JPS5928388A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光電変換素子に関する。さらに詳しくは、
光照射により透明電極と有機色素層の界面や有機色素層
と高分子層の界面で電荷の分離を生じ、光電変換を効率
よく行うサンドイッチ型光電変換素子に関する。

従来から、テトラセン、フタロシニアン、クロロフィル
等の有機色素を透明電極で挾持したサンドイッチ型光電
変換素子が知られている。しかしかような従来の光電変
換素子における一対の透明電極は原理的には異種のもの
である必要があった。

その上薄層の有機色素層を用いており該層にピンホール
も生じる場合が多いため両電極が部分的に接触して短絡
するおそれがあり、大面積化も困難であった。

この発明はこれらの問題点を克服した光電変換を有する
素子を得ることを目的とする。

かくしてこの発明によれば、対向する一対の透明電極間
に、光電変換機能を有する有機色素からなる第１層と、
第１層に積層され上記有機色素とその界面でショットキ
ーバリヤーを形成しつる高分子からなる第２層とが挾持
されてなる光電変換素子が提供される。

この発明におりる一対の透明電極としては導電性の透明
材や金属薄膜などが使用できる。より具体的には酸化ス
ズ膜（ネサ膜）、酸化インジウム膜又はこれらの混合膜
等のガラス状薄膜や酸化スズ、酸化インジウム、金属等
をＣＶＤ，ＰＶＤ例えばスパッタリング等の処理に耐え
うる高分子フィルム、例えばポリエチレンテレフタレー
トやポリスルホン樹脂フィルムの表面に蒸着してなるフ
ィルム状薄膜〔例えば、ＣＥＬＥＣ−ＫやＣＥＬＥＣ−
Ｇ（ダイセル化学工業（株）製）〕などが挙げられる。

これら透明電極はそのまま使用することもできるが通常
透明のガラス基板上にそれぞれ蒸着、塗布、被覆等によ
り形成した形態で用いられる。そしてかような透明電極
は、それぞれ同種のものを用いてもよく異種のものを用
いてもよい。

一方、この発明における光電変換機能を有する有機色素
としては、クロロフィル、メタルフリーフタロシアニン
、メロシアニン、テトラセン等の所謂光電変換機能を有
する有機化合物が適用される。かような有機色素はいず
れかの透明電極上に蒸着、キャスティング、塗布、スプ
レーなどの方法で被覆される。この有機色素からなる層
（第１層）上に該有機色素とその界面でショットキーバ
リヤーを形成しうる高分子からなる層（第２層）を積層
し、さらにその上にもう一方の透明電極を重ねて圧着す
ることによって目的の素子を作製することができる。

上記高分子としては、有機色素とその界面で、いわゆる
半導体の分野におけるショットキーバリアーに相当する
障壁を形成しうるものであればよい。かような高分子と
しては導電性を有する高分子、例えば親水性高分子こと
に含水した親水性高分子が挙げられ、より具体的には含
水ポリビニルアルコール、含水セルロースが挙げられ通
常、フィルム状の形態で用いられる。

光照射によって上記光電変換素子の両極間に開回路光起
電圧を生じ、両極間に負荷をかけ外部で短絡することに
より光電流が得られる。

以下、添付図面によりこの発明の実施例について説明す
る。第１図は、この発明の光電変換素子の実施例を示す
断面図である。図においてキャスティング法によりクロ
ロフィルａ層（３）が被覆された透明電極（２）とその
対極（２；透明電極）との間に含水ポリビニルアルコー
ル層（４）が挿入され、クロロフィルａ層（２）とポリ
ビニルアルコール層（３）が接触した形でその両側を同
種の透明電極（２）で挾持し（異種であっても何んらさ
しつかえはない）さらにこの両側をガラス板（１）で挾
んだ構造となっている。なお、クロロフィルａはホウレ
ン草の葉から抽出、精製したものを用い、含水ポリビニ
ルアルコール層としては平均膜厚７５μｍの光学用ビニ
ロンフィルムＶＦ−Ｐ＃７５００（クラレ（株）製）を
用い、これを蒸留水中で十分に水を含ませたのち用いた
。また、透明電極としては透明の導電性フィルムＣＥＬ
ＥＣ−Ｋ−２Ｓ（酸化インジウム一酸化スズを蒸着した
もの）を使用した。この光電変換素子を水蒸気飽和デシ
ケーター中、暗黒下に保存した。この際のクロロフィル
ａ層の吸収スペクトルの経時変化を第２図に示した。な
お図中、Ａは１日後、Ｂは２日後、Ｃは１３日後のスペ
クトルをそれぞれ示す。このように含水ポリビニルアル
コールとの接触によりクロロフィルａが水和会合体を形
成し赤色吸収帯のλｍａｘがレッドシフトしたものと考
えられる。この素子の光応答の一例を電圧計及び電流を
用いて測定した結果を第３図及び第４図に示す。第３図
は光起電圧曲線を示し、第４図は光電流曲線を示す。こ
のように光照射によって光起電圧は対極に対して正の方
向に出ることがわかった。

一方、透明電極としてＣＥＬＥＣ−Ｇ−５（金を蒸着し
たフィルム）を用いて前記と同様にこの発明の光電変換
素子を作製した。この素子について連続的に短時間、光
のＯＮ，ＯＦＦをくり返したときの光電流の応答例を第
５図に示した。このようにこの発明においては高分子層
をクロロフィルａ層と透明電極との間に、スペーサ（な
いしはインシュレーター）的にも用いているため高分子
材料に特有の導電特性を示し、光照射により一過性の強
い瞬時充電電流とそれに続く吸収電流の速やかな減衰が
見られ、最終的には洩れ電流が観察される。

またこの素子を暗黒下で連続的に直流印加電圧を変化さ
せた時の電流変化から、この素子には整流作用があるこ
とが認められた。金とクロロフィルａとの接触はオーム
性であるので、この整流作用はクロロフィルａと含水ポ
リビニルアルコール層との界面にショットキーバリヤー
が形成されたことによるものは明らかであり、光励起さ
れたクロロフィルａの電荷分離により生じたキャリヤー
がこのバリヤーに従って分離されることにより光応答を
生じたものと信じられる。

さらに、透明電極としてＣＥＬＥＣ−Ｋ−２Ｓをそれぞ
れ用い、有機色素としてメタルフリーフタロシアニンを
用い前記と同様にこの発明の光電変換素子を作製した。

このときの光応答の例を第６図及び第７図に示した。第
６図は、光電流曲線を示し、第７図は光起電圧曲線を示
す。

この発明によれば、有機色素層と高分子層との界面のシ
ョットキーバリヤーによる電荷分離が行なわれるため、
両極に同一の透明電極を用いることができ、有機太陽電
池やフラッシュ光に応答する光電変換素子などに有効に
作用する。さらに、この発明は以上に説明したようにサ
ンドイッチ型有機色素光電変換素子の有機色素層と一方
の電極板の間にスペーサーないしはインシュレーターと
しても作用するポリビニルアルコール等の高分子を挿入
したという簡単な構造で両極間の短絡を防ぐことができ
る。また有機色素層を電極表面に被覆する際、キャステ
ィング、塗布、スプレー等の簡便な方法を採ることがで
き、電極を大面積化できる効果をも有している。また、
この発明は、有機色素層と高分子層の界面で電荷の分離
が起こり得ること及び高分子材料に特有の導電特性を示
すこと等から光電変換素子として新しい用途を見出す可
能性を提供するものでもある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光電変換素子の具体例を示す模式
的断面図であり、第２図はこの発明の光電変換素子の有
機色素層の吸収スペクトルの経時変化を例示する図であ
り、第３〜７図はこの発明の光電変換素子の光応答性を
それぞれ例示するグラフである。 （１）・・・ガラス板、（２）・・・透明電極、（３）
・・・クロロフィルａ層、 （４）・・・含ポリビニルアルコール層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する一対の透明電極間に、光電変換機能を有
   する有機色素からなる第ｌ層と、第１層に積層され上記
   有機色素とその界面でショットキーバリヤーを形成しう
   る高分子からなる第２層とが挟持されてなる光電変換素
   子。