(57)【要約】【課題】ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物からなる有機薄膜層を用いた有機薄膜太陽電池において、発電効率をより向上させることができる有機薄膜太陽電池を提供する。【解決手段】陽極２０と陰極５０との間に、互いに異なる特性を有する有機物質を含んだ層である有機薄膜層（４１（１）〜４１（ｎ））が複数重ねられた発電層４０が形成されており、複数の有機薄膜層のそれぞれは、発電に利用する光の波長に対する吸光度の特性である分光感度特性において、吸光度が部分的に高くなる単数または複数のピーク部を有しており、ある有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、他の有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、が異なる波長となるように選定されている。【選択図】図１
2015035537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に、互いに異なる特性を有する有機物質を含んだ層である有機薄膜層が複数重ねられた発電層が形成されており、
複数の前記有機薄膜層のそれぞれは、
発電に利用する光の波長に対する吸光度の特性である分光感度特性において、吸光度が部分的に高くなる単数または複数のピーク部を有しており、
ある有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、他の有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、が異なる波長となるように選定されている、
有機薄膜太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の有機薄膜太陽電池であって、
前記発電層は、少なくとも第１有機薄膜層と第２有機薄膜層の２種類の有機薄膜層が重ねられており、
前記第１有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の吸光度は、前記第２有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い、
有機薄膜太陽電池。
【請求項３】
請求項２に記載の有機薄膜太陽電池であって、
前記第２有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の吸光度は、前記第１有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い、
有機薄膜太陽電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機薄膜太陽電池であって、
複数の前記有機薄膜層のそれぞれは、スプレーコート法にて形成されている、
有機薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では種々の太陽電池が開発されており、現在ではシリコンを用いた太陽電池が主に利用されている。しかし、シリコンを用いた太陽電池はコストが高くなる傾向にあるので、シリコンを用いた太陽電池よりも比較的安価でユビキタスな使用が期待されている有機薄膜太陽電池の開発が進められている。
しかし、有機薄膜太陽電池は、シリコンを用いた太陽電池と比較して発電効率が低い点がネックであり、ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物からなる有機薄膜層（単層）の発電効率をより向上させることが必要不可欠である。
【０００３】
例えば特許文献１には、種々のｎ型半導体化合物とｐ型半導体化合物との混合物を模索し、（単層の）有機発電層を有する有機薄膜太陽電池において、より優れた光電変換性能を有する有機薄膜太陽電池が開示されている。
また薄膜太陽電池の例として、例えば特許文献２には、バンドギャップの異なるｐｎ接合素子を光の進行方向に積み重ねた半導体層を構成した多重接合型太陽電池が開示されている。そして当該多重接合型太陽電池は、それぞれのバンドギャップに見合った電圧を発生させる。
また特許文献３には、バンドギャップと太陽光のスペクトルとの整合性をよくすることにより、発電効率を向上させることができる薄膜太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４０９２３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６５８９５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１９５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された有機薄膜太陽電池は、より優れた光電変換性能を有する（単層の）有機発電層を形成するための、種々のｎ型半導体化合物、種々のｐ型半導体化合物に関する記載があるが、有機薄膜層を複数重ねて発電層を形成する点についての記載は無い。
また特許文献２及び特許文献３には、ｐｎ接合材料を重ねた発電層を形成することが記載されているが、ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物からなる有機薄膜層を用いた有機薄膜太陽電池に関する記載は無い。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物からなる有機薄膜層を用いた有機薄膜太陽電池において、発電効率をより向上させることができる有機薄膜太陽電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る有機薄膜太陽電池は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、陽極と陰極との間に、互いに異なる特性を有する有機物質を含んだ層である有機薄膜層が複数重ねられた発電層が形成されており、複数の前記有機薄膜層のそれぞれは、発電に利用する光の波長に対する吸光度の特性である分光感度特性において、吸光度が部分的に高くなる単数または複数のピーク部を有しており、ある有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、他の有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、が異なる波長となるように選定されている、有機薄膜太陽電池である。
【０００７】
この第１の発明では、分光感度特性の吸光度のピーク部の波長が異なる有機薄膜層を複数重ねて発電層を形成する。
発電に利用する光の波長に対して広範囲に渡って全体的に吸光度が高い単層の有機薄膜層を形成することは非常に困難であるが、一部の波長範囲の吸光度が高い有機薄膜層を形成することは比較的容易である。つまり、第１の波長範囲では吸光度が高いが第２の波長範囲では吸光度が低い有機薄膜層と、第１の波長範囲では吸光度が低いが第２の波長範囲では吸光度が高い有機薄膜層を選定すれば、波長に対して広範囲に渡って全体的に吸光度が高い発電層を容易に形成することができる。
従って、発電に利用する光の波長に対して、分光感度特性における吸光度のピーク部の波長が異なる有機薄膜層を適切に組み合わせることで、発電に利用する光の波長に対して広範囲に渡って吸光度のピーク部を有する（広範囲に渡って吸光度が高い）発電層を容易に構成することが可能となり、発電効率をより向上させることが可能な有機薄膜太陽電池を容易に実現することができる。
【０００８】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る有機薄膜太陽電池であって、前記発電層は、少なくとも第１有機薄膜層と第２有機薄膜層の２種類の有機薄膜層が重ねられており、前記第１有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の吸光度は、前記第２有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い、有機薄膜太陽電池である。
【０００９】
この第２の発明では、少なくとも２種類の有機薄膜層を重ねて発電層を形成し、第１有機薄膜層の分光感度特性の一部のピーク部の吸光度は、第２有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い。
例えば、第２有機薄膜層の一部の波長範囲の吸光度が低い場合、当該波長範囲に吸光度のピーク部を有する第１有機薄膜層（当該波長範囲では、第１有機薄膜層の吸光度のほうが、第２有機薄膜層の吸光度よりも高い）を重ねて発電層を形成することで、第２有機薄膜層の吸光度の低い波長範囲を、第１有機薄膜層で補うことができる。
これにより、広範囲に渡って吸光度が高い発電層を構成することが可能となり、発電効率をより向上させることができる有機薄膜太陽電池を容易に実現することができる。
【００１０】
次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る有機薄膜太陽電池であって、前記第２有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の吸光度は、前記第１有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い、有機薄膜太陽電池である。
【００１１】
この第３の発明では、第２有機薄膜層の分光感度特性の一部のピーク部の吸光度は、第１有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い。
例えば、第１有機薄膜層の一部の波長範囲の吸光度が低い場合、当該波長範囲に吸光度のピーク部を有する第２有機薄膜層（当該波長範囲では、第２有機薄膜層の吸光度のほうが、第１有機薄膜層の吸光度よりも高い）を重ねて発電層を形成することで、第１有機薄膜層の吸光度の低い波長範囲を、第２有機薄膜層で補うことができる。すなわち、第２発明と第３発明にて、第１有機薄膜層の吸光度の低い波長範囲を第２有機薄膜層で補い、第２有機薄膜層の吸光度の低い波長範囲を第１有機薄膜層で補う。
これにより、広範囲に渡って吸光度が高い発電層を適切に構成することが可能となり、発電効率をより向上させることができる有機薄膜太陽電池を容易に実現することができる。
【００１２】
次に、本発明の第４の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つに係る有機薄膜太陽電池であって、複数の前記有機薄膜層のそれぞれは、スプレーコート法にて形成されている、有機薄膜太陽電池である。
【００１３】
この第４の発明によれば、スプレーコート法にて複数の有機薄膜層を重ねる。
スプレーコート法では、スピンコート法等と比較して表面粗さが粗くなる傾向にある。しかし、この表面粗さが粗く（微細な凹凸が多く）表面積がより大きいことが、かえって重ね塗りした場合にアンカー効果等によりそれぞれの層が境界部にて強固に結合し、より好ましい発電層を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の有機薄膜太陽電池の全体構造の例を説明する図である。
【図２】発電層を、第１有機薄膜層のみで構成した場合の例における有機薄膜太陽電池の特性の例を説明する図である。
【図３】発電層を、第２有機薄膜層のみで構成した場合の例における有機薄膜太陽電池の特性の例を説明する図である。
【図４】発電層を、第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねて構成した場合の例における有機薄膜太陽電池の特性の例を説明する図である。
【図５】第１有機薄膜層のみで発電層を構成した有機薄膜太陽電池、第２有機薄膜層のみで発電層を構成した有機薄膜太陽電池、第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねて発電層を構成した有機薄膜太陽電池、のそれぞれの分光感度特性の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
●［有機薄膜太陽電池の全体構成（図１）］
まず図１を用いて、本発明の有機薄膜太陽電池１の全体構成について説明する。
有機薄膜太陽電池１は、基板１０と、電極層２０（陽極）と、正孔輸送層３０と、発電層４０と、電極層５０（陰極）と、にて構成されている。
基板１０は、ガラスやフィルム等にて形成されて、各薄膜層（電極層２０、正孔輸送層３０、発電層４０、電極層５０）を保持するベースであり、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられているものと同等のものが用いられている。
電極層２０は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズに数％の酸化スズを添加した化合物）の透明導電膜であり、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられているものと同等のものが用いられており、有機薄膜太陽電池１の陽極となる。
正孔輸送層３０は、後述する化学式（２３）にて示す有機材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの層であり、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられているものと同等のものが用いられている。
電極層５０は、例えばアルミニウムを蒸着させた薄膜層であり、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられているものと同等のものが用いられており、有機薄膜太陽電池１の陰極となる。
発電層４０は、本発明の有機薄膜太陽電池１の特徴となる層であり、ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物からなる複数の有機薄膜層４１（１）〜４１（ｎ）が重ねられて構成された、発電を行う層である。
【００１６】
発電層４０を構成している各有機薄膜層４１（１）〜４１（ｎ）のそれぞれは、互いに異なる特性を有する有機物質を含んだ層であり、ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物からなる層である。
そして複数の有機薄膜層４１（１）〜４１（ｎ）のそれぞれは、発電に利用する光の波長に対する吸光度の特性である分光感度特性において、吸光度が部分的に高くなる単数または複数のピーク部を有している。そして、ある有機薄膜層（例えば有機薄膜層４１（１））の分光感度特性における吸光度の一部のピーク部の波長と、他の有機薄膜層（例えば有機薄膜層４１（２）〜４１（ｎ））の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、が異なる波長となるように、各有機薄膜層４１（１）〜４１（ｎ）が選定されている。
例えば図５の例に示す分光感度特性では、一点鎖線にて示す第１有機薄膜層の特性では、波長範囲が約３００［ｎｍ］〜約３４０［ｎｍ］の範囲と、約６００［ｎｍ］〜約７２０［ｎｍ］の範囲に、吸光度のピーク部を有している。また点線にて示す第２有機薄膜層の特性では、波長範囲が約３７０［ｎｍ］〜約４３０［ｎｍ］の範囲と、約４８０［ｎｍ］〜約５７０［ｎｍ］の範囲に、吸光度のピーク部を有している。
【００１７】
●［有機薄膜層を形成するためのドナーポリマー及びアクセプターフラーレンの種類の例と、第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を形成するドナーポリマー及びアクセプターフラーレンの選定（図５）］
本発明の有機薄膜太陽電池の発電層における有機薄膜層のそれぞれは、ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物がスプレーコート法によって形成されている。
スプレーコート法では、スピンコート法等と比較して表面粗さが粗くなる傾向にある。しかし、この表面粗さが粗く（微細な凹凸が多く）表面積がより大きいことが、かえって重ね塗りした場合にアンカー効果等によりそれぞれの層が境界部にて強固に結合し、より好ましい発電層を形成することが可能となる。
【００１８】
次に、ドナーポリマーの種類の例と、アクセプターフラーレンの種類の例を示す。これらの中から選定されたドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物にて有機薄膜層が形成される。
［ドナーポリマーの種類の例］
【化１】
2015035537.tif 000003
化学式（１）
以下では、上記の化学式（１）にて表されるドナーポリマーをＰＴＢ７と記載する。
【化２】
2015035537.tif 000004
化学式（２）
以下では、上記の化学式（２）にて表されるドナーポリマーをＰＣＤＴＢＴと記載する。
【化３】
2015035537.tif 000005
化学式（３）
以下では、上記の化学式（３）にて表されるドナーポリマーをＰＢＤＴＴＰＤと記載する。
【化４】
2015035537.tif 000006
化学式（４）
以下では、上記の化学式（４）にて表されるドナーポリマーをＰＣＢＴＤＰＰと記載する。
【化５】
2015035537.tif 000007
化学式（５）
以下では、上記の化学式（５）にて表されるドナーポリマーをＰＳｉＦ−ＤＢＴと記載する。
【化６】
2015035537.tif 000008
化学式（６）
以下では、上記の化学式（６）にて表されるドナーポリマーをＰＦＯ−ＤＢＴと記載する。
【化７】
2015035537.tif 000009
化学式（７）
以下では、上記の化学式（７）にて表されるドナーポリマーをＰＣＰＤＴＢＴと記載する。
【化８】
2015035537.tif 000010
化学式（８）
以下では、上記の化学式（８）にて表されるドナーポリマーをＰＤＴＰ−ＤＦＢＴと記載する。
【化９】
2015035537.tif 000011
化学式（９）
以下では、上記の化学式（９）にて表されるドナーポリマーをＰＢＤＴＴＴ−ＣＦと記載する。
【化１０】
2015035537.tif 000012
化学式（１０）
以下では、上記の化学式（１０）にて表されるドナーポリマーをＰＦＮ−Ｐ１と記載する。
【００１９】
［アクセプターフラーレンの種類の例］
【化１１】
2015035537.tif 000013
化学式（１１）
以下では、上記の化学式（１１）にて表されるアクセプターフラーレンをＩＣＢＡと記載する。
【化１２】
2015035537.tif 000014
化学式（１２）
以下では、上記の化学式（１２）にて表されるアクセプターフラーレンをＩＣＭＡと記載する。
【化１３】
2015035537.tif 000015
化学式（１３）
以下では、上記の化学式（１３）にて表されるアクセプターフラーレンを［５、６］−Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ−Ｃ７０と記載する。
【化１４】
2015035537.tif 000016
化学式（１４）
以下では、上記の化学式（１４）にて表されるアクセプターフラーレンをＣ６０  Ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ  ｔｒｉｓ−ａｃｉｄと記載する。
【化１５】
2015035537.tif 000017
化学式（１５）
以下では、上記の化学式（１５）にて表されるアクセプターフラーレンをＣ６０  Ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ  ｔｒｉｓ−ａｃｉｄ  ｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒと記載する。
【化１６】
2015035537.tif 000018
化学式（１６）
以下では、上記の化学式（１６）にて表されるアクセプターフラーレンをＰＣＢＭと記載する。
【化１７】
2015035537.tif 000019
化学式（１７）
以下では、上記の化学式（１７）にて表されるアクセプターフラーレンを［６０］ＴｈＰＣＢＭと記載する。
【化１８】
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化学式（１８）
以下では、上記の化学式（１８）にて表されるアクセプターフラーレンをＰＣＢＯと記載する。
【化１９】
2015035537.tif 000021
化学式（１９）
以下では、上記の化学式（１９）にて表されるアクセプターフラーレンをＰＣＢＢと記載する。
【化２０】
2015035537.tif 000022
化学式（２０）
以下では、上記の化学式（２０）にて表されるアクセプターフラーレンをＰＣ７１ＢＭと記載する。
【化２１】
2015035537.tif 000023
化学式（２１）
以下では、上記の化学式（２１）にて表されるアクセプターフラーレンをＢｉｓ［６０］ＰＣＢＭと記載する。
【化２２】
2015035537.tif 000024
化学式（２２）
以下では、上記の化学式（２２）にて表されるアクセプターフラーレンをＳＩＭＥＦと記載する。
【００２０】
また、下記の化学式（２３）にて表される物質（正孔輸送層を形成する物質）をＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと記載する。
【化２３】
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化学式（２３）
【００２１】
本発明の有機薄膜太陽電池の発電層は、上記の中から選定されたドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物の層である有機薄膜層が複数重ねられて形成されている。
そして、複数の有機薄膜層のそれぞれは、発電に利用する光の波長に対する吸光度の特性である分光感度特性において、吸光度が部分的に高くなる単数または複数のピーク部を有しており、ある有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、他の有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の波長と、が異なる波長となるように、選定されている。
以下の実施の形態の説明では、ＰＴＢ７とＩＣＢＡの混合物による有機薄膜層（第１有機薄膜層に相当）のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性の例と、ＰＣＤＴＢＴとＰＣ７１ＢＭの混合物による有機薄膜層（第２有機薄膜層に相当）のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性の例と、これらの第１有機薄膜層（下層）と第２有機薄膜層（上層）を重ねて発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性の例について説明する。
【００２２】
ここで図５は、ＰＴＢ７とＩＣＢＡの混合物による第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の分光感度特性（一点鎖線で示す特性）と、ＰＣＤＴＢＴとＰＣ７１ＢＭの混合物による第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の分光感度特性（点線で示す特性）と、これらの第１有機薄膜層（下層）と第２有機薄膜層（上層）を重ねて発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性（実線で示す特性）と、の例を示している。
なお、ＰＴＢ７とＩＣＢＡの混合物による第１有機薄膜層のみの分光感度特性（図５における一点鎖線の特性）は、高波長側の吸光度（約６２０［ｎｍ］以上の波長の吸光度）が、ＰＣＤＴＢＴとＰＣ７１ＢＭの混合物による第２有機薄膜層のみの分光感度特性（図５における二点鎖線の特性）よりも高い。また第２有機薄膜層のみの分光感度特性（図５における二点鎖線の特性）は、低波長側の吸光度（約６２０［ｎｍ］以下の波長の吸光度）が、第１有機薄膜層のみの分光感度特性（図５における一点鎖線の特性）よりも高い。
上記のように、第１有機薄膜層の吸光度の低い波長範囲を第２有機薄膜層で補い、第２有機薄膜層の吸光度の低い波長範囲を第１有機薄膜層で補うことができるように、第１有機薄膜層のドナーポリマーとアクセプターフラーレン、及び第２有機薄膜層のドナーポリマーとアクセプターフラーレンが、それぞれ選定されている。
【実施例】
【００２３】
●［第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性の例（図２、図５）］
次に図１に示す発電層４０を、ＰＴＢ７とＩＣＢＡの混合物による第１有機薄膜層のみで形成した有機薄膜太陽電池の特性の例について説明する。
なお、第１有機薄膜層は、ＰＴＢ７：ＩＣＢＡ＝１：１．５の割合（材料比率）で混合し、濃度が０．５ｗｔ％となるようにクロロベンゼン（溶媒）に溶かした溶液をスプレーコート法にて約１００［ｎｍ］程度の厚さに形成した層である。
そして上記の第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性を図２に示す。なお図２は、横軸が電圧、縦軸が電流密度を示す電圧・電流密度特性である。
【００２４】
この図２に示す電圧・電流密度特性から、Ｖｏｃ（開放電圧＝電流密度が０（ゼロ）時の電圧）＝０．９６［Ｖ］、Ｊｓｃ（短絡電流密度＝電圧が０（ゼロ）時の電流密度）＝６．７１［ｍＡ／ｃｍ２］であることが読み取れる。
また、電流密度＊電圧が最大となる点である最大出力Ｗｍａｘに対応する電流密度をＪｍａｘ、電圧をＶｍａｘとすると、ＦＦ（曲線因子）＝（Ｊｍａｘ＊Ｖｍａｘ）／（Ｊｓｃ＊Ｖｏｃ）＝０．４４と算出することができる。
また、η（変換効率）＝Ｊｍａｘ＊Ｖｍａｘ＝Ｊｓｃ＊Ｖｏｃ＊ＦＦ＝２．８５［％］と算出することができる。なお、上記のηは、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦの四捨五入前の数字を用いて計算しているので、０．９６＊６．７１＊０．４４＝２．８３とは少し異なる値となっている。
なお、電圧・電流密度特性の評価には、太陽光シミュレータ［キセノン光源（Newport  ６９９０７）の光強度をエアマスフィルターにより１００  ｍＷ／ｃｍ２、ＡＭ  １．５に調整］を使用した。また膜厚は、Ｄｅｋｔａｋ２Ａ型表面粗さ計（Ｓｌｏａｎ社製）で測定した。
【００２５】
●［第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性の例（図３、図５）］
次に図１に示す発電層４０を、ＰＣＤＴＢＴとＰＣ７１ＢＭの混合物による第２有機薄膜層のみで形成した有機薄膜太陽電池の特性の例について説明する。
なお、第２有機薄膜層は、ＰＣＤＴＢＴ：ＰＣ７１ＢＭ＝１：４の割合（材料比率）で混合し、濃度が０．５ｗｔ％となるようにクロロベンゼン（溶媒）に溶かした溶液をスプレーコート法にて約１００［ｎｍ］程度の厚さに形成した層である。
そして上記の第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性を図３に示す。なお図３は、横軸が電圧、縦軸が電流密度を示す電圧・電流密度特性である。
【００２６】
この図３に示す電圧・電流密度特性から、Ｖｏｃ（開放電圧＝電流密度が０（ゼロ）時の電圧）＝０．９５［Ｖ］、Ｊｓｃ（短絡電流密度＝電圧が０（ゼロ）時の電流密度）＝６．２７［ｍＡ／ｃｍ２］であることが読み取れる。
また、電流密度＊電圧が最大となる点である最大出力Ｗｍａｘに対応する電流密度をＪｍａｘ、電圧をＶｍａｘとすると、ＦＦ（曲線因子）＝（Ｊｍａｘ＊Ｖｍａｘ）／（Ｊｓｃ＊Ｖｏｃ）＝０．５３と算出することができる。
また、η（変換効率）＝Ｊｍａｘ＊Ｖｍａｘ＝Ｊｓｃ＊Ｖｏｃ＊ＦＦ＝３．１８［％］と算出することができる。なお、上記のηは、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦの四捨五入前の数字を用いて計算しているので、０．９５＊６．２７＊０．５３＝３．１６とは少し異なる値となっている。
【００２７】
●［第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねた発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性の例（図４、図５）］
次に図１に示す発電層４０を、ＰＴＢ７とＩＣＢＡの混合物による第１有機薄膜層（下層）と、ＰＣＤＴＢＴとＰＣ７１ＢＭの混合物による第２有機薄膜層（上層）の２層を重ねて形成した有機薄膜太陽電池の特性の例について説明する。
第１有機薄膜層は、上記と同様、ＰＴＢ７：ＩＣＢＡ＝１：１．５の割合（材料比率）で混合し、濃度が０．５ｗｔ％となるようにクロロベンゼン（溶媒）に溶かした溶液をスプレーコート法にて約５０［ｎｍ］程度の厚さに形成した層である（上記の第１有機薄膜層のみの場合とは、厚さのみが異なる）。
そして第２有機薄膜層は、上記と同様、ＰＣＤＴＢＴ：ＰＣ７１ＢＭ＝１：４の割合（材料比率）で混合し、濃度が０．５ｗｔ％となるようにクロロベンゼン（溶媒）に溶かした溶液をスプレーコート法にて約５０［ｎｍ］の厚さに形成した層であり、第１有機薄膜層の上に重ねて形成した層である（上記の第２有機薄膜層のみの場合とは、厚さのみが異なる）。
上記の第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねて発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性を図４に示す。なお図４は、横軸が電圧、縦軸が電流密度を示す電圧・電流密度特性である。
【００２８】
この図４に示す電圧・電流密度特性から、Ｖｏｃ（開放電圧＝電流密度が０（ゼロ）時の電圧）＝０．８０［Ｖ］、Ｊｓｃ（短絡電流密度＝電圧が０（ゼロ）時の電流密度）＝１１．１１［ｍＡ／ｃｍ２］であることが読み取れる。
また、電流密度＊電圧が最大となる点である最大出力Ｗｍａｘの電流密度をＪｍａｘ、電圧をＶｍａｘとすると、ＦＦ（曲線因子）＝（Ｊｍａｘ＊Ｖｍａｘ）／（Ｊｓｃ＊Ｖｏｃ）＝０．４７と算出することができる。
また、η（変換効率）＝Ｊｍａｘ＊Ｖｍａｘ＝Ｊｓｃ＊Ｖｏｃ＊ＦＦ＝４．２８［％］と算出することができる。なお、上記のηは、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦの四捨五入前の数字を用いて計算しているので、０．８０＊１１．１１＊０．４７＝４．１７とは少し異なる値となっている。
【００２９】
このように、第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねた発電層を有する有機薄膜太陽電池の変換効率は、第１有機薄膜層のみの発電層を有する有機薄膜太陽電池の変換効率よりも高く、且つ第２有機薄膜層のみの発電層を有する有機薄膜太陽電池の変換効率よりも高いことがわかる。
この理由を図５により、考察する。
図５は、横軸が波長（発電に利用する光の波長）、縦軸が吸光度を示す分光感度特性であり、実線で示す特性（特性［Ａ＋Ｂ］）は上記の第１有機薄膜層と第２薄膜層を重ねて発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性を示しており、一点鎖線で示す特性（特性［Ａ］）は上記の第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性を示しており、点線で示す特性（特性［Ｂ］）は上記の第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性を示している。
【００３０】
図５からわかるように、第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性［Ａ］（一点鎖線の特性）は、波長が約６２０［ｎｍ］以上の領域では、第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性［Ｂ］（点線の特性）よりも吸光度が高い。しかし、波長が約６２０［ｎｍ］以下の領域では、第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性［Ｂ］よりも吸光度は低い。
また、第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性［Ｂ］は、波長が約６２０［ｎｍ］以下の領域では、第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性［Ａ］よりも吸光度は高い。しかし、波長が約６２０［ｎｍ］以上の領域では、第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性よりも吸光度は低い。
そして第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねて発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性［Ａ＋Ｂ］（実線の特性）では、第１有機薄膜層のみでは吸光度が低い波長約６２０［ｎｍ］以下の領域では第２有機薄膜層によって補われて高い吸光度を有している。また、第２有機薄膜層のみでは吸光度が低い波長約６２０［ｎｍ］以上の領域では第１有機薄膜層によって補われて高い吸光度を有している。このように、第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねて発電層を形成した有機薄膜太陽電池の特性［Ａ＋Ｂ］（実線の特性）は、発電に利用する光の波長範囲において、広範囲に吸光度が高くなっていることがわかる。
これにより、第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を重ねて発電層を形成した有機薄膜太陽電池の変換効率は、第１有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の変換効率よりも高くなり、且つ第２有機薄膜層のみで発電層を形成した有機薄膜太陽電池の変換効率よりも高くなったものと示唆される。
【００３１】
従って、第１有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の吸光度は、第２有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い。
また、第２有機薄膜層の分光感度特性における一部のピーク部の吸光度は、第１有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高い。
このような第１有機薄膜層と第２有機薄膜層を適切に選定することで、より変換効率の高い有機薄膜太陽電池を実現することが可能である。
なお、以上の説明では、発電層を２層で形成したが、３層以上で形成することも可能である。そして有機薄膜層のそれぞれの分光感度特性のピーク部の吸光度が、他の有機薄膜層の分光感度特性において対応する波長の吸光度よりも高くなるように、それぞれの有機薄膜層を選定すれば、より高い変換効率を有する有機薄膜太陽電池を構成することができる。つまり、例えば３層で発電層を構成する場合では、低波長の範囲で高い吸光度を有する有機薄膜層と、中波長の範囲で高い吸光度を有する有機薄膜層と、高波長の範囲で高い吸光度を有する有機薄膜層と、を適切に選定してそれぞれの有機薄膜層を重ねて発電層を構成すればよい。
発電に利用する波長の全範囲に渡って吸光度の高い単層の有機薄膜層を構成することは非常に困難であるが、一部の波長範囲で特に高い吸光度を有する有機薄膜層は、容易に構成することができる。
従って、一部の波長範囲で特に高い吸光度を有する有機薄膜層を適切に選定して重ねて発電層を構成することで、波長の全範囲に渡って吸光度が高い発電層を有して変換効率をより向上させることができる有機薄膜太陽電池を、より容易に実現することができる。
【００３２】
本発明の有機薄膜太陽電池は、本実施の形態で説明した外観、構成等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態の説明では、ドナーポリマーとアクセプターフラーレンの混合物で形成する有機薄膜層の例として、第１有機薄膜層をＰＴＢ７とＩＣＢＡの混合物で形成し、第２有機薄膜層をＰＣＤＴＢＴとＰＣ７１ＢＭの混合物で形成した例を説明した。しかし、これらに限定されるものではなく、種々のドナーポリマーと、種々のアクセプターフラーレンを組み合わせた混合物で有機薄膜層を形成することが可能であり、種々の有機薄膜層を重ねて発電層を構成することが可能である。例えば第２有機薄膜層を、ＰＢＤＴＴＰＤとＰＣ７１ＢＭの混合物で形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１        有機薄膜太陽電池
１０      基板
２０      電極層（陽極）
３０      正孔輸送層
４０      発電層
４１（１）〜４１（ｎ）    有機薄膜層
５０      電極層（陰極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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