(57)【要約】【課題】本発明はポリマー太陽電池と、ポリマー太陽電池の製造方法に関する。【解決手段】ポリマー太陽電池は、順番に、陽極導電基板、ホールバッファ層、活性高分子層、電子バッファ層、および陰極を積層してなる、ホールバッファ層は、金属化合物ホストと金属化合物ホスト内にドープされたドープゲスト剤を含み、金属化合物ホストは酸化亜鉛、硫化亜鉛、および硫化カドミウムのうちから選択される材料で作成され、ドープゲスト剤はＬｉ２ＣＯ３，ＬｉＯ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、およびＬｉＢｒのうちから選択される材料で作成される。電子がより少ないリチウム化合物が金属化合物ホストにドープされることで、ホール輸送に役に立つｐ型ドープ層がポリマー太陽電池に形成される。ドープゲスト剤と金属化合物ホストは安定しており、陽極導電基板を腐食させず、将来の工業化生産に有利であり、かつ、効果的にポリマー太陽電池のエネルギー変換効率を高めることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極導電基板、ホールバッファ層、活性高分子層、電子バッファ層、陰極を順に積層してなるポリマー太陽電池であって、
前記ホールバッファ層は、金属化合物ホストと金属化合物ホスト内にドープされたドープゲスト剤を含み、金属化合物ホストは、酸化亜鉛、硫化亜鉛、および硫化カドミウムのうちから選択される材料で作成され、ドープゲスト剤は、炭酸リチウム、リチウム酸化物、ふっ化リチウム、塩化リチウム、および臭化リチウムのうちから選択される材料で作成され、
金属化合物ホスト中のドープゲスト剤の質量比の範囲は、１％〜１０％である、ポリマー太陽電池。
【請求項２】
前記ホールバッファ層の厚さの範囲は、２０ｎｍ〜１００ｎｍとする、
ことを特徴とする請求項１に記載のポリマー太陽電池。
【請求項３】
前記陽極導電基板は、インジウムすず酸化ガラス、フルオレンドープドすず酸化ガラス、アルミニウムドープド亜鉛酸化ガラス、およびインジウムドープド亜鉛酸化ガラスのうちから選択される材料で作成される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリマー太陽電池。
【請求項４】
前記活性高分子レイヤは、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物、およびＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物のうちから選択される材料で作成され、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物中のＰ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：０．８から１：１であり、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＯＤＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４であり、ＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＥＨ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４であり、活性高分子レイヤの厚さの範囲は、８０ｎｍから３００ｎｍの範囲である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリマー太陽電池。
【請求項５】
前記電子バッファ層は、ふっ化リチウム、ふっ化セシウム、および炭酸セシウムのうちから選択される材料で作成され、電子バッファ層の厚さの範囲は、０．５ｎｍから１０ｎｍの範囲である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリマー太陽電池。
【請求項６】
前記陰極は、アルミニウム、銀、金、およびプラチナのうちから選択される材料で作成され、陰極の厚さの範囲は、８０ｎｍから２５０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリマー太陽電池。
【請求項７】
ポリマー太陽電池の製造方法であって、
陽極導電基板をホトエッチングし、陽極導電基板の表面の不純を取り除くための洗浄ステップと、
金属化合物がホストとして使用され、リチウム化合物がドープゲスト剤として使用され、ホスト中のドープゲスト剤の質量比の範囲を１％から１０％として、電子ビーム技術、或いは、スパッタリングプロセスによりホトエッチングされた陽極導電基板上にホールバッファ層を形成するステップであって、前記金属化合物ホストは、酸化亜鉛、硫化亜鉛、および硫化カドミウムのうちから選択される材料で作成され、前記ドープゲスト剤は、炭酸リチウム、リチウム酸化物、ふっ化リチウム、塩化リチウム、および臭化リチウムのうちから選択される材料で作成されるステップと、
活性ポリマー層、電子バッファ層、および陰極をホールバッファ層に順番に形成するステップと、を含む、ポリマー太陽電池の製造方法。
【請求項８】
酸素プラズマ、又は、紫外オゾンを使用して、洗浄された陽極導電基板に表面処理が施される、
ことを特徴とする請求項請求項７に記載のポリマー太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記ホールバッファ層への活性ポリマー層の形成は、
スピンコーティングによりホールバッファ層にポリマー溶液をコーティングし、
活性高分子を形成するためにポリマー溶液を乾燥させてなされるものであり、
ポリマー溶液の溶質はＰ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物、およびＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物のうちから選択され、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物中のＰ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：０．８から１：１であり、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＯＤＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４であり、ＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＥＨ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４であり、
ポリマー溶液の溶媒は、トルエン、キシレン系、クロロベンゼン系、およびクロロホルムのうちから選択され、ポリマーの中の溶質の濃度の範囲は、８ｍｇ／ｍＬから３０ｍｇ／ｍＬとする、
ことを特徴とする請求項７に記載のポリマー太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
マグネトロンスパッタリング工程、或いは、蒸着プロセスにより、ふっ化リチウム、ふっ化セシウム、および炭酸セシウムのうちから選択された材料を活性ポリマー層の上に形成して、活性ポリマー層の上に電子バッファ層を形成し、
マグネトロンスパッタリング工程、或いは、蒸着プロセスにより、アルミニウム、銀、金、およびプラチナのうちから選択された材料を電子バッファ層の上に形成して、電子バッファ層の上に陰極を形成する、
ことを特徴とする請求項請求項７に記載のポリマー太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の分野に関連し、特にポリマー太陽電池、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８２年に、ワインバーガーら（Ｗｅｉｎｂｅｒｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）は、ポリアセチレンの光起電特性について研究し、最初の真の意味での太陽電池を製造した。それに続き、グレニスら（Ｇｌｅｎｉｓ  ｅｔ  ａｌ．）は、さまざまなポリチオフェンの太陽電池を製造した。これらの太陽電池は、開放電圧や光電変換効率がとても低いという問題があった。１９８６年になり、シー．ダブリュ．タンら（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）は、初めて、ｐ形半導体とｎ形半導体を二層構造のデバイス中に導入することで、光電流のレベルが大いに改良され、このことがマイルストーンとなって以来、有機ポリマー太陽電池が盛んに発展した。
【０００３】
１９９２年に、サリチフトチら（Ｓａｒｉｃｉｆｔｃｉ  ｅｔ  ａｌ．）によって、２−メトキシ−５−（２−エチル−ヘキシルオキシ）−１，４−スチレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）と複合体系の中に存在する高速光誘起電子の遷移現象が発見され、人々の関心を大きく集めた。１９９５年に、ユーら（Ｙｕ  ｅｔ  ａｌ．）は、活性層としてＭＥＨ−ＰＰＶとＣ６０誘導体ＰＣＢＭを混和して、有機ポリマーバルク・ヘテロ接合太陽電池を製造した。２０ｍＷ／ｃｍ２，４３０ｎｍの単色光の照射において、デバイスのエネルギー変換効率は、２．９％であり、これは、最初のポリマー材料とＰＣＢＭアクセプタによるバルク・ヘテロ接合太陽電池のものであり、そして、ネットワーク構造に相互浸透する複合膜の概念を提案するものである。これまでに、ポリマー太陽電池へのバルク・ヘテロ接合構造の応用は、迅速に発展してきた。この構造は現在、有機ポリマー太陽電池の構造として、広く使用されている。
【０００４】
ポリマー太陽電池の作動原理は主に４つのパートを有している。（１）光励起と励起子の生成；（２）励起子の拡散；（３）励起子の分列；（４）電荷の移動と収集。最初に、共役重合体は、入射光が照射される下で光子を吸収し、励起子が最高被占軌道（ＨＯＭＯ）から最低空軌道（ＬＵＭＯ）に移動し、励起子が生成される。励起子は、内部電場の作用を受けてドナー／アクセプタの界面に拡散し、自由電子とホールに分列し、電子はレセプターに移動して陰極に集められ、ホールはドナーを通じて陽極に集められ、結果光電流が発生される。
【０００５】
太陽電池で従来使用されるホールの緩衝材は、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリ（スチレンスルホナート）（ＰＳＳ）の混合水溶液であり、混合水溶液が陽極基板にスピンコーティングされるときに、混合水溶液が酸性であるため、ＩＴＯが腐食され、その結果、デバイスの寿命に影響することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に基づき、本発明は、より良い耐食性を有するポリマー太陽電池と、その製造方法を提供する必要がある。
【０００７】
ポリマー太陽電池は、順番に、陽極導電基板、ホールバッファ層、活性高分子層、電子バッファ層、および陰極を積層してなる。ホールバッファ層は、金属化合物ホストと金属化合物ホスト内にドープされたドープゲスト剤を含む。金属化合物ホストは酸化亜鉛、硫化亜鉛、および硫化カドミウムのうちから選択される材料で作成される。ドープゲスト剤はＬｉ２ＣＯ３，Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、およびＬｉＢｒのうちから選択される材料で作成される。金属化合物ホスト中のドープゲスト剤の質量比の範囲は、１％〜１０％である。
【０００８】
好適な実施例としては、ホールバッファ層の厚さの範囲は、２０ｎｍ〜１００ｎｍとする。
【０００９】
好適な実施例としては、陽極導電基板は、インジウムすず酸化ガラス、フルオレンドープドすず酸化ガラス、アルミニウムドープド亜鉛酸化ガラス、およびインジウムドープド亜鉛酸化ガラスのうちから選択される材料で作成される。
【００１０】
好適な実施例としては、活性高分子レイヤは、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物、およびＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物のうちから選択される材料で作成される。Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物中のＰ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：０．８から１：１であり、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＯＤＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４であり、ＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＥＨ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４である。活性高分子レイヤの厚さの範囲は、８０ｎｍから３００ｎｍの範囲である。
【００１１】
好適な実施例としては、電子バッファ層は、ふっ化リチウム、ふっ化セシウム、および炭酸セシウムのうちから選択される材料で作成される。電子バッファ層の厚さの範囲は、０．５ｎｍから１０ｎｍの範囲である。
【００１２】
好適な実施例としては、陰極はアルミニウム、銀、金、およびプラチナのうちから選択される材料で作成される。陰極の厚さの範囲は、８０ｎｍから２５０ｎｍである。
【００１３】
ポリマー太陽電池の製造方法は、以下のステップを含む。
【００１４】
陽極導電基板をホトエッチングし、陽極導電基板の表面の不純を取り除くための洗浄ステップ。
金属化合物がホストとして使用され、リチウム化合物がドープゲスト剤として使用され、ホスト中のドープゲスト剤の質量比の範囲を１％から１０％として、電子ビーム技術、或いは、スパッタリングプロセスによりホトエッチングされた陽極導電基板上にホールバッファ層を形成するステップ。ここで、金属化合物ホストは酸化亜鉛、硫化亜鉛、および硫化カドミウムのうちから選択される材料で作成される。また、ドープゲスト剤はＬｉ２ＣＯ３，Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、およびＬｉＢｒのうちから選択される材料で作成される。そして活性ポリマー層、電子バッファ層、および陰極をホールバッファ層に順番に形成する。
【００１５】
さらに好適な実施例では、
酸素プラズマ、又は、紫外オゾンを使用して、洗浄された陽極導電基板に表面処理が施される。
好適な実施例では、活性ポリマー層をホールバッファ層の上に形成する際に、スピンコーティングによりホールバッファ層にポリマー溶液をコーティングし、活性高分子を形成するためにポリマー溶液を乾燥させる。ポリマー溶液の溶質はＰ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物、およびＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物のうちから選択される。Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物中のＰ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：０．８から１：１であり、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＯＤＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４であり、ＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＥＨ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４である、ポリマー溶液の溶媒は、トルエン、キシレン系、クロロベンゼン系、およびクロロホルムのうちから選択され、ポリマーの中の溶質の濃度の範囲は、８ｍｇ／ｍＬから３０ｍｇ／ｍＬとする。
【００１６】
好適な実施例では、電子バッファ層を活性ポリマー層の上に形成する際に、マグネトロンスパッタリング工程、或いは、蒸着プロセスにより、ふっ化リチウム、ふっ化セシウム、および炭酸セシウムのうちから選択された材料を活性ポリマー層の上に形成する。
【００１７】
電子バッファ層への陰極の形成は、マグネトロンスパッタリング工程、或いは、蒸着プロセスにより、アルミニウム、銀、金、およびプラチナのうちから選択された材料を電子バッファ層の上に形成することで行われる。
【００１８】
ポリマー太陽電池では、ドープゲスト剤として、電子がより少ないリチウム化合物が金属化合物ホストにドープされることで、ホール輸送に役に立つｐ型ドープ層が形成される。ドープゲスト剤と金属化合物ホストは安定しており、その原料は容易に入手でき、安価であり、ドープ処理がシンプルであり、陽極導電基板を腐食させず、将来の工業的な生産に有利である。その上、ｐ型ドーピング層のドープ処理はホール輸送に有利であり、その結果、ホールの輸送速度がより高められる。さらに、陽極導電基板のホールを収集する速度を高めるのに有利であり、その結果、ポリマー太陽電池のエネルギー変換効率が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】は、ポリマー太陽電池の実施例の構造見取り図。
【図２】は、ポリマー太陽電池を製造方法の実施例のフローチャート。
【図３】は、従来のポリマー太陽電池と実施例１のポリマー太陽電池の電流密度と電圧の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、実施例と図面を参照し、ポリマー太陽電池とその製造方法について詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、一実施例としてのポリマー太陽電池１００は、陽極導電基板１１０，ホールバッファ層１２０，活性ポリマー層１３０，電子バッファ層１４０，及び、陰極１５０を順次に積層して有している。
【００２２】
陽極導電基板１１０は、インジウムすず酸化物ガラス（ＩＴＯ）、フルオレンドープすず酸化ガラス（ＦＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛ガラス（ＡＺＯ）、およびインジウムドープ酸化亜鉛ガラス（ＩＺＯ）のうちから選択される材料で作成される。
【００２３】
ホールバッファ層１２０は、金属化合物ホストと、金属化合物ホストにドープされたドープゲスト剤を含む。金属化合物ホストは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、および硫化カドミウム（ＣｄＳ）のうちから選択される材料で作成される。ドープゲスト剤は炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）、ふっ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、および臭化リチウム（ＬｉＢｒ）のうちから選択される材料で作成される。金属化合物ホスト中のドープゲスト剤の質量比の範囲は、１％〜１０％である。好ましくは、ホールバッファ層の厚さの範囲は、２０ｎｍ〜１００ｎｍとする。
【００２４】
好ましくは、活性ポリマー層１３０、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物、およびＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物のうちから選択される材料で作成される。Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物中のＰ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：０．８から１：１とする。ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＯＤＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４とする。ＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＥＨ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４とする。好ましくは、活性ポリマー層１３０の厚さの範囲は、８０ｎｍから３００ｎｍとする。さらに好ましくは、活性ポリマー層１３０は、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物で作られ、Ｐ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比は１：０．８であり、活性ポリマー層１３０の厚さは、１２０ｎｍとする。
【００２５】
電子バッファ層１４０は、ふっ化リチウム（ＬｉＦ）、ふっ化セシウム（ＣｓＦ）、および炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）のうちから選択される材料で作成される。電子バッファ層の厚さの範囲は、０．５ｎｍから１０ｎｍの範囲である。
【００２６】
陰極１５０は、アルミニウム（アルミニウム）、銀（Ａｇ系）、金（ゴールド）、およびプラチナ（白金）のうちから選択される材料で作成される。好ましくは、陰極１５０の厚さの範囲は、８０ｎｍから２５０ｎｍである。
【００２７】
ポリマー太陽電池１００では、ドープゲスト剤として、電子がより少ないリチウム化合物が電子が多い金属化合物ホストにドープされることで、ホール輸送に役に立つｐ型ドープ層が形成される。ドープゲスト剤と金属化合物ホストは安定しており、その原料は容易に入手でき、安価であり、ドープ処理がシンプルであり、陽極導電基板１１０を腐食させず、将来の工業的な生産に有利である。その上、ｐ型ドーピング層のドープ処理はホール輸送に有利であり、その結果、ホールの輸送速度がより高められる。さらに、陽極導電基板のホールを収集する速度を高めるのに有利であり、その結果、最終的にポリマー太陽電池１００のエネルギー変換効率が高められる。
【００２８】
図２に示すように、本実施例のポリマー太陽電池の製造方法には、以下のステップが含まれる。
【００２９】
ステップＳ１：陽極導電基板をフォトエッチングし、陽極導電基板の表面の不純物を取り除く洗浄をする。
【００３０】
陽極導電基板は、フォトエッチングされ、必要なサイズにカットされる。陽極導電基板は、洗浄剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、イソプロピルアルコールにおいて順にそれぞれ１５分間超音波洗浄され、基板表面上の不純物が除去される。
【００３１】
好適な実施例では、ステップＳ１の後に、陽極導電基板は、酸素プラズマ、或いは、紫外オゾンを使って表面処理される。ここで、酸素プラズマ処理は、５分から１５分間、１０Ｗから５０Ｗのパワーで実行することができ、紫外オゾン処理を、５分から２０分間などで実行することができ、これにより、陽極導電基板の表面改質が行われ、その後に形成される層間との結合が強められる。
【００３２】
ステップＳ２：ホールバッファ層は、電子ビーム技術、或いは、スパッタリングプロセスにより、フォトエッチングされた陽極導電基板の上に形成される。ホールバッファ層では、金属化合物はホストとして使用され、リチウム化合物がドープゲスト剤として使用され、ホスト中のドープゲスト剤の質量比の範囲は、１％から１０％とする。
【００３３】
金属化合物ホストは酸化亜鉛、硫化亜鉛、および硫化カドミウムのうちから選択される材料で作成される。リチウム化合物は、Ｌｉ２ＣＯ３，Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、およびＬｉＢｒのうちから選択される材料で作成される。製造される、ホールバッファ層の厚さの範囲は、２０ｎｍ〜１００ｎｍとする。
【００３４】
ステップＳ３：活性ポリマー層、電子バッファ層、および陰極をホールバッファ層に順番に形成する。
【００３５】
ホールバッファ層上に活性ポリマー層を形成する際に、ポリマー溶液がホールバッファ層上にスピンコーティングでコーティングされ、ポリマー溶液は乾燥されて、活性ポリマー層が形成される。活性ポリマー層の厚さの範囲は、８０ｎｍから３００ｎｍにコントロールされ、望ましくは、活性ポリマー層の厚さは１２０ｎｍとする。
【００３６】
ポリマー溶液の溶質はＰ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物、ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物、およびＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物のうちから選択される。Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物中のＰ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：０．８から１：１とする。ＭＯＤＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＯＤＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４とする。ＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭの混合物中のＭＥＨ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比の範囲は１：１から１：４とする。ポリマー溶液の溶媒は、トルエン、キシレン系、クロロベンゼン系、およびクロロホルムのうちから選択され、ポリマーの中の溶質の濃度の範囲は、８ｍｇ／ｍＬから３０ｍｇ／ｍＬとする。好ましくは、ポリマー溶液はＰ３ＨＴとＰＣＢＭの混合物のクロロベンゼン溶液であり、Ｐ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比は１：０．８とし、溶質の濃度は２４ｍｇ／ｍＬとする。
【００３７】
ポリマー溶液の乾燥は、５０℃から２００℃の温度で５分から１００分のアニーリング、或いは、２４時間から４８時間室温下に放置することで実施できる。好ましくは、３０分間、１００℃の温度でアニーリングすることである。
【００３８】
マグネトロンスパッタリング工程、或いは、蒸着プロセスにより、ふっ化リチウム、ふっ化セシウム、および炭酸セシウムのうちから選択された材料を活性ポリマー層の上に形成することで、活性ポリマー層の上に、電子バッファ層を形成する。好ましくは、電子バッファ層は蒸着プロセスによって形成される。電子バッファ層の厚さの範囲は、０．５ｎｍから１０ｎｍにコントロールされる。例えば、０．７ｎｍの厚さがあるふっ化リチウム層を活性ポリマー層の上に蒸着プロセスにて形成することができる。
【００３９】
電子バッファ層への陰極の形成は、マグネトロンスパッタリング工程、或いは、蒸発プロセスにより、アルミニウム、銀、金、およびプラチナのうちから選択された材料を電子バッファ層の上に形成することで行われる。好ましくは、陰極は蒸着プロセスによって形成される。陰極の厚さの範囲は、８０ｎｍから２５０ｎｍにコントロールされる。例えば、１５０ｎｍの厚さのアルミニウム層を蒸着プロセスにて蒸着して陰極を形成することができる。
【００４０】
以上の製造プロセスの原理は簡単であり、材料は容易に入手することができ、広範に応用することができる。
【００４１】
以下では具体的な例を述べる、
各例で使用される試験機器は、以下の通りである。
【００４２】
高真空コーティング装置（瀋陽科学機器研究センター株式会社、圧力＜１×１０−３Ｐａ）、電流−電圧テスター（米国キース社、Ｍｏｄｅｌ：２６０２）、５００Ｗキセノンランプ（Ｏｓｒａｍ）とＡＭ１．５フィルタと組み合わせて太陽光を模擬するための白色光源。
【００４３】
実施例１
ポリマー太陽電池：ＩＴＯ／ＺｎＯ：Ｌｉ２ＣＯ３／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＬｉＦ／Ａｌ
製造工程は以下のとおりである。
【００４４】
まず、ＩＴＯはフォトエッチング処理され、必要なサイズに分離され、洗剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、およびイソプロピルアルコールを用い、それぞれ１５分超音波にて洗浄し、ＩＴＯ表面の不純物を除去する。導電基板は酸素プラズマ処理され、この処理時間は５分であり、パワーは１０Ｗとする。
【００４５】
６０ｎｍの厚さのホールバッファ層は、電子ビーム技術でＩＴＯの表面に形成され、ＺｎＯがホストとして、Ｌｉ２ＣＯ３がドープゲスト剤として使用され、ＺｎＯに対するＬｉ２ＣＯ３の質量比は６％である。
【００４６】
Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭを混合したクロロベンゼン溶液が、ホールバッファ層にスピンコートされ、１００℃の温度で３０分間乾燥され、１２０ｎｍの厚さの活性ポリマー層が形成される。Ｐ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比は、１：０．８であり、溶質濃度は２４ｍｇ／ｍＬである。
０．７ｎｍの厚さのＬｉＦが、蒸着プロセスによって活性ポリマー層に蒸着される。
１５０ｎｍの厚さのアルミニウムは陰極として蒸着プロセスによって蒸着され、これにより、ポリマー太陽電池が形成される。
【００４７】
図３は、実施例１のＩＴＯ／ＺｎＯ：Ｌｉ２ＣＯ３／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＬｉＦ／Ａｌ（曲線１）からなるポリマー太陽電池と、従来のＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＬｉＦ／Ａｌ（曲線２）からなるポリマー太陽電池について、電流密度と電圧の関係を示すグラフである。その結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
図３から明らかなように、従来のポリマー太陽電池の電流密度が４．７８ｍＡ／ｃｍ２であるのに対し、実施例１のホールバッファ層があるポリマー太陽電池の電流密度は、６．６７ｍＡ／ｃｍ２に増加した。この結果は、金属化合物ホストにリチウム化合物がドープされることにより、ホールの輸送速度が効果的に改良され、これにより、より多くのホールが陽極に収集され、ポリマー太陽電池のエネルギー変換効率が最終的に高められることを証明する。従来のポリマー太陽電池のエネルギー変換効率は１．１９％であり、実施例１のポリマー太陽電池のエネルギー変換効率は１．７５％である。
【００５０】
以下の実施例の発光スペクトルは実施例１と同様であり、発光要素は同様のルミネセンス強度があり、以下では再度の説明は行なわないものとする。
【００５１】
実施例２
ポリマー太陽電池：ＩＺＯ／ＺｎＳ：Ｌｉ２Ｏ／ＭＥＨ−ＰＰＶ：ＰＣＢＭ／ＣｓＦ／Ａｇ
製造工程は以下のとおりである：
まず、ＩＺＯはフォトエッチング処理され、必要なサイズに分離され、洗剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、およびイソプロピルアルコールを用い、それぞれ１５分超音波にて洗浄し、ＩＺＯ表面の不純物を除去する。導電基板は酸素プラズマ処理され、この処理時間は１０分であり、パワーは５０Ｗとする。
【００５２】
１００ｎｍの厚さのホールバッファ層は、マグネトロンスパッタリングプロセスでＩＺＯの表面に形成され、ＺｎＳがホストとして、Ｌｉ２Ｏがドープゲスト剤として使用され、ＺｎＳに対するＬｉ２Ｏの質量比は１０％である。
【００５３】
ＭＥＨ−ＰＰＶとＰＣＢＭを混合したキシレン溶液が、ホールバッファ層にスピンコートされ、７０℃の温度で１００分間乾燥され、３００ｎｍの厚さの活性ポリマー層が形成される。混合物中のＭＥＨ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比は１：４であり、溶質濃度は３０ｍｇ／ｍＬである。
１０ｎｍの厚さのＣｓＦが、蒸着プロセスによって活性ポリマー層に蒸着される。
８０ｎｍの厚さの銀は陰極として蒸着プロセスによって蒸着され、これにより、ポリマー太陽電池が形成される。
【００５４】
実施例３
ポリマー太陽電池：ＦＴＯ／ＣｄＳ：ＬｉＣｌ／ＭＤＭＯ−ＰＰＶ：ＰＣＢＭ／ＬｉＦ／Ａｕ
製造工程は以下のとおりである。
【００５５】
まず、ＦＴＯはフォトエッチング処理され、必要なサイズに分離され、洗剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、およびイソプロピルアルコールを用い、それぞれ１５分超音波にて洗浄し、ＦＴＯ表面の不純物を除去する。導電基板は酸素プラズマ処理され、この処理時間は１５分であり、パワーは３０Ｗとする。
【００５６】
１０ｎｍの厚さのホールバッファ層は、電子ビーム技術でＦＴＯの表面に形成され、ＣｄＳがホストとして、ＬｉＣｌがドープゲスト剤として使用され、ＣｄＳに対するＬｉＣｌの質量比は１％である。
【００５７】
ＭＤＭＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭを混合したクロロベンゼン溶液が、ホールバッファ層にスピンコートされ、２００℃の温度で１０分間乾燥され、１５００ｎｍの厚さの活性ポリマー層が形成される。混合物中のＭＤＭＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比は１：３であり、溶質濃度は８ｍｇ／ｍＬである。
０．５ｎｍの厚さのＬｉＦが、蒸着プロセスによって活性ポリマー層に蒸着される。
２５０ｎｍの厚さの金は陰極として蒸着プロセスによって蒸着され、これにより、ポリマー太陽電池が形成される。
【００５８】
実施例４
ポリマー太陽電池：ＡＺＯ／ＺｎＳ：ＬｉＢｒ／Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ／ＣｓＦ／Ａｇ
製造工程は以下のとおりである。
【００５９】
まず、ＡＺＯはフォトエッチング処理され、必要なサイズに分離され、洗剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、およびイソプロピルアルコールを用い、それぞれ１５分超音波にて洗浄し、ＡＺＯ表面の不純物を除去する。導電基板は酸素プラズマ処理され、この処理時間は８分であり、パワーは４０Ｗとする。
【００６０】
８０ｎｍの厚さのホールバッファ層は、マグネトロンスパッタリングプロセスでＡＺＯの表面に形成され、ＺｎＳがホストとして、ＬｉＢｒがドープゲスト剤として使用され、ＺｎＳに対するＬｉＢｒの質量比は５％である。
【００６１】
Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭを混合したクロロベンゼン溶液が、ホールバッファ層にスピンコートされ、室温で２４時間乾燥され、８０ｎｍの厚さの活性ポリマー層が形成される。混合物中のＰ３ＨＴのＰＣＢＭに対する質量比は１：３であり、溶質濃度は１８ｍｇ／ｍＬである。
１０ｎｍの厚さのＣｓＦが、蒸着プロセスによって活性ポリマー層に蒸着される。
８０ｎｍの厚さの銀は陰極として蒸着プロセスによって蒸着され、これにより、ポリマー太陽電池が形成される。
【００６２】
実施例５
ポリマー太陽電池：ＩＴＯ／ＺｎＯ：ＬｉＦ／ＭＤＭＯ−ＰＰＶ：ＰＣＢＭ／ＣｓＦ／Ａｌ
製造工程は以下のとおりである。
【００６３】
まず、ＩＴＯはフォトエッチング処理され、必要なサイズに分離され、洗剤、脱イオン水、アセトン、エタノール、およびイソプロピルアルコールを用い、それぞれ１５分超音波にて洗浄し、ＩＴＯ表面の不純物を除去する。導電基板は酸素プラズマ処理され、この処理時間は１２分であり、パワーは２０Ｗとする。
【００６４】
９０ｎｍの厚さのホールバッファ層は、電子ビーム技術でＩＴＯの表面に形成され、ＺｎＯがホストとして、ＬｉＦがドープゲスト剤として使用され、ＺｎＯに対するＬｉＦの質量比は７％である。
【００６５】
ＭＤＭＯ−ＰＰＶとＰＣＢＭを混合したクロロベンゼン溶液が、ホールバッファ層にスピンコートされ、１００℃の温度で80分間乾燥され、１００ｎｍの厚さの活性ポリマー層が形成される。混合物中のＭＤＭＯ−ＰＰＶのＰＣＢＭに対する質量比は１：２であり、溶質濃度は２０ｍｇ／ｍＬである。
１０ｎｍの厚さのＣｓＦが、蒸着プロセスによって活性ポリマー層に蒸着される。
２００ｎｍの厚さのアルミニウムは陰極として蒸着プロセスによって蒸着され、これにより、ポリマー太陽電池が形成される。
【００６６】
以上に述べた実施例は、本発明のいくつかの実施例を述べたものに過ぎず、具体的に、また、詳細なものとしたものであるが、本発明の権利範囲を制限するものと理解してはならない。本発明の当業者について言えば、本発明の思想を逸脱しない限りは、若干の変更や改良が可能であり、これらは全て本発明の保護範囲に含まれることは、ここで当然に指摘しておく。したがって、本発明の特許の保護範囲は、請求の範囲に記載されているものに基づくものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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