有機太陽電池及びその製造方法
【課題】優秀な光電変換効率を有しつつ、低コストで製作可能な有機太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１電極１０１と、第２電極１０８と、第１電極１０１および第２電極１０８の間に介在された光活性層１０４と、光活性層１０４および第２電極１０８の間に介在された電子抽出層１０６と、を含み、電子抽出層１０６は、極性高分子を含んだ有機太陽電池。
【解決手段】第１電極１０１と、第２電極１０８と、第１電極１０１および第２電極１０８の間に介在された光活性層１０４と、光活性層１０４および第２電極１０８の間に介在された電子抽出層１０６と、を含み、電子抽出層１０６は、極性高分子を含んだ有機太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
全世界的に新・再生エネルギーへの関心が高まっている現時点で、未来エネルギーとしての可能性と多様な長所とを有した有機太陽電池が注目を集めている。
シリコンを利用した無機太陽電池に比べ、有機太陽電池は、薄膜化及び低コスト製造が可能であり、今後各種フレキシブル素子に多様に適用されるであろう。
尚、このような従来技術は広く一般に公知であるため、先行技術文献は示さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、有機太陽電池の特性改善のために、多様な研究及び開発が進められている。例えば、光活性層材料の熱処理、光活性層の表面処理のような光活性層の改善が試みられている。
しかし、有機太陽電池の光電変換効率の向上、製造コスト節減などの必要性は、依然として要求されている。
【０００４】
従って、本発明の目的は、優秀な光電変換効率を有しつつ、低コストで製作可能な有機太陽電池及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る有機太陽電池の第一特徴構成は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に介在された光活性層と、前記光活性層および前記第２電極の間に介在された電子抽出層と、を含み、前記電子抽出層は、極性高分子を含んだ点にある。
【０００６】
本発明に係る有機太陽電池の第二特徴構成は、前記極性高分子の双極子モーメントを０．３デバイ以上とした点にある。
【０００７】
本発明に係る有機太陽電池の第三特徴構成は、前記極性高分子が下記化学式１Ａで表示される置換基を少なくとも一つ含む点にある。
【０００８】
［化１Ａ］
【０００９】
前記化学式１Ａで、ａは、０ないし１０の整数であり、Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基であり、ｐは、１ないし１０の整数であり、Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａの群れから選択される極性基である。
【００１０】
［化２Ａ］
【００１１】
前記化学式２Ａで、Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基であり、Ｘは、ＣまたはＮである。
【００１２】
本発明に係る有機太陽電池の第四特徴構成は、前記化学式１Ａにおいて、Ｌ１をフェニレン基、ナフチレン基またはアントリレン基とした点にある。
【００１３】
本発明に係る有機太陽電池の第五特徴構成は、前記化学式２Ａにおいて、Ｂ１及びＢ２が互いに独立した単一結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基またはブチレン基とした点にある。
【００１４】
本発明に係る有機太陽電池の第六特徴構成は、前記化学式２Ａにおいて、ＸをＮとした点にある。
【００１５】
本発明に係る有機太陽電池の第七特徴構成は、前記極性高分子が、下記化学式３Ａで表示される反復単位を有する点にある。
【００１６】
［化３Ａ］
【００１７】
前記化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ４は、互いに独立して、水素（Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）、または前記化学式１Ａで表示される置換基であるが（ここで、Ｑ１ないしＱ２は、互いに独立して、水素、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基またはＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である）、前記Ｒ１ないしＲ４のうち少なくとも一つは、前記化学式１Ａで表示される置換基である。
【００１８】
本発明に係る有機太陽電池の第八特徴構成は、前記化学式３Ａにおいて、前記Ｒ１ないしＲ３を水素とし、前記Ｒ４を前記化学式１Ａで表示される置換基とした点にある。
【００１９】
本発明に係る有機太陽電池の第九特徴構成は、前記極性高分子を、化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＨＳ）、化学式４Ｂのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）または化学式４Ｃのポリビニルピロリドンとした点にある。
【００２０】
［化４Ａ］
【００２１】
［化４Ｂ］
【００２２】
［化４Ｃ］
【００２３】
前記化学式４Ａないし化学式４Ｃで、ｎ１ないしｎ３は互いに独立した１０ないし１，０００，０００の整数である。
【００２４】
本発明に係る有機太陽電池の第十特徴構成は、前記極性高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）を、１，０００ないし９０，０００，０００とした点にある。
【００２５】
本発明に係る有機太陽電池の第十一特徴構成は、前記電子抽出層の厚みを、０．１ｎｍないし１０ｎｍとした点にある。
【００２６】
本発明に係る有機太陽電池の第十二特徴構成は、前記電子抽出層の一面と、前記第２電極の一面とが互いに接触した点にある。
【００２７】
本発明に係る有機太陽電池の製造方法の第一特徴手段は、基板上に第１電極を形成する段階と、前記第１電極上に光活性層を形成する段階と、前記光活性層上に極性高分子を含んだ電子抽出層を形成する段階と、前記電子抽出層上に第２電極を形成する段階と、を含み、前記電子抽出層の形成段階は、前記極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層を形成する工程と、前記第１層で、前記溶媒の一部以上を除去し、前記電子抽出層を収得する工程と、を含む点にある。
【００２８】
本発明に係る有機太陽電池の第二特徴手段は、前記電子抽出層の形成段階において、前記第１層形成工程を、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズルプリンティング法、ディップコーティング法、電気泳動蒸着法、テープキャスティング法、スクリーンプリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビアプリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Langmuir-Blodgett）法または多層薄膜自己組立法を利用して行う点にある。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の有機太陽電池は、優秀な光電変換効率を有しつつ、同時に、低コストで容易に薄膜として製作可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の有機太陽電池の断面図の概略図である。
【図２】図１の有機太陽電池の各層のエネルギー準位を示した図である。
【図３】比較例１及び実施例１の有機太陽電池の電圧−電流特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明すれば、次の通りである。
【００３２】
図１は、本発明の有機太陽電池の一具現例の断面を概略的に示した図である。図１の有機太陽電池は、第１電極１０１、正孔抽出層１０２、光活性層１０４、電子抽出層１０６及び第２電極１０８が順に積層された構造を有する。
【００３３】
第１電極１０１は、基板（図示せず）上に形成されうる。基板としては、一般的な半導体工程に使われる基板（例えば、シリコン基板など）、または太陽光などの外部光を入射させることができる、実質的に透明（無色透明、着色透明または半透明）である物質からなる基板などを利用することができる。例えば基板としては、各種ガラス材料、各種金属酸化物、高分子基板などを利用することができる。金属酸化物の例としては、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを挙げることができ、高分子基板の例としては、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアクリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（polyallylate）、ポリイミド（polyimide）、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。基板は、互いに異なる１以上の物質の混合物からなる単一層でもあり、互いに異なる２以上の物質からなる個別層が積層された多層構造でもある。
【００３４】
第１電極１０１は、アノードでありうる。第１電極１０１の材料は、大きい仕事関数を有する物質のうちから選択される。例えば第１電極１０１は、透明であって伝導性にすぐれるＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）などを利用することができる。または、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタル、及びそれらのうち２以上の組み合わせ（例えば、合金、またはアルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）またはマグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）の共蒸着層）、黒鉛などの各種炭素系材料などを利用することができる。第１電極１０１は、互いに異なる２種の物質を含むことができる。例えば第１電極１０１を、互いに異なる２種の物質を含んだ２層構造で形成することができるなど多様な変形例が可能である。第１電極１０１は、選択された材料によって、スパッタリング法、蒸着法（気相蒸着法または熱蒸着法など）、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ）、各種湿式コーティング法など公知の多様な方法を利用して形成されうる。
【００３５】
第１電極１０１上には、正孔抽出層１０２が形成されている。正孔輸送層１０２は、光活性層１０４で生成された正孔を捕捉及び輸送し、第１電極１０１に伝達する役割を行う。
【００３６】
正孔抽出層１０２の材料として、伝導性高分子を使用することができる。伝導性高分子の例として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリン、ポリジフェニル、アセチレン、ポリ（ｔ−ブチル）ジフェニルアセチレン、ポリ（トリフルオロメチル）ジフェニルアセチレン、銅フタロシアニン（Ｃｕ−ＰＣ）、ポリ（ビストリフルオロメチル）アセチレン、ポリビス（Ｔ−ブチルジフェニル）アセチレン、ポリ（トリメチルシリル）ジフェニルアセチレン、ポリ（カルバゾール）ジフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリフェニルアセチレン、ポリピリジンアセチレン、ポリメトキシフェニルアセチレン、ポリメチルフェニルアセチレン、ポリ（ｔ−ブチル）フェニルアセチレン、ポリニトロフェニルアセチレン、ポリ（トリフルオロメチル）フェニルアセチレン、ポリ（トリメチルシリル）フェニルアセチレン、それらの誘導体、及びそれらのうち２以上の組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
例えば正孔抽出層１０２の材料として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを利用することができるが、これに限定されるものではない。
【００３８】
正孔抽出層１０２は、選択された材料によって、蒸着法（気相蒸着法または熱蒸着法など）、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ）、各種湿式コーティング法など公知の多様な方法を利用して形成されうる。
【００３９】
正孔抽出層１０２の厚みは、１ｎｍないし５００ｎｍでありうる。正孔抽出層１０２の範囲が前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔抽出性能を示す。
【００４０】
光活性層１０４は正孔抽出層１０２上に形成されている。光活性層１０４は、太陽光などの外部光を吸収し、それから正孔と電子とを生成させる役割を行う。
【００４１】
光活性層１０４は、電子供与物質と、電子受容物質とを含んだ単一層構造、または電子供与物質を含んだ層と、電子受容物質を含んだ層とを含んだ複層構造であるなど多様な構造を有することができる。
【００４２】
電子供与物質としては、π電子を含むｐ型伝導性高分子物質を利用することができる。電子供与物質として利用される伝導性高分子の具体的な例としては、ポリ（３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリシロキサンカルバゾール、ポリアニリン、酸化ポリエチレン、（ポリ（１−メトキシ−４−（０−ディスパースレッド１）−２，５−フェニレン−ビニレン）、ポリ−［２−メトキシ−５−（２’−エトキシヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ［２−メトキシ−５−３（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）、ポリ（２，７−（９，９−ジオクチル）−フルオレン−ａｌｔ−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール））（ＰＦＤＴＢＴ）、ポリ［Ｎ’，０’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−ａｌｔ−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアゾール]（ＰＣＰＤＴＢＴ）、ポリ［Ｎ’，9’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−alt−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアゾール]（ＰＣＤＴＢＴ）,ポリインドール、ポリカルバゾール、ポリピリジアジン、ポリイソチアナフタレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルピリジン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリピリジン、それらの誘導体などを含むが、これらに限定されるものではない。電子供与物質の具体例のうち、２以上の組み合わせ（ブレンド、共重合体などをいずれも含む）の使用ももちろん可能である。
【００４３】
電子受容物質の具体例としては、フルオレンまたはその誘導体（例えば、フルオレン誘導体であるフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）、ＣｄＳｅなどのナノ結晶、炭素ナノチューブ、ナノロッド・ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシル−ビス−ベンズイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
光活性層１０４は、電子供与物質としてＰ３ＨＴと、電子受容物質としてフルオレン誘導体であるＰＣＢＭとを含んだ単一層であるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
光活性層１０４が電子供与物質と電子受容物質との混合物を含む場合、電子供与物質と電子受容物質との重量比は、１０：１ないし１０：１００であるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
光活性層１０４の厚みは、例えば１０ｎｍないし２，０００ｎｍでありうる。光活性層１０４は、選択された材料によって、一般的な蒸着法またはコーティング法、例えば、スプレー、スピンコーティング、ディッピング、プリンティング、ドクターブレード、スパッタリングなどの方法を利用したり、または電気泳動法を利用して形成することができるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
電子抽出層１０６は、光活性層１０４上に形成されている。電子抽出層１０６は、光活性層１０４で生成された電子を捕捉及び輸送し、第２電極１０８に伝達する役割を行う。
【００４８】
電子抽出層１０６は、極性高分子を含む。これにより、第１電極１０１と第２電極１０８との仕事関数の差が大きくなり、電子有機太陽電池の開放電圧（ＶＯＣ：open circuit voltage）が増大し、光活性層１０４から第２電極１０８への電子移動が促進され、短絡電流（ＪＳＣ）が増大しうる。従って、前記極性高分子を含んだ電子抽出層１０６を含んだ有機太陽電池の光電変換効率が向上しうる。
【００４９】
図２は、図１に図示された有機太陽電池の各層のエネルギー準位を図示したダイヤグラムであり、第１電極１０１のエネルギー準位２０１、光活性層１０４のうち電子供与物質２０４ａのＨＯＭＯ（highest occupied molecular orbital）２１４、光活性層１０４のうち電子受容物質２０４ｂのＬＵＭＯ（lowest unoccupied molecular orbital）２２４、第２電極１０８のエネルギー準位２０８が図示されている（ちなみに、図２には、電子供与物質２０４ａと電子受容物質２０４ｂとのエネルギー準位が区分されて図示されているだけであり、図２の光活性層１０４が、電子供与物質２０４ａを含んだ層と、電子受容物質２０４ｂを含んだ層とを個別的に含んだ二重層構造を有するものであると限定されるものではなく、便宜上、図２には、正孔抽出層１０２のエネルギー準位は図示していない）。
【００５０】
図１及び図２を参照すれば、太陽光などの外部光に露出された有機太陽電池の光活性層１０４で生成された正孔は、電子供与物質２０４ａのＨＯＭＯ２１４から第１電極１０１に移動し、光活性層１０４で生成された電子は、電子受容物質２０４ｂのＬＵＭＯ２２４から電子抽出層１０６を経て、第２電極１０８に移動する。
【００５１】
ここで、電子抽出層１０６は、極性高分子を含むので、図２に図示されているように、正電荷領域（δ＋）及び負電荷領域（δ−）を含んだ「双極子層」になるが、真空エネルギー準位２０６（点線部分）は、上側にシフトされる。その結果、第１電極１０１の仕事関数と第２電極１０８の仕事関数との差が大きくなり、有機太陽電池の開放電圧が増大しうる。例えば、真空エネルギー準位は、０．０５ｅＶ以上ほど上側にシフトされるが、これらに限定されるものではない。
【００５２】
また、前述のような真空エネルギー準位２０６のシフトは、光活性層１０４のＬＵＭＯ２２４と第２電極１０８の仕事関数との差を低減させ、光活性層１０４で生成された電子を第２電極１０８にさらに容易に伝える。従って、有機太陽電池の短絡電流が増大しうる。
【００５３】
電子抽出層１０６に含まれた極性高分子の双極子モーメントは、０．３デバイ以上、例えば、０．３６デバイないし１２デバイ（溶媒としてトルエンを使用し、３８．４℃で測定したデータ基準である）でありうる。前記範囲を満足させる極性高分子を採用した電子抽出層１０６は、図２に図示されたような真空エネルギー準位２０６のシフトを容易に達成することができる。
【００５４】
極性高分子は、下記化学式１Ａで表示される置換基を少なくとも一つ含むことができる。
【００５５】
［化１Ａ］
【００５６】
化学式１Ａで、ａは、互いに独立した０ないし１０の整数である。例えばａが０である場合、Ａ１は極性高分子の主鎖に直接連結される。ａは、０、１または２でありうる。
【００５７】
化学式１Ａで、Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基である。具体的には、Ｌ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキレン基、Ｃ２−Ｃ５アルケニレン基、Ｃ６−Ｃ１４アリーレン基またはＣ２−Ｃ１４ ヘテロアリーレン基である。例えばＬ１は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、エテニレン基、プロペニレン基、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、ピリジニレン基、ピラジニレン基などであるが、これらに限定されるものではない。一具現例でＬ１は、フェニレン基、ナフチレン基またはアントリレン基である。
【００５８】
化学式１Ａでｐは１ないし１０の整数である。ｐは、Ｌ１によって異なりうる。例えばｐは、１、２、３または４であるが、これらに限定されるものではない。
【００５９】
化学式１Ａで、Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａのうち一つである極性基である。
【００６０】
［化２Ａ］
【００６１】
化学式２Ａで、Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基である。ここで、Ｂ１またはＢ２が単一結合または二重結合である場合、化学式２ＡでＸとＣは、単一結合または二重結合で連結されている。Ｂ１及びＢ２は、単一結合、Ｃ１−Ｃ５アルキレン基またはＣ２−Ｃ５アルキレン基である。例えばＢ１及びＢ２は、単一結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基またはブチレン基であるが、これらに限定されるものではない。
【００６２】
化学式２ＡでＸは、ＣまたはＮである。例えばＸはＮであるが、これに限定されるものではない。
【００６３】
化学式１Ａでａが２以上である場合、２以上のＬ１は、互いに同一であるか、あるいは異なり、ｐが２以上である場合、２以上のＡ１は、互いに同一でもあり、あるいは異なることもある。
【００６４】
一具現例によれば、化学式１Ａで、ａ＝１、Ｌ１＝フェニレン基、ｐ＝１、Ａ１＝−ＯＨ；ａ＝０、ｐ＝１、Ａ１＝−ＯＨ；ａ＝０、Ａ１＝化学式２Ａ、Ｂ１＝単一結合、Ｂ２＝プロピレン、Ｘ＝Ｎ；であるが、これらに限定されるものではない。
【００６５】
一方、電子抽出層１０６に含まれた極性高分子は、下記化学式３Ａで表示される反復単位を有することができる。
【００６６】
［化３Ａ］
【００６７】
化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ４は、互いに独立して、水素（Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）、または化学式１Ａで表示される置換基であるが（ここで、Ｑ１ないしＱ２は、互いに独立して、水素、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基またはＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である）、Ｒ１ないしＲ４のうち少なくとも一つは、化学式１Ａで表示される置換基である。ここで、化学式１Ａに係わる説明は、前述のところを参照する。
【００６８】
化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ４は、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、前記化学式１Ａで表示される置換基であるが、これらに限定されるものではない。
【００６９】
例えば化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ３は水素であり、Ｒ４は、化学式１Ａで表示される置換基である。
【００７０】
極性高分子の一具現例によれば、極性高分子は、下記化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）、下記化学式４Ｂのポリビニルアルコールまたは下記化学式４Ｃのポリビニルピロリドンであるが、これらに限定されるものではない。
【００７１】
［化４Ａ］
【００７２】
［化４Ｂ］
【００７３】
［化４Ｃ］
【００７４】
化学式４Ａないし化学式４Ｃで、ｎ１ないしｎ３は、１０ないし１，０００，０００の整数でありうる。
【００７５】
極性高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１，０００ないし９０，０００，０００、例えば１０，０００ないし１００，０００でありうる。極性高分子の重量平均分子量の範囲が、前述のような範囲を満足する場合、電子抽出層１０６を含んだ混合物のコーティング性、粘度、フロー性などが向上し、優秀な界面特性を有する電子抽出層１０６を形成することができる。
【００７６】
電子抽出層１０６の厚みは、０．１ｎｍないし１０ｎｍ、例えば１ｎｍないし４ｎｍでありうる。電子抽出層１０６の厚み範囲が前述のところを満足するならば、駆動電圧の上昇なしに、図２に図示されたような真空エネルギー準位シフト効果を得ることができる。
【００７７】
電子抽出層１０６は、極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層を形成する工程と、前記第１層で、前記溶媒の一部以上を除去して電子抽出層を収得する工程とによって形成されうる。すなわち、電子抽出層１０６は、いわゆる「湿式工程」によって形成されうる。
【００７８】
前記溶媒は、前述のような電子抽出層１０６に含まれる極性高分子と反応性はないが、混和性があり、熱などによって容易に除去されうる物質である。例えば溶媒は、アルコール類（エチルアルコール）であるが、これに限定されるものではない。
【００７９】
極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層は、電子抽出層１０６が形成される領域上に形成されるが、例えば光活性層１０４上に形成されうる。
【００８０】
第１層は、公知の多様な方法、例えば、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズルプリンティング法、ディップコーティング法、電気泳動蒸着法、テープキャスティング法、スクリーンプリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビアプリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Langmuir-Blodgett）法または多層薄膜自己組立法（layer-by-layer self-assembly）を利用して形成されうるが、これらに限定されるものではない。
【００８１】
極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層のうち溶媒の一部以上は、公知の多様な方法を利用して除去されうる。例えば第１層に対する熱処理、真空乾燥、ＵＶ（ultraviolet）処理などを行うことによって、第１層のうち溶媒の一部以上が除去され、その結果、第１層は、極性高分子を含んだ電子抽出層１０６に変換されうる。
【００８２】
このように電子抽出層１０６は、湿式工程に基づいた工程によって形成されうるので、前述のような電子抽出層１０６を具備した有機太陽電池は、高価な真空チャンバ、真空化装備などを要する蒸着法を利用して電子抽出層を形成する有機太陽電池に比べ、製造コストを節減することができる。また、湿式工程を利用して電子抽出層１０６を形成する場合、電子抽出層１０６下部の光活性層１０４の損傷を最小化させたり、防止することができるので、有機太陽電池のフィルファクタ（fill factor）が増大しうる。
【００８３】
電子抽出層１０６上には、第２電極１０８が形成されている。一具現例によれば、電子抽出層１０６上には、第２電極１０８が「直接」形成され、電子抽出層１０６の一面と、第２電極１０８の一面とが互いに接触しうる（図１参照）。すなわち、電子抽出層１０６と第２電極１０８との間に、他の電子輸送層、例えば蒸着法を利用して形成されるＬｉＦ層が介在されない。
【００８４】
第２電極１０８は、カソードでありうる。第２電極１０８は、光活性層１０４での電子移動が容易になるように、仕事関数が小さい物質を利用することができる。例えば第２電極１０８の材料としては、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、インジウム、イットリウム、リチウム、銀、鉛、セシウムなどの金属、またはそれらの２種以上の組み合わせを使用することができるが、これらに限定されるものではない。
【００８５】
本明細書で、「＊」及び「＊’」は、隣接した元素または反復単位との結合サイトを示したものであり、当業者に容易に周知されている。
本発明は、図面に図示された実施例を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【実施例】
【００８６】
〔実施例１〕
ＩＴＯ基板（ＩＴＯがコーティングされたガラス基板）を準備した後、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（Ｈ．Ｃ．Starck社のＣＬＥＶＩＯＳ ＰＨ）をスピンコーティングした後、２００℃で１０分間熱処理し、３５ｎｍ厚の正孔抽出層を形成した。１，２−ジクロロベンゼン、ＰＣＢＭ及びＰ３ＨＴ（ＰＣＢＭ及びＰ３ＨＴの重量比は、１：１である）を含んだ混合物を６０℃で１３時間撹拌した後、常温に冷却して得た混合物を、当該正孔抽出層上にスピンコーティングした後、１５０℃で５０分間熱処理し、２１０ｎｍ厚の光活性層を形成した。次に、当該光活性層上に、化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＨＳ）及びエチルアルコールを含んだ混合物をスピンコーティングした後、５０℃で１０分間熱処理し、２．７ｎｍ厚のＰＨＳ含有電子抽出層を形成した。当該電子抽出層上に、Ａｌを１００ｎｍ厚に蒸着させて第２電極を形成することによって、有機太陽電池を製作した。
【００８７】
〔比較例１〕
ＰＨＳ含有電子抽出層を形成していないという点を除いては、実施例１と同じ方法で有機太陽電池を製作した。
【００８８】
〔評価例１〕
実施例１及び比較例１の有機太陽電池の電圧−電流密度特性を評価し、その結果を図３に示した。電圧−電流密度特性の評価時、光源としては、キセノンランプを使用（キセノンランプの太陽条件（ＡＭ１．５）は、標準太陽電池を使用して補正する）し、１００ｍＷ／ｃｍ２の光をそれぞれの有機太陽電池に照射した。
【００８９】
一方、測定された電圧−電流グラフから計算された短絡電流（ＪＳＣ）、開放電圧（ＶＯＣ）、咲くフィルファクタ（ＦＦ）から光電変換効率（ＰＣＥ）（％）を計算し、下記表１に整理した。
【００９０】
【表１】
【００９１】
表１から、電子抽出層に極性高分子を採用した実施例１の有機太陽電池が、比較例１の有機太陽電池に比べ、優秀な特性を有するということを確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、有機太陽電池及びその製造方法に利用できる。
【符号の説明】
【００９３】
１０１ 第１電極
１０２ 正孔抽出層
１０４ 光活性層
１０６ 電子抽出層
１０８ 第２電極
２０１ 第１電極のエネルギー準位
２０４ａ 電子供与物質
２０４ｂ 電子受容物質
２０６ 真空エネルギー準位
２０８ 第２電極のエネルギー準位
２１４ 電子供与物質のＨＯＭＯ
２２４ 電子受容物質のＬＵＭＯ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
全世界的に新・再生エネルギーへの関心が高まっている現時点で、未来エネルギーとしての可能性と多様な長所とを有した有機太陽電池が注目を集めている。
シリコンを利用した無機太陽電池に比べ、有機太陽電池は、薄膜化及び低コスト製造が可能であり、今後各種フレキシブル素子に多様に適用されるであろう。
尚、このような従来技術は広く一般に公知であるため、先行技術文献は示さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、有機太陽電池の特性改善のために、多様な研究及び開発が進められている。例えば、光活性層材料の熱処理、光活性層の表面処理のような光活性層の改善が試みられている。
しかし、有機太陽電池の光電変換効率の向上、製造コスト節減などの必要性は、依然として要求されている。
【０００４】
従って、本発明の目的は、優秀な光電変換効率を有しつつ、低コストで製作可能な有機太陽電池及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る有機太陽電池の第一特徴構成は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に介在された光活性層と、前記光活性層および前記第２電極の間に介在された電子抽出層と、を含み、前記電子抽出層は、極性高分子を含んだ点にある。
【０００６】
本発明に係る有機太陽電池の第二特徴構成は、前記極性高分子の双極子モーメントを０．３デバイ以上とした点にある。
【０００７】
本発明に係る有機太陽電池の第三特徴構成は、前記極性高分子が下記化学式１Ａで表示される置換基を少なくとも一つ含む点にある。
【０００８】
［化１Ａ］
【０００９】
前記化学式１Ａで、ａは、０ないし１０の整数であり、Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基であり、ｐは、１ないし１０の整数であり、Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａの群れから選択される極性基である。
【００１０】
［化２Ａ］
【００１１】
前記化学式２Ａで、Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基であり、Ｘは、ＣまたはＮである。
【００１２】
本発明に係る有機太陽電池の第四特徴構成は、前記化学式１Ａにおいて、Ｌ１をフェニレン基、ナフチレン基またはアントリレン基とした点にある。
【００１３】
本発明に係る有機太陽電池の第五特徴構成は、前記化学式２Ａにおいて、Ｂ１及びＢ２が互いに独立した単一結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基またはブチレン基とした点にある。
【００１４】
本発明に係る有機太陽電池の第六特徴構成は、前記化学式２Ａにおいて、ＸをＮとした点にある。
【００１５】
本発明に係る有機太陽電池の第七特徴構成は、前記極性高分子が、下記化学式３Ａで表示される反復単位を有する点にある。
【００１６】
［化３Ａ］
【００１７】
前記化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ４は、互いに独立して、水素（Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）、または前記化学式１Ａで表示される置換基であるが（ここで、Ｑ１ないしＱ２は、互いに独立して、水素、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基またはＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である）、前記Ｒ１ないしＲ４のうち少なくとも一つは、前記化学式１Ａで表示される置換基である。
【００１８】
本発明に係る有機太陽電池の第八特徴構成は、前記化学式３Ａにおいて、前記Ｒ１ないしＲ３を水素とし、前記Ｒ４を前記化学式１Ａで表示される置換基とした点にある。
【００１９】
本発明に係る有機太陽電池の第九特徴構成は、前記極性高分子を、化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＨＳ）、化学式４Ｂのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）または化学式４Ｃのポリビニルピロリドンとした点にある。
【００２０】
［化４Ａ］
【００２１】
［化４Ｂ］
【００２２】
［化４Ｃ］
【００２３】
前記化学式４Ａないし化学式４Ｃで、ｎ１ないしｎ３は互いに独立した１０ないし１，０００，０００の整数である。
【００２４】
本発明に係る有機太陽電池の第十特徴構成は、前記極性高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）を、１，０００ないし９０，０００，０００とした点にある。
【００２５】
本発明に係る有機太陽電池の第十一特徴構成は、前記電子抽出層の厚みを、０．１ｎｍないし１０ｎｍとした点にある。
【００２６】
本発明に係る有機太陽電池の第十二特徴構成は、前記電子抽出層の一面と、前記第２電極の一面とが互いに接触した点にある。
【００２７】
本発明に係る有機太陽電池の製造方法の第一特徴手段は、基板上に第１電極を形成する段階と、前記第１電極上に光活性層を形成する段階と、前記光活性層上に極性高分子を含んだ電子抽出層を形成する段階と、前記電子抽出層上に第２電極を形成する段階と、を含み、前記電子抽出層の形成段階は、前記極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層を形成する工程と、前記第１層で、前記溶媒の一部以上を除去し、前記電子抽出層を収得する工程と、を含む点にある。
【００２８】
本発明に係る有機太陽電池の第二特徴手段は、前記電子抽出層の形成段階において、前記第１層形成工程を、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズルプリンティング法、ディップコーティング法、電気泳動蒸着法、テープキャスティング法、スクリーンプリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビアプリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Langmuir-Blodgett）法または多層薄膜自己組立法を利用して行う点にある。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の有機太陽電池は、優秀な光電変換効率を有しつつ、同時に、低コストで容易に薄膜として製作可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の有機太陽電池の断面図の概略図である。
【図２】図１の有機太陽電池の各層のエネルギー準位を示した図である。
【図３】比較例１及び実施例１の有機太陽電池の電圧−電流特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明すれば、次の通りである。
【００３２】
図１は、本発明の有機太陽電池の一具現例の断面を概略的に示した図である。図１の有機太陽電池は、第１電極１０１、正孔抽出層１０２、光活性層１０４、電子抽出層１０６及び第２電極１０８が順に積層された構造を有する。
【００３３】
第１電極１０１は、基板（図示せず）上に形成されうる。基板としては、一般的な半導体工程に使われる基板（例えば、シリコン基板など）、または太陽光などの外部光を入射させることができる、実質的に透明（無色透明、着色透明または半透明）である物質からなる基板などを利用することができる。例えば基板としては、各種ガラス材料、各種金属酸化物、高分子基板などを利用することができる。金属酸化物の例としては、アルミニウム酸化物、モリブデン酸化物、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを挙げることができ、高分子基板の例としては、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアクリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（polyallylate）、ポリイミド（polyimide）、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。基板は、互いに異なる１以上の物質の混合物からなる単一層でもあり、互いに異なる２以上の物質からなる個別層が積層された多層構造でもある。
【００３４】
第１電極１０１は、アノードでありうる。第１電極１０１の材料は、大きい仕事関数を有する物質のうちから選択される。例えば第１電極１０１は、透明であって伝導性にすぐれるＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）などを利用することができる。または、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタル、及びそれらのうち２以上の組み合わせ（例えば、合金、またはアルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）またはマグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）の共蒸着層）、黒鉛などの各種炭素系材料などを利用することができる。第１電極１０１は、互いに異なる２種の物質を含むことができる。例えば第１電極１０１を、互いに異なる２種の物質を含んだ２層構造で形成することができるなど多様な変形例が可能である。第１電極１０１は、選択された材料によって、スパッタリング法、蒸着法（気相蒸着法または熱蒸着法など）、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ）、各種湿式コーティング法など公知の多様な方法を利用して形成されうる。
【００３５】
第１電極１０１上には、正孔抽出層１０２が形成されている。正孔輸送層１０２は、光活性層１０４で生成された正孔を捕捉及び輸送し、第１電極１０１に伝達する役割を行う。
【００３６】
正孔抽出層１０２の材料として、伝導性高分子を使用することができる。伝導性高分子の例として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリン、ポリジフェニル、アセチレン、ポリ（ｔ−ブチル）ジフェニルアセチレン、ポリ（トリフルオロメチル）ジフェニルアセチレン、銅フタロシアニン（Ｃｕ−ＰＣ）、ポリ（ビストリフルオロメチル）アセチレン、ポリビス（Ｔ−ブチルジフェニル）アセチレン、ポリ（トリメチルシリル）ジフェニルアセチレン、ポリ（カルバゾール）ジフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリフェニルアセチレン、ポリピリジンアセチレン、ポリメトキシフェニルアセチレン、ポリメチルフェニルアセチレン、ポリ（ｔ−ブチル）フェニルアセチレン、ポリニトロフェニルアセチレン、ポリ（トリフルオロメチル）フェニルアセチレン、ポリ（トリメチルシリル）フェニルアセチレン、それらの誘導体、及びそれらのうち２以上の組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
例えば正孔抽出層１０２の材料として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを利用することができるが、これに限定されるものではない。
【００３８】
正孔抽出層１０２は、選択された材料によって、蒸着法（気相蒸着法または熱蒸着法など）、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ）、各種湿式コーティング法など公知の多様な方法を利用して形成されうる。
【００３９】
正孔抽出層１０２の厚みは、１ｎｍないし５００ｎｍでありうる。正孔抽出層１０２の範囲が前記範囲を満足する場合、駆動電圧の上昇なしに、優秀な正孔抽出性能を示す。
【００４０】
光活性層１０４は正孔抽出層１０２上に形成されている。光活性層１０４は、太陽光などの外部光を吸収し、それから正孔と電子とを生成させる役割を行う。
【００４１】
光活性層１０４は、電子供与物質と、電子受容物質とを含んだ単一層構造、または電子供与物質を含んだ層と、電子受容物質を含んだ層とを含んだ複層構造であるなど多様な構造を有することができる。
【００４２】
電子供与物質としては、π電子を含むｐ型伝導性高分子物質を利用することができる。電子供与物質として利用される伝導性高分子の具体的な例としては、ポリ（３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリシロキサンカルバゾール、ポリアニリン、酸化ポリエチレン、（ポリ（１−メトキシ−４−（０−ディスパースレッド１）−２，５−フェニレン−ビニレン）、ポリ−［２−メトキシ−５−（２’−エトキシヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ［２−メトキシ−５−３（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）、ポリ（２，７−（９，９−ジオクチル）−フルオレン−ａｌｔ−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール））（ＰＦＤＴＢＴ）、ポリ［Ｎ’，０’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−ａｌｔ−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアゾール]（ＰＣＰＤＴＢＴ）、ポリ［Ｎ’，9’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−alt−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアゾール]（ＰＣＤＴＢＴ）,ポリインドール、ポリカルバゾール、ポリピリジアジン、ポリイソチアナフタレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルピリジン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリピリジン、それらの誘導体などを含むが、これらに限定されるものではない。電子供与物質の具体例のうち、２以上の組み合わせ（ブレンド、共重合体などをいずれも含む）の使用ももちろん可能である。
【００４３】
電子受容物質の具体例としては、フルオレンまたはその誘導体（例えば、フルオレン誘導体であるフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）、ＣｄＳｅなどのナノ結晶、炭素ナノチューブ、ナノロッド・ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシル−ビス−ベンズイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
光活性層１０４は、電子供与物質としてＰ３ＨＴと、電子受容物質としてフルオレン誘導体であるＰＣＢＭとを含んだ単一層であるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
光活性層１０４が電子供与物質と電子受容物質との混合物を含む場合、電子供与物質と電子受容物質との重量比は、１０：１ないし１０：１００であるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
光活性層１０４の厚みは、例えば１０ｎｍないし２，０００ｎｍでありうる。光活性層１０４は、選択された材料によって、一般的な蒸着法またはコーティング法、例えば、スプレー、スピンコーティング、ディッピング、プリンティング、ドクターブレード、スパッタリングなどの方法を利用したり、または電気泳動法を利用して形成することができるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
電子抽出層１０６は、光活性層１０４上に形成されている。電子抽出層１０６は、光活性層１０４で生成された電子を捕捉及び輸送し、第２電極１０８に伝達する役割を行う。
【００４８】
電子抽出層１０６は、極性高分子を含む。これにより、第１電極１０１と第２電極１０８との仕事関数の差が大きくなり、電子有機太陽電池の開放電圧（ＶＯＣ：open circuit voltage）が増大し、光活性層１０４から第２電極１０８への電子移動が促進され、短絡電流（ＪＳＣ）が増大しうる。従って、前記極性高分子を含んだ電子抽出層１０６を含んだ有機太陽電池の光電変換効率が向上しうる。
【００４９】
図２は、図１に図示された有機太陽電池の各層のエネルギー準位を図示したダイヤグラムであり、第１電極１０１のエネルギー準位２０１、光活性層１０４のうち電子供与物質２０４ａのＨＯＭＯ（highest occupied molecular orbital）２１４、光活性層１０４のうち電子受容物質２０４ｂのＬＵＭＯ（lowest unoccupied molecular orbital）２２４、第２電極１０８のエネルギー準位２０８が図示されている（ちなみに、図２には、電子供与物質２０４ａと電子受容物質２０４ｂとのエネルギー準位が区分されて図示されているだけであり、図２の光活性層１０４が、電子供与物質２０４ａを含んだ層と、電子受容物質２０４ｂを含んだ層とを個別的に含んだ二重層構造を有するものであると限定されるものではなく、便宜上、図２には、正孔抽出層１０２のエネルギー準位は図示していない）。
【００５０】
図１及び図２を参照すれば、太陽光などの外部光に露出された有機太陽電池の光活性層１０４で生成された正孔は、電子供与物質２０４ａのＨＯＭＯ２１４から第１電極１０１に移動し、光活性層１０４で生成された電子は、電子受容物質２０４ｂのＬＵＭＯ２２４から電子抽出層１０６を経て、第２電極１０８に移動する。
【００５１】
ここで、電子抽出層１０６は、極性高分子を含むので、図２に図示されているように、正電荷領域（δ＋）及び負電荷領域（δ−）を含んだ「双極子層」になるが、真空エネルギー準位２０６（点線部分）は、上側にシフトされる。その結果、第１電極１０１の仕事関数と第２電極１０８の仕事関数との差が大きくなり、有機太陽電池の開放電圧が増大しうる。例えば、真空エネルギー準位は、０．０５ｅＶ以上ほど上側にシフトされるが、これらに限定されるものではない。
【００５２】
また、前述のような真空エネルギー準位２０６のシフトは、光活性層１０４のＬＵＭＯ２２４と第２電極１０８の仕事関数との差を低減させ、光活性層１０４で生成された電子を第２電極１０８にさらに容易に伝える。従って、有機太陽電池の短絡電流が増大しうる。
【００５３】
電子抽出層１０６に含まれた極性高分子の双極子モーメントは、０．３デバイ以上、例えば、０．３６デバイないし１２デバイ（溶媒としてトルエンを使用し、３８．４℃で測定したデータ基準である）でありうる。前記範囲を満足させる極性高分子を採用した電子抽出層１０６は、図２に図示されたような真空エネルギー準位２０６のシフトを容易に達成することができる。
【００５４】
極性高分子は、下記化学式１Ａで表示される置換基を少なくとも一つ含むことができる。
【００５５】
［化１Ａ］
【００５６】
化学式１Ａで、ａは、互いに独立した０ないし１０の整数である。例えばａが０である場合、Ａ１は極性高分子の主鎖に直接連結される。ａは、０、１または２でありうる。
【００５７】
化学式１Ａで、Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基である。具体的には、Ｌ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキレン基、Ｃ２−Ｃ５アルケニレン基、Ｃ６−Ｃ１４アリーレン基またはＣ２−Ｃ１４ ヘテロアリーレン基である。例えばＬ１は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、エテニレン基、プロペニレン基、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、ピリジニレン基、ピラジニレン基などであるが、これらに限定されるものではない。一具現例でＬ１は、フェニレン基、ナフチレン基またはアントリレン基である。
【００５８】
化学式１Ａでｐは１ないし１０の整数である。ｐは、Ｌ１によって異なりうる。例えばｐは、１、２、３または４であるが、これらに限定されるものではない。
【００５９】
化学式１Ａで、Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａのうち一つである極性基である。
【００６０】
［化２Ａ］
【００６１】
化学式２Ａで、Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基である。ここで、Ｂ１またはＢ２が単一結合または二重結合である場合、化学式２ＡでＸとＣは、単一結合または二重結合で連結されている。Ｂ１及びＢ２は、単一結合、Ｃ１−Ｃ５アルキレン基またはＣ２−Ｃ５アルキレン基である。例えばＢ１及びＢ２は、単一結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基またはブチレン基であるが、これらに限定されるものではない。
【００６２】
化学式２ＡでＸは、ＣまたはＮである。例えばＸはＮであるが、これに限定されるものではない。
【００６３】
化学式１Ａでａが２以上である場合、２以上のＬ１は、互いに同一であるか、あるいは異なり、ｐが２以上である場合、２以上のＡ１は、互いに同一でもあり、あるいは異なることもある。
【００６４】
一具現例によれば、化学式１Ａで、ａ＝１、Ｌ１＝フェニレン基、ｐ＝１、Ａ１＝−ＯＨ；ａ＝０、ｐ＝１、Ａ１＝−ＯＨ；ａ＝０、Ａ１＝化学式２Ａ、Ｂ１＝単一結合、Ｂ２＝プロピレン、Ｘ＝Ｎ；であるが、これらに限定されるものではない。
【００６５】
一方、電子抽出層１０６に含まれた極性高分子は、下記化学式３Ａで表示される反復単位を有することができる。
【００６６】
［化３Ａ］
【００６７】
化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ４は、互いに独立して、水素（Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）、または化学式１Ａで表示される置換基であるが（ここで、Ｑ１ないしＱ２は、互いに独立して、水素、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基またはＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である）、Ｒ１ないしＲ４のうち少なくとも一つは、化学式１Ａで表示される置換基である。ここで、化学式１Ａに係わる説明は、前述のところを参照する。
【００６８】
化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ４は、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、前記化学式１Ａで表示される置換基であるが、これらに限定されるものではない。
【００６９】
例えば化学式３Ａで、Ｒ１ないしＲ３は水素であり、Ｒ４は、化学式１Ａで表示される置換基である。
【００７０】
極性高分子の一具現例によれば、極性高分子は、下記化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）、下記化学式４Ｂのポリビニルアルコールまたは下記化学式４Ｃのポリビニルピロリドンであるが、これらに限定されるものではない。
【００７１】
［化４Ａ］
【００７２】
［化４Ｂ］
【００７３】
［化４Ｃ］
【００７４】
化学式４Ａないし化学式４Ｃで、ｎ１ないしｎ３は、１０ないし１，０００，０００の整数でありうる。
【００７５】
極性高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１，０００ないし９０，０００，０００、例えば１０，０００ないし１００，０００でありうる。極性高分子の重量平均分子量の範囲が、前述のような範囲を満足する場合、電子抽出層１０６を含んだ混合物のコーティング性、粘度、フロー性などが向上し、優秀な界面特性を有する電子抽出層１０６を形成することができる。
【００７６】
電子抽出層１０６の厚みは、０．１ｎｍないし１０ｎｍ、例えば１ｎｍないし４ｎｍでありうる。電子抽出層１０６の厚み範囲が前述のところを満足するならば、駆動電圧の上昇なしに、図２に図示されたような真空エネルギー準位シフト効果を得ることができる。
【００７７】
電子抽出層１０６は、極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層を形成する工程と、前記第１層で、前記溶媒の一部以上を除去して電子抽出層を収得する工程とによって形成されうる。すなわち、電子抽出層１０６は、いわゆる「湿式工程」によって形成されうる。
【００７８】
前記溶媒は、前述のような電子抽出層１０６に含まれる極性高分子と反応性はないが、混和性があり、熱などによって容易に除去されうる物質である。例えば溶媒は、アルコール類（エチルアルコール）であるが、これに限定されるものではない。
【００７９】
極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層は、電子抽出層１０６が形成される領域上に形成されるが、例えば光活性層１０４上に形成されうる。
【００８０】
第１層は、公知の多様な方法、例えば、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズルプリンティング法、ディップコーティング法、電気泳動蒸着法、テープキャスティング法、スクリーンプリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビアプリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Langmuir-Blodgett）法または多層薄膜自己組立法（layer-by-layer self-assembly）を利用して形成されうるが、これらに限定されるものではない。
【００８１】
極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層のうち溶媒の一部以上は、公知の多様な方法を利用して除去されうる。例えば第１層に対する熱処理、真空乾燥、ＵＶ（ultraviolet）処理などを行うことによって、第１層のうち溶媒の一部以上が除去され、その結果、第１層は、極性高分子を含んだ電子抽出層１０６に変換されうる。
【００８２】
このように電子抽出層１０６は、湿式工程に基づいた工程によって形成されうるので、前述のような電子抽出層１０６を具備した有機太陽電池は、高価な真空チャンバ、真空化装備などを要する蒸着法を利用して電子抽出層を形成する有機太陽電池に比べ、製造コストを節減することができる。また、湿式工程を利用して電子抽出層１０６を形成する場合、電子抽出層１０６下部の光活性層１０４の損傷を最小化させたり、防止することができるので、有機太陽電池のフィルファクタ（fill factor）が増大しうる。
【００８３】
電子抽出層１０６上には、第２電極１０８が形成されている。一具現例によれば、電子抽出層１０６上には、第２電極１０８が「直接」形成され、電子抽出層１０６の一面と、第２電極１０８の一面とが互いに接触しうる（図１参照）。すなわち、電子抽出層１０６と第２電極１０８との間に、他の電子輸送層、例えば蒸着法を利用して形成されるＬｉＦ層が介在されない。
【００８４】
第２電極１０８は、カソードでありうる。第２電極１０８は、光活性層１０４での電子移動が容易になるように、仕事関数が小さい物質を利用することができる。例えば第２電極１０８の材料としては、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、インジウム、イットリウム、リチウム、銀、鉛、セシウムなどの金属、またはそれらの２種以上の組み合わせを使用することができるが、これらに限定されるものではない。
【００８５】
本明細書で、「＊」及び「＊’」は、隣接した元素または反復単位との結合サイトを示したものであり、当業者に容易に周知されている。
本発明は、図面に図示された実施例を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【実施例】
【００８６】
〔実施例１〕
ＩＴＯ基板（ＩＴＯがコーティングされたガラス基板）を準備した後、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（Ｈ．Ｃ．Starck社のＣＬＥＶＩＯＳ ＰＨ）をスピンコーティングした後、２００℃で１０分間熱処理し、３５ｎｍ厚の正孔抽出層を形成した。１，２−ジクロロベンゼン、ＰＣＢＭ及びＰ３ＨＴ（ＰＣＢＭ及びＰ３ＨＴの重量比は、１：１である）を含んだ混合物を６０℃で１３時間撹拌した後、常温に冷却して得た混合物を、当該正孔抽出層上にスピンコーティングした後、１５０℃で５０分間熱処理し、２１０ｎｍ厚の光活性層を形成した。次に、当該光活性層上に、化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＨＳ）及びエチルアルコールを含んだ混合物をスピンコーティングした後、５０℃で１０分間熱処理し、２．７ｎｍ厚のＰＨＳ含有電子抽出層を形成した。当該電子抽出層上に、Ａｌを１００ｎｍ厚に蒸着させて第２電極を形成することによって、有機太陽電池を製作した。
【００８７】
〔比較例１〕
ＰＨＳ含有電子抽出層を形成していないという点を除いては、実施例１と同じ方法で有機太陽電池を製作した。
【００８８】
〔評価例１〕
実施例１及び比較例１の有機太陽電池の電圧−電流密度特性を評価し、その結果を図３に示した。電圧−電流密度特性の評価時、光源としては、キセノンランプを使用（キセノンランプの太陽条件（ＡＭ１．５）は、標準太陽電池を使用して補正する）し、１００ｍＷ／ｃｍ２の光をそれぞれの有機太陽電池に照射した。
【００８９】
一方、測定された電圧−電流グラフから計算された短絡電流（ＪＳＣ）、開放電圧（ＶＯＣ）、咲くフィルファクタ（ＦＦ）から光電変換効率（ＰＣＥ）（％）を計算し、下記表１に整理した。
【００９０】
【表１】
【００９１】
表１から、電子抽出層に極性高分子を採用した実施例１の有機太陽電池が、比較例１の有機太陽電池に比べ、優秀な特性を有するということを確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、有機太陽電池及びその製造方法に利用できる。
【符号の説明】
【００９３】
１０１ 第１電極
１０２ 正孔抽出層
１０４ 光活性層
１０６ 電子抽出層
１０８ 第２電極
２０１ 第１電極のエネルギー準位
２０４ａ 電子供与物質
２０４ｂ 電子受容物質
２０６ 真空エネルギー準位
２０８ 第２電極のエネルギー準位
２１４ 電子供与物質のＨＯＭＯ
２２４ 電子受容物質のＬＵＭＯ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に介在された光活性層と、前記光活性層および前記第２電極の間に介在された電子抽出層と、を含み、前記電子抽出層は、極性高分子を含んだ有機太陽電池。
【請求項２】
前記極性高分子の双極子モーメントは、０．３デバイ以上である請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項３】
前記極性高分子が下記化学式１Ａで表示される置換基を少なくとも一つ含む請求項１に記載の有機太陽電池。
［化１Ａ］
（前記化学式１Ａで、
ａは、０ないし１０の整数であり、
Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基であり、
ｐは、１ないし１０の整数であり、
Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａの群れから選択される極性基である。
［化２Ａ］
前記化学式２Ａで、
Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基であり、
Ｘは、ＣまたはＮである。）
【請求項４】
前記化学式１Ａにおいて、Ｌ１がフェニレン基、ナフチレン基またはアントリレン基である請求項３に記載の有機太陽電池。
【請求項５】
前記化学式２Ａにおいて、Ｂ１及びＢ２が互いに独立した単一結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基またはブチレン基である請求項３に記載の有機太陽電池。
【請求項６】
前記化学式２Ａにおいて、ＸがＮである請求項３に記載の有機太陽電池。
【請求項７】
前記極性高分子が、下記化学式３Ａで表示される反復単位を有する請求項１に記載の有機太陽電池。
［化３Ａ］
（前記化学式３Ａで、
Ｒ１ないしＲ４は、互いに独立して、水素（Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）、または下記化学式１Ａで表示される置換基であるが（ここで、Ｑ１ないしＱ２は、互いに独立して、水素、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基またはＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である）、前記Ｒ１ないしＲ４のうち少なくとも一つは、下記化学式１Ａで表示される置換基である。
［化１Ａ］
前記化学式１Ａで、
ａは、０ないし１０の整数であり、
Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基であり、
ｐは、１ないし１０の整数であり、
Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａのうち一つである極性基である。
［化２Ａ］
前記化学式２Ａで、
Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基であり、
Ｘは、ＣまたはＮである。）
【請求項８】
前記化学式３Ａにおいて、前記Ｒ１ないしＲ３が水素であり、前記Ｒ４が前記化学式１Ａで表示される置換基である請求項７に記載の有機太陽電池。
【請求項９】
前記極性高分子が、化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＨＳ）、化学式４Ｂのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）または化学式４Ｃのポリビニルピロリドンである請求項１に記載の有機太陽電池：
［化４Ａ］
［化４Ｂ］
［化４Ｃ］
（前記化学式４Ａないし化学式４Ｃで、ｎ１ないしｎ３は互いに独立した１０ないし１，０００，０００の整数である。）
【請求項１０】
前記極性高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１，０００ないし９０，０００，０００である請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項１１】
前記電子抽出層の厚みが、０．１ｎｍないし１０ｎｍである請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項１２】
前記電子抽出層の一面と、前記第２電極の一面とが互いに接触している請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項１３】
基板上に第１電極を形成する段階と、
前記第１電極上に光活性層を形成する段階と、
前記光活性層上に極性高分子を含んだ電子抽出層を形成する段階と、
前記電子抽出層上に第２電極を形成する段階と、を含み、
前記電子抽出層の形成段階は、前記極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層を形成する工程と、前記第１層で、前記溶媒の一部以上を除去し、前記電子抽出層を収得する工程と、を含む有機太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記電子抽出層の形成段階において、前記第１層形成工程を、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズルプリンティング法、ディップコーティング法、電気泳動蒸着法、テープキャスティング法、スクリーンプリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビアプリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Langmuir-Blodgett）法または多層薄膜自己組立法を利用して行う請求項１３に記載の有機太陽電池の製造方法。
【請求項１】
第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に介在された光活性層と、前記光活性層および前記第２電極の間に介在された電子抽出層と、を含み、前記電子抽出層は、極性高分子を含んだ有機太陽電池。
【請求項２】
前記極性高分子の双極子モーメントは、０．３デバイ以上である請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項３】
前記極性高分子が下記化学式１Ａで表示される置換基を少なくとも一つ含む請求項１に記載の有機太陽電池。
［化１Ａ］
（前記化学式１Ａで、
ａは、０ないし１０の整数であり、
Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基であり、
ｐは、１ないし１０の整数であり、
Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａの群れから選択される極性基である。
［化２Ａ］
前記化学式２Ａで、
Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基であり、
Ｘは、ＣまたはＮである。）
【請求項４】
前記化学式１Ａにおいて、Ｌ１がフェニレン基、ナフチレン基またはアントリレン基である請求項３に記載の有機太陽電池。
【請求項５】
前記化学式２Ａにおいて、Ｂ１及びＢ２が互いに独立した単一結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基またはブチレン基である請求項３に記載の有機太陽電池。
【請求項６】
前記化学式２Ａにおいて、ＸがＮである請求項３に記載の有機太陽電池。
【請求項７】
前記極性高分子が、下記化学式３Ａで表示される反復単位を有する請求項１に記載の有機太陽電池。
［化３Ａ］
（前記化学式３Ａで、
Ｒ１ないしＲ４は、互いに独立して、水素（Ｈ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、シアノ基（−ＣＮ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、ハロゲン原子、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルコキシ基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリール基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールアルキル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ５−Ｃ２０シクロアルキル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、置換または非置換のＣ１−Ｃ３０アルキルエステル基、置換または非置換のＣ６−Ｃ３０アリールエステル基、置換または非置換のＣ２−Ｃ３０ヘテロアリールエステル基、−Ｎ（Ｑ１）（Ｑ２）、または下記化学式１Ａで表示される置換基であるが（ここで、Ｑ１ないしＱ２は、互いに独立して、水素、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、Ｃ６−Ｃ３０アリール基またはＣ２−Ｃ３０ヘテロアリール基である）、前記Ｒ１ないしＲ４のうち少なくとも一つは、下記化学式１Ａで表示される置換基である。
［化１Ａ］
前記化学式１Ａで、
ａは、０ないし１０の整数であり、
Ｌ１は、置換または非置換のＣ１−Ｃ１０アルキレン基、置換または非置換のＣ２−Ｃ１０アルケニレン基、置換または非置換のＣ６−Ｃ２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ３−Ｃ２０ヘテロアリーレン基であり、
ｐは、１ないし１０の整数であり、
Ａ１は、−ＯＨ、−ＮＨ２及び下記化学式２Ａのうち一つである極性基である。
［化２Ａ］
前記化学式２Ａで、
Ｂ１及びＢ２は、互いに独立して、単一結合、二重結合、置換または非置換のＣ１−Ｃ５アルキレン基、あるいは置換または非置換のＣ２−Ｃ５アルケニレン基であり、
Ｘは、ＣまたはＮである。）
【請求項８】
前記化学式３Ａにおいて、前記Ｒ１ないしＲ３が水素であり、前記Ｒ４が前記化学式１Ａで表示される置換基である請求項７に記載の有機太陽電池。
【請求項９】
前記極性高分子が、化学式４Ａのポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＨＳ）、化学式４Ｂのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）または化学式４Ｃのポリビニルピロリドンである請求項１に記載の有機太陽電池：
［化４Ａ］
［化４Ｂ］
［化４Ｃ］
（前記化学式４Ａないし化学式４Ｃで、ｎ１ないしｎ３は互いに独立した１０ないし１，０００，０００の整数である。）
【請求項１０】
前記極性高分子の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１，０００ないし９０，０００，０００である請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項１１】
前記電子抽出層の厚みが、０．１ｎｍないし１０ｎｍである請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項１２】
前記電子抽出層の一面と、前記第２電極の一面とが互いに接触している請求項１に記載の有機太陽電池。
【請求項１３】
基板上に第１電極を形成する段階と、
前記第１電極上に光活性層を形成する段階と、
前記光活性層上に極性高分子を含んだ電子抽出層を形成する段階と、
前記電子抽出層上に第２電極を形成する段階と、を含み、
前記電子抽出層の形成段階は、前記極性高分子及び溶媒を含んだ混合物からなる第１層を形成する工程と、前記第１層で、前記溶媒の一部以上を除去し、前記電子抽出層を収得する工程と、を含む有機太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記電子抽出層の形成段階において、前記第１層形成工程を、スピンコーティング法、インクジェット・プリンティング法、ノズルプリンティング法、ディップコーティング法、電気泳動蒸着法、テープキャスティング法、スクリーンプリンティング法、ドクターブレード・コーティング法、グラビアプリンティング法、グラビアオフセット・プリンティング法、ＬＢ（Langmuir-Blodgett）法または多層薄膜自己組立法を利用して行う請求項１３に記載の有機太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−８４８８９（Ｐ２０１２−８４８８９Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４１４３（Ｐ２０１１−２２４１４３）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（５０８３５５４９３）浦項工科大學校 産學協力團 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（５０８３５５４９３）浦項工科大學校 産學協力團 (14)
【Ｆターム（参考）】
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