(57)【要約】【課題】有機薄膜太陽電池において、バルクヘテロ構造を用いることなく、高い発電性能を実現する。【解決手段】有機薄膜太陽電池１０は、透明電極１４ａと、複数の微小突起を形成するように透明電極１４ａの電極面上に設けられたバッファ層１６と、第１の有機薄膜層１８と、第２の有機薄膜層２０と、金属電極１４ｂとを備える。バッファ層１６は、第１の有機薄膜層１８を形成する材料に相互作用を及ぼす材料から形成されており、第１の有機薄膜層１８が、電極面に第１の有機薄膜層１８を直接的に積層させる場合よりも第１の有機薄膜層１８を形成する材料の分子を電極面と平行に近づく方向に傾いて配向させた状態でバッファ層１６の複数の微小突起の各々の周囲を覆って柱状体を形成するようにバッファ層１６上に積層されている。柱状体により第１の有機薄膜層１８と第２の有機薄膜層２０とは山谷構造の界面を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極の間に、互いに隣接して積層された第１の有機薄膜層及び第２の有機薄膜層を有する有機薄膜太陽電池であって、
複数の微小突起を形成するように前記一対の電極の一方の電極面上に設けられたバッファ層をさらに備え、前記第１の有機薄膜層が、前記電極面に前記第１の有機薄膜層を直接的に積層させる場合よりも前記第１の有機薄膜層を形成する材料の分子を前記電極面と平行に近づく方向に傾いて配向させた状態で前記バッファ層の前記複数の微小突起の各々の周囲を覆って柱状体を形成するように前記バッファ層上に積層されていることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記バッファ層が前記第１の有機薄膜層を形成する材料に相互作用を及ぼす材料から形成されており、前記第１の有機薄膜層を構成する材料の分子が、前記バッファ層の材料との前記相互作用により前記電極面と平行に近づく方向に傾いて配向されている、請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記バッファ層を形成する材料は無機半導体材料である、請求項１又は請求項２に記載の有機薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記無機半導体材料はヨウ化銅である、請求項３に記載の有機薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記第１の有機薄膜層を形成する材料はフタロシアニン系化合物である、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の有機薄膜太陽電池。
【請求項６】
一対の電極の間に、互いに隣接して積層された第１の有機薄膜層及び第２の有機薄膜層を有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記一対の電極の一方の電極面上に、複数の微小突起を形成するように、前記第１の有機薄膜層を形成する第１の有機薄膜層材料の分子と相互作用を有する材料からなるバッファ層を設けるステップと、
前記バッファ層上に第１の有機薄膜層材料を蒸着して、前記バッファ層の材料との相互作用により、前記電極面に前記第１の有機薄膜層材料を直接的に積層させる場合よりも前記第１の有機薄膜層材料の分子を前記電極面と平行に近づく方向に傾いて配向させた状態で、前記複数の微小突起の各々の周囲を覆って柱状体を形成するように第１の有機薄膜層材料を積層させ、第１の有機薄膜層を形成するステップと、
前記第１の有機薄膜層上に第１の有機薄膜層材料と異種の第２の有機薄膜層材料を積層させ、第２の有機薄膜層を形成するステップと、
前記第２の有機薄膜層上に前記一対の電極の他方を配置するステップと、
を含む有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記バッファ層は、前記第１の有機薄膜層材料の分子と相互作用を有する材料を斜め蒸着することによって形成される、請求項６に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記バッファ層を形成する材料は無機半導体材料である、請求項６又は請求項７に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記無機半導体材料はヨウ化銅である、請求項８に記載の有機薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記第１の有機薄膜層材料はフタロシアニン系化合物である、請求項６から請求項９の何れか一項に記載の有機薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極の間に、互いに隣接して積層された第１の有機薄膜層及び第２の有機薄膜層を有する有機薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜太陽電池は、電極上に、電子供与体及び電子受容体として機能する異種の有機半導体材料を製膜して積層することによって作製される。例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などからなる透明電極の上に有機半導体層として異種の有機半導体材料を製膜して積層し、その上に、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）などからなる金属電極を製膜する。各層は、厚さが数ナノメートルから数百ナノメートル程度の極薄膜である。
【０００３】
有機半導体の製膜にあたっては、フタロシアニン系化合物（ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃなど）、オリゴチオフェン誘導体、ペンタセン、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０などの低分子半導体材料のように溶媒に不溶の材料が用いられる場合には、真空蒸着などの蒸着法が用いられ、高分子半導体材料のように溶媒に可溶な材料が用いられる場合には、キャスト、スピンコート、印刷などの塗布法が用いられることが一般的である。
【０００４】
特に、低分子半導体材料のように蒸着法が用いられる場合には、蒸着される半導体材料分子の配向（電極面に対して垂直方向に立っているか平行方向に寝ているか）や結晶性が有機薄膜太陽電池の性能に影響を与え、その制御が重要となる。例えば、有機薄膜太陽電池に用いられることが多いフタロシアニン系化合物は、分子が透明電極やガラス基板の面に対して寝た状態（すなわち平行又は平行に近い状態）に配向されて並んでいる方が光吸収がよくなり、有機薄膜太陽電池の発電電流が大きくなることが知られている。しかしながら、フタロシアニン系化合物は、ＩＴＯなどの透明電極やガラス基板上に製膜すると、分子が透明電極やガラス基板の面に対して立った状態（すなわち垂直又は垂直に近い状態）に配向されて並んでしまう。そこで、非特許文献１は、ガラス基板上にヨウ化銅（ＣｕI）の連続膜からなる平坦な表面のバッファ層を製膜した後に、バッファ層の上にフタロシアニン系化合物を製膜する方法を提案している。このように、ヨウ化銅からなるバッファ層上にフタロシアニン系化合物を製膜すると、ヨウ化銅とフタロシアンニン系化合物分子との間の相互作用により、フタロシアニン化合物の分子を寝かせた状態に配向させ、光吸収を向上させることができる。
【０００５】
また、有機薄膜太陽電池では、ｐ型有機半導体膜とｎ型有機半導体膜とのｐ−ｎ接合界面において電荷分離が起こり、一般的に、ｐ−ｎ接合界面の面積を増やすことで、電荷移動が円滑になって発電効率が向上する傾向がある。このため、特許文献１に記載の有機薄膜太陽電池のように、ｐ−ｎ接合界面が凹凸を有するように形成する技術が提案されている。また、ｐ−ｎ接合界面の面積をより増加させる方法として、例えば特許文献２に記載の有機薄膜太陽電池のように、共蒸着によってｐ型半導体とｎ型半導体を混合するバルクヘテロ接合層を形成する技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７３７１７号公報
【特許文献２】特開２００９−１５８７３０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ChuanHui Cheng，Jin Wang，Guo Tong Du，Shao Hua Shi，Zhi Jie Du，Zhao Qi Fan，Ji Ming Bian，and MinShuai Wang，"Organicsolar cells with remarkable enhanced efficiency by using a CuIbuffer to control the molecular orientation and modify the anode"，APPLIED PHYSICS LETTERS 97，2010，pp083305
【非特許文献２】K.Robbie，J.C.Sit，and M.J.Brett，"Advancedtechniques for glancing angle deposition"，J．Vas．Sci．Technol．B，Vol.16，No.3，May/Jun1998，pp1115-1122
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、有機薄膜太陽電池の光電変換効率を高めるためには、バルクヘテロ接合層を形成することによりｐ−ｎ接合界面の面積を増やすことが有効となる。しかしながら、用いる材料によっては共蒸着ではバルクヘテロ構造をとらないという問題や共蒸着のプロセスが煩雑で実用的ではないという問題がある。また、バルクヘテロ接合層では、異種分子の一部が孤立した状態となってしまい、キャリア移動ができなくなってしまうという問題もある。
【０００９】
よって、本発明の目的は、有機薄膜太陽電池において、バルクヘテロ構造を用いることなく、高い発電性能を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的に鑑み、本発明は、一対の電極の間に、互いに隣接して積層された第１の有機薄膜層及び第２の有機薄膜層を有する有機薄膜太陽電池であって、複数の微小突起を形成するように前記一対の電極の一方の電極面上に設けられたバッファ層をさらに備え、前記第１の有機薄膜層が、前記電極面に前記第１の有機薄膜層を直接的に積層させる場合よりも前記第１の有機薄膜層を形成する材料の分子を前記電極面と平行に近づく方向に傾いて配向させた状態で前記バッファ層の前記複数の微小突起の各々の周囲を覆って柱状体を形成するように前記バッファ層上に積層されている有機薄膜太陽電池を提供する。
【００１１】
上記有機薄膜太陽電池では、バッファ層の上に形成される第１の有機薄膜層を形成する材料の分子が、電極面に第１の有機薄膜層を直接的に積層する場合よりも電極面に対して寝た状態すなわち電極面と平行に近づく方向に傾いた状態で配向されているので、光吸収性を高めることができる。また、バッファ層の上に積層される第１の有機薄膜層は、バッファ層の複数の微小突起の各々の周囲を覆って柱状体を形成しているので、第１の有機薄膜層とその上に積層される第２の有機薄膜層との界面には微小な凹凸を有した山谷構造が形成され、両層の接触面積が増加する。また、孤立した状態の領域が形成されることもない。したがって、電荷移動が円滑になって有機薄膜太陽電池の発電効率が向上される。
【００１２】
上記有機薄膜太陽電池では、前記バッファ層が前記第１の有機薄膜層を形成する材料に相互作用を及ぼす材料から形成されており、前記第１の有機薄膜層を構成する材料の分子が、前記バッファ層の材料との前記相互作用により前記電極面と平行に近づく方向に傾いて配向されていることが好ましい。
【００１３】
上記有機薄膜太陽電池では、前記バッファ層を形成する材料は無機半導体材料であることが好ましく、前記無機半導体材料はヨウ化銅であることがさらに好ましい。
【００１４】
また、前記第１の有機薄膜層を形成する材料はフタロシアニン系化合物であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、一対の電極の間に、互いに隣接して積層された第１の有機薄膜層及び第２の有機薄膜層を有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、前記一対の電極の一方の電極面上に、複数の微小突起を形成するように、前記第１の有機薄膜層を形成する第１の有機薄膜層材料の分子と相互作用を有する材料からなるバッファ層を設けるステップと、前記バッファ層上に第１の有機薄膜層材料を蒸着して、前記バッファ層の材料との相互作用により、前記電極面に前記第１の有機薄膜層材料を直接的に積層させる場合よりも前記第１の有機薄膜層材料の分子を前記電極面と平行に近づく方向に傾いて配向させた状態で、前記複数の微小突起の各々の周囲を覆って柱状体を形成するように第１の有機薄膜材料を積層させ、第１の有機薄膜層を形成するステップと、前記第１の有機薄膜層上に第１の有機薄膜層材料と異種の第２の有機薄膜層材料を積層させ、第２の有機薄膜層を形成するステップと、前記第２の有機薄膜層上に前記一対の電極の他方を配置するステップとを含む有機薄膜太陽電池の製造方法を提供する。
【００１６】
上記有機薄膜太陽電池の製造方法では、電極面の上に第１の有機薄膜層材料に相互作用を及ぼす材料からなるバッファ層を設けた後に、バッファ層の上に第１の有機薄膜層材料を蒸着して第１の有機薄膜層を積層するので、第１の有機薄膜層材料の分子が、バッファ層の材料との相互作用により、電極面に第１の有機薄膜層材料を直接的に積層する場合よりも電極面と平行に近づいた状態すなわち寝た状態に配向される。さらに、バッファ層は電極面に複数の微小突起を形成するように電極面上に積層されているので、その上に第１の有機薄膜層材料を蒸着すると、バッファ層の複数の微小突起の各々の周囲を覆うように微小な柱状体を形成する。このようにして形成された第１の有機薄膜層の上に第２の有機薄膜層を積層させると、上述したようにして形成された柱状体により、第１の有機薄膜層と第２の有機薄膜層との界面に微小な凹凸を有した山谷構造が形成され、両層の接触面積が増加する。また、孤立した状態の領域が形成されることもない。したがって、電荷移動が円滑になって有機薄膜太陽電池の発電効率が向上される。
【００１７】
上記有機薄膜太陽電池において、前記バッファ層は、前記第１の有機薄膜層材料の分子と相互作用を有する材料を斜め蒸着することによって形成されることが好ましい。
【００１８】
また、前記バッファ層を形成する材料は無機半導体材料であることが好ましく、前記無機半導体材料はヨウ化銅であることがさらに好ましい。
【００１９】
また、前記第１の有機薄膜層材料はフタロシアニン系化合物であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１の有機薄膜層に柱状体が形成され、第１の有機薄膜層と第２の有機薄膜層との界面に山谷構造が形成されて、両層の接触面積が増加し、しかも孤立した領域が形成されないので、電荷移動が円滑になって有機薄膜太陽電池の発電効率が向上される。また、第１の有機薄膜層を形成する材料が電極面に対して寝た状態に近づくように配向されているので、光吸収性が高められ、発電電流を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による有機薄膜太陽電池を示す全体構成図である。
【図２】フタロシアニン系化合物の一例であるＺｎＰｃの分子の配向を示す概念図である。
【図３】本発明による有機薄膜太陽電池の製造手順を示す図である。
【図４】従来の蒸着方法と斜め蒸着法とを対比して示す説明図である。
【図５】有機薄膜太陽電池の様々な構造を対比する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明による有機薄膜太陽電池を説明する。
【００２３】
最初に、図１を参照して、本発明による有機薄膜太陽電池の全体構成を説明する。
有機薄膜太陽電池１０は、基板１２と、対向する一対の電極１４と、バッファ層１６と、第１の有機薄膜層１８と、第２の有機薄膜層２０とを備える。各層は、厚さが数十ナノメートルから数百ナノメートル程度の極薄膜である。
【００２４】
基板１２としては、ガラス基板が用いられることが一般的であるが、透明プラスチック基板などを用いることもできる。有機薄膜太陽電池１０では、この基板を透過した光を内部に入射させ、第１の有機薄膜層１８及び第２の有機薄膜層２０によって光を電気に変換して、一対の電極１４から電気を取り出す。なお、基板１２は必須の構成ではなく、これを省略してもよい。
【００２５】
一対の電極１４の材料は特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔなどの金属、Ｍｇ／Ａｇ混合物、Ａｌ/ＬｉＦ混合物などの金属混合物、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：フッ素ドープ酸化スズ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ：インジウムドープ酸化亜鉛）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ：アルミニウムドープ酸化亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの金属酸化物、カーボンナノチューブ、Ｓｉ（シリコン）などによって作製された導電膜が一対の電極１４として用いられる。基板１２側から入射する光を内部へ透過させるために、一対の電極１４は、透明電極１４ａと金属電極１４ｂとによって構成され、透明電極１４ａが基板１２側に配置することが好ましい。この場合、透明電極１４ａは、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯなどによって形成し、金属電極１４ｂは、例えば、Ａｌ、Ａｕ，Ａｇ、Ｃｒ、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などによって形成すればよい。
【００２６】
バッファ層１６は、第１の有機薄膜層１８に相互作用を及ぼす材料によって形成されたナノロッドシートであり、一対の電極１４の一方（例えば透明電極１４ａ）の電極面上に、多数の微小突起１６ａを形成するように設けられる。バッファ層１６の材料としては、ＣｕＩ（ヨウ化銅）を使用することが好ましいが、第１の有機薄膜材料に相互作用を及ぼすことができる材料であれば、例えば、金、銀、アルミニウム、ニッケル、インジウム、カルシウム、セシウムなどの金属や、ＭｏＯｘ（酸化モリブデン）、ＮｉＯ（酸化ニッケル）などの金属酸化物、ＢｉＳｘ（硫化ビスマス）、ＰｂＳ（硫化鉛）などの硫化物を使用してもよい。
【００２７】
第１の有機薄膜層１８と第２の有機薄膜層２０は、電子供与体及び電子受容体として機能する異種の有機半導体材料によって形成されている。
【００２８】
第１の有機薄膜層１８は、ｐ型有機半導体材料によって形成されており、バッファ層１６の複数の微小突起１６ａの各々の周囲を覆って柱状体を形成するようにバッファ層１６上に積層され、第１の有機薄膜層１８の表面（バッファ層１６と反対側の面）には多数の微小な凹凸が形成されている。ここで、「柱状体」には、略錘形状を有したものも含まれるものとする。また、第１の有機薄膜層１８を形成するｐ型有機半導体材料の分子は、一対の電極１４の電極面に対して寝た方向に配向されている。これにより、例えば非特許文献１に記載されているように、第１の有機薄膜層材料として用いられるｐ型有機半導体は光吸収性が向上し有機薄膜太陽電池１０からの出力電流が増加する効果を奏する。一方、第２の有機薄膜層２０は、ｎ型有機半導体材料によって形成されており、第１の有機薄膜層２０の上に積層され、第１の有機薄膜層１８と第２の有機薄膜層２０との界面に、多数の微小凹凸が噛み合った山谷構造を形成している。
【００２９】
なお、本願において「寝た方向」及び「寝た状態」とは、図２に示されているように、第１の有機薄膜層材料（すなわちｐ型有機半導体材料）の分子が、一対の電極１４の電極面に第１の有機薄膜材料を直接的に積層させる場合よりも第１の有機薄膜層材料の分子を電極面と平行に近づく方向に配向させた状態を意味する。
【００３０】
第１の有機薄膜層１８のｐ型有機半導体材料としては、フタロシアニン系化合物（ＣｕＰｃ、ＺｎＰｃなど）、サブフタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ポルフィリン誘導体、アセン系分子（ペンタセン、ペンタセン誘導体、テトラセン、テトラセン誘導体など）、オリゴチオフェエン誘導体などを用いることができる。また、第２の有機薄膜層２０のｎ型有機半導体としては、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体などを用いることができる。
【００３１】
次に、図３を参照して、図１に示されている有機薄膜太陽電池１０の製造方法について説明する。なお、図３では、基板１２を省略しているが一対の電極の一方に隣接して設ければよい。
最初に、図３（ａ）に示されている一対の電極１４の一方の電極面上に、図３（ｂ）に示されているように、多数の微小突起を形成するようにバッファ層１６を設ける。多数の微小突起を形成するようにバッファ層１６を設けるには、好ましくは、図４に示されているように、斜め蒸着法（非特許文献２を参照）を用いて、第１の有機薄膜層１８に相互作用を及ぼす材料（以下では、単にバッファ層材料と記載する。）を一対の電極１４の一方の電極面上に蒸着する。
【００３２】
通常の蒸着法では、蒸着室内において、隣接して電極を備える基板が蒸着源に対して垂直（蒸着源と基板及び電極とを結ぶ直線が電極面に垂直になる方向）となるように配置されているのに対して、斜め蒸着法では、蒸着室内において、隣接して電極を備える基板が蒸着源に対して斜め（蒸着源と基板及び電極とを結ぶ直線が電極面に対して非垂直となる方向）となるように配置される。そして、真空ポンプを作動させて蒸着室内を真空化すると共に蒸着源を加熱して蒸着源からバッファ層材料の蒸気を発生させ、発生したバッファ層材料の蒸気を基板に隣接して設けられた電極の電極面上に蒸着させる。
【００３３】
このようにして、斜め蒸着法により一対の電極１４の一方の電極面上にバッファ層材料を蒸着すると、非特許文献２などに記載されているように、バッファ層材料は電極面上に無数の微小突起が並んだ微細構造（ナノロッドシート）を形成する。また、斜め蒸着の角度（０〜９０°）や製膜速度（０.００１〜１０Ａ／ｓ）、膜厚等を制御することによって微細構造（ナノロッドシート）の形状を制御することができる。
【００３４】
しかしながら、多数の微小突起を形成するようにバッファ層１６を設ける方法は、斜め蒸着法によるものに限定されるものではなく、例えばナノ微粒子分散液を塗布する方法やフォトリソグラフィーを用いた方法など、電極面にバッファ層材料からなる多数の微小突起を形成することができれば、他の方法を採用することも可能である。
【００３５】
次に、図３（ｃ）に示されているように、真空蒸着などにより、バッファ層１６上に第１の有機薄膜層材料を積層させる。多数の微小突起を形成したバッファ層１６の微細構造上に第１の有機薄膜層材料を蒸着すると、微細構造がテンプレートとなって、多数の微小突起の各々の周囲を覆うように柱状体が成長し、多数の柱状体が表面から剣山状に突出する山谷構造の第１の有機薄膜層１８が形成される。
【００３６】
また、基板１２や電極１４に直接的にフタロシアニン系化合物などを積層すると、その分子が基板１２の面や電極１４の電極面に対して垂直に立った状態で並ぶことが知られている。これに対して、有機薄膜太陽電池１０では、電極面上にバッファ層１６が設けられており、バッファ層１６が、ＣｕＩ、Ａｕ，Ａｇなどのように第１の有機薄膜層材料に相互作用を及ぼす材料から形成されていることから、第１の有機薄膜層材料として使用されるフタロシアニン系化合物などのようなｐ型有機半導体材料の分子は、バッファ層１６上に蒸着するとき、バッファ層１６を構成する材料との相互作用により電極面に対して寝た状態に配向され（非特許文献１参照）、さらに結晶性も向上する。このように第１の有機薄膜層材料の分子が電極面に対して寝た方向に配向されることにより、第１の有機薄膜層材料の分子が電極面に対して立った状態に配向される場合よりも光吸収性が向上し、有機薄膜太陽電池１０からの出力電流を増加させることができる。
【００３７】
次に、図３（ｄ）に示されているように、第１の有機薄膜層１８上に第２の有機薄膜層材料としてｎ型有機半導体材料を積層して第２の有機薄膜層２０を形成し、さらにその上に一対の電極の他方を設置する。第２の有機薄膜層材料を積層する方法は、真空蒸着、塗布法（キャスト、スピンコート、印刷など）など適宜の方法を用いることができる。
【００３８】
山谷構造を有する第１の有機薄膜層１８上に第２の有機薄膜層２０を積層すると、第１の有機薄膜層１８と第２の有機薄膜層２０との界面において両層が山谷構造で互いに噛み合った状態で接触し、接触面積が増加する。また、従来のバルクヘテロ構造のように孤立した状態の領域が形成されることもない。したがって、電荷移動が円滑になって有機薄膜太陽電池１０の発電効率が向上する。
【００３９】
このように本発明によれば、バッファ層１６の微細構造によって第１の有機薄膜層１８と第２の有機薄膜層２０との界面に形成された山谷構造による両層の接合界面面積の増加と、バッファ層１６を構成する材料との相互作用により第１の有機薄膜層１８を構成する材料が電極面に対して寝た状態に配向されることとの相乗作用により、発電効率の良い有機薄膜太陽電池が提供される。
【００４０】
以上、図１から図４を参照して本発明の有機薄膜太陽電池１０を説明したが、図１から図４に示されているのは一つの実施形態であり、これに限定されるものではない。例えば、図１では、透明電極１４ａの電極面上にバッファ層１６が設けられているが、金属電極１４ｂの電極面上にバッファ層１６を設けてもよい。また、バッファ層１６の上に第１の有機薄膜層１８及び第２の薄膜層２０が積層されているとして説明しているが、本発明では、第１の有機薄膜層１８を構成する第１の有機薄膜層材料の分子がバッファ層１６を構成する材料との相互作用で寝た方向に配向された状態でバッファ層の微小突起の各々の周囲を覆って柱状体を形成するように、第１の有機薄膜層１８がバッファ層１６の上に積層されていればよく、一対の電極２０の一方とバッファ層との間、第２の有機薄膜層２０と一対の電極１２の他方との間に他の付加層を介在させてもよい。また、バッファ層１６、第１の有機薄膜層１８及び第２の有機薄膜層２０からなる組を複数組積層させてもよい。
【実施例】
【００４１】
図５は様々な有機薄膜太陽電池の構造を対比した図であり、図５（ａ）は従来の構造の有機薄膜太陽電池、図５（ｂ）は比較例の有機薄膜太陽電池、図５（ｃ）は本発明による有機薄膜太陽電池の実施例を示している。詳細には、図５（ａ）は、ガラス基板１２、透明電極１４ａ、第１の有機薄膜層１８、第２の有機薄膜層２０、金属電極１４ｂを順に積層した有機薄膜太陽電池、図５（ｂ）は、透明電極１４ａと第１の有機薄膜層１８との間に連続膜（平坦な表面）のバッファ層１６´を設けたことを除いて図５（ａ）に示されている構造と同様の構造の有機薄膜太陽電池、図５（ｃ）は、ガラス基板１２、透明電極１４ａ、複数の微小突起が形成されているバッファ層１６、第１の有機薄膜層１８、第２の有機薄膜層２０、金属電極１４ｂを順に本発明に従って積層した有機薄膜太陽電池を示している。なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示されている有機薄膜太陽電池では、比較のために、ガラス基板１２、透明電極１４ａ、第１の有機薄膜層１８、第２の有機薄膜層２０、金属電極１４ｂ、バッファ層１６は同じの組成のものが使用されており、透明電極１４ａはＩＴＯから形成され、第１の有機薄膜層１８はＺｎＰｃから形成され、第２の有機薄膜層２０はフラーレンＣ６０から形成され、金属電極１４ｂはＬｉＦ／Ａｌ混合物から形成され、バッファ層１６はＣｕＩから形成されている。
【００４２】
表１は、図５（ａ）〜（ｃ）の構造の有機薄膜太陽電池の光電変換効率、出力電流値、出力電圧、形状因子を対比したものである。
【表１】
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【００４３】
図５（ａ）に示されている従来の有機薄膜太陽電池と図５（ｂ）に示されている比較例の有機薄膜太陽電池とを比較すると、第１の有機薄膜層１８と相互作用を有する材料によって構成されるバッファ層１６´を設けて第１の有機薄膜層１８を構成する材料の分子を寝かせた状態に配向させることによって、変換効率、出力電流、出力電圧、形状因子が増加する効果を奏することが分かる。また、図５（ｂ）に示されている比較例の有機薄膜太陽電池と図５（ｃ）に示されている本発明による有機薄膜太陽電池とを比較すると、バッファ層１６の多数の微小突起により形成された第１の有機薄膜層１８と第２の有機薄膜層２０との界面の山谷構造で両層の接触面積が増加したことにより、出力電流が大きく増加して、これにより光電変換効率も増加していることが分かる。
【００４４】
このように、図５（ｃ）に示されている本発明による有機薄膜太陽電池は、第１の有機薄膜層と相互作用を有する材料によって構成されるバッファ層１６を設けて第１の有機薄膜層１８を構成する材料の分子を寝かせた状態に配向させたことによる効果と、バッファ層１６の多数の微小突起により形成された第１の有機薄膜層１８と第２の有機薄膜層２０との界面の山谷構造により両層の接触面積を増加させたことによる効果との相乗効果により、図５（ａ）に示されているような従来構造の有機薄膜太陽電池と比較して、大幅に光電変換効率を向上させ、出力電流を増加させる効果を奏する。
【符号の説明】
【００４５】
１０    有機薄膜太陽電池
１２    基板
１４    電極
１４ａ    透明電極
１４ｂ    金属電極
１６    バッファ層
１６´    バッファ層
１８    第１の有機薄膜層
２０    第２の有機薄膜層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月24日(2012.2.24)
【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】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記無機半導体材料はヨウ化銅である、請求項８に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記第１の有機薄膜層材料はフタロシアニン系化合物である、請求項６から請求項９の何れか一項に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。