JP2002335004A - 光電変換材料および光電池 - Google Patents
光電変換材料および光電池Info
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- JP2002335004A JP2002335004A JP2002029524A JP2002029524A JP2002335004A JP 2002335004 A JP2002335004 A JP 2002335004A JP 2002029524 A JP2002029524 A JP 2002029524A JP 2002029524 A JP2002029524 A JP 2002029524A JP 2002335004 A JP2002335004 A JP 2002335004A
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- 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
-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構造で、高い安定性および変換効率を
有する光電変換材料およびそれを用いた光電池を提供す
る。 【解決手段】 光電変換材料は、電子供与体と、電子受
容体としての球殻状炭素（フラーレン類など）と、電荷
輸送体としての線状又は筒状炭素（カーボンナノチュー
ブなど）とを含む。この光電変換材料は、さらに光増感
剤（ポルフィリン類など）を含んでいてもよい。光電変
換材料において、各成分は二次元的又は三次元的に配置
又は配向させてもよく、例えば、電子供与体を含む電子
供与層と、光増感剤を含む光増感層と、電子受容体と電
子輸送体とを含む電荷輸送層とで積層構造の光電変換材
料又は素子を構成できる。電子供与層および電荷輸送層
には球殻状の炭素を含有させてもよく、電子供与層にお
ける球殻状炭素の濃度は電荷輸送層よりも小さくしても
よい。
有する光電変換材料およびそれを用いた光電池を提供す
る。 【解決手段】 光電変換材料は、電子供与体と、電子受
容体としての球殻状炭素（フラーレン類など）と、電荷
輸送体としての線状又は筒状炭素（カーボンナノチュー
ブなど）とを含む。この光電変換材料は、さらに光増感
剤（ポルフィリン類など）を含んでいてもよい。光電変
換材料において、各成分は二次元的又は三次元的に配置
又は配向させてもよく、例えば、電子供与体を含む電子
供与層と、光増感剤を含む光増感層と、電子受容体と電
子輸送体とを含む電荷輸送層とで積層構造の光電変換材
料又は素子を構成できる。電子供与層および電荷輸送層
には球殻状の炭素を含有させてもよく、電子供与層にお
ける球殻状炭素の濃度は電荷輸送層よりも小さくしても
よい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子供与体、電子
受容体、電子輸送体及び必要により光増感剤で構成され
た光電変換材料およびそれを用いた光電池（太陽電池な
ど）に関する。
受容体、電子輸送体及び必要により光増感剤で構成され
た光電変換材料およびそれを用いた光電池（太陽電池な
ど）に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在実用化されている太陽電池には、シ
リコン系光電変換材料と化合物半導体系光電変換材料が
主に使用されており、有機系光電変換材料は余り使用さ
れていない。一方、1977年に導電性ポリアセチレンが発
見されて以来、有機薄膜を利用した太陽電池の研究も盛
んに行われている。しかし、有機系材料を用いた太陽電
池は、一般に、安定性が低く、しかもエネルギー変換率
が低い。
リコン系光電変換材料と化合物半導体系光電変換材料が
主に使用されており、有機系光電変換材料は余り使用さ
れていない。一方、1977年に導電性ポリアセチレンが発
見されて以来、有機薄膜を利用した太陽電池の研究も盛
んに行われている。しかし、有機系材料を用いた太陽電
池は、一般に、安定性が低く、しかもエネルギー変換率
が低い。
【０００３】特開平１０−８１７５４号公報には、ビピ
リジル単位を有する金属錯体で構成され、可視光領域お
よび近赤外領域でも感光性を有する金属錯体ポリマーが
開示されている。しかし、この金属錯体ポリマーは構造
が複雑であるとともにビピリジル単位に対して配位する
特殊な配位子を用いる必要がある。
リジル単位を有する金属錯体で構成され、可視光領域お
よび近赤外領域でも感光性を有する金属錯体ポリマーが
開示されている。しかし、この金属錯体ポリマーは構造
が複雑であるとともにビピリジル単位に対して配位する
特殊な配位子を用いる必要がある。
【０００４】特開平９−７３１８０号公報には、炭素数
７０以上の基本骨格を有するカーボンクラスターなどの
非晶質フラーレンおよびその誘導体の少なくとも一種
と、この非晶質フラーレンが分散したマトリックスポリ
マーとで構成された光導電体が開示されている。この文
献には、導電性支持体と、この導電性支持体上に形成さ
れた電荷輸送層および前記光導電体からなる電荷発生層
とを備えた感光体も開示されている。これらの光電変換
材料は、太陽電池などの光電池、感光体などの感光材料
として有用である。しかし、この材料に対しても、さら
に高い光電変換効率が求められている。
７０以上の基本骨格を有するカーボンクラスターなどの
非晶質フラーレンおよびその誘導体の少なくとも一種
と、この非晶質フラーレンが分散したマトリックスポリ
マーとで構成された光導電体が開示されている。この文
献には、導電性支持体と、この導電性支持体上に形成さ
れた電荷輸送層および前記光導電体からなる電荷発生層
とを備えた感光体も開示されている。これらの光電変換
材料は、太陽電池などの光電池、感光体などの感光材料
として有用である。しかし、この材料に対しても、さら
に高い光電変換効率が求められている。
【０００５】特開２０００−２６１０１６号公報には、
Ｃ60，Ｃ70などの球殻状炭素分子を電子受容体として内
包した化合物（例えば、フェロセンなどの有機金属錯体
単位と、ポルフィリン単位と、フラーレン単位とが順次
リンカーで結合した化合物）で構成された光電荷分離材
料が開示されている。この文献には、電子供与体、光増
感剤および電子受容体を三次元的に配置し、光励起によ
る電荷分離状態に方向性を付与した光電荷分離材料と、
この光電荷分離材料で構成された光電池も開示されてい
る。しかし、前記光電荷分離材料は、フラーレンなどの
球殻状炭素分子を電子受容体として内包させる必要があ
るため、構造が複雑化し、光電荷分離材料や光電池を高
い生産性で工業的に有利に製造することが困難である。
Ｃ60，Ｃ70などの球殻状炭素分子を電子受容体として内
包した化合物（例えば、フェロセンなどの有機金属錯体
単位と、ポルフィリン単位と、フラーレン単位とが順次
リンカーで結合した化合物）で構成された光電荷分離材
料が開示されている。この文献には、電子供与体、光増
感剤および電子受容体を三次元的に配置し、光励起によ
る電荷分離状態に方向性を付与した光電荷分離材料と、
この光電荷分離材料で構成された光電池も開示されてい
る。しかし、前記光電荷分離材料は、フラーレンなどの
球殻状炭素分子を電子受容体として内包させる必要があ
るため、構造が複雑化し、光電荷分離材料や光電池を高
い生産性で工業的に有利に製造することが困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、高い光電変換機能を有し、大面積化、薄膜化、軽量
化やコストダウンが可能な光電変換材料およびそれを用
いた光電池を提供することにある。
は、高い光電変換機能を有し、大面積化、薄膜化、軽量
化やコストダウンが可能な光電変換材料およびそれを用
いた光電池を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、構造が簡単であり、
かつ高い安定性および変換効率を有する光電変換材料お
よびそれを用いた光電池を提供することにある。
かつ高い安定性および変換効率を有する光電変換材料お
よびそれを用いた光電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を達成するため鋭意検討した結果、フラーレン類などの
球殻状炭素が電子受容体として有効に機能するととも
に、カーボンナノチューブ類などの線状又は筒状炭素が
電荷輸送体として有効に機能すること、また、平面的
（又は二次元的構造）かつ線状の炭素（例えば、グラフ
ァイトリボンなど）が、電子受容体と電荷輸送体として
の両機能を有することを見いだし、本発明を完成した。
を達成するため鋭意検討した結果、フラーレン類などの
球殻状炭素が電子受容体として有効に機能するととも
に、カーボンナノチューブ類などの線状又は筒状炭素が
電荷輸送体として有効に機能すること、また、平面的
（又は二次元的構造）かつ線状の炭素（例えば、グラフ
ァイトリボンなど）が、電子受容体と電荷輸送体として
の両機能を有することを見いだし、本発明を完成した。
【０００９】すなわち、本発明の光電変換材料は、電子
供与体と、球殻状炭素と、線状又は筒状炭素とを含む。
光電変換材料は、さらに光増感剤を含んでいてもよい。
光電変換材料において、前記各成分（電子供与体、球殻
状炭素、線状又は筒状炭素および必要により光増感剤）
の配置又は配列状態は、電子供与体からのキャリア（電
子又は正孔）が電子輸送体に効率よく輸送される限り特
に制限されず、例えば、電子供与体と電子輸送体との間
に光増感剤が介在し、かつ電子受容体がキャリア（電
子、正孔）を電荷輸送体に付与可能な形態で、それぞれ
の成分が二次元的又は三次元的に配置又は配向していて
もよい。より具体的には、二次元的構造の光電変換材料
は、例えば、電子供与体を含む電子供与層と、この電子
供与層上に形成され、かつ電子受容体と電子輸送体（又
は電荷輸送体）とを含む電荷輸送層とで構成してもよ
い。また、電子供与体を含む電子供与層と、この電子供
与層上に形成され、かつ光増感剤を含む光増感層と、こ
の光増感層上に形成され、かつ電子受容体と電子輸送体
（又は電荷輸送体）とを含む電荷輸送層とで構成しても
よい。このような二次元的構造の光電変換材料におい
て、電子供与層および電荷輸送層は球殻状の炭素を含ん
でいてもよく、電子供与層と電荷輸送層との間には球殻
状炭素の濃度差を形成してもよい。例えば、電子供与層
における球殻状炭素の濃度は電荷輸送層よりも小さくて
もよい。
供与体と、球殻状炭素と、線状又は筒状炭素とを含む。
光電変換材料は、さらに光増感剤を含んでいてもよい。
光電変換材料において、前記各成分（電子供与体、球殻
状炭素、線状又は筒状炭素および必要により光増感剤）
の配置又は配列状態は、電子供与体からのキャリア（電
子又は正孔）が電子輸送体に効率よく輸送される限り特
に制限されず、例えば、電子供与体と電子輸送体との間
に光増感剤が介在し、かつ電子受容体がキャリア（電
子、正孔）を電荷輸送体に付与可能な形態で、それぞれ
の成分が二次元的又は三次元的に配置又は配向していて
もよい。より具体的には、二次元的構造の光電変換材料
は、例えば、電子供与体を含む電子供与層と、この電子
供与層上に形成され、かつ電子受容体と電子輸送体（又
は電荷輸送体）とを含む電荷輸送層とで構成してもよ
い。また、電子供与体を含む電子供与層と、この電子供
与層上に形成され、かつ光増感剤を含む光増感層と、こ
の光増感層上に形成され、かつ電子受容体と電子輸送体
（又は電荷輸送体）とを含む電荷輸送層とで構成しても
よい。このような二次元的構造の光電変換材料におい
て、電子供与層および電荷輸送層は球殻状の炭素を含ん
でいてもよく、電子供与層と電荷輸送層との間には球殻
状炭素の濃度差を形成してもよい。例えば、電子供与層
における球殻状炭素の濃度は電荷輸送層よりも小さくて
もよい。
【００１０】前記球殻状の炭素としては、フラーレン
類、その修飾体、金属内包物などが例示でき、線状又は
筒状炭素としては、チューブ状、繊維状またはリボン状
の形態の炭素、例えば、カーボンナノチューブ、グラフ
ァイトナノファイバー、グラファイトリボン、フィブリ
ル、グラファイト層間化合物、それらの修飾体などが例
示できる。さらに、光増感剤としては、π電子系化合
物、例えば、ポルフィリン類、金属キレート化合物、ポ
リアニリン類、芳香族多環化合物、ポリアセン系骨格構
造を有する化合物などが例示できる。
類、その修飾体、金属内包物などが例示でき、線状又は
筒状炭素としては、チューブ状、繊維状またはリボン状
の形態の炭素、例えば、カーボンナノチューブ、グラフ
ァイトナノファイバー、グラファイトリボン、フィブリ
ル、グラファイト層間化合物、それらの修飾体などが例
示できる。さらに、光増感剤としては、π電子系化合
物、例えば、ポルフィリン類、金属キレート化合物、ポ
リアニリン類、芳香族多環化合物、ポリアセン系骨格構
造を有する化合物などが例示できる。
【００１１】前記光電変換材料は、高い光電変換効率を
有しており、安定性も高い。そのため、本発明は、前記
光電変換材料で構成された種々の素子又はユニット、例
えば、光電池（太陽電池など）も包含する。
有しており、安定性も高い。そのため、本発明は、前記
光電変換材料で構成された種々の素子又はユニット、例
えば、光電池（太陽電池など）も包含する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の光電変換材料の特色は、
球殻状炭素と線状又は筒状炭素とを組み合わせている点
にある。前記球殻状炭素は電子受容体として機能させる
ことができ、線状又は筒状炭素は電荷輸送体として機能
させることができる。また、平面的（又は二次元的構
造）で、しかも線状の炭素（例えば、グラファイトリボ
ンなど）は、電子受容体と電荷輸送体との両機能を兼ね
備える。
球殻状炭素と線状又は筒状炭素とを組み合わせている点
にある。前記球殻状炭素は電子受容体として機能させる
ことができ、線状又は筒状炭素は電荷輸送体として機能
させることができる。また、平面的（又は二次元的構
造）で、しかも線状の炭素（例えば、グラファイトリボ
ンなど）は、電子受容体と電荷輸送体との両機能を兼ね
備える。
【００１３】球殻状炭素には、フラーレン類、その修飾
体、金属内包物などが挙げられる。これらの球殻状炭素
は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。フラ
ーレン類としては、種々の立体構造を有するカーボンク
ラスター、例えば、Ｃ60、Ｃ 70、Ｃ74、Ｃ76、Ｃ78、Ｃ
82、Ｃ84、Ｃ720、Ｃ860などのフラーレン類などが挙げ
られる。フラーレン類の形態は、例えば、サッカーボー
ル状、バッキーボール状などであってもよい。
体、金属内包物などが挙げられる。これらの球殻状炭素
は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。フラ
ーレン類としては、種々の立体構造を有するカーボンク
ラスター、例えば、Ｃ60、Ｃ 70、Ｃ74、Ｃ76、Ｃ78、Ｃ
82、Ｃ84、Ｃ720、Ｃ860などのフラーレン類などが挙げ
られる。フラーレン類の形態は、例えば、サッカーボー
ル状、バッキーボール状などであってもよい。
【００１４】フラーレン類は置換基の導入などにより修
飾されていてもよい。修飾方法は、特に限定されず、例
えば、フラーレン類の反応性に富む炭素５員環部を化学
的に修飾できる。置換基の種類は、特に限定されず、例
えば、アルキル基（メチル基、ｔ−ブチル基などのＣ
1-10アルキル基など）、アリール基（フェニル基な
ど）、アラルキル基（ベンジル基など）、ジオキソラン
単位、ハロゲン又は酸素原子などが例示でき、液晶ポリ
マー、色素類、ポリエチレンオキシドなどの導入により
修飾してもよい。フラーレン類の修飾により、溶媒、高
分子への可溶化や親和性の改善、フラーレン類の配列又
は配向を可能にする。
飾されていてもよい。修飾方法は、特に限定されず、例
えば、フラーレン類の反応性に富む炭素５員環部を化学
的に修飾できる。置換基の種類は、特に限定されず、例
えば、アルキル基（メチル基、ｔ−ブチル基などのＣ
1-10アルキル基など）、アリール基（フェニル基な
ど）、アラルキル基（ベンジル基など）、ジオキソラン
単位、ハロゲン又は酸素原子などが例示でき、液晶ポリ
マー、色素類、ポリエチレンオキシドなどの導入により
修飾してもよい。フラーレン類の修飾により、溶媒、高
分子への可溶化や親和性の改善、フラーレン類の配列又
は配向を可能にする。
【００１５】金属を内包したフラーレン類としては、種
々の金属、例えば、周期表第１Ａ族元素（Ｋ、Ｎａ、Ｒ
ｂなど）、周期表第２Ａ族元素、ランタノイド族元素
（Ｌａなど）などの金属がドープされたフラーレン類が
例示できる。ドーパントとしての金属は単独で又は二種
以上組み合わせてドープとしてもよい。これらの金属内
包フラーレン類は、単独で又は二種以上組み合わせて使
用してもよい。
々の金属、例えば、周期表第１Ａ族元素（Ｋ、Ｎａ、Ｒ
ｂなど）、周期表第２Ａ族元素、ランタノイド族元素
（Ｌａなど）などの金属がドープされたフラーレン類が
例示できる。ドーパントとしての金属は単独で又は二種
以上組み合わせてドープとしてもよい。これらの金属内
包フラーレン類は、単独で又は二種以上組み合わせて使
用してもよい。
【００１６】線状又は筒状炭素には、チューブ状、繊維
状またはリボン状の形態の炭素が含まれる。このような
炭素としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボ
ンナノコイル、グラファイトナノファイバー（又はカー
ボンナノファイバー）、グラファイトリボン、フィブリ
ル、グラファイト層間化合物などが例示できる。これら
の炭素材は単独で又は二種以上組み合わせて使用でき
る。
状またはリボン状の形態の炭素が含まれる。このような
炭素としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボ
ンナノコイル、グラファイトナノファイバー（又はカー
ボンナノファイバー）、グラファイトリボン、フィブリ
ル、グラファイト層間化合物などが例示できる。これら
の炭素材は単独で又は二種以上組み合わせて使用でき
る。
【００１７】好ましい線状又は筒状炭素は、チューブ状
又はリボン状、例えば、カーボンナノチューブ類、グラ
ファイトリボン類である。カーボンナノチューブ類は、
単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ
であってもよく、バッキーオニオン（bucky-onion）構
造を有していてもよい。
又はリボン状、例えば、カーボンナノチューブ類、グラ
ファイトリボン類である。カーボンナノチューブ類は、
単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ
であってもよく、バッキーオニオン（bucky-onion）構
造を有していてもよい。
【００１８】カーボンナノチューブ類などの線状又は筒
状炭素の平均直径は、例えば、０．７〜３００ｎｍ、好
ましくは０．７〜２５０ｎｍ、さらに好ましくは１〜２
５０ｎｍ、特に５〜２５０ｎｍ程度であってもよい。な
お、前記平均直径は、リボン状の形態の炭素では、平均
厚み又は平均幅を意味する。
状炭素の平均直径は、例えば、０．７〜３００ｎｍ、好
ましくは０．７〜２５０ｎｍ、さらに好ましくは１〜２
５０ｎｍ、特に５〜２５０ｎｍ程度であってもよい。な
お、前記平均直径は、リボン状の形態の炭素では、平均
厚み又は平均幅を意味する。
【００１９】溶媒、高分子への可溶化や親和性の改善、
線状又は筒状炭素の配列又は配向を制御するため、カー
ボンナノチューブ類などの炭素は、前記フラーレン類と
同様に、置換基の導入などにより修飾してもよい。修飾
方法および置換基の種類は、前記フラーレン類と同様で
ある。なお、カーボンナノチューブ類には、金属内包フ
ラーレン類と同じく、金属をドープしてもよい。グラフ
ァイトリボンなどの平面的（二次元的構造）でしかも線
状の炭素は構造的にエッジ部分を多く含むため、置換基
の導入、修飾や金属内包が容易である。
線状又は筒状炭素の配列又は配向を制御するため、カー
ボンナノチューブ類などの炭素は、前記フラーレン類と
同様に、置換基の導入などにより修飾してもよい。修飾
方法および置換基の種類は、前記フラーレン類と同様で
ある。なお、カーボンナノチューブ類には、金属内包フ
ラーレン類と同じく、金属をドープしてもよい。グラフ
ァイトリボンなどの平面的（二次元的構造）でしかも線
状の炭素は構造的にエッジ部分を多く含むため、置換基
の導入、修飾や金属内包が容易である。
【００２０】電子供与体（正孔受容体又は電子発生剤）
としては、特に限定されないが、導電性高分子であり、
かつｐ型半導体としての機能を有する高分子が望まし
い。このような電子供与体としては、ＰＴ［ポリ（３−
アルキルチオフェン）］などのポリチオフェン系樹脂、
ＰＰＶ［ポリ（Ｐ−フェニレンビニレン）］，ＯＯＰＶ
［ポリ（２，５−ジオクチルオキシ−Ｐ−フェニレンビ
ニレン）］，ＰＥＤＯＴ［ポリ（２，３−ジヒドロチエ
ノ）［３，４−ｂ］-１，４−ジオキン］，ＰＳＳ［ポ
リ（スチレンスルホネート）］などのポリフェニレンビ
ニレン系樹脂、ポリフェニレン系樹脂（例えば、ポリ
（ｐ−フェニレン）系樹脂、ポリ（ｍ−フェニレン）系
樹脂）やそれらの置換体などが挙げられる。
としては、特に限定されないが、導電性高分子であり、
かつｐ型半導体としての機能を有する高分子が望まし
い。このような電子供与体としては、ＰＴ［ポリ（３−
アルキルチオフェン）］などのポリチオフェン系樹脂、
ＰＰＶ［ポリ（Ｐ−フェニレンビニレン）］，ＯＯＰＶ
［ポリ（２，５−ジオクチルオキシ−Ｐ−フェニレンビ
ニレン）］，ＰＥＤＯＴ［ポリ（２，３−ジヒドロチエ
ノ）［３，４−ｂ］-１，４−ジオキン］，ＰＳＳ［ポ
リ（スチレンスルホネート）］などのポリフェニレンビ
ニレン系樹脂、ポリフェニレン系樹脂（例えば、ポリ
（ｐ−フェニレン）系樹脂、ポリ（ｍ−フェニレン）系
樹脂）やそれらの置換体などが挙げられる。
【００２１】光増感剤としては、例えば、アンテナ分
子、すなわち光を有効に吸収して他の物質に電子、正孔
をトランスファーする化合物であればよく、例えば、π
電子系化合物（ポルフィリン類、金属キレート化合物、
ポリアニリン、芳香族多環化合物、ポリアセン系骨格構
造を有する化合物など）、異種元素を含むπ電子系化合
物（カルバゾールなど）、ハロゲン化されたπ電子系化
合物、キニザリン又はその誘導体などが例示できる。ポ
ルフィリン類としては、ポルフィリン骨格を有する種々
の化合物、例えば、ポルフィリン、フタロシアニン、金
属フタロシアニン（鉄フタロシアニンなどの遷移金属を
含むフタロシアニン）、テトラベンゾポルフィリン又は
テトラフェニルポルフィリン又はその誘導体〔金属テト
ラベンゾポルフィリン（亜鉛−テトラベンゾポルフィリ
ン、マグネシウム−テトラベンゾポルフィリンなど）、
テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンなど〕
などが例示される。金属キレート化合物としては、例え
ば、ジメチルグリオキシム、ジチゾン、オキシン、アセ
チルアセトン、グリシン、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン
四酢酸）、ＮＴＡなどの金属塩（例えば、遷移金属塩）
などが例示できる。
子、すなわち光を有効に吸収して他の物質に電子、正孔
をトランスファーする化合物であればよく、例えば、π
電子系化合物（ポルフィリン類、金属キレート化合物、
ポリアニリン、芳香族多環化合物、ポリアセン系骨格構
造を有する化合物など）、異種元素を含むπ電子系化合
物（カルバゾールなど）、ハロゲン化されたπ電子系化
合物、キニザリン又はその誘導体などが例示できる。ポ
ルフィリン類としては、ポルフィリン骨格を有する種々
の化合物、例えば、ポルフィリン、フタロシアニン、金
属フタロシアニン（鉄フタロシアニンなどの遷移金属を
含むフタロシアニン）、テトラベンゾポルフィリン又は
テトラフェニルポルフィリン又はその誘導体〔金属テト
ラベンゾポルフィリン（亜鉛−テトラベンゾポルフィリ
ン、マグネシウム−テトラベンゾポルフィリンなど）、
テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンなど〕
などが例示される。金属キレート化合物としては、例え
ば、ジメチルグリオキシム、ジチゾン、オキシン、アセ
チルアセトン、グリシン、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン
四酢酸）、ＮＴＡなどの金属塩（例えば、遷移金属塩）
などが例示できる。
【００２２】芳香族多環化合物としては、石油蒸留残
渣、ナフサ熱分解残渣、エチレンボトム油、石炭液化
油、コールタールなどの石油系又は石炭系重質油、ナフ
タレンなどの縮合によって合成された多環式炭化水素
類、これら炭化水素類の構造中にヘテロ原子（窒素原
子、イオウ原子、ホウ素原子、リン原子、酸素原子な
ど）が導入された多環式炭化水素類、さらに前記残渣か
らの溶剤抽出などにより得られる多環式炭化水素類など
が例示される。
渣、ナフサ熱分解残渣、エチレンボトム油、石炭液化
油、コールタールなどの石油系又は石炭系重質油、ナフ
タレンなどの縮合によって合成された多環式炭化水素
類、これら炭化水素類の構造中にヘテロ原子（窒素原
子、イオウ原子、ホウ素原子、リン原子、酸素原子な
ど）が導入された多環式炭化水素類、さらに前記残渣か
らの溶剤抽出などにより得られる多環式炭化水素類など
が例示される。
【００２３】ポリアセン系骨格構造を有する化合物は、
特開昭６０−１７０１６３号公報に記載されている芳香
族炭化水素化合物とアルデヒド類との縮合物の熱処理物
であって、水素原子／炭素原子の原子比が０．０５〜
０．５である。
特開昭６０−１７０１６３号公報に記載されている芳香
族炭化水素化合物とアルデヒド類との縮合物の熱処理物
であって、水素原子／炭素原子の原子比が０．０５〜
０．５である。
【００２４】ハロゲン原子を有する化合物としては、特
に限定されず、例えば、フッ化炭化水素類、フッ化芳香
族多環化合物（フッ化ピッチなど）、重質油フッ化物、
六フッ化ベンゼン、オクタフルオロナフタレン、デカフ
ルオロフェナンスレン、デカフルオロピレンなど）、こ
れらに対応する塩化炭化水素類、臭化炭化水素類、ヨウ
素化炭化水素類などが例示できる。これらのハロゲン化
物のうちフッ化ピッチが好ましい。これらのハロゲン化
物は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
に限定されず、例えば、フッ化炭化水素類、フッ化芳香
族多環化合物（フッ化ピッチなど）、重質油フッ化物、
六フッ化ベンゼン、オクタフルオロナフタレン、デカフ
ルオロフェナンスレン、デカフルオロピレンなど）、こ
れらに対応する塩化炭化水素類、臭化炭化水素類、ヨウ
素化炭化水素類などが例示できる。これらのハロゲン化
物のうちフッ化ピッチが好ましい。これらのハロゲン化
物は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【００２５】なお、ポルフィリン類は、ポルフィリンデ
ンドリマーとして使用でき、ポリアニリンも化学結合に
より電子供与体、電子受容体、電子輸送体に結合させて
使用できる。
ンドリマーとして使用でき、ポリアニリンも化学結合に
より電子供与体、電子受容体、電子輸送体に結合させて
使用できる。
【００２６】前記成分で構成された光電変換材料は、高
安定性および高エネルギー変換率を実現する。すなわ
ち、光励起により電子供与体から電子受容体へ電子が移
動するとともに、電子供与体へ正孔が移動し、電荷分離
状態が効率よく生成する。例えば、光増感剤の光励起に
より光増感剤から電子受容体へ電子が移動するととも
に、光増感剤から電子供与体へ正孔が移動し、電荷分離
状態を効率よく形成できる。しかも、線状又は筒状炭素
の電子輸送体により、電荷分離状態に方向性を与えるこ
とができる。そのため、失活することなく、電荷を輸送
でき、高い安定性および光電変換効率が得られるものと
思われる。
安定性および高エネルギー変換率を実現する。すなわ
ち、光励起により電子供与体から電子受容体へ電子が移
動するとともに、電子供与体へ正孔が移動し、電荷分離
状態が効率よく生成する。例えば、光増感剤の光励起に
より光増感剤から電子受容体へ電子が移動するととも
に、光増感剤から電子供与体へ正孔が移動し、電荷分離
状態を効率よく形成できる。しかも、線状又は筒状炭素
の電子輸送体により、電荷分離状態に方向性を与えるこ
とができる。そのため、失活することなく、電荷を輸送
でき、高い安定性および光電変換効率が得られるものと
思われる。
【００２７】このような光電変換材料では、フラーレン
類、カーボンナノチューブ類などの炭素材には構造的特
異性とともに多くのπ電子系が存在するためか、光との
強い相互作用、分子間電荷移動、電子輸送現象などが生
じ、高い効率で光電変換機能が発現するものと思われ
る。例えば、光増感剤は、光励起によりキャリア又は電
荷（電子と正孔）を生成し、電子受容体へ電子を与える
とともに、電子供与体へ正孔を与える。そのため、光増
感剤は、キャリア又は電荷（電子と正孔）を分離する機
能を有しており、後続反応に利用可能な電荷分離状態を
効率よく生成させる。このように、光増感剤により、生
成した電荷（電子と正孔）を分離して輸送できるため、
ｐｎ接合面での電荷発生によるシリコン系半導体と比較
して、高い光電変換効率が得られる。しかも、カーボン
ナノチューブ類などの線状または筒状炭素は少量の添加
で方向性のあるパーコレーション伝導路を形成する。そ
のため、電子輸送体は、電荷輸送に極めて有効であり、
電荷を失活させることなく輸送できるものと思われる。
類、カーボンナノチューブ類などの炭素材には構造的特
異性とともに多くのπ電子系が存在するためか、光との
強い相互作用、分子間電荷移動、電子輸送現象などが生
じ、高い効率で光電変換機能が発現するものと思われ
る。例えば、光増感剤は、光励起によりキャリア又は電
荷（電子と正孔）を生成し、電子受容体へ電子を与える
とともに、電子供与体へ正孔を与える。そのため、光増
感剤は、キャリア又は電荷（電子と正孔）を分離する機
能を有しており、後続反応に利用可能な電荷分離状態を
効率よく生成させる。このように、光増感剤により、生
成した電荷（電子と正孔）を分離して輸送できるため、
ｐｎ接合面での電荷発生によるシリコン系半導体と比較
して、高い光電変換効率が得られる。しかも、カーボン
ナノチューブ類などの線状または筒状炭素は少量の添加
で方向性のあるパーコレーション伝導路を形成する。そ
のため、電子輸送体は、電荷輸送に極めて有効であり、
電荷を失活させることなく輸送できるものと思われる。
【００２８】前記各成分は、物理的又は化学的蒸着法、
リソグラフィ技術などを利用して光電変換材料又は光電
変換素子を形成してもよく、マトリックス樹脂と複合化
して光電変換材料又は光電変換素子を形成してもよい。
マトリックス樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系
樹脂（ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アク
リル酸エステル共重合体など）、酢酸ビニル系樹脂（酢
酸ビニル−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−（メタ）
アクリル酸エステル共重合体など）、（メタ）アクリル
系樹脂（ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチル
−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸
メチル−スチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合
体など）、ポリスチレン系樹脂（ポリスチレン、スチレ
ン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン−
（メタ）アクリル酸共重合体、スチレン−無水マレイン
酸共重合体など）、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系
樹脂（ポリアリレート系樹脂を含む）、ポリアミド系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリビニルアルコール系
樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂（ポリビニルブチラ
ール系樹脂など）、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレ
ンオキシド系樹脂などが例示できる。これらのマトリッ
クス樹脂は単独で又は二種以上組み合わせて使用でき
る。
リソグラフィ技術などを利用して光電変換材料又は光電
変換素子を形成してもよく、マトリックス樹脂と複合化
して光電変換材料又は光電変換素子を形成してもよい。
マトリックス樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系
樹脂（ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アク
リル酸エステル共重合体など）、酢酸ビニル系樹脂（酢
酸ビニル−塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル−（メタ）
アクリル酸エステル共重合体など）、（メタ）アクリル
系樹脂（ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチル
−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸
メチル−スチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合
体など）、ポリスチレン系樹脂（ポリスチレン、スチレ
ン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン−
（メタ）アクリル酸共重合体、スチレン−無水マレイン
酸共重合体など）、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系
樹脂（ポリアリレート系樹脂を含む）、ポリアミド系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリビニルアルコール系
樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂（ポリビニルブチラ
ール系樹脂など）、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレ
ンオキシド系樹脂などが例示できる。これらのマトリッ
クス樹脂は単独で又は二種以上組み合わせて使用でき
る。
【００２９】マトリックス樹脂としては、導電性高分
子、ポリアセン系骨格構造を有する化合物などが好まし
い。導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン系
高分子（ポリアセチレンなどの溶媒不溶性樹脂、フェニ
ルアセチレンなどを用いた溶媒可溶性ポリアセチレン系
樹脂など）、ポリフェニレン系高分子（例えば、ポリ
（ｐ−フェニレン）系樹脂、ポリ（ｍ−フェニレン）系
樹脂、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリフェ
ニレンビニレン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹
脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂など）、複素環式高
分子（ポリピロール、ポリ（３−アルキルチオフェン）
などのポリチオフェン系樹脂、ポリフラン系樹脂、ポリ
セレノフェン系樹脂、ポリテルロフェン系樹脂など）、
イオン性高分子（ポリアニリン系樹脂、ポリ（３−メチ
ル−４−カルボキシピロール）などのピロール系樹脂な
ど）、はしご型高分子などが例示できる。導電性高分子
としては、通常、溶媒可溶性樹脂が使用される。なお、
マトリックス樹脂の種類は特に制限されず、電子供与層
や電荷輸送層などの層の機能に応じて選択でき、電子供
与層としてはｐ型導電性高分子を用いる場合が多く、電
荷輸送層としてはｎ型導電性高分子を用いる場合が多
い。
子、ポリアセン系骨格構造を有する化合物などが好まし
い。導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン系
高分子（ポリアセチレンなどの溶媒不溶性樹脂、フェニ
ルアセチレンなどを用いた溶媒可溶性ポリアセチレン系
樹脂など）、ポリフェニレン系高分子（例えば、ポリ
（ｐ−フェニレン）系樹脂、ポリ（ｍ−フェニレン）系
樹脂、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリフェ
ニレンビニレン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹
脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂など）、複素環式高
分子（ポリピロール、ポリ（３−アルキルチオフェン）
などのポリチオフェン系樹脂、ポリフラン系樹脂、ポリ
セレノフェン系樹脂、ポリテルロフェン系樹脂など）、
イオン性高分子（ポリアニリン系樹脂、ポリ（３−メチ
ル−４−カルボキシピロール）などのピロール系樹脂な
ど）、はしご型高分子などが例示できる。導電性高分子
としては、通常、溶媒可溶性樹脂が使用される。なお、
マトリックス樹脂の種類は特に制限されず、電子供与層
や電荷輸送層などの層の機能に応じて選択でき、電子供
与層としてはｐ型導電性高分子を用いる場合が多く、電
荷輸送層としてはｎ型導電性高分子を用いる場合が多
い。
【００３０】ポリアセン系骨格構造を有する化合物に
は、例えば、光増感剤の項で記載した前記ポリアセン系
骨格構造を有する化合物が含まれる。
は、例えば、光増感剤の項で記載した前記ポリアセン系
骨格構造を有する化合物が含まれる。
【００３１】なお、ディスコティック液晶を電子供与体
に用いると、カラム構造に配列し、正孔や電子の輸送に
効果的である。
に用いると、カラム構造に配列し、正孔や電子の輸送に
効果的である。
【００３２】マトリックス樹脂として、ｐ型半導体的性
質を有する導電性高分子を用いると、フラーレン類は電
子供与体を取り込んでｎ型半導体的性質を有する電荷移
動型物質となりやすい。さらに、フラーレン類と導電性
高分子との複合体は、特に光に対して大きな応答を示
す。このことは、シリコン系半導体のｐｎ接合素子とは
異なる光誘起電荷移動で説明されるドナー−アクセプタ
ー型素子を形成していることに起因すると思われ、光照
射により複合体全体で励起子が発生する。そのため、導
電性高分子との組合せにおいて、電子供与体としてフラ
ーレン類などを用いることにより、効率よくキャリア
（電子、正孔）を生成する。
質を有する導電性高分子を用いると、フラーレン類は電
子供与体を取り込んでｎ型半導体的性質を有する電荷移
動型物質となりやすい。さらに、フラーレン類と導電性
高分子との複合体は、特に光に対して大きな応答を示
す。このことは、シリコン系半導体のｐｎ接合素子とは
異なる光誘起電荷移動で説明されるドナー−アクセプタ
ー型素子を形成していることに起因すると思われ、光照
射により複合体全体で励起子が発生する。そのため、導
電性高分子との組合せにおいて、電子供与体としてフラ
ーレン類などを用いることにより、効率よくキャリア
（電子、正孔）を生成する。
【００３３】本発明の光電変換材料において、電子供与
体、電子受容体および電子輸送体で構成されていればよ
く、光増感剤を含有していてもよい。このような光電変
換材料は各成分の複合体（又は混合組成物）であっても
よい。好ましい態様において、各成分は、互いに関連付
けて、二次元的（層状）又は三次元的に配置できる。例
えば、それぞれの成分が二次元的又は三次元的に配置、
結合又は配向した構造において、電子供与体と電子輸送
体との間に、電子受容体がキャリア（電子）を電荷輸送
体に付与可能な形態で配置、結合又は配向していてもよ
く、電子供与体と電子輸送体との間に光増感剤が介在
し、かつ電子受容体はキャリア（電子）を電荷輸送体に
付与可能な形態で配置、結合又は配向していてもよい。
体、電子受容体および電子輸送体で構成されていればよ
く、光増感剤を含有していてもよい。このような光電変
換材料は各成分の複合体（又は混合組成物）であっても
よい。好ましい態様において、各成分は、互いに関連付
けて、二次元的（層状）又は三次元的に配置できる。例
えば、それぞれの成分が二次元的又は三次元的に配置、
結合又は配向した構造において、電子供与体と電子輸送
体との間に、電子受容体がキャリア（電子）を電荷輸送
体に付与可能な形態で配置、結合又は配向していてもよ
く、電子供与体と電子輸送体との間に光増感剤が介在
し、かつ電子受容体はキャリア（電子）を電荷輸送体に
付与可能な形態で配置、結合又は配向していてもよい。
【００３４】好ましい態様では、光増感剤の光励起によ
り生成したキャリア又は電荷（電子又は正孔）を分離し
て効率よく移動させるため、光増感剤には、キャリアを
輸送可能な形態で、電子供与体が結合又は近接（又は配
向）しているとともに、電子受容体（球殻状炭素）も結
合又は近接（又は配向）している。さらに、電荷輸送体
（線状又は筒状炭素）は、キャリアを輸送可能な形態
で、少なくとも前記電子受容体（球殻状炭素）と結合又
は近接（又は配向）しており、電荷輸送体（線状又は筒
状炭素）は、光増感剤を介して、キャリアを輸送可能な
形態で、前記電子供与体および前記電子受容体（球殻状
炭素）と結合又は近接（又は配向）していてもよい。こ
のような光電変換材料としては、例えば、下記式で表さ
れる複合体が例示できる。
り生成したキャリア又は電荷（電子又は正孔）を分離し
て効率よく移動させるため、光増感剤には、キャリアを
輸送可能な形態で、電子供与体が結合又は近接（又は配
向）しているとともに、電子受容体（球殻状炭素）も結
合又は近接（又は配向）している。さらに、電荷輸送体
（線状又は筒状炭素）は、キャリアを輸送可能な形態
で、少なくとも前記電子受容体（球殻状炭素）と結合又
は近接（又は配向）しており、電荷輸送体（線状又は筒
状炭素）は、光増感剤を介して、キャリアを輸送可能な
形態で、前記電子供与体および前記電子受容体（球殻状
炭素）と結合又は近接（又は配向）していてもよい。こ
のような光電変換材料としては、例えば、下記式で表さ
れる複合体が例示できる。
【００３５】Ｅd−Ｌ1−Ｐ−Ｌ2−Ｅａ−（Ｃt） （式中、Ｅdは電子供与体、Ｐは光増感剤、Ｅａは電子
受容体、Ｃtは電荷輸送体を示し、Ｅａ−（Ｃt）は電子
受容体Ｅａと電荷輸送体Ｃｔとが結合、近接又は配向し
ていることを示す。Ｌ1およびＬ2はそれぞれ同一又は異
なって、電子供与体Ｅd、光増感剤Ｐ、電子受容体Ｅａ
を連結するリンカーを示す） なお、前記各成分を結合させるためのリンカーとして
は、慣用の反応を利用して形成される結合、例えば、直
接結合、アミド結合、エステル結合、ウレタン結合、エ
ーテル結合などが利用できる。なお、これらのリンカー
の一例としては、例えば、特開２０００−２６１０１６
号公報などを参照できる。
受容体、Ｃtは電荷輸送体を示し、Ｅａ−（Ｃt）は電子
受容体Ｅａと電荷輸送体Ｃｔとが結合、近接又は配向し
ていることを示す。Ｌ1およびＬ2はそれぞれ同一又は異
なって、電子供与体Ｅd、光増感剤Ｐ、電子受容体Ｅａ
を連結するリンカーを示す） なお、前記各成分を結合させるためのリンカーとして
は、慣用の反応を利用して形成される結合、例えば、直
接結合、アミド結合、エステル結合、ウレタン結合、エ
ーテル結合などが利用できる。なお、これらのリンカー
の一例としては、例えば、特開２０００−２６１０１６
号公報などを参照できる。
【００３６】好ましい態様において、光電変換材料（又
は光電変換素子）は、二次元的な層構造（積層構造）を
有している。このような積層構造は、例えば、電子供与
体を含む電子供与層と、この電子供与層上に形成された
電子輸送層とで構成された積層構造を有している。この
電子輸送層は、通常、電子受容体（球殻状炭素など）と
電子輸送体（線状又は筒状炭素など）とを含んでいる。
特に、電子供与体を含む電子供与層と、この電子供与層
上に形成され、かつ光増感剤を含む光増感層と、この光
増感層上に形成され、かつ電子受容体と電子輸送体とを
含む電荷輸送層とで構成された構造を含む。なお、光増
感層の光増感剤は、電子供与層と電荷輸送層との界面近
傍に分散していてもよい。
は光電変換素子）は、二次元的な層構造（積層構造）を
有している。このような積層構造は、例えば、電子供与
体を含む電子供与層と、この電子供与層上に形成された
電子輸送層とで構成された積層構造を有している。この
電子輸送層は、通常、電子受容体（球殻状炭素など）と
電子輸送体（線状又は筒状炭素など）とを含んでいる。
特に、電子供与体を含む電子供与層と、この電子供与層
上に形成され、かつ光増感剤を含む光増感層と、この光
増感層上に形成され、かつ電子受容体と電子輸送体とを
含む電荷輸送層とで構成された構造を含む。なお、光増
感層の光増感剤は、電子供与層と電荷輸送層との界面近
傍に分散していてもよい。
【００３７】このような層構造の光電変換材料におい
て、電子供与層および電荷輸送層は、球殻状の炭素を含
んでいてもよい。また、電子供与層および電荷輸送層で
の球殻状の炭素の濃度は異なっていてもよい。例えば、
電子供与層における球殻状炭素の濃度は、電荷輸送層で
の球殻状炭素の濃度より小さくてもよい。例えば、電子
供与層と電荷輸送層との球殻状炭素の含有量の差は、例
えば、１〜８０重量％、好ましくは５〜７０重量％（例
えば、１０〜５０重量％）程度であってもよい。電子供
与層中の球殻状炭素の含有量は１０重量％以下（例え
ば、０〜１０重量％、特に０〜７重量％程度）、電荷輸
送層中の球殻状炭素の含有量は１０重量％以上（例え
ば、１０〜７０重量％程度）であってもよい。
て、電子供与層および電荷輸送層は、球殻状の炭素を含
んでいてもよい。また、電子供与層および電荷輸送層で
の球殻状の炭素の濃度は異なっていてもよい。例えば、
電子供与層における球殻状炭素の濃度は、電荷輸送層で
の球殻状炭素の濃度より小さくてもよい。例えば、電子
供与層と電荷輸送層との球殻状炭素の含有量の差は、例
えば、１〜８０重量％、好ましくは５〜７０重量％（例
えば、１０〜５０重量％）程度であってもよい。電子供
与層中の球殻状炭素の含有量は１０重量％以下（例え
ば、０〜１０重量％、特に０〜７重量％程度）、電荷輸
送層中の球殻状炭素の含有量は１０重量％以上（例え
ば、１０〜７０重量％程度）であってもよい。
【００３８】前記層構造の光電変換材料又は素子におい
て、種々の製膜法、例えば、スパッタリング、蒸着など
の化学的又は物理的蒸着法、前記マトリックス樹脂（導
電性高分子など）を利用するコーティング法、これらの
方法を組み合わせた方法などにより各層を形成してもよ
い。例えば、基板上に、電子供与体と必要により球殻状
炭素とマトリックス樹脂とを含む塗布液をコーティング
して電子供与層を形成し、光増感剤とマトリックス樹脂
とを含む塗布液をコーティングして光増感層を形成し、
電子受容体と電子輸送体とマトリックス樹脂とを含む塗
布剤をコーティングすることにより電荷輸送層を形成で
きる。また、所望の層（例えば、光増感層など）は必要
により化学的又は物理的蒸着法により形成してもよい。
て、種々の製膜法、例えば、スパッタリング、蒸着など
の化学的又は物理的蒸着法、前記マトリックス樹脂（導
電性高分子など）を利用するコーティング法、これらの
方法を組み合わせた方法などにより各層を形成してもよ
い。例えば、基板上に、電子供与体と必要により球殻状
炭素とマトリックス樹脂とを含む塗布液をコーティング
して電子供与層を形成し、光増感剤とマトリックス樹脂
とを含む塗布液をコーティングして光増感層を形成し、
電子受容体と電子輸送体とマトリックス樹脂とを含む塗
布剤をコーティングすることにより電荷輸送層を形成で
きる。また、所望の層（例えば、光増感層など）は必要
により化学的又は物理的蒸着法により形成してもよい。
【００３９】電子供与層における球殻状炭素の割合は、
マトリックス樹脂１００重量部に対して、例えば、０．
０１〜１０重量部、好ましくは０．１〜９重量部、さら
に好ましくは１〜８重量部程度である。
マトリックス樹脂１００重量部に対して、例えば、０．
０１〜１０重量部、好ましくは０．１〜９重量部、さら
に好ましくは１〜８重量部程度である。
【００４０】光増感層において、全体１００重量部に対
する光増感剤の割合は、例えば、１〜１００重量部、好
ましくは２〜１００重量部、さらに好ましくは５〜１０
０重量部程度である。
する光増感剤の割合は、例えば、１〜１００重量部、好
ましくは２〜１００重量部、さらに好ましくは５〜１０
０重量部程度である。
【００４１】電荷輸送層において、全体１００重量部に
対する電子受容体（球殻状炭素）の割合は、例えば、１
０重量部以上（例えば、１０〜２００重量部程度）、好
ましくは１５重量部以上（例えば、１５〜１５０重量部
程度）、さらに好ましくは２０重量部以上（例えば、２
０〜１２０重量部程度）であり、電子輸送体（線状又は
筒状炭素）の割合は、例えば、０．１重量部以上（例え
ば、０．５〜１００重量部程度）、好ましくは１重量部
以上（例えば、１〜５０重量部程度）、さらに好ましく
は２重量部以上（例えば、２〜３０重量部程度）であ
る。
対する電子受容体（球殻状炭素）の割合は、例えば、１
０重量部以上（例えば、１０〜２００重量部程度）、好
ましくは１５重量部以上（例えば、１５〜１５０重量部
程度）、さらに好ましくは２０重量部以上（例えば、２
０〜１２０重量部程度）であり、電子輸送体（線状又は
筒状炭素）の割合は、例えば、０．１重量部以上（例え
ば、０．５〜１００重量部程度）、好ましくは１重量部
以上（例えば、１〜５０重量部程度）、さらに好ましく
は２重量部以上（例えば、２〜３０重量部程度）であ
る。
【００４２】さらに、電子供与層の厚みは、例えば、５
ｎｍ〜３００μｍ（例えば、５ｎｍ〜３０μｍ）、好ま
しくは５０ｎｍ〜５０μｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ
〜３０μｍ程度である。光増感層の厚みは、例えば、５
ｎｍ〜５０μｍ、好ましくは５ｎｍ〜５μｍ、さらに好
ましくは５ｎｍ〜１μｍ程度である。電荷輸送層の厚み
は、例えば、５ｎｍ〜３００μｍ（例えば、５ｎｍ〜３
０μｍ）、好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍ、さらに好ま
しくは５０ｎｍ〜３０μｍ程度である。
ｎｍ〜３００μｍ（例えば、５ｎｍ〜３０μｍ）、好ま
しくは５０ｎｍ〜５０μｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ
〜３０μｍ程度である。光増感層の厚みは、例えば、５
ｎｍ〜５０μｍ、好ましくは５ｎｍ〜５μｍ、さらに好
ましくは５ｎｍ〜１μｍ程度である。電荷輸送層の厚み
は、例えば、５ｎｍ〜３００μｍ（例えば、５ｎｍ〜３
０μｍ）、好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍ、さらに好ま
しくは５０ｎｍ〜３０μｍ程度である。
【００４３】前記基板は、光電変換材料の種類や用途に
応じて、前記成分や層が吸着や化学結合などにより物理
的又は化学的に結合できる基板、例えば、導電体、半導
体、絶縁体（例えば、金、銀、銅、アルミニウムなどの
導電性金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、Ｉ
ＴＯなどの透明導電体又は半導電体、シリコンなどの半
導電体又は絶縁体、ガラス、プラスチックフィルムなど
の透明絶縁体、導電性、半導電性又は絶縁性セラミック
スなど）などから適当に選択できる。
応じて、前記成分や層が吸着や化学結合などにより物理
的又は化学的に結合できる基板、例えば、導電体、半導
体、絶縁体（例えば、金、銀、銅、アルミニウムなどの
導電性金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、Ｉ
ＴＯなどの透明導電体又は半導電体、シリコンなどの半
導電体又は絶縁体、ガラス、プラスチックフィルムなど
の透明絶縁体、導電性、半導電性又は絶縁性セラミック
スなど）などから適当に選択できる。
【００４４】なお、基板は、光電変換素子（例えば、太
陽電池などの光電池）の電極として使用することもでき
る。この場合には、光の入射側の電極には透明導電体又
は半導電体が使用でき、反対側の電極には金属などの導
電性金属などが使用できる。また、光の入射側の透明導
電体は透明基板（ガラス板など）で保護してもよい。
陽電池などの光電池）の電極として使用することもでき
る。この場合には、光の入射側の電極には透明導電体又
は半導電体が使用でき、反対側の電極には金属などの導
電性金属などが使用できる。また、光の入射側の透明導
電体は透明基板（ガラス板など）で保護してもよい。
【００４５】前記塗布液の溶媒としては、例えば、アル
コール類、エステル類、ケトン類、エーテル類、アミド
類、硫黄含有化合物（スルホキシド類を含む）、ハロゲ
ン化炭化水素類、炭化水素類などが挙げられ、溶媒は混
合溶媒として使用してもよい。なお、芳香族炭化水素類
（ベンゼン、トルエン）、脂環族炭化水素類（シクロヘ
キサンなど）、脂肪族炭化水素類（ノルマルヘキサンな
ど）、ハロゲン化炭化水素類（塩化メチレン、クロロホ
ルム、トリクロロエチレンなど）、二硫化炭素などは、
フラーレン類、ナノチューブ類に対する溶解量が多いた
めに好適である。
コール類、エステル類、ケトン類、エーテル類、アミド
類、硫黄含有化合物（スルホキシド類を含む）、ハロゲ
ン化炭化水素類、炭化水素類などが挙げられ、溶媒は混
合溶媒として使用してもよい。なお、芳香族炭化水素類
（ベンゼン、トルエン）、脂環族炭化水素類（シクロヘ
キサンなど）、脂肪族炭化水素類（ノルマルヘキサンな
ど）、ハロゲン化炭化水素類（塩化メチレン、クロロホ
ルム、トリクロロエチレンなど）、二硫化炭素などは、
フラーレン類、ナノチューブ類に対する溶解量が多いた
めに好適である。
【００４６】なお、コーティングには、例えば、スピン
コーティング法、スプレーコーティング法、ロールコー
ティング法、蒸着法などの慣用の方法が採用でき、塗布
液をコーティングした後、乾燥することにより層構造を
有する光電変換材料を得ることができる。
コーティング法、スプレーコーティング法、ロールコー
ティング法、蒸着法などの慣用の方法が採用でき、塗布
液をコーティングした後、乾燥することにより層構造を
有する光電変換材料を得ることができる。
【００４７】より具体的には、層状構造の光電変換素子
において、電子供与層は、低濃度（例えば、１０重量％
以下）のフラーレン類（Ｃ60など）と、マトリックス樹
脂（チオフェン系樹脂、フェニレン系樹脂などの導電性
高分子、特にｐ型導電性高分子）とで形成できる。この
電子供与層は、電荷輸送性化合物（例えば、正孔を輸送
可能なディスコティック液晶など）をパーコレーション
濃度前後で含んでいてもよい。
において、電子供与層は、低濃度（例えば、１０重量％
以下）のフラーレン類（Ｃ60など）と、マトリックス樹
脂（チオフェン系樹脂、フェニレン系樹脂などの導電性
高分子、特にｐ型導電性高分子）とで形成できる。この
電子供与層は、電荷輸送性化合物（例えば、正孔を輸送
可能なディスコティック液晶など）をパーコレーション
濃度前後で含んでいてもよい。
【００４８】光増感層は、電荷分離を生成させるため、
電子供与層と電荷輸送層との間に介在していればよく、
電子供与層と電荷輸送層との界面において光増感剤が分
散していてもよい。また、光増感剤の種類や層又は分散
形態などにより、光電変換素子のスペクトル特性を改善
できる。
電子供与層と電荷輸送層との間に介在していればよく、
電子供与層と電荷輸送層との界面において光増感剤が分
散していてもよい。また、光増感剤の種類や層又は分散
形態などにより、光電変換素子のスペクトル特性を改善
できる。
【００４９】電子輸送層は、例えば、フラーレン類（Ｃ
60など）と、カーボンナノチューブ類と、マトリックス
樹脂（導電性高分子、特にｎ型導電性高分子）とで形成
できる。この電子輸送層には、カーボンナノチューブ類
と同様に電荷輸送性化合物をパ−コレーション閾値以上
の濃度で含んでいてもよい。この場合、フラーレン類
（Ｃ60フラーレンなど）とともに、導電性高分子との間
で光誘起電荷移動を生じる化合物を用いてもよい。
60など）と、カーボンナノチューブ類と、マトリックス
樹脂（導電性高分子、特にｎ型導電性高分子）とで形成
できる。この電子輸送層には、カーボンナノチューブ類
と同様に電荷輸送性化合物をパ−コレーション閾値以上
の濃度で含んでいてもよい。この場合、フラーレン類
（Ｃ60フラーレンなど）とともに、導電性高分子との間
で光誘起電荷移動を生じる化合物を用いてもよい。
【００５０】本発明の光電変換材料および光電変換素子
又はデバイスは、光電変換機能、増幅機能、光整流機能
などを利用した種々の光電変換デバイス、電光変換デバ
イス又はオプトエレクトロニクスデバイスへの幅広い応
用が可能である。例えば、電子素子又は光電変換素子
（ダイオード、整流素子、フォトダイオード、光セン
サ、光スイッチ、トランジスタ、ＦＥＴ、ホログラフィ
ック素子など）、光電池（太陽電池など）、光起電力素
子、光記録材（電子写真方式での感光体、光導電性トナ
ー、光メモリなど）などとして有用である。特に、光電
変換効率が高く、しかも安定しているため、光電池の光
電変換素子として適している。しかも、光電変換デバイ
スは、大面積化、薄膜化、軽量化やコストダウンが可能
であるため、壁や窓などにも適用でき、次世代の太陽電
池の光電変換素子として利用できる。
又はデバイスは、光電変換機能、増幅機能、光整流機能
などを利用した種々の光電変換デバイス、電光変換デバ
イス又はオプトエレクトロニクスデバイスへの幅広い応
用が可能である。例えば、電子素子又は光電変換素子
（ダイオード、整流素子、フォトダイオード、光セン
サ、光スイッチ、トランジスタ、ＦＥＴ、ホログラフィ
ック素子など）、光電池（太陽電池など）、光起電力素
子、光記録材（電子写真方式での感光体、光導電性トナ
ー、光メモリなど）などとして有用である。特に、光電
変換効率が高く、しかも安定しているため、光電池の光
電変換素子として適している。しかも、光電変換デバイ
スは、大面積化、薄膜化、軽量化やコストダウンが可能
であるため、壁や窓などにも適用でき、次世代の太陽電
池の光電変換素子として利用できる。
【００５１】
【発明の効果】本発明では、球殻状炭素と線状又は筒状
炭素とを組み合わせているため、光電変換機能が高い。
また、大面積化、薄膜化、軽量化やコストダウンが可能
である。しかも、簡単な構造で、高い安定性および変換
効率を示す。そのため、光電変換材料又はその素子は光
電池（特に太陽電池）に適している。
炭素とを組み合わせているため、光電変換機能が高い。
また、大面積化、薄膜化、軽量化やコストダウンが可能
である。しかも、簡単な構造で、高い安定性および変換
効率を示す。そのため、光電変換材料又はその素子は光
電池（特に太陽電池）に適している。
【００５２】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定さ
れるものではない。
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定さ
れるものではない。
【００５３】なお、以下の実施例において、分子修飾方
法（ブチル化方法）としては、以下の２方法を用いて分
子修飾物を調製した。（１）Ｃ60フラーレン、カーボン
ナノチューブ又はグラファイトリボン（５ｇ）、ジブチ
ル亜鉛（１０５ｇ）、ヨウ化ブチル（５０ｍｌ）をフラ
スコに入れ、１８０℃で４時間攪拌した。反応終了後、
エタノール、希塩酸で洗浄し、ブチル化物を調製した。
（２）Ｃ60フラーレン、カーボンナノチューブ又はグラ
ファイトリボン（５ｇ）、カリウムＫ（７ｇ）、テトラ
ヒドロフランＴＨＦ（１００ｍｌ）を三口フラスコに入
れ、超音波照射下、６０℃で５時間攪拌した。続いて、
９０ｍｌのヨウ化ブチルを加え、室温で一晩攪拌した。
溶媒を留去後、残さを水−エタノールで洗浄し、ブチル
化物を調製した。
法（ブチル化方法）としては、以下の２方法を用いて分
子修飾物を調製した。（１）Ｃ60フラーレン、カーボン
ナノチューブ又はグラファイトリボン（５ｇ）、ジブチ
ル亜鉛（１０５ｇ）、ヨウ化ブチル（５０ｍｌ）をフラ
スコに入れ、１８０℃で４時間攪拌した。反応終了後、
エタノール、希塩酸で洗浄し、ブチル化物を調製した。
（２）Ｃ60フラーレン、カーボンナノチューブ又はグラ
ファイトリボン（５ｇ）、カリウムＫ（７ｇ）、テトラ
ヒドロフランＴＨＦ（１００ｍｌ）を三口フラスコに入
れ、超音波照射下、６０℃で５時間攪拌した。続いて、
９０ｍｌのヨウ化ブチルを加え、室温で一晩攪拌した。
溶媒を留去後、残さを水−エタノールで洗浄し、ブチル
化物を調製した。
【００５４】実施例１ 導電性高分子ＯＯＰＰＶ（ポリ（２，５−ジオクチルオ
キシ−ｐ−フェニレンビニレン））をクロロホルム中に
溶解させ、この溶液中に、電子供与体として分子修飾し
たＣ60フラーレン５重量部（前記導電性高分子１００重
量部に対して）を加え、超音波処理した。得られた塗布
剤を、透明電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基
板上にスピンコートして薄膜（厚み１２０ｎｍの電子供
与層）を形成した。
キシ−ｐ−フェニレンビニレン））をクロロホルム中に
溶解させ、この溶液中に、電子供与体として分子修飾し
たＣ60フラーレン５重量部（前記導電性高分子１００重
量部に対して）を加え、超音波処理した。得られた塗布
剤を、透明電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基
板上にスピンコートして薄膜（厚み１２０ｎｍの電子供
与層）を形成した。
【００５５】また、導電性高分子ＣＮＰＰＶ（ＣＮ ポ
リ（ｐ−フェニレンビニレン））をトリクロロエチレン
中に溶解させ、この溶液中に、電子受容体としてＣ60フ
ラーレン２０重量部と、電荷輸送体としてポリエチレン
オキシドで分子修飾したカーボンナノチューブ（平均直
径４０〜２００ｎｍ、平均長さ２０〜３０μｍ）２重量
部を加え、超音波処理した。得られた塗布剤を、電子供
与層上にスピンコートし、電荷輸送層（厚み５０ｎｍ）
を形成した。さらに、電荷輸送層上にアルミニウムを蒸
着して上部電極を形成し、素子を作製した。
リ（ｐ−フェニレンビニレン））をトリクロロエチレン
中に溶解させ、この溶液中に、電子受容体としてＣ60フ
ラーレン２０重量部と、電荷輸送体としてポリエチレン
オキシドで分子修飾したカーボンナノチューブ（平均直
径４０〜２００ｎｍ、平均長さ２０〜３０μｍ）２重量
部を加え、超音波処理した。得られた塗布剤を、電子供
与層上にスピンコートし、電荷輸送層（厚み５０ｎｍ）
を形成した。さらに、電荷輸送層上にアルミニウムを蒸
着して上部電極を形成し、素子を作製した。
【００５６】なお、上記Ｃ60フラーレンは、黒鉛電極を
用い、１００ｍｍＨｇのヘリウム雰囲気でアーク放電
し、得られたススをベンゼンで抽出し、得られたＣ60混
合物を、塩基性活性アルミナを担体とし、ヘキサンを展
開溶媒として、カラム分離精製することにより調製し
た。また、カーボンナノチューブは、ＣＶＤ法を用い、
７００℃で、Ｎｉ−フタロシアニンを原料として調製し
た。
用い、１００ｍｍＨｇのヘリウム雰囲気でアーク放電
し、得られたススをベンゼンで抽出し、得られたＣ60混
合物を、塩基性活性アルミナを担体とし、ヘキサンを展
開溶媒として、カラム分離精製することにより調製し
た。また、カーボンナノチューブは、ＣＶＤ法を用い、
７００℃で、Ｎｉ−フタロシアニンを原料として調製し
た。
【００５７】作製した素子に直流電源を接続して、光導
電性を調べた。光を照射しない場合、素子は絶縁体であ
った。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照射
したところ、光電流が観測された。タングステンランプ
を分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７
００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
電性を調べた。光を照射しない場合、素子は絶縁体であ
った。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照射
したところ、光電流が観測された。タングステンランプ
を分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７
００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
【００５８】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
力が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は４％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
力が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は４％であった。
【００５９】実施例２ 光増感剤としてのポルフィン類（オクタエチルポルフィ
リン）を真空蒸着することにより、電子供与層と電荷輸
送層との間に光増感層（厚み４０ｎｍ）を形成する以外
は、実施例１と同様の素子を作製した。この素子に可視
光領域の光を透明電極側から照射したところ、光電流が
観測された。タングステンランプを分光し、光電流強度
の波長依存性も測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に
対して光応答が観測された。また、実施例１と比較し
て、光電流値が増加した。
リン）を真空蒸着することにより、電子供与層と電荷輸
送層との間に光増感層（厚み４０ｎｍ）を形成する以外
は、実施例１と同様の素子を作製した。この素子に可視
光領域の光を透明電極側から照射したところ、光電流が
観測された。タングステンランプを分光し、光電流強度
の波長依存性も測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に
対して光応答が観測された。また、実施例１と比較し
て、光電流値が増加した。
【００６０】この太陽電池は、整流性を、透明電極側か
ら波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電力が
発生し、良好な太陽電池であることが判った。この太陽
電池のエネルギー変換効率は５％であった。
ら波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電力が
発生し、良好な太陽電池であることが判った。この太陽
電池のエネルギー変換効率は５％であった。
【００６１】実施例３ 素子は、マトリックス樹脂（ＯＯＰＶポリ（２，５−ジ
オクチルオキシ−ｐ−フェニレンビニレン）６０重量
％，ＣＮＰＰＶ（ＣＮ ポリ（ｐ−フェニレンビニレ
ン））３０重量％）に、電子受容体としてのＣ60フラー
レン５重量％と、電荷輸送物体としてポリエチレンオキ
シドで分子修飾したカーボンナノチューブ２重量％、光
増感剤としてポルフィン類（オクタエチルポルフィン）
３重量％とを分子分散させた光導電体を形成した。な
お、フラーレンおよびカーボンナノチューブは、実施例
１と同様のフラーレンおよびカーボンナノチューブを用
いた。
オクチルオキシ−ｐ−フェニレンビニレン）６０重量
％，ＣＮＰＰＶ（ＣＮ ポリ（ｐ−フェニレンビニレ
ン））３０重量％）に、電子受容体としてのＣ60フラー
レン５重量％と、電荷輸送物体としてポリエチレンオキ
シドで分子修飾したカーボンナノチューブ２重量％、光
増感剤としてポルフィン類（オクタエチルポルフィン）
３重量％とを分子分散させた光導電体を形成した。な
お、フラーレンおよびカーボンナノチューブは、実施例
１と同様のフラーレンおよびカーボンナノチューブを用
いた。
【００６２】すなわち、上記成分をクロロホルム／トリ
クロロエチレン混合溶媒に溶解し、得られた塗布剤を、
透明電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基板上に
スピンコートして光導電層の薄膜（厚み０．３μｍ）を
形成した。さらに、光導電層上にアルミニウムを蒸着し
て上部電極を形成し、素子を作製した。
クロロエチレン混合溶媒に溶解し、得られた塗布剤を、
透明電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基板上に
スピンコートして光導電層の薄膜（厚み０．３μｍ）を
形成した。さらに、光導電層上にアルミニウムを蒸着し
て上部電極を形成し、素子を作製した。
【００６３】作製した素子に直接電源を接続して、光導
電性を調べた。光を照射しない場合、感光体は絶縁体で
あった。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照
射したところ、光電流が観測された。タングステンラン
プを分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、
８００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
電性を調べた。光を照射しない場合、感光体は絶縁体で
あった。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照
射したところ、光電流が観測された。タングステンラン
プを分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、
８００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
【００６４】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
力が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は３．５％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
力が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は３．５％であった。
【００６５】実施例４ 導電性高分子ＯＯＰＰＶ（ポリ（２，５−ジオクチルオ
キシ−ｐ−フェニレンビニレン））をクロロベンゼン中
に溶解させ、この溶液を超音波処理した。得られた塗布
剤を、透明電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基
板上にスピンコートして薄膜（厚み１２０ｎｍの電子供
与層）を形成した。
キシ−ｐ−フェニレンビニレン））をクロロベンゼン中
に溶解させ、この溶液を超音波処理した。得られた塗布
剤を、透明電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基
板上にスピンコートして薄膜（厚み１２０ｎｍの電子供
与層）を形成した。
【００６６】また、導電性高分子ＣＮＰＰＶ（ＣＮ ポ
リ（ｐ−フェニレンビニレン））をトリクロロエチレン
中に溶解させ、この溶液中に、電子受容体としてＣ60フ
ラーレン２０重量部と、電荷輸送体としてカーボンナノ
チューブ（平均直径４０〜２００ｎｍ、平均長さ２０〜
３０μｍ）２重量部を加え、超音波処理した。得られた
塗布剤を、電子供与層上にスピンコートし、電荷輸送層
（厚み５０ｎｍ）を形成した。さらに、電荷輸送層上に
アルミニウムを蒸着して上部電極を形成し、素子を作製
した。
リ（ｐ−フェニレンビニレン））をトリクロロエチレン
中に溶解させ、この溶液中に、電子受容体としてＣ60フ
ラーレン２０重量部と、電荷輸送体としてカーボンナノ
チューブ（平均直径４０〜２００ｎｍ、平均長さ２０〜
３０μｍ）２重量部を加え、超音波処理した。得られた
塗布剤を、電子供与層上にスピンコートし、電荷輸送層
（厚み５０ｎｍ）を形成した。さらに、電荷輸送層上に
アルミニウムを蒸着して上部電極を形成し、素子を作製
した。
【００６７】作製した素子に直流電源を接続して、光導
電性を調べた。光を照射しない場合、素子は絶縁体であ
った。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照射
したところ、光電流が観測された。タングステンランプ
を分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７
００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
電性を調べた。光を照射しない場合、素子は絶縁体であ
った。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照射
したところ、光電流が観測された。タングステンランプ
を分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７
００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
【００６８】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は０．８％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は０．８％であった。
【００６９】実施例５ カーボンナノチューブに代えて、グラファイトリボンを
使用する以外は、実施例４と同様の素子を作製した。こ
の素子の可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
使用する以外は、実施例４と同様の素子を作製した。こ
の素子の可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
【００７０】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は０．７％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は０．７％であった。
【００７１】実施例６ Ｃ60フラーレン、カーボンナノチューブに代えて、グラ
ファイトリボンを使用する以外は、実施例４と同様の素
子を作製した。この素子に可視光域の光を透明電極側か
ら照射したところ、光電流が観測された。タングステン
ランプを分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結
果、７００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測され
た。
ファイトリボンを使用する以外は、実施例４と同様の素
子を作製した。この素子に可視光域の光を透明電極側か
ら照射したところ、光電流が観測された。タングステン
ランプを分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結
果、７００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測され
た。
【００７２】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は０．５％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は０．５％であった。
【００７３】実施例７ 光増感剤としてのポルフィン類（オクタエチルポルフィ
リン）を真空蒸着することにより、電子供与層と電荷輸
送層との間に光増感層（厚み４０ｎｍ）を形成する以外
は、実施例４と同様の素子を作製した。この素子に可視
光領域の光を透明電極側から照射したところ、光電流が
観測された。タングステンランプを分光し、光電流強度
の波長依存性も測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に
対して光応答が観測された。また、実施例４と比較し
て、光電流値が増加した。
リン）を真空蒸着することにより、電子供与層と電荷輸
送層との間に光増感層（厚み４０ｎｍ）を形成する以外
は、実施例４と同様の素子を作製した。この素子に可視
光領域の光を透明電極側から照射したところ、光電流が
観測された。タングステンランプを分光し、光電流強度
の波長依存性も測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に
対して光応答が観測された。また、実施例４と比較し
て、光電流値が増加した。
【００７４】この太陽電池は、整流性を、透明電極側か
ら波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電圧が
発生し、良好な太陽電池であることが判った。この太陽
電池のエネルギー変換効率は１．５％であった。
ら波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電圧が
発生し、良好な太陽電池であることが判った。この太陽
電池のエネルギー変換効率は１．５％であった。
【００７５】実施例８ 導電性高分子ＯＯＰＰＶをクロロベンゼン中に溶解さ
せ、この溶液中に、電子供与体としてＣ60フラーレン５
重量部（ＯＯＰＰＶ １００重量部に対して）を加え、
超音波処理した。得られた塗布剤を、透明電極としてＩ
ＴＯ膜を形成した石英ガラス基板上にスピンコートして
薄膜（厚み１２０ｎｍの電子供与層）を形成した。
せ、この溶液中に、電子供与体としてＣ60フラーレン５
重量部（ＯＯＰＰＶ １００重量部に対して）を加え、
超音波処理した。得られた塗布剤を、透明電極としてＩ
ＴＯ膜を形成した石英ガラス基板上にスピンコートして
薄膜（厚み１２０ｎｍの電子供与層）を形成した。
【００７６】また、導電性高分子ＣＮＰＰＶをトリクロ
ロエチレン中に溶解させ、この溶液中に、電子受容体と
してＣ60フラーレン２０重量部と、電荷輸送体としてカ
ーボンナノチューブ（平均直径４０〜２００ｎｍ、平均
長さ２０〜３０μｍ）２重量部を加え、超音波処理し
た。得られた塗布剤を、電子供給層上にスピンコート
し、電荷輸送層（厚み５０ｎｍ）を形成した。さらに、
電荷輸送層上にアルミニウムを蒸着して上部電極を形成
し、素子を作製した。
ロエチレン中に溶解させ、この溶液中に、電子受容体と
してＣ60フラーレン２０重量部と、電荷輸送体としてカ
ーボンナノチューブ（平均直径４０〜２００ｎｍ、平均
長さ２０〜３０μｍ）２重量部を加え、超音波処理し
た。得られた塗布剤を、電子供給層上にスピンコート
し、電荷輸送層（厚み５０ｎｍ）を形成した。さらに、
電荷輸送層上にアルミニウムを蒸着して上部電極を形成
し、素子を作製した。
【００７７】作製した素子に直接電源を接続して、光導
電性を調べた。光を照射しない場合、素子は絶縁体であ
った。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照射
したところ、光電流が観測された。タングステンランプ
を分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７
００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
電性を調べた。光を照射しない場合、素子は絶縁体であ
った。この素子に可視光領域の光を透明電極側から照射
したところ、光電流が観測された。タングステンランプ
を分光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、７
００ｎｍ以下の波長に対して光応答が観測された。
【００７８】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は２％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池のエネルギー変換効率は２％であった。
【００７９】実施例９ 光増感剤としてのポルフィン類（オクタエチルポルフィ
リン）を真空蒸着することにより、電子供与層と電荷輸
送層との間に光増感層（厚み４０ｎｍ）を形成する以外
は、実施例８と同様の素子を作製した。この素子に可視
光域の光を透明電極側から照射したところ、光電流が観
測された。タングステンランプを分光し、光電流強度の
波長依存症を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対
して光応答が観察された。
リン）を真空蒸着することにより、電子供与層と電荷輸
送層との間に光増感層（厚み４０ｎｍ）を形成する以外
は、実施例８と同様の素子を作製した。この素子に可視
光域の光を透明電極側から照射したところ、光電流が観
測された。タングステンランプを分光し、光電流強度の
波長依存症を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対
して光応答が観察された。
【００８０】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３％であった。
【００８１】実施例１０ Ｃ60フラーレン及びカーボンナノチューブに代えて、分
子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾カーボンナノチューブ
を使用する以外は、実施例８と同様の素子を作製した。
この素子に可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾カーボンナノチューブ
を使用する以外は、実施例８と同様の素子を作製した。
この素子に可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
【００８２】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は４％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は４％であった。
【００８３】実施例１１ Ｃ60フラーレン及びカーボンナノチューブの代わりに、
分子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾カーボンナノチュー
ブを使用する以外は、実施例９と同様の素子を作製し
た。この素子に可視光域の光を透明電極側から照射した
ところ、光電流が観測された。タングステンランプを分
光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００
ｎｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
分子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾カーボンナノチュー
ブを使用する以外は、実施例９と同様の素子を作製し
た。この素子に可視光域の光を透明電極側から照射した
ところ、光電流が観測された。タングステンランプを分
光し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００
ｎｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
【００８４】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は５％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は５％であった。
【００８５】実施例１２ Ｃ60フラーレン及びカーボンナノチューブの代わりに、
分子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾グラファイトリボン
を使用する以外は、実施例８と同様の素子を作製した。
この素子に可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
分子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾グラファイトリボン
を使用する以外は、実施例８と同様の素子を作製した。
この素子に可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
【００８６】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は４．５％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は４．５％であった。
【００８７】実施例１３ Ｃ60フラーレン及びカーボンナノチューブの代わりに、
分子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾グラファイトリボン
を使用する以外は、実施例９と同様の素子を作製した。
この素子に可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
分子修飾Ｃ60フラーレン、分子修飾グラファイトリボン
を使用する以外は、実施例９と同様の素子を作製した。
この素子に可視光域の光を透明電極側から照射したとこ
ろ、光電流が観測された。タングステンランプを分光
し、光電流強度の波長依存性を測定した結果、８００ｎ
ｍ以下の波長に対して光応答が観察された。
【００８８】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は５．３％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は５．３％であった。
【００８９】実施例１４ Ｃ60フラーレン及びカーボンナノチューブの代わりに、
分子修飾グラファイトリボンを使用する以外は、実施例
８と同様の素子を作製した。この素子に可視光域の光を
透明電極側から照射したところ、光電流が観測された。
タングステンランプを分光し、光電流強度の波長依存性
を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して光応答
が観察された。
分子修飾グラファイトリボンを使用する以外は、実施例
８と同様の素子を作製した。この素子に可視光域の光を
透明電極側から照射したところ、光電流が観測された。
タングステンランプを分光し、光電流強度の波長依存性
を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して光応答
が観察された。
【００９０】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３．５％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３．５％であった。
【００９１】実施例１５ Ｃ60フラーレン及びカーボンナノチューブの代わりに、
分子修飾グラファイトリボンを使用する以外は、実施例
９と同様の素子を作製した。この素子に可視光域の光を
透明電極側から照射したところ、光電流が観測された。
タングステンランプを分光し、光電流強度の波長依存性
を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して光応答
が観察された。
分子修飾グラファイトリボンを使用する以外は、実施例
９と同様の素子を作製した。この素子に可視光域の光を
透明電極側から照射したところ、光電流が観測された。
タングステンランプを分光し、光電流強度の波長依存性
を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して光応答
が観察された。
【００９２】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は４．６％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は４．６％であった。
【００９３】実施例１６ 素子として、マトリックス樹脂ＯＯＰＰＶ６０重量部及
びＣＮＰＰＶ３０重量部に、電子受容体としての分子修
飾Ｃ60フラーレン５重量部と、電荷輸送体としての分子
修飾カーボンナノチューブ２重量部、光増感剤として前
記ポルフィン類３重量部とを分散させた光導電体を作製
した。すなわち、上記成分をクロロベンゼン／トリクロ
ロエチレン混合溶媒と混合し、得られた塗布剤を、透明
電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基板上にスピ
ンコートして光導電層の薄膜（厚み０．３μｍ）を形成
した。さらに、光導電層上にアルミニウムを蒸着して上
部電極を形成し，素子を作製した。この素子に可視光域
の光を透明電極側から照射したところ、光電流が観測さ
れた。タングステンランプを分光し、光電流強度の波長
依存性を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して
光応答が観察された。
びＣＮＰＰＶ３０重量部に、電子受容体としての分子修
飾Ｃ60フラーレン５重量部と、電荷輸送体としての分子
修飾カーボンナノチューブ２重量部、光増感剤として前
記ポルフィン類３重量部とを分散させた光導電体を作製
した。すなわち、上記成分をクロロベンゼン／トリクロ
ロエチレン混合溶媒と混合し、得られた塗布剤を、透明
電極としてＩＴＯ膜を形成した石英ガラス基板上にスピ
ンコートして光導電層の薄膜（厚み０．３μｍ）を形成
した。さらに、光導電層上にアルミニウムを蒸着して上
部電極を形成し，素子を作製した。この素子に可視光域
の光を透明電極側から照射したところ、光電流が観測さ
れた。タングステンランプを分光し、光電流強度の波長
依存性を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して
光応答が観察された。
【００９４】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３．５％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３．５％であった。
【００９５】実施例１７ Ｃ60フラーレン及びカーボンナノチューブの代わりに、
分子修飾グラファイトリボンを使用する以外は、実施例
１６と同様の素子を作製した。この素子に可視光域の光
を透明電極側から照射したところ、光電流が観測され
た。タングステンランプを分光し、光電流強度の波長依
存性を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して光
応答が観察された。
分子修飾グラファイトリボンを使用する以外は、実施例
１６と同様の素子を作製した。この素子に可視光域の光
を透明電極側から照射したところ、光電流が観測され
た。タングステンランプを分光し、光電流強度の波長依
存性を測定した結果、８００ｎｍ以下の波長に対して光
応答が観察された。
【００９６】この太陽電池は、整流性を示し、透明電極
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３．９％であった。
側から波長６３５ｎｍの単色光を照射したところ、過電
圧が発生し、良好な太陽電池であることが判った。この
太陽電池の変換効率は３．９％であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 BB061 BB111 BC031 BC071 BE061 BF021 BG041 BM001 CE002 CF031 CG001 CH071 CL001 CM012 CM013 CN031 CQ001 DA026 DA036 DA067 DA117 EA068 EE048 EU008 EU028 FA006 FA046 FA116 FB007 FD206 FD208 GQ00 GQ02 5F051 AA05 AA14 BA12 CB12 5H032 AA06 AS05 AS16 EE16
Claims (10)
- 【請求項１】 電子供与体と、電子受容体としての球殻
状炭素と、電荷輸送体としての線状又は筒状炭素とを含
む光電変換材料。 - 【請求項２】 さらに光増感剤を含む請求項１記載の光
電変換材料。 - 【請求項３】 電子供与体と電荷輸送体との間に光増感
剤が介在し、かつ電子受容体がキャリアを電荷輸送体に
付与可能な形態で、それぞれの成分が二次元的又は三次
元的に配置又は配向している請求項１記載の光電変換材
料。 - 【請求項４】 電子供与体を含む電子供与層と、この電
子供与層上に形成され、かつ電子受容体と電子輸送体と
を含む電荷輸送層とで構成されている請求項１記載の光
電変換材料。 - 【請求項５】 電子供与体を含む電子供与層と、この電
子供与層上に形成され、かつ光増感剤を含む光増感層
と、この光増感層上に形成され、かつ電子受容体と電子
輸送体とを含む電荷輸送層とで構成されている請求項１
〜３のいずれかの項に記載の光電変換材料。 - 【請求項６】 電子供与層および電荷輸送層が球殻状の
炭素を含んでおり、電子供与層における球殻状炭素の濃
度が電荷輸送層よりも小さい請求項４又は５記載の光電
変換材料。 - 【請求項７】 球殻状の炭素が、フラーレン類、その修
飾体および金属内包物から選択された少なくとも一種で
ある請求項１〜６のいずれかの項に記載の光電変換材
料。 - 【請求項８】 線状又は筒状炭素が、チューブ状、繊維
状またはリボン状の形態の炭素であり、かつカーボンナ
ノチューブ、グラファイトナノファイバー、グラファイ
トリボン、フィブリル、グラファイト層間化合物、およ
びそれらの修飾体から選択された少なくとも一種である
請求項１〜６のいずれかの項に記載の光電変換材料。 - 【請求項９】 光増感剤が、ポルフィリン類、金属キレ
ート化合物、ポリアニリン類、芳香族多環化合物、ポリ
アセン系骨格構造を有する化合物から選択されたπ電子
系化合物である請求項２、３又は５に記載の光電変換材
料。 - 【請求項１０】 請求項１記載の光電変換材料で構成さ
れている光電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002029524A JP4291973B2 (ja) | 2001-02-08 | 2002-02-06 | 光電変換材料および光電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-32652 | 2001-02-08 | ||
| JP2001032652 | 2001-02-08 | ||
| JP2002029524A JP4291973B2 (ja) | 2001-02-08 | 2002-02-06 | 光電変換材料および光電池 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008319724A Division JP4928533B2 (ja) | 2001-02-08 | 2008-12-16 | 光電変換材料および光電池 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002335004A true JP2002335004A (ja) | 2002-11-22 |
| JP4291973B2 JP4291973B2 (ja) | 2009-07-08 |
Family
ID=26609145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002029524A Expired - Fee Related JP4291973B2 (ja) | 2001-02-08 | 2002-02-06 | 光電変換材料および光電池 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4291973B2 (ja) |
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