(57)【要約】      （修正有）【課題】光起電力変換効率を達成するため、高い開回路電圧が得られる有機光電池を提供する。【解決手段】第一電極および第二電極の間に配置された二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性デバイスであって、有機光活性領域のそれぞれがドナーおよびアクセプターを含み、有機光起電性デバイスは、二以上の光活性領域の間に、少なくとも一の励起子遮断層および、少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層を含む、光起電性デバイス。【選択図】図１７Ａ
2015008310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極および第二電極の間に配置される二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性
デバイスであって、前記有機光活性領域のそれぞれがドナーおよびアクセプターを含み、
前記有機光起電性デバイスが、前記二以上の光活性領域の間に、少なくとも一の励起子遮
断層、および、少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層を含む、有機光起電性デバ
イス。
【請求項２】
少なくとも一の電極が、透明導電性酸化物または透明導電性高分子を含む、請求項１に
記載の有機光起電性デバイス。
【請求項３】
前記導電性酸化物が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、酸化ガリウ
ムインジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）および酸化亜鉛インジウムスズ（ＺＩ
ＴＯ）から選択され、透明導電性高分子がポリアニリン（ＰＡＮＩ）を含む、請求項２に
記載の有機光起電性デバイス。
【請求項４】
少なくとも一の前記電極が、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＳｎおよびＡｌから選択される、金属
置換体、非金属材料または金属材料を含むカソードである、請求項１に記載の有機光起電
性デバイス。
【請求項５】
前記電荷再結合層または電荷移動層は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＭｏＯ３、Ｌｉ、ＬｉＦ、
Ｓｎ、Ｔｉ、ＷＯ３、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、酸化ガリウム
インジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）または酸化亜鉛インジウムスズ（ＺＩＴ
Ｏ）で構成される、請求項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項６】
前記電荷再結合層または電荷移動層は、金属ナノクラスター、ナノ粒子またはナノロッ
ドで構成される、請求項５に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項７】
前記ドナーが、サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、
クロロアルミニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）
、ペンタセン、テトラセン、ジインデノペリレン（ＤＩＰ）およびスクアライン（ＳＱ）
から選択される、請求項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項８】
前記スクアライン化合物が、２，４−ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジプロピルアミノ）−２，
６−ジヒドロキシフェニル；２，４−ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジイソブチルアミノ）−２，
６−ジヒドロキシフェニル；およびそれらの塩から選択される、請求項７に記載の有機光
起電性デバイス。
【請求項９】
前記有機光活性領域のそれぞれが、少なくとも一の他の有機光活性領域のドナーと相補
的な吸収範囲を示すドナーを含む、請求項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１０】
前記アクセプターは、Ｃ６０、Ｃ７０、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）、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（［６０］
ＰＣＢＭ）、フェニルＣ７１酪酸メチルエステル（［７０］ＰＣＢＭ）、チエニルＣ６１
酪酸メチルエステル（［６０］ＴｈＣＢＭ）およびヘキサデカフルオロフタロシアニン（
Ｆ１６ＣｕＰｃ）から選択される、請求項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１１】
前記励起子遮断層が、バトクプロイン（ＢＣＰ）、バトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ
）、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
）、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（ＴＰ
Ｂｉ）、トリス（アセチルアセトナト）ルテニウム（ＩＩＩ）（Ｒｕ（ａｃａｃａ）３）
、およびアルミニウム（ＩＩＩ）フェノレート（Ａｌｑ２ＯＰＨ）から選択される、請求
項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも二の光活性領域の少なくとも一が、平面状、バルク状、混合、ハイブリ
ッド平面混合またはナノ結晶性バルクヘテロ接合から形成されるドナー−アクセプターヘ
テロ接合を含む、請求項１に記載の有機光起電性デバイス
【請求項１３】
前記ヘテロ接合が、以下の二以上の物質の混合物：サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）
、Ｃ６０、Ｃ７０、スクアライン、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スズフタロシアニン
（ＳｎＰｃ）およびジインデノペリレン（ＤＩＰ）、を含む、請求項１２に記載の有機光
起電性デバイス。
【請求項１４】
前記混合物が、以下：
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ６０；
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ７０；
スクアライン／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）／Ｃ６０；または
、ジインデノペリレン（ＤＩＰ）／Ｃ７０；
アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ６０；および、
アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ７０、
を含む、請求項１３に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１５】
前記光活性層の少なくとも一が、緩衝材をさらに含む、請求項１に記載の有機光起電性
デバイス。
【請求項１６】
前記緩衝材がＭｏＯ３である、請求項１５に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１７】
少なくとも一の有機層が、真空熱蒸発、有機気相ジェット印刷法または有機気相成長法
により堆積される、請求項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１８】
少なくとも一の有機層が、ドクターブレード法、スピンコート法またはインクジェット
印刷法から選択される溶液プロセス法により堆積される、請求項１に記載の有機光起電性
デバイス。
【請求項１９】
前記ドナーが高移動性物質をドープされている、請求項１に記載の有機光起電性デバイ
ス。
【請求項２０】
前記高移動性物質がペンタセンを含む、請求項１９に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２１】
前記有機層の厚さ範囲が２５〜１２００Åである、請求項１７に記載の有機光起電性デ
バイス。
【請求項２２】
少なくとも一の有機層が結晶性である、請求項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２３】
前記有機層が、１０ｎｍ〜１ｃｍの範囲に亘って結晶性である、請求項２２に記載の有
機光起電性デバイス。
【請求項２４】
デバイスが２．２Ｖ以下の範囲の開回路電圧（ＶＯＣ）を示す、請求項１に記載の有機
光起電性デバイス。
【請求項２５】
デバイスが２％を超える電力効率（ηｐ）を示す、請求項１に記載の有機光起電性デバ
イス。
【請求項２６】
モデル化されたデバイスが、１０％を超える電力効率（ηｐ）を示す、請求項２５に記
載の有機光起電性デバイス。
【請求項２７】
前記デバイスが三以上の有機光活性領域を含み、前記有機光活性領域のそれぞれがドナ
ーおよびアクセプターを含み、前記デバイスが少なくとも一の励起子遮断層、電荷再結合
層または電荷移動層をさらに含み、選択的に緩衝層を含んでもよい、請求項１に記載の有
機光起電性デバイス。
【請求項２８】
有機光起電性デバイスを製造する方法であって、以下を含む：
基板上に第一電極を堆積し；
前記第一電極上に第一光活性領域を堆積し；
前記第一光活性領域上に第一電荷再結合層または電荷移動層を堆積し；
前記第一電荷再結合層または電荷移動層上に第二光活性領域を堆積し；および
前記第二光活性領域上に第二電極を堆積し；
第一有機光活性領域は第一ドナーおよび第一アクセプターを含み、第二有機光活性領域
は第二ドナーおよび第二アクセプターを含み、少なくとも一の光活性領域上に励起子遮断
層を堆積し、かつ、電荷再結合層、電荷移動層または電極が、それぞれの光活性領域の間
に堆積される、方法。
【請求項２９】
請求項１に記載の有機光起電性デバイスに光を供給することを含む、電力または電気的
信号を発生および／または測定する方法。
【請求項３０】
第一電極および第二電極の間に配置される二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性
デバイスであって、前記有機光活性領域のそれぞれが以下：
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、クロロアルミ
ニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ペンタセン
、テトラセン、ジインデノペリレン（ＤＩＰ）、スクアライン（ＳＱ）、亜鉛フタロシア
ニン（ＺｎＰｃ）および鉛フタロシアニン（ＰｂＰｃ）から選択される物質を含むドナー
；
Ｃ６０、Ｃ７０、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）、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（［６０］ＰＣＢＭ）、フェニ
ルＣ７１酪酸メチルエステル（［７０］ＰＣＢＭ）、チエニルＣ６１酪酸メチルエステル
（［６０］ＴｈＣＢＭ）およびヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）か
ら選択される物質を含むアクセプター；
ＷＯ３、ＭｏＯ３、バトクプロイン（ＢＣＰ）、バトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ
）、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
）および１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（
ＴＰＢｉ）から選択される物質を含む励起子遮断層、
Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＭｏＯ３およびＷＯ３から選択される物質を含む電荷再結合層ま
たは電荷移動層、および、選択的にＭｏＯ３を含む緩衝層、
を含み、前記電極の少なくとも一が酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含むアノードであり
、前記電極の少なくとも一がＡｇ、ＡｕおよびＡｌから選択される物質を含むカソードで
ある、有機光起電性デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００８年９月２６日提出の、発明の名称「有機多層太陽電池（ｔａｎｄｅ
ｍ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）」、米国仮出願番号第６１／１００，５８３号および２００
８年１１月２８日提出の、発明の名称「ドナー物質としてＣｕＰｃおよびＳｕｂＰｃを組
み込んだ多層有機太陽電池」米国仮出願番号第６１／１１８，５２９号の優先権を主張し
かつこれらに基づいており、これらの出願の内容全体は参照によってここに組み入れる。
【０００２】
共同研究の合意
クレームした発明は、以下の一以上の団体の協力のためおよび／またはこれに関連して
、大学−企業間協力研究の合意によってなされた：リージェンツ  オブ  ユニヴァシティ
オブ  ミシガンおよびグローバル  フォトニック  エネルギー  コーポレーション。こ
の合意はクレームした発明のなされる前およびなされた日に有効であり、クレームした発
明はこの合意の範囲の活動の結果なされたものである。
【０００３】
技術分野
本開示は全般に有機多層太陽電池に関する。スクアライン（ｓｑｕａｒａｉｎｅ）化合
物を堆積させるための少なくとも一の昇華の工程を含み得る、それらのデバイスを製造す
る方法も開示される。
【背景技術】
【０００４】
背景
光電子デバイスは物質の光学的および電子的性質によっており、電子的に電磁波放射を
発生するか検出する、または、周囲の電磁波放射から電気を発生させるものである。
【０００５】
感光性光電子デバイスは電磁波放射を電気に変換する。太陽電池は、光起電性（Ｐｈｏ
ｔｏｖｏｌｔａｉｃ  「ＰＶ」）デバイスとも称され、電力を発生させるために特別に使
用される感光性光電子デバイスの一種である。太陽光以外の光源から電気的エネルギーを
発生させるＰＶデバイスは、例えば、照明、加熱、または、電気回路、計算機、ラジオ、
コンピュータ等のデバイスへの電力供給、または、遠隔モニター、通信装置のため、電力
を消費する負荷体を駆動するために使用され得る。これらの電力発生への応用はしばしば
、太陽や他の光源からの直接照射が使用できないときに連続操作をするため、または、特
定の用途に要求されるＰＶデバイスの出力をつりあわせるために、バッテリーの充電を伴
う。ここで使用される「負荷抵抗」は、電力を消費または貯蔵するあらゆる回路、デバイ
ス、装置またはシステムを参照する。
【０００６】
別の種類の感光性高電子デバイスは光伝導セルである。この機能においては、検出回路
が、光吸収による変化を検出するためにデバイスの抵抗をモニターする。
【０００７】
別の種類の感光性高電子デバイスは、光検出器である。操作において、光検出器は光検
出器は、印加されたバイアス電圧を受け、光検出器が電磁波放射に照射されたときに発生
する電流を測定する電流検出回路と連結して使用される。ここで記載する検出回路は、光
検出器にバイアス電圧を供給する、および電磁波放射に対する光検出器の電気的応答を測
定する能力がある。
【０００８】
これら三種類の感光性光電子デバイスは、下記で定義する整流接合が存在するかどうか
によって、また、デバイスがバイアスまたはバイアス電圧として知られる外部からの印加
電圧で動作するかによっても区別することができる。光伝導セルは整流接合を有しておら
ず、通常はバイアスによって動作する。ＰＶデバイスは、少なくとも一の整流接合を有し
、バイアスなしで動作する。通常は、光電池は回路、デバイスまたは設備に電力を供給す
る。光検出器または光伝導体は、検出回路を制御するための信号もしくは電流、または検
出回路からの情報の出力を供給するが、回路、デバイスまたは設備には電力を供給しない
。
【０００９】
従来、感光性光電子デバイスは、多数の無機半導体、例えば、結晶性、多結晶性および
非晶質ケイ素、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム並びにその他で構築されてきた。ここ
では、「半導体」の語は、電荷キャリアが熱または電磁的励起により誘起されるときに電
気を通すことのできる物質を指す。「光伝導性」の語は、一般的に、キャリアが物質中の
電荷を伝導する、すなわち輸送するために、電磁放射エネルギーが吸収され、それにより
電荷キャリアの励起エネルギーに変換されるプロセスに関連する。「光伝導体」および「
光伝導性物質」は、ここでは、電荷キャリアを生成する、電磁放射を吸収する性質のため
に選択された半導体物質を参照するために用いられる。
【００１０】
ＰＶデバイスは、入射する太陽エネルギーを有用な電力に変換し得る効率によって特徴
づけることができる。結晶質または非晶質ケイ素を用いるデバイスは、商業的応用におい
て重要であり、２３％以上の高効率を達成するものもある。しかしながら、効率的な結晶
性ベースのデバイス、特に大きな表面積のものは、効率を損なう重大な欠陥なしに大きな
結晶を製造することに本質的な問題があるため、製造が困難であり高価である。一方、高
効率の非晶質ケイ素デバイスは、まだ安定性の問題を有している。現状で市販されている
非晶質ケイ素の電池は、４〜８％の間の効率で安定となっている。最近の努力は、経済的
な製造コストで有用な光起電力変換効率を達成する有機光電池（ｃｅｌｌ）を使用するこ
とに集中してきている。
【００１１】
ＰＶデバイスは、標準的な照明条件下で（すなわち、１０００Ｗ／ｍ２，ＡＭ１．５ス
ペクトルの照明の標準試験条件（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ））
、電力発生を最大にするため、光電流倍の光電圧の（ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｉｍ
ｅｓ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）製造物を最大にするために最適化され得る。標準的な
照明条件下のこのような電池の電力変換効率は以下の３つのパラメータに依存する：（１
）ゼロバイアスでの電流、すなわちアンペア単位の短路回路（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉ
ｔ）電流ＩＳＣ、（２）開回路条件下の光起電力、すなわちボルト単位での開回路電圧Ｖ
ＯＣ、および（３）曲線因子ｆｆ。
【００１２】
ＰＶデバイスは、負荷に接続され光に照射されたときに光生成電流を生じる。無限負荷
（ｉｎｆｉｎｉｔｅ  ｌｏａｄ）下で照射されたときは、ＰＶデバイスは可能な最大電圧
、Ｖ開回路またはＶＯＣを発生する。電気的接続が短絡した状態で照射されたときは、Ｐ
Ｖデバイスは、可能な最大電流、Ｉ短路回路またはＩＳＣを生じる。実際に電力を発生さ
せるために使用するときは、ＰＶデバイスは有限の負荷抵抗に接続され、電力出力は電流
および電圧の積、Ｉ×Ｖで与えられる。ＰＶデバイスにより発生する全体の最大電力は、
本質的に積、ＩＳＣ×ＶＯＣを超過することはできない。負荷の値は最大電力を引き出す
ために最適化され、電流および電圧は、それぞれＬｍａｘおよびＶｍａｘの値を取る。
【００１３】
ＰＶデバイスの価値を数値化したものは、曲線因子ＦＦであり、以下のように定義され
る：
ＦＦ＝｛ＩｍａｘＶｍａｘ｝／｛ＩＳＣＶＯＣ｝        （１）
ここで、実際の使用においてＩＳＣおよびＶＯＣが同時に得られることはないため、ＦＦ
は常に１より小さい。にもかかわらず、ＦＦが１に近づくにつれて、デバイスは直列また
は内部抵抗がより小さくなり、したがって最適条件下では、ＩＳＣおよびＶＯＣの積のよ
り大きなパーセンテージを負荷に運搬する。ここで、Ｐｉｎｃはデバイスに入射する電力
であり、デバイスの電力効率ηＰは、以下で計算し得る：
ηＰ＝ＦＦ＊（ＩＳＣ＊ＩＯＣ）／Ｐｉｎｃ
適当なエネルギーの電磁放射が半導体性有機物質、例えば有機分子結晶（ＯＭＣ）物質
または高分子に入射すると、光子が吸収され、励起分子状態を生成する。このことは、シ
ンボルを用いてＳ０＋ｈνΨＳ０＊として表わされる。ここで、Ｓ０およびＳ０＊は、そ
れぞれ基底および励起分子状態を表す。このエネルギー吸収は、Ｂ−結合であり得るＨＯ
ＭＯエネルギー準位の束縛状態からの、Ｂ＊−結合であり得るＬＵＭＯエネルギー準位へ
の電子励起（ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ）、またはそれと等価な、ＬＵＭＯエネルギー準位から
ＨＯＭＯエネルギー準位への正孔の励起を伴う。有機薄膜光伝導体において、生成された
分子状態は一般的に励起子、すなわち準粒子（ｑｕａｓｉ−ｐａｒｔｉｃｌｅ）として輸
送される束縛状態中の電子−正孔対になるとされている。励起子は、他の対からの正孔ま
たは電子との再結合とは逆の、当初の電子および正孔の互いの再結合のプロセスを言う対
再結合（ｇｅｍｉｎａｔｅ  ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）までに適当な寿命を有し得る
。光電流を発生するには、典型的には、接触する二つの異種有機薄膜間のドナー−アクセ
プター界面において、電子−正孔対が解離する。もし電荷が解離しなければ、電荷は、入
射光よりも低いエネルギーの光の放出または熱の発生による、放射性または非放射性のク
エンチングとしても知られる対再結合のプロセスによって再結合する。これらのいずれの
結果も感光性光電子デバイスには望ましくない。
【００１４】
電場または接続の不均一性は、ドナー−アクセプター界面の解離よりも励起子のクエン
チングを引き起こし、その結果電流への正味の寄与をもたらすことはない。したがって、
光で発生した励起子をその接続から離しておくことが望ましい。このことは、関連する電
場が接合付近の励起子の解離によって解放された電荷キャリアを分離する機会を増加させ
るように、接合付近の領域に励起子の拡散を制限する効果を有している。
【００１５】
相当な大きさを占める内部生成電場を生じるための通常の方法は、特に分子の量子エネ
ルギー状態の分布に対して、適当に選択した導電性を有する物質の二層を並列することで
ある。これら二つの物質の界面は光起電性ヘテロ接合と呼ばれている。従来の半導体理論
では、ＰＶヘテロ接合を形成する物質は、一般的にｎまたはｐ型であるとされている。こ
こで、ｎ型とは、キャリア種の大部分が電子であることを意味する。このことは、相対的
な自由エネルギー状態にある多くの電子を有する物質と見ることができる。Ｐ型とは、大
部分のキャリア種が正孔であることを意味する。このような物質は、相対的な自由エネル
ギー状態にある多くの正孔を有している。型の背景としては、すなわち光生成ではなく、
大部分のキャリア濃度は、第一に意図的でない欠陥または不純物に依存する。不純物の種
類および濃度は、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップと呼ばれる、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）エ
ネルギー準位と最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギー準位との間のギャップ内の、Ｆｅｒｍ
ｉエネルギーまたはレベルの値を決定する。Ｆｅｒｍｉエネルギーは、占有の確率が１／
２に等しいエネルギーの値を意味する、統計的な分子量子エネルギー状態の占有を特徴づ
ける。ＬＵＭＯエネルギー準位付近のＦｅｒｍｉエネルギーは、電子が優勢なキャリアで
あることを示している。ＨＯＭＯエネルギー準位付近のＦｅｒｍｉエネルギーは、正孔が
優勢なキャリアであることを示す。したがって、Ｆｅｒｍｉエネルギーが従来の半導体の
第一の特徴的な性質であり、プロトタイプのＰＶヘテロ接合はこれまでｐ−ｎ界面であっ
た。
【００１６】
「整流」の語は、とりわけ接合部分が非対称な導電特性を有する、すなわち界面は好ま
しくは一方向の電荷輸送を支持することを意味する。整流は通常、適当に選択された物質
の間のヘテロ接合において生じる内部（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）電場を伴う。
【００１７】
ここで使用されるように、かつ、当業者には一般的に理解されるように、仮に第一エネ
ルギー準位が真空エネルギー準位に近ければ、第一「最高被占軌道（ＨＯＭＯ）」または
「最低空軌道（ＬＵＭＯ）」エネルギー準位は、第二ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー
準位よりも「より大きい」または「より高い」。イオン化ポテンシャル（ＩＰ）は、真空
準位に対して負のエネルギーとして測定されるため、より高いＨＯＭＯエネルギー準位は
、より小さい絶対値を有するＩＰ（より負でないＩＰ）に対応する。同様に、より高いＬ
ＵＭＯエネルギー準位は、より小さい絶対値を有する電子親和力（ＥＡ）（より負でない
ＥＡ）に対応する。従来のエネルギー準位ダイヤグラムにおいては、真空準位が最も上に
あり、物質のＬＵＭＯエネルギー準位は同じ物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも高い。
「より高い」ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位は、「より低い」ＨＯＭＯまたはＬ
ＵＭＯエネルギー準位よりもそのようなダイヤグラムの頂点近くに現れる。
【００１８】
有機物質という観点からは、「ドナー」および「アクセプター」の語は、２の接触して
いるが異なる有機物質のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギー準位の相対的な位置を参照す
る。これは、「ドナー」および「アクセプター」が無機ｎ型およびｐ型層を形成するため
にそれぞれ使用されるドーパントの種類を参照する、無機物質におけるこの用語の使用法
とは対照的である。有機物の観点からは、もし他の物質に接触しているある物質のＬＵＭ
Ｏエネルギー準位が低ければ、その物質はアクセプターである。そうでなければ、ドナー
である。このことは、外部のバイアスがない場合に、ドナー−アクセプター接合でアクセ
プター物質に移動する電子にとって、および、ドナー物質に移動する正孔にとって、エネ
ルギー的に好ましい。
【００１９】
有機半導体において重要な性質は、キャリア移動性である。移動性は電荷キャリアが電
場に応答して導電性物質中を動くときの動きやすさを評価する。有機感光性デバイスとし
ての観点からは、高い電子移動性のために優先的に電子によって導電性を示す物質を含む
層は、電子輸送層またはＥＴＬと称される。高い正孔移動性のために優先的に正孔によっ
て導電性を示す物質を含む層は、正孔輸送層またはＨＴＬと称される。一実施形態におい
ては、アクセプター物質がＥＴＬでありドナー物質がＨＴＬである。
【００２０】
従来の無機半導体ＰＶ電池（ＰＶ  ｃｅｌｌ）は、内部電場を形成するためにｐ−ｎ接
合を使用する。ＴａｎｇによってＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ  Ｌｅｔｔ．４８，１８３（１９８
６）に報告されたような初期の有機薄膜電池は、従来無機ＰＶ電池で使用されたものに類
似するヘテロ接合を含む。しかしながら、現在では、ｐ−ｎ型接合の確立に加えて、ヘテ
ロ接合のエネルギー準位オフセットも重要な役割を果たすことが認識されている。
【００２１】
有機Ｄ−Ａヘテロ接合でのエネルギー準位オフセットは、有機物質中の光生成プロセス
の基本的な性質のゆえに、有機ＰＶデバイスの操作に重要であるとされている。有機物質
の光励起において、局在化したＦｒｅｎｋｅｌまたは電荷移動励起子が生成される。電気
的検出または電流発生が起こるためには、束縛された励起子がそれを構成する電子および
正孔に解離しなければならない。このようなプロセスは内部電場によって誘起され得るが
、有機デバイス（Ｆ〜１０６Ｖ／ｃｍ）中で通常観察される電場での効率は低い。有機物
質中での大部分の効果的な励起子解離はドナー−アクセプター（Ｄ−Ａ）界面で生じる。
そのような界面では、低イオン化ポテンシャルのドナー物質は、高電子親和力のアクセプ
ター物質とヘテロ接合を形成する。ドナーおよびアクセプター物質のエネルギー準位の配
列によっては、励起子の解離はそのような界面でエネルギー的に好ましいものとなり得、
アクセプター物質内の自由電子ポーラロンおよびドナー物質内の自由正孔ポーラロンを生
じる。
【００２２】
有機ＰＶ電池は、ケイ素を基礎とする従来のデバイスに比較すると、潜在的に多くの優
位点を有している。有機ＰＶ電池は軽量で、材料の使用が経済的であり、フレキシブルな
プラスチック膜等の低コストの基板に堆積できる。しかしながら、有機ＰＶデバイスは典
型的には、相対的に低い電力変換効率を有し、１％以下のオーダーである。このことは、
部分的に、固有の光伝導性プロセスの二次的な性質によると考えられる。すなわち、キャ
リア生成は、励起子発生、拡散およびイオン化または凝集（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）を必
要とする。これらの各プロセスを伴う効率ηがある。添え字は以下のように用いられる：
Ｐは電力効率、ＥＸＴは外部量子効率、Ａは光子吸収励起子生成、ＥＤは拡散、ＣＣは凝
集およびＩＮＴは内部量子効率。この表記を用いると：
ηＰ〜ηＥＸＴ＝ηＡ＊ηＥＤ＊ηＣＣ
ηＥＸＴ＝ηＡ＊ηＩＮＴ
励起子の拡散長さ（ＬＤ）は典型的には光吸収長さ（〜５００Å）よりも大幅に小さく
（ＬＤ〜５０Å）、厚いしたがって高抵抗の、多層にまたは高度に折りたたまれた界面を
有する電池、および低光吸収効率の薄い電池との間には二律背反の関係が要求される。
【００２３】
通常、有機薄膜中に励起子を形成するために光が吸収される場合には、一重項励起子が
形成される。項間交差のメカニズムによれば、一重項励起子は三重項励起子に減衰し得る
。このプロセスにおいては、エネルギーは失われ、デバイスの低効率をもたらす結果とな
る。項間交差からのエネルギー損失でなければ、三重項励起子は一般的に一重項励起子よ
りも長い寿命、したがってより長い拡散長さを有しているため、三重項励起子を生成する
物質を使用することが好ましい。
【００２４】
光活性領域中に有機金属物質を使用することにより、本発明のデバイスは三重項励起子
を効率的に使用し得る。我々は、一重項−三重項遷移（ｍｉｘｉｎｇ）が有機金属化合物
において非常に強く、吸収は一重項基底状態から直接三重項励起状態への励起を生じ、一
重項励起状態から三重項励起状態への変換を伴う損失を排除し得ることを見出した。三重
項励起子がより長距離を拡散しデバイス効率を犠牲にすることなくドナー−アクセプター
ヘテロ接合に到達し得るため、一重項励起子に比較した、三重項励起子のより長い寿命お
よび拡散長さは、より厚い光活性領域の使用を可能にする。
【００２５】
有機物質を基礎とする太陽電池は、低コストおよび大面積の商業生産の潜在的な可能性
により、ユビキタス太陽エネルギー生成の確実な候補である。近年、二以上の各電池を組
み込んだ多層構造は、デバイス性能の向上を示してきた。
【００２６】
電気的に直列に２つを組み合わせた二以上のサブセル（ｓｕｂｃｅｌｌ）を有する有機
多層太陽電池は、開回路電圧（ＶＯＣ）が各サブセルのＶＯＣの合計にまで増加されると
いう特有の優位点を有する。これまで、同じ低分子有機物質が前後のセルにおいて使用さ
れてきた。
【００２７】
ある環境では、二の異なるドナー物質が各サブセルに使用され、太陽光スペクトル中の
光子エネルギーの広い領域に亘る吸収を可能にしてきた。０．９８Ｖもの高いＶＯＣが、
ドナー物質としてクロロ［サブフタロシアニン］ホウ素（ＩＩＩ）（ｃｈｌｏｒｏ［Ｓｕ
ｂｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ］ｂｏｒｏｎ（ＩＩＩ））（ＳｕｂＰｃ）およびアクセ
プター物質としてフラーレンを有する単一接合電池によって得られている。
【発明の概要】
【００２８】
第一電極および第二電極の間に位置する二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性デ
バイスであり、各有機光活性領域はドナーおよびアクセプターを含むものが開示される。
一実施形態においては、有機光起電性デバイスは少なくとも一の励起子遮断層および二以
上の光活性領域の間に少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層を含む。
【００２９】
一実施形態においては、少なくとも二の光活性領域の少なくとも一は、平面状、バルク
状、混合、ハイブリッド平面混合（ｈｙｂｒｉｄ−ｐｌａｎａｒ−ｍｉｘｅｄ）またはナ
ノ結晶性バルクヘテロ接合によって形成されたドナー−アクセプターヘテロ接合を含む。
例えば、ヘテロ接合は、以下から選択される二以上の物質の混合物を含み得る：サブフタ
ロシアニン（ｓｕｂｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）（ＳｕｂＰｃ）、Ｃ６０、Ｃ７０、
スクアライン、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、クロ
ロアルミニウムフタロシアニン（ｃｈｌｏｒｏａｌｕｍｉｎｕｍ  ｐｈｔｈａｌｏｃｙａ
ｎｉｎｅ）（ＣｌＡｌＰｃ）およびジインデノペリレン（ｄｉｉｎｄｅｎｏｐｅｒｙｌｅ
ｎｅ）（ＤＩＰ）。
【００３０】
層厚さ、材料選択、フィルムの順番およびフィルム結晶性を、注意深い設計を採用し制
作またはモデル化した多層セル（ｔａｎｄｅｍ  ｃｅｌｌ）は、結果として１１％デバイ
ス性能を上回るデバイスとなり得る。本明細書に示すように、多様な厚さ、材料選択、フ
ィルムの順番、およびフィルム結晶性を組み込んだ両方のセルにＳｕｂＰｃをドナーとし
て使用する多層セルが作り出される。
【００３１】
加えて、ＳｕｂＰｃおよび銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）はそれぞれ５００〜６００ｎ
ｍおよび６００〜７００ｎｍの相補的な吸収範囲を有している。本明細書に示すように、
ＳｕｂＰｃおよびＣｕＰｃをドナーとして多層太陽電池中に使用する多層セルは、各サブ
セルのスペクトル応答範囲に比較して、可視領域に亘るスペクトルの応答の均一性を向上
する結果となる。したがって、ＳｕｂＰｃおよびＣｕＰｃの層厚さが最適な場合には、前
方セルおよび後方セルにおける吸収ピークは、これら２のサブセル中の光電流と釣り合う
異なる波長領域に配置されるであろう。
【００３２】
開示されたデバイスの製造方法およびそれらを使用する方法がさらに開示される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は多様な有機半導体性物質の吸収係数を示すグラフである。
【図２】図２の下方は、太陽電池に使用されるある活性物質の吸光係数のプロットである。上方は、それら活性物質のＡＭ１．５Ｇ太陽スペクトルに対する関係性を示す。
【図３】図３は一定のＪＳＣ（ｍＡ／ｃｍ２）での１００ｍＷ／ｃｍ２，ＡＭ１．５Ｇの照明条件下における、積層した有機多層太陽電池の最適化を示す等高線図である。デバイス構造は、ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／ｘÅ  ＳｕｂＰｃ／ｘÅ  Ｃ６０／５Å  Ａｇ／ｙÅ  ＳｕｂＰｃ／ｙÅ  Ｃ６０／１００Å  ＢＣＰ／８００Å  Ａｌである。
【図４】図４は一定のＪＳＣ（ｍＡ／ｃｍ２）での１００ｍＷ／ｃｍ２，ＡＭ１．５Ｇ照明条件下での積層した有機多層太陽電池の最適化を示す等高線図である。デバイス構造はガラス／１５００Å  ＩＴＯ／ｘÅ  ＳｕｂＰｃ／ｘÅ  Ｃ６０／５Å  Ａｇ／ｙÅ  ＣｕＰｃ／ｙÅ  Ｃ６０／１００Å  ＢＣＰ／８００Å  Ａｇである。
【図５】図５は以下のモデルの多層セル中の規格化された光場の等高線図である：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  ＭｏＯ３／１４５Å  ＳｕｂＰｃ／１８０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／１０Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／１２０Å  ＣｕＰｃ／１００Å  Ｃ６０／８０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。丸で囲んだ領域はその物質の吸収領域を表わしている。
【図６】図６は以下のモデルの多層セル中の規格化された光場の等高線図である：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／１７５Å  ＣｕＰｃ／１００Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／１０Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／１０５Å  ＳｕｂＰｃ／３４５Å  Ｃ６０／８０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。丸で囲んだ領域はその物質の吸収領域を表わしている。
【図７】図７は多層デバイス中の光活性層の規格化された厚さを変化させたときの、モデルの規格化された光電流中の変化のプロットである。構造は、ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／１７５Å  ＣｕＰｃ／１００Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／１０Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／１０５Å  ＳｕｂＰｃ／３４５Å  Ｃ６０／８０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇである。
【図８】図８は一定の電力効率（％）での１００ｍＷ／ｃｍ２、ＡＭ１．５Ｇ照明条件下での、積層したナノ結晶性有機多層太陽電池の最適化を示す等高線図である。デバイス構造は、ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  ＳｕｂＰｃ／ｘÅ  ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０（ナノ）／４００Å  Ｃ６０／５ÅＡｇ／１００Å  ＣｕＰｃ／ｙÅ  ＣｕＰｃ：Ｃ６０（ナノ）／２００Å  Ｃ６０／１００Å  ＢＣＰ／８００Å  Ａｇである。
【図９】図９は、励起子拡散長さおよび直列抵抗の関数としての、ＳｕｂＰｃ／Ｃ６０平面状ヘテロ接合の前方および後方サブセルを有する多層太陽電池の効率の計算による等高線図である。理想係数ｎは２に等しいと考えられる。
【図１０】図１０は、励起子拡散長さおよび直列抵抗中の電荷の関数としての、ナノ結晶性ＳｕｂＰｃ／Ｃ６０前方セルおよびナノ結晶性ＣｕＰｃ／Ｃ６０後方セルを有する多層デバイスの効率の、計算による等高線図である。理想係数は２と推定される。モデル構造は右に示される。
【図１１Ａ】図１１は、前方、後方、ＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＣｕＰｃを含む後方セルを有する最適化していない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）およびモデル（下方右）外部量子効率と共にプロットされている。挿入部分はデバイス構造を示している。
【図１１Ｂ】図１１は、前方、後方、ＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＣｕＰｃを含む後方セルを有する最適化していない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）およびモデル（下方右）外部量子効率と共にプロットされている。挿入部分はデバイス構造を示している。
【図１１Ｃ】図１１は、前方、後方、ＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＣｕＰｃを含む後方セルを有する最適化していない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）およびモデル（下方右）外部量子効率と共にプロットされている。挿入部分はデバイス構造を示している。
【図１１Ｄ】図１１は、前方、後方、ＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＣｕＰｃを含む後方セルを有する最適化していない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）およびモデル（下方右）外部量子効率と共にプロットされている。挿入部分はデバイス構造を示している。
【図１２Ａ】図１２は、前方、後方、およびＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＳＱを含む後方セルを有する最適化されていない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）外部量子効率と共にプロットされている。デバイス構造は下方右に示されている。
【図１２Ｂ】図１２は、前方、後方、およびＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＳＱを含む後方セルを有する最適化されていない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）外部量子効率と共にプロットされている。デバイス構造は下方右に示されている。
【図１２Ｃ】図１２は、前方、後方、およびＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＳＱを含む後方セルを有する最適化されていない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）外部量子効率と共にプロットされている。デバイス構造は下方右に示されている。
【図１２Ｄ】図１２は、前方、後方、およびＳｕｂＰｃを含む前方セルおよびＳＱを含む後方セルを有する最適化されていない多層デバイスの性能である。あるｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）での線形（上方左）および対数（下方左）Ｊ−Ｖ曲線が、実験（上方右）外部量子効率と共にプロットされている。デバイス構造は下方右に示されている。
【図１３】図１３は、デバイス構造およびＡＭ１．５Ｇの照明下での多層デバイスのＪ−Ｖ曲線である。１００ｍＷ／ｃｍ２は、１ｓｕｎ強度（ｓｕｎ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）に対応する。
【図１４】図１４は前方（左）および後方（右）セルのデバイス構造である。
【図１５】図１５は、多層（四角）、前方（丸）および後方（△）の間のＶＯＣの比較のプロットを示している。前方および後方セルのＶＯＣの合計も共に示されている（星形）。
【図１６】図１６は、多層（四角）、前方（丸）および後方（三角）セルそれぞれの規格化されたＥＱＥである。多層セルは、ＳｕｂＰｃの高いピークおよびＣｕＰｃの延長された肩を両方示している。
【図１７Ａ】図１７は、実験的に成長させた以下のデバイスの多様なプロットである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  ＭｏＯ３／１０Å  ＮＰＤ／１３０Å  ＳｕＰｃ／１７０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／８Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／７５Å  ＣｕＰｃ／２３０Å  Ｃ６０／７０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。上方左から時計回りに：デバイス構造、光強度を変化させたときの対数および線形Ｊ−Ｖ曲線、および入射光パワーに対するデバイス性能のプロットである。
【図１７Ｂ】図１７は、実験的に成長させた以下のデバイスの多様なプロットである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  ＭｏＯ３／１０Å  ＮＰＤ／１３０Å  ＳｕＰｃ／１７０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／８Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／７５Å  ＣｕＰｃ／２３０Å  Ｃ６０／７０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。上方左から時計回りに：デバイス構造、光強度を変化させたときの対数および線形Ｊ−Ｖ曲線、および入射光パワーに対するデバイス性能のプロットである。
【図１７Ｃ】図１７は、実験的に成長させた以下のデバイスの多様なプロットである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  ＭｏＯ３／１０Å  ＮＰＤ／１３０Å  ＳｕＰｃ／１７０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／８Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／７５Å  ＣｕＰｃ／２３０Å  Ｃ６０／７０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。上方左から時計回りに：デバイス構造、光強度を変化させたときの対数および線形Ｊ−Ｖ曲線、および入射光パワーに対するデバイス性能のプロットである。
【図１７Ｄ】図１７は、実験的に成長させた以下のデバイスの多様なプロットである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  ＭｏＯ３／１０Å  ＮＰＤ／１３０Å  ＳｕＰｃ／１７０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／８Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／７５Å  ＣｕＰｃ／２３０Å  Ｃ６０／７０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。上方左から時計回りに：デバイス構造、光強度を変化させたときの対数および線形Ｊ−Ｖ曲線、および入射光パワーに対するデバイス性能のプロットである。
【図１８】図１８は、図１７の前方、後方および多層セルのＪ−Ｖ曲線の比較を示すプロットである
【図１９】図１９は、以下の多層構造中の前方および後方セルのモデルＥＱＥである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  ＭｏＯ３／１０Å  ＮＰＤ／１３０Å  ＳｕＰｃ／１７０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／８Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／７５Å  ＣｕＰｃ／２３０Å  Ｃ６０／７０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。
【図２０】図２０は、図１９の各前方および後方セルのＥＱＥの比較である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
第一電極および第二電極の間に位置する二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性デ
バイスであって、各有機光活性領域はドナーおよびアクセプターを含むものが開示されて
いる。一実施形態においては、有機光起電性デバイスは、少なくとも一の励起子遮断層、
および少なくとも一の電荷再結合層、または二以上の光活性領域の間の電荷移動層を含む
。
【００３５】
代表的な実施形態では、透明な電荷移動層または電荷再結合層をも含み得る。ここで説
明するように、電荷移動層は、必ずしも必要ではないが、頻繁に無機物（しばしば金属）
であり、光伝導性が活性ではないものが選択されるという事実によって、アクセプターお
よびドナー層から区別される。「電荷移動層」の語は、本明細書においては、電荷移動層
のみが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へ電荷キャリア
を運搬する点で、電極に類似するが異なっている層を参照する。本明細書で使用する「電
荷再結合層」の語は、電荷再結合層が多層感光性デバイスの間で電子および正孔の再結合
を可能にし、一以上の活性層付近の内部光場強度を増強し得る点で、電極に類似するが異
なっている層を参照する。電荷再結合層は、参照によってここに全体を組み入れる米国特
許第６，６５７，３７８号明細書に記載されているように、半透明な金属ナノクラスター
、ナノ粒子またはナノロッドで構成され得る。
【００３６】
一実施形態においては、少なくとも一の電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化
スズ（ＴＯ）、酸化ガリウムインジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）および酸化
亜鉛インジウムスズ（ＺＩＴＯ）等の透明導電性酸化物、または、ポリアニリン（ＰＡＮ
Ｉ）等の透明導電性高分子を含む。
【００３７】
電極がカソードの場合には、金属置換体（ｍｅｔａｌ  ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ）、非金
属材料またはＡｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＳｎおよびＡｌから選ばれる一種であり得る金属材料を
含んでもよい。
【００３８】
一実施形態においては、電荷移動層または電荷再結合層は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＭｏＯ
３、Ｌｉ、ＬｉＦ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＷＯ３、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（Ｔ
Ｏ）、酸化ガリウムインジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）または酸化亜鉛イン
ジウムスズ（ＺＩＴＯ）で構成され得る。他の実施形態では、電荷再結合層は、金属ナノ
クラスター、ナノ粒子またはナノロッドで構成され得る。
【００３９】
本発明に使用し得るドナー物質については、サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、銅フ
タロシアニン（ＣｕＰｃ）、クロロアルミニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）、スズ
フタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ペンタセン、テトラセン、ジインデノペリレン（ＤＩＰ）
およびスクアライン（ＳＱ）から選択されるが、特に制限はない。
【００４０】
使用可能なスクアライン化合物の非制限的な実施形態としては、２，４−ビス［４−（
Ｎ，Ｎ−ジプロピルアミノ）−２，６−ジヒドロキシフェニル；２，４−ビス［４−（Ｎ
，Ｎ−ジイソブチルアミノ）−２，６−ジヒドロキシフェニル；およびその塩から選択さ
れる。
【００４１】
一実施形態においては、ドナー物質は、ペンタセンまたは金属ナノ粒子を含む、高い移
動性の物質をドープされ得る。
【００４２】
一実施形態においては、本明細書に記載する有機光活性領域のそれぞれは、少なくとも
一の他の有機光活性領域のドナーとは相補的な 吸収範囲を示すドナーを含み得る。
【００４３】
本発明に使用し得るアクセプター物質としては、これらに制限はされないが、Ｃ６０、
Ｃ７０、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（３，４
，９，１０−ｐｅｒｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃｂｉｓ−ｂｅｎｚｉｍｉ
ｄａｚｏｌｅ）（ＰＴＣＢＩ）、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ
６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ）（［６０］ＰＣＢＭ）、
フェニルＣ７１酪酸メチルエステル（Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ７１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ
−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ）（［７０］ＰＣＢＭ）、チエニルＣ６１酪酸メチルエステ
ル（Ｔｈｉｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ）
（［６０］ＴｈＣＢＭ）およびヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）か
ら選択される。
【００４４】
励起子遮断層として使用され得る物質としては、これらに制限はされないが、バトクプ
ロイン（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ）（ＢＣＰ）、バトフェナントロリン（ｂａｔｈｏ
ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）（ＢＰｈｅｎ）、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）、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベ
ンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（１，３，５−ｔｒｉｓ（Ｎ−ｐｈｅｎｙｌｂｅ
ｎｚｉｍｉｄａｚｏｌ−２−ｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ）（ＴＰＢｉ）、トリス（アセチルア
セトナト）ルテニウム（ＩＩＩ）（ｔｒｉｓ（ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｏ）ｒｕｔ
ｈｅｎｉｕｍ（ＩＩＩ））（Ｒｕ（ａｃａｃａ）３）、およびアルミニウム（ＩＩＩ）フ
ェノレート（ａｌｕｍｉｎｕｍ（ＩＩＩ）ｐｈｅｎｏｌａｔｅ）（Ａｌｑ２  ＯＰＨ）か
ら選択される。
【００４５】
一実施形態においては、少なくとも２の光活性領域の少なくとも一は、平面状、バルク
状、混合、ハイブリッド平面混合またはナノ結晶性バルクヘテロ接合により形成されたド
ナー−アクセプターヘテロ接合を含む。例えば、ヘテロ接合は以下から選択される二以上
の物質の混合物を含み得る：サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、Ｃ６０、Ｃ７０、スク
アライン、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、クロロア
ルミニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）およびジインデノペリレン（ＤＩＰ）。
【００４６】
ヘテロ接合を形成するのに用い得る物質の混合物の非制限的な例は以下を含む：
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ６０；
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ７０；
スクアライン／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）／Ｃ６０；またはジ
インデノペリレン（ＤＩＰ）／Ｃ７０；
アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ６０；および
アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ７０。
【００４７】
一実施形態においては、本明細書で説明する光活性層はさらにＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、Ｍｏ
Ｏ３および他の酸化物等の緩衝物質を含み得る。
【００４８】
本明細書で説明する有機光起電性デバイスの製造においては、一以上の有機層は真空熱
蒸発、有機気相ジェット印刷法または有機気相成長法により堆積され得る。代わりに、有
機層は、ドクターブレード法、スピンコート法またはインクジェット印刷法等の溶液プロ
セス法を用いて堆積してもよい。
【００４９】
本明細書において説明する有機光起電性デバイス中に使用される有機層の厚さは、２５
〜１２００Åであり得、例えば５０〜９５０Å、またはさらには６０〜４００Åであり得
る。
【００５０】
一実施形態においては、有機層は結晶性であり、かつ、例えば１００〜１０００ｎｍ、
さらには１０ｎｍ〜１ｃｍの領域に亘る、伸長した領域に亘って結晶性であってもよい。
【００５１】
ここで説明する有機光起電性デバイスは、開回路電圧（ＶＯＣ）を、２．２Ｖ以下の範
囲、例えば１．５７Ｖ、の範囲で示し、電力効率（ηｐ）を２％を超えて、さらには１０
％を超えて示し得る。一実施形態においては、本明細書で説明する有機光起電性デバイス
は、１１％を超える電力効率を示し得る。
【００５２】
一実施形態においては、ここで説明する有機光起電性デバイスは三以上の有機光活性領
域を含み得、各有機光活性領域はドナーおよびアクセプターを含む。一実施形態において
は、デバイスはさらに少なくとも一の励起子遮断層、電荷再結合層または電荷移動層を含
み、選択的に緩衝層を含んでもよい。
【００５３】
他の実施形態では、本明細書で説明する有機光起電性デバイスは、第一電極および第二
電極の間に位置する二以上の有機光活性領域を含み、各有機光活性領域は以下を含む：
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、クロロアルミニ
ウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ペンタセン、
テトラセン、ジインデノペリレン（ＤＩＰ）、スクアライン（ＳＱ）、亜鉛フタロシアニ
ン（ＺｎＰｃ）および鉛フタロシアニン（ＰｂＰｃ）から選択される物質を含むドナー；
Ｃ６０、Ｃ７０、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）、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル、（［６０］ＰＣＢＭ）、フェニ
ルＣ７１酪酸メチルエステル（［７０］ＰＣＢＭ）、チエニルＣ６１酪酸メチルエステル
（［６０］ＴｈＣＢＭ）およびヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６  ＣｕＰｃ）
から選択される物質を含むアクセプター；
ＷＯ３、ＭｏＯ３、バトクプロイン（ＢＣＰ）、バトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）
、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）
および１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（Ｔ
ＰＢｉ）、ルテニウム（ＩＩＩ）（Ｒｕ（ａｃａｃａ）３）から選択される物質を含む励
起子遮断層；
Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＭｏＯ３、およびＷＯ３から選択される物質を含む電荷再結合層ま
たは電荷移動層、並びに、選択的にＭｏＯ３を含む緩衝層を含んでもよく、
ここで、電極の少なくとも一は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含むアノードであり電
極の少なくとも一はＡｇ、ＡｕおよびＡｌから選択される物質を含むカソードである。
【００５４】
本実施形態では、他の実施形態と同様に、少なくとも一の光活性領域は平面状、バルク
状、混合、ハイブリッド平面状混合またはナノ結晶性バルクヘテロ接合で形成されるドナ
ー−アクセプターヘテロ接合を含み得る。上記したように、ヘテロ接合は以下から選択さ
れる二以上の物質の混合物を含む：サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、Ｃ６０、Ｃ７０
、スクアライン、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ジ
インデノペリレン（ＤＩＰ）およびアルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）
。
【００５５】
ヘテロ接合を形成するのに使用され得る物質の混合物の非制限的な例は以下を含む：
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ６０；
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ７０；
スクアライン／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）／Ｃ６０；
ジインデノペリレン（ＤＩＰ）／Ｃ７０；
アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ６０；
アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ７０；または
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）
／Ｃ６０。
【００５６】
ここでは有機光起電性デバイスを製造する方法も併せて開示され、それは以下を含む：
基板上に第一電極を堆積し；
第一電極上に第一光活性領域を堆積し；
第一光活性領域上に第一電荷再結合層または電荷移動層を堆積し；
第一電荷再結合層または電荷移動層上に第二光活性領域を堆積し；および
第二光活性領域上に第二電極を堆積し；
第一有機光活性領域は第一ドナーおよび第一アクセプターを含み、
第二有機光活性領域は第二ドナーおよび第二アクセプターを含み、
励起子遮断層を少なくとも一の光活性領域上に（ｏｖｅｒ）堆積し、
各光活性領域の間に、電荷再結合層、電荷移動層または電極が堆積される。
【００５７】
加えて、ここでは電力または電気的信号を発生および／または測定する方法も開示され
、その方法は、本明細書で説明する有機光起電性デバイスに光を供給することを含む。
【００５８】
上記の方法を最適化するうちに、発明者らは多数の異なる種類の多層太陽電池を作製で
きることを見出した。一つの非制限的な構造は以下のとおりである：ガラス／１５００Å
ＩＴＯ／ｘ１Å  ドナー１／ｘ２Å  アクセプター１／ｘ３Å  励起子遮断層／ｘ４Å
電荷再結合層または電荷移動層／ｙ１Å  ドナー２／ｙ２Å  アクセプター２／ｙ３Å
励起子遮断層／ｙ４Å  金属カソード。他の非制限的な構造は以下のとおりである：ガ
ラス／１５００Å  ＩＴＯ／ｘ１’Å  緩衝１／Ｘ１Å  ドナー１／ｘ２Å  アクセプタ
ー１／ｘ３Å  励起子遮断層／ｘ４Å  電荷再結合層または電荷移動層／ｙ１’Å  緩衝
２／ｙ１Å  ドナー２／ｙ２Å  アクセプター２／ｙ３Å  励起子遮断層／ｙ４Å  金属
カソード。
【００５９】
ドナー物質は、ＳｕｂＰｃ、ＣｕＰｃ、クロロアルミニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌ
Ｐｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ペンタセン、テトラセン、ジインデノペリレ
ン（ＤＩＰ）、スクアライン（ＳＱ）および多数の他の物質を含む。アクセプター物質は
、フラーレン類（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ８０、Ｃ８４およびその他）、３，４，９，ｌ０−
ペリレンテトラカルボン酸ビスベンズイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）、ヘキサデカフルオロ
フタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）およびその他を含む。励起子遮断層は、バトクプロイ
ン（ＢＣＰ）、バトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、ＰＴＣＢＩ、１，３，５−トリス
（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢｉ）およびその他を含
む。
【００６０】
セル間の電荷再結合層または電荷移動層は、これらのナノクラスターおよびその他を含
む、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＭｏＯ３、ＷＯ３を含み得、一方カソードは、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ
または他の金属を含み得る。
【００６１】
以下の米国特許は、本発明の有機多層デバイスに使用し得る、ドナー、アクセプター、
遮断層、電荷再結合層、電荷移動層、他の層等の物質の教示のためにここに組み入れる：
第６，６５７，３７８号明細書；第６，２７８，０５５号明細書；および第７，３２６，
９５５号明細書。
【００６２】
緩衝材は、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３等もしくはその他金属酸化物、または、ＮＰＤ
、Ａｌｑ３等もしくはその他有機物質から選択され得る。
【００６３】
可能な平面状ヘテロ接合多層構造の例を、表１に示す。二のサブセル以上の多層デバイ
スも、ドナー／アクセプター／励起子遮断層／電荷再結合層または電荷移動層の積層順を
繰り返すことにより可能となる。
【００６４】
【表１】
2015008310.tif 000003
【００６５】
３つの平面状ヘテロ接合サブセルを含むデバイスの例を表２に示す。
【００６６】
【表２】
2015008310.tif 000004
【００６７】
図1に示されるように、有機半導体性物質の吸収係数の多様性は、太陽スペクトルに亘
る相補的な吸収の多くの可能性を提供する。
【００６８】
様々なフィルム形態が、平面状ヘテロ接合、バルクヘテロ接合（ＢＨＪ）、混合ヘテロ
接合（ＭＨＪ）およびナノ結晶性バルクヘテロ接合（ｎｃＢＨＪ）を含む、各サブセル内
で使用し得る。平面状ヘテロ接合デバイスの例を表１−３に示す。
【００６９】
【表３】
2015008310.tif 000005
【００７０】
デバイスは真空熱蒸発法（ＶＴＥ）および／または有機気相成長法（ＯＶＰＤ）により
製造できる。ペンタセン等の高移動性物質と共にドナー物質をドープすることは、デバイ
ス性能を向上させる他の手段となり得る。
【００７１】
フィルム結晶性のエンジニアリングも、最適なデバイス性能のために望ましい。励起子
拡散長さ（Ｌ）は結晶の大きさが増加すると共に増加し、一方直列抵抗（Ｒｓ）は減少す
ることがこれまで示唆されてきた。このことは、活性層厚さも比例して増加させることを
意味し、より多くの励起子解離およびＪＳＣの増加をもたらす結果となる。ＯＶＰＤによ
る成長により、ある環境下ではフィルム結晶性への制御が強化されることが示されてきた
。
【００７２】
設計のための際立って大きいパラメータ空間（層順序、層物質、層厚さ、層数等）のゆ
えに、特定のパラメータは、デバイスの最適化のための光学的モデルを決める前に設定す
る必要がある。最初のステップは、優遇された吸収波長およびそれぞれのデバイスで示さ
れる高いＶＯＣに基づいて選択される、光活性物質の選択である。この選択には、本質的
な二律背反の部分がある、より長い波長を吸収する物質は通常より小さい光学的ギャップ
を有しているので、より低いＶＯＣを有するデバイスを形成するためである。次に、層厚
さの上方および下方の境界は考慮して設定しなければならない。薄すぎる層は不連続とな
り、リークや並列接合を形成し、一方厚すぎる層はデバイスの抵抗を増大させ、キャリア
輸送を阻害する可能性がある。一旦これらのパラメータが選択されれば、厚さは光場モデ
ルを用いて最適化できる。
【００７３】
電気的に直列に組み合わされた二つのサブセルを備える有機太陽電池の多層の組み合わ
せは光学的な観点から研究でき、太陽電池中の電荷発生および輸送の電気的モデルに一元
化し得る。太陽電池には、電力変換効率（ηＰ）に影響する三つの特徴がある：短絡電流
（ＪＳＣ）、ＶＯＣ、および曲線因子（ＦＦ）。ＪＳＣは、大部分は二つの競合するパラ
メータの関数である：励起子拡散長さ（ＬＤ）および吸収係数（α）。フィルム厚さは、
一般的には、ヘテロ接合界面での励起子解離により発生する電流のために、ＬＤの１〜２
倍に制限される。有機物質中のＬＤの値は、通常数十または数百Åの桁である。しかしな
がら、全ての光子の吸収（１／αで与えられる）に要求される厚さは、一般的には数千Å
の桁である。
【００７４】
一連の積層太陽電池では、各サブセルによって発生するＪＳＣは、一般的には、光発生
電荷の集積を防止するために操作する照明強度において等しい。光電流は、厚さおよび積
層中の太陽電池の各層の順番が変化することおよび層中の光学干渉効果を考慮することに
よって、釣り合いを取ることができる。典型的にはＶＯＣは、サブセルの電圧の合計であ
る。これらのパラメータは、実験的に測定したＬＤおよびαの値と共に、光学デバイス構
造を決定するために十分に構築した輸送マトリックス（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍａｔｒｉｘ
）法を使用するモデルに組み込まれる。図２は、いくつかの場合の活性層の光学的定数お
よびそれらの太陽スペクトルとの関係を示している。
【００７５】
いくつかの平面状ヘテロ接合多層デバイスの例をモデル化した。前方セルおよび後方セ
ル両方にＳｕｂＰｃドナー物質を使用した多層セルについては、プロトタイプの層構造は
以下のとおりである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／ｘ１Å  ＳｕｂＰｃ／ｘ２Å  Ｃ６
０／５Å  Ａｇ／ｙ１Å  ＳｕｂＰｃ／ｙ２Å  Ｃ６０／１００Å  ＢＣＰ／８００Å  
Ａｌ。多層セルの例示としては、以下の層構造が挙げられる：ガラス／１５００Å  ＩＴ
Ｏ／１０５Å  ＳｕｂＰｃ／１０５Å  Ｃ６０／５Å  Ａｇ／１３０Å  ＳｕｂＰｃ／１
３０Å  Ｃ６０／１００Å  ＢＣＰ／８００Å  Ａｌ、この際、得られるＪＳＣは３．３
ｍＡ／ｃｍ２である。最適化された効率は、ηＰ＝３．２％であり、図３に示される。
【００７６】
ここで使用される用語、例えば、ｘ１は各セル内での位置および層を参照する。例えば
、「ｘ１」ではｘは前方セルを表わし、一方添え字はそのセル中の層を表わし、ここで１
は第一層を表わす。同様に、ｙは後方セルである。したがって、ｙ２は、後方セルおよび
第二層を表わす。
【００７７】
多層セルも、可視スペクトル吸収を向上するために、前方セル中のＳｕｂＰｃドナー物
質およびＣｕＰｃ／Ｃ６０後方セルを用いてモデル化され得る。図４に示すように、多層
セル構造の例示は以下のとおりである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／１２０Å  Ｓｕｂ
Ｐｃ／１２０Å  Ｃ６０／５Å  Ａｇ／１１０Å  ＣｕＰｃ／１１０Å  Ｃ６０／１００
Å  ＢＣＰ／８００Å  Ａｇ、この際、最適化されたＪＳＣは４．２ｍＡ／ｃｍ２であり
、効率ηＰは３．３％である。
【００７８】
前方セル中のＳｕｂＰｃドナー物質およびＣｕＰｃ後方セルを用いてモデル化した第三
の多層セルとしては、構造例は以下のとおりである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０
Å  ＭｏＯ３／１４５Å  ＳｕｂＰｃ／１８０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／１０Å
Ａｇ／２５Ａ  ＭｏＯ３／１２０Å  ＣｕＰｃ／１００Å  Ｃ６０／８０Å  ＢＣＰ／
１ｋÅ  Ａｇ、この際、得られるＪＳＣは３．８ｍＡ／ｃｍ２である。ＦＦが０．６０お
よびＶＯＣが１．４３Ｖであるとすると、最適化されたηＰは３．３％である。図５は、
各物質の吸収領域（丸）がそれらの波長の最大の光場ではないことを示している。
【００７９】
最終的に、前方セルにＣｕＰｃおよび後方セルにＳｕｂＰｃを使用した多層セルをモデ
ル化した。多層セルの例は以下のとおりである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／１７５Å
ＣｕＰｃ／１００Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／１０Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３
／１０５Å  ＳｕｂＰｃ／３４５Å  Ｃ６０／８０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ、この際、
得られるＪＳＣは５．１ｍＡ／ｃｍ２である。ＦＦが０．６０であり、ＶＯＣが１．４３
Ｖであると仮定すると、最適化されたηＰは４．４％である。図６は、この構造のモデル
化された光場を示し；吸収領域が光場によく一致している。
【００８０】
単純に二つの効率的な太陽電池を積層しただけでは、必ずしも効率的な多層セルは得ら
れないことに留意することは重要である。複雑な光学的干渉および各層の吸収帯のゆえに
、光学的なモデル化が高効率実現に不可欠である。最適化されていない多層セルの例は、
最適化された各ＣｕＰｃ／Ｃ６０およびＳｕｂＰｃ／Ｃ６０セルに類似する構造を用いて
設計され、以下のとおりである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／２０Å  ＮＰＤ／１２０
Å  ＳｕｂＰｃ／２５０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／１０Å  Ａｇ／２０Å  Ｍｏ
Ｏ３／１５０Å  ＣｕＰｃ／４００Å  Ｃ６０／１００Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｌ、この
際、得られるＪＳＣは１．３ｍＡ／ｃｍ２である。ＦＦが０．６０およびＶＯＣが１．４
３Ｖであると仮定すると、ηＰは１．３％である。図７は、最適化されたデバイス中の活
性層の規格化した厚さを変化させた結果として、ＪＳＣ中の規格化電荷のモデル化された
結果を示している。このことから、厚さに大きな変化があるときには、デバイス性能は著
しく低下するが、一方で小さな変化（実験誤差内）では、ほんの小さな低下があるだけで
あることが分かる。
【００８１】
これらのデバイス性能の比較を表４にまとめた。
【００８２】
【表４】
2015008310.tif 000006
【００８３】
秩序だったかつ内部が指状の（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）界面を含むナノ結晶性
バルクヘテロ接合（ｎｃＢＨＪ）ＣｕＰｃ：Ｃ６０太陽電池は、これまで有機気相成長法
で成長させていた。これらのデバイスは、効率的な励起子解離および低い直列抵抗により
、同一の平面状ヘテロ接合太陽電池を超える著しい効率の向上を示した。他のナノ結晶性
物質を結合することにより、非常に高効率の太陽電池のモデル化および製造が可能になる
。一例として、ｎｃＢＨＪ  ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０およびＣｕＰｃ：Ｃ６０は、多層構造中
の二つのサブセルとしてモデル化されてきた。したがって、ｎｃＢＨＪセルを、前方セル
にＳｕｂＰｃおよび後方セルにＣｕＰｃを用いた多層セルに結合することにより得られる
、多層セル構造の例示は以下のとおりである：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／５０Å  Ｓ
ｕｂＰｃ／９５０Å  ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０  ｎｃＢＨＪ／４００Å  Ｃ６０／５Å  Ａｇ
／１００Å  ＣｕＰｃ／１７５Å  ＣｕＰｃ：Ｃ６０  ｎｃＢＨＪ／２００Å  Ｃ６０／
１００Å  ＢＣＰ／８００Å  Ａｇ、その結果、図８に示すように、６．６％の最大効率
をもたらす。
【００８４】
向上した結晶性を有するデバイスも製造が可能であり、時々それが望ましくもある。有
機電子デバイス性能は、非常に乱雑なフィルムであることによる短い拡散長さおよび高い
抵抗のために、無機デバイスに比較して相対的に低い。いかなる理論にも制限されること
なく、より秩序だったフィルムでは、それらの限界は低減されることが予測される。図９
は、図３におけると同様のＳｕｂＰｃ／ＳｕｂＰｃ多層セルについての、効率対ＬＤおよ
びＲＳの等高線図を示している。
【００８５】
非晶質構造における２倍、理想的な効率である６．８％が可能になり得る。ＳｕｂＰｃ
：ＣｕＰｃ  ｎｃＢＨＪセルについての同様のプロットが図１０に示されているが、結果
として１１％を超える投影された増加が以下の構造について得られている、すなわち、ガ
ラス／１５００Å  ＩＴＯ／１２０Å  ＳｕｂＰｃ／１５００Å  ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０ 
ｎｃＢＨＪ／７００Å  Ｃ６０／５Å  Ａｇ／５０Å  ＣｕＰｃ／４６８Å  ＣｕＰｃ：
Ｃ６０  ｎｃＢＨＪ／１５８Å  Ｃ６０／８０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ。ＯＶＰＤまた
は構造的な鋳型の使用により、高度に秩序だったフィルムがこれまで実現されてきた。
【実施例】
【００８６】
デバイスの実施例
さらに図１０を参照して、もっとも下方のセル（ＩＴＯアノード側に近い）としてＳｕ
ｂＰｃ／Ｃ６０ナノ結晶性セルを使用し、連続湿潤層として１２０ÅのＳｕｂＰｃを堆積
し、続いて当初のＳｕｂＰｃ湿潤層の上部に厚さ１５００Åのナノ結晶性Ｃ６０／Ｓｕｂ
Ｐｃ多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）を積層したものを使用した。次に、７００ÅのＣ６０
層を塗布し前方セルを完成させた。中間層には、Ａｇを、前方および後方セル中に発生す
る光電流を釣り合わせるために再結合中心として使用した。
【００８７】
最上方のセル（Ａｇカソード側に近い）は、ＣｕＰｃ／Ｃ６０ナノ結晶性セルであり、
５０ÅＣｕＰｃを連続湿潤層としてその上に堆積した。最初のＣｕＰｃ湿潤層の上部に、
厚さ４６８Åのナノ結晶性Ｃ６０／ＣｕＰｃ多層が位置し、１５８ÅＣ６０ドナー層およ
び８０ÅＢＣＰ遮断層を続いて積層した。金属Ａｇをカソードとして使用した。
【００８８】
他のデバイス
多層デバイスの最初のセットは、真空熱蒸発で製造した。基本圧力（ｂａｓｅ  ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ）＜５×１０−７Ｔｏｒｒで、インジウムをドープした酸化スズ（ＩＴＯ）で
プレコートしたガラス（Ｐｒaｚｉｓｉｏｎｓ  Ｇｌａｓ＆Ｏｐｔｉｋ  ＧｍｂＨ、Ｇｅ
ｒｍａｎｙ）上にフィルムを、１Å／ｓで堆積した。金属ナノクラスターからなる電荷再
結合層は０．５Å／ｓで堆積し、金属カソードは直径１ｍｍの円形マスクを通して堆積し
た。Ｉ−Ｖおよび電力効率は、ＡＭ１．５Ｇフィルタを有する１５０Ｗ出窓（Ｏｒｉｅｌ
）太陽シミュレータを使用して測定し、外部量子効率（ＥＱＥ）は、４００Ｈｚでチョッ
プしたＸｅ源からの単色光ビームを使用して測定した。光強度は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒ
ｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙで較正した太陽電池（Ｎａｔｉ
ｏｎａｌ  Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ-ｃａｌｉｂｒａ
ｔｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）を使用して測定し、光電流スペクトルは、ロックイン増
幅器を使用して測定した。
【００８９】
製造した第一のデバイスは最適化されていない多層デバイスであり、以下の構造を有す
る、すなわち、ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／２０Å  ＮＰＤ／１２０Å  ＳｕｂＰｃ／
２５０Å  Ｃ６０／５０Å  ＰＴＣＢＩ／１０Å  Ａｇ／２０Å  ＭｏＯ３／１５０Å  
ＣｕＰｃ／４００Å  Ｃ６０／１００Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｌであり、ＪＳＣの測定値
は２．１ｍＡ／ｃｍ２であり、ＦＦは０．４５であり、ＶＯＣは１．２４Ｖであり、得ら
れたηｐは１．１６±０．０２％であった。このデバイス特性は図１１に示す。表５は前
方セル、後方セルおよび多層セルの効率を比較しており、最適化されていない多層セルで
は、得られるデバイスは各セルよりも著しく低いＪＳＣを有することを示している。
【００９０】
【表５】
2015008310.tif 000007
【００９１】
製造した第二のデバイスは最適化されていない多層デバイスであり、以下の構造を有す
る、すなわち、ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／１３５Å  ＳｕｂＰｃ／２５０Å  Ｃ６０
／５０Å  ＰＴＣＢＩ／５Å  Ａｇ／５０Å  ＮＰＤ／８０Å  ＳＱ／４００Å  Ｃ６０
／１００Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇであり、ＪＳＣの測定値は２．１ｍＡ／ｃｍ２、ＦＦ
は０．４４、ＶＯＣは１．１１Ｖ、得られたηｐは１．００±０．０２％である。このデ
バイス特性は図１２に示す。表６は前方セル、後方セルおよび多層セルの性能を比較して
おり、最適化していない多層セルでは、得られるデバイスが各セルよりも著しく低いＪＳ
Ｃを有することを示している。
【００９２】
【表６】
2015008310.tif 000008
【００９３】
製造した第三のデバイスは、最適化した多層デバイスであり、ＳｕＰｃ前方セルおよび
ＣｕＰｃ後方セルを伴う。図１３はこの多層デバイス構造：ガラス／１５０ｎｍ  ＩＴＯ
／１２０Å  ＳｕｂＰｃ／３０Å  ＳｕｂＰｃ：Ｃ６０  １：１／２００Å  Ｃ６０／５
０Å  ＰＴＣＢＩ／５Å  Ａｇ  ナノクラスター／２００Å  ＣｕＰｃ／３００Å  Ｃ６
０／８０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ、と共に、光強度を変化させたときのＪ−Ｖ曲線を示
す。
【００９４】
図１４は比較のために前方セルおよび後方セルの構造を示す。各サブセルを比較すると
、多層セルのＶＯＣは、図１５に示されるように、各セルの合計に近いことが示されてい
る（１ｓｕｎにおいて、ＣｕＰｃ／Ｃ６０では１．４７Ｖ対０．４５Ｖであり、ＳｕｂＰ
ｃ／Ｃ６０では１．０８Ｖである）。
【００９５】
図１６中の規格化したＥＱＥデータは、５００〜６００ｎｍの間のＳｕｂＰｃの高いピ
ークおよび６５０ｎｍを超えた位置のＣｕＰｃの幅広い肩の両方の存在と共に、ＣｕＰｃ
およびＳｕｂＰｃの両方が光電流に貢献していることを示す。
【００９６】
第四のデバイスは、最適化された多層デバイスであり、ＳｕｂＰｃ前方セルおよびＣｕ
Ｐｃ後方セルを備える。図１７はこの多層デバイス構造：ガラス／１５００Å  ＩＴＯ／
２５Å  ＭｏＯ３／１０Å  ＮＰＤ／１３０Å  ＳｕＰｃ／１７０Å  Ｃ６０／５０Å  
ＰＴＣＢＩ／８Å  Ａｇ／２５Å  ＭｏＯ３／７５Å  ＣｕＰｃ／２３０Å  Ｃ６０／７
０Å  ＢＣＰ／１ｋÅ  Ａｇ、と共に、光強度を変化させたときのＪ−Ｖ曲線を示す。
【００９７】
図１８は、比較のために、前方セルおよび後方セルのＪ−Ｖ特性を示している。各サブ
セルを比較すると、多層セルのＶＯＣは各セルの合計に近いことが示される（１ｓｕｎに
おいて、ＣｕＰｃ／Ｃ６０では１．５７Ｖ対０．３８Ｖであり、ＳｕｂＰｃ／Ｃ６０では
１．１２Ｖである）。
【００９８】
図１９中、この構造のモデル化されたＥＱＥはＣｕＰｃ／Ｃ６０後方セル中のスペクト
ルギャップが、ＳｕｂＰｃ／Ｃ６０前方セルによって埋まっていることを示している。図
２０は、各前方セルおよび後方セルの実験ＥＱＥおよびモデル化ＥＱＥを比較している。
これらのデバイスの効率はモデル化の値よりも低くなっているが（成長プロセスにおける
汚染が原因と思われる）、このデータは、十分に設計された多層デバイスは、各セルの合
計の性能で動作し得ることを示している。デバイス性能は表７に示す。
【００９９】
【表７】
2015008310.tif 000009
【０１００】
特に指摘しない限り、本明細書および特許請求の範囲で用いる配合量、反応条件等を表
わす全ては、「約」の語によって全ての具体例において変更し得るものと解釈される。し
たがって、特に反対のことを指摘しない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲
で規定される数値パラメータは、本発明によって得ようとする所望の特性に応じて変化さ
せ得る概略値である。
【０１０１】
本発明の他の実施形態は、当業者には、本明細書を考慮しここに開示されている発明を
実施することにより明らかとなるであろう。本明細書および実施例は、以下の特許請求の
範囲によって示される発明の真の範囲および思想と共に、例示としてのみ考慮すべきであ
る。
【図１】
2015008310.tif 000010
【図２】
2015008310.tif 000011
【図３】
2015008310.tif 000012
【図４】
2015008310.tif 000013
【図５】
2015008310.tif 000014
【図６】
2015008310.tif 000015
【図７】
2015008310.tif 000016
【図８】
2015008310.tif 000017
【図９】
2015008310.tif 000018
【図１０】
2015008310.tif 000019
【図１１Ａ】
2015008310.tif 000020
【図１１Ｂ】
2015008310.tif 000021
【図１１Ｃ】
2015008310.tif 000022
【図１１Ｄ】
2015008310.tif 000023
【図１２Ａ】
2015008310.tif 000024
【図１２Ｂ】
2015008310.tif 000025
【図１２Ｃ】
2015008310.tif 000026
【図１２Ｄ】
2015008310.tif 000027
【図１３】
2015008310.tif 000028
【図１４】
2015008310.tif 000029
【図１５】
2015008310.tif 000030
【図１６】
2015008310.tif 000031
【図１７Ａ】
2015008310.tif 000032
【図１７Ｂ】
2015008310.tif 000033
【図１７Ｃ】
2015008310.tif 000034
【図１７Ｄ】
2015008310.tif 000035
【図１８】
2015008310.tif 000036
【図１９】
2015008310.tif 000037
【図２０】
2015008310.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月4日(2014.9.4)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極および第二電極の間に配置される二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性デバイスであって、前記有機光活性領域のそれぞれがドナーおよびアクセプターを含み、前記有機光起電性デバイスが、前記二以上の光活性領域の間に、少なくとも一の励起子遮断層、および、少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層を含む、有機光起電性デバイス。
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月22日(2014.9.22)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極および第二電極の間に配置される二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性デバイスであって、前記有機光活性領域のそれぞれがドナーおよびアクセプターを含み、前記有機光起電性デバイスが、前記二以上の光活性領域の間に、少なくとも一の励起子遮断層、および、少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層を含み、
前記光活性領域のそれぞれが、少なくとも一の他の有機光活性領域のドナーと相補的な吸収範囲を示すドナーを含み、
前記有機光起電性デバイスが１０％を超える電力効率（ηｐ）を示す、有機光起電性デバイス。
【請求項２】
少なくとも一の電極が、透明導電性酸化物または透明導電性高分子を含む、請求項１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項３】
前記導電性酸化物が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、酸化ガリウムインジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）および酸化亜鉛インジウムスズ（ＺＩＴＯ）から選択され、透明導電性高分子がポリアニリン（ＰＡＮＩ）を含む、請求項２に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項４】
少なくとも一の前記電極が、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＳｎおよびＡｌから選択される、金属置換体、非金属材料または金属材料を含むカソードである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項５】
前記電荷再結合層または電荷移動層は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＭｏＯ３、Ｌｉ、ＬｉＦ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＷＯ３、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、酸化ガリウムインジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）または酸化亜鉛インジウムスズ（ＺＩＴＯ）で構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項６】
前記電荷再結合層または電荷移動層は、金属ナノクラスター、ナノ粒子またはナノロッドで構成される、請求項５に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項７】
前記ドナーが、サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、クロロアルミニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ペンタセン、テトラセン、ジインデノペリレン（ＤＩＰ）およびスクアライン（ＳＱ）から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項８】
前記スクアライン化合物が、２，４−ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジプロピルアミノ）−２，６−ジヒドロキシフェニル；２，４−ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジイソブチルアミノ）−２，６−ジヒドロキシフェニル；およびそれらの塩から選択される、請求項７に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項９】
前記アクセプターは、Ｃ６０、Ｃ７０、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）、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（［６０］ＰＣＢＭ）、フェニルＣ７１酪酸メチルエステル（［７０］ＰＣＢＭ）、チエニルＣ６１酪酸メチルエステル（［６０］ＴｈＣＢＭ）およびヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１０】
前記励起子遮断層が、バトクプロイン（ＢＣＰ）、バトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、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）、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢｉ）、トリス（アセチルアセトナト）ルテニウム（ＩＩＩ）（Ｒｕ（ａｃａｃａ）３）、およびアルミニウム（ＩＩＩ）フェノレート（Ａｌｑ２ＯＰＨ）から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも二の光活性領域の少なくとも一が、平面状、バルク状、混合、ハイブリッド平面混合またはナノ結晶性バルクヘテロ接合から形成されるドナー−アクセプターヘテロ接合を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス
【請求項１２】
前記ヘテロ接合が、以下の二以上の物質の混合物：サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、Ｃ６０、Ｃ７０、スクアライン、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）およびジインデノペリレン（ＤＩＰ）、を含む、請求項１１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１３】
前記混合物が、以下：
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ６０；
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）／Ｃ７０；
スクアライン／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／Ｃ６０；
銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）／スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）／Ｃ６０；
ジインデノペリレン（ＤＩＰ）／Ｃ７０；
アルミニウムクロロフタロシアニン（ａｌｕｍｉｎｕｍ-ｃｈｌｏｒｏｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ６０；または、
アルミニウムクロロフタロシアニン（ＡｌＣｌＰｃ）／Ｃ７０、
を含む、請求項１２に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１４】
前記光活性層の少なくとも一が、緩衝材をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１５】
前記緩衝材がＭｏＯ３である、請求項１４に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１６】
前記ドナー、前記アクセプター、前記少なくとも一の励起子遮断層、前記少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層から選択される少なくとも一の有機層が、真空熱蒸発、有機気相ジェット印刷法または有機気相成長法により堆積される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１７】
前記ドナー、前記アクセプター、前記少なくとも一の励起子遮断層、前記少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層から選択される少なくとも一の有機層が、ドクターブレード法、スピンコート法またはインクジェット印刷法から選択される溶液プロセス法により堆積される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１８】
前記ドナーが高移動性物質をドープされている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項１９】
前記高移動性物質がペンタセンを含む、請求項１８に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２０】
前記ドナー、前記アクセプター、前記少なくとも一の励起子遮断層、前記少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層から選択される少なくとも一の前記有機層の厚さ範囲が２５〜１２００Åである、請求項１６に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２１】
前記ドナー、前記アクセプター、前記少なくとも一の励起子遮断層、前記少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層から選択される少なくとも一の有機層が結晶性である、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２２】
前記ドナー、前記アクセプター、前記少なくとも一の励起子遮断層、前記少なくとも一の電荷再結合層または電荷移動層から選択される少なくとも一の前記有機層が、１０ｎｍ〜１ｃｍの範囲に亘って結晶性である、請求項２１に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２３】
デバイスが２．２Ｖ以下の範囲の開回路電圧（ＶＯＣ）を示す、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２４】
前記デバイスが三以上の有機光活性領域を含み、前記有機光活性領域のそれぞれがドナーおよびアクセプターを含み、前記デバイスが少なくとも一の励起子遮断層、電荷再結合層または電荷移動層をさらに含み、選択的に緩衝層を含んでもよい、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイス。
【請求項２５】
有機光起電性デバイスを製造する方法であって、以下を含む：
基板上に第一電極を堆積し；
前記第一電極上に第一光活性領域を堆積し；
前記第一光活性領域上に第一電荷再結合層または電荷移動層を堆積し；
前記第一電荷再結合層または電荷移動層上に第二光活性領域を堆積し；および
前記第二光活性領域上に第二電極を堆積し；
第一有機光活性領域は第一ドナーおよび第一アクセプターを含み、第二有機光活性領域は第二ドナーおよび第二アクセプターを含み、前記第一ドナーは前記第二ドナーとは相補的な吸収範囲を示し、少なくとも一の光活性領域上に励起子遮断層を堆積し、かつ、電荷再結合層、電荷移動層または電極が、それぞれの光活性領域の間に堆積され、
前記有機光起電性デバイスは１０％を超える電力効率（ηｐ）を示す、方法。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の有機光起電性デバイスに光を供給することを含む、電力または電気的信号を発生および／または測定する方法。
【請求項２７】
第一電極および第二電極の間に配置される二以上の有機光活性領域を含む有機光起電性デバイスであって、前記有機光活性領域のそれぞれが以下：
サブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、クロロアルミニウムフタロシアニン（ＣｌＡｌＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、ペンタセン、テトラセン、ジインデノペリレン（ＤＩＰ）、スクアライン（ＳＱ）、亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）および鉛フタロシアニン（ＰｂＰｃ）から選択される物質を含むドナー、ここで、前記ドナーは、少なくとも一の他の有機光活性領域のドナーと相補的な吸収範囲を示す；
Ｃ６０、Ｃ７０、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）、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（［６０］ＰＣＢＭ）、フェニルＣ７１酪酸メチルエステル（［７０］ＰＣＢＭ）、チエニルＣ６１酪酸メチルエステル（［６０］ＴｈＣＢＭ）およびヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）から選択される物質を含むアクセプター；
ＷＯ３、ＭｏＯ３、バトクプロイン（ＢＣＰ）、バトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、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）および１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢｉ）から選択される物質を含む励起子遮断層、
Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＭｏＯ３およびＷＯ３から選択される物質を含む電荷再結合層または電荷移動層、および、選択的にＭｏＯ３を含む緩衝層、
を含み、前記電極の少なくとも一が酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含むアノードであり、前記電極の少なくとも一がＡｇ、ＡｕおよびＡｌから選択される物質を含むカソードであり、１０％を超える電力効率（ηｐ）を示す、有機光起電性デバイス。
【外国語明細書】
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2015008310000002.pdf
2015008310000003.pdf
2015008310000004.pdf