JP2011014815A - 光電変換デバイス、光電変換デバイスの製造方法および光電変換デバイスを塔載した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】有機光電変換材料を用いた光電変換デバイスの構造を改善し、光電変換効率を高め易い光電変換デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】互いに対をなす第１電極層１３と第２電極層１７とによって有機光電変換層１５が挟まれた積層構造を有する光電変換部２０Ａを１組以上備えた光電変換デバイス５０Ｃを構成するにあたり、光電変換部の１つの側面を受光面とすることで有機光電変換層１５での光路長を稼ぎ、これにより有機光電変換層１５での光吸収量を増やして光電変換効率を向上させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、光信号あるいは光エネルギーを電気信号あるいは電気エネルギーに変換する光電変換デバイスに関し、光エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する太陽電池、光を感知するフォトセンサ、変調された光信号を受信するための光通信素子、物体の形状や画像などの各種情報を電気信号として取り出す画像読取デバイスなどに用いられる光電変換デバイスに関する。

光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換デバイスは太陽電池などとして用いられており、シリコン単結晶やシリコン多結晶などの無機半導体材料を用いたものが多く開発されている。しかしながら、無機半導体材料を用いた光電変換デバイスはその作製に大掛かりな微細加工プロセスが必要であり、工数が非常に多く、大面積化も難しい。

このような無機半導体材料に代わるものとして、簡便なプロセスでパターニングすることができ、かつ無機半導体材料と同様の機能を発現できる有機光電変換材料が知られている。例えば特許文献１には、有機光電変換材料を用いた太陽電池などの光電要素が記載されている。この光電要素では、有機光電変換層を上下２層の電極層で挟んだ積層体が透明支持基板上に形成され、上記積層体の下面側（透明支持基板側）を受光面とする。

特開昭５４−２７７８７号公報

しかしながら、有機光電変換層における光吸収量と有機光電変換層で発生した電荷の取り出し効率とはトレードオフの関係にあり、両者を同時に満足するためには有機光電変換層の膜厚を１００ｎｍ（ナノメートル）程度にしなければならない。このため、特許文献１の光電要素におけるように有機光電変換層を上下２層の電極層で挟んだ積層体の下面側から光を入射させた場合には、有機光電変換層での光路長が１００ｎｍ程度という僅かなものにしかならない。この程度の光路長では、有機光電変換層に含まれている有機光電変換材料での光吸収が十分には行われないので、光電変換による電気信号および電気エネルギーも十分には得られない。すなわち、有機光電変換層での光電変換効率を十分に確保することができない。

本発明は、有機光電変換材料を用いた光電変換デバイスの構造を改善し、光電変換効率を高め易い光電変換デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光電変換デバイスは、互いに対をなす第１電極層と第２電極層によって有機光電変換層が挟まれた積層構造を有する光電変換部を１組以上備え、光電変換部での１つの側面を受光面とする。

本発明の光電変換デバイスの製造方法は、互いに対をなす第１および第２電極層によって有機光電変換層が挟まれた積層構造を有する光電変換部が支持基板上に形成され、光電変換部で生じた電気エネルギーを該光電変換部から取り出すための第１および第２電極引き出し部が光電変換部の側方から支持基板上にかけて形成された光電変換デバイスの製造方法であり、第１電極引き出し部での支持基板上の領域、第２電極引き出し部での支持基板上の領域、および第１電極引き出し部での支持基板上の領域には接続され、第２電極引き出し部での支持基板上の領域からは離隔された第１電極層を任意の順番で支持基板に形成し、光電変換部での１つ側面の外方に位置することになる箇所には、有機光電変換層での吸収波長領域の光を透過させる光入射部を第１電極層から離隔させて設け、光電変換部での上記側面とは反対側に、第１および第２電極引き出し部それぞれの一部と第１電極層とを挟んで、有機光電変換層からの透過光を光電変換部側に反射させるための第１光反射部を光入射部と略平行になるように第１電極層から離隔させて設け、第１電極層上に有機光電変換層および第２電極層をこの順番で積層して１組の光電変換部を形成した後、該光電変換部上に順次、他の光電変換部を積層形成し、各光電変換部の有機光電変換層の形成時には、第１電極層と第１電極引き出し部との接続箇所、および第２電極層と第２電極引き出し部との接続箇所をそれぞれ除き、該有機光電変換層により該有機光電変換層の下側の電極層の上面および全外周面を覆う。

本発明の光電変換デバイスでは、互いに対をなす第１電極層と第２電極層によって有機光電変換層が挟まれた積層構造を有する光電変換部の１つの側面を受光面とするので、有機光電変換層での光路長を稼ぐことができる。そのため、有機光電変換層での光吸収量を増やすことができ、有機光電変換層における光電変換効率を向上させることができる。

本発明の光電変換デバイスを原理的に示す断面図 図１に示した光電変換デバイスでの光電変換部をさらに拡大した拡大図 支持基板側を入射光の受光面とする従来型の光電変換デバイスの一例を概略的に示す断面図 本発明の光電変換デバイスのうちで複数の有機光電変換層を用いて構成されたもの一例を概略的に示す断面図 本発明の光電変換デバイスのうちで複数の有機光電変換層を用いて構成されたものの他の例を概略的に示す断面図 本発明の光電変換素子を光通信受光素子として用いた可視光通信システムの一例を示す概略図 図６に示した可視光通信システムでの端末装置を概略的に示す斜視図 図６に示した可視光通信システムでの端末装置を概略的に示す他の斜視図 図７および図８に示した端末装置を概略的に示すブロック図 本発明の光電変換デバイスのうちで光学フィルター、光反射層、および封止部を有する光電変換デバイスの一例を概略的に示す斜視図 図１０に示した光電変換デバイスでの各光電変換部と各電極引き出し部とを概略的に示す斜視図 図１０に示した光電変換デバイスでのフィルター保持層、光学フィルター、および光反射層を概略的に示す斜視図 本発明の光電変換デバイスのうちで第１電極引き出し部と第２電極引き出し部とが互いに別々の方向に引き出されたものの一例を概略的に示す断面斜視図 本発明の光電変換デバイスのうち、各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた外周部にも有機光電変換層が形成されたものの一例を概略的に示す断面斜視図 本発明の光電変換デバイスのうち、各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた外周部にも有機光電変換層が形成されたものの他の例を概略的に示す断面斜視図 本発明の光電変換デバイスのうち、各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた外周部にも有機光電変換層が形成された光電変換デバイスのさらに他の例を概略的に示す断面図 図１６に示した光電変換デバイスを概略的に示す他の断面図 図１６に示した光電変換デバイスを概略的に示すさらに他の断面図 電気的な短絡が生じた光電変換デバイスの一例を概略的に示す断面図 電気的な短絡が生じた光電変換デバイスの一例を概略的に示す他の断面図 図１６に示した光電変換デバイスで各第１電極層を透明電極層とし、各第２電極層を高反射特性の電極層としたときの光の進路の一例を概略的に示す断面図 図１６に示した光電変換デバイスで各第１電極層を透明電極層とし、各第２電極層を高反射特性の電極層としたときの光の進路の他の例を概略的に示す断面図 本発明の光電変換デバイスのうち、吸収波長領域が互いに異なる複数の有機光電変換層を具備したものの一例を概略的に示す断面図 図２３中に破線で示した領域ＸＸＩＶの拡大図 本発明の光電変換デバイスの製造方法の一例を概略的に示す工程図 本発明の光電変換デバイスの製造方法の他の例を概略的に示す工程図 図２６に示した（３）の工程でのサブ工程を概略的に示す工程図

第１の発明の光電変換デバイスは、互いに対をなす第１電極層と第２電極層によって有機光電変換層が挟まれた積層構造を有する光電変換部を１組以上備え、光電変換部での１つの側面を受光面とする。この光電変換デバイスでは、有機光電変換層での光路長を稼ぐことができる。そのため、有機光電変換層での光吸収量を増やすことができ、有機光電変換層における光電変換効率を向上させることができる。

第２の発明の光電変換デバイスは、上記第１の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、有機光電変換層が少なくとも電子供与性有機材料と電子受容性有機材料とを含む。この光電変換デバイスでは、光吸収により生じた正孔が電子供与性有機材料から電極層へと移動し、光吸収により生じた電子が電子受容性有機材料から電極層へと移動するので、光電変換効率を高め易い。

第３の発明の光電変換デバイスは、上記第１の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、第１電極層と第２電極層の少なくとも一方が光反射性の電極層となっている。この光電変換デバイスでは、有機光電変換層を透過して光反射性の電極層に達した光が該光反射性の電極層で反射して有機光電変換層に再び入射するので、有機光電変換層での光路長をさらに稼ぐことができる。そのため、有機光電変換層での光吸収量をさらに増やすことができ、有機光電変換層における光電変換効率をさらに向上させることができる。

第４の発明の光電変換デバイスは、上記第１の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、光電変換部が形成された支持基板と、光電変換部を覆うようにして支持基板に気密に取り付けられて光電変換部への酸素および水分の侵入を防ぐ封止部とをさらに備える。この光電変換デバイスでは、光電変換部への酸素や水分の侵入が封止部により抑えられるので光電変換部の長寿命化を図り易く、結果としてデバイスの長寿命化も図り易い。

第５の発明の光電変換デバイスは、上記第１の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、光電変換部を複数組備え、該複数組の光電変換部の各々は、上側の電極層が該光電変換部の直上の光電変換部での下側の電極層となるように積層されている。この光電変換デバイスでは、積層方向に隣り合う光電変換部の間に電気絶縁層を設けなくても良いので、当該電気絶縁層を設けた光電変換デバイスに比べて製造工数を低減させることができる。また、単位厚さ当たりの有機光電変換層の数を増やすことができ、これに伴って光吸収量も増大するので、上記の電気絶縁層を設けた同じ大きさの光電変換デバイスに比べて光電変換効率を向上させることができる。

第６の発明の光電変換デバイスは、上記第１の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、光電変換部を複数組備え、該複数組の光電変換部は、前記有機光電変換層での光の吸収波長領域が互いに異なる２種類以上の光電変換部を含んでいる。この光電変換デバイスでは、個々の種類の光電変換部が互いに異なる波長の光を吸収して光電変換を行うので、吸収波長領域が互いに同じ複数の光電変換部を備えたものに比べ、より広範囲の波長領域の光により光電変換が行われ、結果として光電変換効率が向上する。

第７の発明の光電変換デバイスは、上記第１の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、光電変換部を複数組備え、該複数組の光電変換部の各々は受光面の方向を揃えて積層されており、該複数組の光電変換部での受光面の外側には、有機光電変換層での吸収波長領域の光を透過させる光入射部が設けられている。この光電変換デバイスでは、入射光の波長域を光入射部により選択することが可能になる。

第８の発明の光電変換デバイスは、上記第７の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、光入射部は、所定の波長域の光を選択的に透過させる光学フィルターと、該光学フィルターを保持するフィルター保持層とを有する。

第９の発明の光電変換デバイスは、上記第７の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、複数組の光電変換部での受光面と反対の側の外方に設けられて有機光電変換層からの透過光を光電変換部側に反射させる光反射部をさらに備えている。この光電変化デバイスでは、有機光電変換層からの透過光が光反射部により光電変換部側に反射されて有機光電変換層に再び入射するので、有機光電変換層での光路長をさらに稼ぐことができる。そのため、有機光電変換層での光吸収量をさらに増やすことができ、有機光電変換層における光電変換効率をさらに向上させることができる。

第１０の発明の光電変換デバイスは、上記第９の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、複数組の光電変換部が形成された支持基板と、複数組の光電変換部の各々での第１電極層に接続されて光反射部の外方にまで延在する第１電極引き出し部と、複数組の光電変換部の各々での第２電極層に接続されて光反射部の外方にまで延在する第２電極引き出し部とをさらに備えている。複数組の光電変換部の各々での有機光電変換層は、該有機光電変換層の下側の電極層での光入射部側の外周部および光反射部側の外周部で該電極層の下側の有機光電変換層に接続されている。この光電変換デバイスでは、各電極層の形成時に該電極層がその下側の電極層と接してしまうことが有機光電変換層により抑えられるので、異極間での電気的な短絡（ショート）を防止し易い。

第１１の発明の光電変換デバイスは、上記第７の発明の光電変換デバイスに含まれるものであり、複数組の光電変換部が形成された支持基板と、複数組の光電変換部での受光面以外の側面の外方に設けられて有機光電変換層からの透過光を光電変換部側に反射させる光反射部と、複数組の光電変換部の各々での第１電極層に接続されて光反射部の外方にまで延在する第１電極引き出し部と、複数組の光電変換部の各々での第２電極層に接続されて光反射部の外方にまで延在する第２電極引き出し部とをさらに備えている。複数組の光電変換部の各々での有機光電変換層は、第１電極層と第１電極引き出し部との接続箇所、および第２電極層と第２電極引き出し部との接続箇所をそれぞれ除き、当該有機光電変換層の下側の電極層の全外周部で該電極層の下側の有機光電変換層に接続されている。

この光電変化デバイスでは、有機光電変換層からの透過光が光反射部により光電変換部側に反射されて有機光電変換層に再び入射するので、有機光電変換層での光路長をさらに稼ぐことができる。そのため、有機光電変換層での光吸収量をさらに増やすことができ、有機光電変換層における光電変換効率をさらに向上させることができる。また、各電極層の形成時に該電極層がその下側の電極層と接してしまうことが有機光電変換層により抑えられるので、異極間での電気的な短絡（ショート）を防止し易い。

第１２の発明は、互いに対をなす第１電極層および第２電極層によって有機光電変換層が挟まれた積層構造を有する光電変換部が支持基板上に形成され、光電変換部で生じた電気エネルギーを該光電変換部から取り出すための第１電極引き出し部および第２電極引き出し部が光電変換部の側方から支持基板上にかけて形成された光電変換デバイスの製造方法であって、第１電極引き出し部での支持基板上の領域、第２電極引き出し部での支持基板上の領域、および第１電極引き出し部での支持基板上の領域には接続され、第２電極引き出し部での支持基板上の領域からは離隔された第１電極層を任意の順番で支持基板に形成し、光電変換部での１つ側面の外方に位置することになる箇所には、有機光電変換層での吸収波長領域の光を透過させる光入射部を第１電極層から離隔させて設け、光電変換部での上記側面とは反対側に、第１電極引き出し部および第２電極引き出し部それぞれの一部と第１電極層とを挟んで、該有機光電変換層からの透過光を光電変換部側に反射させるための第１光反射部を光入射部と略平行になるように第１電極層から離隔させて設け、第１電極層上に有機光電変換層および第２電極層をこの順番で積層して１組の光電変換部を形成した後、該光電変換部上に順次、他の光電変換部を積層形成し、各光電変換部の有機光電変換層の形成時には、第１電極層と第１電極引き出し部との接続箇所、および第２電極層と第２電極引き出し部との接続箇所をそれぞれ除き、有機光電変換層により該有機光電変換層の下側の電極層の上面および全外周面を覆い、支持基板の直上の第１電極層以外の第１電極層の形成時には、第１電極層の側方から該第１電極層の下側の有機光電変換層の側方にかけて、第１電極引き出し部での光電変換部側方の領域となる導電部を第１電極層と一体に形成し、第２電極層の形成時には、第２電極層の側方から該第２電極層の下側の有機光電変換層の側方にかけて、第２電極引き出し部での光電変換部側方の領域となる導電部を第２電極層と一体に形成する。この製造方法によれば、上述した第１０の発明の光電変換デバイスが得られる。

第１３の発明の光電変換デバイスの製造方法は、上記第１２の発明の光電変換デバイスの製造方法に含まれるものであり、光電変換部の各々を形成した後に光入射部と第１光反射部との間に第２光反射部および第３光反射部を架設して、光電変換部の各々の周囲を光入射部、第１光反射部、第２光反射部、および第３光反射部により取り囲む。この製造法によれば、上述した第１１の発明の光電変換デバイスが得られる。

第１４の発明の電子機器は、上述した第１の発明の光電変換デバイスが搭載された電子機器である。この電子機器は、第１の発明の光電変換デバイスを備えているので、有機光電変換層での光吸収量を増やすことができ、有機光電変換層における光電変換効率を向上させることができる。そのため、光信号や光エネルギーに対する感度が高いものを容易に得ることができる。

以下、本発明の光電変換デバイス、光電変換デバイスの製造方法、および電子機器の各々について、その例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明するものに限定されるものではない。

図１は、本発明の光電変換デバイスを原理的に示す断面図であり、図２は、図１に示した光電変換デバイスでの光電変換部をさらに拡大した拡大図である。図１に示す光電変換デバイス５０Ａは、入射光１００の光エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスであり、支持基板１０、該支持基板１０上に形成された光電変換部２０Ａ、および該光電変換部２０Ａに接続された２本の接続線２３ａ，２３ｂを備えている。そして、光電変換部２０Ａは第１電極層１３、有機光電変換層１５、および第２電極層１７が支持基板１０側からこの順番で積層された積層構造を有している。

上記の支持基板１０は透明基板および非透明基板のいずれであってもよく、該支持基板１０としては電気絶縁性基板が好適に用いられる。支持基板１０上に第１電極層１３、有機光電変換層１５、および第２電極層１７を積層することにより、光電変換デバイス５０Ａの製造が容易になる。

第１電極層１３および第２電極層１７は互いに対をなす電極層、すなわち一方が正極として用いられ、他方が負極として用いられる電極層であり、どちらの電極層を正極とするかは適宜選択される。これら第１電極層１３と第２電極層１７の少なくとも一方は、入射光１００の反射率が高い高光反射性を有していることが好ましい。図示の例では、第１電極層１３および第２電極層１７の各々が高光反射性を有している。

有機光電変換層１５は、例えば電子供与性有機材料と電子受容性有機材料とを含む材料により構成される。図２に示すように、電子供与性有機材料１５ａと電子受容性有機材料１５ｂとの混合物により有機光電変換層１５を形成することも可能である。ここで、有機光電変換層１５についていう「混合物」とは、液体または固体状の材料を容器に入れ、必要であれば溶剤を加えた上で攪拌などを行うことにより混ざり合った状態のものを意味する。混合物での各成分の混合状態は均一である必要はなく、不均一に混合されていても良いし、一部のみが混合物を形成していても良い。また、複数種の電子供与性有機材料１５ａまたは複数種の電子受容性有機材料１５ｂが含まれていても良い。さらには、電子供与性有機材料１５ａの層と電子受容性有機材料１５ｂの層とが別々に形成されていても良い。この場合は、電子供与性有機材料１５ａの層と電子受容性有機材料１５ｂの層とを互いに別の方法で成膜することもできる。また、電子供与性有機材料１５ａの層と電子受容性有機材料１５ｂの層とは互いに完全に分離していなくてもよく、層間の一部が混合状態を形成していても良い。

有機光電変換層１５に光が入射すると、電子供与性有機材料１５ａや電子受容性有機材料１５ｂが光を吸収してエキシトン（図示せず）を生成する。エキシトンは正孔および電子（いずれも図示せず）にかい離し、それぞれ電子供与性有機材料１５ａまたは電子受容性有機材料１５ｂへと移動して、ここから第１電極層１３または第２電極層１７へとさらに移動する。第１電極層１３を接続線２３ａにより外部負荷に接続し、第２電極層１７を接続線２３ｂにより外部負荷に接続することにより、有機光電変換層１５での光電変換により生じた電気信号や電気エネルギーを取り出すことができる。したがって、少なくとも電子供与性有機材料１５ａと電子受容性有機材料１５ｂとを用いて有機光電変換層１５を構成すると、有機光電変換層１５での光電変換効率を高め易くなる。

例えば、図３に示す従来型の光電変換デバイス６０におけるように、透明な支持基板１０ａと透明電極材料からなる第１電極層１３ａとを用いて光電変換部２０Ｂを構成し、かつ透明な支持基板１０ａ側を入射光１００の受光面にすると、第２電極層１７に達して該第２電極層１７で反射した光の多くが第１電極層１３ａおよび透明な支持基板１０ａを透過して外部に出射してしまうので、有機光電変換層１５での光路長が該有機光電変換層１５の厚さの２倍程度にしかならない。

しかしながら、上述の光電変換デバイス５０Ａは、光電変換部２０Ａでの所望の側面を入射光１００の受光面とする。このため、光電変換部２０Ａの受光面から該光電変換部２０Ａに入射した光は、例えば図１中の光電変換部２０Ａ内に白抜きの矢印で示すように、第１電極層１３と第２電極層１７との間で反射を繰り返して当該光電変換部２０Ａを透過することになり、有機光電変換層１５を通る光の光路長が該有機光電変換層１５の厚さの２倍よりも遥かに長くなる。その結果として、光電変換デバイス５０Ａでは、図３の光電変換デバイス６０に比べて有機光電変換層１５での光吸収量が増加して光電変換による電気エネルギーが増大する。すなわち、有機光電変換層１５での光電変換効率が高まる。

なお、図１においては、有機光電変換層１５と第２電極層１７の接合面と有機光電変換層１５と第１電極層１３の接合面は水平になっているが、これらの接合面は傾斜していても良い。傾斜した接合面は、水平の接合面に比べて面積が大きくなるので、光電変換部２０Ａに入射した光が接合面によって反射される確率が増大し、ひいては、有機光電変換層１５を通る光の光路長が増大するので光電変換デバイス５０Ａの光の吸収効率が増大する。これらの接合面を傾斜させる場合、有機光電変換層の厚さは、光電変換の効率を考慮すると、数１０ｎｍの範囲になるように形成することが好ましい。

なお、これらの接合面は、平滑にするよりも凹凸を設ける方が好ましい。凹凸を設けた接合面は、平滑な接合面よりも表面積が大きくなるので、入射した光が反射される確率が増大する。

また、接合面に凹凸を設ける場合は、片方の接合面のみに凹凸を設ける方が好ましい。両方の接合面に凹凸を設けた場合は、第１電極層１３と第２電極層１７が短絡する可能性が高くなるからである。

本発明の光電変換デバイスは、複数組の光電変換部を用いて構成することもできる。図４および図５は、本発明の光電変換デバイスのうちで複数の有機光電変換層を用いて構成されたもの一例を概略的に示す断面図および、他の例を概略的に示す断面図である。

図４に示す光電変換デバイス５０Ｂは、図１に示した光電変換デバイス５０Ａでの光電変換部２０Ａと電気絶縁層２５とを支持基板１０上にこの順番で支持基板１０上に繰り返し積層し、最も上の電気絶縁層２５上にさらに光電変換部２０Ａを積層した構造を有している。各電気絶縁層２５は、第２電極層１７とその上の第１電極層１３との間に介在する。各第１電極層１３に接続線２３ａが接続されており、各第２電極層１７に接続線２３ｂが接続されている。

一方、図５に示す光電変換デバイス５０Ｃは、第１電極層１３、有機光電変換層１５、第２電極層１７、および有機光電変換層１５をこの順番で支持基板１０上に繰り返し積層し、最も上の有機光電変換層１５上にさらに第１電極層１３を積層した構造を有している。図１に示した光電変換デバイス５０Ａにおけるのと同様に、第１電極層１３と有機光電変換層１５と第２電極層１７により１つの光電変換部２０Ａが構成される。ただし、第１電極層１３と第２電極層に着目した場合、これら第１電極層１３と第２電極層１７とは支持基板１０の上方に交互に配置されており、第２電極層１７を上にした光電変換部２０Ａと第２電極層１７を下にした光電変換部２０Ａとが交互に積層された構成となっている。各第１電極層１３に接続線２３ａが接続されており、各第２電極層１７に接続線２３ｂが接続されている。

これら光電変換デバイス５０Ｂ，５０Ｃの各々は、複数の光電変換部２０Ａを有しているので、実施例１で説明した光電変換デバイス５０Ａに比べて高い光電変換量を得ることができる。また、図５に示した光電変換デバイス５０Ｃは、図４に示した光電変換デバイス５０Ｂで用いられている電気絶縁層２５が不要であると共に、各光電変換部２０Ａがその上または下の光電変換部２０Ａと電極層を共有していて光電変換デバイス５０Ｂよりも電極層の総数が少なくて済むので、光電変換デバイス５０Ｂによりも製造工数を低減させることができ、効率良く製造することができる。さらには、単位厚さ当たりの有機光電変換層１５の数が光電変換デバイス５０Ｂに比べて増え、これに伴って光吸収量も増大するので、互いに同じ大きさであれば光電変換デバイス５０Ｂよりも光電変換効率を向上させることができる。

上述した技術的効果を奏する光電変換デバイス５０Ｂ，５０Ｃは、例えば光通信受光素子として用いることができる。以下、図６〜図９を参照して、本発明の光電変換素子を光通信受光素子として用いるときの使用例について説明する。図６は、本発明の光電変換素子を光通信受光素子として用いた可視光通信システムの一例を示す概略図であり、図７および図８の各々は、図６に示した可視光通信システムでの端末装置を概略的に示す斜視図および、他の斜視図であり、図９は、図７および図８に示した端末装置を概略的に示すブロック図である。

図６に示す光通信システム１５０では、制御装置１１０による制御の下に変調された光信号を含む可視光１１５が室内照明灯などの光源装置１２０から出射され、当該可視光１１５を受光した端末装置１４０が可視光１１５中の光変調信号を抽出し、該光変調信号に基づいて所定の処理を行う。これにより、光源装置１２０から出射される可視光１１５を介して制御装置１１０から端末装置１４０への可視光通信がなされる。

上記の光変調信号には、制御装置１１０が端末装置１４０に対して何らかの制御を行うための制御情報や、端末装置１４０が出力すべき出力情報などが含まれている。端末装置１４０は、上記光変調信号中の出力情報をヒト１４５が知覚可能な情報形態、例えば文字、図形、キャラクタなどの視覚表示や合成音声に変換して出力する。例えばＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ；電力線通信）や無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など、可視光１１５とは別の通信手段（図示せず）により端末装置１４０から制御装置１１０への通信が可能になれば、制御装置１１０と端末装置１４０との間で双方向通信が可能となる。

上記の端末装置１４０は、本発明の電子機器に含まれるものであり、図７および図８に示すように、本発明の光電変換デバイス１３０を備えている。この端末装置１４０は、光電変換デバイス１３０、出力部１３５などを備えており、図６に示した可視光１１５のうちで受光面１３０ａに入射する光が図４および図５に示した入射光１００に相当する。

端末装置１４０の内部には、図９に示すように、光電変換デバイス１３０の接続線２３ａ，２３ｂが接続される電流−電圧変換部（Ｉ−Ｖ変換部）１３１、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）１３２、増幅装置（Ａｍｐ）１３３、および復調部１３４が設けられている。光電変換デバイス１３０から出力された電気エネルギーは、電流−電圧変換部１３１により電気信号に変換され、バンドパスフィルター１３２により特定の周波数範囲の電気信号だけが取り出される。取り出された電気信号は増幅装置１３３により増幅され、復調部１３４により出力信号へと変換され、該出力信号を受けた出力部１３５により出力される。図示の例では、出力部１３５としてスピーカが用いられており、該出力部１３５により所定の合成音声ＳＶが再生される。勿論、人が感知できる他の出力形態、例えば文字、図形、キャラクタなどによる視覚表示を出力部１３５が行うように構成することもできる。

本発明の光電変換デバイスには、有機光電変換層での吸収波長領域の光を透過させる光入射部を光電変換部での受光面の外側に設けたり、有機光電変換層からの透過光を光電変換部側に反射させる光反射部を光電変換部での受光面と反対の側に設けたり、光電変換部への酸素や水分の侵入を防ぐ封止部を設けたりすることができる。

図１０は、本発明の光電変換デバイスのうちで光学フィルター、光反射層、および封止部を有する光電変換デバイスの一例を概略的に示す斜視図であり、図１１は、図１０に示した光電変換デバイスでの各光電変換部と各電極引き出し部とを概略的に示す斜視図であり、図１２は、図１０に示した光電変換デバイスでの光入射部および光反射部を概略的に示す斜視図である。

図１０に示す光電変換デバイス５０Ｄは、各接続線２３ａ，２３ｂと各光電変換部２０Ａとの間に第１電極引き出し部２７ａと第２電極引き出し部２７ｂとが介在している点、各光電変換部２０Ａでの受光面の外側に光入射部３３が設けられている点、各光電変換部２０Ａの側方に光反射部３５が設けられている点、および各光電変換部２０Ａが封止部４０により封止されている点をそれぞれ除き、図５に示した光電変換デバイス５０Ｃと同様の構成を有している。

図１０〜図１２に示すように、上記の第１電極引き出し部２７ａと第２電極引き出し部２７ｂとは、各光電変換部２０Ａでの入射光１００の受光面の側方に位置する１つの面から支持基板１０の上面にかけて形成されている。第１電極引き出し部２７ａは、光電変換デバイス５０Ｄを構成する各第１電極層１３に電気的に接続されており、各第２電極層１７（図５参照）とは電気的に分離されている。同様に、第２電極引き出し部２７ｂは、光電変換デバイス５０Ｄを構成する各第２電極層１７に電気的に接続されており、各第１電極層１３とは電気的に分離されている。図１０に示すように、第１電極引き出し部２７ａは接続線２３ａにより外部負荷、図示の例では図９に示した電流−電圧（Ｉ−Ｖ）変換部１３１に接続され、第２電極引き出し部２７ｂは接続線２３ｂにより外部負荷（Ｉ−Ｖ変換部１３１）に接続される。

第１電極引き出し部２７ａおよび第２電極引き出し部２７ｂの各々を上述のようにして設けることにより、各有機光電変換層１５で得られる電気エネルギーを一度にまとめて取り出すことができる。なお、図１０〜図１２においては、第１電極引き出し部２７ａと第２電極引き出し部２７ｂの各々が同じ方向に引き出されているが、図１３に示すように、第１電極引き出し部２７ａと第２電極引き出し部２７ａとを互いに別々の方向に引き出しても良い。

光入射部３３は、図１０および図１２に示すように、光学フィルター３３ａとフィルター保持層３３ｂとを有している。光学フィルター３３ａは、例えば顔料や染料などの色材を含有した有機材料により作製され、入射光１００中の所定の波長域の光を選択的に透過させて各光電変換部２０Ａへの入射光の波長域を制限する。フィルター保持層３３ｂは、有機材料または無機材料により作製されて光学フィルター３３ａを保持する。例えば、有機系または無機系の透明基板からなるフィルター保持層３３ｂ上に光学フィルター３３ａが形成され、当該フィルター保持層３３ｂが光電変換デバイス５０Ｃでの所定箇所に接着剤（図示せず）などを用いて固定される。

光反射部３５は、図１０および図１２に示すように、各光電変換部２０Ａでの受光面と反対側と側方、すなわち各光電変換部２０Ａの側方のうちで受光面側を除いた残りの側方に配置されている。この光反射部３５は、有機材料または無機材料により作製され、各光電変換部２０Ａに入射して該光電変換部２０Ａを透過した光を光電変換部２０Ａ側に反射させる。

封止部４０は、図１０に示すように、支持基板１０に気密に取り付けられて各光電変換部２０Ａを封入するための密閉空間を形成する。この封止部４０は、外部雰囲気から各光電変換部２０Ａを分離し、外部雰囲気中の酸素や水分が各光電変換部２０Ａへ侵入するのを防止する。図示の例では、キャップ状の封止材４０ａと該封止材４０ａを支持基板１０に固定する封止樹脂４０ｂにより当該封止部４０が構成されている。封止材４０ａは、入射光１００を透過させる透明有機材料または透明無機材料により作製され、封止樹脂４０ｂとしては、酸素や水分の透過性が低い光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などが用いられる。なお、前述した第１電極引き出し部２７ａおよび第２電極引き出し部２７ｂの各々は、封止部４０の外部にまで延在している。

上述した構成を有する光電変換デバイス５０Ｄでは、光学フィルター３３ａにより各光電変換部２０Ａへの入射光の波長域が制限されるので、例えば互いに波長が異なる複数の光変調信号の中から所定の光変調信号のみを受光して電気信号に変換することが可能になる。勿論、光電変換デバイス５０Ｄは光通信以外の用途にも適用可能である。例えば画像読取デバイスとして用いる場合には、光学フィルター３３ａを赤（Ｒ）色フィルター、緑（Ｇ）色フィルター、または青（Ｂ）色フィルターとすることで、カラー画像の読取に適した画像読取デバイスを提供することができる。光電変換デバイス５０Ｄを太陽電池に利用する場合には、特定の波長域の光を選択的に透過する機能を有する光学フィルター３３ａの代わりに、広い波長域に亘って光を透過する光学フィルターを設けても良い。

また、上述した光電変換デバイス５０Ｄでは、各光電変換部２０Ａに入射した光が当該光電変換部２０Ａの背面側や側面側に漏れ出てしまうことが光反射部３５により防止されると共に、光電変換部２０Ａを透過して光反射部３５に達した光が該光反射部３５で反射して光電変化部２０Ａ側に戻されるので、各有機光電変換層１５を通る光の光路長を稼ぐことができる。その結果として、各有機光電変換層１５での光吸収量が増加して光電変換効率が向上する。

さらには、外部雰囲気中の酸素や水分が各光電変換部２０Ａへ侵入することが封止部４０により防止され、酸素や水分の侵入に起因する光電変換部２０Ａの特性の低下、特に有機光電変換層１５の特性の低下が抑えられるので、光電変換デバイス５０Ｄではデバイス寿命を長くし易い。必要に応じて、支持基板１０と封止部４０とで形成される密閉空間内に酸素や水分を吸収することが可能な材料を封入しても良い。また、支持基板１０自体または封止材４０ａ自体に酸素や水分を吸収する機能を持たせても良い。

本発明の光電変換デバイスでは、第１電極層や第２電極層の電気的な短絡を防止するために、第１電極層と第２電極との間のみならず、各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた全外周部にも有機光電変換層を形成することができる。

図１４は、本発明の光電変換デバイスのうち、各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた外周部にも有機光電変換層が形成されたものの一例を概略的に示す断面斜視図であり、図１５は、本発明の光電変換デバイスのうち、各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた外周部にも有機光電変換層が形成されたものの他の例を概略的に示す断面斜視図である。また、図１６は、本発明の光電変換デバイスのうち、各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた外周部にも有機光電変換層が形成された光電変換デバイスのさらに他の例を概略的に示す断面図であり、図１７と図１８は、図１６に示した光電変換デバイスを概略的に示す他の断面図および、さらに他の断面図である。

図１４に示す光電変換デバイス５０Ｅおよび図１５に示す光電変換デバイス５０Ｆの各々は、図１０に示した光反射部３５および封止部４０の各々を有しておらず、図１６〜図１８に示す光電変換デバイス５０Ｇは、図１０に示した光入射部３３および光反射部３５の各々を有している。そして、各光電変換デバイス５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇでは、第１電極層１３と第２電極層１７との間のみならず、第１電極層１３の外周部のうちで第１電極引き出し部２７ａとの接続箇所を除いた全外周部、および第２電極層１７の外周部のうちで第２電極引き出し部２７ｂとの接続箇所を除いた全外周部にも有機光電変換層１５が形成されて、各有機光電変換層１５が下側の有機光電変換層１５に接続されている。また、光電変換デバイス５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇの各々では、各第１電極１３と第１電極引き出し部２７ａとが互いに一体に成形されており、各第２電極１７と第２電極引き出し部２７ｂも互いに一体に成形されている。

光電変換デバイス５０Ｇでは、第１電極層１３および第２電極層１７の各々での外周部のうちで第１電極引き出し部２７ａまたは第２電極引き出し部２７ｂとの接続箇所を除いた全外周部にも有機光電変換層１５を形成することができるように、第１電極層１３および第２電極層１７の各々が光反射部３５との間および光入射部３３との間（フィルター保持層３３ｂとの間）に所定の間隙４２をもって形成されている。なお、図１６は、第１電極引き出し部２７ａ全体が切断されるようにして光電変換デバイス５０Ｇを切断したときの垂直断面を概略的に示しており、図１７は、第２電極引き出し部２７ｂ全体が切断されるようにして光電変換デバイス５０Ｇを切断したときの垂直断面を概略的に示している。そして、図１８は、光入射部３３を構成する光学フィルター３３ａおよびフィルター保持層３３ｂの各々が切断されるようにして光電変換デバイス５０Ｇを切断したときの垂直断面を概略的に示している。

上述のように構成された光電変換デバイス５０Ｅ〜５０Ｇでは、第１電極層１３と第２電極１７との間のみならず、各電極層１３，１７での外周部のうちで第１電極引き出し部２７ａまたは第２電極引き出し部２７ｂとの接続箇所を除いた全外周部にも有機光電変換層１５が形成されて、該有機光電変換層１５が下側の有機光電変換層１５に接続されているので、第１電極層１３、第２電極層１７、第１電極引き出し部２７ａ、または第２電極引き出し部２７ｂの形成時での蒸着マスクなどの位置合わせ精度が多少低くても、電気的な短絡の発生を容易に防止することができる。

具体的には、図１９または図２０に示すような電気的な短絡、すなわち、第２電極層１７がその下の第１電極層１３と接続されることによる電気的な短絡、第１電極層１３がその下の第２電極層１７と接続されることによる電気的な短絡、第１電極引き出し部２７ａと第２電極層１７とが接続されることによる電気的な短絡、および第２電極引き出し部２７ｂと第１電極層１３とが接続されることによる電気的な短絡を容易に防止することができる。このようにして電気的な短絡を防止すると、上記の位置合わせ精度をそれ程高くしなくてもよくなるので、製造コストを抑えることが容易になる。なお、図１９および図２０においては、図１６〜図１８に示した構成要素と共通するものに図１６〜図１８で用いた参照符号と同じ参照符号を付してある。

また、図１６〜図１８に示した光電変換デバイス５０Ｇでは、フィルター保持層３３ｂと第１電極層１３および第２電極層１７の各々との間に有機光電変換層１５が介在するので、各電極層１３，１７がフィルター保持層３３ｂに接する場合に比べて、有機光電変換層１５への入射光量が増大し、結果として、有機光電変換層１５でより多くの光吸収が行われて光電変換効率が高まる。

この光電変換デバイス５０Ｇで各第１電極層１３を透明電極層とし、各第２電極層１７を高反射特性の電極層とすれば、図２１中および図２２中に白抜きの矢印で示すように各第２電極層１７や光反射部３５で反射した光が２つの第２電極層１７，１７間に閉じ込められ、有機光電変換層１５での光吸収量が増加して光電変換効率がさらに高まる。勿論、各第１電極層１３を高反射特性の電極層とし、各第２電極層１７を透明電極層としても同様の技術的効果が得られる。また、各第１電極層１３および各第２電極層１７を高反射特性の電極層としても良い。なお、図２１は、図１６に示した光電変換デバイスで各第１電極層を透明電極層とし、各第２電極層を高反射特性の電極層としたときの光の進路の一例を概略的に示す断面図であり、図２２は、図１６に示した光電変換デバイスで各第１電極層を透明電極層とし、各第２電極層を高反射特性の電極層としたときの光の進路の他の例を概略的に示す断面図に相当する。

本発明の光電変換デバイスには、光の吸収波長領域が互いに異なる複数の有機光電変換層を具備させることができる。図２３は、本発明の光電変換デバイスのうち、吸収波長領域が互いに異なる複数の有機光電変換層を具備したものの一例を概略的に示す断面図であり、図２４は、図２３中に破線で示した領域ＸＸＩＶの拡大図である。

図２３に示す光電変換デバイス５０Ｈでは、第１電極層１３、第１有機光電変換層１５ａ、第２電極層１７、および第２有機光電変換層１５ｂがこの順番で支持基板１０上に繰り返し積層されている。第１有機光電変換層１５ａでの光の吸収波長領域と第２有機光電変換層１５ｂでの光の吸収波長領域とは互いに異なり、第１有機光電変換層１５ａでの光の吸収波長領域は例えば３５０〜５５０ｎｍであり、第２有機光電変換層１５ｂでの光の吸収波長領域は例えば５５０〜７５０ｎｍである。勿論、３５０ｎｍよりも短波側に吸収波長領域を有する有機光電変換層や、７５０ｎｍよりも長波長側に吸収波長領域を有する有機光電変換層を用いることもできる。

光電変換デバイス５０Ｈは、第１有機光電変換層１５ａと第２有機光電変換層１５ｂとの２種類の有機光電変換層を具備しているという点を除き、図１６〜図１８に示した光電変換デバイス５０Ｇと同様の構成を有しているので、図２３に示した構成要素のうちで各有機光電変換層１５ａ，１５ｂを除いた残りの構成要素については、図１６〜図１８で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。ただし、光電変換デバイス５０Ｈにおける各第１電極層１３は透明電極層であり、各第２電極層１７は高反射特性の電極層である。

上述の構成を有する光電変換デバイス５０Ｈでは、第１有機光電変換層１５ａと第２有機光電変換層１５ｂとが互いに異なる波長の光を吸収して光電変換を行うので、光の吸収波長領域が互いに同じ複数の有機光電変換層を具備させた場合に比べ、より広範囲の波長領域の光により光電変換が行われ、結果として光電変換効率が向上する。また、図２４中に白抜きの矢印で示すように、光電変換デバイス５０Ｈでは、各第２電極層１７や光反射部３５で反射した光が２つの第２電極層１７，１７間に閉じ込められて各有機光電変換層１５ａ，１５ｂでの光吸収量が増加するので、この点からも光電変換効率が高まる。

本発明の光電変換デバイスは、種々の方法により製造することが可能である。電気的な短絡の発生を容易に防止するという観点からは、実施例４で説明した光電変換デバイスにおけるように各電極層の外周部のうちで電極引き出し部との接続箇所を除いた全外周部にも有機光電変換層を形成することが好ましい。各電極引き出し部は、該電極引き出し部に電気的に接続される電極層の形成時に少しずつ上方（各層の積層方向）に延長することが好ましい。以下、図２５〜図２７を参照して、本発明の光電変換デバイスの好ましい製造方法について説明する。

図２５は、本発明の光電変換デバイスの製造方法の一例を概略的に示す工程図である。図示の例では、（ａ）〜（ｈ）で示す各工程をこの順番で行って光電変換デバイス５０Ｉを製造する。

最初に行われる工程（ａ）では、第１電極層１３と、第１電極引き出し部および第２電極引き出し部の各々において支持基板１０に接する区間（以下、「水平部」という）とを支持基板１０上に形成する。第１電極層１３は、第１電極引き出し部の水平部（図２５には現れていない）には接続し、第２電極引き出し部の水平部２７ｂ₁からは離隔させて形成する。また、第１電極引き出し部の水平部と第２電極引き出し部の水平部２７ｂ₁とは、互いに離隔させて形成する。これら第１電極層１３および各水平部は、例えばスパッタリング法などの物理的気相蒸着法、印刷法、インクジェット法などにより形成することができる。

次いで行われる工程（ｂ）では、例えば所定の有機光電変換材料の有機溶液を用いたインクジェット法により、第１電極層１３上に有機光電変換層１５を形成する。このときの有機光電変換層１５は、第１電極層１３での上記各水平部側の端部とは反対側の端部を所定の幅に亘って露出させ、他の領域では第１電極層１３の上面および該第１電極層１３の全外周部の各々を覆うように形成する。

工程（ｃ）では、例えば抵抗加熱蒸着法などの物理的気相蒸着法により、有機光電変換層１５上に第２電極層１７を形成する。このときの第２電極層１７は、第２電極引き出し部との接続箇所を除いて有機光電変換層１５の縁部を全周に亘って露出させ、第１電極引き出し部の水平部には接続されずに第２電極引き出し部の水平部２７ｂ₁にのみ接続されるように形成する。これにより、第２電極引き出し部での光電変化部側方の領域２７ｂ₂（以下、「垂直部２７ｂ₂」という）も形成される。なお、工程（ｃ）で形成される垂直部２７ｂ₂は、最終形態の第２電極引き出し部での垂直部全体ではなく、その一部に相当する。

工程（ｄ）では、例えば工程（ｂ）で説明した方法と同じ方法で、第２電極層１７上に有機光電変換層１５を形成する。このときの有機光電変換層１５は、第２電極層１７の上面と、第２電極引き出し部の垂直部２７ｂ₂との接続箇所を除く全外周部とを覆い、第１電極層１３での上記水平部側の端部とは反対側の端部を所定の幅に亘って露出させ、工程（ｂ）で形成した有機光電変換層１５とは上記垂直部２７ｂ₂との接続箇所を除く全外周部で接続するように形成する。上記の垂直部２７ｂ₂は覆わずに露出させる。

工程（ｅ）では、例えば工程（ａ）で説明した方法と同じ方法で、有機光電変換層１５上に第１電極層１３を形成する。このときの第１電極層１３は、上記各水平部とは反対側の端部および第１電極引き出し部との接続箇所をそれぞれ除いて有機光電変換層１５（工程（ｄ）で形成した有機光電変換層１５）の縁部を全周に亘って露出させ、工程（ａ）で形成した第１電極層１３と上記各水平部とは反対側の端部で接続し、また第２電極引き出し部の垂直部２７ｂ₂には接続されずに第１電極引き出し部の水平部には接続されるように形成する。これにより、第１電極引き出し部での光電変換部側方の領域（以下、「垂直部」という；図２５には現れていない）も形成される。なお、工程（ｅ）で形成される上記の垂直部は、第１電極引き出し部での垂直部全体に相当する。したがって、工程（ｅ）まで行うことにより第１電極引き出し部（図示せず）が形成される。

工程（ｆ）では、例えば工程（ｂ）で説明した方法と同じ方法で、第１電極層１３上に有機光電変換層１５を形成する。このときの有機光電変換層１５は、工程（ｅ）で形成した第１電極層１３での上記各水平部側の端部とは反対側の端部を所定の幅に亘って露出させ、他の領域では第１電極層１３の上面および該第１電極層１３の全外周部の各々を覆うように形成する。

工程（ｇ）では、例えば工程（ｃ）で説明した方法と同じ方法で、有機光電変換層１５上に第２電極層１７を形成する。このときの第２電極層１７は、第２電極引き出し部との接続箇所を除いて有機光電変換層１５（工程（ｆ）で形成した有機光電変換層１５）の縁部を全周に亘って露出させ、第１電極引き出し部の水平部には接続されずに第２電極引き出し部の垂直部２７ｂ₂にのみ接続されるように形成する。これにより、第２電極引き出し部での垂直部２７ｂ₂が上方に延長されて第２電極引き出し部での垂直部全体が形成され、結果として第２電極引き出し部２７ｂが形成される。

そして、工程（ｈ）では、例えば工程（ｂ）で説明した方法と同じ方法で、第２電極層１７上に有機光電変換層１５を形成する。このときの有機光電変換層１５は、工程（ｇ）で形成した第２電極層１７の上面および該第２電極層１７の全外周部の各々を覆うように形成する。この工程（ｈ）まで行うことにより、光電変換デバイス５０Ｉが得られる。

図２６は、本発明の光電変換デバイスの製造方法の他の例を概略的に示す工程図であり、図２７は、図２６に示した（３）の工程でのサブ工程を概略的に示す工程図である。図２６に示す例では、（１）〜（５）で示す各工程をこの順番で行って、図１０に示した光電変換デバイス５０Ｄを製造する。

最初に行われる工程（１）では、第１電極引き出し部の水平部２７ａ₁と第２電極引き出し部の水平部２７ｂ₁とを例えばスパッタリング法などの物理的気相蒸着法、印刷法、インクジェット法などにより支持基板１０上に形成する。図２５においては、光電変換デバイス５０Ｄでの各水平部２７ａ₁，２７ｂ₁の位置を判り易くするために、当該光電変換デバイス５０Ｄでの受光面側に白抜きの矢印で入射光１００を描いてある。

次いで行われる工程（２）では、光学フィルター３３ａとフィルター保持層３３ｂとを有する光入射部３３、および第１光反射部３５ａを配置する。例えば、有機系または無機系の透明基板によりフィルター保持層３３ｂを作製し、所望の色材を含有した有機材料によりフィルター保持層３３ｂ上に光学フィルター３３ａを形成して光入射部３３を得た後、該光入射部３３を支持基板１０上に接着剤（図示せず）などで固定する。

上記の第１光反射部３５ａは、光電変換デバイス５０Ｄを構成する光反射部３５の一部であり、例えば金属反射膜や誘電体多層反射膜などの光反射膜が形成された基板からなる。この第１光反射部３５ａは、光入射部３３から所定の間隔を持って接着剤（図示せず）などにより支持基板１０上に固定され、第１電極引き出し部および第２電極引き出し部の各々での水平部と前記第１電極層１３とを挟んで光入射部３３と互いに対向する。第１光反射部３５ａが金属反射膜を有する場合、当該第１光反射部３５ａは、金属反射膜が光反射部３５での外周面となる向きで配置することが好ましい。

工程（３）では、工程（２）で支持基板１０上に配置した光入射部３３と第１光反射部３５ａとの間の領域に第１電極層、有機光電変換層、第２電極層を形成すると共に各電極引き出し部での垂直部を形成して、複数の光電変換部と第１電極引き出し部２７ａと第２電極引き出し部２７ｂとを得る。第１電極層、有機光電変換層、第２電極層、および各電極引き出し部は、図２７に示すサブ工程（ａ）〜（ｈ）をこの順番で順次行うことにより形成することができる。これらのサブ工程（ａ）〜（ｈ）は、図２５に示した工程（ａ）〜（ｈ）に相当するので、ここではその説明を省略する。

工程（４）では、支持基板１０上に第２光反射部３５ｂと第３光反射部３５ｃとを配置して光反射部３５を得る。第２光反射部３５ｂおよび第３光反射部３５ｃの各々は、前述した第１光反射部３５ａと同様にして作製され、光入射部３３と第１光反射部３５ａとを繋ぐように架設されて、これら光入射部３３および第１光反射部３５ａの各々と共に各光電変換部を取り囲む。

そして、工程（５）では、入射光１００を透過させる透明有機材料または透明無機材料により作製されたキャップ状の封止材４０ａを封止樹脂４０ｂにより支持基板１０上に気密に取り付けて封止部４０を形成する。このとき、封止材４０ａは、第１電極引き出し部２７ａおよび第２電極引き出し部２７ｂそれぞれの一端が封止部４０の外部にまで延在するように位置決めされて、支持基板１０上に固定される。この封止部４０まで形成することにより、光電変換デバイス５０Ｄが得られる。

上述のようにして光電変換デバイス５０Ｄを製造すると、工程（３）で第１電極層１３および第２電極層１７（図２７参照）の各々を物理的気相蒸着法により形成する際の蒸着範囲を規定する蒸着マスクの作製および位置決めを行うにあたって、光入射部３３（フィルター保持層３３ｂ）や第１光反射部３５ａを基準にすることが可能になるので、第１電極層１３および第２電極層１７の各々を所望の箇所に形成し易くなる。その結果として、電気的な短絡の発生や、第１電極層１３または第２電極層１７がフィルター保持層３３ｂと接して形成されることに起因する有機光電変換層１５（図２７参照）への入射光量の低下を防止し易くなる。

また、有機光電変換層１５での受光面側の端面が光入射部３３（フィルター保持層３３ｂ）の内面により揃えられるので、受光面側から有機光電変換層１５に光が入射する際の光散乱が抑えられる。同様に、有機光電変換層１５での第１光反射部３５ａ側の端面が当該第１光反射部３５ａの内面により揃えられるので、第１光反射部３５ａで反射して有機光電変換層１５に再び光が入射する際の光散乱が抑えられる。

これからの理由から、上述の製造方法によれば、光電変換効率および電気エネルギーの取り出し効率が高い光電変換デバイス５０Ｄを製造し易くなる。なお、有機光電変換層１５での光吸収量を増大させて光電変換効率を高めるという観点からは、各第１電極層１３および各第２電極層１７はできるだけ平坦かつ互いに並行に形成することが望ましい。

有機光電変換層１５の膜厚はフィルター保持層３３ｂ側および第１光反射部３５ａ側で大きくなる傾向があるので、上述したマスクを作製するにあたっては、有機光電変換層１５に生じる膜厚分布も考慮することが好ましい。また、第２光反射部３５ｂおよび第３光反射部３５ｃの各々は省略することも可能であるが、有機光電変換層１５での光吸収量を増大させて光電変換効率を高めるという観点からは、これらの光反射部３５ｂ，３５ｃを設けることが好ましい。

各第１電極層１３および各第２電極層１７の形成、ならびに各第１電極層１３と第１電極引き出し部２７ａとの接続および各第２電極層１７と第２電極引き出し部２７ｂとの接続を容易にする上からは、図２６に示したように、第２光反射部３５ｂおよび第３光反射部３５ｃの各々を設ける前に各第１電極層１３、有機光電変換層１５、各第２電極層１７、第１電極引き出し部２７ａ、および第２電極引き出し部２７ｂの各々を形成することが好ましい。

以上説明した本発明の光電変換デバイスおよびその製造方法では、各構成要素の材料を適宜選定することができる。以下、各構成要素の材料について具体的に説明する。

本発明の光電変換デバイスで光電変換部が形成される支持基板は、光電変換部を作製し得る熱的強度を有し、かつ光電変換部を保持し得る機械的強度を有していれば、無機材料および有機材料のいずれにより作製しても良い。また、支持基板は透明基板であっても良いし、不透明基板であっても良いが、電気絶縁性を有していることが好ましい。ただし、光電変換部での光電変換動作を妨げない範囲で、あるいは光電変換デバイスの用途によっては、導電性の無機材料または有機材料により支持基板を作製しても良い。

支持基板の材料の具体例としては、ソーダ石英ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英ガラス、無アルカリガラス、フッ化物ガラスなどの無機ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂などの有機高分子化合物、Ａｓ₂Ｓ₃、Ａｓ₄₀Ｓ₁₀、Ｓ₄₀Ｇｅ₁₀などのカルコゲナイドガラス、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタンなどの金属酸化物および窒化ケイ素などの金属窒化物、顔料などにより着色された透明基板材料、および表面に絶縁処理を施した金属材料などを用いることができる。

光電変換部を構成する第１電極層および第２電極層、ならびに各第１電極層に接続される第１電極引き出し部および各第２電極層に接続される第２電極引き出し部の各々は、有機光電変換層で発生した電荷を外部に効率良く取り出すことができるものであれば良い。第１電極層および第２電極層のどちらを正極とし、どちらを負極とするかは、適宜選択可能である。光透過性（透明性）が必要な場合は、十分な光透過性を持たせるために５００ｎｍ程度以下の厚さにすることが望ましい。

これら第１電極層、第２電極層、第１電極引き出し部、および第２電極引き出し部の材料としては、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛、インジウム亜鉛酸化物、アンチモンドープ酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛などの透明導電性酸化物、アルミニウム、銅、チタンなどの金属の薄膜やこれらの金属の混合薄膜、積層薄膜といった金属薄膜、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレンなどの導電性高分子化合物などが挙げられる。これらの材料を複数種類積層させることも可能である。

また、第１電極層または第２電極層に光を反射する機能を付加することが必要な場合は、上記の材料をより厚くして当該電極層を形成することでも対応可能であるが、光反射機能を有する膜をさらに製膜しても良い。金属薄膜に光反射機能を持たせようとする場合には、該金属薄膜を１ｎｍ以上の厚さにすることが望ましい。上述した電極材料からなる複数の層を積層することで電極とすることもできる。例えば、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、チタン、銀、カルシウム、ストロンチウムなどの金属、あるいはこれらの金属の酸化物やフッ化物、フッ化リチウム、上記金属を含有する合金、上記金属の積層体（例えばフッ化リチウム膜とアルミニウム膜との積層体）などにより光反射機能を有する電極層を形成すると、有機光電変換層で発生した電荷を外部に効率良く取り出し易くなる。

第１電極層、第２電極層、第１電極引き出し部、および第２電極引き出し部の各々は、真空蒸着法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング法などの物理的気相蒸着法やインクジェット法などにより形成することができ、その膜厚は、十分な導電性を持たせるために、または支持基板表面の凹凸による不均一な光透過や光反射を防ぐために、１ｎｍ以上とすることが望ましい。

光電変換部を構成する有機光電変換層は、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料とを含むものが代表的なものである。電子供与性材料の具体例としては、フェニレンビニレンおよびその誘導体（ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレンなど）、フルオレンおよびその誘導体（骨格にキノリン基またはピリジン基を有するフルオレン系コポリマー（Ｐ０Ｆ６６、Ｐ１Ｆ６６、ＰＦＰＶなど）など）、フルオレン含有アリールアミンポリマー、カルバゾールおよびその誘導体、インドールおよびその誘導体、ピレンおよびその誘導体、ピロールおよびその誘導体、ピコリンおよびその誘導体、チオフェンおよびその誘導体、アセチレンおよびその誘導体、ジアセチレンおよびその誘導体などを含む重合体および他のモノマーとの共重合体、デンドリマーとして総称される一群の高分子材料が挙げられる。

さらに、電子供与性有機材料は高分子に限定されるものではなく、例えば、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイドなどのポリフィリン化合物や、１，１−ビス｛４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェニル｝シクロヘキサン、４，４’，４’’−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）−２−２’−ジメチルトリフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ジ−ｍ−トリル−４、４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾ−ルなどの芳香族第三級アミンや、４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）−４’−〔４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベンなどのスチルベン化合物や、トリアゾールおよびその誘導体、オキサジザゾールおよびその誘導体、イミダゾールおよびその誘導体、ポリアリールアルカンおよびその誘導体、ピラゾリンおよびその誘導体、ピラゾロンおよびその誘導体、フェニレンジアミンおよびその誘導体、アニールアミンおよびその誘導体、アミノ置換カルコンおよびその誘導体、オキサゾールおよびその誘導体、スチリルアントラセンおよびその誘導体、フルオレノンおよびその誘導体、ヒドラゾンおよびその誘導体体、シラザンおよびその誘導体、ポリシラン系アニリン系共重合体、高分子オリゴマー、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポリ３−メチルチオフェンなども電子供与性有機材料として用いることができる。なお、有機材料であれば、化学的に修飾して有機材料への光の吸収波長特性を調整することも可能である。

また、電子受容性有機材料の具体例としては、上述した電子供与性有機材料と同様の低分子材料および高分子材料の他に、１，３−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）フェニレンなどのオキサジアゾールおよびその誘導体や、フルオレンおよびその誘導体や、アントラキノジメタンおよびその誘導体や、ジフェニルキノンおよびその誘導体や、フラーレンおよびその誘導体（［５，６］−フェニル Ｃ６１ 酪酸メチルエステル、［５，６］−フェニル Ｃ６１ 酪酸メチルエステルなど）や、カーボンナノチューブおよびその誘導体などを繰り返し単位とする重合体や、他のモノマーとの共重合体などが挙げられる。また、デンドリマーとして総称される一群の高分子材料も挙げられる。なお、電子受容性材料は、化学的に修飾して吸収波長特性を調整することも可能である。

有機光電変換層の形成方法は、使用する材料に応じて、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などの各種真空プロセスやスピンコート法などのウェットプロセスなど、どのようなものであってもよく、使用する材料、構成などに合ったものを任意に選択することが可能である。また、インクジェット法などの各種印刷法も好適に用いられる。インクジェット法により有機光電変換層を形成する場合には、例えば、クロルベンゼンなどの有機溶媒に所望の電子供与性有機材料と電子受容性有機材料とを溶解させた溶液などが当該有機光電変換層の材料として用いられる。

本発明の光電変換デバイスにフィルター保持層３３ｂおよび光学フィルター３３ａを具備させる場合、該フィルター保持層３３ｂは、所望の光透過性を有すると共に光学フィルター３３ａを保持可能な機械的強度を有する材料により作製される。例えば、支持基板の材料として例示した無機ガラスや有機高分子化合物を当該フィルター保持層３３ｂの材料として用いることができる。

また、光学フィルターとしては、染料や顔料などの色材を用いた染色、染料分散、顔料分散、蒸着などの方式のものを用いることができる。その製法は、フォトリソグラフィー法、エッチング法、印刷法、電着法、蒸着法、インクジェット法など、適宜選択可能であり、複数種類の製法で形成することもできる。光学フィルターの光学特性は光電変換デバイスの用途に応じて適宜選定される。例えば、原色系あるいは補色系の３色の光学フィルターとしても良いし、所望色の単色の光学フィルターとしても良い。光学フィルターの耐熱性、平坦性、密着性、透明性、耐溶剤性、耐光性、耐熱変色性、保存安定性などを高めるために、あるいは機械的保護のために、オーバーコート層を設けても良い。

なお、光電変換デバイスを太陽電池に用いる場合には、光学フィルターを省略することができる。この場合、フィルター保持層も省略することができるが、実施例６で説明したように、光電変換効率や電気エネルギーの取り出し効率が高い光電変換デバイスを得るうえでフィルター保持層は有用であるので、残しておいた方が好ましい。

本発明の光電変換デバイスに光反射部を具備させる場合、該光反射部は、有機光電変換層を透過した光を反射させることができるものであれば良いが、光電変換部を構成する各電極層や各電極引き出し部との電気絶縁性を容易に確保するという観点からは、無機ガラスなどの電気絶縁性基板上に光反射膜を設けて光反射部とすることが好ましい。光反射膜は、例えばアルミニウムや銀などの金属により形成することができる。また、ポリイミド系樹脂などの有機系誘電体材料や、ケイ素酸窒化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、アルミニウム酸化物、フッ化リチウムなどの無機系誘電体材料からなる単層膜ないし積層膜により光反射膜を形成することもできる。

本発明の光電変換デバイスに封止部を具備させる場合、該封止部は、実施例３などで説明したように封止材と封止樹脂により形成しても良いし、封止層により形成しても良い。封止材と封止樹脂により封止部を形成する場合、封止材の材料としては、無機ガラス、透明セラミックス（ケイ素酸窒化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、アルミニウム酸化物など）、フッ化リチウム、または透明樹脂からなるキャップ状物や平板などを用いることができ、封止樹脂としては、封止効果のある熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などを用いることができる。封止樹脂は、例えばノズルコート法などにより塗工可能である。

また、封止層により封止部を形成する場合、当該封止層は、封止効果のある熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂、あるいは封止効果のあるシラン系高分子などを用いた塗布法などにより形成することができる。物理的気相蒸着法などにより封止効果のある無機材料層を設けて封止層することも可能である。

本発明の光電変換デバイスは、第１電極層と第２電極層との間に第１電極層および第２電極層の各々に接して有機光電変換層が介在する光電変換部を少なくとも１つ備え、該光電変換部の側面側を受光面とするものであれば基本的によく、前述した実施例のものに限定されるものではない。前述した実施例のもの以外にも、種々の変形、修飾、組合せなどが可能である。

本発明の光電変換デバイスは、光エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する太陽電池、光を感知するフォトセンサ、変調された光信号を受信するための光通信デバイス、物体の像や画像などを電気信号に変換する画像読取デバイスなどへの利用が可能である。

１０ 支持基板
１３ 第１電極層
１５ 有機光電変換層
１７ 第２電極層
２０Ａ 光電変換部
２３ａ，２３ｂ 接続線
２５ 電気絶縁層
２７ａ 第１電極引き出し部
２７ｂ 第２電極引き出し部
２７ｂ₁ 第２電極引き出し部での支持基板上の領域
２７ｂ₂ 第２電極引き出し部での光電変換部側方の領域
３３ 光入射部
３３ａ 光学フィルター
３３ｂ フィルター保持層
３５ 光反射部
３５ａ 第１光反射部
３５ｂ 第２光反射部
３５ｃ 第３光反射部
４０ 封止部
４０ａ 封止材
４０ｂ 封止樹脂
５０Ａ〜５０Ｉ，１５０ 光電変換デバイス
１００ 入射光
１４０ 電子機器（端末装置）

Claims (14)

1. 互いに対をなす第１電極層と第２電極層によって有機光電変換層が挟まれた積層構造を有する光電変換部を１組以上備え、
   前記光電変換部での１つの側面を受光面とする光電変換デバイス。
2. 前記有機光電変換層は、少なくとも電子供与性有機材料と電子受容性有機材料とを含む請求項１に記載の光電変換デバイス。
3. 前記第１電極層と前記第２電極層の少なくとも一方は、光反射性の電極層である請求項１に記載の光電変換デバイス。
4. 前記光電変換部が形成された支持基板と、前記光電変換部を覆うようにして前記支持基板に気密に取り付けられて前記光電変換部への酸素および水分の侵入を防ぐ封止部とをさらに備えた請求項１に記載の光電変換デバイス。
5. 前記光電変換部を複数組備え、該複数組の光電変換部の各々は、上側の電極層が該光電変換部の直上の光電変換部での下側の電極層となるように積層されている請求項１に記載の光電変換デバイス。
6. 前記光電変換部を複数組備え、該複数組の光電変換部は、前記有機光電変換層での光の吸収波長領域が互いに異なる２種類以上の光電変換部を含む請求項１に記載の光電変換デバイス。
7. 前記光電変換部を複数組備え、該複数組の光電変換部の各々は受光面の方向を揃えて積層されており、該複数組の光電変換部での受光面の外側には、前記有機光電変換層での吸収波長領域の光を透過させる光入射部が設けられている請求項１に記載の光電変換デバイス。
8. 前記光入射部は、所定の波長域の光を選択的に透過させる光学フィルターと、該光学フィルターを保持するフィルター保持層とを有する請求項７に記載の光電変換デバイス。
9. 前記複数組の光電変換部での受光面と反対の側の外方に設けられて前記有機光電変換層からの透過光を前記光電変換部側に反射させる光反射部をさらに備えた請求項７に記載の光電変換デバイス。
10. 前記複数組の光電変換部が形成された支持基板と、前記複数組の光電変換部の各々での前記第１電極層に接続されて前記光反射部の外方にまで延在する第１電極引き出し部と、前記複数組の光電変換部の各々での前記第２電極層に接続されて前記光反射部の外方にまで延在する第２電極引き出し部とをさらに備え、
    前記複数組の光電変換部の各々での前記有機光電変換層は、該有機光電変換層の下側の電極層での前記光入射部側の外周部および前記光反射部側の外周部で該電極層の下側の有機光電変換層に接続されている請求項９に記載の光電変換デバイス。
11. 前記複数組の光電変換部が形成された支持基板と、前記複数組の光電変換部での受光面以外の側面の外方に設けられて前記有機光電変換層からの透過光を前記光電変換部側に反射させる光反射部と、前記複数組の光電変換部の各々での前記第１電極層に接続されて前記光反射部の外方にまで延在する第１電極引き出し部と、前記複数組の光電変換部の各々での前記第２電極層に接続されて前記光反射部の外方にまで延在する第２電極引き出し部とをさらに備え、
    前記複数組の光電変換部の各々での前記有機光電変換層は、前記第１電極層と前記第１電極引き出し部との接続箇所、および前記第２電極層と前記第２電極引き出し部との接続箇所をそれぞれ除き、該有機光電変換層の下側の電極層の全外周部で該電極層の下側の有機光電変換層に接続されている請求項７に記載の光電変換デバイス。
12. 互いに対をなす第１電極層および第２電極層によって有機光電変換層が挟まれた積層構造を有する光電変換部が支持基板上に形成され、前記光電変換部で生じた電気エネルギーを該光電変換部から取り出すための第１電極引き出し部および第２電極引き出し部が前記光電変換部の側方から前記支持基板上にかけて形成された光電変換デバイスの製造方法であって、
    前記第１電極引き出し部での支持基板上の領域、前記第２電極引き出し部での支持基板上の領域、および前記第１電極引き出し部での支持基板上の領域には接続され、前記第２電極引き出し部での支持基板上の領域からは離隔された第１電極層を任意の順番で前記支持基板に形成し、
    前記光電変換部での１つ側面の外方に位置することになる箇所には、前記有機光電変換層での吸収波長領域の光を透過させる光入射部を前記第１電極層から離隔させて設け、
    前記光電変換部での前記側面とは反対側に、前記第１電極引き出し部および第２電極引き出し部それぞれの一部と前記第１電極層とを挟んで、前記有機光電変換層からの透過光を前記光電変換部側に反射させるための第１光反射部を前記光入射部と略平行になるように前記第１電極層から離隔させて設け、
    前記第１電極層上に有機光電変換層および第２電極層をこの順番で積層して１組の光電変換部を形成した後、該光電変換部上に順次、他の光電変換部を積層形成し、
    各光電変換部の有機光電変換層の形成時には、前記第１電極層と前記第１電極引き出し部との接続箇所、および前記第２電極層と前記第２電極引き出し部との接続箇所をそれぞれ除き、該有機光電変換層により該有機光電変換層の下側の電極層の上面および全外周面を覆う光電変換デバイスの製造方法。
13. 前記光電変換部の各々を形成した後に前記光入射部と前記第１光反射部との間に第２光反射部および第３光反射部を架設して、前記光電変換部の各々の周囲を前記光入射部、前記第１光反射部、前記第２光反射部、および前記第３光反射部により取り囲む請求項１２に記載の光電変換デバイスの製造方法。
14. 請求項１に記載の光電変換デバイスが搭載された電子機器。

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