（SAM膜）形成
真空蒸着による 有機ナノ構造体形成
基板の表面改質
基板 基板 基板
SAM膜
有機 半導体
・基板表面と有機材料の相互作用
・有機材料の分子間相互作用
SS
SS
SSSS
SS
SS
自己組織化単分子膜
（SAM膜）形成
真空蒸着による 有機ナノ構造体形成
基板の表面改質
基板 基板 基板
SAM膜
有機 半導体
・基板表面と有機材料の相互作用
・有機材料の分子間相互作用
SS
SS
SSSS
SS
SS
図①-(1B)-1-a-2-4.1 ナノ構造体形成手法の概念図
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0
50 100
Height (nm)
Distance (m)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0
50 100
Height (nm)
Distance (m)
(without HMDS) (with HMDS)
TPD/SiO2/Si TPD/HMDS/SiO2/Si
(b) (a)
100 nm
0 nm
0 nm
0 nm
100 nm
0 nm 0 nm
0 nm
図①-(1B)-1-a-2-4.2本手法を適用したTPD膜とPentacene膜の表面形状像
（TPD膜厚：a=10nm、b=50～100nm）
V-192
(a) 太陽電池素子概要図 (b)太陽電池効率
図①-(1B)-1-a-2-4.3 下地層導入が有機薄膜太陽電池特性に与える影響
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 0.45 0.50 0.55 0.60 0.650.2 0.3 0.4 0.5 0.6 3 4 5
(%)F.F. V OC(V)
Pentacene
-6T TPD
J SC (mA/cm2 )
w/o
図①-(1B)-1-a-2-4.4 下地層導入が有機薄膜太陽電池特性に与える影響
Glass ITO (110 nm) Interlayer
(5 nm)
CuPc (40 nm) C60 (30 nm) BCP (10 nm) Ag (80 nm)
-0.2 0.0 0.2 0.4
-4 -3 -2 -1 0 1
w/o
-6T TPD Pentacene
Current density (mA/cm2 )
Voltage (V)
(e)
4.8 5.2
6.2 4.5
3.5
7.0 C60 BCP CuPc ITO 3.5
Ag 4.3 5.3
5.5 4.9 Pentacene
-6T TPD
V-193
図①-(1B)-1-a-2-4.5 下地層導入がCuPc配向特性に与える影響
(1B)-1-2-5 ナノグレイン制御による光電変換特性の向上
有機太陽電池の実用を可能にするためには、新規材料の開発もさることながら、
有機太陽電池内部構造に創意工夫を施し、さらなる変換効率向上を図るプロセス 技術が重要になってくるものと考えられる。そこで本項では、有機高次構造形成 プロセス技術の応用の一環として、ナノグレイン制御による有機薄膜太陽電池の 光電変換効率向上の検討を行った。具体的には、低分子バルクヘテロ型有機太陽 電池を試作し、バルクヘテロ層（光電変換層）材料の真空蒸着プロセス中におけ る基板温度をコントロールすることで、バルクヘテロ層中に高次ナノグレインを 形成することに成功した(図①-(1B)-1-a-2-5.1)。
低分子バルクへテロ層を構成するアクセプターおよびドナー材料としてフラー レンC70（以下C70）とフタロシアニンクロロアルミニウム（以下ClAlPc）をそれ ぞれ用いた。C70は C60と比べ、より幅広い吸収スペクトルを持っており、バルク へテロ層においてより多くの励起子が生成され、大きな短絡電流密度（JSC）が得 られることが期待される。また、ドナーとして ClAlPc を用いた主な理由は深い HOMO準位にあり、これにより高い開放電圧（VOC）が期待できる。
低分子バルクヘテロ有機薄膜太陽電池構成と基本特性を図①-(1B)-1-a-2-5.2に高 次構造制御技術を用いた光電変換性能を図①-(1B)-1-a-2-5.3に示す。この結果から 低分子有機薄膜太陽電池において、高次構造制御によりその光電変換性能を向上
5 10 15 20 25 30 35 40
26 27 28 29
Intensity (Arb.units)
2(deg.)
2(deg.)
Intensity (Arb.units)
(a) ITO
InO2
(211)
InO2 (222)
(200) (31-2) (31-3)
(b)
CuPc/Pentacene/ITO (c)
CuPc/ITO
V-194
させることが可能なことが分かる。バルクへテロ層ClAlPcのナノグレイン成長は 作製時の基板温度よって制御可能であり、390 K で作製したバルクへテロ有機薄 膜太陽電池では、最大で 4.1%の変換効率が得られ、ナノグレイン構造を有しない 場合に比べ32%の光電変換特性の向上が確認された。
図①-(1B)-1-a-2-5.1 室温 (315 K) と高温 (390 K)で作製した有機層の X 線回折
（In-Plane）
図①-(1B)-1-a-2-5.2 低分子バルクヘテロ有機太陽電池構成と基本特性：(A)室温作製
デバイスの電流電圧特性およびデバイス構成図(b) 同デバイスの外部量子効率および
C70とClAlPc材料単層膜の吸収スペクトル
V-195
図①-(1B)-1-a-2-5.3 バルクヘテロ有機太陽電池の光電変換特性と蒸着時基板温度との
関係（a）JSC （b）VOC （c）フィルファクター （d）変換効率（e）390 Kで作製し た素子の電流電圧特性
V-196