JP4771888B2 - 有機薄膜光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発電装置等に利用される有機薄膜光電変換素子に関するものである。
近年、情報技術の高度な発展に伴い、超薄型で携帯が容易な情報処理装置、表示装置、記憶装置等への要望が高まっている。また、これらを用いる前払い式電子決済システム、後払い式電子決済システム、即時決済型電子決済システム、情報配信システム、情報交換システム等の実用化に向けた開発が進められている。
これらの各種装置の動作に必要な電力を、移動中にも提供できる技術として、有機半導体薄膜を用いた有機薄膜光電変換素子への期待が高まっている。
有機薄膜を用いた光電変換素子は、無機光電変換素子と比較して、より低温のプロセスで製造されるため、低コストで製造することができる。また、基板として、可撓性に優れたプラスチックやフィルムを用いることができ、軽量で壊れにくい素子を作製することができる。また、溶液の塗布や、吹き付け法、印刷法を用いた素子作製を可能とすれば、多数の素子を非常に低コストで、迅速に製造することができる。
特許文献１においては、ｐ型ポリマーと、ｎ型電子アクセプタと、イオン電解質とを備えた太陽電池が開示されている。
ｐ型ポリマーとして、ポリ（ｐ−フェニレン−ビニレン）（ＰＰＶ）、ポリフルオレン（ＰＦ）、及びポリチオフェン（ＰＴ）の各誘導体が例示されている。太陽電池の具体的な製造方法としては、ＭＥＨ−ＰＰＶ：Ｃ６０混合物（重量比３：１）を、１，２−ジクロロベンゼン溶液から、８０ｎｍの厚みで３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ）を、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜を形成したガラス基板の上にスピンコートすることにより製造する方法が開示されている。
特許文献２においては、正孔トランスポータまたは電子トランスポータが吸収材に化学結合されることを特徴とする光電池が開示されている。具体的には、正孔トランスポータ（ｐ型ポリマー）として、芳香族アミンが例示されている。
上記従来の光電変換素子においては、光電変換材料（ｐ型ポリマー等）のキャリア移動度が低いか、あるいはキャリア寿命が短い等の理由で光電変換効率が不十分であった。また、使用する光電変換材料の溶剤に対する溶解性が低いため、あるいは材料の結晶性が高過ぎるため、溶液の塗布や、吹き付け法、印刷法などを用いて素子を作製することができず、低コストで素子を作製できないという問題があった。また、溶剤に溶解して溶液として用いる場合、例えばポリチオフェンなどは、１、２−ジクロロベンゼン等のハロゲン元ゾーンを含有する環境負荷の大きな有機溶剤を使用せざるを得ないという制約があった。
特表２００５−５２３５８８号公報
特開２００６−４９８９０号公報
本発明の目的は、キシレン等の環境負荷が小さく、安全性の高い有機溶剤を用いて製造することができる有機薄膜光電変換素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、一対の電極と、電極の間に設けられる光電変換のための有機薄膜とを備える有機薄膜光電変換素子であって、有機薄膜が、以下に示す化学構造を有する有機光電変換材料から形成されていることを特徴とする。
（式中、Ｒ１〜Ｒ５は、水素、アルキル基、アルコキシ基、またはアリール基であり、酸素、窒素、ケイ素、リン、または硫黄が含まれていてもよい。ｎ及びｍは、それぞれ１〜１００００の範囲の自然数である。）
本発明の有機光電変換材料は、ｐ型ポリマーであり、これを用いることにより、有機薄膜光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。これは、本発明の有機光電変換材料が、高いキャリア移動度を有するか、あるいはキャリア寿命が長いためであると考えられる。
また、本発明の有機光電変換材料は、有機溶剤への溶解性が高く、材料の結晶性が低いため、溶解の塗布や、吹き付け法、印刷法を用いて有機薄膜を形成することができ、有機薄膜光電変換素子を低コストで製造することができる。
また、キシレン等の環境負荷が小さく、安全性の高い有機溶剤を用いて製造することができるので、環境衛生面からも好ましい有機薄膜光電変換素子とすることができる。
上記一般式におけるＲ１〜Ｒ５は、上述のように、アルキル基またはアルコキシ基であってもよい。この場合の炭素数は、２〜２０の範囲であることが好ましい。また、Ｒ１〜Ｒ５は、フェニル基、ナフチル基などのアリール基であってもよい。この場合、炭素数は、３〜２０の範囲であることが好ましい。Ｒ１〜Ｒ５は、酸素、窒素、ケイ素、リン、硫黄等の元素を含んでいてもよい。
ｎは、１〜１００００、好ましくは３０〜９００、さらに好ましくは９０〜３００の範囲の自然数である。
ｍは、１〜２００００、好ましくは３０〜１８００、さらに好ましくは９０〜６００の範囲の自然数である。
本発明の有機光電変換材料は、以下に示す化学構造を有することが好ましい。
（式中、Ａｒはアリール基であり、Ｒ１〜Ｒ７は、水素、アルキル基、アルコキシ基、またはアリール基であり、酸素、窒素、ケイ素、リン、または硫黄が含まれていてもよい。ｘは１〜１００００の範囲の自然数であり、ｙは１〜２００００の範囲の自然数であり、ｚは０〜１００００の範囲の整数である。）
上記一般式におけるＡｒは、アリール基であり、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、フルオレン、カルバゾール等の芳香族基や縮合環化合物等が挙げられる。これらは、置換基を有していてもよい。また、Ｒ１〜Ｒ７は、上記のＲ１〜Ｒ５と同様の置換基である。
ｘは、１〜１００００、好ましくは３０〜９００、さらに好ましくは９０〜３００の範囲の自然数である。
ｙは、１〜２００００、好ましくは３０〜１８００、さらに好ましくは９０〜６００の範囲の自然数である。
ｚは、０〜１００００、好ましくは３０〜９００、さらに好ましくはと９０〜３００の範囲の整数である。
本発明における有機光電変換材料のさらに具体的な化合物としては、以下の化学構造を有するものが挙げられる。
（式中、ｘ、ｙ及びｚは、０．１≦ｘ≦０．９、０．１≦ｙ≦０．９、０≦ｚ≦０．９を満たす。）
（式中、ｘ、ｙ及びｚは、０．１≦ｘ≦０．９、０．１≦ｙ≦０．９、０≦ｚ≦０．９を満たす。）
（式中、ｘ及びｙは、０．１≦ｘ≦０．９、０．１≦ｙ≦０．９を満たす。）
本発明の有機薄膜は、上記本発明の有機光電変換材料（ｐ型ポリマー材料）に、ｎ型材料を混合して形成してもよい。ｐ型ポリマー材料とｎ型材料の混合比としては、重量比で１：１０〜１０：１の範囲内であることが好ましい。
本発明の有機薄膜は、上記本発明の有機光電変換材料（ｐ型ポリマー材料）に、ｎ型材料を混合して形成してもよい。ｐ型ポリマー材料とｎ型材料の混合比としては、重量比で１：１０〜１０：１の範囲内であることが好ましい。
ｎ型材料としては、フラーレン、フラーレン誘導体、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシビスベンズイミダゾール等のペリレン誘導体などが挙げられる。
本発明の製造方法は、上記本発明の有機薄膜光電変換素子を製造することができる方法であり、有機光電変換材料を有機溶剤に溶解して溶液を調製する工程と、該溶液から有機薄膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。
本発明によれば、溶液の塗布や、吹き付け法、印刷法等により有機薄膜を形成することができるので、低コストで有機薄膜光電変換素子を製造することができる。
また、ハロゲン元素、硫黄、窒素などを含まない環境負荷が小さな安全性の高い有機溶剤を用いて有機薄膜光電変換材料の溶液を調製することができるので、環境衛生面からも好ましい製造方法である。使用する有機溶剤としては、キシレン、トルエン等の炭素と水素のみからなる有機溶剤などが挙げられる。
本発明によれば、光電変換効率が高く、かつキシレン等の環境負荷が小さな安全性の高い有機溶剤を用いて製造することができる有機薄膜光電変換素子とすることができる。
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（合成実施例１）（ｐ型ポリマー材料の合成）
ポリ〔（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−コ−（ビチオフェン−２，５’−ジイル）−コ−〔Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル〕−ベンジジン−Ｎ，Ｎ’−ジフェニレン−１，４−ジイル〕〕
（ＰＦ８−Ｔ２（５０％）−ＴＰＤ（２５％））〔化合物１〕（ＪＬ１５７）
ポリ〔（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−コ−（ビチオフェン−２，５’−ジイル）−コ−〔Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル〕−ベンジジン−Ｎ，Ｎ’−ジフェニレン−１，４−ジイル〕〕
（ＰＦ８−Ｔ２（５０％）−ＴＰＤ（２５％））〔化合物１〕（ＪＬ１５７）
機械式攪拌機を備え、窒素ライン及び真空ラインに接続可能な乾燥した気密性反応容器に、以下の物質（１）〜（５）を添加し、反応させた。
（１）４’’，４’’’−ターシャリーブチル−テトラフェニルジアミン−４，４’−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（２１３ｍｇ、０．２５ｍｍｏｌ）
（２）９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（１６０．５ｍｇ、０．２５ｍｍｏｌ）
（３）２，５’−ジブロモ−ビチオフェン（１６２ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（４）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（５）塩基溶液８ｍｌ
（２）９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（１６０．５ｍｇ、０．２５ｍｍｏｌ）
（３）２，５’−ジブロモ−ビチオフェン（１６２ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（４）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（５）塩基溶液８ｍｌ
反応容器は減圧−窒素置換の操作を３回繰り返してから、９５℃まで昇温した。反応は、温度を９５℃に保って、窒素雰囲気下で３時間行った。次に、フェニルボロン酸６１ｍｇを加え、さらに２時間９５℃で反応を続けた。その後、約０．１２ｍｌのブロモベンゼンを加え、さらに２時間９５℃で反応を続けた。
次に、生成物を冷却し、３００ｍｌのメタノール中に滴下して生成物を沈殿させた。
次に、メタノールでこれを３回洗浄した。真空乾燥した後、生成物を１０ｍｌのトルエンに溶解させ、シリカゲルを充填したカラムクロマトグラフィで精製した。溶剤をロータリーエバポレーターで除去して適量にまで濃縮した後、３００ｍｌのメタノールに滴下して生成物を沈殿させた。沈殿物をメタノールで３回洗浄し、真空乾燥した。最終的に褐色の粉末が得られた。合成収率は９０％であり、数平均分子量（Ｍｎ）は１．２×１０４であり、重量平均分子量（Ｍｗ）は３．５×１０４であり、Ｍｗ／Ｍｎは２．９であった。
（合成実施例２）（ｐ型ポリマー材料の合成）
ポリ〔（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−コ−（チオフェン−２，５−ジイル）−コ−〔Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル〕−ベンジジン−Ｎ，Ｎ’−ジフェニレン−１，４−ジイル〕〕
（ＰＦ８−Ｔ（５０％）−ＴＰＤ（２５％））〔化合物２〕（ＪＬ１５２）
ポリ〔（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−コ−（チオフェン−２，５−ジイル）−コ−〔Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル〕−ベンジジン−Ｎ，Ｎ’−ジフェニレン−１，４−ジイル〕〕
（ＰＦ８−Ｔ（５０％）−ＴＰＤ（２５％））〔化合物２〕（ＪＬ１５２）
機械式攪拌機を備え、窒素ライン及び真空ラインに接続可能な乾燥した気密性反応容器に、以下の物質（１）〜（５）を添加し、反応させた。
（１）４’’，４’’’−ターシャリーブチル−テトラフェニルジアミン−４，４’−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（２１３ｍｇ、０．２５ｍｍｏｌ）
（２）９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（１６０．５ｍｇ、０．２５ｍｍｏｌ）
（３）２，５’−ジヨード−チオフェン（１６８ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（４）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（５）塩基溶液８ｍｌ
（２）９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（１６０．５ｍｇ、０．２５ｍｍｏｌ）
（３）２，５’−ジヨード−チオフェン（１６８ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（４）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（５）塩基溶液８ｍｌ
反応容器は減圧−窒素置換の操作を３回繰り返してから、９５℃まで昇温した。反応は、温度を９５℃に保って、窒素雰囲気下で３時間行った。次に、フェニルボロン酸６１ｍｇを加え、さらに２時間９５℃で反応を続けた。その後、約０．１２ｍｌのブロモベンゼンを加え、さらに２時間９５℃で反応を続けた。
次に、生成物を冷却し、３００ｍｌのメタノール中に滴下して生成物を沈殿させた。
次に、メタノールでこれを３回洗浄した。真空乾燥した後、生成物を１０ｍｌのトルエンに溶解させ、シリカゲルを充填したカラムクロマトグラフィで精製した。溶剤をロータリーエバポレーターで除去して適量にまで濃縮した後、３００ｍｌのメタノールに滴下して生成物を沈殿させた。沈殿物をメタノールで３回洗浄し、真空乾燥した。最終的に黄色のファイバーが得られた。合成収率は９０％であり、数平均分子量（Ｍｎ）は３．２×１０４であり、重量平均分子量（Ｍｗ）は７．５×１０４であり、Ｍｗ／Ｍｎは２．３４であった。
（合成実施例３）（ｐ型ポリマー材料の合成）
ポリ〔（ビチオフェン−２，５’−ジイル）−コ−〔Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル〕−ベンジジン−Ｎ，Ｎ’−ジフェニレン−１，４−ジイル〕〕
（Ｔ２（５０％）−ＴＰＤ（５０％）〔化合物３〕（ＪＬ２３７）
ポリ〔（ビチオフェン−２，５’−ジイル）−コ−〔Ｎ，Ｎ’−ビス〔４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル〕−ベンジジン−Ｎ，Ｎ’−ジフェニレン−１，４−ジイル〕〕
（Ｔ２（５０％）−ＴＰＤ（５０％）〔化合物３〕（ＪＬ２３７）
機械式攪拌機を備え、窒素ライン及び真空ラインに接続可能な乾燥した気密性反応容器に、以下の物質（１）〜（４）を添加し、反応させた。
（１）４’’，４’’’−ターシャリーブチル−テトラフェニルジアミン−４，４’−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（４２６ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（２）２，５’−ジブロモ−ビチオフェン（１６２ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（３）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（４）塩基溶液８ｍｌ
（２）２，５’−ジブロモ−ビチオフェン（１６２ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（３）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（４）塩基溶液８ｍｌ
反応容器は減圧−窒素置換の操作を３回繰り返してから、９５℃まで昇温した。反応は、温度を９５℃に保って、窒素雰囲気下で３時間行った。次に、フェニルボロン酸６１ｍｇを加え、さらに２時間９５℃で反応を続けた。その後、約０．１２ｍｌのブロモベンゼンを加え、さらに２時間９５℃で反応を続けた。
次に、生成物を冷却し、３００ｍｌのメタノール中に滴下して生成物を沈殿させた。
次に、メタノールでこれを３回洗浄した。真空乾燥した後、生成物を１０ｍｌのトルエンに溶解させ、シリカゲルを充填したカラムクロマトグラフィで精製した。溶剤をロータリーエバポレーターで除去して適量にまで濃縮した後、３００ｍｌのメタノールに滴下して生成物を沈殿させた。沈殿物をメタノールで３回洗浄し、真空乾燥した。最終的に褐色の粉末が得られた。合成収率は８４％であり、数平均分子量（Ｍｎ）は１．８×１０４であり、重量平均分子量（Ｍｗ）は５．３×１０４であり、Ｍｗ／Ｍｎは２．９４であった。
（合成実施例４）（ｎ型材料の合成）
ポリ〔（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−アルト−（ベンゾジアチアゾール−４，７−ジイル）〕
（ＰＦ８−ＢＴ）〔化合物４〕（ＪＬ８５）
ポリ〔（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−アルト−（ベンゾジアチアゾール−４，７−ジイル）〕
（ＰＦ８−ＢＴ）〔化合物４〕（ＪＬ８５）
機械式攪拌機を備え、窒素ライン及び真空ラインに接続可能な乾燥した気密性反応容器に、以下の物質（１）〜（４）を添加し、反応させた。
（１）４，７−ジブロモベンゾジアチアゾール（１４７ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（２）９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（３２１ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（３）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（４）塩基溶液８ｍｌ
（２）９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ビス（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）（３２１ｍｇ、０．５ｍｍｏｌ）
（３）鈴木カップリング触媒のトルエン溶液５ｍｌ
（４）塩基溶液８ｍｌ
反応容器は減圧−窒素置換の操作を３回繰り返してから、９０℃まで昇温した。反応は、温度を９０℃に保って、窒素雰囲気下で３時間行った。次に、フェニルボロン酸６１ｍｇを加え、さらに２時間９０℃で反応を続けた。その後、約０．１２ｍｌのブロモベンゼンを加え、さらに２時間９０℃で反応を続けた。
次に、生成物を冷却し、３００ｍｌのメタノール中に滴下して生成物を沈殿させた。
次に、メタノールでこれを３回洗浄した。真空乾燥した後、生成物を１０ｍｌのトルエンに溶解させ、シリカゲルを充填したカラムクロマトグラフィで精製した。溶剤をロータリーエバポレーターで除去して適量にまで濃縮した後、３００ｍｌのメタノールに滴下して生成物を沈殿させた。沈殿物をメタノールで３回洗浄し、真空乾燥した。最終的に黄色のファイバーが得られた。合成収率は９０％であり、数平均分子量（Ｍｎ）は６．２×１０４であり、重量平均分子量（Ｍｗ）は１．９×１０４であり、Ｍｗ／Ｍｎは３．２であった。
＜有機薄膜光電変換素子の製造及び評価＞
図１は、以下の各実施例において作製する有機薄膜光電変換素子を示す概略断面図である。図１を参照して、ガラス基板１の上には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる正極２が形成されている。正極２はパターン化されており、その面積は４ｍｍ２である。正極２が形成されたガラス基板１を、イオン交換水、２−プロパノール及びアセトンを用いて順次洗浄し、その後、ＵＶ光を照射してオゾンガスでその表面を処理している。正極２の上には、正孔輸送層３が形成されている。正孔輸送層３は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコートすることにより形成されている。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜は約５０ｎｍの厚みに制御されており、スピンコートした後、約２００℃で約１０分間空気中で加熱し、ベーキングした後、減圧下８０℃で約３０分間ベーキングして形成されている。
図１は、以下の各実施例において作製する有機薄膜光電変換素子を示す概略断面図である。図１を参照して、ガラス基板１の上には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる正極２が形成されている。正極２はパターン化されており、その面積は４ｍｍ２である。正極２が形成されたガラス基板１を、イオン交換水、２−プロパノール及びアセトンを用いて順次洗浄し、その後、ＵＶ光を照射してオゾンガスでその表面を処理している。正極２の上には、正孔輸送層３が形成されている。正孔輸送層３は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコートすることにより形成されている。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜は約５０ｎｍの厚みに制御されており、スピンコートした後、約２００℃で約１０分間空気中で加熱し、ベーキングした後、減圧下８０℃で約３０分間ベーキングして形成されている。
正孔輸送層３の上には、本発明の有機光電変換材料からなるｐ型ポリマー層４が形成されている。ｐ型ポリマー層４は、ｐ型ポリマーの溶液を、正孔輸送層３の上にスピンコートすることにより形成されている。ｐ型ポリマーの溶液は、溶剤としてキシレンを用いて調製した。なお、ｐ型ポリマー層４には、ｎ型材料を混合させてもよい。
ｐ型ポリマー層４の上には、電子輸送層５が形成されている。電子輸送層５は、フラーレン（Ｃ６０）またはＰＶを真空下で堆積することにより形成されている。
電子輸送層５の上は、陰極６が形成されている。陰極６は、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）を真空下で堆積することにより形成されている。
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、〔２，３−ジヒドロチエノ（３，４，−ｂ）（１，４）ジオキシン−５，７−ジイル〕のポリ（ｐ−スチレンスルホン酸）塩とポリ（ｐ−スチレンスルホン酸）の混合物であり、以下の構造を有している。
ＰＶは、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボニル−ビス−ベンズイミダゾールであり、以下の構造を有している。
（実施例１）
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。（ ）内は膜厚を示す。
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。（ ）内は膜厚を示す。
ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ（５０ｎｍ）／ＪＬ１５７（３０ｎｍ）／Ｃ６０（５０ｎｍ）／Ａｌ（８０ｎｍ）
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
図２は、電圧−電流密度特性を示す図である。図において、上方の曲線が暗電流の特性を示し、下方の曲線が光照射時の特性を示している。
図３は、光電流の波長依存性を示す図である。
本実施例の有機薄膜光電変換素子の短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ｆｆ）、及び光電変換効率を表１に示す。
（実施例２）
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はＰＶから形成し、陰極はＡｇから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はＰＶから形成し、陰極はＡｇから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ（５０ｎｍ）／ＪＬ１５７（３０ｎｍ）／ＰＶ（３０ｎｍ）／Ａｇ（５０ｎｍ）
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
図４は、電圧−電流密度特性を示す図である。図において、上方の曲線が暗電流の特性を示し、下方の曲線が光照射時の特性を示している。
図５は、光電流の波長依存性を示す図である。
本実施例の有機薄膜光電変換素子の短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ｆｆ）、及び光電変換効率を表１に示す。
（実施例３）
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用い、ｎ型材料であるＰＣＢＭと重量混合比１：３で混合して、ｐ型ポリマー層を形成し、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はＰＶから形成し、陰極はＡｇから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用い、ｎ型材料であるＰＣＢＭと重量混合比１：３で混合して、ｐ型ポリマー層を形成し、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はＰＶから形成し、陰極はＡｇから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ（５０ｎｍ）／ＪＬ１５７：ＰＣＢＭ（１：３）（５０ｎｍ）／ＰＶ（３０ｎｍ）／Ａｇ（５０ｎｍ）
ＰＣＢＭは以下の構造を有している。
ＰＣＢＭは以下の構造を有している。
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
図６は、電圧−電流密度特性を示す図である。図において上方の曲線が暗電流の特性を示し、下方の曲線が光照射時の特性を示している。
図７は、光電流の波長依存性を示す図である。
本実施例の有機薄膜光電変換素子の短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ｆｆ）、及び光電変換効率を表１に示す。
（実施例４）
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用い、ｎ型材料であるＰＣＢＭと重量混合比１：３で混合して、ｐ型ポリマー層を形成し、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用い、ｎ型材料であるＰＣＢＭと重量混合比１：３で混合して、ｐ型ポリマー層を形成し、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ（５０ｎｍ）／ＪＬ１５７：ＰＣＢＭ（１：３）（３５ｎｍ）／Ｃ６０（５０ｎｍ）／Ａｌ（８０ｎｍ）
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
図８は、電圧−電流密度特性を示す図である。図において、上方の曲線が暗電流の特性を示し、下方の曲線が光照射時の特性を示している。
図９は、光電流の波長依存性を示す図である。
本実施例の有機薄膜光電変換素子の短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ｆｆ）、及び光電変換効率を表１に示す。
（実施例５）
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用い、ｎ型材料である化合物４（ＪＬ８５）と重量混合比１：１で混合してｐ型ポリマー層を形成し、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ｐ型ポリマーとして、化合物１（ＪＬ１５７）を用い、ｎ型材料である化合物４（ＪＬ８５）と重量混合比１：１で混合してｐ型ポリマー層を形成し、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ（５０ｎｍ）／ＪＬ１５７：ＪＬ８５（１：１）（４０ｎｍ）／Ｃ６０（５０ｎｍ）／Ａｌ（８０ｎｍ）
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
図１０は、電圧−電流密度特性を示す図である。図において、上方の曲線が暗電流の特性を示し、下方の曲線が光照射時の特性を示している。
図１１は、光電流の波長依存性を示す図である。
本実施例の有機薄膜光電変換素子の短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ｆｆ）、及び光電変換効率を表１に示す。
（実施例６）
ｐ型ポリマーとして、化合物２（ＪＬ１５２）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ｐ型ポリマーとして、化合物２（ＪＬ１５２）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はフラーレン（Ｃ６０）から形成し、陰極はＡｌから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ（５０ｎｍ）／ＪＬ１５２（５０ｎｍ）／Ｃ６０（５０ｎｍ）／Ａｌ（８０ｎｍ）
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
図１２は、電圧−電流密度特性を示す図である。図において、上方の曲線が暗電流の特性を示し、下方の曲線が光照射時の特性を示している。
本実施例の有機薄膜光電変換素子の短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ｆｆ）、及び光電変換効率を表１に示す。
（実施例７）
ｐ型ポリマーとして、化合物３（ＪＬ２３７）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はＰＶから形成し、陰極はＡｇから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ｐ型ポリマーとして、化合物３（ＪＬ２３７）を用いて、図１に示す有機薄膜光電変換素子を作製した。電子輸送層はＰＶから形成し、陰極はＡｇから形成した。本実施例の有機薄膜光電変換素子は、以下の積層構造を有している。
ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ（５０ｎｍ）／ＪＬ２３７（４０ｎｍ）／ＰＶ（３０ｎｍ）／Ａｇ（５０ｎｍ）
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
得られた有機薄膜光電変換素子に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、スペクトルＡＭ（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）１．５相当の光を照射して光電変換特性を評価した。
図１３は、電圧−電流密度特性を示す図である。図において、上方の曲線が暗電流の特性を示し、下方の曲線が光照射時の特性を示している。
本実施例の有機薄膜光電変換素子の短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ｆｆ）、及び光電変換効率を表１に示す。
上記の結果から明らかなように、本発明に従う有機薄膜光電変換素子は、良好な光電変換特性を示すものである。また、ｐ型ポリマー層は、キシレン等の環境負荷が小さい有機溶剤を用いて形成することができる。
１…基板
２…正極
３…正孔輸送層
４…ｐ型ポリマー層
５…電子輸送層
６…負極
２…正極
３…正孔輸送層
４…ｐ型ポリマー層
５…電子輸送層
６…負極
Claims (6)
- 一対の電極と、前記電極の間に設けられる光電変換のための有機薄膜とを備える有機薄膜光電変換素子であって、
前記有機薄膜が、以下に示す化学構造を有する有機光電変換材料から形成されていることを特徴とする有機薄膜光電変換素子。
- 前記有機光電変換材料が、以下に示す化学構造を有することを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜光電変換素子。
- 前記有機光電変換材料が、以下に示す化学構造を有することを特徴とする請求項２に記載の有機薄膜光電変換素子。
- 前記有機光電変換材料が、以下に示す化学構造を有することを特徴とする請求項２に記載の有機薄膜光電変換素子。
- 前記有機光電変換材料が、以下に示す化学構造を有することを特徴とする請求項２に記載の有機薄膜光電変換素子。
- 請求項１〜５のいずれか１項の有機薄膜光電変換素子を製造する方法であって、
前記有機光電変換材料を有機溶剤に溶解して溶液を調製する工程と、
前記溶液から前記有機薄膜を形成する工程とを備えることを特徴とする有機薄膜光電変換素子の製造方法。
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