(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を提供し、前記基板の表面に第一電極を形成する第一ステップと、
蒸発源を提供する第二ステップであって、前記蒸発源は積層された複数のカーボンナノチューブフィルム及び光活性層源材料を含み、前記光活性層源材料は前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に均一に付着させて設置される第二ステップと、
前記蒸発源は前記第一電極の表面と対向し且つ間隔をあけて設置し、前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを加熱し前記光活性層源材料を蒸発させ、前記第一電極の表面に光活性層を形成する第三ステップと、
前記光活性層の表面に第二電極を形成する第四ステップと、
を含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記光活性層源材料は前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に均一に付着させて設置される方法は、
前記光活性層源材料を溶媒に均一に分散させて混合物を形成するステップと、
前記混合物を前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムに均一に付着させるステップと、
前記溶媒を蒸発させて前記光活性層源材料を前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に均一に付着させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記蒸発源と前記第一電極の表面との距離は１マイクロメートル〜１０ミリメートルであることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
蒸発源と、加熱装置と、を含む有機薄膜太陽電池の製造装置であって、
前記蒸発源は積層された複数のカーボンナノチューブフィルム及び光活性層源材料を含み、前記光活性層源材料は前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に均一に付着させて設置され、
前記加熱装置は前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを加熱することに用い、前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを加熱することによって、前記光活性層源材料が蒸発され、光活性層が形成されることを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜太陽電池の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低コスト、軽量、柔軟、簡単な製造工程などの利点を有する有機薄膜太陽電池は、今後の太陽電池研究の方向性の一つである。従来の有機薄膜太陽電池は主に色素増感太陽電池と、ヘテロ接合太陽電池と、ペロブスカイト太陽電池と、を含む。有機薄膜太陽電池の活性層は、蒸着法、スピンコーティング法、スプレー法などの方法によって製造することができる。しかし、大面積のフィルムを製造する際、均一なフィルムを製造することが難しい。蒸着法は蒸着源を加熱して蒸着材料を気化させ、基板の表面に成膜する方法である。均一なフィルムを形成するためには、基板の周りに均一な気体蒸着材料を形成する必要がある。蒸発源の量が二つ以上である場合、各蒸発源の蒸発速度を制御することが困難であり、希望な割合で蒸着材料の混合ガスを形成することが困難である。気体の蒸着材料の原子拡散方向を制御することは困難であり、蒸着材料の大部分は基板の表面に付着することができない。 このため、蒸着材料の蒸着速度が遅い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、前記課題を解決する有機薄膜太陽電池の製造方法及び製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法は基板を提供し、前記基板の表面に第一電極を形成する第一ステップと、蒸発源を提供する第二ステップであって、前記蒸発源はカーボンナノチューブ構造体及び光活性層源材料を含み、前記光活性層源材料は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に設置される第二ステップと、前記蒸発源は前記第一電極の表面と対向し且つ間隔をあけて設置し、前記カーボンナノチューブ構造体を加熱し前記光活性層源材料を蒸発させ、前記第一電極の表面に光活性層を形成する第三ステップと、前記光活性層の表面に第二電極を形成する第四ステップと、を含む。
【０００５】
本発明の有機薄膜太陽電池の製造装置は蒸発源と、加熱装置と、を含む有機薄膜太陽電池の製造装置であって、前記蒸発源はカーボンナノチューブ構造体及び光活性層源材料を含み、前記光活性層源材料は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に設置され、前記加熱装置は前記カーボンナノチューブ構造体を加熱することに用い、前記カーボンナノチューブ構造体を加熱することによって、前記光活性層源材料が蒸発され、光活性層が形成される。
【発明の効果】
【０００６】
従来の技術に比べて、本発明の接続装置は以下の優れる点がある。カーボンナノチューブフィルムは自立構造であり、光活性層源材料を担持することに用いる。カーボンナノチューブフィルムの比表面積が大きく且つその自体の均一性が良いので、光活性層源材料がカーボンナノチューブフィルムに均一に分布することができる。カーボンナノチューブフィルムは瞬時に加熱することができる。これにより、光活性層源材料は短時間で完全にガス化され、均一なガス状蒸発材料を形成することができ、均一なガス状蒸発材料は広い領域に均一に分布することができる。堆積表面とカーボンナノチューブフィルムとの間の距離は小さい。これにより、カーボンナノチューブフィルムに設置された光活性層源材料は十分に利用でき、光活性層源材料を節約し、且つ蒸着速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１における有機薄膜太陽電池の製造方法のフローチャートである。
【図２】本発明の一つの例における有機薄膜太陽電池の製造装置を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における有機薄膜太陽電池の構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブアレイから引き出すカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブ構造体の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６−７】本発明の実施例１における異なる解像度の蒸発源の走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明のもう一つの例における有機薄膜太陽電池の構造を示す図である。
【図９】本発明のもう一つの実施例における有機薄膜太陽電池の製造装置を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１における蒸発後の蒸発源の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の実施例１における光活性層の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２】本発明の実施例１における光活性層のＸＲＤ画像である。
【図１３】本発明のもう一つの実施例における有機薄膜太陽電池の製造装置を示す図である。
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【０００９】
図１〜図３を参照すると、実施例１は有機薄膜太陽電池２００の製造方法を提供する。有機薄膜太陽電池２００の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ１、基板２１０を提供し、基板２１０の表面に第一電極２２０を形成する。
Ｓ２、蒸発源１１０を提供し、蒸発源１１０はカーボンナノチューブ構造体１１２及び光活性層源材料１１４を含み、光活性層源材料１１４をカーボンナノチューブ構造体１１２の表面に設置する。
Ｓ３、蒸発源１１０は第一電極２２０の表面と対向し且つ間隔をあけて設置し、カーボンナノチューブ構造体１１２に電磁波信号または電気信号を入力してカーボンナノチューブ構造体１１２を加熱し、光活性層源材料１１４を蒸発させ、第一電極２２０の表面に光活性層２３０を形成する。
Ｓ４、光活性層２３０の表面に第二電極２４０を形成する。
【００１０】
基板２１０は絶縁基板であり、硬質基板または可撓性基板でもよい。第一電極２２０及び第二電極２４０は導電層である。有機薄膜太陽電池２００の光入射面が基板２１０の表面である場合、基板２１０は透明基板であってもよい。例えば、基板２１０はガラス基板、石英基板、透明プラスチック基板または樹脂基板の中のいずれか一種である。第一電極２２０は透明導電層または多孔質網目構造であってもよい。例えば、第一電極２２０は、ＩＴＯ層、ＦＴＯ層またはカーボンナノチューブフィルムの中のいずれか一種である。第二電極２４０は、透明導電層、不透明導電層、または多孔質網目構造であってもよい。第二電極２４０は、金属薄膜、金属メッシュ、ＩＴＯ層、ＦＴＯ層またはカーボンナノチューブフィルムの中のいずれか一種である。有機薄膜太陽電池２００の光入射面が第二電極２４０の表面である場合、基板２１０は不透明基板であってもよい。例えば、基板２１０はシリコン基板であってもよい。第二電極２４０は透明導電層または多孔質網目構造であってもよい。例えば、第二電極２４０は、ＩＴＯ層、ＦＴＯ層またはカーボンナノチューブフィルムの中のいずれか一種である。第一電極２２０は、透明導電層、不透明導電層、または多孔質網目構造であってもよい。第一電極２２０は、金属薄膜、金属メッシュ、ＩＴＯ層、ＦＴＯ層またはカーボンナノチューブフィルムの中のいずれか一種である。第一電極２２０及び第二電極２４０は、蒸着法、スパッタリング法、コーティング法などの方法により形成できる。光活性層源材料１１４は、光活性層２３０の材料と同じであってもよい。光活性層源材料１１４は、光活性層２３０を形成することに用いる前駆体であってもよい。蒸着中に前駆体は反応して、光活性層２３０を形成する。
【００１１】
有機薄膜太陽電池２００は、色素増感型太陽電池、ヘテロ接合型太陽電池、或いはペロブスカイト型太陽電池であってもよい。ペロブスカイト型太陽電池の光活性層２３０の材料は、ペロブスカイト構造の有機金属半導体光吸収材料である。有機金属半導体光吸収材料は、ＡＢＸ３の化学式を有することができる。Ａは有機アミンイオンである。ＡはＣＨ３ＮＨ３＋、Ｃ２Ｈ５ＮＨ３＋、ＮＨ２ＣＨ＝ＮＨ２＋の中のいずれか一種又は多種である。Ｂは二価の金属イオンである。ＢはＣｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｏ２＋、Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｒ２＋、Ｐｄ２＋、Ｃｄ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ２＋、Ｐｂ２＋またはＥｕ２＋の中のいずれか一種又は多種である。Ｘはハロゲンイオンであってもよく、または準ハロゲンイオン（ｑｕａｓｉ−ｈａｌｏｇｅｎ  ｉｏｎ）であってもよい。Ｘがハロゲンイオンである場合、ＸはＣｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-の中のいずれか一種又は多種である。Ｘが準ハロゲンイオンである場合、ＸはＣＮＸ-、ＮＣＯ-、ＮＣＳ-またはＮＣＳｅ-の中のいずれか一種又は多種である。本実施例において、有機薄膜太陽電池２００はペロブスカイト型太陽電池である。光入射面は基板２１０の表面であり、基板２１０は透明な絶縁基板である。第一電極２２０は透明導電層であり、第二電極２４０は金属薄膜である。光活性層２３０の材料はＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３であり、光活性層源材料１１４はヨウ化メチルアンモニウム（ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｉｏｄｉｄｅ）とヨウ化鉛（ｌｅａｄ  ｉｏｄｉｄｅ）の混合物である。光活性層２３０および光活性層源材料１１４の材料は前記記載の材料に制限されず、同じ条件でカーボンナノチューブの気化温度の以下であり、且つ蒸着中に炭素と反応しない材料であってもよい。好ましくは、光活性層２３０及び光活性層源材料１１４の材料の気化温度は３００℃以下である。
【００１２】
カーボンナノチューブ構造体１１２は光活性層源材料１１４の担持構造体である。光活性層源材料１１４は、カーボンナノチューブ構造体１１２の表面に設置され、カーボンナノチューブ構造体１１２にサポートされる。カーボンナノチューブ構造体１１２が自立構造体である。少なくともカーボンナノチューブ構造体１１２の部分は懸架できる。光活性層源材料１１４は懸架されたカーボンナノチューブ膜構造体１１２の表面に設置される。一つの例において、ステップＳ２において、相互に間隔をあける二つの支持体１２０を提供し、二つの支持体１２０はそれぞれ対向するカーボンナノチューブ膜構造体１１２の両端に設置される。これにより、二つの支持体１２０の間のカーボンナノチューブ膜構造体１１２は懸架される。
【００１３】
カーボンナノチューブ構造体１１２は、一枚のカーボンナノチューブフィルムを含むことができ、或いは積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含むことができる。 カーボンナノチューブフィルムにおける複数のナノチューブは基本的に相互に平行している。好ましくは、カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなる。複数のカーボンナノチューブの延伸する方向はカーボンナノチューブ構造体１１２の表面と基本的に平行である。カーボンナノチューブ構造体１１２は均一な厚さを有する。具体的に、カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは分子間力で端と端とが接続されている。カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブが分子間力で端と端とが接続されて形成するマクロ膜構造体である。カーボンナノチューブ構造体１１２及びカーボンナノチューブフィルムはマクロ面積及びミクロ面積を定義する。マクロ面積は、カーボンナノチューブ膜構造体１１２またはカーボンナノチューブフィルムを膜構造体とした場合の膜面積を指す。ミクロに見ると、カーボンナノチューブ構造体１１２またはカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブが分子間力で端と端とが接続されて形成するネットワーク構造である。ミクロ面積は、光活性層源材料１１４を担持しているカーボンナノチューブの表面積を指す。
【００１４】
好ましくは、カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたものである。カーボンナノチューブアレイは、化学気相成長法により基板の成長面上に成長させる。カーボンナノチューブアレイにおける複数のカーボンナノチューブは互いに平行であり、且つその延伸方向は基板の成長表面と垂直する。隣接するカーボンナノチューブは相互に接触して且つ分子間力で結合する。成長条件を制御することにより、カーボンナノチューブアレイは、アモルファスカーボンまたは残留の触媒金属粒子などの不純物を基本的に含まない。カーボンナノチューブアレイは不純物を基本的に含まず、且つカーボンナノチューブが緊密に接触するので、隣接するカーボンナノチューブ間の分子間力が大きい。これにより、カーボンナノチューブフラグメントが引き出されると、隣接するカーボンナノチューブは分子間力によって端と端とが接続されて連続的に引き出され、連続なカーボンナノチューブフィルムを形成し、且つカーボンナノチューブフィルムは自立構造体である。カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイである。成長基板の材料は、Ｐ型シリコン、Ｎ型シリコン、または酸化シリコンである。
【００１５】
カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブからなる自立構造体である。複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列され且つ分子間力で端と端とが接続されている。図４を参照すると、カーボンナノチューブフィルムは配向型のカーボンナノチューブ構造体である。配向型のカーボンナノチューブ構造体において、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。複数のカーボンナノチューブの延伸する方向はカーボンナノチューブフィルムの表面と基本的に平行である。また、複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。具体的には、複数のカーボンナノチューブにおける各カーボンナノチューブは、延伸する方向における隣接するカーボンナノチューブと分子間力で端と端とが接続されている。これにより、カーボンナノチューブフィルムは自立構造を形成できる。さらに、カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含むことができる。複数のカーボンナノチューブセグメントは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１６】
また、カーボンナノチューブフィルムは、少数のランダムなカーボンナノチューブを含む。しかし、大部分のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されているので、このランダムなカーボンナノチューブの延伸方向は、大部分のカーボンナノチューブの延伸方向には影響しない。具体的に、カーボンナノチューブフィルムにおける多数のカーボンナノチューブは、絶対的に直線状ではなくやや湾曲している。または、延伸する方向に完全に配列せず、少しずれている場合もある。従って、同じ方向に沿って配列されている多数のカーボンナノチューブの中において、隣同士のカーボンナノチューブが部分的に接触する可能性がある。カーボンナノチューブフィルムは複数の間隙を有するので（すなわち、隣接するカーボンナノチューブの間に間隙を有する）、カーボンナノチューブフィルムの透明度は優れ、且つカーボンナノチューブフィルムの比面積を増加させる。しかし、隣接するカーボンナノチューブの接触部及び端と端とが接続されているカーボンナノチューブの接続部における分子間力によって、カーボンナノチューブフィルムが自立構造を維持するのは十分である。
【００１７】
カーボンナノチューブ構造体１１２は自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブ構造体１１２を独立して利用することができる形態のことである。即ち、カーボンナノチューブ構造体１１２を対向する両側から支持して、カーボンナノチューブ構造体１１２の構造を変化させずに、カーボンナノチューブ構造体１１２を懸架させることができることを意味する。カーボンナノチューブ構造体１１２は、分子間力で接続して均一に配列された複数のカーボンナノチューブからなる。
【００１８】
カーボンナノチューブフィルムは小さく且つ均一な厚さを有する。カーボンナノチューブフィルムの厚さは０．５ナノメートル〜１０ミクロンである。カーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブ間の分子間力のみよって自立構造を形成できるので、カーボンナノチューブフィルムの比表面積は大きい。好ましくは、ＢＥＴ方法により測定されたカーボンナノチューブフィルムの比表面積は、２００ｍ２/ｇ〜２６００ｍ２/ｇである。 カーボンナノチューブフィルムの単位面積あたりの質量は、０．０１ｇ/ｍ２〜０．１ｇ/ｍ２（ここで、面積とは、カーボンナノチューブフィルムのマクロ面積を指す）である。好ましくは、カーボンナノチューブフィルムの単位面積あたりの質量は、０．０５ｇ/ｍ２である。カーボンナノチューブフィルムの厚さは薄く、且つカーボンナノチューブ自体の熱容量が小さいので、カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が小さい。一つの例において、カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量は、２×１０-４Ｊ/ｃｍ２・Ｋより小さい。
【００１９】
カーボンナノチューブ構造体１１２は積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、カーボンナノチューブフィルムの層数は５０層以下である。好ましくは、カーボンナノチューブフィルムの層数は1０層以下である。カーボンナノチューブ構造体１１２において、異なるカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの延伸方向は平行してもよく、交差してもよい。隣接するカーボンナノチューブフィルムは分子間力で結合されている。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブはそれぞれ０°〜９０°の角度で交差相互に積層された少なくとも二層のカーボンナノチューブフィルムを含む。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブはそれぞれ９０°の角度で交差している。
【００２０】
ステップＳ２において、溶液法、堆積法、蒸着法、めっき法などの方法により、光活性層源材料１１４をカーボンナノチューブ構造体１１２の表面に設置する。蒸着法は化学蒸着法（ＣＶＤ）または物理蒸着法（ＰＶＤ）であってもよい。
【００２１】
溶液法によってカーボンナノチューブ構造体１１２の表面に光活性層源材料１１４を設置する方法は以下のステップを含む。
Ｓ２１、光活性層源材料１１４を溶媒に溶解または均一に分散させて混合物を形成する。Ｓ２２、スプレーコート法、スピンコート法或いはディップコート法により混合物をカーボンナノチューブ構造体１１２に均一に付着させる。Ｓ２３、溶媒を蒸発させて光活性層源材料１１４をカーボンナノチューブ構造体１１２の表面に均一に付着させる。
【００２２】
ステップＳ２１において、混合物は溶液または分散液である。ステップＳ２２において、混合物をカーボンナノチューブ構造体１１２に均一に付着させる方法はスプレーコート法、スピンコート法、或いは浸漬法である。
【００２３】
光活性層源材料１１４が複数の物質からなる場合、ステップＳ２１には、予め複数の物質を希望な比率で溶媒に溶解させて混合して、カーボンナノチューブ構造体１１２の異なる位置に付着された複数の物質は希望な比率を有する。
【００２４】
図６及び図７を参照すると、本実施例において、ステップＳ２は、ヨウ化メチルアンモニウムとヨウ化鉛を有機溶媒に化学量論比で均一に分散させて分散液を形成するステップ（ａ）と、分散液をカーボンナノチューブ構造体１１２の表面にスプレーするステップ（ｂ）と、カーボンナノチューブ構造体１１２の表面上の有機溶媒を蒸発させて乾燥させるステップ（ｃ）と、を含む。カーボンナノチューブ構造体１１２の表面における光活性層源材料１１４が希望な量を有するように、ステップ（ｂ）及び（ｃ）は何度も繰り返すことができる。
【００２５】
光活性層源材料１１４は、カーボンナノチューブ構造体１１２の表面に付着される。巨視的には、光活性層源材料１１４を層状構造体として、カーボンナノチューブ構造体１１２の少なくとも一つの表面に付着される。好ましくは、光活性層源材料１１４は、カーボンナノチューブ構造体１１２の二つの表面に設置される。光活性層源材料１１４及びカーボンナノチューブ構造体１１２は複合膜を形成する。複合膜の厚さは１００ミクロン以下である。好ましくは、複合膜の厚さは５ミクロン以下である。カーボンナノチューブ構造体１１２の単位面積当たりに担持される光活性層源材料１１４の量は少ない。微視的には、光活性層源材料１１４の形態はナノスケールの粒子であってもよく、またはナノスケールの厚さを有する層状構造体であってもよい。一つの例において、光活性層源材料１１４の形態は粒子である。粒子の直径は1ナノメートル〜５００ナノメートルである。もう一つの例において、光活性層源材料１１４の形態は層状構造体である。光活性層源材料１１４の厚さは1ナノメートル〜５００ナノメートルである。光活性層源材料１１４は、単一のカーボンナノチューブを完全に被覆でき、或いはカーボンナノチューブの一部を被覆できる。カーボンナノチューブ構造体１１２の表面に付着された光活性層源材料１１４の形態は、光活性層源材料１１４の量、光活性層源材料１１４の種類、カーボンナノチューブの濡れ性能、および他の特性に関連する。例えば、光活性層源材料１１４がカーボンナノチューブの表面に濡れていない場合、光活性層源材料１１４の形態は、粒子である可能性が高い。光活性層源材料１１４がカーボンナノチューブの表面に濡れている場合、光活性層源材料１１４の形態は、層状構造体である可能性が高い。
【００２６】
光活性層源材料１１４が高粘度の有機材料である場合、カーボンナノチューブ構造体１１２の表面に連続膜を形成できる。光活性層源材料１１４の形態がどのようなものであっても、カーボンナノチューブ構造体１１２の単位面積あたりの光活性層源材料１１４の量は小さい。これにより、電磁信号または電気信号によって光活性層源材料１１４を瞬時かつ完全にガス化することができる。一つの例において、光活性層源材料１１４は１秒以内に完全にガス化される。もう一つの例において、光活性層源材料１１４は１０マイクロ秒以内に完全にガス化される。光活性層源材料１１４はカーボンナノチューブ構造体１１２の表面に均一に設置される。カーボンナノチューブ構造体１１２の異なる位置には、基本的に等しい量の光活性層源材料１１４が担持される。
【００２７】
ステップＳ３において、蒸発源１１０は、第一電極２２０の表面と対向して且つ間隔をあけて設置される。第一電極２２０とカーボンナノチューブ構造体１１２と間の距離は基本的に等しい。すなわち、カーボンナノチューブ構造体１１２は、第一電極２２０の表面に基本的に平行である。光活性層源材料１１４が設置されたカーボンナノチューブ構造体１１２は、堆積表面と対向して且つ間隔をあけて設置される。カーボンナノチューブ構造体１１２と堆積表面との距離は１マイクロメートル〜１０ミリメートルである。堆積表面の面積はカーボンナノチューブ構造体１１２のマクロ面積に等しくてもよく、或いは堆積表面の面積はカーボンナノチューブ構造体１１２のマクロ面積よりも小さい。これにより、ガス状の光活性層源材料１１４は基本的に同時に堆積表面に到達できる。堆積表面は第一電極２２０の表面であってもよい。
【００２８】
図８を参照すると、有機薄膜太陽電池２００の製造方法は、事前に第一電極２２０の表面に機能層２５０を形成するステップを含むことができる。機能層２５０は第一表面及び第二表面を含む。第一表面と第二表面とは互いに対向している。機能層２５０の第一表面は第一電極２２０と接触している。機能層２５０の第二表面は堆積表面である。有機薄膜太陽電池２００の種類及び光活性層２３０の材料によって、機能層２５０を選択できる。例えば、機能層２５０は電子輸送層又は正孔輸送層であってもよい。
【００２９】
一つの例において、有機薄膜太陽電池２００の製造方法は、ステップＳ３の前に、第一電極２２０の表面に電子伝達層を形成するステップを含むことができる。電子輸送層はＴｉＯ２層或いはＡｌ２Ｏ３層である。光活性層源材料１１４が設置されたカーボンナノチューブ構造体１１２と電子伝達層との距離は１ミリメートルである。
【００３０】
ステップＳ３は大気中或いは真空中で行うことができる。好ましくは、蒸発源１１０および光活性層源材料１１４は真空室１３０の内に配置される。電磁信号または電気信号はカーボンナノチューブ構造体１１２に入力され、光活性層源材料１１４を蒸発させ、 第一電極２２０の表面に光活性層２３０を形成する。
【００３１】
カーボンナノチューブ構造体１１２に電磁信号または電気信号が入力されてカーボンナノチューブ構造体１１２を加熱すると、光活性層源材料１１４は急速に蒸発温度または昇華温度に達することができる。カーボンナノチューブ構造１１２の単位面積当たりの光活性層源材料１１４の量は少ないので、光活性層源材料１１４は全て瞬間的にガス化できる。カーボンナノチューブ構造体１１２と第一電極２２０とは、互いに平行であり、互いに間隔をあけて設置される。一つの例において、第一電極２２０とカーボンナノチューブ構造体１１２との距離は、１マイクロメートル〜１０ミリメートルである。カーボンナノチューブ構造体１１２と第一電極２２０との距離が小さいため、カーボンナノチューブ構造体１１２から蒸発したガス状の光活性層源材料１１４は、第一電極２２０の表面に速やかに付着して光活性層２３０を形成できる。 第一電極２２０の表面は、カーボンナノチューブ構造体１１２のマクロ面積の以下である。カーボンナノチューブ構造体１１２は第一電極２２０の表面を完全に覆うことができる。 これにより、光活性層源材料１１４は、カーボンナノチューブ構造体１１２に対応する第一電極２２０の表面に蒸発し且付着し、光活性層２３０を形成する。光活性層源材料１１４は、カーボンナノチューブ構造体１１２に均一に担持されるので、形成した光活性層２３０は均一な厚さを形成でき、且つ光活性層２３０の均一性が優れている。光活性層源材料１１４が複数の物質を含む場合、複数の物質の割合は、カーボンナノチューブ構造体１１２の異なる位置で同じである。これにより複数の物質は、ガス状の光活性層源材料１１４において依然として同じ割合を有し、 均一な光活性層２３０を第一電極２２０の表面に形成できる。
【００３２】
電磁信号入力装置１４０によって、電磁信号をカーボンナノチューブ構造体１１２に入力することができる。電磁信号がカーボンナノチューブ構造体１１２に入力する限り、電磁信号入力装置１４０は真空室１３０の内に設置してもよく、または真空室１３０の外に設置してもよい。カーボンナノチューブは電磁波に対する吸収特性は黒体に似る。カーボンナノチューブは様々な波長の電磁波に対して均一な吸収特性を有する。電磁信号の平均電力密度は、１００ｍＷ/ｍｍ２〜２０Ｗ/ｍｍ２である。カーボンナノチューブ構造体１１２の単位面積当たりの熱容量は小さいので、カーボンナノチューブ構造体１１２に電磁信号を入力する際、瞬時に熱応答でき熱を発生できる。カーボンナノチューブ構造体１１２の比表面積が大きいため、周囲の媒質との熱交換が速く、カーボンナノチューブ構造体１１２が生成された熱信号は光活性層源材料１１４を迅速に加熱でき、光活性層源材料１１４の蒸発温度または昇華温度に達することができる。カーボンナノチューブ構造体１１２の単位マクロ面積に設置される光活性層源材料１１４の量が少ないので、光活性層源材料１１４は熱信号によって完全に気化することができる。
【００３３】
図９を参照すると、電気信号は第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２によりカーボンナノチューブ構造体１１２に入力することができる。第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２は相互に間隔をあけて、カーボンナノチューブ構造体１１２にそれぞれ電気的に接続される。カーボンナノチューブ構造体１１２は、第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２によって懸架される。カーボンナノチューブ構造体１１２は抵抗素子である。カーボンナノチューブ構造体１１２の小さな単位面積当たりの熱容量及び大きな比表面積を有し、且つカーボンナノチューブ構造体１１２の厚さが小さい。好ましくは、カーボンナノチューブ構造体１１２の単位面積当たりの熱容量は２×１０-４Ｊ/ｃｍ２・Ｋより小さい。さらに好ましくは、カーボンナノチューブ構造体１１２の単位面積当たりの熱容量は１．７×１０-６Ｊ/ｃｍ２・Ｋより小さく、カーボンナノチューブ構造体１１２の比表面積は２００ｍ２/ｇより大きく、カーボンナノチューブ構造体１１２の厚さは１００マイクロメートルより小さい。第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２によって、カーボンナノチューブ構造体１１２に電気信号を入力する際、カーボンナノチューブ構造体１１２の単位面積当たりの熱容量が小さいので、カーボンナノチューブ構造１１２は電気信号を熱に急速に転換でき、カーボンナノチューブ構造１１２自体の温度を急速に上昇できる。カーボンナノチューブ構造体１１２は大きな比表面積を有し、且つ非常に薄いので、カーボンナノチューブ構造体１１２及び光活性層源材料１１４とは熱交換を急速に行うことができ、光活性層源材料１１４を蒸発温度または昇華温度まで急速に加熱できる。
【００３４】
第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２は、カーボンナノチューブ構造体１１２に電気的に接続される。好ましくは、第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２は直接にカーボンナノチューブ構造体１１２の表面に設置される。第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２によってカーボンナノチューブ構造体１１２に電流を入力する。第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２は間隔をあけて、それぞれカーボンナノチューブ構造体１１２の両端に設置される。
【００３５】
好ましくは、カーボンナノチューブ構造体１１２には、少なくとも一つカーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、第一電気信号入力用電極１５０から第二電気信号入力用電極１５２まで延伸する。第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２は導電性ワイヤ又は導電棒であってもよい。第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２はカーボンナノチューブ構造体１１２をサポートする十分な強度を有している。カーボンナノチューブ構造体１１２に電気信号を有力する際、支持体１２０を省略することができる。
【００３６】
ステップＳ３では、第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２によって、カーボンナノチューブ構造体１１２に電気信号が入力される。電気信号が直流信号である場合、第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２は、それぞれ直流電源の正極及び負極に電気的に接続される。直流電力は、第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２を介して、カーボンナノチューブ構造体１１２に直流信号を入力する。電気信号が交流信号である場合、第一電気信号入力用電極１５０は交流電源に電気的に接続され、第二電気信号入力用電極１５２はアースに接続される。蒸発源１１０に入力する電気信号の電力は、カーボンナノチューブ構造体１１２の熱応答温度を光活性層源材料１１４のガス化温度に達することができる。電気信号の電力は、式σＴ４Ｓによって計算できる。ここで、σはステファン・ボルツマン（Ｓｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ）定数を表し、Ｔは光活性層源材料１１４のガス化温度を表し、Ｓはカーボンナノチューブ構造体１１２のマクロ面積を表す。カーボンナノチューブ構造体１１２のマクロ面積が大きく、光活性層源材料１１４のガス化温度が高いほど、電気信号の電力は大きくなる。カーボンナノチューブ構造体１１２は単位面積当たりの熱容量が小さいため、速やかに熱応答性を発生させて温度を上昇させることができる。カーボンナノチューブ構造体１１２の比表面積が大きいため、周囲の媒質との熱交換が速く、カーボンナノチューブ構造体１１２が生成された熱信号は光活性層源材料１１４を迅速に加熱でき、光活性層源材料１１４の蒸発温度または昇華温度に達することができる。 カーボンナノチューブ構造体１１２の単位マクロ面積に設置される光活性層源材料１１４の量が少ないので、熱信号によって光活性層源材料１１４を瞬間に完全に気化することができる。
【００３７】
光活性層源材料１１４の種類を変えて、ステップＳ３を複数回繰り返すことによって、二つ以上の異なる光活性層２３０を第一電極２２０の表面に積層できる。例えば、有機薄膜太陽電池２００が二層ヘテロ接合型太陽電池である場合、電子受容体材料層と電子供与体材料層とを形成することができる。 第一電極２２０の表面に電子受容体材料層と電子供与体材料層を二回蒸着することにより中間層ヘテロ接合（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ  ｈｅｔｅｒｏｊｕｃｔｉｏｎ）を形成する。
【００３８】
図１０および図１１を参照すると、本実施例において、カーボンナノチューブ構造体１１２に電流を入力した後、カーボンナノチューブ構造体１１２の温度が急速に上昇し、カーボンナノチューブ構造体１１２の表面に設置されたメチルアンモニウムヨージドとヨウ化鉛との混合物が瞬時にガス化され、堆積表面にペロブスカイト構造のＣＨ３ＮＨ３ＰＢＩ３フィルムが形成される。図１０は、真空蒸着後の蒸発源１１０の構成を示す。カーボンナノチューブ構造体１１２の表面に設置される光活性層源材料１１４が蒸発された後、カーボンナノチューブ構造体１１２は本来のネットワーク構造を維持している。カーボンナノチューブ構造体１１２におけるカーボンナノチューブは依然として分子間力で結合する。図１１は、ヨウ化メチルアンモニウム及びヨウ化鉛がガス化された後に、化学反応を発生して、堆積表面に均一な厚さを有するフィルムを形成していることを示す。図１２を参照すると、フィルムはＸＲＤ（Ｘ線回折）によって試験する。ＸＲＤ画像によって、フィルムの材料がペロブスカイト構造のＣＨ３ＮＨ３ＰＢＩ３であることを判断できる。
【００３９】
図１３を参照すると、一つの例において、さらに、ステップＳ３は、パターン化されたグリッド１６０を提供し、パターン化されたグリッド１６０を蒸発源１１０と第一電極２２０の表面との間に設置するステップを含む。これにより、パターン化された光活性層２３０を形成できる。
【００４０】
パターン化されたグリッド１６０は少なくとも一つの貫通孔を含む。貫通孔は希望な形状およびサイズを有する。一つの例において、パターニングされたグリッド１６０は、堆積表面及びカーボンナノチューブ構造体１１２とそれぞれ直接に接触している。好ましくは、パターニングされたグリッド１６０は、堆積表面及びカーボンナノチューブ構造体１１２とそれぞれ間隔をあけて設置される。グリッド１６０は、堆積表面及びカーボンナノチューブ構造体１１２とそれぞれ平行である。ガス状光活性層源材料１１４は貫通孔のみを通過して、堆積表面に堆積される。これにより、パターンされた光活性層２３０を形成できる。パターニングされた光活性層２３０のパターンは、パターニングされたグリッド１６０の貫通孔の形状及びサイズに対応する。
【００４１】
さらに、有機薄膜太陽電池２００の製造方法は、ステップＳ３とステップＳ４との間に、光活性層２３０の表面に機能層２５２を形成するステップを含むことができる。 機能層２５２は、有機薄膜太陽電池２００の種類及び光活性層２３０の材料に応じて形成できる。例えば、機能層２５２は、電子輸送層或いは正孔輸送層であってもよい。
【００４２】
一つの例において、有機薄膜太陽電池２００の製造方法は、ステップＳ３とステップＳ４との間に、光活性層２３０の表面に電子輸送層を形成するステップを含む。電子輸送層はｓｐｉｒｏ−ＭｅＯＴＡＤ層、Ｐ３ＨＴ層、ＣｕＩ層、ＣｕＳＣＮ層或いはＰＴＡＡ層である。
【００４３】
実施例２は、有機薄膜太陽電池２００の製造装置１００を提供する。有機薄膜太陽電池の製造装置１００は、蒸発源１１０と、加熱装置と、を備える。 蒸発源１１０は、カーボンナノチューブ構造体１１２及び光活性層源材料１１４を含む。カーボンナノチューブ構造体１１２は光活性層源材料１１４の担持構造体である。光活性層源材料１１４は、カーボンナノチューブ構造体１１２の表面に設置される。加熱装置はカーボンナノチューブ構造体１１２に電磁信号或いは電気信号を入力して、光活性層源材料１１４を蒸発させる。一つの例において、加熱装置は電磁信号入力装置１４０であり、電磁信号入力装置１４０によってカーボンナノチューブ構造体１１２に電磁信号を入力する。もう一つの例において、加熱装置は第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２であり、第一電気信号入力用電極１５０及び第二電気信号入力用電極１５２によって、電気信号をカーボンナノチューブ体１１２に入力する。
【００４４】
さらに、有機薄膜太陽電池の製造装置１００は真空室１３０を備えることができる。蒸発源１１０及び基板２１０は真空室１３０の内に設置される。基板２１０は蒸発源１１０と間隔をあけて設置される。
【００４５】
さらに、有機薄膜太陽電池の製造装置１００は、二つの支持体１２０を含むことができる。二つの支持体１２０は互いに間隔をあけて設置され、カーボンナノチューブ構造体１１２の両端に設置される。これにより、カーボンナノチューブ構造体１１２は二つの支持体１２０によって懸架される。
【００４６】
さらに、有機薄膜太陽電池の製造装置１００は、パターン化されたグリッド１６０を含むことができる。パターン化されたグリッド１６０は、蒸発源１１０と第一電極２２０の表面との間に設置される。第一電極２２０は基板２１０の表面に設置される。
【００４７】
本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法は以下の優れた点がある。カーボンナノチューブフィルムは自立構造であり、光活性層源材料を担持することに用いる。カーボンナノチューブフィルムの比表面積が大きく且つその自体の均一性が良いので、光活性層源材料がカーボンナノチューブフィルムに均一に分布することができる。カーボンナノチューブフィルムは瞬時に加熱することができる。これにより、光活性層源材料は短時間で完全にガス化され、均一なガス状蒸発材料を形成することができ、均一なガス状蒸発材料は広い領域に均一に分布することができる。堆積表面とカーボンナノチューブフィルムとの間の距離は小さい。これにより、カーボンナノチューブフィルムに設置された光活性層源材料は十分に利用でき、光活性層源材料を節約し、且つ蒸着速度を高めることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００    有機薄膜太陽電池の製造装置
１１０    蒸発源
１１２    カーボンナノチューブ構造体
１１４    光活性層源材料
１２０    支持体
１３０    真空室
１４０    電磁信号入力装置
１５０    第一電気信号入力用電極
１５２    第二電気信号入力用電極
１６０    パターン化されたグリッド
２００    有機薄膜太陽電池
２１０    基板
２２０    第一電極
２３０    光活性層
２４０    第二電極
２５０、２５２    機能層
【図１】
0006530781.tif 000002
【図２】
0006530781.tif 000003
【図３】
0006530781.tif 000004
【図４】
0006530781.tif 000005
【図５】
0006530781.tif 000006
【図６】
0006530781.tif 000007
【図７】
0006530781.tif 000008
【図８】
0006530781.tif 000009
【図９】
0006530781.tif 000010
【図１０】
0006530781.tif 000011
【図１１】
0006530781.tif 000012
【図１２】
0006530781.tif 000013
【図１３】
0006530781.tif 000014