(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極と、前記正極と負極との間に配置され、光を吸収できる色素を有する第１の有機化合物と電子受容性を有する第２の有機化合物の少なくとも２種類の混合物からなる有機薄膜層とを備える有機薄膜太陽電池において、
前記有機薄膜層に無機ナノ粒子が正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対して、負極近傍で濃度が高くなるように濃度分布を持って前記有機薄膜層に含有されており、
前記有機薄膜層と前記負極の間に無機アモルファス層を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の有機薄膜太陽電池において、前記色素がπ共役構造を分子内に有することを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項３】
請求項１に記載の有機薄膜太陽電池において、前記無機ナノ粒子の粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項４】
請求項１に記載の有機薄膜太陽電池において、前記無機ナノ粒子が電子受容性を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項５】
請求項１に記載の有機薄膜太陽電池において、前記無機アモルファス薄膜層と前記無機ナノ粒子を構成する元素に同一の元素が含まれていることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項６】
請求項１に記載の有機薄膜太陽電池において、前記正極と前記有機薄膜層との間に正孔輸送層が配置されていることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項７】
正極および負極と、前記正極と負極との間にバルクへテロ接合層が配置された有機薄膜層とを備える有機薄膜太陽電池の製造方法において、
正極の表面に正孔輸送層を形成する工程と、
前記正孔輸送層の表面に、正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対して、負極近傍で無機ナノ粒子の濃度が高くなるように濃度分布を持たせて前記無機ナノ粒子を含有したバルクへテロ接合層を形成する工程と、
前記バルクへテロ接合層の表面に無機アモルファス層を形成する工程と、
前記無機アモルファス層の表面に負極を形成する工程とを有する有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法において、
光を吸収できる色素からなる第１の有機化合物と電子受容性を有する第２の有機化合物の少なくとも２種類の混合物からなる有機薄膜層が第１の有機化合物と第２の有機化合物の混合溶液から塗布し、バルクへテロ接合層を形成する工程と、
前記バルクへテロ接合層の表面に溶媒に無機ナノ粒子が分散した分散液を塗布し、バルクへテロ接合層に無機ナノ粒子を含有させる工程とを有することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法において、
光を吸収できる色素からなる第１の有機化合物と電子受容性を有する第２の有機化合物の少なくとも２種類の混合物からなる有機薄膜層が第１の有機化合物と第２の有機化合物の混合溶液から塗布し、バルクへテロ接合層を形成する工程と、
前記バルクへテロ接合層の表面に、前記混合溶液に無機ナノ粒子を分散させた溶液を塗布し、無機ナノ粒子を含有したバルクへテロ接合層を形成する工程とを有することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法において、
前記バルクへテロ接合層を光を吸収できる色素からなる第１の有機化合物と電子受容性を有する第２の有機化合物の共蒸着により形成することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
正極および負極と、前記正極と負極との間にバルクへテロ接合層が配置された有機薄膜層とを備える有機薄膜太陽電池の製造方法において、
負極の表面に無機アモルファス層を形成する工程と、
前記無機アモルファス層の表面に、正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対して、負極近傍で無機ナノ粒子の濃度が高くなるように濃度分布を持たせて前記無機ナノ粒子を含有したバルクへテロ接合層を形成する工程と、
前記バルクへテロ接合層の表面に正孔輸送層を形成する工程と、
前記正孔輸送層の表面に正極を形成する工程とを有する有機薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異種の有機半導体を接合して光捕集層を形成する薄膜を含む有機薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーの有効利用を促進するため、太陽光発電システムの開発が盛んに行われている。現在、太陽光発電を行う太陽電池は主に単結晶または多結晶シリコンを原料として製造されているが、原料のシリコンの供給が安定しない、またはプロセスコストが下がらない等の理由でコストがかさみ、太陽光発電の十分な普及には至っていない。
【０００３】
このような背景より、原料にシリコンを用いない太陽電池の開発が進められている。これらの太陽電池は、例えば銅，インジウム，セレンなどの化合物半導体薄膜を利用した太陽電池（ＣＩＳ太陽電池），酸化チタンなどの金属酸化物と有機色素を組み合わせて電気化学的な機構により発電する色素増感太陽電池，共役高分子と電子受容分子を任意の方法で接合して薄膜形成する有機薄膜太陽電池などが知られており、原料供給が安定であり、プロセスも比較的簡便であるなどの利点を持つ。
【０００４】
特に有機薄膜太陽電池は全体の膜厚が１μｍ以下であり、フレキシブル太陽電池のような軽量性，作製の簡便性に優れている。図９に有機薄膜太陽電池の断面模式図により、もっとも基本的な構造について説明する。ガラス基板などの透明基板１０１上に透明導電膜１０２（例えばスズをドープした酸化インジウム，ＩＴＯ）を設置した透明電極１１１に光を吸収する色素（例えば銅フタロシアニンや共役高分子）５０１と光を吸収する色素から電子を受容する電子受容分子１００２（例えばフラーレン誘導体）をこの順に積層し、その上に裏面電極１０６（例えばアルミニウム）を設置して構成されている。このような有機薄膜太陽電池では、光電変換の反応場が光を吸収する色素５０１と電子受容分子１００２との接合界面に限定されるため、図９のような２次元的な平面の接合では接合面積が不足しているため光発生電荷が少なく、結果として太陽電池の光電変換効率が低いことが知られている。
【０００５】
有機薄膜太陽電池の光発生電荷を向上するため、光を吸収する色素と電子受容分子の接合界面を増やす工夫が試みられている。図１０にバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の断面模式図を示す。バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池は正孔輸送層に隣接する形で光を受容する共役高分子１００１（例えば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）とフラーレン誘導体１００２を混合した溶液を作製し、任意の方法で薄膜形成した際の相分離によって形成される接合界面を利用するため、薄膜を積層して接合する場合よりも広い接合面積を確保することが可能である（例えば、非特許文献１）。バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池は、このような接合界面の改善によって、光発生電荷を増大することが可能となっている。
【０００６】
【非特許文献１】C.J.Brabecら、Advanced Functional Materials，第１１巻、１５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池は、光を吸収する共役高分子と、低分子の有機化合物からなる電子受容分子の混合物の相分離構造によって接合界面が構築されている。これによって接合界面の面積が増大し、高効率化に寄与していると考えられている。
【０００８】
一方、有機薄膜太陽電池の電荷発生の機構は光を吸収した色素から電子受容分子への電子引き抜きによって説明されている。有機薄膜太陽電池の高効率化のためには電子受容性の強い分子を設計し、適用することが必要となるが、電子受容性を満足する分子はフラーレン誘導体やペリレン誘導体など少数に限られている。このような電子受容分子は電子受容性が比較的弱く、光によって生成可能な電荷数に限界がある。電子受容性の改善のため、上記フラーレン誘導体やペリレン誘導体より電子受容性に優れている無機ナノ粒子を電子受容体として用いることが挙げられる。ＣｕＩｎに代表される無機ナノ粒子は、有機電子受容分子と比較して電子受容性に優れているが、バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の効率改善には至っていない。すなわち、無機ナノ粒子をバルクヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池の受容体に適用するには、粒子が数珠つなぎになっているパーコレーション状態が実現できている必要性があるが、パーコレーションが適用されるには通常４０重量％以上の高濃度で無機ナノ粒子を混合する必要があり、有機薄膜太陽電池では膜厚が薄いため多量の無機粒子の複合化は光吸収の減少，薄膜の短絡などの要因で高効率化には至っていない。このように、単純にパーコレーション構造を実現することは一般に困難である。
【０００９】
本発明では、従来のバルクヘテロ型有機薄膜太陽電池に対して、より光電変換効率を向上できるバルクヘテロ型有機薄膜太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、光を吸収できる色素からなる第１の有機化合物と電子受容性を有する第２の有機化合物の少なくとも２種類の混合物からなる有機薄膜層を備え、正極および負極の電極材料に挟まれた構造を有する有機薄膜太陽電池において有機薄膜層に無機ナノ粒子を含有する有機薄膜太陽電池を作製することによって所定の問題を解決できる。
【００１１】
ここで作製される有機薄膜太陽電池の上記有機薄膜層において、無機ナノ粒子が正極もしくは負極の平面からなる法線方向すなわち薄膜の膜厚方向に対して濃度分布を持つことによって本発明の有機薄膜太陽電池が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、光電変換効率の優れたバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。ここで述べる発明の実施の形態は本発明を実施するための一例であり、ここに記述されている方法に何ら限定されるものではない。
【００１４】
（第１の実施形態）バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池と無機ナノ粒子との複合
図１に本発明によって実施されるバルクヘテロ接合型有機太陽電池の断面模式図を示す。図１における断面模式図は構成材料がわかるように記述されており、寸法は必ずしも正確ではない。
【００１５】
バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池に使用する透明基板１０１はガラスなど光透過可能で平滑であれば特に制限はない。ソーダライムガラスやソーダ成分の少ないコーニングガラスなどのガラス材料のほか、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのプラスチック基板も用いることができる。また、プラスチック基板は厚みが０.１mm程度のフレキシブル性基板を用いることもできる。透明基板１０１に隣接して透明導電膜１０２が設置されている。透明導電膜１０２はスズドープ酸化インジウム薄膜（通称ＩＴＯ）やフッ素ドープの酸化スズ（通称ＦＴＯ），酸化スズ（通称ネサガラス）などシート抵抗が数Ω／□から数１００Ω／□の光透過性を有する薄膜であれば特に制限はない。測定やデバイス構成の都合から透明導電膜１０２を任意の形状にパターニングすることも可能である。以下、基板１０１と透明導電膜１０２を合わせて透明電極１１１と呼ぶ。
【００１６】
透明電極１１１上には正孔輸送層１０３が設置されている。正孔輸送層１０３はポリ−（３，４エチレンジオキシチオフェン）／ポリエチレンスルフォン酸ナトリウム（通称ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）など正孔輸送性のある物質であって、最高占有分子軌道（Highest Occupied Molecular Orbital、ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが真空準位から比較して透明導電膜よりも低いレベルであれば、特に制限はない。正孔輸送層１０３はスピンコート，キャスト，ディップなどの方法で作製され、所定の方法で乾燥して作製される。正孔輸送層１０３はバルクヘテロ接合層１０４から透明導電膜１０２への電子の漏れを抑制する電子ブロッキング効果や透明導電膜の凹凸を平滑にするバッファー層として機能することが知られている。正孔輸送層１０３の膜厚については特に制限はないが、有機導電性化合物は比較的電気抵抗が大きいために５〜１００ｎｍ程度が好ましい。これより膜厚が小さいと電子ブロッキング効果やバッファー層として機能を満たさなくなる。またこれより膜厚が大きいと正孔輸送層１０３自体の電気抵抗に由来する内部抵抗が大きくなると考えられる。
【００１７】
正孔輸送層１０３に隣接して、バルクヘテロ接合層１０４が設置されている。バルクへテロ接合層は、１層中にｐ型有機半導体材料（アクセプター）及びｎ型半導体材料（ドナー）が混在する層のことである。このバルクへテロ接合層は、ｐ型有機半導体材料とｎ型半導体材料とを溶媒中で配合し、配合液を塗布する等の公知の手法により形成することができる。本実施形態のバルクヘテロ接合層１０４は、光を吸収する共役高分子と、低分子の有機化合物からなる電子受容分子によって構成されている。本実施形態では、このバルクヘテロ接合層１０４の膜厚方向に対して濃度分布を持つ形態で無機ナノ粒子１０５が分散している。
【００１８】
バルクヘテロ接合層１０４に用いる共役高分子はポリ−３−ヘキシルチオフェン（通称Ｐ３ＨＴ）のようなポリチオフェン誘導体，ポリ−２−メトキシ−５−（３′７′−ジメチルオクチロキシ）−１，４−フェニレンビニレン（通称  ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）をはじめとするポリパラフェニレンビニレン誘導体，ポリ（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）（通称ＰＦＯ）をはじめとするポリフルオレン誘導体など可視域に光吸収領域を有する共役高分子であれば、特に制限はない。
【００１９】
バルクヘテロ接合層１０４に用いる電子受容分子は例えば［６，６］−フェニル−Ｃ61ブチルカルボン酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）をはじめとするフラーレン誘導体，ペリレン誘導体などが挙げられる。一般にこれら電子受容分子は溶媒に難溶性である場合が多いため、適当な置換基を導入して溶媒に対する可溶性を付与する場合が多い。
【００２０】
これら共役高分子と電子受容分子を双方が溶解可能な溶媒に適切な濃度に調節して溶液を作製する。溶媒としてはトルエン，クロロベンゼン，オルトジクロロベンゼンなどが使用される。共役高分子と電子受容分子の混合比や溶液濃度はバルクヘテロ接合界面を構築する相分離構造を決定するパラメータとして重要であり、塗布条件なども考慮されて決定する。こうして得られたバルクヘテロ接合層を構築する混合溶液はスピンコート，ディップ，ドクターブレードなど任意の方法によって薄膜形成することができる。
【００２１】
本発明によるとバルクヘテロ接合層１０４に無機ナノ粒子１０５が膜厚方向について濃度分布を持っている。無機ナノ粒子１０５は酸化スズ，酸化チタン，酸化亜鉛などをはじめとする金属酸化物や銅，インジウム，セレンからなる化合物半導体微粒子（通称ＣＩＳ）などが挙げられる。ナノ粒子の形状には特に制限はないが、バルクヘテロ接合層の膜厚が１０〜１００ｎｍ程度であるため、無機ナノ粒子の粒径はバルクヘテロ層の膜厚より小さい数ｎｍ〜数１０ｎｍが望ましい。これより小さな粒径の無機ナノ粒子を得ることは一般に困難である。また、無機ナノ粒子の粒径が１００ｎｍを越えると膜厚より粒径が大きくなるため、膜厚の不均一化，電池の短絡などの原因となる。
【００２２】
次に、無機ナノ粒子のバルクヘテロ接合層に含む体積濃度について説明する。本発明によると、無機ナノ粒子の体積分率は０.１％から６０％であることが望ましい。無機ナノ粒子を数珠つなぎ（パーコレーション構造）で構築することは一般に難しく、共役高分子などによって接続が途切れている場合が多い。本発明の場合、無機ナノ粒子の体積分率が０.１％以下の場合、電荷生成に寄与する無機ナノ粒子が不足し、電荷生成増大にほとんど寄与しない。また無機ナノ粒子の体積分率が６０％以上であれば、バルクヘテロ接合層の平面に対する平滑性が阻害され、電池の短絡などの原因となる。
【００２３】
本実施形態によれば、無機ナノ粒子は膜厚方向に対して濃度分布を持っている。そのため、無機ナノ粒子の大きな電子受容性を活かして電荷を生成し、効率よく取り出すためには電極界面近傍に高濃度に無機ナノ粒子が存在している必要がある。このような濃度分布の必要性を以下説明する。図１１に第１の実施形態で用いる材料のエネルギー準位の一例を示す。バルクヘテロ接合界面を構築する電子受容分子の最小非占有分子軌道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital、ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が種々の無機ナノ粒子のフェルミ準位よりも真空準位と比較して高くなっている。バルクヘテロ接合層に存在する主要な電子輸送物質は電子受容分子であり、無機ナノ粒子はこれより体積分率濃度が小さいと考えられる。このような濃度構成の場合、無機ナノ粒子のエネルギーレベルは電子受容分子のエネルギーレベルに対してトラップとして機能するため、バルクヘテロ接合層に無機ナノ粒子が分散していると電荷輸送の障害になる。したがって、電極界面近傍に偏在させ、膜厚方向に対して濃度勾配を構築する必要がある。
【００２４】
無機ナノ粒子の濃度分布の構築には以下の方法が挙げられる。第１の設置方法としてはバルクヘテロ接合層が設置された基板にバルクヘテロ接合層を溶解しない溶媒に分散した無機ナノ粒子をスピンコート，ディップ，キャスト法などを使って展開する方法が挙げられる。この場合、下地となるバルクヘテロ接合層の溶媒による侵食が抑えられる。無機ナノ粒子の分散溶媒としてはエタノールなどのアルコール系溶媒などが挙げられる。
【００２５】
無機ナノ粒子の第２の設置方法としては、バルクヘテロ接合層に可溶である溶媒に無機ナノ粒子を分散して第１の設置方法と同様にスピンコート，ディップ，キャスト法などを使って展開する方法である。この場合、下地であるバルクヘテロ接合層は無機ナノ粒子の分散液によって侵食される一方、表面近傍が溶解し、膜厚方向に対して良好な無機ナノ粒子の濃度勾配を与える。
【００２６】
無機ナノ粒子の第３の設置方法としては第１の設置方法と同様にバルクヘテロ接合層が設置された基板上に、バルクヘテロ接合層を構築する共役高分子と電子受容分子の混合溶液中に無機ナノ粒子を分散させた溶液をスピンコート，ディップ，キャスト法などを使って展開する方法が挙げられる。この場合も第２の設置方法と同様に下地であるバルクヘテロ接合層は溶媒に侵食されるが、第３の設置方法で用いている溶液はバルクヘテロ接合層を構築する物質と同様の構成物質を含んでいるため、良好な無機ナノ粒子の濃度勾配が構築できる。
【００２７】
以上３種類の設置方法について説明したが、本発明における無機ナノ粒子の濃度分布を構築する設置方法は上記方法に何ら制限されるものではない。
【００２８】
このようにして構築された無機ナノ粒子を含むバルクヘテロ接合層に隣接して、電極物質１０６が設けられる。電極物質としては透明導電膜１０２より仕事関数が真空準位に比較して小さい物質であれば特に制限はない。例えばアルミニウムや銀・マグネシウムの合金などの金属物質を蒸着法などによって容易に設置することができる。
【００２９】
また、バルクヘテロ接合層１０４と電極１０６との間、すなわち両物質に隣接する形態で正孔の漏れ電流を抑制する正孔ブロック層１０７を設置することによって、ダイオードであるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の整流性を改善できることが知られている。正孔ブロック層としてはフッ化リチウムの薄膜などが挙げられ、フッ化リチウムの場合、厚さ数Åから数１０Å程度であることが望ましい。
【００３０】
（第１の実施形態：その２）電極構成の反転
以上述べた第１の実施形態はバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の正極が透明電極、負極が金属電極となる構成であったが、正極を金属電極、負極を透明電極にする構成も可能である。そのような構成のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の断面模式図を図２に示す。
【００３１】
図２において、透明電極１１１に隣接してバルクヘテロ接合層１０４が設置されている。無機ナノ粒子１０５は透明導電膜１０２近傍に膜厚方向に対して偏在するような濃度勾配を構築している。このような濃度勾配を構築する場合も上記第１から第３の設置方法によって構築することができる。しかしながら、上記のセル構造と異なり、透明導電膜１０２上に構築するため、単に無機ナノ粒子を任意の溶媒に分散しただけでは透明導電膜との密着性に乏しくなるため、図２の構造を実施する際には第３の設置方法を用いることが望ましい。
【００３２】
このようにして構築されたバルクヘテロ接合層に隣接して正孔輸送層１０３が設置される。正孔輸送層１０３はＰＥＤＯＴ−ＰＳＳなどを用いることができ、スピンコート，キャスト，ディップ方などによって設置することができる。
【００３３】
正孔輸送層１０３に隣接して正極となる電極物質２０１が設置される。電極物質２０１の材料は透明導電膜１０２より仕事関数として大きく、かつ正孔輸送層１０２の最大占有分子軌道のエネルギー準位よりも小さい仕事関数を有する金属などが用いられ、例えば金などが挙げられる。このような金属材料を蒸着などによって容易に設置することができる。このようにして図２に示すバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池が構築される。
【００３４】
（第２の実施形態）無機アモルファス薄膜を含むバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池
第２の実施形態は、第１の実施形態のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池において、ブロック層１０７に無機アモルファス薄膜を適用した例である。第１の実施形態では無機ナノ粒子の濃度分布を持ったバルクヘテロ接合層が正孔ブロック層である極薄膜のフッ化リチウムと接合していることになり、無機ナノ粒子の凹凸が電極１０６を設置する際のピンホール形成などの原因となりうると予想できる。
【００３５】
このような問題を回避するため、第２の実施形態では正孔ブロック層を無機ナノ粒子と同一の元素からなるアモルファス薄膜を用いている。このような構成によって、バルクヘテロ接合層の無機ナノ粒子と新規に設置した無機アモルファス薄膜は良好な接合と平滑性を得ることが出来る。このように作製されたバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の断面模式図を図３に示す。
【００３６】
図３において無機アモルファス薄膜３０１はバルクヘテロ接合層１０４に含まれる無機ナノ粒子１０５と同一の元素を含むことが望ましい。このような構成によって無機ナノ粒子から電荷生成されたものからエネルギー障壁が少ない状態で無機ナノ粒子１０５から無機アモルファス薄膜３０１へ電荷を輸送することが可能となる。
【００３７】
無機アモルファス薄膜３０１の設置方法は特に制限はない。例えば、無機ナノ粒子と同一の元素を含む金属アルコキシドを主成分とする金属酸化物のゾル溶液を作製し、これをスピンコート，ディップ，キャスト法などによって薄膜形成し、加熱乾燥させてゾル溶液を重合させると無機アモルファス薄膜３０１を得ることが出来る。また、無機アモルファス薄膜の成分をイオンビーム蒸着などによって堆積する方法でも容易に得られる。
【００３８】
無機アモルファス薄膜３０１の膜厚に関しては電荷輸送を阻害しない条件を満たせば特に制限はないが、数ｎｍから１０数ｎｍの範囲であることが望ましい。無機アモルファス薄膜が１ｎｍ以下の場合、正孔ブロック機能をほとんど果たさないため、太陽電池の光電変換効率は低下する。一方、１００ｎｍ以上に達すると太陽電池の直列内部抵抗が増大することになり、光電変換効率を大きく低下させる。
【００３９】
（第２の実施形態：その２）電極構造の反転
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、負極に透明導電膜、正極に金属電極を用いた構成も可能である。図４は第２の実施形態の負極を透明導電膜、正極を金属電極とした場合の断面模式図を示している。
【００４０】
透明導電膜１０２上に無機アモルファス薄膜３０２が設置されている。この設置方法は第２の実施形態で記載した金属アルコキシドを含むゾル溶液の塗布、もしくは無機アモルファス物質をターゲットとするイオンビーム蒸着などによって容易に作製できる。
【００４１】
無機アモルファス薄膜３０１に隣接して無機ナノ粒子の濃度分布を持つバルクヘテロ接合層１０４が設置される。設置方法は第１の実施形態で述べたように、無機アモルファス薄膜に無機ナノ粒子の分散液を塗布した場合、密着性に乏しいので、バルクヘテロ接合層を構築する共役高分子と電子受容分子の混合溶液中に無機ナノ粒子を分散させた溶液をスピンコート，ディップ，キャスト法などを使って展開する方法が望ましい。
【００４２】
図４のほかの構成は図２を用いて説明した第１の実施形態と同様であり、作製する条件も第１の実施形態に準拠すればよい。
【００４３】
（第３の実施形態）低分子共蒸着を用いたバルクヘテロ接合層の作製
第１および第２の実施形態ではバルクヘテロ接合層は共役高分子と低分子有機化合物からなる電子受容分子によって構成された。バルクヘテロ接合層は光を吸収する分子と電子受容分子を異なる蒸着ボートから同時に基板へ蒸着する共蒸着によっても作製できることが知られている。本発明によれば、バルクヘテロ接合層に共蒸着を用いて作製された場合でも適用できる。そのように作製されたバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の断面模式図を図５に示す。
【００４４】
図５において透明導電膜１０２に隣接して正孔輸送層１０３をスピンコート，ディップ，キャストなどの方法を用いて作製される。正孔輸送層は第１および第２の実施形態と同様の材料および条件を適用することができる。
【００４５】
この上に光を吸収する低分子色素５０１を蒸着により設置する。低分子色素５０１は銅フタロシアニン、や金属ポルフィリンおよびその誘導体，シアニン色素，ベンゾキノンやナフトキノンなどのキノン系色素，ペンタセンなどのポリアセン誘導体などが適用できる。光を吸収する低分子色素５０１は光を吸収して励起状態になった後、電荷分離するために共蒸着層５０２へ拡散する必要がある。励起状態を維持して拡散できる条件を満たすためには光を吸収する低分子化合物５０１の膜厚を１００ｎｍ以下にすることが望ましい。これ以上厚くすると励起状態の拡散距離限界よりも膜厚が厚くなるため、電荷分離に寄与できなくなる。
【００４６】
光を吸収する低分子色素と電子受容分子の共蒸着層５０２を低分子色素層５０１に隣接して設置される。共蒸着層は低分子色素と電子受容分子をそれぞれ異なる蒸着ボートにいれ、両方の分子が一定の混合比で蒸着されるような条件を設定して実施される。共蒸着層の膜厚は数ｎｍから数１００ｎｍの範囲で設定されるが、低分子色素の励起状態の拡散長や生成電荷の拡散距離を考慮すると１０ｎｍから１００ｎｍの範囲内が望ましい。
【００４７】
本発明によると発電に寄与する有機層に無機ナノ粒子が濃度分布を持って存在していることになるため、共蒸着層５０２に隣接して電子受容分子と無機ナノ粒子の混合層５０３が設置されている。この場合、第１の実施形態で用いた有機溶媒に可溶な電子受容分子（例えばＰＣＢＭなど）の溶液に無機ナノ粒子を分散し、スピンコート，キャスト，ディップなどの方法によって作製することが出来る。このようにして作製することによって、共蒸着層５０２と電子受容分子と無機ナノ粒子の混合層５０３は相互に侵食しあって、無機ナノ粒子が膜厚方向に濃度分布を持ったバルクヘテロ接合層５０４として一体化する。このように作製することによって低分子色素を用いた場合でも無機ナノ粒子が膜厚方向に濃度分布を持ったバルクヘテロ接合層５０４が作製可能となる。
【００４８】
このように構築されたバルクヘテロ接合層５０４に第１の実施例と同様にして正孔ブロック層１０７と電極材料１０６が設置される。第１の実施形態と同様にして、正孔ブロック層１０７には例えばフッ化リチウムを適用することができる。また、電極材料にアルミニウムや銀・マグネシウム合金を適用することによって電極１０６は負極として機能することができる。
【００４９】
（第３の実施形態：その２）電極構造の反転
第３の実施形態でも透明導電膜１０２を陰極として、金属材料２０１を陽極として適用することができる。この場合、金属材料２０１は例えば金などを蒸着して作製することが出来る。その他、バルクヘテロ接合層５０４，低分子色素層５０１は第３の実施形態と同様の作製条件を適用することができる。このようにして作製されるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の断面模式図を図６に示す。
【００５０】
（第４の実施形態）無機アモルファス薄膜を含む低分子共蒸着バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池
第３の実施形態においても電子受容分子と無機ナノ粒子の混合液を適切な方法によって塗布すると、無機ナノ粒子の凝集などの影響により、薄膜最表面の凹凸が原因である電極１０６のピンホールなどが生じる恐れがある。このようなピンホールは電池の短絡などの原因になりうる。
【００５１】
そのために第３の実施形態において無機ナノ粒子の濃度分布を持つバルクヘテロ接合層５０４と電極１０６の間に双方に隣接する形で無機アモルファス薄膜３０１を設置する。無機アモルファス薄膜を設置したバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の断面模式図を図７に示す。
【００５２】
図７中の無機アモルファス薄膜３０１は第２の実施形態と同様に、無機アモルファス薄膜３０１はバルクヘテロ接合層１０４に含まれる無機ナノ粒子１０５と同一の元素を含むことが望ましい。このような構成によって無機ナノ粒子から電荷生成されたものからエネルギー障壁が少ない状態で無機ナノ粒子１０５から無機アモルファス薄膜３０１へ電荷を輸送することが可能となる。
【００５３】
無機アモルファス薄膜３０１の設置方法は特に制限はない。例えば、無機ナノ粒子と同一の元素を含む金属アルコキシドを主成分とする金属酸化物のゾル溶液を作製し、これをスピンコート，ディップ，キャスト法などによって薄膜形成し、加熱乾燥させてゾル溶液を重合させると無機アモルファス薄膜３０１を得ることが出来る。また、無機アモルファス薄膜の成分をイオンビーム蒸着などによって堆積する方法でも容易に得られる。
【００５４】
無機アモルファス薄膜３０１の膜厚に関しては電荷輸送を阻害しない条件を満たせば特に制限はないが、数ｎｍから１０数ｎｍの範囲であることが望ましい。無機アモルファス薄膜が１ｎｍ以下の場合、正孔ブロック機能をほとんど果たさないため、太陽電池の光電変換効率は低下する。一方、１００ｎｍ以上に達すると太陽電池の直列内部抵抗が増大することになり、光電変換効率を大きく低下させる。
【００５５】
（第４の実施形態：その２）電極構造の反転
第４の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、透明導電膜１０２を負極に、金属電極２０１を正極にすることも可能である。そのように作製されたバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の断面模式図を図８に示す。
【００５６】
以上、第１から第４の実施形態で記載したような方法を用いてバルクヘテロ接合層に濃度分布を有する無機ナノ粒子を導入したバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を構築するとこが可能となる。
【００５７】
以下、本発明を実施した結果を詳細に述べて、その効果を明らかにする。なお、本発明の効果を実証する方法は以下の実施例に制限されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
本発明における第１の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm、日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００５９】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、次いでポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液をスピンコートにより塗布して、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。
【００６０】
この基板にポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液に２重量％の酸化チタンナノ粒子（１次粒径１５ｎｍ）を分散させた溶液を塗布し、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。次いでこの基板にフッ化リチウム（高純度化学研究所製）を５Å蒸着し、さらにアルミニウムを２００ｎｍ蒸着し、バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００６１】
（実施例２）
実施例１の作製手順のうち、酸化チタンナノ粒子の１次粒径を１００ｎｍにした以外は実施例１と同様にしてバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００６２】
（実施例３）
第１の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm，日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００６３】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、次いでポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液をスピンコートにより塗布して、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。
【００６４】
この基板に酸化チタンナノ粒子（１次粒径１５ｎｍ）を２重量％分散したエタノール分散液をスピンコートによって塗布した。次いでこの基板にフッ化リチウムとアルミニウムを実施例１と同様の条件で設置した。
【００６５】
（実施例４）
実施例３のうち酸化チタンナノ粒子の分散液をクロロベンゼンに換えた以外は実施例３と同様の条件によってバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００６６】
（実施例５）
第２の実施形態に基づいて以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm、日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００６７】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、次いでポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液をスピンコートにより塗布して、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。
【００６８】
この基板にポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液に２重量％の酸化チタンナノ粒子（１次粒径１５ｎｍ）を分散させた溶液を塗布し、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。次いで、この基板にチタンイソプロポキシド（東京化成製）１０ｍＬ，２−メトキシエタノール５０ｍＬ，エタノールアミン５ｍＬを混合した液体を８０℃で２時間熟成させたゾル溶液をスピンコートによって塗布し、１５０℃，１０分間熱処理した。さらにアルミニウムを２００ｎｍ蒸着し、バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００６９】
（実施例６）
第３の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm、日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００７０】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、その基板に銅フタロシアニン（アルドリッチ社製）を１５ｎｍ蒸着し、さらに銅フタロシアニンとＰＣＢＭを３０ｎｍ蒸着した。この基板に５ｗｔ％のＰＣＢＭを含むクロロベンゼン溶液に酸化チタンナノ粒子（１次粒径１５ｎｍ）を２ｗｔ％分散した混合液をスピンコートによって塗布した。次いでこの基板にフッ化リチウムを５Å、アルミニウムを２００ｎｍこの順に蒸着してバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００７１】
（実施例７）
第４の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。実施例６に基づいて、５ｗｔ％のＰＣＢＭを含むクロロベンゼン溶液に酸化チタンナノ粒子（１次粒径１５ｎｍ）を２ｗｔ％分散した混合液をスピンコートによって塗布する工程までを実施例６と同様に行った。ついでこの基板にチタンイソプロポキシド（東京化成製）１０ｍＬ，２−メトキシエタノール５０ｍＬ，エタノールアミン５ｍＬを混合した液体を８０℃で２時間熟成させたゾル溶液をスピンコートによって塗布し、１５０℃，１０分間熱処理した。さらにアルミニウムを２００ｎｍ蒸着し、バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００７２】
（比較例１）
本発明における第１の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm、日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００７３】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、次いでポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液をスピンコートにより塗布して、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。この基板にフッ化リチウムを５Å、アルミニウムを２００ｎｍこの順に蒸着して、実施例１における酸化チタンナノ粒子を含有しないバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００７４】
（比較例２）
本発明における第１の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm、日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００７５】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、この基板にポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液に２重量％の酸化チタンナノ粒子（１次粒径１５ｎｍ）を分散させた溶液を塗布し、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。次いでこの基板にフッ化リチウム（高純度化学研究所製）を５Å蒸着し、さらにアルミニウムを２００ｎｍ蒸着し、バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。このように作製した太陽電池はバルクヘテロ接合層の膜厚方向に対して酸化チタンナノ粒子が均一に分散している。
【００７６】
（比較例３）
第２の実施形態に基づいて以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm、日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００７７】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、次いでポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）とＰＣＢＭを重量比で１：１で混合したクロロベンゼン溶液をスピンコートにより塗布して、８０℃の真空恒温槽で６０分間乾燥した。次いで、この基板にチタンイソプロポキシド（東京化成製）１０ｍＬ，２−メトキシエタノール５０ｍＬ，エタノールアミン５ｍＬを混合した液体を８０℃で２時間熟成させたゾル溶液をスピンコートによって塗布し、１５０℃，１０分間熱処理した。さらにアルミニウムを２００ｎｍ蒸着し、酸化チタンナノ粒子を含まないバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００７８】
（比較例４）
第３の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ソーダライムガラス（厚さ０.７mm）にＩＴＯをスパッタした透明電極（大きさ３０×３０mm、日本板硝子社製）をアセトン，エタノールでそれぞれ１０分間超音波洗浄した後、エアブローによって基板乾燥した。
【００７９】
上記透明電極にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（アルドリッチ社製）をスピンコートによって塗布し、その基板に銅フタロシアニン（アルドリッチ社製）を１５ｎｍ蒸着し、さらに銅フタロシアニンとＰＣＢＭを３０ｎｍ蒸着した。この基板に５ｗｔ％のＰＣＢＭを含むクロロベンゼン溶液をスピンコートによって塗布した。次いでこの基板にフッ化リチウムを５Å、アルミニウムを２００ｎｍこの順に蒸着して、酸化チタンナノ粒子を含まないバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００８０】
（比較例５）
第４の実施形態に基づいて、以下のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。実施例６に基づいて、銅フタロシアニン（アルドリッチ社製）を１５ｎｍ蒸着し、さらに銅フタロシアニンとＰＣＢＭを３０ｎｍ蒸着する工程までを実施例６と同様に行った。ついでこの基板にチタンイソプロポキシド（東京化成製）１０ｍＬ，２−メトキシエタノール５０ｍＬ，エタノールアミン５ｍＬを混合した液体を８０℃で２時間熟成させたゾル溶液をスピンコートによって塗布し、１５０℃，１０分間熱処理した。さらにアルミニウムを２００ｎｍ蒸着し、実施例７と比較して酸化チタンナノ粒子を含まないバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
【００８１】
（評価方法）
これら実施例１から実施例７及び比較例１から比較例５について得られたバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を電流電圧測定装置に接続し、光源としてソーラーシュミレーターを用いて、ＡＭ１.５，１Ｓｕｎの擬似太陽光を１００ｍＷ／ｍ2の光強度にて窓極側から照射して電圧−電流密度特性を測定した。
【００８２】
（測定結果）
（実施例１の測定結果）
上記方法で実施例１のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度１０.５ｍＡ／cm2，開放電圧０.５Ｖ，曲線因子０.６８，光電変換効率３.６％を得た。
【００８３】
（実施例２の測定結果）
上記方法で実施例２のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度８.５ｍＡ／cm2，開放電圧０.３５Ｖ，曲線因子０.４０，光電変換効率１.２％を得た。
【００８４】
（実施例３の測定結果）
上記方法で実施例３のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度８.７ｍＡ／cm2，開放電圧０.５Ｖ、曲線因子０.６０，光電変換効率２.６％を得た。
【００８５】
（実施例４の測定結果）
上記方法で実施例４のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度９.０ｍＡ／cm2，開放電圧０.５Ｖ，曲線因子０.６８，光電変換効率３.１％を得た。
【００８６】
（比較例１の測定結果）
上記方法で比較例１のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度６.７ｍＡ／cm2，開放電圧０.５Ｖ，曲線因子０.６０，光電変換効率２.０％を得た。
【００８７】
（比較例２の測定結果）
上記方法で比較例２のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度７.５ｍＡ／cm2，開放電圧０.４Ｖ，曲線因子０.５０，光電変換効率１.５％を得た。
【００８８】
（測定結果から得られる効果の検証）
以上実施例１から実施例４および比較例１および比較例２の結果より、酸化チタンナノ粒子を膜厚方向に濃度分布を設けた実施例１，実施例３，実施例４においてバルクヘテロ接合層において無機ナノ粒子を膜厚方向に対して濃度分布を持って設置した太陽電池は、無機ナノ粒子を含まない比較例１と比較して短絡電流密度が大きいため、電子受容性の改善によりバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の高効率化に寄与することが明らかとなった。
【００８９】
また、本発明の実施例１と無機ナノ粒子を均一分散した比較例２を比較すると、実施例１がより多くの短絡電流密度と開放電圧を示している。これにより、本発明における無機ナノ粒子の設置条件として、膜厚方向に濃度分布を有することが有効であることが明らかになった。
【００９０】
（実施例５の測定結果）
上記方法で実施例５のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度１０.６ｍＡ／cm2，開放電圧０.５７Ｖ，曲線因子０.６８，光電変換効率４.１％を得た。
【００９１】
（比較例３の測定結果）
上記方法で比較例３のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度７.９ｍＡ／cm2，開放電圧０.５３Ｖ，曲線因子０.６０，光電変換効率２.５％を得た。
【００９２】
（測定結果から得られる効果の検証）
以上実施例５と比較例３を比較すると、バルクヘテロ接合層に無機ナノ粒子を濃度分布を持って設置することにより短絡電流密度が大きくなり、光電変換効率が改善できることが明らかとなった。
【００９３】
また、実施例１と実施例５を比較すると、無機ナノ粒子と同一の元素を含む無機アモルファス薄膜を設置したバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池において短絡電流密度および開放電圧が改善されていることが明らかとなった。
【００９４】
（実施例６の測定結果）
上記方法で実施例６のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度９.２ｍＡ／cm2，開放電圧０.５Ｖ，曲線因子０.６５，光電変換効率３.０％を得た。
【００９５】
（実施例７の測定結果）
上記方法で実施例７のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度９.５ｍＡ／cm2，開放電圧０.５７Ｖ，曲線因子０.６８，光電変換効率３.７％を得た。
【００９６】
（比較例４の測定結果）
上記方法で比較例４のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度８.７ｍＡ／cm2，開放電圧０.５０Ｖ，曲線因子０.６０，光電変換効率２.６％を得た。
【００９７】
（比較例５の測定結果）
上記方法で比較例５のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の電流電圧特性を測定した結果、短絡電流密度７.５ｍＡ／cm2，開放電圧０.５７Ｖ，曲線因子０.６８，光電変換効率２.９％を得た。
【００９８】
（測定結果から得られる効果の検証）
以上実施例６および実施例７と比較例４および比較例５を比較すると、低分子色素と電子受容分子からなるバルクヘテロ接合層において、膜厚方向に濃度分布を持つ無機ナノ粒子を設置することによって短絡電流密度が増大し、光電変換効率が改善できることが明らかとなった。
【００９９】
以上の実施例の結果を表１から表３に整理する。
【０１００】
【表１】
0004951497.tif 000002
【０１０１】
【表２】
0004951497.tif 000003
【０１０２】
【表３】
0004951497.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明によれば、高効率化に寄与できるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を提供することが可能となるため、軽量，フレキシブル性などを付与した薄膜太陽電池の分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】第１の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図５】第３の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図７】第４の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図８】第４の実施形態に係わるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図９】平面接合型有機薄膜太陽電池の断面構造を示す図である。
【図１０】バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の要部断面構造を示す図である。
【図１１】第１の実施形態における構成材料のエネルギー準位図の例を示した図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０１  透明基板
１０２  透明導電膜
１０３  正孔輸送層
１０４  バルクヘテロ接合層
１０５  無機ナノ粒子
１０６  電極材料
１０７  正孔ブロック層
２０１  正極用金属電極材料
３０１  無機アモルファス薄膜
５０１  低分子色素
５０２  共蒸着膜
５０３  電子受容材料・無機ナノ粒子混合層
５０４  バルクヘテロ接合層
１００２  電子受容分子
１０１１  共役高分子
【図１】
0004951497.tif 000005
【図２】
0004951497.tif 000006
【図３】
0004951497.tif 000007
【図４】
0004951497.tif 000008
【図５】
0004951497.tif 000009
【図６】
0004951497.tif 000010
【図７】
0004951497.tif 000011
【図８】
0004951497.tif 000012
【図９】
0004951497.tif 000013
【図１０】
0004951497.tif 000014
【図１１】
0004951497.tif 000015