JP2005340496A - 有機太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 アノード表面では仕事関数が大きく、カソード表面では仕事関数が小さく、デバイスの効率の向上を図ることできる有機太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 基体上に、少なくとも一方が有機半導体から成るｎ型半導体とｐ型半導体の積層体を介し、アノード体とカソード体が積層されて成る有機太陽電池において、前記アノード体が、電子吸引基で終端されたアモルファスカーボン膜である、ならびに、カソード体が、電子供与基で終端されたアモルファスカーボン膜であることを特徴とする有機太陽電池およびその製造方法を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】 基体上に、少なくとも一方が有機半導体から成るｎ型半導体とｐ型半導体の積層体を介し、アノード体とカソード体が積層されて成る有機太陽電池において、前記アノード体が、電子吸引基で終端されたアモルファスカーボン膜である、ならびに、カソード体が、電子供与基で終端されたアモルファスカーボン膜であることを特徴とする有機太陽電池およびその製造方法を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、紫外線、可視光線、近赤外線を含む太陽光、すなわちフォトンの入射により、起電力を生ずる太陽電池であって、特に有機半導体をキャリアの生成層に用いた有機太陽電池とその製造方法に関するものである。
石油資源の枯渇や地球温暖化といったエネルギー問題ならびに環境問題の解決策の一つとして、太陽電池が注目されている。
しかしながら、現在の主力となる太陽電池であるシリコン系太陽電池においては、製造コストが高く、また、製造時に消費される電力が大きく、そのために、真にエネルギー問題ならびに環境問題を解決し得る切り札となるには、未だ課題がある。
そこで、シリコンの代わりに、低コストで製造できる有機化合物を用いる技術が提案され、近年、多くの研究開発が進められている。
有機化合物を用いた太陽電池、すなわち有機太陽電池の一つに、ｐ型有機半導体と仕事関数の小さい金属とのショットキー障壁を利用したものがある。また、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体とのｐｎ接合を利用する技術も提案されている。このようなｐｎ接合型有機太陽電池としては、ｐ型有機半導体である銅フタロシアニンとｎ型有機半導体であるペリレン誘導体とを用いたものが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。
一方、ナノポーラスなＴｉＯ２の表面に有機色素を担持し、電解液を注入して成る湿式太陽電池が提案されている。さらに、ナノポーラスなＴｉＯ２焼結体と、その表面に担持させた色素はそのまま使い、電解液を固体のｐ型導電性化合物に置き換えた高信頼性の有機太陽電池も検討されてきている（例えば、非特許文献２を参照）。
このような太陽電池では、電極薄膜と半導体層との間でキャリア（電子、正孔）の注入出特性が、デバイス特性に大きな影響を及ぼす。すなわち、太陽電池では、半導体受光層からの電子及び正孔の取り出しが、デバイス特性を左右する。すなわちこれらは、いずれもできるだけ多く取り出せる方がデバイス特性は良好である。
この電極薄膜と半導体層との界面に生じる注入出特性（キャリアの移動特性）は、理論的には両者の仕事関数（半導体の場合はフェルミ準位）で決定される。太陽電池の場合、電子の取り出し側では、電極薄膜（カソード）の仕事関数は小さい方が、一方、正孔の取り出し側では、電極薄膜（アノード）の仕事関数は大きい方が、キャリアの移動効率は高くなる。
受光層として無機半導体を用いた場合には、界面準位やシリサイドの生成により、仕事関数以外の要因が、注入特性に影響する場合も多い。これに対して、特に最近実用化開発で注目されている、半導体層が有機物の場合の有機太陽電池では、界面準位ができにくいため、電極表面の仕事関数制御が効率向上のために、すなわち実用化のために、不可欠となっている。
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ，「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」，１９８６年１月，ｐ．１８３ Ｋ．Ｍｕｒａｋｏｓｈｉ，Ｒ．Ｋｏｇｕｒｅ，Ｙ．Ｗａｄａ，ａｎｄＳ．Ｙａｎａｇｉｄａ，「Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ」，１９９７年５月，ｐ．４７１
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ，「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」，１９８６年１月，ｐ．１８３ Ｋ．Ｍｕｒａｋｏｓｈｉ，Ｒ．Ｋｏｇｕｒｅ，Ｙ．Ｗａｄａ，ａｎｄＳ．Ｙａｎａｇｉｄａ，「Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ」，１９９７年５月，ｐ．４７１
従来は、アノード側の高仕事関数かつ透明導電性薄膜として、インジュウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）薄膜が広く用いられている。しかしながら、仕事関数は４．８〜５．０ｅＶ程度と有機半導体層と比較して小さく、デバイス効率の低下を招く原因となっていた。
一方、カソード側の低仕事関数電極薄膜として、Ａｌなどの金属薄膜が広く用いられている。しかしながら、仕事関数は４．２ｅＶ程度と有機半導体層と大きく、デバイス効率の低下を招く原因となっていた。
本発明は、上記状況に鑑みて、アノードでは仕事関数が大きく、カソードでは仕事関数が小さく正孔ならびに電子の取り出し効率が高い、すなわちデバイスの光電変換効率の向上を図ることできる有機太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、基体上に、少なくとも一方が有機半導体から成るｎ型半導体とｐ型半導体の積層体を介し、前記アノード体とカソード体が積層されて成る有機太陽電池において、前記アノード体が電子吸引基で終端されたアモルファスカーボン膜を有することを特徴とする。
また、本発明の第２の発明は、前記電子吸引基が、酸素原子あるいはハロゲン原子であることを特徴とする。
また、本発明の第３の発明は、基体上に、少なくとも一方が有機半導体から成るｎ型半導体とｐ型半導体の積層体を介し、前記アノード体とカソード体が積層されて成る有機太陽電池において、前記カソード体が電子供与基で終端されたアモルファスカーボン膜を有することを特徴とする。
また、本発明の第４の発明は、前記電子供与基が、水素原子あるいは炭化水素あるいは水酸基であることを特徴とする。
また、本発明の第５の発明は、前記アモルファスカーボン膜が、ダイヤモンド状カーボン膜であることを特徴とする。
また、本発明の第６の発明は、前記ダイヤモンド状カーボン膜に不純物がドープされていることを特徴とする。
また、本発明の第７の発明は、前記不純物は、窒素、燐、硫黄、硼素、酸素および珪素からなる群から選ばれた少なくとも一種を含むことを特徴とする。
また、本発明の第８の発明は、基体上に、少なくとも、
アノード体として、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりアモルファスカーボン膜を成膜する工程、
アモルファスカーボン膜を酸素またはハロゲンまたはハロゲン化合物を含むガスを用いたプラズマ処理を施す工程、
を含むことを特徴とする。
アノード体として、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりアモルファスカーボン膜を成膜する工程、
アモルファスカーボン膜を酸素またはハロゲンまたはハロゲン化合物を含むガスを用いたプラズマ処理を施す工程、
を含むことを特徴とする。
また、本発明の第９の発明は、有機太陽電池の製造方法において、基体上に、少なくとも、カソード体として、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりアモルファスカーボン膜を成膜する工程、アモルファスカーボン膜を水素または還元性ガスを用いたプラズマ処理を施す工程、を含むことを特徴とする。
また、本発明の第１０の発明は、前記アモルファスカーボン膜が、ダイヤモンド状カーボン膜であることを特徴とする。
また、本発明の第１１の発明は、前記ダイヤモンド状カーボン膜のＣＶＤ成膜の際に、ドープガスとして、窒素、フォスフィン、硫化水素、ジボラン、酸素およびシランからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加することを特徴とする。
このように構成することにより、本発明では、アノード体及びカソード体の少なくとも一方が、アモルファスカーボン膜、特にはダイヤモンド状カーボン膜を使用し、かつその表面を電子吸引基あるいは電子供与基で終端することにより、２．８ｅＶから６．５ｅＶの低仕事関数及び高仕事関数の双方を実現でき、それにより高い光電変換効率の有機太陽電池を実現できる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
有機太陽電池のアノード体若しくはカソード体として、アモルファスカーボン膜、特にはダイヤモンド状カーボン膜を使用し、かつその表面を電子吸引基あるいは電子供与基で終端することにより、２．８ｅＶから６．５ｅＶの低仕事関数及び高仕事関数の双方を実現でき、それにより高効率の有機太陽電池を実現できる。アモルファスカーボン膜、特にはダイヤモンド状カーボン膜は、導電性をもつあるいはドープにより導電性を付与することができ、また、成膜条件を制御することにより透明膜が作製できるため、アノード体あるいはカソード体の表面層としてだけではなく、アノード体あるいはカソード体の電極自体としても適用することができる。
この場合、アモルファスカーボン膜、特にはダイヤモンド状カーボン膜の製法として、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜し、さらに膜表面を電子吸引性の原子を含むガスあるいは電子供与性の原子を含むガスを用いたプラズマ処理を施すことにより、仕事関数制御ができ、高及び低仕事関数が得られ、かつこれらの電極薄膜を用いることにより、高効率の有機太陽電池が得られる。
また、本発明の製造方法は、メータースケールに対応できる高周波プラズマを利用しており、太陽電池などの大面積デバイスに適した、大面積かつ低温成膜が可能で、実用化に有効な方法である。
図１は本発明の第１実施例を示す有機太陽電池の断面図である。
この図において有機太陽電池は、基体としての絶縁基板１１、絶縁基板１１上に形成されるアノード体１２、アノード体１２上に形成されるｐ型有機半導体層１３、ｐ型有機半導体層１３上に形成されるｎ型有機半導体層１４、ｎ型有機半導体層１４上に形成されるカソード体１５からなる。
本実施例においては、アノード体１２は、高周波プラズマ化学的気相成長法（ＲＦ−ＰＥＣＶＤ）により、基板バイアスを−３００Ｖとすることで、透明かつ高導電性のダイヤモンド状カーボン薄膜電極を形成した。このとき膜厚は、２００ｎｍとした。
なお、その他の成膜条件として、反応ガスは、メタン２０ｓｃｃｍ、またはメタン１３ｓｃｃｍ＋窒素６ｓｃｃｍ、またはメタン１３ｓｃｃｍ＋アンモニア６ｓｃｃｍのいずれかとし、反応圧力は１０ｍＴｏｒｒとした。また、基板加熱なしで、基板温度は１５０℃以下であった。
次に、ＣＦ４ガスを導入し平行平板型の電極を有する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いて、高周波プラズマ処理を行った。
プラズマ処理条件は、ＣＦ４ガス３５ｓｃｃｍ、反応圧力０．０３Ｔｏｒｒ、高周波パワー３００Ｗ、処理時間５分とした。
これにより、アノード体１２であるダイヤモンド状カーボン薄膜電極表面に、フッ素終端された表面構造が作製できた。このフッ素終端構造は、Ｘ線光電子分光法により解析し、Ｃ−Ｆ構造１ａが確認できた。上記でガス種をＣＦ４に代わり塩素（Ｃｌ２）とした場合には、Ｃ−Ｃｌ構造１ｂが、酸素（Ｏ２）あるいは亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）とした場合にはＣ−Ｏ構造１ｃがそれぞれ確認された。
また、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一種で表面電位の測定ができる、ケルビンプローブ顕微鏡（ＫＦＭ）により、フッ素終端表面の表面電位を計測し換算したところ、６．５ｅＶの高い表面仕事関数が得られていることがわかった。
その後、上記アノード体１２上に、ｐ型有機半導体層１３、ｎ型有機半導体層１４を形成し、最後に、カソード体１５として電子ビーム蒸着法によりＡｌ薄膜を成膜して、有機太陽電池が完成した。
図２は本発明の第２実施例を示す有機太陽電池の断面図である。
この図において有機太陽電池は、基体としての絶縁基板２１、絶縁基板２１上に形成されるカソード体２２、カソード体２２上に形成されるｎ型有機半導体層２３、ｎ型有機半導体層２３上に形成されるｐ型有機半導体層２４、ｐ型有機半導体層２４上に形成されるアノード体２５からなる。
この実施例においては、カソード体２２は、ＲＦ−ＰＥＣＶＤにより、基板バイアスを−１０００Ｖとすることで、高導電性の薄膜電極を形成した。このとき膜厚は、２００ｎｍとした。なお、その他の成膜条件は、実施例１に示したものと同じである。
次に、水素ガスを導入し平行平板型の電極を有するＲＩＥ装置を用いて、高周波プラズマ処理を行った。
プラズマ処理条件は、水素ガス３５ｓｃｃｍ、反応圧力０．０３Ｔｏｒｒ、高周波パワー３００Ｗ、処理時間５分とした。
これにより、カソード体２２であるダイヤモンド状カーボン薄膜電極表面に、水素終端された表面構造が作製できた。この水素終端構造は、フーリエ変換赤外線分光分析法（ＦＴ−ＩＲ）により解析し、Ｃ−Ｈ構造２ａが確認できた。また、ＫＦＭにより、水素終端表面の表面電位を計測し換算したところ、２．８ｅＶの低い表面仕事関数が得られていることがわかった。
なお、官能基に水素の他、アルキル基などの炭化水素（Ｃ−Ｒ構造２ｂ）あるいは水酸基（Ｃ−ＯＨ構造２ｃ）をつけても低仕事関数表面を得ることが可能である。
その後、上記カソード体２２上に、ｎ型有機半導体層２３、ｐ型有機半導体層２４を形成し、最後に、アノード体２５として電子ビーム蒸着法によりＡｌ薄膜を成膜して、有機太陽電池が完成した。
図３は本発明の第３実施例を示す有機太陽電池の断面図である。
この図において有機太陽電池は、基体としての絶縁基板３１、絶縁基板３１上に形成されるアノード３２、アノード３２表面に形成されるアノード表面層３３、アノード表面層３３上に形成されるｐ型有機半導体層３４、ｐ型有機半導体層３４上に形成されるｎ型有機半導体層３５、ｎ型有機半導体層３５上に形成されるカソード体３６からなる。ここで、アノード３２とアノード表面層３３とでアノード体を構成している。
この実施例においては、アノード３２として、直流反応性スパッタ法によりＩＴＯ膜を、スズを５重量％含有するＩＴＯをターゲットとして用い、９９％アルゴン（２０ｓｃｃｍ）と１％酸素（０．２ｓｃｃｍ）の混合ガスを導入した直流反応性スパッタ法により、室温にて成膜した。このとき、膜厚は２００ｎｍとした。
次に、アノード３２上に、アノード表面層３３として、ＲＦ−ＰＥＣＶＤにより、基板バイアスを−３００Ｖとすることで、透明かつ高導電性のダイヤモンド状カーボン薄膜電極を形成した。このとき膜厚は、５０ｎｍとした。なお、その他の成膜条件は、実施例１に示したものと同じである。
次に、ＣＦ４ガスを導入し平行平板型の電極を有するＲＩＥ装置を用いて、高周波プラズマ処理を行った。
プラズマ処理条件は、ＣＦ４ガス３５ｓｃｃｍ、反応圧力０．０３Ｔｏｒｒ、高周波パワー３００Ｗ、処理時間３分とした。
これにより、アノード表面層３３であるダイヤモンド状カーボン膜表面に、フッ素終端された表面構造が作製できた。このフッ素終端構造は、Ｘ線光電子分光法により解析し、Ｃ−Ｆ構造が確認できた。また、ＫＦＭにより、フッ素終端表面の表面電位を計測し換算したところ、６．５ｅＶの高い表面仕事関数が得られていることがわかった。
その後、上記アノード表面層３３上に、ｐ型有機半導体層３４、ｎ型有機半導体層３５を形成し、最後に、カソード体３６として電子ビーム蒸着法によりＡｌ薄膜を成膜して、有機太陽電池が完成した。
図４は本発明の第４実施例を示す有機太陽電池の断面図である。
この図において有機太陽電池は、基体としての絶縁基板４１、絶縁基板４１上に形成されるカソード４２、カソード４２表面に形成されるカソード表面層４３、カソード表面層４３上に形成されるｎ型有機半導体層４４、ｎ型有機半導体層４４上に形成されるｐ型有機半導体層４５、ｐ型有機半導体層４５上に形成されるアノード体４６からなる。ここで、カソード４２とカソード表面層４３とでカソード体を構成する。
この実施例においては、カソード４２として、直流スパッタ法によりＡｌ膜を成膜した。このとき、膜厚は２００ｎｍとした。
次に、カソード４２上に、カソード表面層４３として、ＲＦ−ＰＥＣＶＤにより、基板バイアスを−１０００Ｖとすることで、高導電性のダイヤモンド状カーボン薄膜電極を形成した。このとき膜厚は、５０ｎｍとした。なお、その他の成膜条件は、実施例１に示したものと同じである。
次に、水素ガスを導入し平行平板型の電極を有するＲＩＥ装置を用いて、高周波プラズマ処理を行った。
プラズマ処理条件は、水素ガス３５ｓｃｃｍ、反応圧力０．０３Ｔｏｒｒ、高周波パワー３００Ｗ、処理時間３分とした。
これにより、カソード表面層４３であるダイヤモンド状カーボン膜表面に、フッ素終端された表面構造が作製できた。この水素終端構造は、Ｘ線光電子分光法により解析し、Ｃ−Ｈ構造が確認できた。また、ＫＦＭにより、フッ素終端表面の表面電位を計測し換算したところ、２．８ｅＶの低い表面仕事関数が得られていることがわかった。
その後、上記カソード表面層４３上に、ｎ型有機半導体層４４、ｐ型有機半導体層４５を形成し、最後に、アノード体４６として電子ビーム蒸着法によりＡｌ薄膜を成膜して、有機太陽電池が完成した。
図５は本発明の第５実施例を示す有機太陽電池の断面図である。
この図において有機太陽電池は、基体としての絶縁基板５１、絶縁基板５１上に形成されるアノード５２、アノード５２表面に形成されるアノード表面層５３、アノード表面層５３上に形成されるｐ型有機半導体層５４、ｐ型有機半導体層５４上に形成されるｎ型有機半導体層５５、ｎ型有機半導体層５５上に形成されるカソード表面層５６、カソード表面層５６上に形成されるカソード５７、カソード５７上に形成される絶縁基体５８からなる。ここでアノード５２とアノード表面層５３とでアノード体を構成し、カソード５７とカソード表面層５６とでカソード体を構成している。
この実施例においては、アノード５２として、直流反応性スパッタ法によりＩＴＯ膜を、スズを５重量％含有するＩＴＯをターゲットとして用い、９９％アルゴン（２０ｓｃｃｍ）と１％酸素（０．２ｓｃｃｍ）の混合ガスを導入した直流反応性スパッタ法により、室温にて成膜した。このとき、膜厚は２００ｎｍとした。
次に、アノード５２上に、アノード表面層５３として、ＲＦ−ＰＥＣＶＤにより、基板バイアスを−３００Ｖとすることで、透明かつ高導電性のダイヤモンド状カーボン薄膜電極を形成した。このとき膜厚は、５０ｎｍとした。なお、その他の成膜条件は、実施例１に示したものと同じである。
次に、ＣＦ４ガスを導入し平行平板型の電極を有するＲＩＥ装置を用いて、高周波プラズマ処理を行った。
プラズマ処理条件は、ＣＦ４ガス３５ｓｃｃｍ、反応圧力０．０３Ｔｏｒｒ、高周波パワー３００Ｗ、処理時間３分とした。
これにより、アノード表面層５３であるダイヤモンド状カーボン薄膜電極表面に、フッ素終端された表面構造が作製できた。このフッ素終端構造は、Ｘ線光電子分光法により解析し、Ｃ−Ｆ構造が確認できた。また、ＫＦＭにより、フッ素終端表面の表面電位を計測し換算したところ、６．５ｅＶの高い表面仕事関数が得られていることがわかった。
続いて、上記アノード表面層５３上に、ｐ型有機半導体層５４、ｎ型有機半導体層５５を形成し、アノード側積層基板５Ａを作製した。
一方、絶縁基体５８として、高分子基板上に、カソード５７として電子ビーム蒸着法によりＡｌ薄膜を成膜した。ここで膜厚は２００ｎｍとした。
次に、カソード５７上に、カソード表面層５６として、ＲＦ−ＰＥＣＶＤにより、基板バイアスを−１０００Ｖとすることで、高導電性のダイヤモンド状カーボン薄膜電極を形成した。このとき膜厚は、５０ｎｍとした。なお、その他の成膜条件は、実施例１に示したものと同じである。
次に、水素ガスを導入し平行平板型の電極を有するＲＩＥ装置を用いて、高周波プラズマ処理を行った。
プラズマ処理条件は、水素ガス３５ｓｃｃｍ、反応圧力０．０３Ｔｏｒｒ、高周波パワー３００Ｗ、処理時間３分とした。
これにより、カソード表面層５６であるダイヤモンド状カーボン薄膜電極表面に、水素終端された表面構造が作製できた。この水素終端構造は、ＦＴ−ＩＲにより分析し、Ｃ−Ｈ構造が確認できた。また、ＫＦＭにより、フッ素終端表面の表面電位を計測し換算したところ、２．８ｅＶの低い表面仕事関数が得られていることがわかった。以上のように、カソード側積層基板５Ｂを作製した。
続いて、上記アノード側積層基板５Ａと上記カソード側積層基板５Ｂを、貼り合わせて、有機太陽電池を完成した。
ここで、本実施例では、アノードを下地としたが、カソードを下地とする場合でも工程を逆にすることで、図６に示すような同等の特性をもつ逆の素子構成の有機太陽電池が作製できる。
以上、実施例に示したそれぞれのダイヤモンド状カーボン膜の終端構造とし、図１に示したように、電子吸引基としてフッ素原子に代えて、塩素原子あるいは酸素原子としても同等の低い表面仕事関数を得ることができる。また、図２に示したように、電子供与基として水素原子に代えて、アルキル基などの炭化水素あるいは水酸基としても同等の高い表面仕事関数を得ることができる。
なお、これまでに実施例として図示した、受光効率の向上や接合特性の改善を目的に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層間に真性半導体層を挿入しても、同様の電極界面での良好なキャリア移動特性が得られるため、本発明は有効である。
さらに、色素増感有機太陽電池では、上記実施例においてｎ型有機半導体層に代えてＴｉＯ２等の無機化合物を適用しても、同様の効果を得ることができる。
上記実施例に詳細に記述したように、アノード体もしくはカソード体のアモルファスカーボン膜、特にはダイヤモンド状カーボン薄膜の製法として、具体的には、ＲＦ−ＰＥＣＶＤを用い成膜する。その後、ＲＩＥ装置を用いて高周波プラズマ処理をすることで、表面の仕事関数の制御を可能とする。すなわち、プラズマ処理ガスとして、酸素、フッ素、塩素などのハロゲン化合物を用いた場合には、高い表面仕事関数が得られ、一方、水素あるいは還元性ガスを反応ガスとして用いた場合には、低い表面仕事関数が得られる。これらの高い仕事関数あるいは低い仕事関数をもつ電極表面を用いることにより、高効率の有機太陽電池が得られた。
なお、本発明の製造方法は、太陽電池などの大面積デバイスに適した、大面積かつ低温成膜が可能であり、実用化に有効な方法である。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明は、紫外線、可視光線、近赤外線を含む太陽光、すなわちフォトンの入射により、起電力を生ずる太陽電池であって、特に有機半導体をキャリアの生成層に用いた有機太陽電池に利用できる。
１１，２１，３１，４１，５１，６１・・・絶縁基板
１２，２５，４６・・・アノード体
３２，５２，６７・・・アノード
１３，２４，３４，４５，５４，６５・・・ｐ型有機半導体層
１４，２３，３５，４４，５５，６４・・・ｎ型有機半導体層
１５，２２，３６・・・カソード体
４２，５７，６２・・・カソード
１ａ・・・Ｃ−Ｆ構造
１ｂ・・・Ｃ−Ｃｌ構造
１ｃ・・・Ｃ−Ｏ構造
２ａ・・・Ｃ−Ｈ構造
２ｂ・・・Ｃ−Ｒ構造
２ｃ・・・Ｃ−ＯＨ構造
３３，５３，６６・・・アノード表面層
４３，５６，６３・・・カソード表面層
５８，６８・・・絶縁基体
５Ａ，６Ｂ・・・アノード側積層基板
５Ｂ，６Ａ・・・カソード側積層基板
１２，２５，４６・・・アノード体
３２，５２，６７・・・アノード
１３，２４，３４，４５，５４，６５・・・ｐ型有機半導体層
１４，２３，３５，４４，５５，６４・・・ｎ型有機半導体層
１５，２２，３６・・・カソード体
４２，５７，６２・・・カソード
１ａ・・・Ｃ−Ｆ構造
１ｂ・・・Ｃ−Ｃｌ構造
１ｃ・・・Ｃ−Ｏ構造
２ａ・・・Ｃ−Ｈ構造
２ｂ・・・Ｃ−Ｒ構造
２ｃ・・・Ｃ−ＯＨ構造
３３，５３，６６・・・アノード表面層
４３，５６，６３・・・カソード表面層
５８，６８・・・絶縁基体
５Ａ，６Ｂ・・・アノード側積層基板
５Ｂ，６Ａ・・・カソード側積層基板
Claims (11)
- 基体上に、少なくとも一方が有機半導体から成るｎ型半導体とｐ型半導体の積層体を介し、アノード体とカソード体が積層されて成る有機太陽電池において、前記アノード体が電子吸引基で終端されたアモルファスカーボン膜を有することを特徴とする有機太陽電池。
- 前記電子吸引基が、酸素原子あるいはハロゲン原子であることを特徴とする請求項１記載の有機太陽電池。
- 基体上に、少なくとも一方が有機半導体から成るｎ型半導体とｐ型半導体の積層体を介し、アノード体とカソード体が積層されて成る有機太陽電池において、前記カソード体が電子供与基で終端されたアモルファスカーボン膜を有することを特徴とする有機太陽電池。
- 前記電子供与基が、水素原子あるいは炭化水素あるいは水酸基であることを特徴とする請求項３記載の有機太陽電池。
- 前記アモルファスカーボン膜が、ダイヤモンド状カーボン膜であることを特徴とする請求項１〜４に記載の有機太陽電池。
- 前記ダイヤモンド状カーボン膜に不純物がドープされていることを特徴とする請求項５に記載の有機太陽電池。
- 前記不純物は、窒素、燐、硫黄、硼素、酸素および珪素からなる群から選ばれた少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項６に記載の有機太陽電池。
- 基体上に、少なくとも、
アノード体として、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりアモルファスカーボン膜を成膜する工程、
アモルファスカーボン膜を酸素またはハロゲンまたはハロゲン化合物を含むガスを用いたプラズマ処理を施す工程、
を含むことを特徴とする有機太陽電池の製造方法。 - 基体上に、少なくとも、
カソード体として、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりアモルファスカーボン膜を成膜する工程、
アモルファスカーボン膜を水素あるいは還元性のガスを用いたプラズマ処理を施す工程、
を含むことを特徴とする有機太陽電池の製造方法。 - 前記アモルファスカーボン膜が、ダイヤモンド状カーボン膜であることを特徴とする請求項８または９に記載の有機太陽電池の製造方法。
- 前記ダイヤモンド状カーボン膜を成膜する工程において、ドープガスとして、窒素、フォスフィン、硫化水素、ジボラン、酸素およびシランからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加することを特徴とする請求項１０に記載の有機太陽電池の製造方法。
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