JP2009060051A

JP2009060051A - 有機太陽電池及び光センサ

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Publication number: JP2009060051A
Application number: JP2007228230A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Toma; 哲也當摩; Kazuhiro Saito; 和裕斉藤; Atsushi Sakai; 淳阪井
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】可視光を透過し赤外光で吸収発電する半導体を用いた太陽電池を提供する。
【解決手段】二つの電極２，２の間に、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層１が設けられている。この有機太陽電池Ａによれば、太陽エネルギーの大部分を占める赤外光を太陽電池発電に利用することができ、高効率の太陽電池を得ることができる。また、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体は可視光の透過率が高いため、光電変換層１を透明に形成することが可能となる。また、可視光領域を吸収して発電する太陽電池や紫外光領域を吸収して発電する太陽電池と組み合わせれば、発電効率の更なる向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機太陽電池及びこの有機太陽電池を用いて構成される光センサに関する。

太陽電池は、一般的に半導体を透明な電極と金属電極により挟み込んだ構造を有し、透明な電極を介して光が半導体に入射すると光電変換効果によりキャリアを発生して発電するようになっている。入射する光は紫外光（波長４００ｎｍ以下）、可視光線（４００〜７００ｎｍ）、赤外光（７００ｎｍ以上）に分類されるが、発電に適した入射光の波長は半導体の種類により異なる。

このような太陽電池に一般的に採用される半導体としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、無機化合物半導体、有機物半導体等が挙げられる。結晶シリコンや無機化合物半導体は可視光から赤外光領域にかけて吸収があり、アモルファスシリコンは可視光領域に吸収があるため、黒色、青、茶などの色を持つ半導体となっている。一方、有機物半導体は可視光から赤外光にかけて特定の波長領域に吸収をもつため、色素の種類により半導体の色は大きく異なる。

また、透明な太陽電池として、半導体として金属酸化物を用いたものがある（特許文献１参照）。この透明な太陽電池は、紫外光を吸収して発電するものである。この太陽電池は、無機材料の吸収はバンドギャップにより規定され、金属酸化物のような高バンドギャップ半導体では短波長領域（紫外領域）しか吸収できないことを利用したものである。ここで、赤外光を吸収できる低バンドギャップの無機材料も存在するが、この場合は赤外、可視、紫外とすべての光を吸収してしまう。
特開２００３−３２４２０６号公報

このように、従来、可視光を透過可能な太陽電池としては、特許文献１のような紫外光を吸収して発電を行うものがあるが、この場合は吸収帯域が狭いため、高効率の太陽電池を得ることは困難である。

これに対し、可視光を透過すると共に赤外光を吸収して発電を行う太陽電池を得ることができれば、赤外光は太陽エネルギーの大部分を占めるため、透明で且つ高効率の太陽電池を得ることができると考えられる。このような太陽電池を例えば住宅建材の窓や車の窓等に応用すれば断熱作用と発電機能とを兼ね備える透明窓としての応用が期待できる。

また、可視光を吸収して発電を行う半導体と組み合わせれば、可視光から赤外光までの広い帯域の光を吸収して発電を行うことができ、太陽電池の更なる高効率化を図ることも期待できる。

また、このような太陽電池を用いれば、赤外光を検知する光センサにも応用することができる。

しかしながら、このような可視光を透過し赤外光で吸収発電する半導体を用いた太陽電池は、未だ開発されていない。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、可視光を透過し赤外光で吸収発電する半導体を用いた太陽電池及びこの太陽電池を用いた光センサを提供することを目的とするものである。

本発明者らは鋭意研究の結果、有機物半導体は無機材料と異なり、分子内エネルギー準位のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの位置とそのギャップによって吸収領域が規定されることに着目し、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を太陽電池に利用することを見出して、本発明の完成に至った。

すなわち、請求項１に係る有機太陽電池Ａは、二つの電極２，２の間に、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層１が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、上記二つの電極２，２が、共に透明な電極２であり、この二つの電極２，２の間に配置される光電変換層１が、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する上記光電変換層１のみであることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１において、上記二つの電極２，２の間に、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層１と、可視光領域又は紫外光領域に光の吸収ピークを有する光電変換層１とを含む複数の光電変換層１が、光透過性の中間電極３を介して積層して設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する上記光電変換層１が、光透過性を有するｎ型半導体を含有し、この光電変換層１中で前記有機物半導体とｎ型半導体とが接触していることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、上記赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体が、ナフタロシアニン又はナフタロシアニン誘導体であることを特徴とする。

請求項６に係る光センサは、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機太陽電池Ａから構成される光電変換部と、この光電変換部の電気特性の変化を検出する検出部とを備えることを特徴とする。

請求項１に係る有機太陽電池Ａによれば、太陽エネルギーの大部分を占める赤外光を太陽電池発電に利用することができ、高効率の太陽電池を得ることができる。また、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体は可視光の透過率が高いため、光電変換層１を透明に形成することが可能となる。また、可視光領域を吸収して発電する太陽電池や紫外光領域を吸収して発電する太陽電池と組み合わせれば、発電効率の更なる向上を図ることができるものである。

請求項２に係る発明によれば、有機太陽電池Ａを透明な光電変換層１と透明な電極２にて構成することで有機太陽電池Ａ全体を透明に形成することができ、例えば住宅建材の窓や車の窓等に応用して断熱作用と発電機能とを兼ね備える透明窓を形成することができる。

請求項３に係る発明によれば、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層１にて特に赤外光を電気エネルギーに変換して発電をすると共に、可視光領域又は紫外光領域に光の吸収ピークを有する半導体を含有する他の光電変換層１にて特に可視光又は紫外光を電気エネルギーに変換して発電をすることができ、赤外光領域を吸収して発電する太陽電池と可視光領域又は紫外光領域を吸収して発電する太陽電池とを一体化して、広い範囲に亘る光を利用した更に高効率な発電を行うことができる。

請求項４に係る発明によれば、有機太陽電池Ａの発電効率を更に向上することができる。

請求項５に係る発明によれば、赤外光の吸光度が高いと共に可視光の吸光度が低いナフタロシアニン及びナフタロシアニン誘導体を有機物半導体として用いることにより、更に高効率の有機太陽電池Ａを得ることができる。

請求項６に係る光センサによれば、特に赤外光を含む光の検知に好適に利用することができ、赤外光を用いた光通信の受光器や赤外光透明光センサーとして用いることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は有機太陽電池Ａの一例を示す。この有機太陽電池Ａは、二つの電極２，２の間に、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層１を挟み込んで構成されている。

二つの電極２，２は、その一方が正極として、他方が負極として機能するものであり、導電性と透光性とを有するものを形成するものであり、良好な太陽電池特性を有するためにはシート抵抗が２０Ω／□以下であることが好ましい。

この電極２のうち少なくとも一方を光透過性を有する透明な電極２とすることで、この透明な電極２を介して有機太陽電池Ａに入射される光を発電に利用することができる。また二つの電極２，２を共に透明な電極２としても良く、この場合は、有機太陽電池Ａ全体を透明に形成することができる。

この二つの電極２，２のうち、正極として機能する電極２については、正孔を効率良く収集するために仕事関数が大きいものであることが好ましく、特に仕事関数が４．９〜５．１ｅＶの範囲のものが好ましい。このような電極２の具体的な材料としては、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＡＺＯ、ＧＺＯ等の導電性透明材料が挙げられる。

また、負極として機能する電極２については、電子を効率良く収集するために仕事関数が小さいものであることが好ましく、特に仕事関数が３〜４．５ｅＶの範囲のものが望ましい。このような第二電極２の具体的な材料としては、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等、或いはこれらの合金を挙げることができる。

これらの電極２の厚みは特に制限されないが、良好な導電性と光透過性を確保するためには５０〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。

光電変換層１は、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有するものであり、好ましくは前記有機物半導体と、光透過性を有するｎ型半導体とを含む層として構成される。

赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体とは、赤外光領域に吸収ピークがあり、赤外光領域の吸光度積分値が可視光領域の吸光度積分値よりも大きいものであり、可視光領域には吸収ピークがないことが好ましい。尚、紫外光領域に大きな吸収ピークがあっても構わない。

このような有機物半導体としては、π共役型ポリマー等が好ましく、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリアニリン等を主骨格にもつものが正孔伝導性の面で好ましいが、特に巨大なπ共役系を有することで長波長領域の吸収を増大させたものを用いることができる。

このような有機物半導体の例としては、下記式（１）〜（３）に示されるような、ナフタロシアニン又はナフタロシアニン誘導体を挙げることができる。各式中のＭは中心金属であって、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ等各種の金属を挙げることができる。また、式（２）及び式（３）における置換基Ａとしては、−Ｒ、−ＯＲ、ハロゲン基等を挙げることができ、前記Ｒとしては、ブチル基（−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₃）やターシャルブチル基（−Ｃ（ＣＨ₃）₃）のような直鎖や分枝アルキル基、又はこれらにＣ、Ｈ、Ｎ、Ｓ、ハロゲンなどを含む有機基を挙げることができる。

ここで、下記式（４）に示すフタロシアニン（Ｍは中心金属であって、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ等各種の金属）は、可視光領域に吸収があり、従来から有機太陽電池Ａにおける有機物半導体として用いられていたものであるが、このフタロシアニンからπ共役系を伸ばした場合には最大吸収ピークが長波長側にシフトして赤外光領域の吸光度が増大すると共に可視光領域の吸光度が低減するものであり、例えば式（１）に示すナフタロシアニンでは、最大吸収ピークは７００ｎｍ近くまでシフトし、また、式（２）において置換基Ｒがブチル基（Ｃ₄Ｈ₉）である場合には吸収ピークは８７０ｎｍまで長波長化する。

勿論、フタロシアニン以外の有機材料でも、分子構造や置換基効果により、吸収ピークが赤外光領域にある有機物半導体を合成することは可能である。

また、光透過性を有するｎ型半導体は電子受容性材料として機能するものであって、例えばフラーレン、フラーレン誘導体等を用いることができる。

光電変換層１は、有機物半導体とｎ型半導体とを組み合わせ、光電変換層１内で有機物半導体とｎ型半導体とが接触するように形成することが好ましい。例えば有機物半導体を含有する層（ｐ層）とｎ型半導体を含む層（ｎ層）とを積層したｐ−ｎ積層構造、有機物半導体とｎ型半導体とを混合したバルクヘテロ構造、ｐ層とｎ層との間にｉ層として有機物半導体とｎ型半導体とを共蒸着等により混合した混合層や、有機物半導体からなる薄膜とｎ型半導体からなる薄膜とを交互に複数層積層した複合層等を介在させるようにしたｐ−ｉ−ｎ構造等に形成することにより、有機太陽電池Ａの高性能化が可能になる。

光電変換層１の厚みは適宜設定されるものであるが、例えば５０〜１００ｎｍの範囲とすることができる。

また、光電変換層１と電極２との間に正孔輸送層や電子輸送層等の適宜のバッファ層を介在させることにより、キャリアの選択的な輸送や、キャリアの再結合の低減を図り、さらなる高効率化を図ることができる。

このような有機太陽電池Ａは、基板上に上記各層を順次積層して形成することができる。基板は、絶縁性を有する透明なものを用いることができ、無色透明のほか、多少着色されているものであっても、すりガラス状のものであっても良い。基板の具体的な材料としてはソーダライムガラス、無アルカリガラス、各種透明プラスチック（ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＡＳ、ＡＢＳ、ＰＭＭＡ、ＰＶＣ、ＰＡ、ＰＯＭ、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＥＳ等）などを挙げることができる。上記各層を積層するにあたっては適宜の手法を採用することができ、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、スピンコート法、印刷法等の方法で順次薄膜に形成することができる。

このように形成される有機太陽電池Ａでは、光が入射して光電変換層１に到達すると、赤外光を吸収して発電を行うことができ、太陽エネルギーの大部分を占める赤外光を太陽電池発電に利用することができて、発電効率が高くなる。

また、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体は可視光の透過率が高いため、光電変換層１を透明に形成することが可能となり、特に二つの電極２，２が共に透明な電極２であると、太陽電池全体を透明に形成することができる。この場合、有機太陽電池Ａを例えば住宅建材の窓や車の窓等に応用して、断熱作用と発電機能とを兼ね備える透明窓を形成することもできる。

図２に有機太陽電池Ａの他例を示す。この有機太陽電池Ａは、二つの電極２，２の間に、上記のような赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層１（第一の光電変換層１ａ）と共に、可視光領域に光の吸収ピークを有する光電変換層１（第二の光電変換層１ｂ）を挟み込んで構成されている。図示の例では、第一の光電変換層１ａと第二の光電変換層１ｂは、中間電極４を介して積層して形成される。

二つの電極２，２としては図１に示す場合のものと同様のものを形成することができる。この電極２のうち少なくとも一方を光透過性を有する透明な電極２とすることで、この透明な電極２を介して有機太陽電池Ａに入射される光を発電に利用することができる。また二つの電極２，２を共に透明な電極２としても良い。

また第一の光電変換層１ａとしては図１に示す場合の光電変換層１と同様のものを形成することができる。

第二の光電変換層１ｂは、可視光領域に光の吸収ピークを有する半導体を含有するものとして形成することができ、好ましくは前記半導体と、光透過性を有するｎ型半導体とを含む層として構成される。

可視光領域に光の吸収ピークを有する半導体とは、可視光領域に吸収ピークがあり、可視光領域の吸光度積分値が赤外領域の吸光度の積分値よりも大きなものである。尚、紫外光領域に大きな吸光度の吸収ピークがあっても構わない。

この半導体としては、π共役型ポリマー等が好ましく、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリアニリン等を主骨格にもつものが正孔伝導性の面で好ましい。このような半導体としては、例えばフタロシアニン系顔料、インジゴ、チオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、メロシアニン化合物、シアニン化合物、スクアリウム化合物や、また有機電子写真感光体に用いられる電荷移動剤、電気伝導性有機電荷移動錯体などを挙げることができ、更には導電性高分子を挙げることができる。一例としては、上記式（４）に示すフタロシアニンを挙げることができる。

また、光透過性を有するｎ型半導体としては、既述のものと同様のものを用いることができる。

この第二の光電変換層１ｂも、有機物半導体とｎ型半導体とを組み合わせて、例えばｐ−ｎ積層構造、バルクヘテロ構造、ｐ−ｉ−ｎ構造等に形成することにより、有機太陽電池Ａの高性能化が可能になる。

また、中間電極４は、両側の各光電変換層１，１からそれぞれ供給される電子と正孔とを結合させて二つの光電変換層１，１を導通させるキャリア再結合層として機能するものであり、導電性を有し、且つ光を透過するものを形成することが好ましい。このような中間電極４の具体的な材料としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ等、或いはこれらの合金、ＩＴＯ等の金属酸化物などを挙げることができる。また良好な光透過性を確保するためには中間電極４の膜厚を０．５〜５ｎｍの範囲に形成することが好ましい。

この有機太陽電池Ａも、図１に示すものの場合と同様に、絶縁性を有する透明な基板上に上記各層を真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、スピンコート法、印刷法等の方法で順次積層して形成することができる。

このように形成される有機太陽電池Ａは、赤外光領域を吸収して発電する太陽電池と可視光領域を吸収して発電する太陽電池とが一体化した形態を有している。

すなわち、この有機太陽電池Ａの第一の光電変換層１ａ側の電極２から光を取り入れて発電をする場合、まず入射した光が第一の光電変換層１ａに到達し、赤外光が吸収されて発電がなされる。このとき、第一の光電変換層１ａにおける可視光の吸収が少ないため、可視光の大部分は第一の光電変換層１ａを透過する。この透過した可視光は第二の光電変換層１ｂに到達し、この可視光が吸収されて発電が為される。

このように第一の光電変換層１ａで赤外光を利用した発電を行うと共に第二の光電変換層１ｂで可視光を利用した発電を行うことができ、このとき第一の光電変換層１ａにおける可視光の透過率が高いことから、第二の光電変換層１ｂに到達するまでの可視光の損失が少なくなり、発電効率が向上するものであり、また第一の光電変換層１ａと第二の光電変換層１ｂとは積層されているため、有機太陽電池Ａの面積あたりの発電効率が向上するものである。

また、上記第二の光電変換層１ｂに代えて、紫外光領域に光の吸収ピークを有する光電変換層１（第三の光電変換層１ｃ）を設けても良い。

第三の光電変換層１ｃは、紫外光領域に光の吸収ピークを有する半導体を含有するものとして形成することができる。

紫外光領域に光の吸収ピークを有する半導体とは、紫外光領域に大きな吸光度の吸収ピークがあるもので、可視光領域と赤外光領域に吸収がないものである。

第三の光電変換層１ｃとしては、例えばエネルギーバンドギャップが３ｅＶ以上のｐ−ｎ構造を有するものを設けることができ、このときｐ層として銅アルミ酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、銀インジウム酸化物、ストロンチウム銅酸化物から選ばれるｐ型半導体からなる層を設けると共に、ｎ層として酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、窒化ガリウム、銅インジウム酸化物から選ばれるｎ型半導体からなるものを設けることができる。

このように形成される有機太陽電池Ａは、赤外光領域を吸収して発電する太陽電池と紫外光領域を吸収して発電する太陽電池とが一体化した形態を有している。

すなわち、この有機太陽電池Ａの第一の光電変換層１ａ側の電極２から光を取り入れて発電をする場合、まず入射した光が第一の光電変換層１ａに到達し、赤外光が吸収されて発電がなされる。このとき、第一の光電変換層１ａにおける紫外光の吸収が少ないため、紫外光の大部分は第一の光電変換層１ａを透過する。この透過した紫外光は第三の光電変換層１ｃに到達し、この紫外光が吸収されて発電が為される。

このように第一の光電変換層１ａで赤外光を利用した発電を行うと共に第三の光電変換層１ｃで紫外光を利用した発電を行うことができ、このとき第一の光電変換層１ａにおける紫外光の透過率が高いことから、第三の光電変換層１ｃに到達するまでの紫外光の損失が少なくなり、発電効率が向上するものであり、また第一の光電変換層１ａと第三の光電変換層１ｃとは積層されているため、有機太陽電池Ａの面積あたりの発電効率が向上するものである。

また、このように二層の光電変換層１を有するもののほか、上記のような第一の光電変換層１ａを含む複数の光電変換層１を有する有機太陽電池Ａを形成することもできる。

また、特に二つの電極２，２の間に第一の光電変換層１ａ、第二の光電変換層１ｂ及び第三の光電変換層１ｃを積層したものを介在させた構成を有する有機太陽電池Ａでは、第一の光電変換層１ａにおける赤外光を利用した発電と、第二の光電変換層１ｂにおける可視光を利用した発電と、第三の光電変換層１ｃにおける紫外光を利用した発電とが行われ、紫外光領域から赤外光領域に亘る広い波長域の光を利用して発電を行うことができ、発電効率が更に向上するものである。

また、以上のような構成を有する有機太陽電池Ａを光電変換部とし、この光電変換部の電気特性の変化を検出する検出部を設けることで、光センサを構成することができる。

検出部としては、光電変換部に検出対象の光が照射された場合に生じる起電力を測定するものや、光電変換部に検出対象の光が照射された場合における光電変換部の電流−電圧特性を測定するもの等を挙げることができる。具体的には、例えば赤外線センサとして用いる場合、四個の光電変換部をブリッジ接続にして、互いに向かい合う二つの光電変換部に光遮断構造を設けると共に向かい合う他の二つの光電変換部に外部からの光が入射されるような構造を設け、中間点の電位差を検出できるような回路を構成する。この場合、赤外光が入射しない場合は中間点の電位差は０だが、赤外光が入射すると、遮光していない光電変換部だけ抵抗値が変化して中間点に電位差が生じ、この電位差に基づいて赤外光を検出可能になる。

このような光センサは、例えば赤外光を用いた光通信の受光器や赤外光透明光センサーとして用いることができる。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

〔実施例１〕
電極２としてＩＴＯ薄膜が１５０ｎｍの膜厚で形成されたガラス基板の上に、バッファ層（正孔輸送層）として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（ｐｏｌｙ［３，４−（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙ）ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ］：ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））を２５ｎｍの膜厚で形成した。

赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体として、上記式（２）に示す銅(II)５，９，１４，１８，２３，２７，３２，３６−オクタブトキシ−２，３−ナフタロシアニン（Ｏｂｕ−ＣｕｎａＰｃ）を用い、このＯｂｕ−ＣｕｎａＰｃは有機溶媒に可溶であるため、正孔輸送層の上にスピンコートして、膜厚２５ｎｍのＯｂｕ−ＣｕｎａＰｃからなる層を形成した。

次に、光透過性を有するｎ型半導体としてフラーレン（Ｃ６０）を真空蒸着して、膜厚２５ｎｍの光透過性を有するフラーレン（Ｃ６０）からなる層を形成した。

この後、バッファ層（電子輸送層）としてＢＣＰ（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ）を５ｎｍの膜厚で形成し、最後に電極２２としてＭｇ：Ａｇ合金薄膜を１００ｎｍの膜厚で形成することによって、有機太陽電池Ａを得た。この有機太陽電池Ａは透明なものであった。

〔実施例２〕
電極２としてＩＴＯ薄膜が１５０ｎｍの膜厚で形成されたガラス基板の上に、まず、蒸着法にてｐ層として式（４）に示す亜鉛フタロシアニンからなる層を厚み５ｎｍとなるように形成し、次に共蒸着法により、ｉ層として亜鉛フタロシアニンとフラーレン（Ｃ６０）を１：１の体積比でブレンドした層を厚み１５ｎｍに形成し、続いてｎ層としてフラーレン（Ｃ６０）からなる層を厚み３０ｎｍとなるように形成することで、ｐ−ｉ−ｎ構造を有する第二の光電変換層１ｂを形成した。

次に、バッファ層（電子輸送層）としてＢＣＰ（ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ）を５ｎｍの膜厚で形成した。

次に、Ａｇを厚み５ｎｍに成膜した後、ＩＴＯを厚み２０ｎｍに成膜して、中間電極４を形成した。

次に、実施例１と同様にしてバッファ層（正孔輸送層）、光電変換層１（第一の光電変換層１ａ）、バッファ層（電子輸送層）、及び電極２を順次形成して、有機太陽電池Ａを得た。

この有機太陽電池Ａは、透明性は低いが、赤外光領域を吸収して発電する太陽電池と可視光領域を吸収して発電する太陽電池とを一体化した形態を有し、高い変換効率が得られる。

〔比較例１〕
有機物半導体として式（４）に示す銅フタロシアニンを用いた以外は実施例１と同様にして、有機太陽電池Ａを得た。

（半導体の吸収スペクトル）
実施例１で用いたＯｂｕ−ＣｕｎａＰｃと、比較例１で用いたフタロシアニンのそれぞれについて、光の吸収スペクトルを測定した。その結果を図３に示す。尚、図３における縦軸は規格化された吸光度を示す。

フタロシアニンは可視光域に吸収ピークがあり、赤外光領域の吸光度が低いのに対して、Ｏｂｕ−ＣｕｎａＰｃでは８７０ｎｍ付近の赤外光領域に吸収ピークがあると共に可視光域の吸光度が低いものであった。

（太陽電池特性評価）
実施例１の有機太陽電池Ａについて、ソーラシミュレータでＡＭ１．５Ｇ、１００ｍＷ／ｃｍ²の擬似太陽光（ＡｉｒＭａｓｓ１．５Ｇｌｏｂａｌ１００ｍＷ／ｃｍ²）を照射し、この状態で有機太陽電池Ａの電流−電圧特性を測定し、短絡光電流（Ｊｓｃ）の太陽電池パラメータを導出することで、太陽電池としての駆動を確認した。

図４に、疑似太陽光を照射している状態と、照射していない状態のそれぞれについて、実施例１の有機太陽電池Ａの電流−電圧特性を測定した結果を示す。これにより、実施例１の有機太陽電池Ａは擬似太陽光照射時に光応答しており、太陽電池として駆動していることが確認できた。

また、太陽電池パラメータはＪｓｃ＝０．５８ｍＡ／ｃｍ²であり、太陽電池として機能していることが確認できた。

尚、材料の純度の向上、太陽電池デバイス構造の最適化等を施すことにより太陽電池パラメータの値を大きくし、更なる高性能化を図ることができるものと期待される。

（分光感度測定）
実施例１及び比較例１の有機太陽電池Ａについて、モノクロメータを用いて３００〜１０００ｎｍの範囲で５ｎｍ刻みで変化させた単波長光を照射し、各波長ごとに有機太陽電池Ａで発生する光電流を測定することにより、分光感度を測定した。その結果を図５に示す。尚、図５における縦軸は規格化された分光感度を示す。

実施例１の有機太陽電池Ａの分光感度は、Ｏｂｕ−ＣｕｎａＰｃの吸収スペクトルとの相関性が高く、赤外光領域で駆動するものであった。それに対して比較例１の有機太陽電池Ａでは可視光領域では駆動するが、赤外光領域で駆動しないものであった。

本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態の他例を示す断面図である。実施例１で用いたＯｂｕ−ＣｕｎａＰｃと、比較例１で用いたフタロシアニンのそれぞれについて、光の吸収スペクトルを測定した結果を示すグラフである。実施例１及び比較例１の有機太陽電池の電流−電圧特性の測定結果を示すグラフである。実施例１及び比較例１の有機太陽電池についての分光感度を測定結果を示すグラフである。

符号の説明

Ａ有機太陽電池
１光電変換層
２電極

Claims

二つの電極の間に、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層が設けられていることを特徴とする有機太陽電池。
上記二つの電極が、共に透明な電極であり、この二つの電極の間に配置される光電変換層が、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する上記光電変換層のみであることを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池。
上記二つの電極の間に、赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する光電変換層と、可視光領域又は紫外光領域に光の吸収ピークを有する光電変換層とを含む複数の光電変換層が、光透過性の中間電極を介して積層して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機太陽電池。
赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体を含有する上記光電変換層が、光透過性を有するｎ型半導体を含有し、この光電変換層中で前記有機物半導体とｎ型半導体とが接触していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機太陽電池。
上記赤外光領域に光の吸収ピークを有する有機物半導体が、ナフタロシアニン又はナフタロシアニン誘導体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機太陽電池。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機太陽電池から構成される光電変換部と、この光電変換部の電気特性の変化を検出する検出部とを備えることを特徴とする光センサ。