(57)【要約】【課題】高光電変換効率を有する太陽電池とその容易なプロセスの製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】第１の有機材料と第２の有機材料が接することにより形成されたヘテロ接合面を含む機能層が、第１電極と第２電極の間に狭持され、第１の有機材料が微粒子融着積層構造を有し、第２の有機材料がその微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在することを特徴とする有機太陽電池より、上記の課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の有機材料と第２の有機材料が接することにより形成されたヘテロ接合面を含む機能層が、第１電極と第２電極の間に狭持され、第１の有機材料が微粒子融着積層構造を有し、第２の有機材料がその微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在することを特徴とする有機太陽電池。
【請求項２】
第１の有機材料が、平均粒子径２０〜５００ｎｍの微粒子である請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項３】
第１の有機材料が、第２の有機材料より融点が高い請求項１または２に記載の有機太陽電池。
【請求項４】
第１の有機材料が、導電性高分子材料である請求項１〜３のいずれかに１つに記載の有機太陽電池。
【請求項５】
第１の有機材料が、ポリフェニレンビニレンであり、第２の有機材料が、ポリ（キノキサリン−５，８−ジイル）である請求項１〜３のいずれか１つに記載の有機太陽電池。
【請求項６】
陽極とする第１または第２電極と機能層との間に正孔輸送層、および／または陰極とする第２または第１電極と機能層との間に電子輸送層を有する請求項１〜５のいずれかに１つに記載の有機太陽電池。
【請求項７】
（ａ）第１電極の上に、第１の有機材料の微粒子積層構造を形成する工程、
（ｂ）前記微粒子積層構造を互いに融着させて微粒子融着積層構造を形成する工程、
（ｃ）前記微粒子融着積層構造の第１の有機材料と、その表面および／または空隙中に第２の有機材料が存在するように、第２の有機材料とを処理して、ヘテロ結合面を有する機能層を形成する工程、および
（ｄ）前記機能層上に第２電極を形成する工程
を含むことを特徴とする有機太陽電池の製造方法。
【請求項８】
工程（ａ）において、溶媒中に分散した第１の有機材料の微粒子を第１電極に塗布し、溶媒を揮発させることにより微粒子積層構造を形成する請求項７に記載の有機太陽電池の製造方法。
【請求項９】
工程（ｂ）において、加熱により微粒子を融着させ、微粒子融着積層構造を形成する請求項７または８に記載の有機太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機太陽電池とその製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、有機／有機へテロ接合による内部電界を利用した太陽電池とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の有機半導体を用いた太陽電池は、多様性があること、毒性が低いこと、加工性・生産性が高く、大量生産によるコストダウンが可能であること、可とう性を有するためフレキシブル化が容易であることなどの優れた特長を有するが、エネルギー変換効率が低く、実用レベルに達していないという問題点がある。
【０００３】
例えば、無金属フタロシアニンとアルミニウムの接触を利用したいわゆるショットキー障壁型の素子が報告されている（Ｒ．Ｏ．Ｌｏｕｔｆｙ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｃｈｅｍ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ７１，  ｐ１２１１（非特許文献１））。しかし、電極のアルミニウムが空気中の酸素により酸化されるために、光強度を増すと変換効率が低下したり、時間と共に素子が劣化していくという問題点がある。
【０００４】
また、アルミニウムの代わりに有機Ｎ型半導体であるペリレン誘導体をフタロシアニンと接合させた積層型ＰＮヘテロ接合太陽電池（Ｃ．  Ｗ．  Ｔａｎｇ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  Ｖｏｌ．  ４５，  ｐ１１４４（非特許文献２））が報告されている。この太陽電池は、擬似太陽光下で１％の変換効率を示し、実用化の可能性を示したが、接合面積が小さく、電荷分離する領域が狭いために、効率よく電荷分離が起こらず、外部回路に電流が流れにくくなるという問題点がある。したがって、変換効率はさらに１０倍程度の向上が要求される。
【０００５】
また、導電性高分子であるポリフェニレンビニレンの誘導体のポリ［（２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシロキシ）１−４−フェニレンビニレン］とフラーレンの混合膜を用いた太陽電池など、これらの混合膜を使ったバルクへテロ接合型太陽電池も提案されている  （米国特許第５，３３１，１８３号明細書（特許文献１））。この太陽電池は、一方の有機材料を他方の有機材料中に分散させているため、接合面積が広く、電荷分離する領域も広くなっている。しかし、有機材料分子間の距離が大きいために、電荷分離されたキャリアの移動が困難であり、電極に辿り着く前に失活してしまう確率が高く、実用化のレベルに達していない。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５，３３１，１８３号明細書
【非特許文献１】
Ｒ．Ｏ．Ｌｏｕｔｆｙ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｃｈｅｍ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ７１，  ｐ１２１１
【非特許文献２】
Ｃ．  Ｗ．  Ｔａｎｇ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  Ｖｏｌ．  ４５，  ｐ１１４４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高光電変換効率を有する太陽電池とその容易なプロセスでの製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、第１の有機材料と第２の有機材料が接することにより形成されたヘテロ接合面を含む機能層が、第１電極と第２電極の間に狭持され、第１の有機材料が微粒子融着積層構造を有し、第２の有機材料がその微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在することを特徴とする有機太陽電池が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、（ａ）第１電極の上に、第１の有機材料の微粒子積層構造を形成する工程、
（ｂ）前記微粒子積層構造を互いに融着させて微粒子融着積層構造を形成する工程、
（ｃ）前記微粒子融着積層構造の第１の有機材料と、その表面および／または空隙中に第２の有機材料が存在するように、第２の有機材料とを処理して、ヘテロ結合面を有する機能層を形成する工程、および
（ｄ）前記機能層上に第２電極を形成する工程
を含むことを特徴とする有機太陽電池の製造方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下の本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の有機太陽電池の層構成を示す模式断面図である。図１（ａ）は、その実施形態１であり、基板１０１ａ、第１電極１０２ａ、微粒子融着積層構造の第１の有機材料１０３ａ、その一部が微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在する第２の有機材料１０４ａ、第２電極１０５ａが順次積層された構造を有する。ここで、光を基板側から照射する場合、前記基板１０１ａおよび前記第１電極１０２ａは光透過性の材料で形成される。一方、光を基板と反対側から照射する場合、前記第２電極１０５ａは光透過性の材料で形成される。ここで、「光透過性」とは、有機太陽電池において使用される所定波長領域、例えば可視領域の光を高効率で透過する性質を意味する。
【００１１】
本発明は、第１の有機材料と第２の有機材料が接することにより形成されたヘテロ接合面を含む機能層が、第１電極と第２電極の間に狭持され、第１の有機材料が、微粒子融着積層構造を有し、第２の有機材料がその微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在することを特徴とする構造を有する。
【００１２】
＜微粒子融着積層構造について＞
本発明における「微粒子融着積層構造」とは、微粒子間が結合し、三次元的にネットワークを形成している構造を意味する。すなわち、その構造は、熱や光によって微粒子間の界面の一部がなくなった状態であり、微粒子間をキャリアが移動する際の抵抗値が低く、異種の有機材料の界面で電荷分離されたキャリアが容易に移動できるので、生成したキャリアが電極に到達する確率が高くなる。
【００１３】
図２（ａ）は従来の有機太陽電池における微粒子集合体の構造を示す模式図、図２（ｂ）は本発明の有機太陽電池における微粒子融着積層構造を示す模式図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、従来の微粒子集合体の構造および微粒子融着積層構造のそれぞれにおいて、微粒子が直線的に並んでいる場合の一列を切り出して表示したものである。図中、２０３は微粒子融着積層構造を示す。
【００１４】
図２（ａ）の従来の微粒子の構造の場合、粒子と隣の粒子との境界には不連続な界面が存在する。該界面が存在する場合、一つの粒子内に存在する電子やホールなどのキャリアは、前記界面に存在するトラップ準位や空間的な間隙などにより移動が妨げられる。
【００１５】
これに対し、図２（ｂ）の本発明による微粒子融着積層構造の場合、微粒子の形状を残しつつ、微粒子間が結合している。すなわち、粒界がなく、微粒子間の結合部分が連続している。例えば、結晶同士であれば、結合部分で結晶の周期性が連続している状態であり、非晶質の場合でも、原子同士の結合のネットワークが、結合部分においても連続であることを意味する。また高分子の場合であれば、分子鎖が結合部分をまたいで存在している状態を意味する。また、上記のように粒子間が結合した状態でありながら、しかも粒子間には空隙部を有している状態である。
【００１６】
したがって、図２（ｂ）の本発明による微粒子融着積層構造の場合、図２（ａ）の従来の微粒子集合体の構造の場合と比較して、一つの粒子内に存在する電子やホールなどのキャリアは、隣接する粒子にスムーズに移動することが可能である。
【００１７】
微粒子融着積層構造の第１の有機材料１０３ａを形成する微粒子の平均粒子径は、１０ｎｍ〜１μｍ程度であり、２０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。前記微粒子の粒度分布は、特に限定されず、均一であってもランダムであってもよい。ただし、微粒子の融着工程の温度制御が容易なことから、粒子は球状でかつ均一な粒径を有していることがより好ましい。
【００１８】
前記微粒子融着積層構造の充填構造は、微粒子の形状およびその粒度分布により変化させることができる。充填構造を変化させることにより、電荷分離の範囲、微粒子融着積層構造の体積とその空隙に存在する前記第２の有機材料の体積割合を変させることができる。一般的に均一な粒径の微粒子を溶媒中で沈殿させると規則充填する。規則充填は粒子集合体のどこでも同じ配列構造をしているため、その最小単位であるユニットセルを考えればよい。均一な粒径の球形粒子が規則充填構造をとると、広い範囲の空間率を連続的に表現できるが、現実的にこのような配列構造が存在するとは考えにくい。ランダム配列は方向性、周期性がなく、粒子配列が場所によりすべて異なる。
【００１９】
本発明の場合、規則充填を示していなくてもネットワークを形成することができる。ここで機能層に対する微粒子融着積層構造の体積割合は、微粒子のネットワークの形成を形成する上で５０％以上が好ましい。また第２の有機材料１０４ａを微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在させるとき、微粒子融着積層構造の割合が高すぎると第２の有機材料を存在させ難くなるために８０％以下であることが好ましい。製造の容易さと、電荷分離する領域を考えると、機能層に対する微粒子融着積層構造の割合は６０％以上７０％以下が最も好ましい。
【００２０】
微粒子融着積層構造を形成する第１の有機材料に、第２の有機材料を表面および／または空隙中に存在させるためには、第２の有機材料を有機溶媒に溶解または分散し、その溶液または分散液を微粒子融着積層構造に塗布した後、機能層を加温することが好ましい。
【００２１】
前記微粒子融着積層構造を形成する第１の有機材料と、その表面および／または空隙中に存在する第２の有機材料とから構成される機能層の膜厚は、１０ｎｍ〜５０μｍ程度であり、５０ｎｍ〜２０００ｎｍ程度が好ましい。膜厚が薄すぎると電気的短絡を起こし光電変換特性を示し難くなり、厚すぎると光透過率の低下および膜の電気抵抗が高くなり光電流は減少する。
【００２２】
＜機能層の有機材料について＞
有機材料は、微粒子融着積層構造の第１の有機材料１０３ａ表面および／または空隙中に存在する第２の有機材料１０４ａの一方が、電子受容性有機材料であり、他方が電子供与性有機材料である。
【００２３】
電子受容性有機材料は、電荷キャリアが電子である共役系の広がったπ電子化合物あでり、空気中で安定なＮ型半導体特性を示す。電子受容性有機材料を第１の有機材料に用いる場合、分散させて沈殿させる溶媒に対して不溶又は難溶であるものが好ましい。
【００２４】
例えば、電子受容性有機材料としては、ピリジンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類およびその誘導体によるラダーポリマー、シアノポリフェニレンビニレンなどの高分子材料；フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシアニン類およびその誘導体、ペリレンおよびその誘導体、ナフタレン誘導体、バソキュプロインおよびその誘導体などの低分子材料が挙げられる。
【００２５】
電子供与性有機材料は、電荷キャリアが正孔である共役系の広がったπ電子化合物であり、空気中で安定なＰ型半導体特性を示す。電子供与性有機材料を第１の有機材料に用いる場合、分散させる溶媒に不溶又は難溶であるものが好ましい。
【００２６】
電子供与性有機材料としては、例えば、チオフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フェニレンビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チエニレンビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビニルカルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子材料；無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類およびそれらの誘導体、ジアミン類、フェニルジアミン類およびそれらの誘導体、ペンタセンなどのアセン類およびその誘導体、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィリン、トリアゾテトラベンズポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラジン、クロロフィルなどの無金属ポルフィリンや金属ポルフィリンおよびその誘導体、シアニン色素、メロシア、ベンゾキノン、ナフトキノンなどのキノン系色素などの低分子材料が挙げられる。
【００２７】
金属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、マグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物が用いられる。
【００２８】
上記の電子供与性有機材料のなかでも、例えば、ポリチオフェンのような導電性高分子材料は、懸濁重合法などの固有の高分子の微粒子製造技術を用いて容易に製造ができるので好ましい。
【００２９】
微粒子融着積層構造は、微粒子積層構造に加熱、電子線照射などのエネルギーを付与し、隣接する微粒子同士を互いに融着させることにより形成することができる。
【００３０】
第１の有機材料に導電性高分子材料を用いて、微粒子を積層後、微粒子間を融着するために加熱する場合、その温度は、ガラス転移点以上でかつ融点以下が好ましい。ガラス転移点未満では、微粒子間がほとんど融着を起こさず、微粒子間の電荷移動が円滑に行われないので好ましくない。一方、融点を超える温度で加熱すると、微粒子積層構造によって形成された空隙部がすべて消滅してしまうので好ましくはない。電荷移動が円滑に行われかつ電荷分離面積を大きくするためには、上記の温度領域での加熱が好ましい。
第１の有機材料が、ポリフェニレンビニレンであり、第２の有機材料が、ポリ（キノキサリン−５，８−ジイル）であるのが特に好ましい。
【００３１】
＜基板について＞
前記基板１０１ａの具体的な材料としては、アルミニウム、ステンレスなどの金属や、合金類、ポリカーボネート、ポリエステルなどのプラスチックなどが使用できる。また、透過性の物質として、ガラス、透明プラスチックなどが使用できる。
【００３２】
＜電極について＞
機能層を狭持する第１電極１０２ａおよび第２電極１０５ａのいずれか一方は透明電極が用いられる。
これらの電極は、導電性、光の透過率など所定の特性を保持しておれば特に限定されず、金属、酸化物、高分子など公知の材料が使用できる。一般には電極の厚さは、２０ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。
【００３３】
電子受容性有機材料とオーミックな接触を形成し、かつ照射光を透過させるためには、仕事関数の小さな電極材料を用いることが好ましい。また、電子供与性有機材料とオーミックな接触を形成するためには、仕事関数の大きな電極材料を用いるのが好ましい。
【００３４】
仕事関数の大きな電極材料としては、スズドープされた酸化インジウム（ＩＴＯ）、金、白金などの金属が挙げられ、透明な電極材料としては、フッ素がドープされた酸化スズなどが挙げられる。また、仕事関数の小さな電極材料としてはアルミニウム、インジウムなどが挙げられる。
【００３５】
電極は、公知の方法により、所定の形状に加工することができる。また、２つの電極で構成される場合、それらの電極と機能層との関係は、図１（ａ）に示すように異種の有機材料が二つの電極に別々に接していてもよく、図１（ｂ）に示すように微粒子融着積層構造を形成する第１の有機材料と、表面および／または空隙中に存在する第２の有機材料の両方が、両方の電極に接していてもよい。上記機能層および電極作製において、光酸化を防ぐために、真空中および窒素などの不活性ガス中で行うのが好ましい。なお、図１（ｂ）中の図番１０１ｂ〜１０５ｂは、図１（ａ）の図番１０１ａ〜１０５ａに対応する。
【００３６】
また、微粒子融着積層構造を形成する第１の有機材料は、第２の有機材料より融点が高いのが好ましい。すなわち微粒子融着積層構造１０３ａを形成する第１の有機材料よりも融点の低い有機材料を第２の有機材料として用い、微粒子融着積層構造上に第２の有機材料を積層し、減圧下で、微粒子融着積層構造に用いた第１の有機材料の融点より低く、第２の有機材料の融点よりも高い温度で加熱する。このように微粒子融着積層構造はその微粒子ネットワークの構造を保ちつつ、充填したい第２の有機材料のみが溶融し、前記微粒子融着積層構造１０３ａの表面および／または空隙中に存在することになる。
【００３７】
第１の有機材料の融点が第２の有機材料の融点より高い場合、微粒子融着積層構造を形成した後、微粒子融着積層構造を壊すことなしに、融解した第２の有機材料を表面および／または空隙中に存在することが可能となる。このように微粒子融着積層構造を形成後、その融点の温度差を利用して容易にその表面および／または空隙中に他方の有機材料を存在させることができる。
【００３８】
＜電子輸送層および正孔輸送層について＞
また、陽極とする第１または第２電極と機能層との間に正孔輸送層３０３、および／または陰極とする第２または第１電極と機能層との間に電子輸送層３０６を有してもよい（実施例２、図３参照）。
電子輸送層や正孔輸送層の導入によって、機能層の界面で電荷分離されたキャリアが円滑に電極に輸送される。
【００３９】
電子輸送層の成形材料としては、２，４，７−トリニトロフルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロフルオレノン、テトラシアニキノジメタンなどの電子受容性物質やこれら電子受容性物質を高分子化したものが挙げられる。
【００４０】
正孔輸送層の成形材料としては、オキサジアゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、トリフェニルアミン、ベンジルアニリンなどの芳香族第三級ジアミノ化合物、１，２，４−トリアジン誘導体、ヒドラゾン誘導体、キナゾリン誘導体、ベンゾフラン誘導体、α−スチルベン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、またはこれらの化合物からなる基を主鎖もしくは側鎖に有する重合体などが挙げられる。
【００４１】
正孔輸送層または電子輸送層は、蒸着法、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法、インクジェットプリント法などの公知の方法により形成できる。
【００４２】
電子輸送層の厚さは、機能層を概ね被覆する厚さ以上であれば、特に限定されないが、厚すぎると電子の輸送効率が悪くなるので、数ｎｍ〜１μｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
【００４３】
正孔輸送層の厚さは、第１電極３０２を概ね被覆する厚さ以上であれば、特に限定されないが、厚すぎると正孔の輸送効率が悪くなるので、数ｎｍ〜１μｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
【００４４】
本発明の太陽電池の製造方法について説明する。
本発明の有機太陽電池の製造方法は、（ａ）第１電極の上に、第１の有機材料の微粒子積層構造を形成する工程、（ｂ）前記微粒子積層構造を互いに融着させて微粒子融着積層構造を形成する工程、（ｃ）前記微粒子融着積層構造の第１の有機材料と、その表面および／または空隙中に第２の有機材料が存在するように、第２の有機材料とを処理して、ヘテロ結合面を有する機能層を形成する工程、および（ｄ）前記機能層上に第２電極を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００４５】
従来法で形成されたＩＴＯの第１電極上に、溶媒中に分散した第１の有機材料の微粒子を沈殿または塗布し、蒸発方法で溶媒を取り除いて微粒子積層構造を形成した後、熱等を用いて融着を行い微粒子融着積層構造形成する。その後、微粒子融着積層構造を第２の有機材料に浸漬し、溶媒を蒸発させて、第１の有機材料の微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在する機能層を作製する。その後、第２電極を真空蒸着法で形成する。
【００４６】
この製造方法によって、微粒子の状態を保ちつつ、微粒子間の界面がなくなるようなネットワークを形成することができる。
熱を用いて微粒子を融着させてもよい。微粒子には有機材料を用いており、低温で微粒子間を融着することができるため、微粒子融着積層構造を容易に作製することができる。前記微粒子融着積層構造１０３ａに用いる第１の有機材料よりも融点の低い有機材料を前記第２の有機材料として用い、前記微粒子融着積層構造１０３ａに用いた前記第１の有機材料の融点より低く、前記第２の有機材料の融点より高い温度で加熱する。
また、すべての工程を一度も大気中にさらすことなく行うことが好ましい。
【００４７】
本発明の別の製造方法として下記の方法により、有機太陽電池を製造してもよい。その製造方法は、特定の性質を持つ溶媒中に分散した微粒子を沈殿させることによって微粒子積層構造を形成する方法である。
【００４８】
微粒子を分散させる特定の性質を持つ溶媒は、揮発性で、微粒子を構成する第１の有機材料が不溶で、比重が微粒子の比重よりも小さいものが用いられる。
【００４９】
まず、前記第１の有機材料によって構成される微粒子を、前記第２の有機材料を溶解させた溶液中に分散させる。前記微粒子が沈殿後、前記第２の有機材料を溶解させた溶媒を揮発させる。この工程の導入によって、微粒子の密度が高い状態で積層した構造を容易に作製することができる。
【００５０】
溶媒中に分散した第１の有機材料の微粒子を基板に塗布し、溶媒を揮発させて、微粒子積層構造を形成してもよい。この製造方法では、溶媒中に微粒子の分散した溶液を塗布し、溶媒を乾燥させて前記微粒子が積層された構造を形成した後、加熱などの方法で微粒子が積層された構造にエネルギーを与えて微粒子融着積層構造１０３ａを形成する方法を用いてもよい。この工程の導入によって容易に微粒子の積層した構造を作製することができる。
【００５１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
前記微粒子融着積層構造１０３ａを構成する材料として、電子供与性材料であるポリ（フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、前記微粒子融着積層構造１０３ａの空隙部に充填する前記第２の有機材料１０４ａとしては、電子受容性材料であるポリ（キノキサリン−５，８−ジイル）（Ｐ（５，８−Ｑｘ））を用いる場合を例により具体的に説明する。
【００５２】
まず、ＰＰＶの微粒子をトルエン溶液中に分散させた。前記微粒子の直径はおよそ５０ｎｍであった。また、分散溶液の濃度はおよそ２ｗｔ％であった。次いでこの分散溶液を、スプレー塗布方法により、石英基板１０１ａに形成されたＩＴＯ電極１０２ａ上に、均一塗布した。前記微粒子が重力の作用によって基板上に沈殿した後、トルエンが揮発するまでおよそ５分待った。揮発後、微粒子が積層し終えた前記基板をホットプレート上で、１５０℃の温度で３分加熱した。この工程によってＰＰＶの微粒子融着積層構造１０３ａが形成できた。前記微粒子融着積層構造１０３ａの膜厚はおよそ７００ｎｍであった。また、微粒子融着積層構造１０３ａと微粒子間にできた空隙部との比率はおよそ７：３であった。
【００５３】
ＰＰＶの前記微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在するように、Ｐ（５，８−Ｑｘ）を存在させた。具体的には、Ｐ（５，８−Ｑｘ）をトルエン中に溶解して、濃度がおよそ２ｗｔ％の溶液を調整した。この溶液を、ＩＴＯ石英基板上に形成したＰＰＶの前記微粒子融着積層構造１０３ａをキャスティング法によって浸漬した。この溶液が、前記微粒子融着積層構造１０３ａの空隙部に十分浸透した後、トルエンを揮発させた。機能層の膜厚はおよそ１０００ｎｍであった。
前記の如く機能層成形後、真空蒸着法により第２電極１０５ａを作製した。以上の工程で本発明による太陽電池が作製できた。
このようにして得られた有機太陽電池は、従来品と比べて高い光電変換効率を示した。
【００５４】
（実施例２）
図３は、本発明の第２実施例としての有機太陽電池を説明するための模式断面図である。図３に示すように、基板３０１、第１電極３０２、正孔輸送層３０３、微粒子融着積層構造の第１の有機材料３０４と微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在する第２の有機材料３０５とからなる機能層、電子輸送３０６および第２電極３０７が順次積層された構造を有する。ここで、前記正孔輸送層３０３は機能層の電子供与性有機材料と接している。また、前記電子輸送層３０６は機能層の電子受容性有機材料と接している。
【００５５】
以下に第２実施例の製造工程の具体的な方法を示す。第１電極３０２の形成までは、実施例１と同様にして行なった。
次に、ポリ（３，４−エチレンダイオキシチオフェン：ポリスチレンスルフォネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）のような導電性高分子材料を用いて、スピンコート法で膜厚１００ｎｍの正孔輸送層３０３を形成した。次に機能層を実施例１と同様にして形成した。
【００５６】
機能層形成後、バソキュプロイン（電子受容性有機材料）を用いて、電子輸送層３０６を真空蒸着法で形成した。この時電子輸送層の膜厚は１００ｎｍであった。次に実施例１と同様にして、膜厚２００ｎｍの第２電極３０７を形成した。以上の工程で本発明の第２実施例の太陽電池が作製できた。
このようにして得られた有機太陽電池は、従来品と比べて高い光電変換効率を示した。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の有機太陽電池によれば、電荷分離の面積が大きく、機能層の微粒子間の粒界がなくなり連続であるため、従来のバククヘテロ接合型太陽電池に比べキャリアの移動が円滑に行われる。このため、高い光電変換効率を得ることができる。
また、本発明の有機太陽電池の製造方法は、容易なプロセスによって微粒子の積層した構造を形成することができ、かつ高温プロセスを必要としない。
さらに、電子輸送層および／または正孔輸送層を導入することによって、機能層と電極のキャリアの移動が容易になり、さらなる光電変換効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機太陽電池の層構成を示す模式断面図である（実施例１）。
【図２】従来の有機太陽電池における微粒子集合体の構造を示す模式図（ａ）および本発明の有機太陽電池における微粒子融着積層構造を示す模式図（ｂ）である。
【図３】本発明の有機太陽電池の層構成を示す模式断面図である（実施例２）。
【符号の説明】
１０１ａ、１０１ｂ、３０１  基板（石英基板）
１０２ａ、１０２ｂ、３０２  第１電極（ＩＴＯ電極）
１０３ａ、１０３ｂ、２０３、３０４  微粒子融着積層構造の第１の有機材料
１０４ａ、１０４ｂ、３０５  微粒子融着積層構造の表面および／または空隙中に存在する第２の有機材料
１０５ａ、１０５ｂ、３０７  第２電極
３０３  正孔輸送層
３０６  電子輸送層
【図１】
2004342693.tif 000003
【図２】
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【図３】
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