(57)【要約】【課題】短絡電流の上昇の意味で光活性層と電極の間の電荷の移動が増加するように形成された光電池の提供。【解決手段】２個の分子成分、すなわち電子供与体および電子受容体、特に共役ポリマー成分およびフラーレン成分からなる光活性層（４）および光活性層（４）の両側に備えられた２つの金属電極（２，６）を有する光電池において、光活性層（４）と電極（２，６）の少なくとも１つの間に共役ポリマーからなる中間層（５）が備えられ、前記ポリマーが電極電位に相当するドーピングを有し、電子エネルギー帯域に関して価電子帯と伝導帯の間の少なくとも１．８ｅＶのエネルギーギャップを有することを特徴とする光電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の分子成分、すなわち電子供与体および電子受容体、特に共役ポリマー成分およびフラーレン成分からなる光活性層（４）および光活性層（４）の両側に備えられた２つの金属電極（２，６）を有する光電池において、光活性層（４）と電極（２，６）の少なくとも１つの間に共役ポリマーからなる中間層（５）が備えられ、前記ポリマーが電極電位に相当するドーピングを有し、電子エネルギー帯域に関して価電子帯と伝導帯の間の少なくとも１．８ｅＶのエネルギーギャップを有することを特徴とする光電池。
【請求項２】
中間層（５）がドーピングされたポリチオフェン誘導体からなる請求項１記載の光電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２個の分子成分、すなわち電子供与体および電子受容体、特に共役ポリマー成分およびフラーレン（Ｆｕｌｌｅｒｅｎ）成分からなる光活性層および光活性層の両側に備えられた２つの金属電極を有する光電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結合および二重結合が交互に連続する、延長したπ−電子系を有するプラスチックは共役プラスチックと呼ばれる。この共役プラスチックは電子エネルギーに関して半導体に匹敵するエネルギー帯域を有し、ドーピングにより非導電性の状態から金属導電性の状態に移行することができる。この共役プラスチックの例は、ポリフェニレン、ポリビニルフェニレン（ＰＰＶ）、ポリチオフェンまたはポリアニリンである。しかし共役ポリマーからなる光電池ポリマーセルのエネルギー変換効率は典型的に１０−３〜１０−２％である。この効率を改良するために、すでに電子供与体としてポリマー成分および電子受容体として他のポリマー成分を使用する２つの共役ポリマー成分からなる不均一の層が提案された（米国特許第５６７０７９１号明細書）。電子受容体としてフラーレン（Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、特にバックミンスターフラーレン（Ｂｕｃｋｍｉｎｓｔｅｒｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）Ｃ６０の使用により（米国特許第５４５４８８０号明細書）そのほかの通常の電荷担体再結合を十分に回避することができ、これがかなりの効率の上昇を生じた。良好な効率を達成するために、良好な電荷分離は必要であるが、十分でない条件である。それというのも分離した電荷が光電池の相当する電極に到達することを付加的に考慮しなければならないからである。この種の通常の光電池においてはインジウム／錫−酸化物（ＩＴＯ）からなる正孔が集まる電極およびアルミニウムからなる電子が集まる電極が有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５６７０７９１号明細書
【特許文献２】米国特許第５４５４８８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の課題は、冒頭に記載の形式の光電池を、短絡電流の上昇の意味で光活性層と電極の間の電荷の移動が増加するように形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、本発明により、光活性層と電極の少なくとも１つの間に共役ポリマーからなる中間層が備えられ、前記ポリマーが電極電位に相当するドーピングを有し、電子エネルギーに関して価電子帯と伝導帯の間の少なくとも１．８ｅＶのエネルギーギャップを有することにより解決される。
【０００６】
中間層の共役ポリマーは電極電位の意味でドーピングされ、これは正孔が集まる電極の領域で酸化ドーピングおよび電子が集まる電極の領域で還元ドーピンを意味するので、共役ポリマーは正孔が集まる電極の領域で正孔過剰を保証するが、電子が集まる電極の領域で電子過剰を保証し、酸化ドーピングポリマーの領域で正孔の伝導が支持され、還元ドーピングポリマーの領域で電子の伝導が支持される。しかしそれぞれの中間層の共役ポリマーは電子エネルギー帯域に関して価電子帯と伝導帯の間に少なくとも１.８ｅＶの比較的大きいエネルギーギャップを有するので、固有の伝導のための相当する高い活性化エネルギーが得られ、これが酸化ドーピングポリマー層の場合に光活性層から正孔が集まる電極への電子の伝導および還元ドーピング中間層の場合に光活性層から電子が集まる電極への正孔の伝導が回避される。従ってこの特別な中間層を使用して、それぞれ隣接する電極に集まる電荷担体の光活性層から電極への伝導を支持するが、反対の極の電荷の同じ方向の拡散を阻止する、弁作用が達成される。この特別な層の結果として、電極への電荷の伝導を相当して改良することができ、これは直接短絡電流の増加に作用する。使用する場合に応じて正孔が集まる電極と光活性層の間、電子が集まる電極と光活性層の間、または２つの電極の領域内にこの中間層を有する光電池を使用することができることは特に強調しなくてよい。
【０００７】
中間層を形成するために、種々の共役ポリマーを相当して酸化によりまたは還元によりドーピングできるにもかかわらず、中間層がドーピングしたポリチオフェン誘導体からなる場合に特に有利な状況が達成される。この場合にポリマーの語はホモポリマーおよびオリゴマーであると理解される。
【０００８】
本発明の対象は図面に例示的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の光電池の断面図である。
【図２】従来の光電池と本発明の光電池の電流−電圧特性曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１による光電池は光透過性ガラス支持体１を有し、この支持体の上にインジウム／錫−酸化物（ＩＴＯ）からなる電極層２が付着している。この電極層２は一般に比較的粗い表面構造を形成し、電極層は相当するドーピングにより導電性のポリマー、一般にＰＥＤＯＴからなる平滑層３で覆われている。この種の従来の光電池と異なり、本発明により、相当する正孔過剰を得るために、光活性層４は直接平滑層の上に付着せず、中間層５の上に付着し、中間層は、平滑層３に付着後にニトロソニウム−テトラフルオロボラートで酸化ドーピングされた共役ポリマー、有利にはポリ−３−アルキルチオフェンからなる。
【００１１】
中間層５の上に溶液の形で付着する光活性層４は電子供与体として共役ポリマー、有利にはポリチオフェン誘導体および電子受容体としてフラーレン、特に機能性フラーレンＰＣＢＭからなる。この場合にポリマーの語はホモポリマーおよびオリゴマーであると理解される。電子集積電極６はアルミニウムからなり、アルミニウムは示された実施例の場合に他の中間層を挿入せずに光活性層４の上に蒸着されるが、これは全く可能である。この場合に中間層の共役ポリマーは、相当する電子過剰を保証するために、電子が集まる電極６のマイナスの電位に相当して還元ドーピングすべきである。
【００１２】
価電子帯と伝導帯の間に少なくとも１．８ｅＶのエネルギーギャップを有する中間層５により、この比較的幅広いエネルギーギャップのために、光活性層４から中間層５への電子の浸入が困難であり、光活性層４と正孔が集まる電極２の間の正孔の伝導が損なわれない。中間層５の共役ポリマーの伝導帯は、例えばＰＥＤＯＴ層３と異なり光活性層４の電子受容体のエネルギー帯域より明らかに高いエネルギー水準に存在する。これは光活性層４から正孔が集まる電極２への単極の電荷移行を意味し、これは図２から理解できるような、相当する短絡電流の増加に認められる。この図２において、中間層５を除いて一致する構造のセルと比較した本発明の光電池に関して、模擬的ＡＭ１.５条件下で８０ｍＷ／ｃｍ２の励起エネルギーで、電圧Ｕに対して電流密度Ｉをプロットする。本発明の光電池に属する特性曲線７は電圧Ｕ＝０Ｖにおいて測定された短絡電流を生じるが、特性曲線８による比較セルの短絡電流の約２倍の大きさであることが示される。
【００１３】
光活性層４と電子が集まる電極６の間の中間層５の配置の場合に価電子帯の間隔が決定的であり、伝導帯の間隔が決定的でないことは詳しく説明しなくてよい。
【００１４】
電気的絶縁性の移行層６の作用が電子供与体として共約ポリマーおよび電子受容体としてフラーレンに限定されないので、本発明の作用は電子供与体および電子受容体からなる分子の二成分層を有するすべての光電池に認めることができる。
【符号の説明】
【００１５】
２  電極、  ４  光活性層、  ５  中間層、  ６  電極
【図１】
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【図２】
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