JP2003346927A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気抵抗による導体損失及び入射光の光エネ
ルギーの損失を低減することができ、構造も比較的簡略
な光電変換装置を提供すること。 【解決手段】 導電層２と、この導電層２に接する電解
質層３及び電荷分離層４と、電荷分離層４に接する透明
導電層５及び金属配線７と、この金属配線７に設けられ
た開口部２０に入射光１５を集光する凸レンズ８とから
構成され、凸レンズ８によって入射光１５が電荷分離層
４に集光され、かつ光電変換により発生した電子が低抵
抗の金属配線１７を通して導出される光電変換装置１６
Ａ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば色素増感型
光電変換装置としての湿式太陽電池に好適な光電変換装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の湿式太陽電池を構成する色素増感
型光電変換装置は種々知られているが、図１０はその一
例６６Ａの基本構造を示す断面図である。
【０００３】この光電変換装置６６Ａの各部分は例えば
次のように構成されている。基板５１は十分な機械強度
を有するガラス基板又はプラスチック基板からなり、こ
の基板５１上には蒸着法によりＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de）薄膜からなる導電層５２が形成され、この導電層５
２上に設けられる電解質層５３はヨウ素−ヨウ素化合物
を電解質とし、アセトニトリルとエチレンカーボネート
との混合液を溶媒とした電解液からなっている。
【０００４】また、この電解質層５３上に設けられる電
荷分離層５４は、増感色素であるルテニウム錯体［Ｒｕ
Ｌ２（ＮＣＳ）２：但し、Ｌ＝４，４’−ジカルボキシ
−２，２’−ビピリジン］を吸着させたＴｉＯ２超微粒
子（直径１０〜３０ｎｍ）の焼結層からなり、この電荷
分離層５４上に設けられる透明導電層５５は蒸着法によ
り形成された厚さ０．３μｍのＩＴＯ薄膜からなり、更
にこの透明導電層５５上に設けられる透明基板５６は、
透明導電層５５及び電荷分離層５４を支持するためのガ
ラス基板からなる。
【０００５】また、導電層５２と透明導電層５５とは外
部回路６７によって接続され、後者を負極として取り出
された電子は、外部負荷７１を有する外部回路６７を通
して前者の正極へと導かれ、この過程で外部負荷７１に
よって目的とする電気エネルギーを取り出すことができ
る。
【０００６】上記した構造の光電変換装置６６Ａにおい
て、外部から入射する入射光６５は、入射した後に透明
基板５６と透明導電層５５とを透過し、電荷分離層５４
内の増感色素に吸収され、光電変換によって正孔（ホー
ル）及び電子の対を発生させる。
【０００７】この後、発生した電子は電荷分離層５４内
のＴｉＯ２超微粒子内を移動してから透明導電層５５内
に流入拡散し、更に外部負荷７１を有する外部回路６７
を経由して導電層５２に伝搬され、ここで電解質層５３
内のヨウ素を還元し、ヨウ化物イオンを発生させる。そ
して、このヨウ化物イオンは、増感色素上で正孔（ホー
ル）に電子を供与し、自らは酸化される。
【０００８】図１１は、従来の他の色素増感型光電変換
装置６６Ｂの基本構造を示す断面図である。
【０００９】この構造は、電荷分離層５４が導電層５２
の表面上に設けられている以外は図１０の構造と同様で
あって、入射光６５は透明基板５６、透明導電層５５及
び電解質層５３等を透過して電荷分離層５４の増感色素
に吸収され、図１０の光電変換装置６６とほぼ同様の動
作を行うが、発生した電子は電荷分離層５４に接する負
極としての導電層５２側から正極としての透明導電層５
５側に向かって外部回路６７内を移動する。
【００１０】しかしながら、上述した図１０及び図１１
の光電変換装置はいずれも、主として次のような２つの
問題点がある。即ち、透明導電層５５は比較的大きい電
気抵抗を有するので、電子がここを通過する際に導体損
失（導体の電気抵抗によって生じるジュール熱による損
失）が生じて光電変換効率が低下すると共に、透明導電
層５５による入射光６５の光吸収によって、入射光６５
のエネルギーの一部が光電変換に寄与できない。
【００１１】これらの２つの問題点はトレードオフの関
係にあり、同時に解消することができない。即ち、透明
導電層５５を厚く形成することによってその電気抵抗を
下げて、導体損失を減少させることができるが、厚さを
増やすと、入射光６５に対する光吸収が増加して光エネ
ルギーの損失が増大してしまう。
【００１２】そこで、これらの問題点のうち電気抵抗を
低減させるために、図１２及び図１３に示す構造の光電
変換装置が提案されている。
【００１３】図１２の光電変換装置６６Ｃにおいては、
透明導電層５５内の導体性能の劣化を低減するために、
図１０の構造に加えて、透明導電層５５の内面にアルミ
ニウムや銅等からなる低抵抗の金属配線５７を所定の間
隔で配置している。これによって、光電変換により電荷
分離層５４内で発生した電子が透明導電層５５からすぐ
に金属配線５７に集められ、或いは金属配線５７に直接
集められる。
【００１４】即ち、光電変換作用によって電荷分離層５
４内で生じた電子は、一部が透明導電層５５内を通過し
ても、低抵抗の金属配線５７内に比較的速やかに流入
し、或いは電子の発生箇所によっては透明導電層５５を
通過せずに金属配線５７内に直接移動することができる
ため、高抵抗の透明導電層５５内を電子が流れる割合が
減少し、低抵抗の金属配線５７を通して取り出されるこ
とになり、電気抵抗を減少させることができる。
【００１５】また、図１３の光電変換装置６６Ｄにおい
ては、金属配線５７を網状にして電解質層５３内に設け
ると共に、その電解質層５３の上下に電荷分離層５４及
び６０をそれぞれ設けている。これによって、導電層５
２及び透明導電層５５を負極側並列配線として、いずれ
においても光電変換で発生した電子を集めて正極の金属
配線５７に移動させ、電気抵抗を一層低減させている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示した光電変換装置６６Ｃでは、電荷分離層５４の面
積に対して金属配線５７の占める面積が１：１程度にな
るので、電荷分離層５４に入射光が入射できるための金
属配線５７間の光透過性領域である開口部７０の面積
（即ち、開口率）が減少してしまう。換言すれば、入射
光６５の一部が金属配線５７で反射されて電荷分離層５
４内に到達できなくなり、光エネルギーの損失が生じ
る。
【００１７】この光エネルギーの損失は、入射光を受け
入れる電荷分離層５４の面積に対する金属配線５７の占
める面積の割合を減少させることによって改善はされる
が、その結果、金属配線５７の幅又は断面積が減少する
ために、電気抵抗が増大すると共に、透明導電層５５内
で生じる導体性能の劣化も増加する。このために、これ
らの問題点もトレードオフの関係にあり、同時に解消す
ることができない。
【００１８】また、図１３に示した光電変換装置６６Ｄ
では、入射光６５は電荷分離層５４及び５４の何れの層
でも光電変換でき、金属配線５７間の開口部７０を通過
した光も電荷分離層５４で光電変換でき、また電荷分離
層６０を通過して金属配線５７によって反射した入射光
６５が電荷分離層６０内に再入射することも可能であ
る。従って、光エネルギーの損失をある程度は抑えるこ
とができるが、電荷分離層５４及び６０内の光電変換作
用で発生した電子は導電層５２又は透明導電層５５を通
過するために、上述したと同様の導体損失が生じ、かつ
構造が複雑であることから、製造コストが上昇する。
【００１９】更に、透明導電層５５での光吸収による光
エネルギーの損失は、図１２及び図１３の構造のいずれ
においても克服することはできない。
【００２０】本発明は、上記のような状況に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、電気抵抗に起因する導
体損失を低減すると共に入射光の吸収や反射等による光
エネルギーの損失も低減することができ、また構造も比
較的簡略化できる光電変換装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、第１電
極（例えば後述の導電層２：以下、同様）と、この第１
電極に接する電荷分離手段（例えば後述の電荷分離層４
及び電解質層３：以下、同様）と、この電荷分離手段に
接する第２電極（例えば後述の金属配線７及び透明導電
層５：以下、同様）と、前記第２電極の低抵抗部（例え
ば後述の金属配線７：以下、同様）に設けられた光透過
領域（例えば後述の開口部２０：以下、同様）に入射光
を導く導光手段（例えば後述のオンチップレンズ８：以
下、同様）とから構成され、前記導光手段によって前記
入射光が前記電荷分離手段に導びかれる光電変換装置
（例えば後述の湿式太陽電池として好適な光電変換装置
１６Ａ：以下、同様）に係わるものである。
【００２２】本発明によれば、前記電荷分離手段に接す
る前記第２電極に前記低抵抗部（即ち、導電性の高い導
電領域）を設けることによって、光電変換により前記電
荷分離手段内で光電変換により発生した電子が前記低抵
抗部に集められ、これを通して外部回路へ移動するた
め、上述した導体損失を低減して電子の低損失輸送経路
の確保（易動性の向上）を図ることができる。
【００２３】また、前記低抵抗部に設けられた前記光透
過領域に前記導光手段によって前記入射光が導かれ、更
に前記電荷分離手段に導びかれるため、入射光の少なく
とも大部分が前記電荷分離手段内に入射するように入射
光の経路を制御することができ、前記光透過領域以外の
領域で入射光が反射して生じ得る入射光の損失（光エネ
ルギーの損失）を防ぎ、効率良く入射光を前記電荷分離
手段内に入射させることができると共に、前記第２電極
に透明導電層の如き光吸収層が存在していても、これに
入射する光量を前記導光手段により低減して光吸収自体
も減少させることができる。こうした入射光の経路は、
前記光透過領域をより狭くしても実現可能であるため、
前記第２電極の前記低抵抗部の面積を入射光の導光に支
障がない程度に拡大できることによって、電子がこの低
抵抗部に流入し易くなると共に、電極の導電性をより高
めて、光エネルギー損失を抑えながら導体損失及びエネ
ルギー損失も同時に一層低減することができる。
【００２４】しかも、前記した第１及び第２電極と電荷
分離手段に加えて導光手段を設けるだけで、比較的簡略
な構造により、上記した導体損失及び光エネルギー損失
を低減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明においては、前記電荷分離
手段が、ヨウ素−ヨウ素化合物等からなる電解質層と、
この電解質層に接する電荷分離層とからなり、湿式の光
電変換装置として構成するのが望ましい。この場合、前
記電荷分離層が増感色素を含有又は付着により保有する
ＴｉＯ2等の半導体層からなるのが望ましい。
【００２６】また、前記電荷分離手段が、ｐ型半導体と
ｎ型半導体との接合体（ｐ−ｎ接合体又はｐ−ｉ−ｎ接
合体）からなり、乾式の光電変換装置として構成してよ
い。
【００２７】また、前記導光手段が前記光透過領域上に
設けられた凸又は凹のオンチップレンズであるのが、入
射光の導光性又は集光性や構造のコンパクト化の点で望
ましい。このオンチップレンズは光透過性の有機材料
（例えば透明基板上にフォトリソグラフィ技術で加工さ
れた透明樹脂）からなっていてよい。
【００２８】また、前記導光手段が前記光透過領域上に
積層されたレンズアレイ（例えば透明基板と一体型のガ
ラス製レンズアレイ）であってよい。
【００２９】また、前記オンチップレンズの位置を前記
第２電極の前記光透過領域に対応させるために、前記オ
ンチップレンズの隣接し合うレンズ部間の境界領域が前
記第２電極上に位置するのが望ましい。
【００３０】また、前記電荷分離手段内で発生した電子
の効率的な移動のために、前記第２電極が、所定パター
ンに形成されたＰｔ、Ｃｕ等の金属配線と、この金属配
線に接するＩＴＯ等の光透過性導電層とからなり、前記
金属配線及び前記光透過性導電層の少なくとも一方が前
記電荷分離手段に接しているのが望ましい。
【００３１】この場合、前記金属配線又は前記光透過性
導電層が前記電荷分離手段の側に配されていてよい。
【００３２】また、前記第２電極が、所定パターンに形
成されたＰｔ、Ｃｕ等の金属配線からなり、この金属配
線が前記電荷分離手段に接しているのが望ましい。
【００３３】この場合、前記金属配線が前記電荷分離層
又は前記電解質層に接してよい。
【００３４】以下、本発明の好ましい実施の形態を図面
の参照下に説明する。
【００３５】第１の実施の形態 図１に示すように、本実施の形態による湿式太陽電池と
しての光電変換装置１６Ａにおいては、ガラス又はプラ
スチックからなる基板１上に、例えば真空蒸着法、スパ
ッタリング、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）、ゾルゲル
法によりＩＴＯ、Ａｕ又はＰｔ等からなる導電層２が形
成されている。
【００３６】また、この導電層２上に設けられる電解質
層３は、ヨウ素−ヨウ素化合物を電解質とし、アセトニ
トリルとエチレンカーボネートの混合液を溶媒とした電
解液、例えば、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム０．
６ｍｏｌ／ｌとヨウ素５×１０2ｍｏｌ／ｌとを含む溶
液等からなる。
【００３７】また、この電解質層３上に設けられる電荷
分離層４は、増感色素であるルテニウム錯体［ＲｕＬ２
（ＮＣＳ）２；但し、Ｌ＝４，４’−ジカルボキシ−
２，２’−ビピリジン］を吸着させたＴｉＯ2超微粒子
層等の半導体層からなる。この超微粒子層はＴｉＯ２超
微粒子（直径１０〜３０ｎｍ）の焼結層からなり、この
焼結層内に増感色素を含浸させたものであってよく、或
いはＴｉＯ2半導体層上に増感色素を付着させたもので
あってもよい。
【００３８】この電荷分離層４は、ＴｉＯ２超微粒子か
らなる薄膜だけでなく、ＫＴａＯ3、ＺｎＯ、ＳｎＯ2等
の他の物質からなっていてよく、スパッタリング法やゾ
ルゲル法等により形成することができる。
【００３９】また、この電荷分離層４上に設けられる透
明導電層５は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、塗布法、ゾルゲル法等により形成された厚さ例えば
０．３μｍのＩＴＯ薄膜、酸化スズ（アンチモン又はフ
ッ素をドープしたもの）等からなる。
【００４０】また、金属配線７は、Ｐｔ等を真空蒸着法
等によって厚さ例えば３００ｎｍに成膜してから、リフ
トオフ法等によってパターニングした低抵抗配線からな
る。
【００４１】なお、上記の透明電極層５、金属配線７及
び電荷分離層４はこの順に、ガラス等の透明基板６上に
形成される。このパターンは、図２に示すように、入射
光１５を透過させる開口部２０を有する櫛状に形成され
る。
【００４２】この開口部２０に入射光１５を集光させる
ための凸レンズ８は、透明基板６上に形成された光透過
性の透明樹脂等の有機材料からなるオンチップレンズ、
又は透明基板６上に積層して固着されたレンズアレイ等
からなる。このようなレンズの材料やその作製方法は公
知のものであり、例えば一体型レンズアレイ又は平板マ
イクロレンズアレイ等を用いることができる。
【００４３】また、レンズ保護膜９は、凸レンズ８の保
護を目的とすると共に、入射光１５の全反射を防止しか
つ凸レンズ８による入射光１５の集光性を高めるため
に、屈折率が凸レンズ８よりも小さい材質からなる保護
膜であるが、必要に応じて設ければよい。
【００４４】また、導電層２と金属配線７とは外部回路
１７によって互いに接続され、電荷分離層４で光電変換
により発生した電子が外部負荷２１を通して金属配線７
（負極）から導電層２（正極）へと移動するように構成
している。
【００４５】上記のように構成された光電変換装置１６
Ａによれば、外部からの入射光１５がレンズ保護膜９を
透過した後に凸レンズ８に入射し、このレンズ効果によ
って集光されながら透明基板６と透明導電層５とを通過
した後に、隣接する金属配線７間の開口部２０に集光さ
れるので、金属配線７によって反射されることなしに電
荷分離層４内に効率良く入射することができる。
【００４６】そして、電荷分離層４内に入射した入射光
１５は、電荷分離層４内の増感色素に吸収され、光電変
換により正孔（ホール）及び電子の対を発生させる。
【００４７】こうして発生した電子は、電荷分離層４内
のＴｉＯ２超微粒子によって導かれ、一部は透明導電層
５内に一旦流入拡散してから金属配線７に流入するか、
或いは直接金属配線７内に流入する。この金属配線７は
導電性が高い（電気抵抗が低い）ために、流入した電子
をスムーズに外部回路１７へ導出し、外部負荷２１を経
由して導電層２へ移動させ、ここで電解質層３内のヨウ
素を還元し、ヨウ化物イオンを発生させる。このヨウ化
物イオンは、電荷分離層４の増感色素上で正孔（ホー
ル）に電子を供与し、自らは酸化される。
【００４８】ここで、図２に示す光電変換装置１６Ａの
平面レイアウトにおいて、金属配線７は、分岐電極７ａ
からなる櫛状電極部７ｂの一端側が連結部７ｃによって
共通に連結され、ここから外部回路１７に導出されるよ
うに構成されている。
【００４９】電荷分離層４内にこの分岐電極７ａが存在
するために、分岐電極７ａ間の開口部２０に集光された
入射光により電荷分離層４内で生じた電子が最も近い分
岐電極７ａに直ちに流入し易くなり、この分岐電極７ａ
から連結部７ｃを通して外部へスムーズに取り出され
る。そして、電子が比較的高抵抗の透明導電層５内を分
岐電極７ａまで通過する距離は実質的に分岐電極７ａ間
の距離（即ち、開口部２０の幅）の約１／２となるの
で、電子が透明導電層５内を通過する時に生じる導体損
失は大きく低減される。
【００５０】また、レンズ８は、櫛状電極７ｂの分岐電
極７ａ上に凸レンズ端部１８が位置するように櫛状電極
７ｂに沿って設けられており、入射光１５は、図１に示
すように、レンズ８によって集光されながら分岐電極７
a（金属配線７）間の開口部２０を通過して電荷分離層
４内に効率良く達するため、分岐電極７ａの反射が実質
的になくなり、光エネルギーの損失は最小限になる。
【００５１】なお、凸レンズ８及び金属配線７の設置位
置、大きさ、形状、設置数、材質等の諸条件は上記した
ものに限られず、任意に変更してよい。
【００５２】上記したように、本実施の形態によれば、
透明導電層５よりも導電性の高い低抵抗の金属配線７が
電荷分離層４に接して設けられているために、光電変換
により電荷分離層４内で発生した電子が金属配線７に流
入し易くなり、この金属配線７を通して外部へ導出でき
るため、電子をスムーズに、即ち、電子の低損失輸送経
路を確保して導電層２へ送ることができ、電気抵抗によ
る導体損失を大きく低減することができる。
【００５３】また、透明基板６上に設けられた凸レンズ
８によって入射光１５が電荷分離層４に効率良く導かれ
て集光されるために、金属配線７間の開口部２０を経て
入射光１５の少なくとも大部分を電荷分離層４に効率良
く入射できるために、金属配線７による入射光１５の反
射によって生じる入射光１５の光エネルギーの減少を最
小限に抑えながら光電変換効率を大きく向上させること
ができる。
【００５４】しかも、透明導電層５に入射光１５が入射
しても、この入射面積（入射光量）がレンズ８による集
光作用で低減するため、透明導電層５による光吸収自体
も減少させることができる。
【００５５】更に、入射光１５がレンズ８によって集光
できることにより、開口部２０の面積をより小さくして
も、電荷分離層４に入射光１５が効率良く入射できるの
で、金属配線７の面積又は幅を入射光１５の集光及び電
荷分離層４の機能に支障がない程度に拡大できることに
なり、これによって電子が金属配線７に一層容易に流入
すると共にその抵抗を更に減少できるので、金属配線７
の導電性をより高めて、導体損失及びエネルギー損失も
同時に一層低減することができる。
【００５６】この場合、開口部２０の幅と金属配線７の
幅との比率は例えば０．９：１と、従来のものよりも金
属配線７の幅を大きくすることができる。更に、金属配
線７の厚さも大きくすれば、その電気抵抗を一層減少さ
せることが可能である。
【００５７】なお、光電変換装置１６Ａ自体は、各層
２、３、４、５及び７に加えて集光用のレンズ８を設け
るだけで、比較的簡略な構造にして、上記した導体損失
及び光エネルギー損失を低減することができる。
【００５８】第２の実施の形態 本実施の形態による光電変換装置１６Ｂは、図３に示す
ように、金属配線７を電荷分離層４内から透明導電層５
上に移した以外は、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】本実施の形態によれば、金属配線７間の開
口部２０に集光されてここを通過した入射光１５が、透
明導電層５を透過して電荷分離層４に効率良く集光され
るために、電荷分離層４内で発生した電子が透明導電層
５を素早く通過して金属配線７に流入することができ
る。
【００６０】その他、本実施の形態においても、上述し
た第１の実施の形態と同様の作用効果が得られることは
言うまでもない。
【００６１】第３の実施の形態 本実施の形態による光電変換装置１６Ｃは、図４に示す
ように、透明導電層５が省略され、かつ金属配線７が電
荷分離層４の層厚方向の中間位置に埋設される以外は、
第１の実施の形態と同様である。
【００６２】本実施の形態においては、透明導電層５が
介在しないために、この透明導電層５による光エネルギ
ーの吸収をなくし、入射光１５のほぼ全てを電荷分離層
４内に到達させることができる。
【００６３】また、電荷分離層４内に金属配線７が埋設
されているので、電荷分離層４内で発生した電子が直接
金属配線７に流入することになり、透明導電層５内を電
子が通過する際に生じる導体損失がなくなる。そして、
入射光のうち金属配線７で反射される部分があっても、
これは極めて僅かであり、しかも再び電荷分離層４中で
光キャリアを発生させるので、光電変換効率の向上に寄
与する。
【００６４】なお、電荷分離層４内における金属配線７
の設置位置等は任意に決めてよく、例えば図５に示すよ
うに、電荷分離層４の表面に設けてもよい。
【００６５】その他、本実施の形態においても、上述し
た第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００６６】第４の実施の形態 本実施の形態による光電変換装置１６Ｄは、図６に示す
ように、上記した凸レンズ８の代りに、凹レンズ１９を
透明基板６の表面付近に設ける以外は、第１の実施の形
態と同様である。
【００６７】この凹レンズ１９の平面方向への配置は凸
レンズ８の配置とほぼ同様であるが、その作用は凸レン
ズ８の集光作用に対して発散作用を有しているので、そ
の発散作用によって凹レンズ１９に入射する入射光１５
を隣接する開口部２０の側に入射させることができるた
めに、金属配線７による反射はあっても、開口部２０へ
の入射光量は全体として十分に得られることになる。
【００６８】なお、凹レンズ８の設置位置、大きさ、形
状、設置数、材質等の諸条件は上記に限定されることは
なく、任意に変更してよい。
【００６９】その他、本実施の形態においても、上述し
た第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００７０】第５の実施の形態 本実施の形態による光電変換装置１６Ｅは、図７に示す
ように、金属配線７と電荷分離層４との間に透明導電層
５が凹凸状に設けられ、開口部２０の直下において電荷
分離層４が突起状をなしていてこの突起部２２が金属配
線７に近接している以外は、第１の実施の形態と同様で
ある。
【００７１】本実施の形態においては、入射光１５が金
属配線７間の開口部２０、更には透明導電層５を通過し
て電荷分離層４内に入射し、電荷分離層４内で発生した
電子が透明導電層５を通過して金属配線７に流入する。
【００７２】この際、電荷分離層４の突起部２２が金属
配線７に近接していて、この部分での透明導電層５の層
厚が薄くなっていると共に、突起部２２によって透明導
電層５と電荷分離層４との接触界面が拡大されているた
めに、電荷分離層４内で発生した電子が十分な量で、し
かも電荷分離層４から透明導電層５内を比較的短距離で
通過して金属配線７に移動し易くなり、電荷移動性及び
その分離効率が向上する。
【００７３】なお、金属配線７の加工方法として、透明
基板６上に形成した配線材料層を反応性イオンエッチン
グ法やイオンミリング法等でパターニングした後に透明
導電層５を被着するため、金属配線７のパターニング時
のダメージを与えることなしに透明導電層５を形成する
ことができる。金属配線７の上記加工方法は、ウェット
エッチング法等に比べて、より微細かつ高精度なパター
ン形成に適したエッチング方法である。
【００７４】その他、本実施の形態においても、上述し
た第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００７５】第６の実施の形態 本実施の形態による光電変換装置１６Ｆは、図８に示す
ように、透明導電層５を省略すると共に、金属配線７が
電解質層３の表面に位置し、かつ電荷分離層４が導電層
２と電解質層３との間に位置する以外は、第１の実施の
形態と同様である。
【００７６】本実施の形態においては、透明導電層５が
存在しないことにより、透明導電層５における導体損失
がなくなると共に、透明導電層５の光吸収によるエネル
ギー損失がなくなり、更には凸レンズ８の集光作用によ
ってほぼ全ての入射光１５を電荷分離層４内に導くこと
ができ、高い光電変換効率を得ることができる。
【００７７】そして、電荷分離層４で発生した電子は導
電層２を負極として正極の金属配線７へと移動し、ここ
で電解質層３のヨウ素を還元し、電荷分離層４の正孔に
電子を供与することになる。
【００７８】その他、本実施の形態においても、上述し
た第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００７９】第７の実施の形態 本実施の形態による光電変換装置１６Ｇは、図９に示す
ように、透明導電層５上に金属配線７を設けると共に、
透明導電層５下に導電層２との間に、乾式のアモルファ
スＳｉ（ａ−Ｓｉ）系太陽電池としてｎ型ａ−Ｓｉ層１
１、真性ａ−Ｓｉ層１２及びｐ型ａ−Ｓｉ層１３からな
るｐ−ｉ−ｎ接合の光電変換層を構成した以外は、第１
の実施の形態と同様である。
【００８０】本実施の形態においては、ｎ型ａ−Ｓｉ層
１１と金属配線７との間に透明導電層５が存在するため
に、アモルファスＳｉのｐ−ｉ−ｎ接合の光電変換層内
で発生した電子が、透明導電層５内を素早く通過して金
属配線７に流入することができ、更には、凸レンズ８の
集光作用によってほぼ全ての入射光１５を光電変換層内
に導くことができる。このため、高い光電変換効率を得
ることができると共に、金属配線７により導体損失を大
きく低減することができる。
【００８１】なお、ｎ型ａ−Ｓｉ層１１、真性ａ−Ｓｉ
層１２及びｐ型ａ−Ｓｉ層１３のそれぞれの構成物質や
厚さ等は任意に設定してよい。
【００８２】その他、本実施の形態においても、上述し
た第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８３】以上に説明した実施の形態は、本発明の技
術的思想に基づいて更に変形が可能である。
【００８４】例えば、導光手段としてオンチップレンズ
以外に液晶レンズ等を用いてもよい。また、上述の光電
変換装置においては、湿式型の単独構成又は乾式型の単
独構成について述べたが、湿式型と乾式型とを複合した
構成にしてもよく、例えば、平面方向に湿式型と乾式型
とを交互にならべたり、湿式型の下に乾式型を設置する
多重構造にしてもよい。
【００８５】
【発明の作用効果】上述したように、本発明によれば、
前記電荷分離手段に接する前記第２電極に前記低抵抗部
を設けることによって、光電変換により前記電荷分離手
段内で光電変換により発生した電子が前記低抵抗部に集
められ、これを通して外部回路へ移動するため、導体損
失を低減して電子の低損失輸送経路の確保を図ることが
できる。
【００８６】また、前記低抵抗部に設けられた前記光透
過領域に前記導光手段によって前記入射光が導かれ、更
に前記電荷分離手段に導かれるため、入射光の少なくと
も大部分が前記電荷分離手段内に入射するように入射光
の経路を制御することができ、前記光透過領域以外の領
域で入射光が反射して生じ得る入射光の損失を防ぎ、効
率良く入射光を前記電荷分離手段内に入射させることが
できると共に、前記第２電極に透明導電層の如き光吸収
層が存在していても、これに入射する光量を前記導光手
段により低減して光吸収自体も減少させることができ
る。こうした入射光の経路は、前記光透過領域をより狭
くしても実現可能であるため、前記第２電極の前記低抵
抗部の面積を入射光の導光に支障がない程度に拡大でき
ることによって、電子がこの低抵抗部に流入し易くなる
と共に、電極の導電性をより高めて、光エネルギー損失
を抑えながら導体損失及びエネルギー損失も同時に一層
低減することができる。
【００８７】しかも、前記した第１及び第２電極と電荷
分離手段に加えて集光手段を設けるだけで、比較的簡略
な構造により、上記した導体損失及び光エネルギー損失
を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光電変換装置
の概略断面図である。
【図２】同、光電変換装置の平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による光電変換装置
の概略断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による光電変換装置
の概略断面図である。
【図５】同、他の光電変換装置の概略断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による光電変換装置
の概略断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態による光電変換装置
の概略断面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態による光電変換装置
の概略断面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態による光電変換装置
の概略断面図である。
【図１０】従来例の光電変換装置の概略断面図である。
【図１１】同、他の光電変換装置の概略断面図である。
【図１２】同、他の光電変換装置の概略断面図である。
【図１３】同、更に他の光電変換装置の概略断面図であ
る。
【符号の説明】
１…基板、２…導電層、３…電解質層、４…電荷分離
層、５…透明導電層、６…透明基板、７…金属配線（分
岐又は櫛状電極）、７ａ…分岐電極、７ｂ…櫛状電極、
７ｃ…連結部、８…凸レンズ、９…レンズ保護膜、１１
…ｎ型ａ−Ｓｉ層、１２…真性ａ−Ｓｉ層、１３…ｐ型
ａ−Ｓｉ層、１５…入射光、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、
１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ、１６Ｇ…光電変換装置、１７
…外部回路、１８…凸レンズ端部、１９…凹レンズ、２
０…開口部、２１…外部負荷、２２…突起部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F051 AA14 FA04 FA17 HA07 5H032 AA06 AS06 AS16 CC09 CC16 EE04 EE07 EE16

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１電極と、この第１電極に接する電荷
    分離手段と、この電荷分離手段に接する第２電極と、前
    記第２電極の低抵抗部に設けられた光透過領域に入射光
    を導く導光手段とから構成され、前記導光手段によって
    前記入射光が前記電荷分離手段に導びかれる光電変換装
    置。
  2. 【請求項２】 前記電荷分離手段が、電解質層と、この
    電解質層に接する電荷分離層とからなる、請求項１に記
    載の光電変換装置。
  3. 【請求項３】 前記電荷分離層が増感色素を保有する半
    導体層からなる、請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 【請求項４】 前記電荷分離手段が、ｐ型半導体とｎ型
    半導体との接合体からなる、請求項１に記載の光電変換
    装置。
  5. 【請求項５】 前記導光手段が前記光透過領域上に設け
    られた凸又は凹のオンチップレンズである、請求項１に
    記載の光電変換装置。
  6. 【請求項６】 前記オンチップレンズが光透過性の有機
    材料からなる、請求項５に記載の光電変換装置。
  7. 【請求項７】 前記導光手段が前記光透過領域上に積層
    されたレンズアレイである、請求項１に記載の光電変換
    装置。
  8. 【請求項８】 前記オンチップレンズの隣接し合うレン
    ズ部間の境界領域が前記第２電極上に位置する、請求項
    ５に記載の光電変換装置。
  9. 【請求項９】 前記第２電極が、所定パターンに形成さ
    れた金属配線と、この金属配線に接する光透過性導電層
    とからなり、前記金属配線及び前記光透過性導電層の少
    なくとも一方が前記電荷分離手段に接している、請求項
    １に記載の光電変換装置。
  10. 【請求項１０】 前記金属配線又は前記光透過性導電層
    が前記電荷分離手段の側に配されている、請求項９に記
    載の光電変換装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２電極が、所定パターンに形成
    された金属配線からなり、この金属配線が前記電荷分離
    手段に接している、請求項１に記載の光電変換装置。
  12. 【請求項１２】 前記金属配線が前記電荷分離層又は前
    記電解質層に接している、請求項１１に記載の光電変換
    装置。
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