JP2003197280A

JP2003197280A - 光電変換材料用半導体、光電変換材料用半導体の製造方法、光電変換素子及び太陽電池

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Publication number: JP2003197280A
Application number: JP2001391508A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Fukuda; 光弘福田; Hiroshi Kita; 弘志北
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-11
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP4096555B2

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない工程数で簡便に基材との接着性が良好
な光電変換材料用半導体の製造方法を提供し、更には、
光電変換効率が高く、高耐久性を有する光電変換材料用
半導体、光電変換素子、該光電変換素子を用いた太陽電
池を提供する。【解決手段】基材上に少なくとも半導体を含有する半
導体層を有する光電変換材料用半導体において、大気圧
または大気圧近傍の圧力下、半導体を形成するための反
応性ガスをプラズマ状態とし、該基材を該プラズマ状態
の反応性ガスに晒すことにより該半導体層が形成されて
いることを特徴とする光電変換材料用半導体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光電変換材料用半導
体、光電変換材料用半導体の製造方法、光電変換素子及
び太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電変換材料は、電極間の電気化学反応
を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する材
料である。光電変換材料に光を照射すると、一方の電極
側で電子が発生し、対向電極に移動する。対向電極に移
動した電子は、電解質中をイオンとして移動して一方の
電極にもどる。

【０００３】すなわち、光電変換材料は光エネルギーを
電気エネルギーとして連続して取り出せる材料であり、
たとえば、太陽電池、電荷結合素子（ＣＣＤ）、医用画
像診断装置等に利用されている。太陽電池にはいくつか
の種類があるが、住居設置用発電パネル、卓上計算機、
時計、携帯用ゲーム機等に実用化されているものの大部
分はシリコン太陽電池である。

【０００４】特開平１−２２０３８０号には、金属酸化
物半導体の表面に、遷移金属錯体などの分光増感色素層
を有する色素増感型湿式太陽電池が記載され、また、特
表平５−５０４０２３号には、金属イオンでドープした
酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの分光
増感色素層を有する太陽電池が記載されている。

【０００５】一方、光電変換能力を有する酸化物半導体
としては、初期の頃は半導体の単結晶電極が用いられて
きた。その種類としては、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸
化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）等がある。

【０００６】しかしながら、単結晶電極は色素の吸着量
が少ないため光電変換効率が非常に低く、コストが高い
という問題点があった。

【０００７】そこで考え出されてきたのが、微粒子を焼
結して形成された多数の細孔を有する高表面積半導体電
極であり、坪村らによって色素を吸着した多孔質酸化亜
鉛電極が非常に性能が高いことが報告された（Ｎａｔｕ
ｒｅ，２６１（１９７６）ｐ４０２）。また、最近で
は、半導体に吸着させる増感色素にも改良が行われ、Ｇ
ｒａｅｔｚｅｌらはルテニウム系色素を多孔質酸化チタ
ン電極に吸着させることで、現在、シリコン太陽電池並
みの性能を有するまでになっている（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅ
ｍ．Ｓｏｃ．１１５（１９９３）６３８２）。

【０００８】これまで、こうした光電変換材料用半導体
の膜を形成するにあたっては、金属酸化物微粒子の分散
物を基材上に塗設する方法が用いられてきた。しかしな
がらこの方法は塗設した半導体膜を乾燥する工程を必要
とするうえ、しばしば乾燥後の半導体膜と基材との接着
が弱く、出来た膜の機械的強度が低いため、さらに焼成
により強度を高める工程を要求されることとなり工程が
多段階化・煩雑化し、また、投入されるエネルギーを含
めたコストの増大を招いていた。

【０００９】また、塗設される金属酸化物微粒子の形成
にあたっては金属酸化物を粉砕・分散する方法や、有機
金属化合物を酸で処理して液相中にて金属酸化物微粒子
を形成させる方法などが用いられてきたが、これらにお
いても多大なエネルギーの投入や溶剤の使用が必要であ
り、コストの増大を招いていた。

【００１０】更に、これら光電変換材料用半導体を太陽
電池に用いる場合、多大なエネルギーを投じて作製され
た太陽電池は、作製にあたって投下されたエネルギー
と、太陽電池としての発電により得られたエネルギーが
等しくなるまでの時間、いわゆる「エネルギー・ペイバ
ック・タイム」（ＥＰＴ）が長くなることとなり、これ
はクリーンなエネルギー源としての太陽電池の価値を損
なうものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、工程数が少なく簡便な光電交換材料用半導体の製造
方法を提供することであり、更には、光電変換効率が高
く、高耐久性の光電変換材料用半導体及び、前記光電変
換材料用半導体を用いた光電変換素子、太陽電池を提供
することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記の構成１〜１５により達成された。

【００１３】１．基材上に、少なくとも半導体を含有す
る半導体層を有する光電変換材料用半導体において、大
気圧または大気圧近傍の圧力下、半導体を形成するため
の反応性ガスをプラズマ状態とし、該基材を該プラズマ
状態の反応性ガスに晒すことにより該半導体層が形成さ
れていることを特徴とする光電変換材料用半導体。

【００１４】２．半導体層が、ポーラスであることを特
徴とする前記１に記載の光電変換材料用半導体。

【００１５】３．半導体層が、大気圧または大気圧近傍
の圧力下において、対向する電極間に１００ｋＨｚ以上
の高周波電源を使用し、且つ、１Ｗ／ｃｍ²以上の電力
を供給して放電させることにより、反応性ガスをプラズ
マ状態とし、基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒
すことによって、該基材上に形成されたことを特徴とす
る前記２に記載の光電変換材料用半導体。

【００１６】４．半導体層が、大気圧または大気圧近傍
の圧力下において、対向する電極間に１００ｋＨ以上の
高周波電源を使用し、且つ、０．１Ｗ／ｃｍ²〜１Ｗ／
ｃｍ²未満の電力を供給して放電させることにより、反
応性ガスをプラズマ状態とし、基材を前記プラズマ状態
の反応性ガスに晒すことによって、該基材上に形成され
たことを特徴とする前記２に記載の光電変換材料用半導
体。

【００１７】５．半導体が色素で増感されていることを
特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の光電変換
材料用半導体。

【００１８】６．色素が金属錯体色素であることを特徴
とする前記１〜５のいずれか１項に記載の光電変換材料
用半導体。

【００１９】７．金属錯体色素がルテニウムを含んでい
ることを特徴とする前記６に記載の光電変換材料用半導
体。

【００２０】８．色素が半導体に吸着していることを特
徴とする前記１〜７のいずれか１項に記載の光電変換材
料用半導体。

【００２１】９．最大分光吸収波長が互いに異なる複数
の色素により増感されていることを特徴とする前記１〜
８のいずれか１項に記載の光電変換材料用半導体。

【００２２】１０．最大分光吸収波長が互いに異なる複
数の色素が半導体に吸着していることを特徴とする前記
１〜９のいずれか１項に記載の光電変換材料用半導体。

【００２３】１１．半導体が金属酸化物または、金属硫
化物であることを特徴とする前記１〜１０のいずれか１
項に記載の光電変換材料用半導体。

【００２４】１２．前記１〜１１のいずれか１項に記載
の光電変換材料用半導体を製造するに当たり、反応性ガ
スをプラズマ処理して調製された半導体薄膜を形成する
工程を有することを特徴とする光電変換材料用半導体の
製造方法。

【００２５】１３．プラズマ処理により半導体薄膜を形
成後、形成された該半導体薄膜を色素により増感処理す
る工程を有することを特徴とする光電変換材料用半導体
の製造方法。

【００２６】１４．前記１〜１０のいずれか１項に記載
の光電変換材料用半導体を含有する層を有することを特
徴とする光電変換素子。

【００２７】１５．前記１４に記載の光電変換素子を用
いたことを特徴とする太陽電池。以下、本発明を詳細に
説明する。

【００２８】まず、本発明の光電変換材料用半導体につ
いて説明する。《光電変換材料用半導体》本発明の光電変換材料用半導
体に用いられる半導体としては、金属のカルコゲニド
（例えば酸化物、硫化物、セレン化物等）、金属窒化物
等を使用することができる。

【００２９】好ましい金属のカルコゲニドとして、チタ
ン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハ
フニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イ
ットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、またはタ
ンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモ
ンまたはビスマスの硫化物、カドミウムまたは鉛のセレ
ン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。他の
化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カ
ドミウム等のリン化物、ガリウム−ヒ素または銅−イン
ジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物、チタン
の窒化物等が挙げられる。

【００３０】本発明の光電変換材料用半導体に係る半導
体の具体例としては、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｗ
Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＰｂＳ、Ｂ
ｉ₂Ｓ₃、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡ
ｓ、ＣｕＩｎＳ₂、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｔｉ₃Ｎ₄等が挙げら
れるが、好ましく用いられるのは、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、
ＳｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＷＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＣｄＳ、ＰｂＳ
であり、更に好ましく用いられるのは、ＴｉＯ₂または
Ｎｂ₂Ｏ₅であるが、中でも、好ましく用いられるのはＴ
ｉＯ₂（チタニア）である。

【００３１】本発明の光電変換材料用半導体に用いる半
導体は、上述した複数の半導体を併用して用いてもよ
い。例えば、上述した金属酸化物もしくは金属硫化物の
数種類を併用することもできるし、また、酸化チタン半
導体に２０質量％の窒化チタン（Ｔｉ₃Ｎ₄）を混合して
使用してもよい。また、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｃｈ
ｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，１５（１９９９）記載の酸化亜
鉛／酸化錫複合としてもよい。このとき、半導体として
金属酸化物もしくは金属硫化物以外に成分を加える場
合、追加成分の金属酸化物もしくは金属硫化物半導体に
対する質量比は３０％以下であることが好ましい。

【００３２】《光電変換材料用半導体の製造方法》本発
明の光電変換材料用半導体は、後述するプラズマ処理装
置を用いて、半導体の原料を含む反応性ガスにプラズマ
処理を施すことにより、導電性支持体上に半導体薄膜を
形成することにより製造される。

【００３３】ここで、プラズマ処理による半導体薄膜の
形成方法について説明する。本発明の光電変換材料用半
導体は、該半導体が、反応性ガスをプラズマ処理して調
製された半導体薄膜である。

【００３４】ここで、反応性ガスをプラズマ処理して調
製された半導体の薄膜形成は、例えば、対向する電極間
に、１００ｋＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲の高周波電圧に
調整、且つ、０．１Ｗ／ｃｍ²〜１００Ｗ／ｃｍ²の電力
が供給された条件下で、反応性ガスを励起してプラズマ
を発生させ、電界を印加することによって得られる。

【００３５】電極間に印加する高周波電圧の周波数の上
限値は、好ましくは１５０ＭＨｚ以下であり、また、高
周波電圧の周波数の下限値としては、好ましくは２００
ｋＨｚ以上、さらに好ましくは８００ｋＨｚ以上であ
る。

【００３６】また、電極間に供給する電力は、上限値と
しては、好ましくは５０Ｗ／ｃｍ²以下、さらに好まし
くは２０Ｗ／ｃｍ²以下である。尚、電極における電圧
の印加面積（ｃｍ²）は、放電が起こる範囲の面積のこ
とを指す。

【００３７】また、電極間に印加する高周波電圧は、断
続的なパルス波であっても、連続したサイン波であって
も構わないが、本発明に記載の効果を高く得るために
は、連続したサイン波であることが好ましい。

【００３８】本発明においては、このようなハイパワー
の電圧を印加して、均一なグロー放電状態を保つことが
できる電極をプラズマ放電処理装置に採用する必要があ
る。

【００３９】このような電極としては、金属母材上に誘
電体を被覆したものであることが好ましい。少なくとも
対向する印加電極とアース電極の片側に誘電体を被覆す
ること、更に好ましくは、対向する印加電極とアース電
極の両方に誘電体を被覆することである。誘電体として
は、比誘電率が６〜４５の無機物であることが好まし
く、このような誘電体としては、アルミナ、窒化珪素等
のセラミックス、あるいは、ケイ酸塩系ガラス、ホウ酸
塩系ガラス等のガラスライニング材等がある。

【００４０】また、基材を電極間に載置あるいは電極間
を搬送してプラズマに晒す場合には、基材を片方の電極
に接して搬送出来るロール電極仕様にするだけでなく、
更に誘電体表面を研磨仕上げし、ＪＩＳＢ０６０１
に規定される、電極の表面粗さ（Ｒｍａｘ）を１０μｍ
以下にすることで、誘電体の厚み及び電極間のギャップ
を一定に保つことができ、放電状態を安定化できるこ
と、更に熱収縮差や残留応力による歪やひび割れを無く
し、かつポーラスで無い高精度の無機誘電体を被覆する
ことで大きく耐久性を向上させることができる。

【００４１】また、高温下での金属母材に対する誘電体
被覆による電極製作において、少なくとも基材と接する
側の誘電体を研磨仕上げすること、更に電極の金属母材
と誘電体間の熱膨張の差をなるべく小さくすることが必
要であり、そのため製作方法において、母材表面に、応
力を吸収出来る層として泡混入量をコントロールして無
機質の材料をライニングする、特に材質としては琺瑯等
で知られる溶融法により得られるガラスであることが良
く、更に導電性金属母材に接する最下層の泡混入量を２
０〜３０ｖｏｌ％とし、次層以降を５ｖｏｌ％以下とす
ることで、緻密でかつひび割れ等が発生しない良好な電
極が出来る。

【００４２】また、電極の母材に誘電体を被覆する別の
方法として、セラミックスの溶射を空隙率１０ｖｏｌ％
以下まで緻密に行い、更にゾルゲル反応により硬化する
無機質の材料にて封孔処理を行うことであり、ここでゾ
ルゲル反応の促進には、熱硬化やＵＶ硬化が良く、更に
封孔液を希釈し、コーティングと硬化を逐次で数回繰り
返すと、よりいっそう無機質化が向上し、劣化の無い緻
密な電極が出来る。

【００４３】《プラズマ放電処理装置》このような電極
を用いたプラズマ放電処理装置について、図１〜図６を
参照しながら説明する。図１〜図６のプラズマ放電処理
装置は、アース電極であるロール電極と、対向する位置
に配置された印加電極である固定電極との間で放電さ
せ、当該電極間に反応性ガスを導入してプラズマ状態と
し、前記ロール電極に巻回された長尺フィルム状の基材
を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、
薄膜を形成するものであるが、薄膜形成方法を実施する
装置としてはこれに限定されるものではなく、グロー放
電を安定に維持し、薄膜を形成するために反応性ガスを
励起してプラズマ状態とするものであればよい。他の方
式としては、基材を電極間ではない電極近傍に載置ある
いは搬送させ、発生したプラズマを当該基材上に吹き付
けて薄膜形成を行うジェット方式等がある。

【００４４】図１は、半導体の薄膜形成に用いられるプ
ラズマ放電処理装置のプラズマ放電処理容器の一例を示
す概略図である。

【００４５】図１において、基材Ｆ（基材としては、導
電性支持体が用いられる。）は搬送方向（図中、時計回
り）に回転するロール電極２５に巻回されながら搬送さ
れる。固定されている電極２６は複数の円筒から構成さ
れ、ロール電極２５に対向させて設置される。ロール電
極２５に巻回された基材Ｆは、ニップローラ６５、６６
で押圧され、ガイドローラ６４で規制されてプラズマ放
電処理容器３１によって確保された放電処理空間に搬送
され、放電プラズマ処理され、次いで、ガイドローラ６
７を介して次工程に搬送される。また、仕切板５４は前
記ニップローラ６５、６６に近接して配置され、基材Ｆ
に同伴する空気のプラズマ放電処理容器３１内への進入
を抑制する。

【００４６】この同伴される空気は、プラズマ放電処理
容器３１内の気体の全体積に対し、１体積％以下に抑え
ることが好ましく、０．１体積％以下に抑えることがよ
り好ましい。前記ニップローラ６５および６６により、
それを達成することが可能である。

【００４７】尚、放電プラズマ処理に用いられる混合ガ
ス（不活性ガスと、反応性ガスである有機フッ素化合
物、チタン化合物、亜鉛化合物、スズ化合物等を含有す
る有機ガス）は、給気口５２からプラズマ放電処理容器
３１に導入され、処理後のガスは排気口５３から排気さ
れる。

【００４８】図２は、図１と同様に、半導体の薄膜形成
に用いられるプラズマ放電処理装置に設置されるプラズ
マ放電処理容器の一例を示す概略図であるが、図１にお
いては、ロール電極２５に対向する固定されている電極
２６は円柱型の電極が用いられているのに対し、角柱型
電極３６に変更した例を示している。

【００４９】図１に示した円柱型の電極２６に比べて、
図２に示した角柱型の電極３６は、放電範囲を広げる効
果があるので、薄膜形成方法に好ましく用いられる。

【００５０】図３（ａ）、（ｂ）は各々、上述の円筒型
のロール電極の一例を示す概略図、図４（ａ）、（ｂ）
は各々、円筒型で固定されている電極の一例を示す概略
図、図５（ａ）、（ｂ）は各々、角柱型で固定されてい
る電極の一例を示す概略図である。

【００５１】図３（ａ）及び図３（ｂ）において、アー
ス電極であるロール電極２５ｃは、金属等の導電性母材
２５ａに対しセラミックスを溶射後、無機材料を用いて
封孔処理したセラミック被覆処理誘電体２５ｂを被覆し
た組み合わせで構成されているものである。セラミック
被覆処理誘電体を片肉で１ｍｍ被覆し、ロール径を被覆
後２００φとなるように製作し、アースに接地してあ
る。または、金属等の導電性母材２５Ａへライニングに
より無機材料を設けたライニング処理誘電体２５Ｂを被
覆した組み合わせ、ロール電極２５Ｃで構成してもよ
い。ライニング材としては、ケイ酸塩系ガラス、ホウ酸
塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、ゲルマン酸塩系ガラ
ス、亜テルル酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、バナジ
ン酸塩ガラス等が好ましく用いられるが、この中でもホ
ウ酸塩系ガラスが加工し易いので、更に好ましく用いら
れる。金属等の導電性母材２５ａ、２５Ａとしては、
銀、白金、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属等が
挙げられるが、加工の観点からステンレスが好ましい。
また、溶射に用いるセラミックス材としては、アルミナ
・窒化珪素等が好ましく用いられるが、この中でもアル
ミナが加工し易いので、更に好ましく用いられる。尚、
本実施の形態においては、ロール電極の母材は、冷却水
による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール
母材を使用している（不図示）。

【００５２】図４（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、
（ｂ）は、印加電極である固定の電極２６ｃ、電極２６
Ｃ、電極３６ｃ、電極３６Ｃであり、上記記載のロール
電極２５ｃ、ロール電極２５Ｃと同様な組み合わせで構
成されている。すなわち、中空のステンレスパイプに対
し、上記同様の誘電体を被覆し、放電中は冷却水による
冷却が行えるようになっている。尚、セラミック被覆処
理誘電体の被覆後１２φまたは１５φとなるように製作
され、当該電極の数は、上記ロール電極の円周上に沿っ
て１４本設置している。

【００５３】印加電極に電圧を印加する電源としては、
特に限定はないが、パール工業製高周波電源（２００ｋ
Ｈｚ）、パール工業製高周波電源（８００ｋＨｚ）、日
本電子製高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）、パール工業
製高周波電源（１５０ＭＨｚ）等が使用できる。

【００５４】図６は、プラズマ放電処理装置の一例を示
す概念図である。図６において、プラズマ放電処理容器
３１の部分は図２の記載と同様であるが、更に、ガス発
生装置５１、電源４１、電極冷却ユニット６０等が装置
構成として配置されている。電極冷却ユニット６０の冷
却剤としては、蒸留水、油等の絶縁性材料が用いられ
る。

【００５５】図６に記載の電極２５、３６は、図３、
４、５等に示したものと同様であり、対向する電極間の
ギャップは、例えば１ｍｍ程度に設定される。

【００５６】上記電極間の距離は、電極の母材に設置し
た固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利
用する目的等を考慮して決定される。上記電極の一方に
固体誘電体を設置した場合の固体誘電体と電極の最短距
離、上記電極の双方に固体誘電体を設置した場合の固体
誘電体同士の距離としては、いずれの場合も均一な放電
を行う観点から０．５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましく、特に
好ましくは１ｍｍ±０．５ｍｍである。

【００５７】前記プラズマ放電処理容器３１内にロール
電極２５、固定されている電極３６を所定位置に配置
し、ガス発生装置５１で発生させた混合ガスを流量制御
して、給気口５２よりプラズマ放電処理容器３１内に入
れ、前記プラズマ放電処理容器３１内をプラズマ処理に
用いる混合ガスで充填し排気口５３より排気する。次に
電源４１により電極３６に電圧を印加し、ロール電極２
５はアースに接地し、放電プラズマを発生させる。ここ
でロール状の元巻き基材６１より基材Ｆを供給し、ガイ
ドローラ６４を介して、プラズマ放電処理容器３１内の
電極間を片面接触（ロール電極２５に接触している）の
状態で搬送され、基材Ｆは搬送中に放電プラズマにより
表面が放電処理され、その後にガイドローラ６７を介し
て、次工程に搬送される。ここで、基材Ｆはロール電極
２５に接触していない面のみ放電処理がなされる。

【００５８】電源４１より固定されている電極３６に印
加される電圧の値は適宜決定されるが、例えば、電圧が
０．５〜１０ｋＶ程度で、電源周波数は１００ｋＨｚを
越えて１５０ＭＨｚ以下に調整されることが好ましい。
電源の印加法に関しては、連続モードと呼ばれる連続サ
イン波状の連続発振モードとパルスモードと呼ばれるＯ
Ｎ／ＯＦＦを断続的に行う断続発振モードのどちらを採
用しても良い。

【００５９】プラズマ放電処理容器３１はパイレックス
（Ｒ）ガラス製の処理容器等が好ましく用いられるが、
電極との絶縁がとれれば金属製を用いることも可能であ
る。例えば、アルミニウムまたは、ステンレスのフレー
ムの内面にポリイミド樹脂等を張り付けても良く、該金
属フレームにセラミックス溶射を行い絶縁性をとっても
良い。

【００６０】また、放電プラズマ処理時の基材（導電性
支持体）への影響を最小限に抑制するために、放電プラ
ズマ処理時の基材の温度を常温（１５℃〜２５℃）〜２
００℃未満の温度に調整することが好ましく、更に好ま
しくは常温〜１００℃に調整することである。上記の温
度範囲に調整する為、必要に応じて電極、基材は冷却手
段で冷却しながら放電プラズマ処理される。

【００６１】本発明においては、上記の放電プラズマ処
理が大気圧または大気圧近傍で行われることが好ましい
が、ここで、大気圧近傍とは、２０ｋＰａ〜１１０ｋＰ
ａの圧力を表すが、本発明に記載の効果を好ましく得る
ためには、９３ｋＰａ〜１０４ｋＰａが好ましい。

【００６２】また、薄膜形成方法に係る放電用電極にお
いては、電極の少なくとも基材（導電性支持体）と接す
る側のＪＩＳＢ０６０１で規定される表面粗さの最
大高さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下になるように調整さ
れることが、本発明に記載の効果を得る観点から好まし
いが、更に好ましくは、表面粗さの最大値が８μｍ以下
であり、特に好ましくは、７μｍ以下に調整することで
ある。

【００６３】また、ＪＩＳＢ０６０１で規定される
中心線平均表面粗さ（Ｒａ）は０．５μｍ以下が好まし
く、更に好ましくは０．１μｍ以下である。

【００６４】《反応性ガス、不活性ガス》薄膜形成に用
いられる反応性ガス、不活性ガスについて説明する。

【００６５】薄膜形成には少なくとも反応性ガスが用い
られるが、本発明においては、基材上に設けたい薄膜の
状態（膜厚、多孔質性等）によって異なるが、基本的
に、薄膜形成に必須な反応性ガス単独よりも反応性ガス
と不活性ガスの混合ガスが薄膜形成において好ましく用
いられる。

【００６６】反応性ガスは、混合ガスに対し、０．０１
体積％〜１０体積％含有させることが好ましい。

【００６７】不活性ガスとは、周期表の第１８属元素、
具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプト
ン、キセノン、ラドン等が挙げられるが、本発明に記載
の効果を得るためには、ヘリウム、アルゴン等が好まし
く用いられる。

【００６８】反応性ガスとしては、ジンクアセチルアセ
トナート、トリエチルインジウム、トリメチルインジウ
ム、ジエチル亜鉛、ジメチル亜鉛、エトラエチル錫、エ
トラメチル錫、二酢酸ジ−ｎ−ブチル錫、テトラブチル
錫、テトラオクチル錫、チタン化合物（例えば、テトラ
イソプロポキシチタン、テトラジメチルアミノチタンな
どの有機金属化合物、モノチタン、ジチタンなどの金属
水素化合物、二塩化チタン、三塩化チタン、四塩化チタ
ンなどの金属ハロゲン化合物、テトラエトキシチタン、
テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタンな
どの金属アルコキシド等）などの有機金属化合物を含む
反応性ガスが半導体薄膜の形成に好ましく用いられる。

【００６９】上記の中でも、特に好ましく用いられるの
は、上記のチタン化合物である。混合ガス中に上記記載
のチタン化合物を用いる場合、放電プラズマ処理により
基材上に均一な薄膜を形成する観点から、混合ガス中の
チタン化合物の含有率は、０．１体積％〜１０体積％で
あることが好ましいが、更に好ましくは、０．１体積％
〜５体積％である。

【００７０】上記記載のチタン化合物を放電空間である
電極間に導入するには、両者は常温常圧で、気体、液
体、固体いずれの状態であっても構わない。気体の場合
は、そのまま放電空間に導入できるが、液体、固体の場
合は、加熱、減圧、超音波照射等の手段により気化させ
て使用される。チタン化合物を加熱により気化して用い
る場合、テトライソプロポキシチタンのような常温で液
体で、沸点が２００℃以下である金属アルコキシドが好
適に用いられる。上記金属アルコキシドは、溶媒によっ
て希釈して使用されても良く、溶媒は、メタノール、エ
タノール、ｎ−ヘキサンなどの有機溶媒及びこれらの混
合溶媒が使用できる。尚、これらの希釈溶媒は、プラズ
マ放電処理中において、分子状、原子状に分解される
為、基材上への薄膜の形成、薄膜の組成などに対する影
響は殆ど無視することが出来る。

【００７１】上記記載の混合ガス中に水素ガスを０．１
体積％〜１０体積％含有させることにより薄膜の硬度を
著しく向上させることが出来る。また、混合ガス中に酸
素、オゾン、過酸化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水
素、窒素から選択される成分を０．０１体積％〜５体積
％含有させることにより、反応促進され、且つ、緻密で
良質な薄膜を形成することができる。

【００７２】反応性ガスに有機金属化合物を添加する場
合、例えば、有機金属化合物としてＬｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎ
ａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇ
ｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、
Ｉｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
から選択される金属を含むことができる。より好ましく
は、これらの有機金属化合物が金属アルコキシド、アル
キル化金属、金属錯体から選ばれるものが好ましい。

【００７３】《薄膜形成条件と空隙率》本発明の光電変
換材料用半導体としては、反応性ガスをプラズマ処理し
て、基材上（導電性支持体）に形成された半導体薄膜が
好ましく用いられる。

【００７４】半導体薄膜の膜厚は、０．１ｎｍ〜１００
０ｎｍの範囲が好ましい。上記記載のようなプラズマ処
理装置を用いて、プラズマ処理を行う時、対向する電極
間に供給する電力として、１Ｗ／ｃｍ²以上のハイパワ
ーでの電力供給を行う場合、基材である導電性支持体上
に極めて純度の高い半導体薄膜が形成される。

【００７５】一方、０．１Ｗ／ｃｍ²〜１Ｗ／ｃｍ²未満
のような、ローパワーでの電力供給を行う場合には、導
電性支持体上に半導体薄膜を形成後、更にエッチング処
理を行うことにより、半導体層内部に空隙を有する半導
体薄膜を形成出来る。

【００７６】上記の半導体薄膜の膜厚は、４００ｎｍ−
７００ｎｍの波長における分光反射スペクトル測定から
スペクトルのλ／４値より光学膜厚が算出出来る。

【００７７】ここで、エッチング処理とは、半導体薄膜
を再度、図１〜６に記載のようなプラズマ処理装置を用
いて半導体薄膜には影響を与えずに行うプラズマ処理の
ことである。

【００７８】そのようなプラズマ処理としては、例え
ば、プラズマ処理装置に１Ｗ／ｃｍ²以上の電力供給を
行う、酸化性の反応性ガスを用いる等の処理方法がある
が、中でも、酸化性の反応性ガスとして酸素を用いた処
理が好ましい。

【００７９】また、エッチング処理に用いる反応性ガス
として用いる酸素の体積％としては、反応性ガス、不活
性ガスからなる混合ガス全体において、０．１体積％〜
１体積％になるように調整することが好ましい。

【００８０】エッチング処理を施した半導体薄膜は、上
記記載のハイパワーモードでの電力供給が行われ、形成
された半導体薄膜と比較して、空隙が形成された、いわ
ゆるポーラスな半導体層がより形成されやすくなる傾向
があるが、本発明に記載の効果（光電変換特性の向上）
を好ましく得る観点から、また、半導体薄膜の耐久性
（高密度、高エネルギーのプラズマ処理への耐久性）向
上の観点から、本発明に係る半導体薄膜の空隙率は、１
０体積％以下が好ましく、更に好ましくは、８体積％以
下であり、特に好ましくは、０．０１体積％〜５体積％
以下である。

【００８１】尚、半導体薄膜の空隙率は、誘電体の厚み
方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメータ
ー（島津ポアライザー９２２０型）等の市販の装置を用
いて測定することが出来る。

【００８２】《光電変換材料用半導体の増感処理》本発
明の光電変換材料用半導体の増感処理は、上記のように
導電性支持体１上にプラズマ処理装置を用いて半導体薄
膜を形成した後、後述する色素の吸着処理により増感処
理が行われる。また、増感処理の詳細については、これ
も後述する光電変換素子のところで説明する。

【００８３】また、空隙率の高い半導体薄膜を有する光
電変換材料用半導体の場合には、空隙に水分、水蒸気な
どにより水が半導体薄膜上、並びに半導体薄膜内部の空
隙に吸着する前に、本発明に係る色素の吸着処理（光電
変換材料用半導体の増感処理）を完了することが好まし
い。

【００８４】本発明の光電変換材料用半導体は、有機塩
基を用いて表面処理してもよい。前記有機塩基として
は、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ピリジ
ン、４−ｔ−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン、キ
ノリン、ピペリジン、アミジン等が挙げられるが、中で
も、ピリジン、４−ｔ−ブチルピリジン、ポリビニルピ
リジンが好ましい。

【００８５】上記の有機塩基が液体の場合はそのまま、
固体の場合は有機溶媒に溶解した溶液を準備し、本発明
の光電変換材料用半導体を液体アミンまたはアミン溶液
に浸漬することで、表面処理を実施できる。

【００８６】《色素》本発明に係る色素について説明す
る。

【００８７】本発明の光電変換材料用半導体の増感に係
る色素としては、本発明に係る半導体を分光増感しうる
ものならばいずれの色素も用いることができる。光電変
換の波長域をできるだけ広くし、かつ変換効率を上げる
ため、二種類以上の色素を混合することが好ましい。ま
た、目的とする光源の波長域と強度分布に合わせるよう
に、混合する色素とその割合を選ぶことができる。

【００８８】本発明に係る色素の中では、光電子移動反
応活性、光耐久性、光化学的安定性等の総合的な観点か
ら、金属錯体色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリ
ン系色素、ポリメチン系色素が好ましく用いられる。

【００８９】金属錯体色素の中では、特開２００１−２
２３０３７号、同２００１−２２６６０７号、米国特許
第４，９２７，７２１号、同第４，６８４，５３７号、
同第５，０８４，３６５号、同第５，３５０，６４４
号、同第５，４６３，０５７号、同第５，５２５，４４
０号、特開平７−２４９７５０号、特表平１０−５０４
５１２号、世界特許９８９／５０３９３号等に記載のル
テニウム錯体色素が好ましく用いられる。

【００９０】ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色
素としては、特開２００１−２２３０３７号に記載の色
素が好ましい色素としてあげられる。

【００９１】ポリメチン系色素としては、従来公知のメ
チン系色素、特開平１１−３５８３６号、同１１−１５
８３９５号、同１１−１６３３７８号、同１１−２１４
７３０号、同１１−２１４７３１号、同１０−０９３１
１８号、同１１−２７３７５４号、特開２０００−１０
６２２４号、同２０００−３５７８０９号、同２００１
−０５２７６６号、特願２００１−３０７５０５号、欧
州特許第８９２，４１１号、同９１１，８４１号等に記
載のものが挙げられる。

【００９２】《光電変換素子》本発明の光電変換素子に
ついて、図７を用いて説明する。

【００９３】図７は、本発明の光電変換素子の構造の一
例を示す部分断面図である。１は導電性支持体、２は感
光層、３は電荷移動層、４は対向電極を表す。尚、導電
性支持体１と感光層２をあわせて半導体電極ともいう。

【００９４】ここで、感光層２は本発明の光電変換材料
用半導体を有する層であり、電荷移動層３は通常、レド
ックス電解質が含有し、導電性支持体１、感光層２、対
向電極４に接触した形態で用いられる。

【００９５】《光電変換素子の製造方法》図７を用いな
がら、光電変換素子の製造方法を説明する。

【００９６】本発明の光電変換素子は、図７に示すよう
な導電性支持体１上に、上記記載のようにプラズマ処理
装置を用いて半導体薄膜を形成した後に、本発明に係る
色素を吸着させるという工程を経て製造される。

【００９７】また、半導体薄膜の表面積を増大させた
り、半導体薄膜表面の不純物などを除去して、半導体の
純度を高め、色素から半導体への電子注入効率を高める
目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキ
や三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を
行ってもよい。

【００９８】導電性支持体１上に形成した半導体膜には
上記記載の色素を吸着させ、半導体膜を増感させて感光
層２を形成する。色素吸着方法は先に説明したとおり、
色素を適切な溶媒に溶解し、導電性支持体１上に形成さ
れた半導体膜をその溶液に浸漬することによって行われ
る。その際には半導体膜は、あらかじめ減圧処理したり
加熱処理したりして膜中の気泡を除去し、色素が半導体
膜内部深くに進入できるようにしておくことが好まし
い。

【００９９】本発明に係る半導体に、本発明に係る色素
を吸着させる際には、単独で用いてもよいし、複数を併
用してもよい。さらに、従来公知の増感色素化合物（例
えば、米国特許第４，６８４，５３７号、同第４，９２
７，７２１号、同第５，０８４，３６５号、同第５，３
５０，６４４号、同第５，４６３，０５７号、同第５，
５２５，４４０号、特開平７−２４９７９０号、特開２
０００−１５０００７号等に記載の化合物）とを混合し
て吸着させてもよい。

【０１００】特に、半導体の用途が太陽電池である場
合、光電変換の波長域を広くして太陽光を可能な限り有
効に利用できるように、二種類以上の色素を混合して用
いることが好ましい。

【０１０１】上記記載の本発明に係る色素を複数種類併
用して増感した光電変換材料用半導体は、併用する色素
を混合して調製した溶液に浸漬させて作製してもよい
し、各々の色素について溶液を調製し、各溶液に順に浸
漬して作製することもできる。

【０１０２】各色素について別々の溶液を用意し、各溶
液に順に浸漬して作製する場合は、半導体に増感色素を
吸着させる順番がどのような順番であっても本発明の効
果を得ることができる。

【０１０３】吸着処理は、色素が溶解した溶液を常温で
用いてもよいし、また、色素に影響を与えない範囲の温
度まで溶液を加熱して行っても良い。更に、吸着処理時
に未吸着となった色素については溶媒等の洗浄処理によ
り除去することが好ましい。

【０１０４】《色素の溶解に用いる溶媒》本発明に係る
色素を溶解するのに用いる溶媒は、色素を溶解すること
ができ、なおかつ半導体を溶解したり半導体と反応した
りすることのないものであれば格別の制限はないが、溶
媒に溶解している水分および気体が半導体膜に進入して
色素の吸着を妨げることを防ぐために、予め脱気および
蒸留精製しておくことが好ましい。

【０１０５】好ましく用いられる溶媒はメタノール、エ
タノール、ｎ−プロパノールなどのアルコール系溶媒、
アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、ジ
エチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒド
ロフラン、１，４−ジオキサンなどのエーテル系溶媒、
塩化メチレン、１，１，２−トリクロロエタンなどのハ
ロゲン化炭化水素溶媒であり、特に好ましくはメタノー
ル、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テト
ラヒドロフラン、塩化メチレンである。

【０１０６】半導体への増感効果を好ましく得る観点か
ら、半導体膜を色素の溶液に浸漬する時間は、３時間〜
４８時間が好ましく、更に好ましくは、４時間〜２４時
間である。

【０１０７】また、浸漬にあたり色素溶液は、色素が分
解しないかぎりにおいて、沸騰しない温度にまで加熱し
て用いてもよい。好ましい温度範囲は１０℃〜５０℃、
とくに好ましくは１５℃〜３５℃であるが、前記のとお
り溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合はこの限りでな
い。

【０１０８】また、半導体膜を浸漬した色素溶液に超音
波照射を行うこともできる。超音波照射は市販の装置を
用いることができ、また、照射時間としては、好ましく
は３０分〜４時間であり、更に好ましくは１時間〜３時
間である。

【０１０９】導電性支持体１上に形成した半導体膜に色
素を吸着させて感光層２を形成したら、該感光層２と向
かい合うようにして対向電極４を配置する。さらに、半
導体電極と対向電極４の間に電荷移動層であるレドック
ス電解質を注入して光電変換素子とする。

【０１１０】《太陽電池》本発明の太陽電池について説
明する。

【０１１１】本発明の太陽電池は、図７に示すような、
本発明の光電変換素子の一態様として、太陽光に最適の
設計並びに、回路設計が行われ、太陽光を光源として用
いたときに最適な光電変換が行われるような構造を有す
る。即ち、光電変換材料用半導体に太陽光が照射されう
る構造となっている。本発明の太陽電池を構成する際に
は、前記半導体電極、電荷移動層及び対向電極をケース
内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封
止することが好ましい。

【０１１２】本発明の太陽電池に太陽光または太陽光と
同等の電磁波を照射すると、光電変換材料用半導体に吸
着された本発明の化合物は、照射された光もしくは電磁
波を吸収して励起する。励起によって発生した電子は半
導体に移動し、次いで導電性支持体１を経由して対向電
極４に移動して、電荷移動層３のレドックス電解質を還
元する。一方、半導体に電子を移動させた本発明の化合
物は酸化体となっているが、対向電極４から電荷移動層
３のレドックス電解質を経由して電子が供給されること
により、還元されて元の状態に戻り、同時に電荷移動層
３のレドックス電解質は酸化されて、再び対向電極４か
ら供給される電子により還元されうる状態に戻る。この
ようにして電子が流れ、本発明の光電変換素子を用いた
太陽電池を構成することができる。

【０１１３】《導電性支持体》本発明の光電変換素子や
本発明の太陽電池に用いられる導電性支持体には、金属
板のような導電性材料や、ガラス板やプラスチックフイ
ルムのような非導電性材料に導電性物質を設けた構造の
ものを用いることができる。導電性支持体に用いられる
材料の例としては金属（例えば白金、金、銀、銅、アル
ミニウム、ロジウム、インジウム）あるいは導電性金属
酸化物（例えばインジウム−スズ複合酸化物、酸化スズ
にフッ素をドープしたもの）や炭素を挙げることができ
る。導電性支持体の厚さは特に制約されないが、０．３
ｍｍ〜５ｍｍが好ましい。

【０１１４】また導電性支持体は実質的に透明であるこ
とが好ましく、実質的に透明であるとは光の透過率が１
０％以上であることを意味し、５０％以上であることが
さらに好ましく、８０％以上であることが最も好まし
い。透明な導電性支持体を得るためには、ガラス板また
はプラスチックフイルムの表面に、導電性金属酸化物か
らなる導電性層を設けることが好ましい。透明な導電性
支持体１を用いる場合、光は支持体側から入射させるこ
とが好ましい。

【０１１５】導電性支持体は表面抵抗は、５０Ω／ｃｍ
²以下であることが好ましく、１０Ω／ｃｍ²以下である
ことがさらに好ましい。

【０１１６】《電荷移動層》本発明に用いられる電荷移
動層について説明する。

【０１１７】電荷移動層にはレドックス電解質が好まし
く用いられる。ここで、レドックス電解質としては、Ｉ
^-／Ｉ^3-系や、Ｂｒ^-／Ｂｒ^3-系、キノン／ハイドロキノ
ン系等が挙げられる。このようなレドックス電解質は、
従来公知の方法によって得ることができ、例えば、Ｉ^-
／Ｉ^3-系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素
を混合することによって得ることができる。電荷移動層
はこれらレドックス電解質の分散物で構成され、それら
分散物は溶液である場合に液体電解質、常温において固
体である高分子中に分散させた場合に固体高分子電解
質、ゲル状物質に分散された場合にゲル電解質と呼ばれ
る。電荷移動層として液体電解質が用いられる場合、そ
の溶媒としては、電気化学的に不活性なものが用いら
れ、例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレ
ンカーボネート等が用いられる。固体高分子電解質の例
としては特開２００１−１６０４２７記載の電解質が、
ゲル電解質の例としては『表面科学』２１巻、第５号２
８８ページ〜２９３ページに記載の電解質が挙げられ
る。

【０１１８】《対向電極》本発明に用いられる対向電極
について説明する。

【０１１９】対向電極は、導電性を有するものであれば
よく、任意の導電性材料が用いられるが、Ｉ^3-イオン等
の酸化や他のレドックスイオンの還元反応を充分な速さ
で行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。この
ようなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金め
っきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウ
ム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。

【０１２０】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明するが、本
発明はこれらに限定されない。

【０１２１】実施例１《光電変換素子１の製造》下記に記載のようにして、図
７に示すような光電変換素子を製造した。

【０１２２】チタンテトライソプロポキシド（和光純薬
社製一級試薬）６２．５ｍｌを純水３７５ｍｌ中に室温
下、激しく攪拌しながら１０分間で滴下し（白色の析出
物が生成する）、次いで７０％硝酸水を２．６５ｍｌ加
えて反応系を８０℃に加熱した後、８時間攪拌を続け
た。さらに該反応混合物の体積が約２００ｍｌになるま
で減圧下に濃縮した後、純水を１２５ｍｌ、酸化チタン
粉末（昭和タイタニウム社製スーパータイタニアＦ−
６）１４０ｇを加えて酸化チタン懸濁液（約８００ｍ
ｌ）を調製した。導電性支持体１としてフッ素をドープ
した酸化スズをコートした透明導電性ガラス板を用い、
該基板上に該酸化チタン懸濁液を塗布し、自然乾燥の後
３００℃で６０分間焼成して、膜状の酸化チタンを形成
した。

【０１２３】メタノール溶液２００ｍｌ中に、Ｎ３色素
（当業に従事する技術者には周知のルテニウム錯体色
素）を５ｇ溶解した溶液を調製し、上記膜状酸化チタン
を支持体ごと浸し、さらにトリフルオロ酢酸１ｇを加え
て、超音波照射を２時間行った後、室温下にて１２時間
浸積処理した。処理後、膜状酸化チタンをクロロホルム
で洗浄し真空乾燥を行い、感光層２（光電変換材料用半
導体）を作製した。

【０１２４】

【化１】

【０１２５】対向電極４として、フッ素をドープした酸
化スズをコートし、さらにその上に白金を担持した透明
導電性ガラス板を用い、前記導電性支持体１と前記対向
電極４との間に体積比が１：４であるアセトニトリル／
炭酸エチレンの混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウ
ムアイオダイドと沃素とを、それぞれの濃度が０．４６
モル／リットル、０．０６モル／リットルとなるように
溶解したレドックス電解質を入れた電荷移動層３を作製
して、光電変換素子１を製造した。

【０１２６】《光電変換素子２の製造》光電変換素子１
の製造において、感光層２に用いる半導体薄膜である、
膜状の酸化チタンの形成を下記にしめすように、プラズ
マ処理装置を用いて作製した以外は、同様にして光電変
換素子２を製造した。

【０１２７】（プラズマ処理装置及び前記処理装置を用
いる酸化チタン膜の作製）光電変換素子１の製造に用い
た導電性支持体１を用い、図２に示すようなプラズマ放
電処理容器を図６に示すプラズマ放電処理装置に配置
し、下記に記載の放電条件、反応性ガスを用いて、本発
明の光電変換材料用半導体である、酸化チタン膜を作製
した。

【０１２８】ここで、プラズマ発生に用いる使用電源
は、神鋼電機製高周波電源（５０ｋＨｚ）、ハイデン研
究所製インパルス高周波電源（連続モードで使用１００
ｋＨｚ）、パール工業製高周波電源（２００ｋＨｚ）、
パール工業製高周波電源（８００ｋＨｚ）、日本電子製
高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）、パール工業製高周波
電源（１５０ＭＨｚ）等が好ましく使用できる。

【０１２９】《放電条件》放電出力を４Ｗ／ｃｍ²に調
整した。

【０１３０】《反応性ガス》プラズマ処理に用いた混合
ガス（反応性ガス）の組成を以下に記す。

【０１３１】（酸化チタン層形成用）不活性ガス：アルゴン９８．７５体積％反応性ガス１：水素ガス（混合ガス全体に対し１体積
％）反応性ガス２：テトライソプロポキシチタン蒸気（１５
０℃に加熱した液体にアルゴンガスをバブリング：混合
ガス全体に対し０．２５体積％）光電変換素子１の製造に用いた導電性支持体１上に、上
記反応性ガス、上記放電条件により、連続的に大気圧プ
ラズマ処理して、１００ｎｍの半導体薄膜を設けた。

【０１３２】《太陽電池１、２の製造》光電変換素子
１、２の各々の側面を樹脂で封入し、リード線を取り付
けて、太陽電池１、２を各々製造した。光電変換特性を
測定するために、太陽電池１、２は各々３ロットずつ製
造した。

【０１３３】《太陽電池の光電変換特性評価》上記で得
られた太陽電池１、２の各々にソーラーシミュレーター
（ＪＡＳＣＯ（日本分光）製、低エネルギー分光感度測
定装置ＣＥＰ−２５）により１００ｍＷ／ｍ²の強度の
光を照射した時の短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ²）
および開放電圧値Ｖｏｃ（Ｖ）を測定し表１に示した。
示した値は、同じ構成および作製方法の太陽電池３つに
ついての測定結果の平均値とした。

【０１３４】《半導体薄膜の剥離試験：接着性評価》上
記で得られた太陽電池の半導体薄膜について、ＪＩＳ
Ｋ５４００に準拠した碁盤目試験を行った。形成され
た半導体薄膜の表面に片刃のカミソリの刃を面に対して
９０°の角度で切り込みを１ｍｍ間隔で縦横に１１本入
れ、１ｍｍ角の碁盤目を１００個作製した。この上に市
販のセロテープ（Ｒ）を張り付け、その一端を手で持っ
て垂直に力強く引張って剥がし、切り込み線からの貼ら
れたテープ面積に対する薄膜が剥がされた面積の割合を
下記のようにランク評価した。

【０１３５】 ○：全く剥離されなかった（実用可） △：剥離された面積割合が１０％未満であった（実用
可） ×：剥離された面積割合が１０％以上であった（実用不
可）以上、得られた結果を表１に示す。

【０１３６】

【表１】

【０１３７】表１より、比較に比べて、本発明の太陽電
池は高い光電変換特性、高耐久性を示し、且つ、剥離試
験から基材と半導体薄膜との接着性も比較と同様に良好
であることが明らかである。

【０１３８】実施例２《光電変換素子３の製造》実施例１の光電変換素子１の
製造において、ルテニウム錯体色素Ｎ３色素に代え、色
素１を用いた以外は同様にして光電変換素子３を製造し
た。

【０１３９】《光電変換素子４の製造》実施例１の光電
変換素子２の製造において、ルテニウム錯体色素Ｎ３色
素に代え、色素１を用いた以外は同様にして光電変換素
子４を製造した。

【０１４０】《光電変換素子５の製造》光電変換素子４
の製造において、半導体薄膜である酸化チタン膜の作製
を下記のように変更（操作１、操作２の２段階により、
半導体薄膜である酸化チタン膜を作製）した以外は同様
にして光電変換素子５を製造した。

【０１４１】操作１：半導体薄膜形成に用いるプラズマ
処理での放電条件を０．８Ｗ／ｃｍ ²に調整して、半導
体薄膜である酸化チタン膜を作製した。

【０１４２】操作２：操作１で生成した半導体薄膜に、
操作１で用いたプラズマ放電処理装置を用いてエッチン
グ処理を行った。

【０１４３】（エッチング処理用ガス組成）不活性ガス：アルゴン（９９．２５体積％）反応性ガス１：酸素ガス（混合ガス全体に対して、０．
５体積％）反応性ガス２：ＣＦ₄ガス（混合ガス全体に対して、
０．２５体積％）《光電変換素子６〜８の製造》光電変換素子３〜５の各
々の製造において、色素を２に代えた以外は同様にし
て、光電変換素子６〜８を各々製造した。

【０１４４】《光電変換素子９〜１１の製造》光電変換
素子３〜５の各々の製造において、色素を３に代えた以
外は同様にして、光電変換素子９〜１１を各々製造し
た。

【０１４５】《光電変換素子１２〜１４の製造》光電変
換素子３〜５の各々の製造において、色素を４に代えた
以外は同様にして、光電変換素子１２〜１４を各々製造
した。

【０１４６】

【化２】

【０１４７】《太陽電池３〜５、６〜８、９〜１１、１
２〜１４の製造》光電変換素子３〜５、６〜８、９〜１
１、１２〜１４の各々の側面を樹脂で封入し、リード線
を取り付けて、太陽電池３〜５、６〜８、９〜１１、１
２〜１４を各々製造した。光電変換特性を測定するため
に、太陽電池３〜５、６〜８、９〜１１、１２〜１４は
各々３ロットずつ製造した。

【０１４８】上記で得られた太陽電池３〜５、６〜８、
９〜１１、１２〜１４の各々の光電変換特性評価（短絡
電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ²）、開放電圧値Ｖｏｃ
（Ｖ））、半導体薄膜の剥離試験評価は、実施例１に記
載と同様に行った。得られた評価を表２に示す。

【０１４９】

【表２】

【０１５０】表２より、比較に比べて、本発明の太陽電
池は高い光電変換特性、高耐久性を示し、且つ、剥離試
験から基材と半導体薄膜との接着性も比較と同様に良好
であることが明らかである。

【０１５１】

【発明の効果】本発明により、少ない工程数で簡便に基
材との接着性が良好であり、且つ、優れたエネルギー変
換効率（光電変換効率ともいう）、耐久性を有する光電
変換材料用半導体、光電変換材料用半導体の製造方法該
光電変換材料用半導体を有する光電変換素子、該光電変
換素子を用いた太陽電池を提供することが出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法に用いられるプラズマ放電処
理装置に設置されるプラズマ放電処理容器の一例を示す
概略図である。

【図２】本発明の製造方法に用いられるプラズマ放電処
理装置に設置されるプラズマ放電処理容器の一例を示す
概略図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明に係るプラズマ
放電処理に用いられる円筒型のロール電極の一例を示す
概略図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明に係るプラズマ
放電処理に用いられる固定型の円筒型電極の一例を示す
概略図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明に係るプラズマ
放電処理に用いられる固定型の角柱型電極の一例を示す
概略図である。

【図６】本発明の光電変換材料用半導体の製造に用いら
れるプラズマ放電処理装置の一例を示す概念図である。

【図７】本発明の光電変換素子の構造の一例を示す部分
断面図である。

【符号の説明】

１導電性支持体２感光層３電荷移動層４対向電極２５、２５ｃ、２５Ｃロール電極２６、２６ｃ、２６Ｃ、３６、３６ｃ、３６Ｃ電極２５ａ、２５Ａ、２６ａ、２６Ａ、３６ａ、３６Ａ金
属等の導電性母材２５ｂ、２６ｂ、３６ｂセラミック被覆処理誘電体２５Ｂ、２６Ｂ、３６Ｂライニング処理誘電体３１プラズマ放電処理容器４１電源５１ガス発生装置５２給気口５３排気口６０電極冷却ユニット６１元巻き基材６５、６６ニップローラ６４、６７ガイドローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材上に、少なくとも半導体を含有する
半導体層を有する光電変換材料用半導体において、大気
圧または大気圧近傍の圧力下、半導体を形成するための
反応性ガスをプラズマ状態とし、該基材を該プラズマ状
態の反応性ガスに晒すことにより該半導体層が形成され
ていることを特徴とする光電変換材料用半導体。
【請求項２】半導体層が、ポーラスであることを特徴
とする請求項１に記載の光電変換材料用半導体。
【請求項３】半導体層が、大気圧または大気圧近傍の
圧力下において、対向する電極間に１００ｋＨｚ以上の
高周波電源を使用し、且つ、１Ｗ／ｃｍ²以上の電力を
供給して放電させることにより、反応性ガスをプラズマ
状態とし、基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒す
ことによって、該基材上に形成されたことを特徴とする
請求項２に記載の光電変換材料用半導体。
【請求項４】半導体層が、大気圧または大気圧近傍の
圧力下において、対向する電極間に１００ｋＨ以上の高
周波電源を使用し、且つ、０．１Ｗ／ｃｍ²〜１Ｗ／ｃ
ｍ²未満の電力を供給して放電させることにより、反応
性ガスをプラズマ状態とし、基材を前記プラズマ状態の
反応性ガスに晒すことによって、該基材上に形成された
ことを特徴とする請求項２に記載の光電変換材料用半導
体。
【請求項５】半導体が色素で増感されていることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換
材料用半導体。
【請求項６】色素が金属錯体色素であることを特徴と
する請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換材料
用半導体。
【請求項７】金属錯体色素がルテニウムを含んでいる
ことを特徴とする請求項６に記載の光電変換材料用半導
体。
【請求項８】色素が半導体に吸着していることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電変換材
料用半導体。
【請求項９】最大分光吸収波長が互いに異なる複数の
色素により増感されていることを特徴とする請求項１〜
８のいずれか１項に記載の光電変換材料用半導体。
【請求項１０】最大分光吸収波長が互いに異なる複数
の色素が半導体に吸着していることを特徴とする請求項
１〜９のいずれか１項に記載の光電変換材料用半導体。
【請求項１１】半導体が金属酸化物または、金属硫化
物であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１
項に記載の光電変換材料用半導体。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載
の光電変換材料用半導体を製造するに当たり、反応性ガ
スをプラズマ処理して調製された半導体薄膜を形成する
工程を有することを特徴とする光電変換材料用半導体の
製造方法。
【請求項１３】プラズマ処理により半導体薄膜を形成
後、形成された該半導体薄膜を色素により増感処理する
工程を有することを特徴とする光電変換材料用半導体の
製造方法。
【請求項１４】請求項１〜１０のいずれか１項に記載
の光電変換材料用半導体を含有する層を有することを特
徴とする光電変換素子。
【請求項１５】請求項１４に記載の光電変換素子を用
いたことを特徴とする太陽電池。