JP2677298B2 - 生体高分子複合体を用いた光電変換装置 - Google Patents
生体高分子複合体を用いた光電変換装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換装置に関し、
特に生体高分子複合体を用いた光電変換装置に関する。
特に生体高分子複合体を用いた光電変換装置に関する。
【０００２】光合成細菌等から光捕獲蛋白質複合体や光
合成反応中心等の光反応性蛋白質を調製し、一対の電極
間に挟んで光を照射すると、光電応答が得られる。
合成反応中心等の光反応性蛋白質を調製し、一対の電極
間に挟んで光を照射すると、光電応答が得られる。
【０００３】
【従来の技術】光合成細菌等の光合成機能を利用した光
電変換素子においては、光電変換物質としてクロマトフ
ォアが多く用いられてきた。光合成細菌を超音波等で破
砕し、遠心分離して光合成器官を取り出すと、クロマト
フォアと呼ばれる膜小胞が得られる。
電変換素子においては、光電変換物質としてクロマトフ
ォアが多く用いられてきた。光合成細菌を超音波等で破
砕し、遠心分離して光合成器官を取り出すと、クロマト
フォアと呼ばれる膜小胞が得られる。
【０００４】このクロマトフォアは、脂質二重層からな
る小胞に疎水性の蛋白質である光合成反応中心、光合成
光捕獲色素蛋白質複合体や酸化還元酵素、またその他の
脂溶性の電子伝達物質等が埋め込まれた生体由来のもの
である。
る小胞に疎水性の蛋白質である光合成反応中心、光合成
光捕獲色素蛋白質複合体や酸化還元酵素、またその他の
脂溶性の電子伝達物質等が埋め込まれた生体由来のもの
である。
【０００５】光電変換機能を持つ蛋白質、すなわち光捕
獲蛋白質複合体や光合成反応中心だけを取り出して、そ
の機能を利用しようとする場合、クロマトフォアを界面
活性剤で可溶化し、目的の蛋白質をゲル濾過クロマトグ
ラフィ等の手法を用いて分離精製する。
獲蛋白質複合体や光合成反応中心だけを取り出して、そ
の機能を利用しようとする場合、クロマトフォアを界面
活性剤で可溶化し、目的の蛋白質をゲル濾過クロマトグ
ラフィ等の手法を用いて分離精製する。
【０００６】生体高分子複合体を用いた光電変換活性層
の作成は、塗布法、印刷法、電着法等によって行なわれ
る。また、光電変換活性層の材料としては、クロマトフ
ォアの他にも細胞膜を取り除いた膜小胞であるスフェロ
プラストや光電変換機能を持つ生体高分子複合体を可溶
化、精製した後にリポソームに組み込んだもの等を用い
ることができる（特開平１−１１０２２４号、特開平４
−１２５４２５号参照）。
の作成は、塗布法、印刷法、電着法等によって行なわれ
る。また、光電変換活性層の材料としては、クロマトフ
ォアの他にも細胞膜を取り除いた膜小胞であるスフェロ
プラストや光電変換機能を持つ生体高分子複合体を可溶
化、精製した後にリポソームに組み込んだもの等を用い
ることができる（特開平１−１１０２２４号、特開平４
−１２５４２５号参照）。
【０００７】図２に、従来の技術による生体高分子複合
体を用いた光電変換装置の構成を示す。ガラス板等の透
明基板１１の上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の
透明電極１２ａを形成し、その上に光電変換機能を持つ
蛋白質からなる光電変換活性層１３が形成される。光電
変換活性層１３の上部に対向電極としてＡｕ膜等の他の
電極１２ｂが形成され、両電極からリード線１９を引き
出す。
体を用いた光電変換装置の構成を示す。ガラス板等の透
明基板１１の上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の
透明電極１２ａを形成し、その上に光電変換機能を持つ
蛋白質からなる光電変換活性層１３が形成される。光電
変換活性層１３の上部に対向電極としてＡｕ膜等の他の
電極１２ｂが形成され、両電極からリード線１９を引き
出す。
【０００８】なお、透明基板１１側から光を入射する場
合は、対向電極１２ｂは透明である必要はない。このよ
うな場合、対向電極１２ｂは他の種々の金属等で形成し
てもよい。
合は、対向電極１２ｂは透明である必要はない。このよ
うな場合、対向電極１２ｂは他の種々の金属等で形成し
てもよい。
【０００９】このような構成の光電変換装置に透明電極
を介して光を入射すると、開放電圧で約８０ｍＶ程度、
短絡電流で約７０ｎＡ／ｃｍ2 程度の光電応答が得られ
た。これらの光電変換装置において、光電変換活性層は
乾燥状態で用いられた。
を介して光を入射すると、開放電圧で約８０ｍＶ程度、
短絡電流で約７０ｎＡ／ｃｍ2 程度の光電応答が得られ
た。これらの光電変換装置において、光電変換活性層は
乾燥状態で用いられた。
【００１０】光電変換活性層に導電性を付加する目的
で、保水性物質の層を積層したり、光電変換活性層にＫ
Ｃｌ、ＮａＣｌ等の電解質物質を添加しても、光電応答
特性に著しい変化は生じなかった。
で、保水性物質の層を積層したり、光電変換活性層にＫ
Ｃｌ、ＮａＣｌ等の電解質物質を添加しても、光電応答
特性に著しい変化は生じなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の技術による生体高分子複合体を用いた光電変換装
置において、光照射により光電応答が得られたが、その
大きさは必ずしも十分なものではなかった。
従来の技術による生体高分子複合体を用いた光電変換装
置において、光照射により光電応答が得られたが、その
大きさは必ずしも十分なものではなかった。
【００１２】本発明の目的は、光入射に対し、大きな光
電応答を示すことのできる光電変換装置を提供すること
である。
電応答を示すことのできる光電変換装置を提供すること
である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換装置
は、少なくとも一方が実質的に透明である一対の電極
と、前記一対の電極間に配置され、光電変換機能を有す
る生体高分子複合体で形成された光電変換活性層と、前
記一対の電極間に配置され、電子伝達物質を含む保水性
物質で形成された電子伝達層とを含み、前記光電変換活
性層と前記電子伝達層との電気的性質が前記電極間で非
対称である。
は、少なくとも一方が実質的に透明である一対の電極
と、前記一対の電極間に配置され、光電変換機能を有す
る生体高分子複合体で形成された光電変換活性層と、前
記一対の電極間に配置され、電子伝達物質を含む保水性
物質で形成された電子伝達層とを含み、前記光電変換活
性層と前記電子伝達層との電気的性質が前記電極間で非
対称である。
【００１４】
【作用】一対の電極間に、光電変換活性層と電子伝達層
とを挟み、この光電変換活性層と電子伝達層との電気的
性質が電極間で非対称になるようにすると、従来の技術
に比べ著しく改善された光電応答を得ることができる。
とを挟み、この光電変換活性層と電子伝達層との電気的
性質が電極間で非対称になるようにすると、従来の技術
に比べ著しく改善された光電応答を得ることができる。
【００１５】生体高分子複合体を一対の電極間に挟み、
光を入射した時に得られる光電応答は、一対の電極界面
において生じる光電応答の差に対応するものと考えられ
る。光電応答を行なった生体高分子複合体が光電変換活
性層内で完全に均一に分布すると、光電応答が消滅する
ものと思われる。
光を入射した時に得られる光電応答は、一対の電極界面
において生じる光電応答の差に対応するものと考えられ
る。光電応答を行なった生体高分子複合体が光電変換活
性層内で完全に均一に分布すると、光電応答が消滅する
ものと思われる。
【００１６】光電変換活性層の他に、電子伝達層を用
い、一対の電極間の構造を非対称とするとにより、著し
く増大された光電応答を取り出すことが可能となる。
い、一対の電極間の構造を非対称とするとにより、著し
く増大された光電応答を取り出すことが可能となる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。まず、嫌
気的条件下で光培養した紅色光合成細菌ロドシュードモ
ナス・ビリディス（ＡＴＣＣ１９５６７）を超音波で破
砕し、分画遠心分離を行なうことでクロマトフォア（光
合成器官膜断片）を調製した。クロマトフォアは、燐酸
ナトリウム緩衝液（３ｍＭ，ｐＨ７．０）に懸濁し、ク
ロマトフォア濃度を波長１０１５ｎｍの光学吸収密度で
約１００に調整した。
気的条件下で光培養した紅色光合成細菌ロドシュードモ
ナス・ビリディス（ＡＴＣＣ１９５６７）を超音波で破
砕し、分画遠心分離を行なうことでクロマトフォア（光
合成器官膜断片）を調製した。クロマトフォアは、燐酸
ナトリウム緩衝液（３ｍＭ，ｐＨ７．０）に懸濁し、ク
ロマトフォア濃度を波長１０１５ｎｍの光学吸収密度で
約１００に調整した。
【００１８】一対のガラス基板で形成された透明基板１
ａ、１ｂの上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成
した透明電極２ａ、２ｂを形成した。一方の透明基板１
ａ上の透明電極２ａの上に、クロマトフォア懸濁液を用
いて光電変換活性層３を形成した。
ａ、１ｂの上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成
した透明電極２ａ、２ｂを形成した。一方の透明基板１
ａ上の透明電極２ａの上に、クロマトフォア懸濁液を用
いて光電変換活性層３を形成した。
【００１９】一方、電子を伝達する機能を持つ電子伝達
物質を保水性物質に添加混合し、薄板状の電子伝達層５
を成形した。この電子伝達層５を、透明電極２ａ上に形
成した光電変換活性層３上に積層した。この電子伝達層
５に、他方の透明基板１ｂ上の透明電極２ｂを対向さ
せ、両透明基板を重ねた。両透明電極２ａ、２ｂからリ
ード線９を取り出した。
物質を保水性物質に添加混合し、薄板状の電子伝達層５
を成形した。この電子伝達層５を、透明電極２ａ上に形
成した光電変換活性層３上に積層した。この電子伝達層
５に、他方の透明基板１ｂ上の透明電極２ｂを対向さ
せ、両透明基板を重ねた。両透明電極２ａ、２ｂからリ
ード線９を取り出した。
【００２０】また、光電変換活性層３、電子伝達層５の
乾燥を防ぐ目的で、両基板間に封止材料７を挟み、光電
変換活性層３、電子伝達層５を封じて素子を作製した。
なお、両透明電極２ａ、２ｂ間に図示のように電流計、
電圧計を接続し、光電変換装置の光電応答を測定した。
乾燥を防ぐ目的で、両基板間に封止材料７を挟み、光電
変換活性層３、電子伝達層５を封じて素子を作製した。
なお、両透明電極２ａ、２ｂ間に図示のように電流計、
電圧計を接続し、光電変換装置の光電応答を測定した。
【００２１】光電応答の測定は、発光ダイオードから発
する中心波長８５０ｎｍの近赤外光を透明電極２を介し
て光電変換活性層３に入射し、電流計、電圧計を用いて
光入射時の短絡光電流および開放光電圧の応答を計測す
ることによって行なった。
する中心波長８５０ｎｍの近赤外光を透明電極２を介し
て光電変換活性層３に入射し、電流計、電圧計を用いて
光入射時の短絡光電流および開放光電圧の応答を計測す
ることによって行なった。
【００２２】光合成細菌としては、ロドシュードモナス
・ビリディスの他、ロドバクター・スフェロイデス（Ａ
ＴＣＣ１７０２３）等の菌体を用いることもできる。ま
た、光電変換活性層の材料としては、クロマトフォアの
他、スフェロプラストや光反応ユニット（ＰＲＵ）、光
反応中心（ＲＣ）をリポソームに再構成した材料、可溶
化状態のＰＲＵ、ＲＣ等を用いることもできる。
・ビリディスの他、ロドバクター・スフェロイデス（Ａ
ＴＣＣ１７０２３）等の菌体を用いることもできる。ま
た、光電変換活性層の材料としては、クロマトフォアの
他、スフェロプラストや光反応ユニット（ＰＲＵ）、光
反応中心（ＲＣ）をリポソームに再構成した材料、可溶
化状態のＰＲＵ、ＲＣ等を用いることもできる。
【００２３】光電変換活性層の形成方法としては、電着
法が好ましいが、他に塗布法、スクリーン印刷等の手法
やラングミュア・ブロジェット法により成膜するいわゆ
るＬＢ膜法を用いることもできる。また、光電変換活性
層は乾燥前後のどちらでも利用することが可能である。
法が好ましいが、他に塗布法、スクリーン印刷等の手法
やラングミュア・ブロジェット法により成膜するいわゆ
るＬＢ膜法を用いることもできる。また、光電変換活性
層は乾燥前後のどちらでも利用することが可能である。
【００２４】電子伝達層の作製は、保水性物質材料に適
当量の電子伝達物質を添加混合したものを、２つの板間
に流し込んで成形したり、スピンコート、ドクターブレ
ード法、キャスト法等の手法を用いて板状に成形した
り、既知の手法でビーズ状に成形したものを用いること
もできる。電子伝達層の厚みに関しては、層が薄いほう
が光電流応答が増大する傾向がある。好ましくは、電子
伝達層の厚みは０．１〜３ｍｍとする。
当量の電子伝達物質を添加混合したものを、２つの板間
に流し込んで成形したり、スピンコート、ドクターブレ
ード法、キャスト法等の手法を用いて板状に成形した
り、既知の手法でビーズ状に成形したものを用いること
もできる。電子伝達層の厚みに関しては、層が薄いほう
が光電流応答が増大する傾向がある。好ましくは、電子
伝達層の厚みは０．１〜３ｍｍとする。
【００２５】保水性物質層の材料としては、多糖類、多
糖類誘導体である寒天やキチン、キトサン等の誘導体、
親水性高分子であるポリアクリルアミド、ポリビニルア
ルコール等、生体高分子であるセルロース等を用いるこ
とができる。
糖類誘導体である寒天やキチン、キトサン等の誘導体、
親水性高分子であるポリアクリルアミド、ポリビニルア
ルコール等、生体高分子であるセルロース等を用いるこ
とができる。
【００２６】電子伝達物質としては、Ｋ4 Ｆｅ（ＣＮ）
6 、Ｋ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 、アスコルビン酸、メチルビオ
ローゲン、ｍ−ＰＭＳ（１−メトキシ−５−メチルフェ
ナジニウム メチルサルフェート）等やメディエータと
呼ばれる試薬等を用いることができる。これらの物質
は、電極との界面および光電変換活性層との界面におい
て電子の授受により価数を変化させる物質である。
6 、Ｋ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 、アスコルビン酸、メチルビオ
ローゲン、ｍ−ＰＭＳ（１−メトキシ−５−メチルフェ
ナジニウム メチルサルフェート）等やメディエータと
呼ばれる試薬等を用いることができる。これらの物質
は、電極との界面および光電変換活性層との界面におい
て電子の授受により価数を変化させる物質である。
【００２７】透明電極としては、真空蒸着法等で得られ
るＡｕ、Ｍｇ−Ａｇ等の金属電極や、ＩＴＯ、ＺｎＯ等
の化合物半導体電極、電解重合法等で得られるポリピロ
ール等の有機導電性材料等を用いることができる。
るＡｕ、Ｍｇ−Ａｇ等の金属電極や、ＩＴＯ、ＺｎＯ等
の化合物半導体電極、電解重合法等で得られるポリピロ
ール等の有機導電性材料等を用いることができる。
【００２８】アスコルビン酸は、単独で使用できるだけ
でなく、Ｋ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 等の他の電子伝達物質に添
加することで、短絡電流のピーク値は低下するが、開放
電圧値をたとえば２倍程度に増大する効果を与えること
ができる。
でなく、Ｋ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 等の他の電子伝達物質に添
加することで、短絡電流のピーク値は低下するが、開放
電圧値をたとえば２倍程度に増大する効果を与えること
ができる。
【００２９】同等の能力を示す複数の素子を直列に接続
すると、電圧出力が増大する。また、同等の能力を示す
複数の素子を並列に接続すると、電流出力が増大する。
すなわち、上述の光電変換装置は、電池的な性質を備え
ている。
すると、電圧出力が増大する。また、同等の能力を示す
複数の素子を並列に接続すると、電流出力が増大する。
すなわち、上述の光電変換装置は、電池的な性質を備え
ている。
【００３０】このような構成の光電変換装置において
は、光電変換活性層で発生した光励起による電子は、光
電変換活性層から電子伝達層に向かう方向に動く。光の
入射方向、電極材料の如何によらず、この傾向が認めら
れる。
は、光電変換活性層で発生した光励起による電子は、光
電変換活性層から電子伝達層に向かう方向に動く。光の
入射方向、電極材料の如何によらず、この傾向が認めら
れる。
【００３１】したがって、励起光に対し透明で、電子伝
達物質を透過せず、両面が電気的に結ばれる導電材料層
を用いて、光電変換活性層と電子伝達層の対を複数接続
することにより、より大きな電圧出力を有する積層型光
電変換装置を提供することもできる。このような導電性
材料層としては、たとえばＩＴＯ等の透明電極で被覆さ
れたガラス板等を用いることができる。
達物質を透過せず、両面が電気的に結ばれる導電材料層
を用いて、光電変換活性層と電子伝達層の対を複数接続
することにより、より大きな電圧出力を有する積層型光
電変換装置を提供することもできる。このような導電性
材料層としては、たとえばＩＴＯ等の透明電極で被覆さ
れたガラス板等を用いることができる。
【００３２】例１ 生体高分子複合体として、光合成細菌から調製したクロ
マトフォアを利用し、ＩＴＯ電極を形成したガラス基板
上に電着法により光電変換活性層を作製した。
マトフォアを利用し、ＩＴＯ電極を形成したガラス基板
上に電着法により光電変換活性層を作製した。
【００３３】電子伝達物質としては、Ｋ4 Ｆｅ（ＣＮ）
6 を用い、保水性物質として多糖類誘導体である寒天を
用いた。クロマトフォアは、燐酸ナトリウム緩衝液（３
ｍＭ，ｐＨ７．０）に懸濁し、クロマトフォア濃度を波
長１０１５ｎｍの光学吸収密度で約１００に調整した。
ＩＴＯ電極を形成したガラス基板と、Ａｕ電極を形成し
たガラス基板とを対向させ、その間にクロマトフォア懸
濁液を注入した。両電極間隔は約０．５ｍｍとした。Ｉ
ＴＯ電極を正極とし、両電極間に３．５Ｖの電圧を約３
０秒間印加し、ＩＴＯ電極上にクロマトフォア膜を堆積
し、この膜を乾燥させた。
6 を用い、保水性物質として多糖類誘導体である寒天を
用いた。クロマトフォアは、燐酸ナトリウム緩衝液（３
ｍＭ，ｐＨ７．０）に懸濁し、クロマトフォア濃度を波
長１０１５ｎｍの光学吸収密度で約１００に調整した。
ＩＴＯ電極を形成したガラス基板と、Ａｕ電極を形成し
たガラス基板とを対向させ、その間にクロマトフォア懸
濁液を注入した。両電極間隔は約０．５ｍｍとした。Ｉ
ＴＯ電極を正極とし、両電極間に３．５Ｖの電圧を約３
０秒間印加し、ＩＴＯ電極上にクロマトフォア膜を堆積
し、この膜を乾燥させた。
【００３４】電子伝達層は以下のように作製した。終濃
度３（ｗｔ／ｖｏｌ）％となるように調製した寒天溶液
に、電子伝達物質として５０ｍＭとなるようにＫ4 Ｆｅ
（ＣＮ）6 を添加、混合した。この寒天溶液を、湯煎し
て加熱溶解後、約１ｍｍの間隔を保って保持したガラス
基板間に流し込み、板状の電子伝達層を作製した。
度３（ｗｔ／ｖｏｌ）％となるように調製した寒天溶液
に、電子伝達物質として５０ｍＭとなるようにＫ4 Ｆｅ
（ＣＮ）6 を添加、混合した。この寒天溶液を、湯煎し
て加熱溶解後、約１ｍｍの間隔を保って保持したガラス
基板間に流し込み、板状の電子伝達層を作製した。
【００３５】このように作製した電子伝達層を取出し、
ＩＴＯ電極上に電着したクロマトフォア膜上に積層し、
対向電極としてＩＴＯ電極を備えたガラス基板を重ね、
光電変換装置を作製した。
ＩＴＯ電極上に電着したクロマトフォア膜上に積層し、
対向電極としてＩＴＯ電極を備えたガラス基板を重ね、
光電変換装置を作製した。
【００３６】図３に、このようにして作製した光電変換
装置の光電応答を示す。図３（Ａ）は、光照射に対する
光開放電圧を示し、図３（Ｂ）は光照射に対する光短絡
電流を示し、図３（Ｃ）は近赤外パルス光による光照射
の波形を示す。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）には横軸、縦
軸のスケールを付して示す。
装置の光電応答を示す。図３（Ａ）は、光照射に対する
光開放電圧を示し、図３（Ｂ）は光照射に対する光短絡
電流を示し、図３（Ｃ）は近赤外パルス光による光照射
の波形を示す。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）には横軸、縦
軸のスケールを付して示す。
【００３７】図３（Ａ）に示す光開放電圧は、ピーク値
で約１１５ｍＶ程度あり、少なくとも従来技術による光
電変換装置で得られる光開放電圧と同等程度以上の電圧
が得られている。
で約１１５ｍＶ程度あり、少なくとも従来技術による光
電変換装置で得られる光開放電圧と同等程度以上の電圧
が得られている。
【００３８】図３（Ｂ）に示す光短絡電流は、ピーク値
で約３５０μＡ／ｃｍ2 あり、従来技術による光電変換
装置の光短絡電流の約５０００倍程度の電流値が得られ
ている。
で約３５０μＡ／ｃｍ2 あり、従来技術による光電変換
装置の光短絡電流の約５０００倍程度の電流値が得られ
ている。
【００３９】例２ 上述の例同様に、保水性物質として寒天を用い、終濃度
３（ｗｔ／ｖｏｌ）％となるように調製した寒天溶液
に、５０ｍＭとなるようにＫ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 を添加、
混合した。この寒天溶液を湯煎して加熱溶解後、約１ｍ
ｍの間隔を保ったガラス板間に流し込み、板状の電子伝
達層を作製した。
３（ｗｔ／ｖｏｌ）％となるように調製した寒天溶液
に、５０ｍＭとなるようにＫ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 を添加、
混合した。この寒天溶液を湯煎して加熱溶解後、約１ｍ
ｍの間隔を保ったガラス板間に流し込み、板状の電子伝
達層を作製した。
【００４０】一方、アスコルビン酸を５０ｍＭの濃度と
なるような水溶液を調製し、この溶液のｐＨを中性域に
保つために５００ｍＭの燐酸緩衝液（ｐＨ７．０）で溶
解した。なお、アスコルビン酸は価数を一方向にのみ
（不可逆的）に変化させる電子伝達物質である。
なるような水溶液を調製し、この溶液のｐＨを中性域に
保つために５００ｍＭの燐酸緩衝液（ｐＨ７．０）で溶
解した。なお、アスコルビン酸は価数を一方向にのみ
（不可逆的）に変化させる電子伝達物質である。
【００４１】前述の例１同様に作製したＩＴＯ電極を備
えたガラス基板上に、クロマトフォア膜を電着し、この
クロマトフォア膜上に上述のアスコルビン酸水溶液を塗
布した後、電子伝達層を積層した。アスコルビン酸はク
ロマトフォア膜と電子伝達層との界面付近に分布するも
のと考えられる。電子伝達層上にＩＴＯ対向電極を備え
たガラス基板を重ねて光電変換装置を作製した。
えたガラス基板上に、クロマトフォア膜を電着し、この
クロマトフォア膜上に上述のアスコルビン酸水溶液を塗
布した後、電子伝達層を積層した。アスコルビン酸はク
ロマトフォア膜と電子伝達層との界面付近に分布するも
のと考えられる。電子伝達層上にＩＴＯ対向電極を備え
たガラス基板を重ねて光電変換装置を作製した。
【００４２】このように作製した光電変換装置の光電応
答を、図４に示す。図４（Ａ）は、光電変換装置から得
られた光開放電圧を示し、図４（Ｂ）は光電変換装置か
ら得られた光短絡電流を示し、図４（Ｃ）は光電変換装
置に照射した近赤外パルス光の波形を示す。
答を、図４に示す。図４（Ａ）は、光電変換装置から得
られた光開放電圧を示し、図４（Ｂ）は光電変換装置か
ら得られた光短絡電流を示し、図４（Ｃ）は光電変換装
置に照射した近赤外パルス光の波形を示す。
【００４３】図から明らかなように、この光電変換装置
からは、光開放電圧として従来の技術による光開放電圧
の２倍程度の電圧が得られ、光短絡電流としては従来の
技術の光短絡電流の約２０００倍程度の電流が得られ
る。
からは、光開放電圧として従来の技術による光開放電圧
の２倍程度の電圧が得られ、光短絡電流としては従来の
技術の光短絡電流の約２０００倍程度の電流が得られ
る。
【００４４】上述の例の場合の測定結果も含め、種々の
電子伝達物質を用いた場合の光開放電圧、光短絡電流の
測定結果を以下の表に示す。
電子伝達物質を用いた場合の光開放電圧、光短絡電流の
測定結果を以下の表に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】図４は、電子伝達物質としてＫ4 Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）6 を用い、その濃度を変化させた時の光開放電圧
（ｍＶ）、光短絡電流（μＡ／ｃｍ2 ）のデータを示
す。プロットした測定点は、Ｋ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 濃度
（ｍＭ）で１、５、１０、５０、１００、２５０、５０
０の各点である。
Ｎ）6 を用い、その濃度を変化させた時の光開放電圧
（ｍＶ）、光短絡電流（μＡ／ｃｍ2 ）のデータを示
す。プロットした測定点は、Ｋ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 濃度
（ｍＭ）で１、５、１０、５０、１００、２５０、５０
０の各点である。
【００４７】光開放電圧は１０ｍＭまで急激に立ち上が
っている。光短絡電流はいく分ゆるやかな勾配で立ち上
がり、１００ｍＭ程度で飽和傾向を示し、２５０ｍＭ付
近でピークを示している。
っている。光短絡電流はいく分ゆるやかな勾配で立ち上
がり、１００ｍＭ程度で飽和傾向を示し、２５０ｍＭ付
近でピークを示している。
【００４８】これらの実験結果から明らかなように、ク
ロマトフォア等の光電変換活性層に、電子伝達物質を含
む保水性層からなる電子伝達層を積層することにより、
以下のような効果が得られている。
ロマトフォア等の光電変換活性層に、電子伝達物質を含
む保水性層からなる電子伝達層を積層することにより、
以下のような効果が得られている。
【００４９】光電変換活性層から電子伝達層を介して効
率よく電極に電子を伝達することができる。このため、
特に光電流応答能を向上することができる。光電変換活
性層の一方の側に電子伝達層を積層することにより、光
電変換装置の構成を非対称なものとすることができ、一
対の電極材料として同一の材料を用いることができる。
率よく電極に電子を伝達することができる。このため、
特に光電流応答能を向上することができる。光電変換活
性層の一方の側に電子伝達層を積層することにより、光
電変換装置の構成を非対称なものとすることができ、一
対の電極材料として同一の材料を用いることができる。
【００５０】光電変換活性層を作製した後、その上に直
接電極を形成する必要がないため、電極作成工程に由来
する制限を排除することができる。たとえば、真空中で
の加熱工程には耐えられないＬＢ法等で作製した極めて
薄い光電変換層を用いることもできる。
接電極を形成する必要がないため、電極作成工程に由来
する制限を排除することができる。たとえば、真空中で
の加熱工程には耐えられないＬＢ法等で作製した極めて
薄い光電変換層を用いることもできる。
【００５１】その他、光電変換活性層上に蒸着法により
対向電極を形成する場合と比べ、電極形成による光電変
換活性層に対する悪影響、たとえば蛋白質の熱変性、電
極材料粒子の衝突による変性等、が少ない。
対向電極を形成する場合と比べ、電極形成による光電変
換活性層に対する悪影響、たとえば蛋白質の熱変性、電
極材料粒子の衝突による変性等、が少ない。
【００５２】なお、電子伝達層の形状は、必ずしも板状
である必要はなく、上下電極間のスペースを必要な間隔
に保持することができれば、ビーズ状等のものを用いる
こともできる。また、極端には、光電変換活性層の溶出
を防ぐことができれば溶液状のものを用いることもでき
る。
である必要はなく、上下電極間のスペースを必要な間隔
に保持することができれば、ビーズ状等のものを用いる
こともできる。また、極端には、光電変換活性層の溶出
を防ぐことができれば溶液状のものを用いることもでき
る。
【００５３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【００５４】
【発明の効果】一対の電極間に光電変換活性層と電子伝
達層とを挟むことにより、従来の技術により得られた光
電応答よりも高い光電応答を得ることができる。
達層とを挟むことにより、従来の技術により得られた光
電応答よりも高い光電応答を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による光電変換装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】従来の技術による光電変換装置の構成を示す断
面図である。
面図である。
【図３】電子伝達物質としてＫ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 を用い
た時の光電応答特性を示すグラフである。
た時の光電応答特性を示すグラフである。
【図４】電子伝達物質としてＫ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 とアス
コルビン酸を用いた時の光電応答特性を示すグラフであ
る。
コルビン酸を用いた時の光電応答特性を示すグラフであ
る。
【図５】電子伝達物質としてＫ4 Ｆｅ（ＣＮ）6 を用
い、その濃度を変化させた時の光電応答特性を示すグラ
フである。
い、その濃度を変化させた時の光電応答特性を示すグラ
フである。
１ 透明基板 ２ 透明電極 ３ 光電変換活性層 ５ 電子伝達層 ７ 封止材料 ９ リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−6420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−237585（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも一方が実質的に透明である一
対の電極と、 前記一対の電極間に配置され、光電変換機能を有する生
体高分子複合体で形成された光電変換活性層と、 前記一対の電極間に配置され、電子伝達性の電子伝達物
質を含む保水性物質で形成された電子伝達層とを含み、
前記光電変換活性層と前記電子伝達層との電気的性質が
前記電極間で非対称である光電変換装置。 - 【請求項２】 前記生体高分子複合体が光合成細菌から
調製したものである請求項１記載の光電変換装置。 - 【請求項３】 前記電子伝達物質がＫ4 Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）6 、Ｋ3 Ｆｅ（ＣＮ） 6 の少なくとも一種を含む請
求項１ないし２記載の光電変換装置。 - 【請求項４】 前記電子伝達層は、電子伝達物質を５ミ
リモル／ｌ以上の濃度で含む請求項１〜３のいずれかに
記載の光電変換装置。 - 【請求項５】 前記電子伝達層の保水性物質は多糖類、
その誘導体、親水性高分子物質のいずれかを含む請求項
１〜４のいずれかに記載の光電変換装置。 - 【請求項６】 さらに、前記電子伝達層と前記光電変換
活性層との間の界面付近に分布したアスコルビン酸を含
む請求項３記載の光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172115A JP2677298B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 生体高分子複合体を用いた光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172115A JP2677298B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 生体高分子複合体を用いた光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0618326A JPH0618326A (ja) | 1994-01-25 |
| JP2677298B2 true JP2677298B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=15935836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4172115A Expired - Lifetime JP2677298B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 生体高分子複合体を用いた光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2677298B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990010531A1 (en) * | 1989-01-25 | 1990-09-20 | Kautex Of Canada Inc. | Process for creating internal structures within blow moulded products |
| CN101120458B (zh) * | 2004-12-02 | 2010-10-06 | 普林斯顿大学理事会 | 采用孤立的光合作用复合物的固态光敏器件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0748567B2 (ja) * | 1987-03-26 | 1995-05-24 | 三菱電機株式会社 | 光応答性スイツチ素子 |
| JPH046420A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-10 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光電変換素子 |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4172115A patent/JP2677298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0618326A (ja) | 1994-01-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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