JPWO2013039019A1 - 光電変換デバイス用電極及び光電変換デバイス - Google Patents
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Abstract
光電変換層３０の一方の側に配置される光電変換デバイス用電極２２が、ｐ型電極として機能する一方の電極２３と、ｎ型電極として機能する他方の電極２４とを、ほぼ同一面上に配置して構成する。これにより、透明電極材を用いないで、各種光電変換デバイス２０を提供することができる。
Description
本発明は、光電変換デバイスに用いられる光電変換デバイス用電極と、それを用いた光電変換デバイスに関する。
光電変換デバイスは、光を電気エネルギーに変換するデバイス及び電気エネルギーを光に変換するデバイスである。前者の例としては太陽電池などがあり、後者の例としては発光ダイオードなどがある。
今日、クリーンエネルギーの一つとして太陽電池による電力供給の必要性が再認識されている。太陽電池にはＳｉ太陽電池、化合物太陽電池、有機半導体薄膜太陽電池など各種のものがある。
Ｓｉ太陽電池について単結晶Ｓｉ太陽電池を例にとって説明する。ｐ型の単結晶ウエハに気相拡散やｎ型不純物イオンの打ち込み等によってウエハの表面層をｎ型半導体にするなどしてｐｎ接合やｐｉｎ接合が作られる。そして表面電極と裏面電極とを形成してサンドイッチ構造の太陽電池が作製される。
化合物太陽電池の中には各種のものがある。ここでは、エネルギー変換効率が高く、経年変化による光劣化が起こりにくく、耐放射性特性に優れ、光吸収波長領域が広く、光吸収係数が大きいといった利点を有するカルコパイライト型太陽電池を例にとって説明する。このカルコパイライト型太陽電池は、Ｉ族、ＩＩＩ族及びＶＩ族の元素を構成成分とするカルコパイライト化合物（Ｃｕ(Ｉｎ＋Ｇａ)Ｓｅ２）から成るＣＩＧＳ層をｐ型の光吸収層として備えたものである（例えば特許文献１）。
このＣＩＧＳ層を備えた太陽電池は、一般的に、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）基板といったガラス基板上に、Ｍｏ金属層からなる正極たる裏面電極層と、ＳＬＧ基板に由来して生じるＮａムラを防止するためのＮａディップ層と、ＣＩＧＳ光吸収層と、ｎ型のバッファ層と、負極たる透明電極層による最外表面層と、を備えた多層積層構造で構成される。ここで、ｎ型のバッファ層はＣｄＳ、ＺｎＯ、ＩｎＳなどで形成され、透明電極層はＺｎＯＡｌなどが用いられる。
この多層積層構造にあっては、表面の受光部から照射光が入射すると、多層積層構造のｐ−ｎ接合付近では、バンドギャップ以上のエネルギーを有する照射光によって励起されて一対の電子及び正孔が生じる。励起された電子と正孔とは、拡散によりｐ−ｎ接合部に達し、接合の内部電界により、電子がｎ領域に、正孔がｐ領域に集合して分離される。この結果、ｎ領域が負に帯電し、ｐ領域が正に帯電し、各領域に設けた電極間で電位差が生じる。この電位差を起電力として、各電極間を導線で結線したときに光電流が得られる。
ＣＩＧＳ光吸収層は次のような工程によって得られる。即ち、Ｉｎ層とＣｕ−Ｇａ層とを積層状態にして前駆体として備える基板自体をアニール処理室内に収容してプレヒートを行う。その後、アニール処理室内に挿入したガス導入管によってＨ２Ｓｅガスを導入しつつ、室内を５００乃至５２０℃の温度範囲に昇温することによって、前駆体をＣＩＧＳ層に変換する。
これに対し、有機半導体薄膜太陽電池は塗布法によって形成することができるため、大量生産に適した太陽電池として注目されている。有機太陽電池は、有機ドナー材料と有機アクセプター材料を混合した、所謂バルクヘテロジャンクション構造を有している。その中でも、塗布及び低温プロセスでフレキシブル基板への陰極形成を可能とした有機薄膜太陽電池が開発されている（例えば、特許文献２）。
特許文献２によれば、有機半導体薄膜太陽電池が、基板の一方面上に、陽極、バルクヘテロジャンクション構造を有する光電変換層及び陰極が順に積層された構造を有していて、陰極が塗布により酸化銀と還元剤からなり、電子輸送層が塗布により陰極近傍に有機金属をドープして形成されていることにより、低温で陰極が形成されるだけでなく、有機金属ドープ層と陰極との接合が改良されるとしている。
しかしながら、従来の構造においては、ｐｎ接合となる領域を挟んで一対の電極を設ける必要があった。そのため、光照射側の電極は、光透過性がよく、かつ電気抵抗が小さいものが要求されており、そのために、光照射側の電極は高価なレアメタルを蒸着やメッキにより形成する必要がある。またそれに伴いプロセス工程が複雑であった。
そこで、本発明は、電極材料として光透過性を要求しない、光電変換デバイス用電極とそれを用いた光電変換デバイスを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の光電変換デバイス用電極は、同一面上に一方の電極と他方の電極とが形成されてなり、一方の電極がｐ型電極として機能し、他方の電極がｎ型電極として機能する。
好ましくは、一方の電極と他方の電極とは横並びに一つずつ設けられる。一方の電極及び他方の電極は、好ましくは、複数本の電極指が一端で電気的に接続された構造を有する櫛歯電極で構成され、一方の電極の電極指と他方の電極の電極指とが交互に並んでいる。一方の電極及び他方の電極はＣｕ、Ａｌの何れかで形成され得る。
好ましくは、一方の電極と他方の電極とは横並びに一つずつ設けられる。一方の電極及び他方の電極は、好ましくは、複数本の電極指が一端で電気的に接続された構造を有する櫛歯電極で構成され、一方の電極の電極指と他方の電極の電極指とが交互に並んでいる。一方の電極及び他方の電極はＣｕ、Ａｌの何れかで形成され得る。
本発明の光電変換デバイスは、本発明の光電変換デバイス用電極と、一方の電極上に設けられ正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体と、他方の電極上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体と、を備え、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体が同一面上に互い違いに形成されている。
本発明の光電変換デバイスは、上述の光電変換デバイス用電極と、一方の電極上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体と、他方の電極上に設けられ正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体と、を備え、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体が同一面上に互い違いに形成されている。
好ましくは、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体は透明の保護層で覆われている。
本発明の光電変換デバイスは、上述の光電変換デバイス用電極と、一方の電極上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体と、他方の電極上に設けられ正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体と、を備え、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体が同一面上に互い違いに形成されている。
好ましくは、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体は透明の保護層で覆われている。
上記目的を達成するために、本発明の光電変換デバイス用電極は、パターンに従って複数の貫通穴を有する絶縁性の基材と、基材の貫通穴を導電材で充填しつつ基材の表面に露出するように形成された一方の電極と、基材の表面で一方の電極との間に隙間を有するように設けられた他方の電極と、を有する。
好ましくは、一方の電極は、基材の裏面に形成された導電性の被膜によって相互に接続されている。
好ましくは、一方の電極は、基材の表面から張り出した突出部を有している。
好ましくは、一方の電極の外部接続部が基材の裏面に設けられ、他方の電極の外部接続部が基材の表面に設けられる。一方の電極及び他方の電極は、Ｃｕ、Ａｌの何れかで形成され得る。
好ましくは、一方の電極は、基材の裏面に形成された導電性の被膜によって相互に接続されている。
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好ましくは、一方の電極の外部接続部が基材の裏面に設けられ、他方の電極の外部接続部が基材の表面に設けられる。一方の電極及び他方の電極は、Ｃｕ、Ａｌの何れかで形成され得る。
本発明の光電変換デバイスは、上述の光電変換デバイス用電極と、一方の電極上に設けられ正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体と、他方の電極上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体と、を備え、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体が同一面上に交互に形成されている。
好ましくは、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体は透明の保護層で覆われている。
好ましくは、ｐ層の有機半導体及びｎ層の有機半導体は透明の保護層で覆われている。
本発明によれば、電極が、ｐ型電極として機能する一方の電極とｎ型電極として機能する他方の電極とが光電変換デバイスの一方の面側に形成することが可能であるため、光の照射する面側に電極を設ける必要がない。この光電変換デバイス用電極は、フレキシブル性のない基板上でもフレキシブル性のある基板上にも作製することができる。この電極上に塗布によって有機半導体を設けることができるため、作製工程が複雑とならず、また、安価に作製することができる。
１：光電変換デバイス
２：光電変換デバイス用電極
３，４：電極
５：光電変換層
６：ｐ層の有機半導体
７：ｎ層の有機半導体
８：保護層
９：光
１０：光電変換デバイス
１１：基材
１２：光電変換デバイス用電極
１３：一方の電極
１４：他方の電極
１３ａ，１４ａ：電極指
１３ｂ，１４ｂ：接続用電極
１３ｃ：引き回し電極
１３ｄ，１４ｄ：外部配線との接続端子
１５：ｐ層の有機半導体
１６：ｎ層の有機半導体
１７：保護層
１８：光電変換層
１９：光
２０：光電変換デバイス
２１：基材
２１ａ：基材の貫通穴
２２：光電変換デバイス用電極
２３：一方の電極
２３ａ：電極本体部（ドット状電極）
２３ｂ：充填部（ビア導体部）
２３ｃ：配線電極部
２３ｄ：外部接続部
２４：他方の電極
２４ｄ：外部配線との接続部（外部接続部）
２５：ｐ層の有機半導体
２６：ｎ層の有機半導体
２７：保護層
２８：導電材
２９：隙間
３０：光電変換層
３１：光
２：光電変換デバイス用電極
３，４：電極
５：光電変換層
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３０：光電変換層
３１：光
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。ここでは、特に光電変換デバイスが、光を電気エネルギーに変換するものとして太陽電池を想定して説明するが、電気エネルギーを光エネルギーに変換するものであっても同様に適用することができる。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換デバイス１の断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る光電変換デバイス１は、横並びに配置された電極３，４の対と、電極３，４の対の上を覆う光電変換層５と、を備えている。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換デバイス１の断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る光電変換デバイス１は、横並びに配置された電極３，４の対と、電極３，４の対の上を覆う光電変換層５と、を備えている。
一方の電極３と他方の電極４とは互いに所定の距離をあけて同一面上、例えば基材上に横並びに設けられる。一方の電極３の上には、正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体６が設けられる。他方の電極４上には、電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体７が設けられる。ｐ層の有機半導体６及びｎ層の有機半導体７は互いに横に隣接して配置されてｐｎ接合を形成しており、ｐｎ接合面を含んでｐ層の有機半導体６及びｎ層の有機半導体７の表面全体を被覆するように保護層８が設けられる。
ｐ層の有機半導体６は、正孔輸送材料によって形成される。正孔輸送材料としては、化学式（１）で示されるトリフェニルアミン（ＴＡＰＣ）、化学式（２）で示されるトリフェニルアミンの二量体であるＴＰＤその他の芳香族アミンのほか、化学式（３）で示されるα−ＮＰＤ、化学式（４）で示される（ＤＴＰ）ＤＰＰＤ、化学式（５）で示されるｍ−ＭＴＤＡＴＡ、化学式（６）で示されるＨＴＭ１、化学式（７）で示される２−ＴＮＡＴＡ、化学式（８）で示されるＴＰＴＥ１、化学式（９）で示されるＴＣＴＡ、化学式（１０）で示されるＮＴＰＡ、化学式（１１）で示されるスピロ−ＴＡＤ、化学式（１２）で示されるＴＦＬＥＬなどが用いられる。
ｎ層の有機半導体７は電子輸送材料によって形成される。電子輸送材料には、化学式（１３）で示されるＡｌｑ３、化学式（１４）で示されるＢＣＰ、化学式（１５）で示されるオキサジアゾール誘導体、化学式（１６）で示されるオキサジアゾール二量体、化学式（１７）で示されるスターバーストオキサジアゾール、化学式（１８）で示されるトリアゾール誘導体、化学式（１９）で示されるフェニルキノキサリン誘導体、化学式（２０）で示されるシロール誘導体などが挙げられる。
保護層８については、太陽光などの光９を透過する材料であればその種類は問わず、例えば樹脂等によって形成される。
図１に示す光電変換デバイス１の製造方法について概略説明する。まず、電極３，４の対を同一面上に形成する。ここで同一面とは、仮想面又は基板面の何れであってもよいが、電極３，４の対を基板面に形成する場合は、それが平面基板であっても湾曲可能なフレキシブル基板であってもよい。電極の形成には蒸着、スパッタリング又はメッキなどの適宜の方法が用いられる。必要に応じてフォトリソグラフィー技術を用いてもよい。一方の電極３、他方の電極４は同一の工程により形成される。
その後、ｐ層の有機半導体６となる正孔輸送材料を所定の箇所、例えば一方の電極３に塗布する。塗布には、例えばインクジェットプリンタによる印刷方法を適用可能である。
次に、ｎ層の有機半導体７となる電子輸送材料をｐ層とｐ層との間、例えば他方の電極４に塗布する。塗布にはｐ層の有機半導体６の場合と同様、インクジェットプリンタによる印刷技術を用いることができる。
これにより、ｐ層の有機半導体６とｎ層の有機半導体７とによってｐｎ接合が形成される。なお、ｎ層の有機半導体７から塗布し、その後ｐ層の有機半導体６を塗布してもよい。
最後に、保護層８を塗装などによって形成することで、光電変換デバイス１が作製される。なお、図１に示す光電変換デバイス１が作製される手法であれば上述の方法に限定されない。
本実施形態に係る光電変換デバイス１によれば、光電変換デバイス用電極２が、ｐ型電極として機能する一方の電極３と、ｎ型電極として機能する他方の電極４とが横並びに形成されて交互配列平面電極構造を構成している。そのため、有機半導体の上に透明電極を設ける必要がない。光電変換デバイス１は、ガラス基板などのフレキシブル性のない基板上にも又はフレキシブル性のある基板上にも作製することができる。電極上に塗布によって有機半導体を設けることができるため、作製工程が複雑とならず、また、安価に作製することができる。
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態に係る光電変換デバイスの断面図である。図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る光電変換デバイス１０は、絶縁性の基材１１と、基材１１の面上に形成された光電変換デバイス用電極１２として一方の電極１３及び他方の電極１４と、一方の電極１３上に設けられて正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体１５と、他方の電極１４上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体１６と、ｐ層の有機半導体１５及びｎ層の有機半導体１６を被覆するように設けられる保護層１７とで構成される。ｐ層の有機半導体１５とｎ層の有機半導体１６とはｐｎ接合を形成している。また、ｐ層の有機半導体１５とｎ層の有機半導体１６により光電変換層１８が形成される。
図２は、本発明の第２実施形態に係る光電変換デバイスの断面図である。図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る光電変換デバイス１０は、絶縁性の基材１１と、基材１１の面上に形成された光電変換デバイス用電極１２として一方の電極１３及び他方の電極１４と、一方の電極１３上に設けられて正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体１５と、他方の電極１４上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体１６と、ｐ層の有機半導体１５及びｎ層の有機半導体１６を被覆するように設けられる保護層１７とで構成される。ｐ層の有機半導体１５とｎ層の有機半導体１６とはｐｎ接合を形成している。また、ｐ層の有機半導体１５とｎ層の有機半導体１６により光電変換層１８が形成される。
このように、一方の電極１３と他方の電極１４とが基材１１の面上に並んで光電変換デバイス用電極１２として形成され、ｐ層の有機半導体１５とｎ層の有機半導体１６とが光電変換デバイス用電極１２の上に並べて形成される。よって、光１９が入射する面に、特許文献２のように電極を設ける必要がなく、光照射側に透明電極を設けないためレアメタルを材料として使用しなくて済む。光電変換デバイス用電極１２はＣｕやＡｌなどにより形成することができる。
基材１１は、ガラス基板、樹脂基板、プリント基板等、各種のものが適用可能である。基材１１として樹脂基板等を用いた場合には、光電変換デバイスの取付面が平面でなくても湾曲した曲面であっても構わない。
一方の電極１３及び他方の電極１４について説明する。図３は、図２に示す光電変換デバイスにおける電極構造を示す平面図であり、図４は図３においてＡの領域の拡大図である。図３に示すように、一方の電極１３及び他方の電極１４は櫛歯電極として構成されている。櫛歯電極は、適宜の間隔で並行して櫛歯状に配置された複数本の電極指１３ａ，１４ａが、一端で接続用電極１３ｂ，１４ｂによって電気的に接続された構造を有する。一方の接続用電極１３ｂと他方の接続用電極１４ｂとが互いに対向配置され、それらの電極指１３ａ，１４ａが間隔内に配置されることで、一方の電極の電極指１３ａと他方の電極の電極指１４ａとが交互に並んでいる。
つまり、一方の電極１３及び他方の電極１４によりインターデジタル電極が形成されている。インターデジタル電極は互いに間挿し合う櫛歯電極で構成されており、各櫛歯電極の電極指１３ａと電極指１４ａとが交互に並んでいる。
一方の電極１３及び他方の電極１４は、それぞれ、電極指１３ａ，１４ａと、その一端を接続する接続用電極１３ｂ，１４ｂと、その接続用電極１３ｂ，１４ｂの一端に接続され外部配線との接続端子１３ｄ，１４ｄまで延びる引き回し電極１３ｃ，１４ｃとを有する。
図３に示す場合にあっては、各電極指１３ａ，１４ａが左右方向に延びて形成されており、その延設方向にほぼ直交する方向に電極指１３ａと電極指１４ａとが交互に所定の間隔をあけて同数本並んでいる。各電極指１３ａの左一端が接続用電極１４ｂに接続され、引き回し電極１３ｃがその接続用電極１４ｂの下端から前述の延設方向に沿って外部配線との接続端子１３ｄまで延びている。一方、各電極指１４ａの右一端が接続用電極１４ｂに接続され、接続用電極１４ｂの下端に外部配線との接続端子１４ｄが形成されている。つまり、外部配線との接続端子の位置によっては引き回し電極が不要となる場合もある。
一方の電極１３のうち少なくとも電極指１３ａ上には、ｐ層の有機半導体１５が形成され、他方の電極１４のうち少なくとも電極指１４ａ上には、ｎ層の有機半導体１６が形成される。よって、一方の電極１３のうち電極指１３ａはｐ型電極として機能し、他方の電極１４のうち電極指１４ａはｎ型電極として機能する。このように有機半導体１５，１６が形成されることにより、光電変換層１８が構成される。
ｐ層の有機半導体１５は、第１実施形態で例示した各種の正孔輸送材料によって形成される。ｎ層の有機半導体１６は、第１実施形態で例示した各種の電子輸送材料によって形成される。保護層１７については、太陽光などの照射光を透過する材料であればその種類は問わず、例えば樹脂等によって形成される。
図２に示す光電変換デバイス１０の製造方法について概略説明する。まず、基材１１を用意し、この基材１１上に所定間隔をおいて一方の電極１３及び他方の電極１４を形成する。電極形成には蒸着、スパッタリング又はメッキなどの適宜の方法が用いられる。必要に応じてフォトリソグラフィー技術を用いてもよい。一方の電極１３、他方の電極１４は同一の工程により形成される。
その後、ｐ層の有機半導体１５となる正孔輸送材料を所定の箇所、例えば一方の電極１３に、例えばインクジェットプリンタによる印刷方法により塗布する。
次に、ｎ層の有機半導体１６となる電子輸送材料をｐ層とｐ層との間、例えば他方の電極１４に塗布する。塗布には、ｐ層の有機半導体１５の場合と同様、インクジェットプリンタによる印刷技術を用いることができる。
こうして、ｐ層の有機半導体１５とｎ層の有機半導体１６とによってｐｎ接合が形成される。なお、ｎ層の有機半導体１６から塗布しその後ｐ層の有機半導体１５を塗布してもよい。
最後に、保護層１７を塗装などによって形成することにより、光電変換デバイス１０が作製される。なお、図２に示す光電変換デバイス１０が作製される手法であれば上述の方法に限定されない。
第２実施形態では、従来のように、一方の電極上にｐ層の有機半導体を積層し、その上にｎ層の有機半導体を積層してｐｎ接合を形成すると共に、ｎ層の有機半導体上に他方の電極として透明電極を順次積層して光電変換デバイスを構成していない。つまり、ｐ型電極として機能する一方の電極１３と、ｎ型電極として機能する他方の電極１４とが、同一面上に交互に配列されている。そのため、有機半導体上に透明電極を設ける必要がない。光電変換デバイス１０は、ガラス基板などのフレキシブル性のない基板上にも或いはフレキシブル性のある基板上にも作製できる。電極上に塗布によって有機半導体を設けることができるため、作製工程が複雑とならず、また、安価に作製することができる。
〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態に係る光電変換デバイスの断面図である。第３実施形態に係る光電変換デバイス２０は、パターンに従って複数の貫通穴２１ａを有する絶縁性の基材２１と、基材２１の貫通穴２１ａを導電材２８で充填し基材２１の表面に露出して形成された一方の電極２３と、基材２１の表面で一方の電極２３と接触しないよう例えば隙間２９を有するように設けられた他方の電極２４と、一方の電極２３上に設けられたｐ層の有機半導体２５と、他方の電極２４上に設けられたｎ層の有機半導体２６と、ｐ層の有機半導体２５及びｎ層の有機半導体２６を被覆するように設けられる保護層２７と、で構成される。
図５は、本発明の第３実施形態に係る光電変換デバイスの断面図である。第３実施形態に係る光電変換デバイス２０は、パターンに従って複数の貫通穴２１ａを有する絶縁性の基材２１と、基材２１の貫通穴２１ａを導電材２８で充填し基材２１の表面に露出して形成された一方の電極２３と、基材２１の表面で一方の電極２３と接触しないよう例えば隙間２９を有するように設けられた他方の電極２４と、一方の電極２３上に設けられたｐ層の有機半導体２５と、他方の電極２４上に設けられたｎ層の有機半導体２６と、ｐ層の有機半導体２５及びｎ層の有機半導体２６を被覆するように設けられる保護層２７と、で構成される。
一方の電極２３及び他方の電極２４は、基材２１の上面側で当該面の広がる方向へ交互に並べられるように形成され、光電変換デバイス用電極２２を構成する。その光電変換デバイス用電極２２上に、ｐ層の有機半導体２５とｎ層の有機半導体２６とが交互に電極２３，２４上に重ねて並べられ、光電変換層３０が形成される。よって、光３１が入射する面側には、特許文献２のように電極を設けずに、保護層２６を配置することが可能となる。これにより、電極が光透過性を有するようにレアメタルを材料として使用しなくて済む。一方の電極２３及び他方の電極２４はＣｕやＡｌなどを使用することができる。
第３の実施形態では、一方の電極２３の光電変換層３０との界面と他方の電極２４の光電変換層３０との界面とがほぼ同一面に配置されるのみならず、配線の取り出し部位を基材２１の表面と裏面に配置できるため、取り出し配線の構造が複雑化しない。また、一方の電極２３の外部接続部２３ｄが基材２１の裏面に設けられ、他方の電極２４の外部接続部２４ｄが基材２１の表面に設けられ、しかも、各外部接続部２３ｄ，２４ｄが基材２１を挟んで設けられる。よって、外部接続部２３ｄ，２４ｄに一つの外部接続端子を接続することもできる。なお、この外部接続端子は、２つの導電パスを形成している。
基材２１は、ガラス基板などのセラミック基板、樹脂基板、プリント基板等、各種のものが適用可能である。基材２１として樹脂基板等を用いた場合には、光電変換デバイス２０の取付面が平面でなくても湾曲した曲面であっても構わない。
一方の電極２３について説明する。図５に示すように、一方の電極２３については、基材２１の貫通穴２１ａに導電材２８が充填されてその一端が少なくとも基材２１の表面に露出することで、その露出した部分が電極本体部２３ａとなる。導電材２８、特に充填部２３ｂは、ビア導体部と呼んでもよい。
図６は、図５に示す光電変換デバイスにおける電極構造を示す平面図であり、図７は図６においてＢの領域の拡大図である。基材２１の表面にドット状の電極本体部２３ａが、図６に示すように、行方向に間隔をおいて並んでおり、かつそれらが列方向にも間隔をおいて並んでいる。図５及び図６に示す形態にあっては、電極本体部２３ａが各行毎に間隔をあけて形成されており、かつ奇数行の電極本体部２３ａと偶数行の電極本体部２３ａとは行方向にずれて互い違いに設けられている。つまり列方向に整列していない。各電極本体部２３ａは行方向と列方向とに沿って整列し、それぞれ間隔をあけてマトリックス状に配置されていてもよい。
各電極本体部２３ａは図５に示すように、その先端が基材２１の表面から張り出して突出していることが好ましい。この突出した先端には塗布によって有機半導体のドットが形成される。電極本体部２３ａの先端が基材２１の表面から張り出していることで、ｎ層の有機導電体２６と電極本体部２３ａとの接続が確実になる。
一方の電極２３は、基材２１の表面から張り出した電極本体部２３ａから、基材２１の貫通穴２１ａに導電材２８が充填されてなる充填部２８ｂにより基材２１の裏面まで延びている。充填部２３ｂ同士は、基材２１の裏面に形成された配線電極部２３ｃによって電気的につながれている。配線電極部２３ｃの端部が外部接続部２３ｄとなる。ここで、配線電極部２３ｃを所定の平面形状とすることにより、充填部２３ｂ同士をその平面形状に応じて電気的に接続することができる。
他方の電極２４について説明する。基材２１の表面には、一方の電極２３の各電極本体部２３ａがドット状に並んで設けられているのに対応して、他方の電極２４が、各電極本体部２３ａに接触しないよう、さらに各電極本体部２３ａを囲むように基材２１の表面に導電層として形成されている。つまり、他方の電極２４は、基材２１の表面に一方の電極２３の各電極本体部２３ａが設けられる基材２１の面と同じ面に各電極本体部２３ａを囲むように形成されている。各電極本体２３ａに隙間２９を設けて配置される他の電極２４の部分同士は、互いに接続されている。さらに、他方の電極２４の周縁部は、外部配線との接続部２４ｄとして機能する。
本実施形態にあっては、このような一方の電極２３及び他方の電極２４の上に、有機半導体２５，２６がそれぞれ設けられている。図５に示す形態にあっては、一方の電極２３の電極本体部２３ａ上にはｐ層の有機半導体２５が形成され、他方の電極２４の上にはｎ層の有機半導体２６が形成される。よって、一方の電極２３の電極本体部２３ａがｐ型電極として機能し、他方の電極２４のうちｎ型の有機半導体２６で覆われている部分はｎ型電極として機能する。
図５に示す形態とは逆に、図示を省略するが、一方の電極２３の電極本体部２３ａ上にはｎ層の有機半導体が形成され、他方の電極２４の上にｐ層の有機半導体が形成されてもよい。この形態では、一方の電極２３の電極本体部２３ａがｎ型電極として機能し、他方の電極２４のうちｐ型の有機半導体で覆われている部分はｐ型電極として機能する。
ｐ層の有機半導体２５は、第１の実施形態で例示した各種の正孔輸送材料によって形成される。ｎ層の有機半導体２６は、第１実施形態で例示した各種の電子輸送材料によって形成される。ｐ層の有機半導体２６とｎ層の有機半導体２５とで光電変換層３０が形成される。保護層２７については、太陽光などの光３１を透過する材料であればその種類は問わず、例えば樹脂等によって形成し得る。
図５に示す光電変換デバイス２０の製造方法について概略説明する。まず、基材に所定のパターンで複数の貫通穴２１ａを開ける。
次に、貫通穴２１ａを開けた基材を無電解メッキで基材の全表面をメッキした後に、一方の電極及び他方の電極を形成しない部分の金属をエッチング等により取り除き、一方の電極及び他方の電極の元となる種電極を形成する。
そして、必要に応じてマスクをかぶせて電解メッキ処理を行い、貫通穴２１ａに導電材２７を充填して一方の電極２３及び他方の電極２４を形成する。なお、メッキ処理を用いず、印刷法により一方の電極及び他方の電極を形成してもよい。
その後、ｐ層の有機半導体２５となる正孔輸送材料を所定の箇所、例えば一方の電極２３に、例えばインクジェットプリンタによる印刷方法により塗布する。
次に、ｎ層の有機半導体２６となる電子輸送材料をｐ層とｐ層との間、例えば他方の電極２４に塗布する。塗布にはｐ層の有機半導体２５の場合と同様、インクジェットプリンタによる印刷技術を用いてもよい。
これにより、ｐ層の有機半導体２５とｎ層の有機半導体２６とによってｐｎ接合が形成される。なお、ｎ層の有機半導体２６から塗布しその後ｐ層の有機半導体２５を塗布してもよい。
最後に、保護層２７を塗装などによって形成することで、光電変換デバイス２０が作製される。なお、図５に示す光電変換デバイス１が作製される手法であれば上述の方法に限定されない。
本発明の第３実施形態はデバイス性能や設計等により適宜変更しても構わない。例えば、一方の電極２３と他方の電極２４の平面視によるパターンは図７に示すものに限らず、適宜変更することができる。図７では、一方の電極２３の電極本体部２３ａは平面視で矩形であるが、三角形、多角形、円形、楕円、その他の幾何学模様であってもよい。
図８は、光電変換デバイス用電極の変形例を示す平面図である。基材２１で貫通穴２１ａを平面視で菱形として、一方の電極２３の電極本体部２３ａを菱形に形成し、他方の電極を電極本体部２３ａと相似した菱形をマトリックス状に配置したパターンとして形成してもよい。この場合、上記構成例と同様に、一方の電極２３と他方の電極２４とが離間するように構成することは勿論である。このように、各電極の面積がｐ型電極とｎ型電極とで等しく一様な幾何学パターンとしてもよい。
Claims (13)
- パターンに従って複数の貫通穴を有する絶縁性の基材と、
上記基材の貫通穴を導電材で充填し上記基材の表面に露出させて形成された一方の電極と、
上記基材の表面で上記一方の電極との間に隙間を有するように設けられた他方の電極と、
を有する、光電変換デバイス用電極。 - 前記一方の電極は、前記基材の裏面に形成された導電性の被膜によって相互に接続されている、請求項１に記載の光電変換デバイス用電極。
- 前記一方の電極は、前記基材の表面から張り出した突出部を有している、請求項１に記載の光電変換デバイス用電極。
- 前記一方の電極の外部接続部が前記基材の裏面に設けられ、前記他方の電極の外部接続部が前記基材の表面に設けられる、請求項１に記載の光電変換デバイス用電極。
- 前記一方の電極及び前記他方の電極が、Ｃｕ、Ａｌの何れかで形成されている、請求項１に記載の光電変換デバイス用電極。
- 請求項１乃至５の何れかに記載の光電変換デバイス用電極と、
前記一方の電極上に設けられ正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体と、
前記他方の電極上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体と、
を備え、
上記ｐ層の有機半導体及び上記ｎ層の有機半導体が同一面上に互い違いに形成されている、光電変換デバイス。 - 請求項１乃至５の何れかに記載の光電変換デバイス用電極と、
前記一方の電極上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体と、
前記他方の電極上に設けられ正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体と、
を備え、
上記ｐ層の有機半導体及び上記ｎ層の有機半導体が同一面上に互い違いに形成されている、光電変換デバイス。 - 同一面上に一方の電極と他方の電極とが形成されてなり、
上記一方の電極がｐ型電極として機能し、上記他方の電極がｎ型電極として機能する、光電変換デバイス用電極。 - 前記一方の電極と前記他方の電極とが横並びに一つずつ設けられている、請求項８に記載の光電変換デバイス用電極。
- 前記一方の電極及び前記他方の電極は、複数本の電極指が一端で電気的に接続された構造を有する櫛歯電極で構成され、
前記一方の電極の電極指と前記他方の電極の電極指とが交互に並んでいる、請求項８に記載の光電変換デバイス用電極。 - 前記一方の電極及び前記他方の電極がＣｕ、Ａｌの何れかで形成されている、請求項８に記載の光電変換デバイス用電極。
- 請求項８乃至１１の何れかに記載の光電変換デバイス用電極と、
前記一方の電極上に設けられ正孔輸送材料でなるｐ層の有機半導体と、
前記他方の電極上に設けられ電子輸送材料でなるｎ層の有機半導体と、を備え、
上記ｐ層の有機半導体及び上記ｎ層の有機半導体が同一面上に交互に形成されている、光電変換デバイス。 - 前記ｐ層の有機半導体及び前記ｎ層の有機半導体は透明の保護層で覆われている、請求項６、７又は１２に記載の光電変換デバイス。
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