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WO2008001577A1 - Organic solar cell - Google Patents

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Publication number
WO2008001577A1
WO2008001577A1 PCT/JP2007/061094 JP2007061094W WO2008001577A1 WO 2008001577 A1 WO2008001577 A1 WO 2008001577A1 JP 2007061094 W JP2007061094 W JP 2007061094W WO 2008001577 A1 WO2008001577 A1 WO 2008001577A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
organic solar
thickness
cathode
solar cell
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2007/061094
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takahito Oyamada
Chihaya Adachi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Corp filed Critical Pioneer Corp
Priority to JP2008522369A priority Critical patent/JP4970443B2/ja
Priority to US12/307,009 priority patent/US20090199903A1/en
Publication of WO2008001577A1 publication Critical patent/WO2008001577A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present application relates to an organic solar cell configured by stacking a substrate, a first electrode, an organic solid layer, and a second electrode.
  • the cathode when light is incident from the opposite side of the substrate, the cathode must be transparent. Indium oxide must be used. In this case, for the same reason described above, a relatively thick transparent electrode must be used, and a part of incident light is confined inside the transparent electrode, and the efficiency of use of incident light is reduced. The problem of end-of-life still arises. Furthermore, in the general organic device manufacturing process, when this transparent electrode is stacked on the organic solid layer, it is generally performed by sputtering, so that the transparent electrode is stacked under the cathode. When the organic solid layer was damaged by plasma, etc. and was damaged, a new problem occurred.
  • the present application has been made in view of such problems, and provides an organic solar cell capable of suitably making light incident from the side opposite to the substrate and efficiently using the incident light. This is the main issue.
  • the invention described in claim 1 for solving the above-mentioned problem is an organic solar cell configured by laminating a substrate, a first electrode, an organic solid layer, and a second electrode in this order,
  • the second electrode is made of a magnesium-containing alloy and has a thickness of:! To 20 nm.
  • the invention according to claim 2 for solving the above-mentioned problem is an organic solar cell configured by laminating a substrate, a first electrode, an organic solid layer, and a cathode in this order,
  • the second electrode includes a plurality of layers, at least one of which is formed of a magnesium-containing alloy and has a thickness of 1 to 20 nm.
  • FIG. La is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of an organic solar cell of the present application.
  • FIG. Lb A diagram for showing auxiliary electrodes.
  • FIG. Lc is a view for showing an auxiliary electrode.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between wavelength and transmittance.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between wavelength and reflectance.
  • Electron acceptor layer 12 Electron acceptor layer
  • FIG. La is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of the organic solar battery of the present application.
  • the organic solar cell of the present application is configured by laminating a substrate 5, a first electrode 4, an organic solid layer 2, and a second electrode 1 in this order.
  • the 2nd electrode 1 in such an organic solar cell of this application is formed with the magnesium containing alloy, and thickness is:!-20nm, It is characterized by the above-mentioned.
  • the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode
  • the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode
  • the effects of the present invention can be obtained.
  • the case where the anode and the second electrode are the cathode will be described.
  • the cathode 1 when the cathode 1 has a single-layer structure, the cathode 1 is formed of a magnesium-containing alloy.
  • the magnesium-containing alloy refers to an alloy containing magnesium (Mg) and other metals other than magnesium.
  • the "number of magnesium atoms" to the "number of all metal atoms" of the magnesium-containing alloy, that is, “magnesium atomic ratio” is not particularly limited, but in this application, the atomic ratio of the magnesium is 1 to 90 percent is preferred. 20 to 40 percent is particularly preferred.
  • metals other than magnesium are not particularly limited. Ag, Cu, Au, In, Sn, Al, Zn, alkali metals, Group 2 elements, rare earth metals, transition metals, etc. are used. The By using these metals, it is possible to form a cathode having transparency or translucency. Furthermore, it is preferable to use these metals because the conductivity can be maintained.
  • the metal other than magnesium is preferably Ag.
  • the magnesium-containing alloy formed of magnesium and Ag is effective because the carrier can be efficiently taken out as a cathode.
  • the metal other than magnesium may be a conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) that is not only a simple substance as described above. For example, both Ag and ITO may be used (that is, a composite conductive film made of Ag, ITO, and Mg may be used).
  • the organic solar battery of the present application is characterized in that the thickness of the cathode 1 formed of such a material is:! To 20 nm.
  • the thickness of the second electrode (cathode) 1 is preferably:! To 20 nm, and in particular, the thickness of the second electrode (cathode) 1 is preferably 1 to 5 nm.
  • the conductivity can be suitably maintained by forming the cathode 1 from the magnesium-containing alloy as described above.
  • the cathode 1 can be formed by using, for example, the electrode material described above, and by a method such as a vacuum deposition (resistance heating deposition) method, a vacuum deposition (electron beam deposition) method, or a coating film formation method.
  • a vacuum deposition resistance heating deposition
  • a vacuum deposition electron beam deposition
  • a coating film formation method a coating film formation method.
  • the cathode may have a plurality of layers instead of a single layer structure.
  • the cathode is composed of a plurality of layers, at least one of them is formed of a magnesium-containing alloy. It has a characteristic in that.
  • the layer formed of the magnesium-containing alloy is the same as the magnesium-containing alloy described in (I), the description thereof is omitted here.
  • Layers other than the layer formed of the magnesium-containing alloy are not particularly limited. Ag, Cu, Au, In, Sn, Al, Zn, alkali metal, group 2 element, rare earth metal, transition metal, etc. It may be formed by. In particular, at least one layer other than the layer formed of the magnesium-containing alloy is preferably a layer formed of Ag. As a result, the carrier can be taken out efficiently. If the cathode 1 is not formed using a magnesium-containing alloy and is formed only from Ag, both the transparency and the conductivity cannot be satisfied at the same time (the cathode 1 for better transparency). When the thickness of the cathode 1 is reduced, the conductivity becomes poor and no current flows.
  • the cathode 1 when the cathode 1 is made thick enough to allow the current to flow in order to improve the conductivity, the transparency becomes worse.) .
  • the cathode is formed of a plurality of layers in this way, the positional relationship between the layer formed of the magnesium-containing alloy in the cathode 1 and the layer formed of other than the magnesium-containing alloy is not particularly limited. However, it is preferable that the layer formed of other than the magnesium-containing alloy is disposed at a position in contact with the organic solid layer 2.
  • the thickness of the entire cathode is 1 to 20 nm.
  • the thickness of the entire cathode 1 is set to 1 to 5 nm, the transparency can be secured 80% or more.
  • the forming method is the same as in the case of (I) above, the vacuum deposition (resistance heating deposition) method, the vacuum deposition. Methods such as (electron beam evaporation) and coating film formation can be used. [0026] (Organic solid layer)
  • the organic solid layer 2 is composed of at least an organic electron donor layer 11 and an electric acceptor layer 12.
  • the organic electron donor constituting the organic electron donor layer (hereinafter sometimes referred to as "p-type layer") 11 is a material having charge-carriers as holes and p-type semiconductor characteristics. If there is, it is not particularly limited.
  • oligomers and polymers having thiophene and its derivatives in the skeleton oligomers and polymers having phenylene vinylene and its derivatives in the skeleton, oligomers and polymers having skeleton of vinylene vinylene and its derivatives, and bur Oligomers and polymers having skeleton of rubazole and its derivatives, oligomers and polymers having skeleton of pyrrole and its derivatives, oligomers and polymers having skeleton of acetylene and its derivatives, oligomers having skeleton of isothiaphane and its derivatives Polymers, polymers such as oligomers and polymers having a backbone of hebutadiene and its derivatives, metal-free phthalocyanines, metal phthalocyanines and their derivatives, diamines, phenyldiamins and their derivatives, penta Allenes and derivatives thereof such as Ponolephyrin, Tetramethylporphy
  • the central metals of metal phthalocyanines and metalloporphyrins are metals such as magnesium, zinc, copper, silver, anoleminium, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, tin, platinum, lead, and metal oxides. And metal halides are used. In particular, an organic material having an absorption band in the visible region (300 nm to 900 nm) is desirable.
  • the charge carrier is an electron, and a material exhibiting n-type semiconductor characteristics. so If there is, there is no particular limitation.
  • organic electron acceptors include oligomers and polymers having pyridine and derivatives thereof as skeletons, oligomers and polymers having quinoline and derivatives thereof as skeletons, and ladders made of benzophenanthrolines and derivatives thereof.
  • Small molecules such as polymers, polymers such as cyanopolyethylene vinylene, fluorinated metal-free phthalocyanines, fluorinated metal phthalocyanines and derivatives thereof, perylene and derivatives thereof, naphthalene derivatives, bathocuproine and derivatives thereof are used. obtain.
  • modified or unmodified fullerenes, carbon nanotubes and the like can be mentioned.
  • an organic material having an absorption band in the visible region 300 nm to 900 nm
  • an organic material having an absorption band in the visible region is particularly desirable.
  • the positional relationship in which the organic solid layer 2 ( P- type layer 11, n-type layer 12) is laminated is not particularly limited, but the p-type layer 11 on the anode 4 side and the cathode side. It is preferable to place n-type layer 12.
  • Mo ⁇ By placing Mo ⁇ on the cathode 1 side, n-type layer 12 on the anode 4 side and p-type layer on the cathode 1 side
  • a co-deposited layer in which a p-type layer and an n-type layer are co-deposited instead of a single p-type layer and n-type layer.
  • the positional relationship from the anode 4 side may be p-type layer, i-type layer, n-type layer n-type layer, i-type layer Layers, p-type layers, can be.
  • a single layer (i layer) in which a p-type material and an n-type material are co-evaporated may be used.
  • the i layer may be formed by mixing the p-type material and the n-type material to form a film.
  • the anode 4 is an electrode for efficiently collecting holes generated between the anode 4 and the cathode 1, and is made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a high work function. It is preferable to use an electrode material having a work function of 4 eV or more. As such an electrode material, an electrode material usually used as an anode of a solar cell may be used. For example, IT ⁇ (indium tin oxide), Sn ⁇ , AZO, IZ ⁇
  • the anode needs to be transparent. Make light incident from the opposite side of In addition to the above, for example, Ag, Cu, Au, In, Sn, Al, Zn, Alkali metals, Group 2 metals, rare earth metals, transition metals, and the like can be used. In this way, there is no need to select a material with transparency, so there is a wide range of choice for the material used as the anode. In particular, here, when the electrode material having no transparency is used for the anode, the light incident from the opposite side of the substrate is not transmitted through the anode, so that the incident light can be used effectively.
  • the electrical material used as the anode is more preferably a reflective material.
  • the electrical material used as the anode is more preferably a reflective material.
  • the anode 4 When light is incident from the opposite side of the substrate 5, if the light can be reflected by the anode 4, the light is again taken into the organic solid layer, and holes generated between the anode 4 and the cathode 1 are regenerated. Can be collected efficiently. Therefore, the incident light can be used efficiently.
  • Examples of such an electrode material include metals such as Ag, Al, and Au, or alloys such as MgAg and MgAu.
  • a metal such as Ag it is preferable to insert Cr, Ti, Mg or the like between the substrate 5 and the anode 4 in order to improve the adhesion with the substrate 5.
  • the thickness 0.1 to:!
  • Onm is preferable.
  • an alloy such as MgAg is used as the anode 4
  • the adhesion to the substrate 5 is good, so that it is not necessary to insert Cr or the like between the substrate and the anode 4 as described above.
  • an MgAg alloy is used as the anode 4, it is preferable because it has a good reflectivity of nearly 100% and the conductivity is maintained.
  • the thickness of the anode 4 is 20 to:! OOOnm is preferred, especially 20 nm to 200 nm force.
  • Such an anode 4 is formed by applying the above-described electrode material to the surface of the substrate 1 by vacuum deposition (resistance heating deposition), vacuum deposition (electron beam deposition), vacuum deposition (sputtering), coating film formation, etc. It can be formed by a method.
  • the buffer layer 3 may be formed so as to be in contact with the above-described anode 4 (on or below the anode).
  • FIG. La shows the case where the buffer layer 3 is formed on the anode 4.
  • the buffer layer 3 facilitates efficient extraction of carriers and assists the anode 4.
  • the buffer layer 3 is not particularly limited.
  • ITO ITO, IZO, InOx, SnOx, VO
  • the thickness of the MoO is preferably 1 to 7.5 nm, and particularly preferably 5.5 nm.
  • the buffer layer 3 can be formed on the surface of the anode by a method such as a vacuum deposition (resistance heating deposition) method, a vacuum deposition (electron beam deposition) method, or the like.
  • the substrate 5 is not limited in material and thickness as long as the anode 4 can be held on the surface. For this reason, it is possible to use materials such as glass, aluminum, and stainless steel, plastics such as alloys, polycarbonate, and polyester as materials that can be used in the form of a plate or film. Since the present invention is an invention made to allow light to enter from the opposite side of the substrate, the substrate 5 does not require transparency. Therefore, the scope for selecting a material to be used as a substrate without having to select a transparent material is widened.
  • the substrate 5 is preferably flatter.
  • the thickness of the cathode 1 used in the present invention is about 1 to 20 nm and is a very thin layer. Therefore, the height difference of the substrate is preferably 5 nm or less. It is preferable that This is because the negative electrode 1 has a thickness of about Sl ⁇ 20 nm, so if the substrate has a height difference of 5 nm or more, the cathode 1 may be disconnected.
  • the substrate having such flatness include substrates formed of metals such as Si, glass, aluminum, and stainless steel, alloys such as plastics such as polycarbonate and polyester, and Si and SiO. May be a substrate formed by laminating. Also, the board 5
  • Hydrochloric acid, sulfuric acid etching, etc.), flattening film coating, etc. may be performed.
  • the auxiliary electrode 6 is formed in order to lower the resistance of the cathode containing the magnesium-containing alloy (acquire more current). Specifically, as described above, the features of the present invention. Since the cathode having the thickness is formed thin, it is expected that the resistance is high. Therefore, in order to lower the resistance of the cathode and obtain more current, the auxiliary electrode 6 is formed so as to be in contact with the cathode (above or below the cathode).
  • FIG. La shows the case where the auxiliary electrode 6 is formed on the cathode 1.
  • the wiring shape of the auxiliary electrode 6 is not particularly limited. However, as shown in FIGS.
  • auxiliary electrode 6 is 40 nm to 5000 nm, but preferably 60 nm to:! OOOnm is particularly preferable.
  • the width of the auxiliary electrode 6 (the opening between the auxiliary electrode and the auxiliary electrode) varies depending on the size of the device, but the aperture ratio ((excluding the auxiliary electrode in the device can absorb light and perform photoelectric conversion).
  • the electrode material of the auxiliary electrode 6 is not particularly limited, but Cu, Ag, Au noble metals, Al, Zn, In, Sn and other transition metals, Mg, Ca and other group 2 elements, Cs It is preferable to use alkali metals such as Li, rare earth metals such as Y and Yb, simple substances, alloys and mixed films. Further, it may be an oxide layer of ITO, SnOx, ⁇ , or a composite film layer with a metal.
  • the auxiliary electrode 6 can be formed by vacuum deposition (resistance heating), vacuum deposition (electron gun), a coating method, or the like.
  • the present embodiment also applies to the case where the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode. It can have the effect of the invention.
  • the layer configuration of each layer in this case is described in FIG. 1 as follows: substrate 5, first electrode (cathode) 4, organic solid layer 2, second electrode (anode) 1, and the description of each layer is as described above. It is the same.
  • Example 1 made of a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 5 ⁇ Onm) having a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 was produced.
  • MgAg magnesium-containing alloy
  • Magnesium-containing alloy (MgAg) with a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 (MgAg) ( A cathode of Example 2 having a thickness of 7.5 nm) was produced.
  • Example 3 made of a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 10. Onm) having a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 was produced.
  • MgAg magnesium-containing alloy
  • Onm having a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 was produced.
  • Example comprising silver (Ag) (thickness 0.5 nm) and a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 2. Onm) with a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 4 cathodes (total layer thickness (
  • Example consisting of silver (Ag) (thickness 0.7 nm) and a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 3. Onm) with a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 5 cathode (total layer thickness (
  • Example consisting of silver (Ag) (thickness 1 Onm) and a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 4. Onm) with a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10
  • Six cathodes total layer thickness (5 Onm)
  • Comparative example 1 consisting of silver (Ag) (thickness 2. Onm) and a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 8. Onm) with a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 Seven cathodes were produced.
  • a cathode of Comparative Example 1 made of silver (Ag) (thickness 5. Onm) was produced.
  • Example 8 The anode of Example 8 was manufactured so that a magnesium-containing alloy (MgAg) having a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 had a thickness of 60 nm.
  • MgAg magnesium-containing alloy having a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10 had a thickness of 60 nm.
  • the anode of Example 9 was manufactured so that the thickness of silver (Ag) was 60 nm.
  • Example 11 The anode of Example 10 was manufactured so that aluminum (A1) had a thickness of 60 nm.
  • Example 11 The anode of Example 11 was manufactured so that a magnesium-containing alloy (MgAu) having a ratio of magnesium (Mg) to gold (Au) of 1:10 had a thickness of 60 nm.
  • MgAu magnesium-containing alloy having a ratio of magnesium (Mg) to gold (Au) of 1:10 had a thickness of 60 nm.
  • a magnesium-containing alloy (MgAu) having a ratio of magnesium (Mg) to gold (Au) of 1: 1 as an anode was formed on a substrate so as to have a thickness of 60 nm.
  • MoO thinness 5.5 nm
  • CuPc thinness 40 nm
  • C thinness 30 nm
  • BCP (thickness 10 nm) was laminated in this order. After that, from the silver (Ag) (thickness 1. Onm) as a cathode and a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 4. Onm) with a ratio of magnesium (Mg) to silver (Ag) of 1:10
  • the organic solar cell of Example 12 was manufactured by laminating a cathode (total thickness (5. Onm)).
  • Magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 3. Onm) with silver (Ag) (thickness 0.7 nm) and magnesium (Mg) to silver (Ag) ratio of 1:10 on the organic solid layer
  • the organic solar cell of Example 13 is the same as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12 except that the cathode (the thickness of the entire layer (3.7 nm)) consisting of Manufactured.
  • Magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 2. Onm) with silver (Ag) (thickness 0.5 nm) and magnesium (Mg) to silver (Ag) ratio of 1:10 on the organic solid layer
  • the organic solar cell of Example 14 is the same as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12 except that the cathode (thickness of the entire layer (2.5 nm)) consisting of Manufactured.
  • the organic solar battery of Example 15 was manufactured in the same manner as the battery manufacturing method.
  • the organic solar cell of Example 16 was manufactured in the same manner as in the method for manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the organic solar cell of Example 17 was manufactured in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the organic solar cell of Example 18 was manufactured in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the organic solar cell of Example 19 was manufactured in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the organic solar cell of Example 20 was manufactured in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the organic solar cell of Example 21 was manufactured in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the organic solar cell of Example 22 was manufactured in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the organic solar cell of Example 23 was manufactured in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • the ratio of CuPc (thickness 40nm), C (thickness 30nm), Cs and BCP is 1:
  • the organic solar cell of Example 24 was manufactured in the same manner as in the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12 except that the mixture (thickness 10 nm) 1 was laminated in this order.
  • the ratio of CuPc (thickness 40nm), C (thickness 30nm), Cs and BCP is 1:
  • the organic solar cell of Example 25 was manufactured in the same manner as in the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12, except that the mixture (thickness 20 nm) 1 was laminated in this order.
  • the ratio of CuPc (thickness 40nm), C (thickness 30nm), Cs and BCP is 1:
  • the organic solar cell of Example 26 was manufactured in the same manner as in the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12 except that the mixture (thickness 30 nm) 1 was laminated in this order.
  • the ratio of CuPc (thickness 40nm), C (thickness 30nm), Cs and BCP is 1:
  • the organic solar cell of Example 27 was manufactured by making all the conditions except that the mixture (thickness 40 nm) 1 was laminated in this order in the same manner as the method of manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • CuPc thickness 40nm
  • CuPc and C co-deposited layer with a ratio of 1: 1
  • Thickness 10 nm Thickness 10 nm
  • C thickness 20 nm
  • BCP thickness 10 nm
  • Example 29 As an organic solid layer, CuPc (thickness 30nm), CuPc and C (co-deposited layer with a ratio of 1: 1 (
  • Thickness 10nm Thickness 10nm
  • C thickness 30nm
  • BCP thickness lOnm
  • the organic solar cell of Example 29 was manufactured in the same manner as in the method for manufacturing the organic solar cell of Example 12.
  • CuPc thickness 20nm
  • CuPc and C co-deposited layer with a ratio of 1: 1
  • Thickness 10 nm Thickness 10 nm
  • C thickness 40 nm
  • BCP thickness 10 nm
  • the cathode of Example 1 that is, a cathode formed with a magnesium-containing alloy composed of magnesium (Mg) and silver (Ag) so as to have a thickness of 5.
  • Onm has a wavelength of 350 nm to 90 Onm. In this region, a stable transmittance of about 80% was exhibited in any wavelength region.
  • the cathode of Comparative Example 1 that is, the cathode formed with silver (Ag) having a thickness of 5. Onm, showed a stable transmittance in the wavelength region of 600 nm or more, in the region of force wavelength of 350 nm to 600 nm. The transmittance was unstable. Therefore, it can be seen that the cathode of Example 1 of the present application (a cathode formed of a magnesium-containing alloy) is superior to a cathode formed of silver (Ag) alone.
  • the cathode of Example 1 that is, a cathode formed of a magnesium-containing alloy composed of magnesium (Mg) and silver (Ag) so as to have a thickness of 5.
  • the cathode of Example 2 That is, comparing a cathode formed with a magnesium-containing alloy with a thickness of 7.5 nm and a cathode according to Example 3, that is, a cathode formed with a magnesium-containing alloy with a thickness of 10.
  • the transmittance of the cathode of Example 1 is high throughout the entire wavelength region shown in FIG. The result was fixed. Therefore, it can be seen that the thickness (5. Onm) of the cathode of Example 1 of the present application is the best.
  • the cathode of Example 6 that is, a cathode in which a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 4. Onm) is laminated on silver (Ag) (thickness 1. Onm)
  • the cathode of Example 5 that is, a cathode in which a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 3. Onm) is stacked on silver (Ag) (thickness 0.7 nm)
  • FIG. 2 shows the transmittance of the cathode of Example 4 when a cathode in which a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 2.
  • Onm is laminated on silver (Ag) (thickness 0.5 nm) is compared.
  • the result was highly stable throughout the wavelength range. Therefore, in the case of a cathode formed by stacking a magnesium-containing alloy (MgAg) on silver (Ag), the thickness of the silver (Ag) is 0.5 nm and the thickness of the magnesium-containing alloy (MgAg). It can be seen that the best is when the thickness is 2.0 nm.
  • Examples 4 and 5 are more preferable than the cathode of Example 1, that is, the cathode formed only of the magnesium-containing alloy.
  • the cathode that is, a cathode in which a magnesium-containing alloy composed of magnesium (Mg) and silver (Ag) is laminated on silver (Ag) has a higher transmittance. Therefore, it can be seen that the best results are obtained when a magnesium-containing alloy (MgAg) (thickness 2 ⁇ Onm) is laminated on silver (Ag) (thickness 0.5 nm).
  • Examples 8 to Light having a wavelength of 350 nm to 900 nm was incident on the anode of 11 and the light reflectance of the anodes of Examples 8 to 11 was compared. The results are shown in Fig. 3.
  • Example 23 0.83 As is clear from Table 3, when comparing the photoelectric conversion efficiency in the organic solar cells of each example, the thickness of MoO, which is the buffer layer used in the organic solar cells of Examples 16-23 As the thickness increased from 0.00nm to 5.50nm, the photoelectric conversion efficiency increased. When the MoO thickness exceeded 5.50nm, the photoelectric conversion efficiency gradually decreased. Therefore, it can be seen that the best case is when the thickness of MoO as the buffer layer is 5.50 nm.
  • Example 27 0.003 As is clear from Table 5, when the photoelectric conversion efficiency in the organic solar cell of each example was compared, the result of the photoelectric conversion efficiency in the organic solar cell of Example 24 was the highest. Therefore, it is most excellent when the thickness of Cs: BCP is 1 Onm as the organic solid layer.
  • the thickness of CuPc and C as the organic solid layer is 40 nm and 20 nm, respectively.
  • the best power the power of S.

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Description

明 細 書
有機太陽電池
技術分野
[0001] 本願は、基板、第 1電極、有機固体層、第 2電極を積層することにより構成された有 機太陽電池に関する。
背景技術
[0002] 近年、産業の発展に伴いエネルギー使用量が飛躍的に増大しており、その中で地 球環境に負荷を与えず、且つ経済的で高性能な新しいクリーンなエネルギー源の開 発が求められている。このような新しいエネルギー源として期待されているもののうち 、太陽電池は無限にあるといってよい太陽光を利用することから注目されている。当 該太陽電池の構造は、基板、第 1電極（陽極）、有機固体層、第 2電極（陰極)を積層 することにより構成されてレ、る。このような構造をもつ太陽電池においては、基板側か ら光を入射させることが一般的であり、そのためには、基板、陽極にそれぞれ透明基 板、透明電極を用いることが必要である。具体的には、透明基板としてはガラス等、 透明電極としては ΙΤΟ、 ΙΖΟ等のインジウム酸化物等が用いられていた力 このよう に基板 ·陽極として透明である素材を選択しなければならないため、基板'陽極として 用いることのできる素材の選択の余地が狭いといった問題が生じていた。また、これら の透明電極を用いる場合には、シート抵抗を下げ、導電性をあげるために 30nm〜5 OOnm程度の厚みが最低限必要であった。しかし、このような比較的厚さの厚い透明 電極を用いることによって、入射光の一部が透明電極、更には上述した透明基板の 内部に閉じ込められ、入射光の利用効率が低くなつてしまうという問題が生じていた。 特許文献 1 :特開平 9一 74216号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] そこで、上述の問題を解消するために、基板と反対側から光を入射させる開発が行 われている。このように基板と反対側から光を入射させる場合には、基板と陽極は透 明である必要がないため、基板や陽極として用いる素材の選択の余地が狭まることが なレ、。さらに、陽極として上述のような素材を用いる必要がないため、陽極の厚さを上 述のように厚くする必要がない。これにより、入射光の一部が陽極の内部に閉じ込め られ、入射光の利用効率が低くなつてしまうという問題も生じることがない。よって、上 述した問題は解消したかのように見受けられるが、基板と反対側から光を入射させる 場合には、逆に陰極が透明でなければないため、陰極として上述した ΙΤΟ、 ΙΖ〇等 のインジウム酸化物等を用いる必要がある。この場合には、上述した同理由により、 比較的厚さの厚い透明電極を用いなければならず、入射光の一部が透明電極の内 部に閉じ込められ、入射光の利用効率が低くなつてしまうという問題は依然生じてし まう。更に、一般的な有機デバイス作製プロセスに於いてこの透明電極を有機固体 層上に積層する際にはスパッタにより積層を行うことが一般的であるため、その際に 陰極の下に積層されている有機固体層がプラズマ等により損傷し、ダメージを受けて しまうとレ、つた問題が新たに生じてレ、た。
[0004] 本願はこのような問題に鑑みなされたものであり、基板と反対側から好適に光を入 射させることができ、その入射光を効率よく利用することができる有機太陽電池を提 供することを主たる課題とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上記課題を解決するための請求項 1に記載の発明は、基板、第 1電極、有機固体 層、第 2電極をこの順で積層することにより構成された有機太陽電池であって、前記 第 2電極は、マグネシウム含有合金により形成されており、厚さが:!〜 20nmであるこ とを特徴とする。
[0006] また、上記課題を解決するための請求項 2に記載の発明は、基板、第 1電極、有機 固体層、陰極をこの順で積層することにより構成された有機太陽電池であって、前記 第 2電極が複数層により構成されており、そのうちの少なくとも一層は、マグネシウム 含有合金により形成されており、厚さが l〜20nmであることを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0007] [図 la]本願の有機太陽電池の実施形態の一例を示す概略断面図である。
[図 lb]補助電極を示すための図である。
[図 lc]補助電極を示すための図である。 [図 2]波長と透過率の関係を示す図である。
[図 3]波長と反射率の関係を示す図である。
符号の説明
[0008] 1···第 2電極
2···有機固体層
3···バッファ層
4—第1電極
5··，基板
6···補助電極
11···有機電子供与体層
12···電子受容体層
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下に、本願の有機太陽電池について図面を用いて詳細に説明する。
[0010] 図 laは、本願の有機太陽電池の実施形態の一例を示す概略断面図である。
[0011] 本願の有機太陽電池は、図 1に示すように、基板 5、第 1電極 4、有機固体層 2、第 2 電極 1をこの順で積層することにより構成されている。そして、このような本願の有機 太陽電池における第 2電極 1は、マグネシウム含有合金により形成されており、厚さが ：!〜 20nmであることを特徴とする。ここで、第 1電極が陽極、第 2電極が陰極である 場合及び第 1電極が陰極、第 2電極が陽極である場合についてそれぞれ本発明の 効果を有することができるが、以下第 1電極が陽極、第 2電極が陰極である場合につ いて説明する。
[0012] (第 2電極（陰極)）
本願の有機太陽電池を構成する第 2電極（陰極）を説明するに際し、 (I)第 2電極（ 陰極） 1が単層により構成されてレ、る場合、（II)第 2電極（陰極） 1が複数層により構成 されている場合に分けて説明する。
[0013] (I)第 2電極（陰極） 1が単層により構成されている場合
本願の有機太陽電池において陰極 1を単層構造とする場合、この陰極 1は、マグネ シゥム含有合金により形成されていることを特徴とする。 [0014] ここで、マグネシウム含有合金とは、マグネシウム（Mg)とその他マグネシウム以外 の金属を含む合金をいう。
[0015] マグネシウム含有合金の「全金属原子の数」に対する「マグネシウム原子の数」、つ まり、「マグネシウムの原子比率」は、特に限定されないが、本願においては、当該マ グネシゥムの原子比率は、 1〜90パーセントが好ましぐ 20〜40パーセントが特に好 ましい。
[0016] また、マグネシウム以外の金属については、特に限定されることはなぐ Ag、 Cu、 A u、 In、 Sn、 Al、 Zn、アルカリ金属、 2族元素、希土類金属、遷移金属等が用いられ る。これらの金属を用いることにより、透明性或いは半透明性を有する陰極を形成す ること力 S可能である。さらに、これらの金属を用いれば、導電性をも保つことができる ため好適である。ここで特にマグネシウム以外の金属が Agであることが好ましい。こ のようにマグネシウムと Agにより形成されたマグネシウム含有合金は陰極としてキヤリ ァを効率よく取り出すことができるため有効である。更に、マグネシウム以外の金属は 上述したような単体のみではなぐ ITO (Indium Tin Oxide)のような導電性酸化物で あってもよレ、。また、一種類である必要はなぐ例えば、前記 Agと ITOの双方を用い てもよい（つまり、 Ag、 ITOおよび Mgからなる複合導電性膜を用いてもよい。）。
[0017] また、本願の有機太陽電池においてこのような材料で形成された陰極 1の厚さは、 ：!〜 20nmであることに特徴を有している。
[0018] 陰極 1の厚さをこのように薄く形成することによって、入射光の一部が透明電極の内 部に閉じ込められることを防ぎ、入射光の利用効率を上げることができる。ここで、第 2電極（陰極） 1の厚さが、：!〜 20nmであることが好ましいが、特に、第 2電極（陰極） 1 の厚さが、 l〜5nmであることが好ましい。
[0019] なお、このように陰極 1の厚さを薄くしても、上述したようにマグネシウム含有合金に より陰極 1を形成していることにより、導電性をも好適に保つことができる。
[0020] 陰極 1は、例えば上述した電極材料を用い、真空蒸着 (抵抗加熱蒸着）法、真空蒸 着 (電子ビーム蒸着）法、塗布成膜等の方法により形成することができる。このように、 従来陰極を有機固体層上に積層する際に用いられていたスパッタ法等を用いること なく有機固体層 2上に陰極 1を積層することができるため、陰極 1を積層する際に有 機固体層 2がプラズマ等により損傷し、ダメージを受けることがない。
[0021] (II)第 2電極（陰極） 1が複数層により構成されている場合
本願においては、陰極が単層構造ではなく複数層とすることも可能であり、陰極が 複数層により構成されている場合には、そのうちの少なくとも一層は、マグネシウム含 有合金により形成されてレ、ることに特徴を有してレ、る。
[0022] ここで、マグネシウム含有合金により形成されている層は、 （I)において説明したマ グネシゥム含有合金と同様であるためここでは説明を省略する。
[0023] マグネシウム含有合金により形成された層以外の層は特に限定されることはなぐ A g、 Cu、 Au、 In、 Sn、 Al、 Zn、アルカリ金属、 2族元素、希土類金属、遷移金属等に より形成されていてもよい。ここで特にマグネシウム含有合金により形成された層以外 の少なくとも一層は、 Agにより形成されている層であることが好ましい。これにより、キ ャリアを効率よく取り出すことができる。なお、陰極 1をマグネシウム含有合金を用いて 形成せず、 Agのみにより形成した場合には、透明性と導電性の双方を同時に満た すことができなレ、 (透明性を良くするため陰極 1を薄くした場合には、導電性が悪くな り電流が流れず、逆に導電性を良くするために陰極 1を電流が流れるほどの厚さにし た場合には、透明性が悪くなる。）。このように複数層により陰極が形成されている場 合、陰極 1中のマグネシウム含有合金により形成された層とマグネシウム含有合金以 外により形成された層の位置関係は、特に限定されるものではないが、マグネシウム 含有合金以外により形成された層が有機固体層 2に接する位置に配置されることが 好ましい。
[0024] 更に、陰極 1が複数層により構成されている場合においても、陰極全体の厚さが 1 〜20nmであることに特徴を有する。陰極 1の厚さをこのように薄く形成することによつ て、入射光の一部が透明電極の内部に閉じ込められることを防ぎ、入射光の利用効 率を上げることができる。なお、陰極 1全体の厚さを l〜5nmとすることによって、透明 性は、 80%以上確保することができる。
[0025] 陰極 1をマグネシウム含有合金層を含む複数層で形成する場合であっても、その形 成方法は、前記 (I)の場合と同様に、真空蒸着 (抵抗加熱蒸着)法、真空蒸着 (電子 ビーム蒸着)法、塗布成膜等の方法を用いることができる。 [0026] (有機固体層）
次に、有機固体層 2について説明する。
[0027] 有機固体層 2は、少なくとも有機電子供与体層 11と電気受容体層 12とにより構成さ れている。
[0028] 有機電子供与体層（以下、「p型層」という場合もある） 11を構成する有機電子供与 体としては、電荷キャリアが正孔であることと、 p型半導体特性を示す材料であれば、 特に限定されるものではなレ、。
[0029] 具体的には、チォフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フ ェニレンビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チェ二レンビ 二レンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビュル力ルバゾールお よびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロールおよびその誘導体を骨 格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマ 一やポリマー、イソチアナフヱンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマ 一、へブタジエンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子 、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類およびそれらの誘導体、ジァミン類、 フエ二ルジァミン類およびそれらの誘導体、ペンタセンなどのァセン類およびその誘 導体、ポノレフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフエ二ルポルフィリン、ジァゾテトラ ベンズポルフィリン、モノァゾテトラべンズポルフィリン、ジァゾテトラべンズポルフィリン 、トリァゾテトラべンズポルフィリン、オタタエチルポルフィリン、ォクタアルキルチォポ ノレフィラジン、ォクタアルキルアミノボルフイラジン、へミポルフィラジン、クロロフィルな どの無金属ポルフィリンや金属ポルフィリンおよびその誘導体、シァニン色素、メロシ ァ、ベンゾキノン、ナフトキノンなどのキノン系色素などの低分子が利用され得る。金 属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、マグネシウム、亜鉛、銅、 銀、ァノレミニゥム、珪素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケ ノレ、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲンィ匕物が用いられる。なお、 特に可視域（300nm〜900nm)に吸収帯が存在する有機材料が望ましい。
[0030] 一方で、電子受容体層 12 (以下、「n型層」という場合もある）を構成する電子供与 体としては、本願では電荷キャリアが電子であること、 n型半導体特性を示す材料で あれば、特に限定されることはない。
[0031] 具体的には、有機電子受容体としては、ピリジンおよびその誘導体を骨格にもつォ リゴマーやポリマー、キノリンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、 ベンゾフエナンスロリン類およびその誘導体によるラダーポリマー、シァノポリフエユレ ンビニレンなどの高分子、フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシア二 ン類およびその誘導体、ペリレンおよびその誘導体、ナフタレン誘導体、バソキュプロ インおよびその誘導体などの低分子が利用され得る。また、修飾又は未修飾のフラ 一レン類、カーボンナノチューブ類などを挙げることができる。なお、上述した場合と 同様に特に可視域（300nm〜900nm)に吸収帯が存在する有機材料が望ましい。
[0032] 上述した有機固体層 2 (P型層 11、 n型層 12)を積層する位置関係は、特に限定さ れることはなレ、が、陽極 4側に p型層 11、陰極側に n型層 12を配置することが好まし レ、。なお、 Mo〇を陰極 1側へ配置することで陽極 4側に n型層 12、陰極 1側に p型層
11を配置することも可能である。また、 p型層、 n型層の単独膜ではなぐ p型層と n型 層を共蒸着させた共蒸着層 (i型層）を積層させることも可能である。この共蒸着層 (i 型層）を積層する場合には、それぞれの位置関係は、陽極 4側から、 p型層、 i型層、 n 型層であってもよぐ n型層、 i型層、 p型層であってもよレ、。また p型材料と n型材料を 共蒸着させた層（i層）単層であってもよい。塗布型の場合は p型材料と n型材料のを 混合して成膜させて i層を形成してもかまわない。
[0033] (第 1電極（陽極)）
次に、陽極 4について説明する。
[0034] 陽極 4は、陽極 4と陰極 1との間で発生した正孔を効率よく収集するための電極であ り、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物から なる電極材料を用いることが好ましぐ特に仕事関数が 4eV以上のものを用いること が好ましい。このような電極材料としては、通常太陽電池の陽極として用いられるよう な電極材料を用いればよい。例えば IT〇（インジウム錫酸化物）、 Sn〇、 AZO、 IZ〇
、 GZO等の導電性と透明性を兼ね備えた材料が挙げられる。ここで、従来の太陽電 池は基板側から光を入射する構造であったため、陽極には透明性が必要であつたた め、上述のような材料が用いられていた力 本発明は、基板の逆側から光を入射させ るためになされた発明であるため、陽極は導電性があればよぐ透明性は必要とされ ないため、上述したもの他に、例えば、 Ag、 Cu、 Au、 In、 Sn、 Al、 Zn、アルカリ金属 、 2族金属、希土類金属、遷移金属等を用いることができる。このように、透明性をも つ材料を選択する必要がないため、陽極として用いられる材料の選択の余地が広が る。特にここでは、透明性をもたない電極材料を陽極に用いる方が基板と逆側から入 射された光が陽極で透過されることがないため、入射した光を有効に使用できる。
[0035] 更に、陽極として用いられる電気材料は、反射性のある材料であることがより好まし レ、。基板 5の逆側から光を入射させる際に、陽極 4によって光を反射させることができ れば、再度、光が有機固体層に取り入れられ、陽極 4と陰極 1との間で発生した正孔 を効率よく収集することができる。よって、入射した光を効率よく利用することができる 。このような電極材料としては、例えば、 Ag、 Al、 Au等の金属、又は MgAg、 MgAu 等の合金等が挙げられる。陽極として Ag等の金属を用いる場合には、基板 5との密 着性を向上させるために基板 5と陽極 4との間に Cr、 Ti、 Mg等を挿入することが好ま しい。当該厚さは、 0. 1〜： !Onmが好ましぐ特に lnm程度挿入することが好ましい。 一方、陽極 4として MgAg等の合金を用いる場合には、基板 5との密着性は良好であ るため、上述したように基板と陽極 4との間に Cr等を挿入しなくてもよい。更に、陽極 4 として MgAg合金を用いる場合には、 100%近くの良好な反射率を有し、且つ導電 性も保たれるため好適である。
[0036] 陽極 4の厚さは 20〜： !OOOnmが好ましぐ特に 20nm〜200nm力 S好ましレヽ。
[0037] このような陽極 4は、上述した電極材料を基板 1の表面に真空蒸着 (抵抗加熱蒸着 )法、真空蒸着 (電子ビーム蒸着)法、真空蒸着 (スパッタ)法、塗布成膜等の方法に より形成することができる。
[0038] 本願の有機太陽電池にあっては、上述した陽極 4に接するように（陽極の上又は下 )バッファ層 3を形成してもよレ、。なお、図 laは、陽極 4上にバッファ層 3が形成されて レ、る場合について示している。ここで、バッファ層 3はキャリアを効率よく取り出しやす くし、陽極 4の援助をするものである。
[0039] バッファ層 3は特に限定されることはなぐ例えば、 ITO、 IZ〇、 InOx、 Sn〇x、 V〇
2
、 Nb O、 TiOx、 ReOx、 MoOx等の酸化物や極薄膜（lnm程度）の Au (仕事関 数： 5. OeV程度）、 Pt (仕事関数： 5· 3eV)を用いることができる。ここで特に、ノくッフ ァ層として、透明性の高い Mo〇 (5. 5nmにおいて 99%程度の透過率）を用いること が好ましい。バッファ層として MoOを用いる場合には、当該 MoOの厚さは 1〜7· 5 nmであることが好ましぐ特に 5. 5nmであることが好ましい。
[0040] バッファ層 3は、陽極の表面に真空蒸着 (抵抗加熱蒸着)法、真空蒸着 (電子ビー ム蒸着)法等の方法により形成することができる。
[0041] (基板）
次に、基板 5について説明する。
[0042] 基板 5は、陽極 4を表面に保持することが可能であれば、材質や厚みには制限され なレ、。そのため、基板は板状でもフィルム状でもよぐ材料としてはガラス、アルミユウ ム、ステンレスなどの金属や、合金類、ポリカーボネート、ポリエステルなどのプラスチ ックなどが使用できる。本発明は、基板の逆側から光を入射させるためになされた発 明であるため、基板 5に透明性は必要とされない。よって、透明性をもつ材料を選択 する必要がなぐ基板として用いられる材料の選択の余地が広がる。
[0043] ここで、基板 5はより平坦なものであることが好ましい。例えば、上述したように本発 明に用いられる陰極 1の厚さは l〜20nm程度であり非常に薄い層であるため、基板 の高低差は 5nm以下であることが好ましぐ特に、 lnm以下であることが好ましい。陰 極 1の厚さ力 Sl〜20nm程度の薄い層であるため、基板が 5nm以上の高低差をもつ ものであれば、陰極 1を断絶する可能性があるからである。このような平坦性を有する 基板は、 Si、ガラス、アルミニウム、ステンレスなどの金属や、合金類、ポリカーボネー ト、ポリエステルなどのプラスチック等により形成された基板を挙げることができ、更に 、 Siと SiOが積層されることにより形成された基板であってもよい。また、基板 5の平
2
坦性を保っために、物理研磨（プラズマエッチング、アツシング等）、化学研磨（フッ素
、塩酸、硫酸エッチング等）、平坦化膜塗布等を行ってもよい。
[0044] (補助電極）
次に、補助電極 6について説明する。
[0045] 補助電極 6は、マグネシウム含有合金を含有する陰極の抵抗を下げる（より電流を 獲得する）ために形成されるものである。詳細には、上述したように、本願発明の特徴 を有する陰極は、膜厚が薄く形成されているため、抵抗が高いことが予想される。よつ て、陰極の抵抗を下げ、より電流を獲得するため、陰極に接するように（陰極の上又 は下）に補助電極 6を形成する。なお、図 laは、陰極 1上に補助電極 6が形成されて レ、る場合について示している。補助電極 6の配線形状は特に限定されるものではな レ、が、図 lb、 cに示すように、陰極の擬似太陽光を取り込む機能を阻害しないよう格 子状或いは線状が好ましレ、。補助電極 6の膜厚は、 40nm〜5000nmであるが好ま しぐ 60nm〜： !OOOnmであることが特に好ましレ、。補助電極 6の幅（補助電極と補助 電極との間の開口部分）はデバイスの大きさなどによって変化するが、開口率（（デバ イスにおける補助電極を除いた、光を吸収して光電変換できる部分の面積） ÷ (デバ イスにおける補助電極を除いた、光を吸収して光電変換できる部分の面積 +補助電 極面積で表されるデバイス全体の面積））が好ましくは 50%以上、特に 80%以上が 好ましレ、。また、補助電極 6の電極材料としては特に限定することはなレ、が、 Cu、 Ag 、 Auの貴金属、 Al、 Zn、 In、 Sn等の遷移金属、 Mg、 Ca等の 2族元素、 Cs、 Li等の アルカリ金属及び Y、 Yb等の希土類金属を用いるのが好ましぐ単体、合金、混合膜 が用いられる。また、 ITO、 Sn〇x、 Ιηθχ等の酸化物層及び金属との複合膜層であ つてもよい。補助電極 6は、真空蒸着 (抵抗加熱)、真空蒸着 (電子銃)、塗布方法等に より形成することができる。
[0046] なお、上述したように第 1電極が陽極、第 2電極が陰極である場合について説明し た力 本実施形態において、第 1電極が陰極、第 2電極が陽極である場合について も本発明の効果を有することができる。この場合の各層の層構成は、図 1において説 明すると、基板 5、第 1電極（陰極) 4、有機固体層 2、第 2電極（陽極） 1であり、各層の 説明は上述の場合と同様である。
実施例
[0047] (実施例 1)
マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比が 1： 10であるマグネシウム含有合金 (MgAg) ( 厚さ 5 · Onm)からなる実施例 1の陰極を製造した。
(実施例 2)
マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比が 1： 10であるマグネシウム含有合金 (MgAg) ( 厚さ 7. 5nm)からなる実施例 2の陰極を製造した。
(実施例 3)
マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比が 1： 10であるマグネシウム含有合金 (MgAg) ( 厚さ 10. Onm)からなる実施例 3の陰極を製造した。
(実施例 4)
銀 (Ag) (厚さ 0. 5nm)と、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率が 1： 10であるマグ ネシゥム含有合金 (MgAg) (厚さ 2. Onm)とからなる実施例 4の陰極 (層全体の厚さ（
2. 5nm) )を製造した。
(実施例 5)
銀 (Ag) (厚さ 0. 7nm)と、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率が 1： 10であるマグ ネシゥム含有合金 (MgAg) (厚さ 3. Onm)とからなる実施例 5の陰極 (層全体の厚さ（
3. 7nm) )を製造した。
(実施例 6)
銀 (Ag) (厚さ 1 · Onm)と、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率が 1： 10であるマグ ネシゥム含有合金 (MgAg) (厚さ 4. Onm)とからなる実施例 6の陰極 (層全体の厚さ（ 5. Onm) )を製造した。
(実施例 7)
銀 (Ag) (厚さ 2. Onm)と、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率が 1： 10であるマグ ネシゥム含有合金 (MgAg) (厚さ 8. Onm)とからなる比較例 7の陰極を製造した。 (比較例 1)
銀 (Ag) (厚さ 5. Onm)からなる比較例 1の陰極を製造した。
(実施例 8)
マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率が 1： 10であるマグネシウム含有合金（MgAg )を厚さ 60nmとなるように実施例 8の陽極を製造した。
(実施例 9)
銀 (Ag)を厚さ 60nmとなるように実施例 9の陽極を製造した。
(実施例 10)
アルミニウム (A1)を厚さ 60nmとなるように実施例 10の陽極を製造した。 (実施例 11)
マグネシウム（Mg)と金 (Au)との比率が 1： 10であるマグネシウム含有合金（MgA u)を厚さ 60nmとなるように実施例 11の陽極を製造した。
(実施例 12)
まず、陽極としてマグネシウム（Mg)と金 (Au)との比率が 1： 1であるマグネシウム含 有合金 (MgAu)を厚さ 60nmとなるように基板上に形成した。その上にバッファ層とし て Mo〇 （厚さ 5. 5nm)、有機固体層として、 CuPc (厚さ 40nm)、 C (厚さ 30nm)、
3 60
BCP (厚さ 10nm)をこの順で積層した。その後、陰極として銀 (Ag) (厚さ 1. Onm)と 、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率が 1： 10であるマグネシウム含有合金（MgAg ) (厚さ 4. Onm)とからなる陰極 (層全体の厚さ（5. Onm) )を積層することにより実施 例 12の有機太陽電池を製造した。
(実施例 13)
有機固体層上に、銀 (Ag) (厚さ 0. 7nm)と、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率 が 1 : 10であるマグネシウム含有合金 (MgAg) (厚さ 3. Onm)とからなる陰極（層全体 の厚さ（3. 7nm) )を積層した以外の諸条件は全て実施例 12の有機太陽電池を製 造した方法と同様とすることで実施例 13の有機太陽電池を製造した。
(実施例 14)
有機固体層上に、銀 (Ag) (厚さ 0. 5nm)と、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率 が 1 : 10であるマグネシウム含有合金 (MgAg) (厚さ 2. Onm)とからなる陰極（層全体 の厚さ（2. 5nm) )を積層した以外の諸条件は全て実施例 12の有機太陽電池を製 造した方法と同様とすることで実施例 14の有機太陽電池を製造した。
(実施例 15)
陽極としてマグネシウム（Mg)と銀 (Ag)との比率が 1： 10であるマグネシウム含有合 金 (MgAg)を厚さ 60nmとなるように形成した以外の諸条件は全て全て実施例 12の 有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 15の有機太陽電池を製造し た。
(実施例 16)
陽極上にバッファ層を設けず有機固体層を設けるように形成した以外の諸条件は 全て実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 16の有機 太陽電池を製造した。
(実施例 17)
バッファ層として MoOを厚さ 1. 50nmとなるように形成した以外の諸条件は全て
3
実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 17の有機太陽 電池を製造した。
(実施例 18)
バッファ層として MoOを厚さ 2. 50nmとなるように形成した以外の諸条件は全て
3
実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 18の有機太陽 電池を製造した。
(実施例 19)
バッファ層として MoOを厚さ 3. 50nmとなるように形成した以外の諸条件は全て
3
実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 19の有機太陽 電池を製造した。
(実施例 20)
バッファ層として MoOを厚さ 4. 50nmとなるように形成した以外の諸条件は全て
3
実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 20の有機太陽 電池を製造した。
(実施例 21)
バッファ層として MoOを厚さ 5. 50nmとなるように形成した以外の諸条件は全て
3
実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 21の有機太陽 電池を製造した。
(実施例 22)
バッファ層として MoOを厚さ 6. 50nmとなるように形成した以外の諸条件は全て
3
実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 22の有機太陽 電池を製造した。
(実施例 23)
バッファ層として MoOを厚さ 7. 50nmとなるように形成した以外の諸条件は全て 実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 23の有機太陽 電池を製造した。
(実施例 24)
有機固体層として、 CuPc (厚さ 40nm)、 C (厚さ 30nm)、 Csと BCPとの比率が 1：
60
1である混合物 (厚さ 10nm)をこの順で積層した以外の諸条件は全て実施例 12の有 機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 24の有機太陽電池を製造した
(実施例 25)
有機固体層として、 CuPc (厚さ 40nm)、 C (厚さ 30nm)、 Csと BCPとの比率が 1：
60
1である混合物 (厚さ 20nm)をこの順で積層した以外の諸条件は全て実施例 12の有 機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 25の有機太陽電池を製造した
(実施例 26)
有機固体層として、 CuPc (厚さ 40nm)、 C (厚さ 30nm)、 Csと BCPとの比率が 1：
60
1である混合物 (厚さ 30nm)をこの順で積層した以外の諸条件は全て実施例 12の有 機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 26の有機太陽電池を製造した
(実施例 27)
有機固体層として、 CuPc (厚さ 40nm)、 C (厚さ 30nm)、 Csと BCPとの比率が 1：
60
1である混合物 (厚さ 40nm)をこの順で積層した以外の諸条件は全て実施例 12の有 機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 27の有機太陽電池を製造した
(実施例 28)
有機固体層として、 CuPc (厚さ 40nm)、 CuPcと C (比率が 1： 1である共蒸着層（
60
厚さ 10nm) )、 C (厚さ 20nm)、 BCP (厚さ 10nm)をこの順で積層した以外の諸条
60
件は全て実施例: L2の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 28の 有機太陽電池を製造した。
(実施例 29) 有機固体層として、 CuPc (厚さ 30nm)、 CuPcと C (比率が 1： 1である共蒸着層（
60
厚さ 10nm) )、 C (厚さ 30nm)、 BCP (厚さ lOnm)をこの順で積層した以外の諸条
60
件は全て実施例 12の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 29の 有機太陽電池を製造した。
(実施例 30)
有機固体層として、 CuPc (厚さ 20nm)、 CuPcと C (比率が 1： 1である共蒸着層（
60
厚さ 10nm) )、 C (厚さ 40nm)、 BCP (厚さ 10nm)をこの順で積層した以外の諸条
60
件は全て実施例: L2の有機太陽電池を製造した方法と同様とすることで実施例 30の 有機太陽電池を製造した。
[0048] <実施例:!〜 7の陰極と比較例 1の陰極について >
実施例:!〜 7及び比較例 1の陰極に対して、波長 350nm〜900nmの光を入射し、 各実施例及び比較例の陰極の光透過率（以下、単に「透過率」と称する。）を比較し た。その結果を図 2に示す。
[0049] (実施例 1の陰極と比較例 1の陰極との比較結果）
図 2に示すように、実施例 1の陰極、つまり、マグネシウム (Mg)と銀 (Ag)とからなる マグネシウム含有合金を厚さ 5. Onmとなるように形成した陰極は、波長 350nm〜90 Onmの領域においてどの波長領域においても約 80%の安定した透過率を示した。 一方、比較例 1の陰極、つまり、銀 (Ag)を厚さ 5. Onmとなるように形成した陰極は、 波長 600nm以上の領域では安定した透過率を示した力 波長 350nm〜600nmの 領域においては透過率が不安定であった。よって、本願の実施例 1の陰極（マグネシ ゥム含有合金により形成された陰極）は、銀 (Ag)のみから形成されている陰極よりも 優れていることがわかる。
[0050] (実施例 1〜3の陰極との比較結果）
図 2に示すように、実施例 1の陰極、つまり、マグネシウム (Mg)と銀 (Ag)とからなる マグネシウム含有合金を厚さ 5. Onmとなるように形成した陰極と、実施例 2の陰極、 つまり、マグネシウム含有合金を厚さ 7. 5nmとなるように形成した陰極と、実施例 3の 陰極、つまり、マグネシウム含有合金を厚さ 10. Onmとなるように形成した陰極を比 較すると、実施例 1の陰極の透過率が図 2に示す波長領域の全体を通じて高ぐ安 定している結果となった。よって、本願の実施例 1の陰極の厚さ（5. Onm)が最も優 れていることがわかる。
[0051] (実施例 4〜6の陰極との比較結果）
図 2に示すように、実施例 6の陰極、つまり、銀 (Ag) (厚さ 1. Onm)の上に、マグネ シゥム含有合金 (MgAg) (厚さ 4. Onm)を積層した陰極と、実施例 5の陰極、つまり、 銀 (Ag) (厚さ 0. 7nm)の上に、マグネシウム含有合金 (MgAg) (厚さ 3. Onm)を積 層した陰極と、実施例 4の陰極、つまり、銀 (Ag) (厚さ 0. 5nm)の上に、マグネシウム 含有合金 (MgAg) (厚さ 2. Onm)を積層した陰極を比較すると、実施例 4の陰極の 透過率が図 2に示す波長領域の全体を通して高ぐ安定している結果となった。よつ て、銀 (Ag)の上に、マグネシウム含有合金 (MgAg)を積層することにより形成された 陰極の場合、銀 (Ag)の厚さが 0. 5nm、マグネシム含有合金 (MgAg)の厚さが 2. 0 nmとなる場合が最も優れてレ、ることがわかる。
[0052] (実施例 1〜7の陰極と比較例 1の陰極との比較結果）
図 2に示すように、実施例：!〜 7の陰極と比較例 1の陰極を比較すると、実施例 1の 陰極、つまり、マグネシウム含有合金のみから形成された陰極よりも、実施例 4、 5の 陰極、つまり、銀 (Ag)上に、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)とからなるマグネシウム含 有合金を積層した陰極の方が透過率が高い結果となった。よって、銀 (Ag) (厚さ 0. 5nm)の上に、マグネシウム含有合金 (MgAg) (厚さ 2· Onm)を積層した場合が最も 優れていることがわかる。
[0053] く実施例 8〜： 11の陽極について >
実施例 8〜： 11の陽極に対して、波長 350nm〜900nmの光を入射し、実施例 8〜1 1の陽極について光の反射率を比較した。その結果を図 3に示す。
[0054] 各実施例の陽極の反射率を比較すると、実施例 8の陽極の反射率が全体の波長を 通して比較的高い結果となった。よって、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)とからなるマグ ネシゥム合金からなる陽極が最も優れていることがわかる。
[0055] <実施例 12〜： 14の有機太陽電池につレ、て >
実施例 12〜： 14の有機太陽電池に対して、擬似太陽光の光を入射し、各実施例の 有機太陽電池における光電変換効率を比較した。その結果を表 1に示す。 [0056] [表 1]
Figure imgf000018_0001
表 1からも明らかなように、各実施例の有機太陽電池における光電変換効率を比較 すると、実施例 12の有機太陽電池における光電変換効率が最も高い結果となった。 よって、有機太陽電池の光電変換効率を考慮すると、銀 (Ag) (厚さ 1. Onm)の上に 、マグネシウム含有合金 (MgAg) (厚さ 4· Onm)を積層した陰極が最も優れているこ と力 Sわ力る。
[0057] く実施例 12、 15の有機太陽電池について〉
実施例 12、 15の有機太陽電池に対して、擬似太陽光の光を入射し、各実施例の 有機太陽電池における光電変換効率を比較した。その結果を表 2に示す。
[0058] [表 2]
Figure imgf000018_0002
表 2からも明らかなように、各実施例の有機太陽電池における光電変換効率を比較 すると、実施例 15の有機太陽電池における光電変換効率が最も高い結果となった。 よって、マグネシウム（Mg)と銀 (Ag)とからなるマグネシウム合金からなる陽極が最も 優れていることがわかる。
[0059] く実施例 16〜23の有機太陽電池について〉
実施例 16〜23の有機太陽電池に対して、擬似太陽光の光を入射し、各実施例の 有機太陽電池の光電変換効率を比較した。その結果を表 3に示す。
[0060] [表 3] 光電変換効率（°/0)
実施例 1 6 0,00
実施例 1 7 0.40
実施例 1 8 0.72
実施例 1 9 0.75
実施例 20 0.83
実施例 21 1.05
実施倒 22 1.02
実施例 23 0.83 表 3からも明らかなように、各実施例の有機太陽電池における光電変換効率を比較 すると、実施例 16〜23の有機太陽電池に用いられているバッファ層である MoOの 厚さが 0. 00nm〜5. 50nmと厚くなるほど光電変換効率が上がった力 MoOの厚 さが 5. 50nm以上になると光電変換効率が徐々に下がる結果となった。よって、バッ ファ層としての MoOの厚さが 5. 50nmである場合が最も優れていることがわかる。
[0061] <実施例 15、 24の有機太陽電池について >
実施例 15、 24の有機太陽電池に対して、擬似太陽光の光を入射し、各実施例の 有機太陽電池における光電変換効率を比較した。その結果を表 4に示す。
[0062] [表 4]
Figure imgf000019_0001
表 4からも明らかなように、各実施例の有機太陽電池における光電変換効率を比較 すると、有機太陽電池の有機固体層として BCPを用いた方が光電変換効率が高い 結果となった。よって、有機固体層として BCPを用いた場合が最も優れていることが わ力る。
[0063] く実施例 24〜27の有機太陽電池について〉
実施例 24〜27の有機太陽電池に対して、擬似太陽光の光を入射し、各実施例の 有機太陽電池における光電変換効率を比較した。その結果を表 5に示す。
[0064] [表 5] 光電変換効率（％)
実施例 24 1 .221
実施例 25 0.079
実施例 26 0.1 1 2
実施例 27 0.003 表 5からも明らかなように、各実施例の有機太陽電池における光電変換効率を比較 すると、実施例 24の有機太陽電池における光電変換効率が最も高い結果となった。 よって、有機固体層として Cs： BCPの厚さを 1 Onmとした場合が最も優れてレ、ること力 S さかる。
[0065] く実施例 28〜30の有機太陽電池について〉
実施例 28〜30の有機太陽電池に対して、擬似太陽光の光を入射し、各実施例の 有機太陽電池における光電変換効率を比較した。その結果を表 6に示す。
[0066] [表 6]
Figure imgf000020_0001
表 6からも明らかなように、各実施例の有機太陽電池における光電変換効率を比較 すると、実施例 28の有機太陽電池における光電変換効率が最も高い結果となった。 よって、有機固体層として CuPcと C の厚さをそれぞれ 40nm、 20nmとした場合が
60
最も優れてレ、ること力 Sわ力る。

Claims

請求の範囲
[1] 基板、第 1電極、有機固体層、第 2電極をこの順で積層することにより構成された有 機太陽電池であって、
前記第 2電極は、マグネシウム含有合金により形成されており、厚さが:!〜 20nmで あることを特徴とする有機太陽電池。
[2] 基板、第 1電極、有機固体層、第 2電極をこの順で積層することにより構成された有 機太陽電池であって、
前記第 2電極が複数層により構成されており、そのうちの少なくとも一層は、マグネ シゥム含有合金により形成されており、前記第 2電極全体の厚さが l〜20nmであるこ とを特徴とする有機太陽電池。
[3] 請求項 2に記載の有機太陽電池において、
前記複数層により構成されている第 2電極には、 Agにより形成されている層が含ま れることを特徴とする有機太陽電池。
[4] 請求項 1乃至請求項 3のいずれか一項に記載の有機太陽電池において、
前記マグネシウム含有合金が、マグネシウムと銀からなる合金であることを特徴とす る有機太陽電池。
[5] 請求項 1乃至請求項 4のいずれか一項に記載の有機太陽電池において、
前記基板は、 Si又は Siと SiOが積層されることにより形成されていることを特徴とす
2
る有機太陽電池。
[6] 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一項に記載の有機太陽電池において、
前記第 1電極は陰極であり、前記第 2電極は陽極であることを特徴とする有機太陽 電池。
[7] 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一項に記載の有機太陽電池において、
前記第 1電極は陽極であり、前記第 2電極は陰極であることを特徴とする有機太陽 電池。
[8] 請求項 6又は請求項 7に記載の有機太陽電池において、
前記陽極に接するように Mo〇により形成されたバッファ層が積層されていることを 特徴とする有機太陽電池。 請求項 6乃至請求項 8のいずれか一項に記載の有機太陽電池において、 前記陰極に接するように補助電極が積層されていることを特徴とする有機太陽電池 請求項 9に記載の有機太陽電池において、
前記補助電極が、格子状又は線状であることを特徴とする有機太陽電池。
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