JP3532958B2 - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- 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
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光センサ、光電池等
の光電変換素子に関する。
の光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光電変換素子としては半導体のｐ
−ｎ接合を利用したものが知られている。これは、基板
上に、半導体の薄膜層を形成し、薄膜層間のｐ−ｎ接合
部の光起電力効果を利用するものである。
−ｎ接合を利用したものが知られている。これは、基板
上に、半導体の薄膜層を形成し、薄膜層間のｐ−ｎ接合
部の光起電力効果を利用するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光電変
換素子においては、蒸着などの特殊な方法で半導体の薄
膜を形成する必要があるため、形状・大きさには製造工
程上の制限があり、また、製造コストも高いという問題
があった。また、光導電層を２つの電極で挟むサンドイ
ッチ構造の光電変換素子も提案されているが、蒸着を表
面・裏面の２回行わなければならず、また基板を透明部
材で構成する必要があるなど、製造上の制限があった。
換素子においては、蒸着などの特殊な方法で半導体の薄
膜を形成する必要があるため、形状・大きさには製造工
程上の制限があり、また、製造コストも高いという問題
があった。また、光導電層を２つの電極で挟むサンドイ
ッチ構造の光電変換素子も提案されているが、蒸着を表
面・裏面の２回行わなければならず、また基板を透明部
材で構成する必要があるなど、製造上の制限があった。
【０００４】本発明は、製造上の制限が緩く、形状・大
きさが自由に設定でき、しかも、製造コストの低減が図
れる光電変換素子を提供することを目的としている。
きさが自由に設定でき、しかも、製造コストの低減が図
れる光電変換素子を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の光電
変換素子は、非導電性の基板と、前記基板の同一面上に
所定の間隔をおいて隣接して設けられた２つの電極と、
前記２つの電極に密接して基板の同一面に設けられた光
導電性を有する電荷発生膜と、を有し、２つの電極は第
１の電極と、第２の電極を有し、第１の電極の仕事関数
φ１、第２の電極の仕事関数φ２および電荷発生膜の仕
事関数φ０の間には、φ１＜φ０＜φ２の関係が成り立
つことを特徴とする。
変換素子は、非導電性の基板と、前記基板の同一面上に
所定の間隔をおいて隣接して設けられた２つの電極と、
前記２つの電極に密接して基板の同一面に設けられた光
導電性を有する電荷発生膜と、を有し、２つの電極は第
１の電極と、第２の電極を有し、第１の電極の仕事関数
φ１、第２の電極の仕事関数φ２および電荷発生膜の仕
事関数φ０の間には、φ１＜φ０＜φ２の関係が成り立
つことを特徴とする。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明の一実施例としての有機光電
変換素子１００の構成を示す概略側面図である。有機光
電変換素子１００は、非導電性の基板１上に金属電極２
および３を設け、さらにその上に光導電性を有する有機
化合物層４を設けたものである。
変換素子１００の構成を示す概略側面図である。有機光
電変換素子１００は、非導電性の基板１上に金属電極２
および３を設け、さらにその上に光導電性を有する有機
化合物層４を設けたものである。
【０００７】基板１はガラスからなり、電極２として
金、電極３としてアルミニウムを、それぞれ蒸着により
基板１上に形成する。なお、本実施例においては、各電
極の長さは約６ｍｍ、電極間の間隔は約０．３ｍｍとな
っている。有機化合物層４は、銅フタロシアニンをバイ
ンダーとしてのポリマー溶液に分散させ、電極２、３が
蒸着された基板１上に塗布し、乾燥させることにより形
成する。
金、電極３としてアルミニウムを、それぞれ蒸着により
基板１上に形成する。なお、本実施例においては、各電
極の長さは約６ｍｍ、電極間の間隔は約０．３ｍｍとな
っている。有機化合物層４は、銅フタロシアニンをバイ
ンダーとしてのポリマー溶液に分散させ、電極２、３が
蒸着された基板１上に塗布し、乾燥させることにより形
成する。
【０００８】本実施例においては、ポリマー溶液は、ポ
リビニルブチラール樹脂をテトラヒドロフランに投入し
たものを用いている。
リビニルブチラール樹脂をテトラヒドロフランに投入し
たものを用いている。
【０００９】ポリマー（バインダー樹脂）と溶媒との割
合は重量比で１：１０としている。なお、このポリマー
と溶媒との重量比は、１：１から１：５０（好ましくは
１：５から１：２０）程度が望ましい。
合は重量比で１：１０としている。なお、このポリマー
と溶媒との重量比は、１：１から１：５０（好ましくは
１：５から１：２０）程度が望ましい。
【００１０】バインダー樹脂としては、疎水性を有しか
つ誘電率の高い電気絶縁性のフィルム膜を形成できる、
高分子重合体が好ましい。本実施例では、ポリビニルブ
チラール樹脂を用いているが、他にシリコン樹脂、ポリ
エステル、メチクリル樹脂、ポリビニルアセテート、ポ
リカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩
化ビニル等を用いることができる。
つ誘電率の高い電気絶縁性のフィルム膜を形成できる、
高分子重合体が好ましい。本実施例では、ポリビニルブ
チラール樹脂を用いているが、他にシリコン樹脂、ポリ
エステル、メチクリル樹脂、ポリビニルアセテート、ポ
リカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩
化ビニル等を用いることができる。
【００１１】溶媒としてはテトラヒドロフランに限ら
ず、１，２−ジクロロエタン、ジクロルメタン、クロロ
ホルム、ブチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、アセトン、ジオキサン、酢酸エチル、エタノール、
イソプロパノール、ジメチルスルホキシド等を用いるこ
とが可能である。
ず、１，２−ジクロロエタン、ジクロルメタン、クロロ
ホルム、ブチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、アセトン、ジオキサン、酢酸エチル、エタノール、
イソプロパノール、ジメチルスルホキシド等を用いるこ
とが可能である。
【００１２】有機化合物４としては、本実施例では銅フ
タロシアニンを用いている。フタロシアニン化合物とし
ては、この他、チタニルフタロシアニン、無金属フタロ
シアニン、クロロインジウムフタロシアニン、マグネシ
ウムフタロシアニン、錫フタロシアニン、マンガンフタ
ロシアニン、鉄フタロシアニン、鉛フタロシアニン、コ
バルトフタロシアニン、ニッケルフタロシアニン、亜鉛
フタロシアニン、バナジウムフタロシアニン等、ほとん
ど全てのフタロシアニン化合物が使用できる。さらに、
これらのフタロシアニン化合物の置換体、誘導体も使用
できる。
タロシアニンを用いている。フタロシアニン化合物とし
ては、この他、チタニルフタロシアニン、無金属フタロ
シアニン、クロロインジウムフタロシアニン、マグネシ
ウムフタロシアニン、錫フタロシアニン、マンガンフタ
ロシアニン、鉄フタロシアニン、鉛フタロシアニン、コ
バルトフタロシアニン、ニッケルフタロシアニン、亜鉛
フタロシアニン、バナジウムフタロシアニン等、ほとん
ど全てのフタロシアニン化合物が使用できる。さらに、
これらのフタロシアニン化合物の置換体、誘導体も使用
できる。
【００１３】電極２および３は、蒸着法による形成に限
る必要はなく、電荷発生層である有機化合物膜４との密
着性が高く、光起電力発生に支障を与えないなら、基板
１に接着する構成としてもよい。
る必要はなく、電荷発生層である有機化合物膜４との密
着性が高く、光起電力発生に支障を与えないなら、基板
１に接着する構成としてもよい。
【００１４】電極２および３を設置した基板上には、前
述のように、有機化合物膜４が形成される。これは、銅
フタロシアニン分散ポリマー溶液を塗布し、乾燥して形
成する。有機化合物膜４の厚みは、本実施例において
は、約２０μｍとしている。この厚みは、フタロシアニ
ン化合物分散ポリマー膜の膜厚が大きくなると透光性が
悪くなり、光電変換効率が下がることから、０．０１〜
３０μｍが望ましい。
述のように、有機化合物膜４が形成される。これは、銅
フタロシアニン分散ポリマー溶液を塗布し、乾燥して形
成する。有機化合物膜４の厚みは、本実施例において
は、約２０μｍとしている。この厚みは、フタロシアニ
ン化合物分散ポリマー膜の膜厚が大きくなると透光性が
悪くなり、光電変換効率が下がることから、０．０１〜
３０μｍが望ましい。
【００１５】なお、有機化合物膜４の透光性が充分に大
きく、図１に示すように有機化合物膜４側から入射する
光によって光電変換が行われる場合には、基板１は、透
明基板でなくてもよい。また、有機化合物膜４は、蒸着
によって形成することも可能である。また、基板１が透
明な場合には、図２に示すように基板側から光が入る構
成とすることもできる。この場合には、有機化合物膜４
の厚みは任意の厚みとすることができる。
きく、図１に示すように有機化合物膜４側から入射する
光によって光電変換が行われる場合には、基板１は、透
明基板でなくてもよい。また、有機化合物膜４は、蒸着
によって形成することも可能である。また、基板１が透
明な場合には、図２に示すように基板側から光が入る構
成とすることもできる。この場合には、有機化合物膜４
の厚みは任意の厚みとすることができる。
【００１６】図３および図４は、本実施例の光電変換素
子の原理を説明するためのエネルギー準位を示す図であ
る。これらの図においては、電極２を構成する金（Ａ
ｕ）の仕事関数をφAu、電極３を構成するアルミニウム
（Ａｌ）の仕事関数をφAl、有機化合物膜４であるフタ
ロシアニン化合物分散ポリマー膜（ＰＣ）の仕事関数を
φPCとして示している。また、これら仕事関数の間に
は、 φAl＜φPC＜φAu ・・・・・・・・ （１） という関係が成り立っている。
子の原理を説明するためのエネルギー準位を示す図であ
る。これらの図においては、電極２を構成する金（Ａ
ｕ）の仕事関数をφAu、電極３を構成するアルミニウム
（Ａｌ）の仕事関数をφAl、有機化合物膜４であるフタ
ロシアニン化合物分散ポリマー膜（ＰＣ）の仕事関数を
φPCとして示している。また、これら仕事関数の間に
は、 φAl＜φPC＜φAu ・・・・・・・・ （１） という関係が成り立っている。
【００１７】金電極のフェルミ準位をＥAu、フタロシア
ニン化合物分散ポリマー膜のフェルミ準位をＥPC、電子
親和度をχとすると、接合前にはフタロシアニン化合物
分散ポリマー膜のフェルミ準位の方が φAu - φPC
だけ上方にある。フタロシアニン化合物分散ポリマー膜
は、金に対してはＮ型半導体のようにふるまう。このた
め、両者を接合すると、図４に示すように両者のフェル
ミ準位が一致する。この時、半導体内部のエネルギ準位
が表面から φAu - φPC だけ低くなって、両者の間
に電位障壁ができる。金電極側の電位障壁の高さは、φ
Au - χ／q となる。一方、フタロシアニン化合物分散
ポリマー膜は、アルミニウムに対してはＰ型半導体のよ
うにふるまう。アルミニウムのフェルミ準位をＥAlとす
ると、図３に示すように、接合前には、フタロシアニン
化合物分散ポリマー膜のフェルミ準位ＥPCの方が、 φ
PC - φAl だけ下方にある。このため、両者を接合す
ると、図４に示すように、両者のフェルミ準位が一致し
て、アルミニウム電極のエネルギー準位は、φAl - χ
／q となる。従って、ｈνのエネルギーを有する光が
光電変換素子１００に照射されると、電子はアルミニウ
ム電極側にドリフトし、正孔は金電極側にドリフトし
て、両電極間に電位差が生じる。
ニン化合物分散ポリマー膜のフェルミ準位をＥPC、電子
親和度をχとすると、接合前にはフタロシアニン化合物
分散ポリマー膜のフェルミ準位の方が φAu - φPC
だけ上方にある。フタロシアニン化合物分散ポリマー膜
は、金に対してはＮ型半導体のようにふるまう。このた
め、両者を接合すると、図４に示すように両者のフェル
ミ準位が一致する。この時、半導体内部のエネルギ準位
が表面から φAu - φPC だけ低くなって、両者の間
に電位障壁ができる。金電極側の電位障壁の高さは、φ
Au - χ／q となる。一方、フタロシアニン化合物分散
ポリマー膜は、アルミニウムに対してはＰ型半導体のよ
うにふるまう。アルミニウムのフェルミ準位をＥAlとす
ると、図３に示すように、接合前には、フタロシアニン
化合物分散ポリマー膜のフェルミ準位ＥPCの方が、 φ
PC - φAl だけ下方にある。このため、両者を接合す
ると、図４に示すように、両者のフェルミ準位が一致し
て、アルミニウム電極のエネルギー準位は、φAl - χ
／q となる。従って、ｈνのエネルギーを有する光が
光電変換素子１００に照射されると、電子はアルミニウ
ム電極側にドリフトし、正孔は金電極側にドリフトし
て、両電極間に電位差が生じる。
【００１８】本実施例においては、金の仕事関数は銅フ
タロシアニン分散ポリマー膜の仕事関数より大きく、ア
ルミニウムの仕事関数は銅フタロシアニン分散ポリマー
膜の仕事関数より小さくなっている。さらに、銅フタロ
シアニン分散ポリマー膜は、金に対してはＮ型半導体の
特性を示し、アルミニウムに対してはＰ型半導体の特性
を示す。上述の説明から明らかなように、上記の条件を
満たしていれば、電極２および３は他の金属であっても
よい。また、上記（１）式の条件は、光電池のように起
電力を得ることを目的とする場合であって、光電変換素
子を光センサとして用いる場合には、両電極を同一金属
（同一の仕事関数）で形成し、電極にバイアス電圧をか
けて用いるようにすることも可能である。
タロシアニン分散ポリマー膜の仕事関数より大きく、ア
ルミニウムの仕事関数は銅フタロシアニン分散ポリマー
膜の仕事関数より小さくなっている。さらに、銅フタロ
シアニン分散ポリマー膜は、金に対してはＮ型半導体の
特性を示し、アルミニウムに対してはＰ型半導体の特性
を示す。上述の説明から明らかなように、上記の条件を
満たしていれば、電極２および３は他の金属であっても
よい。また、上記（１）式の条件は、光電池のように起
電力を得ることを目的とする場合であって、光電変換素
子を光センサとして用いる場合には、両電極を同一金属
（同一の仕事関数）で形成し、電極にバイアス電圧をか
けて用いるようにすることも可能である。
【００１９】本実施例においては、電荷発生膜として、
光導電性を有する有機化合物を用いている。しかし、有
機化合物に限らず、上記（１）式の関係を満たす電荷発
生層および電極を用いて、本実施例と同様の光電変換素
子を構成することが可能である。
光導電性を有する有機化合物を用いている。しかし、有
機化合物に限らず、上記（１）式の関係を満たす電荷発
生層および電極を用いて、本実施例と同様の光電変換素
子を構成することが可能である。
【００２０】
【発明の効果】この発明によれば、仕事関数の異なる、
対向して配置された２枚の電極を、有機化合物の膜で覆
うことにより、安価で形状の自由度が高い光電変換素子
を得ることができる。
対向して配置された２枚の電極を、有機化合物の膜で覆
うことにより、安価で形状の自由度が高い光電変換素子
を得ることができる。
【図１】本発明の光電変換素子の概略側面図である。
【図２】図１の光電変換素子において異なる方向から光
が入射する場合を示す、概略側面図である。
が入射する場合を示す、概略側面図である。
【図３】金電極、電荷発生膜およびアルミニウム電極
の、接合前のエネルギー準位図である。
の、接合前のエネルギー準位図である。
【図４】本発明の光電変換素子の各電極および電荷発生
膜の、接合後のエネルギー準位図である。
膜の、接合後のエネルギー準位図である。
１ 基板
２ 電極（金）
３ 電極（アルミニウム）
４ 電荷発生膜
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/01 - 31/119
Claims (6)
- 【請求項１】非導電性の基板と、前記基板の同一面上に
所定の間隔をおいて隣接して設けられた２つの電極と、
前記２つの電極に密接して前記基板の同一面に設けられ
た光導電性を有する電荷発生膜と、を有する光電変換素
子であって、 前記２つの電極は第１の電極と、第２の電極を有し、前
記第１の電極の仕事関数φ１、前記第２の電極の仕事関
数φ２および前記電荷発生膜の仕事関数φ０の間には、
φ１＜φ０＜φ２の関係が成り立つことを特徴とする、
光電変換素子。 - 【請求項２】前記基板は透光性を有することを特徴とす
る、請求項１の光電変換素子。 - 【請求項３】前記電荷発生膜が有機化合物を有すること
を特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光電変
換素子。 - 【請求項４】前記有機化合物がフタロシアニン化合物で
あることを特徴とする、請求項３の光電変換素子。 - 【請求項５】前記電荷発生膜がフタロシアニン化合物分
散ポリマー膜であることを特徴とする、請求項４に記載
の光電変換素子。 - 【請求項６】前記第１の電極がアルミニウム電極、前記
第２の電極が金電極であることを特徴とする、請求項１
から５のいずれかに記載の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10177694A JP3532958B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10177694A JP3532958B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 光電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07288348A JPH07288348A (ja) | 1995-10-31 |
| JP3532958B2 true JP3532958B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=14309613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10177694A Expired - Fee Related JP3532958B2 (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3532958B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6185431B2 (ja) * | 2014-06-23 | 2017-08-23 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光電変換膜、固体撮像素子、および電子機器 |
-
1994
- 1994-04-15 JP JP10177694A patent/JP3532958B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07288348A (ja) | 1995-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20031208 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040202 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040224 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040305 |
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| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090312 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |