層においては、ｐ型半導体１００重量部に対するｎ型半導体の量は、好ましくは１０重量部以上、より好ましくは２０重量部以上であり、好ましくは１０００重量部以下、より好ましくは５００重量部以下である。
【００３３】
活性層の厚みは、通常１ｎｍ以上、好ましくは２ｎｍ以上、より好ましくは５ｎｍ以上、特に好ましくは２０ｎｍ以上であり、通常１００μｍ以下、好ましくは１０００ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下、特に好ましくは２００ｎｍ以下である。
【００３４】
活性層の形成方法に制限は無く、例えば、活性層の材料（例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体の一方又は両方）を含む液状組成物からの成膜方法、真空蒸着法等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）及び化学気相成長法（ＣＶＤ法）などの気相成膜法による成膜方法などが挙げられる。なかでも、形成が容易でコストを安価にできるため、液状組成物からの成膜方法が好ましい。
【００３５】
液状組成物からの成膜方法では、液状組成物を用意し、前記の液状組成物を所望の位置に成膜することにより、活性層を形成する。
液状組成物は、通常、活性層の材料と溶媒とを含む。溶媒を含む場合、液状組成物は溶媒中に活性層の材料が分散した分散液であってもよいが、溶媒中に活性層の材料が溶解した溶液であることが好ましい。したがって、溶媒としては、活性層の材料を溶解させうる溶媒を使用することが好ましい。溶媒の例を挙げると、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類系溶媒などが挙げられる。なお、溶媒は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
ｐ型半導体及びｎ型半導体それぞれの液状組成物中における濃度は、通常、溶媒に対して０．１重量％以上に調製される。
【００３７】
液状組成物の成膜方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法が挙げられる。中でも、スピンコート法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法が好ましい。
【００３８】
液状組成物の成膜後、成膜された膜から必要に応じて乾燥により溶媒を除去する等の工程を行なうことにより、活性層が得られる。
また、活性層が２層以上の積層構造を有する場合には、例えば上述した方法によって、活性層を構成する各層を順次積層するようにすればよい。
【００３９】
［５．波長変換層］
波長変換層は、入射した紫外線を前記紫外線よりも長波長の光に波長変換して出射させうる層である。したがって、本発明の有機光電変換素子に照射された光に含まれる紫外線の少なくとも一部は、波長変換層に入射すると波長変換層において紫外線よりも長波長の光へと波長変換されて波長変換層の外部へと出射する。波長変換層から出射する紫外線よりも長波長の光の少なくとも一部は第二の電極を通って活性層に入射し、活性層において電荷発生のための光エネルギーとして利用される。以上のように、波長変換層を設けることにより、一般に、活性層に入射する紫外線のエネルギー量を減らすことができ、且つ、活性層に入射する電荷発生に利用可能な光のエネルギー量を増やすことが可能となる。したがって、本発明の有機光電変換素子においては、活性層が紫外線により劣化することを抑制して有機光電変換素子の長寿命化を実現でき、また、活性層における電荷発生量を増加させて光電変換効率を向上させることが可能となっている。
なお、吸収された紫外線が波長変換されて出射する光は、例えば、可視光、近赤外光、赤外光等が挙げられるが、光電変換効率を高める観点から可視光を出射する波長変換層が好ましい。
【００４０】
前記のような機能を実現するため、波長変換層は波長変換剤を含む。波長変換剤とは、入射した紫外線を前記の紫外線よりも長波長の光に波長変換させて出光させうる材料である。通常、波長変換剤に入射した紫外線は波長変換剤に吸収され、前記の吸収された紫外線よりも長波長の光が波長変換剤から出射するようになっている。なお、波長変換剤は、１種類を用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００４１】
波長変換剤の例としては蛍光体が挙げられる。蛍光体は、通常、励起光を吸収して前記の励起光よりも長波長の蛍光を発しうる材料である。したがって、波長変換剤として蛍光体を用いる場合には、励起光として紫外線を吸収可能であり、且つ、活性層における電荷発生に利用可能な波長の蛍光を発光できる蛍光体を用いればよい。
【００４２】
蛍光体としては、有機蛍光体を用いてもよく、無機蛍光体を用いてもよい。有機蛍光体の例を挙げると、希土類錯体が挙げられる。希土類錯体は蛍光特性に優れる蛍光体であり、具体例を挙げると、［Ｔｂ（ｂｐｙ）2］Ｃｌ3錯体、［Ｅｕ（ｐｈｅｎ）2］Ｃｌ3錯体、［Ｔｂ（ｔｅｒｐｙ）2］Ｃｌ3錯体などが挙げられる。なお、「ｂｐｙ」は２，２−ビピリジンを表し、「ｐｈｅｎ」は１，１０−フェナントロリンを表し、「ｔｅｒｐｙ」は２，２’：６’，２”−ターピリジンを表す。また、無機蛍光体の例を挙げると、ＭｇＦ2：Ｅｕ2+（吸収波長３００ｎｍ〜４００ｎｍ、蛍光波長４００ｎｍ〜５５０ｎｍ）、１．２９（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・６Ａｌ2Ｏ3：Ｅｕ2+（吸収波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ、蛍光波長４００ｎｍ〜６００ｎｍ）、ＢａＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ2+（吸収波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ、蛍光波長４００ｎｍ〜６００ｎｍ）、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+（吸収波長２５０ｎｍ〜４５０ｎｍ、蛍光波長５００ｎｍ〜７００ｎｍ）などが挙げられる。蛍光体の中でも、無機蛍光体を用いることが好ましい。
【００４３】
必要に応じて、波長変換層には、波長変換剤を保持するためにバインダを含有させるようにしてもよい。バインダとしては、本発明の効果を著しく損なうことなく波長変換剤を波長変換層に保持できる材料を用いることが好ましく、通常は樹脂を用いる。バインダとして使用できる樹脂の例を挙げると、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。なお、バインダは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００４４】
バインダの使用量は、波長変換剤１００重量部に対して、通常３重量部以上、好ましくは５重量部以上、より好ましくは１０重量部以上であり、通常８０重量部以下、好ましくは５０重量部以下、より好ましくは３０重量部以下である。バインダの量が少なすぎると波長変換剤を安定して保持できなくなる可能性があり、多すぎると紫外線を十分に波長変換できない可能性がある。
【００４５】
波長変換層には、本発明の効果を著しく損なわない限り、波長変換剤及びバインダ以外にその他の成分を含ませてもよい。その例を挙げると、充填剤、酸化防止剤等の添加剤が挙げられる。
なお、その他の成分は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
波長変換層の厚みは、通常１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１００００μｍ以下、好ましくは５０００μｍ以下、より好ましくは３０００μｍ以下である。波長変換層が薄すぎると紫外線を十分に波長変換できない可能性があり、厚すぎると有機光電変換素子の厚みが過度に厚くなる可能性がある。
【００４７】
本発明の有機光電変換素子は、波長変換層を１層だけ備えていてもよく、２層以上を備えていてもよい。
【００４８】
波長変換層は、形成が容易でコストを安価にできるため、波長変換剤を含む液状組成物を所定の位置に塗布する工程を経て形成することが好ましい。以下、液状組成物から波長変換層を形成する前記の方法について説明する。
【００４９】
波長変換層形成用の液状組成物は、通常、波長変換層の材料（波長変換剤、及び、必要に応じて含まれるバインダ等）と溶媒とを含む。溶媒を含む場合、液状組成物は溶媒中に波長変換層の材料が分散した分散液であってもよく、溶媒中に波長変換層の材料が溶解した溶液であってもよい。
【００５０】
波長変換層形成用の液状組成物に含まれる溶媒の例としては、活性層形成用の液状組成物に含まれる溶媒と同様の溶媒が挙げられる。なお、溶媒は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
液状組成物における溶媒の量は、波長変換剤１００重量部に対して、通常１０重量部以上、好ましくは５０重量部以上、より好ましくは１００重量部以上であり、通常１０００００重量部以下、好ましくは１００００重量部以下、より好ましくは５０００重量部以下である。
【００５１】
波長変換層形成用の液状組成物を用意した後、前記の液状組成物を、波長変換層を形成しようとする所定の位置に塗布する。通常は、本発明の有機光電変換素子において波長変換層に接することになる層（通常は、第二の電極又は紫外線吸収層）上に、前記の液状組成物を塗布する。液状組成物の塗布方法の例としては、活性層形成用の液状組成物の塗布方法と同様の塗布方法が挙げられる。
【００５２】
波長変換層形成用の液状組成物の塗布により、波長変換剤を含む膜が成膜される。したがって、液状組成物の塗布後に、必要に応じて、成膜された膜を乾燥させて溶媒を除去する等の工程を行なうことにより、波長変換層が得られる。
【００５３】
［６．紫外線吸収層］
本発明の有機光電変換素子においては、第二の電極と波長変換層との間に、紫外線を遮断しうる紫外線吸収層を設けることが好ましい。すなわち、本発明の有機光電変換素子は、第一の電極と、活性層と、第二の電極と、紫外線吸収層と、波長変換層とを、前記の順に備えることが好ましい。
波長変換層は、通常、本発明の有機光電変換素子に入射する紫外線の全部を波長変換するのではなく、入射する紫外線の一部を波長変換するようになっている。したがって、特段の対策を講じない場合には、波長変換層において波長変換されなかった紫外線は、波長変換層を透過し、第二の電極及び活性層に入射することになる。これに対して第二の電極と波長変換層との間に紫外線吸収層を設ければ、波長変換層で波長変換されなかった紫外線が第二の電極及び活性層に入射することを防止できるため、第二の電極及び活性層の紫外線による劣化を更に安定して防止できるようになる。
【００５４】
紫外線吸収層は、通常、紫外線を吸収しうる材料である紫外線吸収剤を含む。紫外線吸収剤としては、有機材料を用いてもよく、無機材料を用いてもよい。
紫外線吸収剤のうち有機材料の例を挙げると、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、サリチル酸フェニル系の紫外線吸収剤が挙げられる。中でも好ましい具体例を挙げると、２，４−ジヒドロキシ−ベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、４−ドデシロキシ−２−ヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−５−スルフォベンゾフェノン、２−（２’−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジターシャルブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、フェニルサリシレイト、ｐ−オクチルフェニルサリシレイト、ｐ−ターシャルブチルフェニルサリシレート等が挙げられる。
紫外線吸収剤のうち無機材料の例を挙げると、二酸化チタン、酸化亜鉛等が挙げられる。
なお、紫外線吸収剤は、１種類を用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００５５】
必要に応じて、紫外線吸収層には、紫外線吸収剤を保持するためにバインダを含有させるようにしてもよい。バインダとしては、本発明の効果を著しく損なうことなく紫外線吸収剤を紫外線吸収層に保持できる材料を用いることが好ましく、通常は樹脂を使用する。バインダとして使用できる樹脂の例を挙げると、波長変換層においてバインダとして使用する樹脂と同様の樹脂が挙げられる。なお、バインダは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００５６】
バインダの使用量は、紫外線吸収剤１００重量部に対して、通常３重量部以上、好ましくは５重量部以上、より好ましくは１０重量部以上であり、通常８０重量部以下、好ましくは５０重量部以下、より好ましくは３０重量部以下である。バインダの量が少なすぎると紫外線吸収剤を安定して保持できなくなる可能性があり、多すぎると紫外線を十分に遮断できない可能性がある。
【００５７】
紫外線吸収層には、本発明の効果を著しく損なわない限り、紫外線吸収剤及びバインダ以外にその他の成分を含ませてもよい。その例としては、波長変換層に含ませてもよいその他の成分と同様の成分が挙げられる。
なお、その他の成分は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００５８】
紫外線吸収層の厚みは、通常１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１００００μｍ以下、好ましくは５０００μｍ以下、より好ましくは３０００μｍ以下である。紫外線吸収層が薄すぎると紫外線を十分に遮断できない可能性があり、厚すぎると有機光電変換素子の厚みが過度に厚くなる可能性がある。
【００５９】
本発明の有機光電変換素子は、紫外線吸収層を１層だけ備えていてもよく、２層以上を備えていてもよい。
【００６０】
紫外線吸収層は、形成が容易でコストを安価にできるため、紫外線吸収剤を含む液状組成物を所定の位置に塗布する工程を経て形成することが好ましい。以下、液状組成物から紫外線吸収層を形成する前記の方法について説明する。
【００６１】
紫外線吸収層形成用の液状組成物は、通常、紫外線吸収層の材料（紫外線吸収剤、及び、必要に応じて含まれるバインダ等）と溶媒とを含む。溶媒を含む場合、液状組成物は溶媒中に紫外線吸収層の材料が分散した分散液であってもよく、溶媒中に紫外線吸収層の材料が溶解した溶液であってもよい。
【００６２】
紫外線吸収層形成用の液状組成物に含まれる溶媒の例としては、活性層形成用の液状組成物に含まれる溶媒と同様の溶媒が挙げられる。なお、溶媒は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
液状組成物における溶媒の量は、紫外線吸収剤１００重量部に対して、通常１０重量部以上、好ましくは５０重量部以上、より好ましくは１００重量部以上であり、通常１０００００重量部以下、好ましくは１００００重量部以下、より好ましくは５０００重量部以下である。
【００６３】
紫外線吸収層形成用の液状組成物を用意した後、前記の液状組成物を、紫外線吸収層を形成しようとする所定の位置に塗布する。通常は、本発明の有機光電変換素子において紫外線吸収層に接することになる層（通常は、第二の電極又は波長変換層）上に、前記の液状組成物を塗布する。液状組成物の塗布方法の例としては、活性層形成用の液状組成物の塗布方法と同様の塗布方法が挙げられる。
【００６４】
紫外線吸収層形成用の液状組成物の塗布により、紫外線吸収剤を含む膜が成膜される。したがって、液状組成物の塗布後に、必要に応じて、成膜された膜を乾燥させて溶媒を除去する等の工程を行なうことにより、紫外線吸収層が得られる。
【００６５】
［７．機能層］
本発明の有機光電変換素子は、第一の電極と活性層との間、及び、第二の電極と活性層との間に、機能層を備えていてもよい。機能層は、活性層で生じた電荷を電極に輸送しうる層であり、第一の電極と活性層との間の機能層は活性層で生じた電荷を第一の電極に輸送でき、第二の電極と活性層との間の機能層は活性層で生じた電荷を第二の電極に輸送できるようになっている。機能層は、第一の電極と活性層との間、及び、第二の電極と活性層との間のうち、一方に設けるようにしてもよく、両方に設けるようにしてもよい。
【００６６】
活性層と陽極との間に設けられた機能層は、活性層で生じた正孔を陽極に輸送しうるようになっており、正孔輸送層又は電子ブロック層等と呼ばれることがある。一方、活性層と陰極との間に設けられた機能層は、活性層で生じた電子を陰極に輸送しうるようになっており、電子輸送層又は正孔ブロック層等と呼ばれることがある。前記の機能層を備えることにより、本発明の有効光電変換素子は、活性層で生じた正孔を陽極で取り出す効率を高めたり、活性層で生じた電子を陰極で取り出す効率を高めたり、活性層で生じた正孔が陰極に移動することを防止したり、活性層で生じた電子が陽極に移動することを防止したりすることが可能となり、光電変換効率を向上させることができる。
【００６７】
機能層の材料は、活性層で生じた電荷を輸送する能力を有する材料であればよい。中でも、活性層と陽極との間の機能層には、正孔を輸送する能力を有し、電子が当該機能層に移動することを防止できる材料を含ませることが好ましい。また、活性層と陰極との間の機能層には、電子を輸送する能力を有し、正孔が当該機能層に移動することを防止できる材料を含ませることが好ましい。
【００６８】
機能層の材料の例を挙げると、フッ化リチウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物及び酸化物、二酸化チタン等の無機半導体、バソクプロイン、バソフェナントロリン及びそれらの誘導体、トリアゾール化合物、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、ビス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、オキサジアゾール化合物、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール化合物、２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−フェニル−１Ｈ−ベンツイミダゾール］（ＴＰＢＩ）フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリ−３，４−エチレンジオキサイドチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などが挙げられる。なお、前記の材料は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００６９】
本発明の有機光電変換素子においては、第二の電極と活性層との間の機能層は、紫外線吸収剤を含むことが好ましい。第二の電極と活性層との間の機能層が紫外線吸収剤を含むことにより、波長変換層及び紫外線吸収層で波長変換又は遮断しきれなかった紫外線を機能層で吸収し、活性層に入射する紫外線の量をより減少させることができるようになる。
機能層に含ませる紫外線吸収剤は、電荷を輸送する機能を有することが好ましく、また、無機材料が好ましい。前記の条件を満たす好ましい紫外線吸収剤の例を挙げると、二酸化チタン、酸化亜鉛等が挙げられる。特に、二酸化チタンはそれ自体が機能層の材料として使用できる上に紫外線吸収剤としても使用できる優れた材料である。
【００７０】
第二の電極と活性層との間の機能層に含まれる紫外線吸収剤の割合は、十分な量の紫外線を遮断する観点から、通常２５重量％以上、好ましくは５０重量％以上、より好ましくは７５重量％以上である。なお、上限は、例えば二酸化チタン等のように電荷を輸送する能力を有する紫外線吸収剤を用いる場合があるため、１００％である。
【００７１】
機能層には、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した材料以外にその他の成分を含ませてもよい。
なお、その他の成分は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００７２】
機能層の厚みは、通常０．０１ｎｍ以上、好ましくは０．１ｎｍ以上、より好ましくは１ｎｍ以上であり、通常１０００ｎｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下である。機能層が薄すぎると上述した機能層の機能を十分に発揮できない可能性があり、厚すぎると有機光電変換素子の厚みが過度に厚くなる可能性がある。
【００７３】
機能層は、例えば気相成膜法により形成してもよいが、形成が容易でコストを安価にできるため、機能層の材料を含む液状組成物を所定の位置に塗布する工程を経て形成することが好ましい。以下、液状組成物から機能層を形成する前記の方法について説明する。
【００７４】
機能層形成用の液状組成物は、通常、機能層の材料と溶媒とを含む。溶媒を含む場合、液状組成物は溶媒中に機能層の材料が分散した分散液であってもよく、溶媒中に機能層の材料が溶解した溶液であってもよい。
【００７５】
機能層形成用の液状組成物に含まれる溶媒の例としては、活性層形成用の液状組成物に含まれる溶媒と同様の溶媒が挙げられる。なお、溶媒は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
液状組成物における溶媒の量は、機能層の材料１００重量部に対して、通常１０重量部以上、好ましくは５０重量部以上、より好ましくは１００重量部以上であり、通常１０００００重量部以下、好ましくは１００００重量部以下、より好ましくは５０００重量部以下である。
【００７６】
機能層形成用の液状組成物を用意した後、前記の液状組成物を、機能層を形成しようとする所定の位置に塗布する。通常は、本発明の有機光電変換素子において機能層に接することになる層（通常は、第一の電極、第二の電極又は活性層）上に、前記の液状組成物を塗布する。液状組成物の塗布方法の例としては、活性層形成用の液状組成物の塗布方法と同様の塗布方法が挙げられる。
【００７７】
機能層形成用の液状組成物の塗布により、機能層の材料を含む膜が成膜される。したがって、液状組成物の塗布後に、必要に応じて、成膜された膜を乾燥させて溶媒を除去する等の工程を行なうことにより、機能層が得られる。
【００７８】
［８．その他の層］
本発明の有機光電変換素子は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した基板、第一の電極、第二の電極、活性層、波長変換層、紫外線吸収層及び機能層以外の層を備えていてもよい。
例えば、本発明の有光電変換素子は、封止材層を備えていてもよい。封止材層は、本発明の有機光電変換素子を外気及び湿気等から保護する層である。通常、封止材層は、上述した第一の電極、第二の電極、活性層、波長変換層、紫外線吸収層及び機能層を覆う封止材の層として形成される。したがって、通常は、封止剤層及び基板によって形成される空間内に、第一の電極、第二の電極、活性層、波長変換層、紫外線吸収層及び機能層が位置するようになっている。
【００７９】
封止材としては、無機封止材を用いてもよく、有機封止材を用いてもよい。無機封止材の例を挙げると、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素等のケイ素系化合物、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、珪酸アルミニウム等のアルミニウム系化合物、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の金属酸化物、窒化チタン等の金属窒化物、ダイヤモンドライクカーボンなどが挙げられる。また、有機封止材の例を挙げると、光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂等が挙げられ、好適な例としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、ワックスなどが挙げられる。
なお、封止材は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００８０】
封止材層の厚さは、封止材の種類によるが、封止材層による保護性能と製造コスト等との観点から、通常１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であり、通常１０μｍ以下である。
封止材層の形成方法は、例えば無機封止材を用いた封止材層の場合はスパッタリング法及び真空蒸着法等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）及び化学気相成長法（ＣＶＤ法）などの気相成膜法が挙げられ、例えば有機封止材を用いた封止材層の場合はスピンコート法、ディップ法、スプレー法等の塗布法並びに予め成形したフィルム状成形物を貼り付ける方法などが挙げられる。
【００８１】
ところで、封止材層には、必要に応じて添加剤を含ませてもよい。好ましい添加剤の例を挙げると、波長変換剤及び紫外線吸収剤が挙げられる。封止材層が波長変換剤を含む場合には当該封止材層を波長変換層として機能させることが可能となり、光電変換効率の向上及び長寿命化が期待できる。また、封止材層が紫外線吸収剤を含む場合には当該封止材層を紫外線吸収層として機能させることが可能となり、長寿命化が期待できる。特に、一つの層を封止材層と波長変換層との両方を兼ねる層として形成すれば、層の数を削減したり、有機光電変換素子の製造工程を削減したりすることが可能となるため、低コスト化も期待できる。
【００８２】
［９．実施形態］
以下、本発明の有機光電変換素子の好ましい実施形態について、図面を示して説明する。図１〜図４はいずれも本発明の実施形態に係る有機光電変換素子の模式的な断面図である。なお、以下の実施形態では、有機光電変換素子の基板を水平に置いた様子を示して説明する。
【００８３】
〔９−１．第一実施形態〕
図１に示す有機光電変換素子１００は、基板１上に、陽極として機能する第二の電極２、正孔輸送層として機能する機能層３、可視光の入射により電荷を発生しうる活性層４、電子輸送層として機能する機能層５、及び、陰極として機能する第一の電極６を、前記の順に備える。第一の電極６及び第二の電極２には図示しない端子が接続され、電気を外部に取り出せるようになっている。また、第二の電極２、機能層３、活性層４、機能層５及び第一の電極６は、前記の端子以外の部分が封止材層７で被覆されることにより封止され、封止材層７上には基板８が設けられている。さらに、基板１の下には、入射した紫外線をより長波長の可視光に波長変換して出射させうる波長変換層９が設けられている。したがって、有機光電変換素子１００は、基板８、封止材層７、第一の電極６、機能層５、活性層４、機能層３、第二の電極２、基板１及び波長変換層９を、前記の順に備えている。
【００８４】
有機光電変換素子１００は以上のように構成されているため、図中下方から光が照射されると、照射された光のうち可視光は、波長変換層９、基板１、第二の電極２、機能層３を透過して活性層４に入射し、活性層４において電荷が生じる。さらに、本実施形態に係る有機光電変換素子１００では、照射された光のうち紫外線が波長変換層９で波長変換されて可視光となり、当該可視光は基板１、第二の電極２及び機能層３を透過して活性層４に入射して、同様に電荷が生じる。活性層４で生じた電荷は、正孔が機能層３から第二の電極２に輸送され、電子が機能層５から第一の電極６に輸送されて、それぞれ端子を通じて外部に取り出される。
【００８５】
前記のように有機光電変換素子１００では、照射された紫外線のエネルギーを活性層４での電荷発生に有効に利用できるため、光電変換に寄与する光を増加させて光電変換効率を向上させることが可能である。
また、有機光電変換素子１００では、波長変換された分だけ活性層４に入射する紫外線の量を減少させられるため、紫外線による活性層４の劣化を抑制し、有機光電変換素子１００の長寿命化を実現できる。
なお、本実施形態に係る有機光電変換素子１００では波長変換層９に近い方を陽極、遠い方を陰極とした例を示したが、逆に波長変換層９に近い方を陰極、遠い方を陽極としても同様の効果を得ることができる。
【００８６】
〔９−２．第二実施形態〕
図２に示す有機光電変換素子２００は、前記の有機光電変換素子１００の基板１と波長変換層９との間に、紫外線吸収層１０を備えた構成となっている。したがって、有機光電変換素子２００は、基板８、封止材層７、第一の電極６、機能層５、活性層４、機能層３、第二の電極２、基板１、紫外線吸収層１０及び波長変換層９を、前記の順に備えている。
【００８７】
有機光電変換素子２００は以上のように構成されているため、図中下方から光が照射されると、第一実施形態と同様に、照射された光に含まれる可視光と、波長変換層９で紫外線が波長変換されて生じる可視光とが活性層４に入射し、活性層４において電荷が生じ、第一の電極６及び第二の電極２から端子を通じて外部に取り出される。
さらに、本実施形態に係る有機光電変換素子２００では、波長変換層９で波長変換されず図中上方に進む紫外線を紫外線吸収層１０で遮断できるようになっている。
【００８８】
前記のように有機光電変換素子２００では、第一実施形態に係る有機光電変換素子１００と同様に、光電変換効率を向上させることが可能である。また、有機光電変換素子２００では、波長変換層９で波長変換された分に加え、紫外線吸収層１０で遮断した分の紫外線についても活性層４に入射しないようにできるため、紫外線による活性層４の劣化を第一実施形態に係る有機光電変換素子１００よりも更に抑制して、有機光電変換素子２００の更なる長寿命化を実現できる。
なお、本実施形態の有機光電変換素子２００では波長変換層９に近い方を陽極、遠い方を陰極とした例を示したが、逆に波長変換層９に近い方を陰極、遠い方を陽極としても同様の効果を得ることができる。
【００８９】
〔９−３．第三実施形態〕
図３に示す有機光電変換素子３００は、基板１上に、陰極として機能する第二の電極２、紫外線吸収剤を含み電子輸送層として機能する機能層１１、可視光の入射により電荷を発生しうる活性層４、正孔輸送層として機能する機能層５、及び、陽極として機能する第一の電極６を、前記の順に備える。第一の電極６及び第二の電極２には図示しない端子が接続され、電気を外部に取り出せるようになっている。また、第二の電極２、機能層１１、活性層４、機能層５及び第一の電極６は、前記の端子以外の部分が封止材層７で被覆されることにより封止され、封止材層７上には基板８が設けられている。さらに、基板１の下には、入射した紫外線をより長波長の可視光に波長変換して出射させうる波長変換層９が設けられている。したがって、有機光電変換素子３００は、基板８、封止材層７、第一の電極６、機能層５、活性層４、機能層１１、第二の電極２、基板１及び波長変換層９を、前記の順に備えている。
【００９０】
有機光電変換素子３００は以上のように構成されているため、図中下方から光が照射されると、第一実施形態と同様に、照射された光に含まれる可視光と、波長変換層９で紫外線が波長変換されて生じる可視光とが活性層４に入射し、活性層４において電荷が生じ、第一の電極６及び第二の電極２から端子を通じて外部に取り出される。
さらに、本実施形態に係る有機光電変換素子３００では、波長変換層９で波長変換されず図中上方に進む紫外線を、紫外線吸収剤を含む機能層１１で遮断できるようになっている。
【００９１】
前記のように有機光電変換素子３００では、第一実施形態に係る有機光電変換素子１００と同様に、光電変換効率を向上させることが可能である。また、有機光電変換素子３００では、波長変換層９で波長変換された分に加え、機能層１１で遮断した分の紫外線についても活性層４に入射しないようにできるため、紫外線による活性層４の劣化を第一実施形態に係る有機光電変換素子１００よりも更に抑制して、有機光電変換素子３００の更なる長寿命化を実現できる。
なお、本実施形態の有機光電変換素子３００では波長変換層９に近い方を陰極、遠い方を陽極とした例を示したが、逆に波長変換層９に近い方を陽極、遠い方を陰極としても同様の効果を得ることができる。
【００９２】
〔９−４．第四実施形態〕
図４に示す有機光電変換素子４００は、前記の有機光電変換素子３００の基板１と波長変換層９との間に、紫外線吸収層１０を備えた構成となっている。したがって、有機光電変換素子４００は、基板８、封止材層７、第一の電極６、機能層５、活性層４、機能層１１、第二の電極２、基板１、紫外線吸収層１０及び波長変換層９を、前記の順に備えている。
【００９３】
有機光電変換素子４００は以上のように構成されているため、図中下方から光が照射されると、第一実施形態と同様に、照射された光に含まれる可視光と、波長変換層９で紫外線が波長変換されて生じる可視光とが活性層４に入射し、活性層４において電荷が生じ、第一の電極６及び第二の電極２から端子を通じて外部に取り出される。
さらに、本実施形態に係る有機光電変換素子４００では、波長変換層９で波長変換されず図中上方に進む紫外線を紫外線吸収層１０及び紫外線吸収剤を含む機能層１１で遮断できるようになっている。
【００９４】
前記のように有機光電変換素子４００では、第一実施形態に係る有機光電変換素子１００と同様に、光電変換効率を向上させることが可能である。また、有機光電変換素子４００では、波長変換層９で波長変換された分に加え、紫外線吸収層１０及び機能層１１で遮断した分の紫外線についても活性層４に入射しないようにできるため、紫外線による活性層４の劣化を第一〜第三実施形態に係る有機光電変換素子１００，２００，３００よりも更に抑制して、有機光電変換素子４００の更なる長寿命化を実現できる。
なお、本実施形態の有機光電変換素子４００では波長変換層９に近い方を陰極、遠い方を陽極とした例を示したが、逆に波長変換層９に近い方を陽極、遠い方を陰極としても同様の効果を得ることができる。
【００９５】
［１０．有機光電変換素子の用途］
本発明の有機光電変換素子の電極間には、上述した要領によって、太陽光等の光の照射により光起電力が発生する。前記の光起電力を利用して、本発明の有機光電変換素子は、例えば太陽電池として使用できる。太陽電池として使用する場合、通常、本発明の有機光電変換素子は有機薄膜太陽電池の太陽電池セルとして使用される。また、太陽電池セルは、複数個集積することによって太陽電池モジュール（有機薄膜太陽電池モジュール）とし、太陽電池モジュールの態様で使用してもよい。本発明の有機光電変換素子は上述したように光電変換効率に優れると共に長寿命であるため、本発明の有機光電変換素子を備える太陽電池は発電効率の向上及び長寿命化が期待できる。
【００９６】
また、本発明の有機光電変換素子は、有機光センサーとして使用することもできる。例えば、電極間に電圧を印加した状態又は無印加の状態で本発明の有機光電変換素子に光を照射すると電荷が生じるため、前記の電荷を光電流として検出するようにすれば、本発明の有機光電変換素子を有機光センサーとして動作させることが可能となる。さらに、有機光センサーを複数個集積することにより、有機イメージセンサーとして用いることもできる。
【００９７】
［１１．太陽電池モジュール］
本発明の有機光電変換素子を太陽電池セルとして用いて太陽電池モジュールを構成する場合、当該太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様のモジュール構造をとりうる。太陽電池モジュールは、一般的には金属、セラミック等の支持基板の上に太陽電池セルが設けられ、前記太陽電池セルの上を充填樹脂や保護ガラス等で覆う構成を有し、支持基板とは反対側の面を通じて光を取り込めるようになっている。また、太陽電池モジュールは、支持基板として強化ガラス等の透明材料を用い、前記の支持基板の上に太陽電池セルを設けた構成を有し、前記の透明の支持基板を通じて光を取り込めるようになっていてもよい。
【００９８】
太陽電池モジュールの構成としては、例えば、スーパーストレートタイプ、サブストレートタイプ、ポッティングタイプ等のモジュール構造、アモルファスシリコン太陽電池等で用いられる基板一体型モジュール構造などが知られている。本発明の有機光電変換素子を用いた太陽電池モジュールは、使用目的、使用場所及び環境などに応じて、適宜、適切なモジュール構造を選択すればよい。
【００９９】
例えば、代表的なモジュール構造であるスーパーストレートタイプ及びサブストレートタイプの太陽電池モジュールでは、一対の支持基板の間に一定間隔に太陽電池セルが配置された構造を有している。前記支持基板のうち片方又は両方は透明であり、通常、反射防止処理を施されている。また、隣り合う太陽電池セル同士は金属リード及びフレキシブル配線等の配線により電気的に接続され、太陽電池モジュールの外縁部には集積電極が配置され、太陽電池セルで発生した電力を外部に取り出せるようになっている。
支持基板と太陽電池セルとの間には、太陽電池セルの保護及び集電効率向上のため、必要に応じてエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等のプラスチック材料などの充填材料の層を設けてもよい。前記の充填材料は、予めフィルム状に成形してから装着してもよく、樹脂を所望の位置に充填させてから硬化させるようにしてもよい。
【０１００】
また、例えば外部からの衝撃が少ない場所など、表面を硬い素材で覆う必要のない場所において太陽電池モジュールを使用する場合には、片方の支持基板を設けないようにしてもよい。ただし、太陽電池モジュールの支持基板を設けていない方の表面には、例えば透明プラスチックフィルムで覆ったり、充填樹脂で被覆後に樹脂を硬化させたりすることで表面保護層を設け、保護機能を付与することが好ましい。
さらに、通常、支持基板の周囲は、内部の密封及び太陽電池モジュールの剛性を確保するため、金属製のフレームで太陽電池モジュールを挟み込むようにして固定する。また、支持基板とフレームとの間は、通常は封止材料で密封シールを施す。
【０１０１】
有機材料を用いた光電変換素子である本発明の有機光電変換素子を備えるため、前記の太陽電池モジュールは、有機光電変換素子の利点を活かした態様で使用することも可能である。例えば、有機光電変換素子は可撓性の素子として構成できるため、支持基板、充填材料及び封止材料等として可撓性の素材を用いれば、曲面の上に太陽電池モジュールを設けることができる。
【０１０２】
また、有機光電変換素子は塗布法を利用して低コストで製造できるため、太陽電池モジュールも塗布法を用いて製造可能である。例えば、支持基板としてポリマーフィルム等のフレキシブル支持体を用いて太陽電池モジュールを製造する場合、ロール状のフレキシブル支持体を送り出しながら塗布法等を用いて順次太陽電池セルを形成し、フレキシブル支持体を所望のサイズに切断した後、切り出した切断片の周縁部をフレキシブルで防湿性のある素材でシールすることにより、太陽電池モジュール本体を製造できる。さらに、例えばＳｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ，  ４８，ｐ３８３−３９１記載の「ＳＣＡＦ」と呼ばれるモジュール構造を有する太陽電池モジュールを得ることもできる。
また、フレキシブル支持体を用いた太陽電池モジュールは、曲面ガラス等に接着固定して使用することもできる。
【実施例】
【０１０３】
以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。
【０１０４】
［評価方法］
以下に説明する実施例及び比較例では、２ｍｍ×２ｍｍの正四角形の有機光電変換素子を製造した。製造された有機光電変換素子について、分光計器株式会社製の分光感度測定装置ＣＥＰ−２０００型を用いて、素子に対するＤＣ電圧印加を２０ｍＶ／秒の定速で掃引することにより、短絡電流、開放端電圧、及び曲線因子（フィルファクター。以下、適宜「ＦＦ」と略称する。）を測定し、測定した短絡電流と開放端電圧と曲線因子とを乗ずることにより光電変換効率を算出した。
製造された有機光電変換素子に屋外で６時間日照する大気曝露試験を行った。大気曝露試験において、ＩＴＯ膜が形成されたガラス基板側から活性層に太陽光を入射させた。大気曝露試験の後に光電変換効率を測定し、有機光電変換素子を作製した直後の光電変換効率で除した値として、光電変換効率保持率を求めた。また、有機光電変換素子を作製した直後及び大気曝露試験後の短絡電流をそれぞれ活性層の面積で除した値として、初期短絡電流密度及び大気曝露試験後の短絡電流密度の値を測定した。
【０１０５】
［実施例１］
スパッタ法により陰極（第二の電極）として１５０ｎｍの厚みでＩＴＯ膜を付けたガラス基板を用意した。
ＩＴＯ膜上に、二酸化チタン粒子と分散剤とが分散した分散液（触媒化成工業株式会社製、商品名チタニアゾルＨＰＷ−１０Ｒ）をスピンコート法により塗布し、室温で乾燥させることにより、厚さ７０ｎｍの機能層（電子輸送層）を得た。なお、分散液中の二酸化チタンの粒子径は８ｎｍ〜１３ｎｍであり、二酸化チタンの電気伝導度は２４．６ｍＳ／ｃｍであり、分散液中の溶媒は水であり、分散液のＰＨは１．３であった。また、二酸化チタンは波長４１１ｎｍ以下の光を吸収しうる紫外線吸収剤である。
【０１０６】
次に、式（３）で表される単量体と式（４）で表される単量体との交互重合体である高分子化合物Ａと、［６，６］−フェニルＣ61ブチリックアシッドメチルエステル（以下、適宜「［６，６］−ＰＣＢＭ」と略称する。）とを重量比１：３で含む、オルトジクロロベンゼン溶液を作製した。高分子化合物Ａはオルトジクロロベンゼンに対して１重量％とした。その後、孔径０．５μｍのフィルターでろ過を行った。得られた抽出物を、前記の機能層上にスピンコートした後、Ｎ2雰囲気中で乾燥を行った。これにより、厚み１００ｎｍの活性層を得た。なお、高分子化合物Ａは、ポリスチレン換算の重量平均分子量が１７０００であり、ポリスチレン換算の数平均分子量が５０００であった。さらに、高分子化合物Ａの光吸収端波長は、９２５ｎｍであった。
【０１０７】
【化４】
2011119683.tif 000006
【０１０８】
その後、ＨＩＬ６９１溶液（Ｐｌｅｘｔｒｏｎｉｃｓ社製、商品名Ｐｌｅｘｃｏｒｅ  ＨＩＬ６９１）をスピンコート法により活性層上に塗布し、膜厚約５０ｎｍの機能層（正孔輸送層）を形成した。
その後、真空蒸着機により陽極（第一の電極）としてＡｕを、厚さが１００ｎｍとなるように蒸着した。
さらに、陽極の上から封止材としてエポキシ樹脂（急速硬化型アラルダイト）にてガラス基板を接着することで、封止処理を施した。
【０１０９】
さらに、ＩＴＯ膜を付けたガラス基板の前記ＩＴＯ膜とは反対側の表面に、波長３８０ｎｍ以下の紫外線を遮断しうる日本触媒製の紫外線カットコーティング剤（商品名ＵＶ−Ｇ１３）を塗布し、厚み６μｍの紫外線吸収層を形成した。
【０１１０】
さらに、紫外線吸収層の表面に、波長変換剤として無機蛍光体Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+をエタノールに分散させた分散液を塗布し、厚み１００μｍの波長変換層を形成した。なお、分散液中の無機蛍光体の濃度は１０ｇ／リットルであった。
【０１１１】
以上のようにして、ガラス基板、封止材層、第一の電極としての陽極、機能層、活性層、紫外線吸収剤を含む機能層、第二の電極としての陰極、ガラス基板、紫外線吸収層及び波長変換層を、前記の順に備える有機光電変換素子を得た。
【０１１２】
［比較例１］
波長変換層及び紫外線吸収層を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、有機光電変換素子を得た。
【０１１３】
【表１】
2011119683.tif 000007
【０１１４】
【表２】
2011119683.tif 000008
【０１１５】
［実施例２］
活性層を、以下に説明する要領で形成したこと以外は実施例１と同様にして、有機光電変換素子を得た。
活性層は、次の要領で形成した。まず、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（以下、適宜「Ｐ３ＨＴ」と略称する。）と［６，６］−ＰＣＢＭとを重量比１：０．８で含むオルトジクロロベンゼン溶液を作製した。Ｐ３ＨＴはオルトジクロロベンゼンに対して１重量％とした。その後、孔径０．５μｍのフィルターでろ過を行った。得られた抽出物を、機能層（電子輸送層）の上にスピンコートした後、Ｎ2雰囲気で１５０℃３分間乾燥を行った。これにより、厚み１００ｎｍの活性層を得た。
【０１１６】
［比較例２］
波長変換層及び紫外線吸収層を形成しなかったこと以外は実施例２と同様にして、有機光電変換素子を得た。
【０１１７】
【表３】
2011119683.tif 000009
【０１１８】
【表４】
2011119683.tif 000010
【０１１９】
［実施例３］
紫外線吸収層を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、有機光電変換素子を得た。光電変換効率保持率は５８．５６％であった。
【０１２０】
［実施例４］
紫外線吸収層を形成しなかったこと以外は実施例２と同様にして、有機光電変換素子を得た。光電変換効率保持率は５４．９９％であった。
【０１２１】
［評価結果］
実施例１〜４で製造した有機光電変換素子は、比較例１及び比較例２で製造した有機光電変換素子に比べて、大気曝露試験で時間変化と共に低下する光電変換効率保持率が抑制できた。即ち、実施例１〜４の有機光電変換素子は比較例１及び比較例２の有機光電変換素子よりも長寿命であった。また、実施例１及び実施例２は、実施例３及び実施例４に比べて高い光電変換効率保持率であった。さらに、実施例１及び実施例２は、比較例１及び比較例２に比べて短絡電流密度が高い値を示した。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の有機光電変換素子は、例えば太陽電池、光センサー等に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１，８  基板
２  第二の電極
３，５，１１  機能層
４  活性層
６  第一の電極
７  封止材層
９  波長変換層
１０  紫外線吸収層
１００，２００，３００，４００  有機光電変換素子
【図１】
2011119683.tif 000011
【図２】
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【図３】
2011119683.tif 000013
【図４】
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