(57)【要約】【課題】光電変換効率を高めることが可能であって製造コストが比較的低い光電変換素子を提供する。【解決手段】光電変換層１と、光電変換層１の受光面１１に配置され、当該受光面１１に垂直なグラフェンレイヤ２１を有する表電極２と、受光面１１の裏面１２に配置された裏電極３と、を備える。受光面１１に入射する光Ｌの入射方向Ｌ１と、表電極２のグラフェンレイヤ２１の結晶面とは平行になることから、表電極２における光Ｌの反射率は比較的低くなる。これにより、表電極２を透過する光Ｌの割合が高くなり、表電極２に接する光電変換層１における光電変換効率を高めることが可能となる。また、表電極２及び裏電極３ともに、炭素を含んで構成されているため、製造コストを比較的低コストとすることが可能となる。【選択図】図１
2010114386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換層と、
前記光電変換層の受光面に配置され、当該受光面に垂直なグラファイト層を有する第一炭素電極と、
前記受光面の裏面に配置された第二炭素電極と、
を備えることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記光電変換層は、炭素を含んで構成される請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記第二炭素電極は、前記受光面に平行なグラファイト層を有する請求項１又は２に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換層及び電極を備える光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池といった光電変換素子の開発が行われている。例えば、下記の特許文献１には、光電極と、対極と、光電極と対極との間に充填された電解質とから構成される太陽電池が記載されている。この光電極は、透明電極と半導体電極とから構成されている。
【０００３】
この太陽電池では、透明電極を透過して半導体電極に照射される光によって半導体電極内の増感色素が励起され、この増感色素から半導体電極へ電子が注入される。そして、半導体電極に注入された電子は、透明電極に集められて外部に取り出される。
【特許文献１】特開２００４−１２７８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光を透過させる上記の透明電極の製造コストは比較的高いため、太陽電池全体のコスト高の要因である。また、透明電極の代わりに金属電極を用いた場合、金属電極における光の反射率が高くなるため、光電変換効率が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、光電変換効率を高めることが可能であって製造コストが比較的低い光電変換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る光電変換素子は、光電変換層と、光電変換層の受光面に配置され、当該受光面に垂直なグラファイト層を有する第一炭素電極と、受光面の裏面に配置された第二炭素電極と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、光電変換層の受光面に配置された第一炭素電極は、当該受光面に垂直なグラファイト層を有している。このため、受光面に入射する光の入射方向と、第一炭素電極のグラファイト層の結晶面とは平行になることから、第一炭素電極における光の反射率は比較的低くなる。これにより、第一炭素電極を透過する光の割合が高くなり、第一炭素電極に接する光電変換層における光電変換効率を高めることが可能となる。また、第一炭素電極及び第二炭素電極ともに、炭素を含んで構成されているため、製造コストを比較的低コストとすることが可能となる。
【０００８】
また、光電変換層は、炭素を含んで構成されるのも好ましい。第一炭素電極及び第二炭素電極に加えて光電変換層も、炭素を含んで構成されるため、製造コストをより低くすることが可能となる。
【０００９】
また、第二炭素電極は、受光面に平行なグラファイト層を有するのも好ましい。光電変換層の受光面の裏面に配置された第二炭素電極は、当該受光面に平行なグラファイト層を有している。このため、受光面から入射して光電変換層内を進みながら第二炭素電極に入射する光の入射方向と、第二炭素電極のグラファイト層の結晶面とは略垂直になることから、第二炭素電極における光の透過率は比較的低くなる。これにより、第二炭素電極において反射する光の割合が高くなり、第二炭素電極に接する光電変換層における光電変換効率を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光電変換効率を高めることが可能であって製造コストが比較的低い光電変換素子を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００１２】
まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る光電変換素子の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る太陽電池セル１０（光電変換素子）の構成概略図である。
【００１３】
太陽電池セル１０は、このセルに入射してきた太陽光等の光Ｌの光エネルギーを電力に変換する太陽電池としての機能を有する素子である。太陽電池セル１０は、光電変換層１と、光電変換層１の表面（以下、受光面という。）に設けられた表電極２（第一炭素電極）と、光電変換層１の裏面に設けられた裏電極３（第二炭素電極）とを有している。
【００１４】
光電変換層１は、受光面１１を有し、受光面１１に入射してきた光Ｌの光エネルギーを電力に変換して電流を発生させるアモルファスカーボン層である。光電変換層１は、炭素を原料として含んで構成されている。なお、光電変換層１の厚さＴ１は１μｍ前後であるのが好ましい。
【００１５】
表電極２は、光電変換層１の受光面１１に複数（ここでは３つ）配置され、光電変換層１において発生した電流を取り出すための電極である。それぞれの表電極２は、受光面１１に配置された状態では、受光面１１に垂直な層となるグラフェンレイヤ２１を複数（ここでは７つ）有する。グラフェンレイヤは、炭素原子１つ分の厚さの単層シート（グラフェン）が積層して成るグラファイト層である。即ち、表電極２は、炭素原子が受光面１１に垂直（即ち、光Ｌの入射方向に略平行）な方向に配向された層であるグラフェンレイヤ２１が、受光面１１に対して水平な方向に複数積層された構成を有する電極である。
【００１６】
このため、受光面１１に入射する光Ｌの入射方向Ｌ１と、表電極２のグラフェンレイヤ２１の結晶面とは略平行になる。このことから、表電極２において光Ｌが透過し易く、表電極２における光Ｌの反射率は比較的低い（即ち透過率は比較的高い）。これにより、表電極２を透過する光Ｌの割合が高くなり、表電極２に接する光電変換層１における光電変換効率を高めることが可能となる。なお、表電極２の厚さＴ２は２０〜２００ｎｍ前後であるのが好ましい。
【００１７】
裏電極３は、光電変換層１の受光面１１の裏面１２に配置され、光電変換層１において発生した電流を取り出すための電極である。裏電極３は、裏面１２に配置された状態では、受光面１１に平行（即ち、光Ｌの入射方向に略垂直）な層となるグラフェンレイヤ３１を複数（ここでは３つ）有する。即ち、裏電極３は、炭素原子が受光面１１に対して水平（即ち、光Ｌの入射方向に略垂直）な方向に配向された層であるグラフェンレイヤ３１が、受光面１１に垂直な方向に複数積層された構成を有する電極である。
【００１８】
このため、受光面１１から入射して光電変換層１内を進みながら裏電極３に入射する光Ｌの入射方向Ｌ２と、裏電極３のグラフェンレイヤ３１の結晶面とは略垂直になる。このことから、裏電極３において光Ｌが透過し難く、裏電極３における光Ｌの反射率は比較的高い（即ち透過率は比較的低い）。これにより、裏電極３において反射する光Ｌの割合が高くなり、裏電極３に接する光電変換層１における光電変換効率を高めることが可能となる。なお、裏電極３の厚さＴ３は、実用的には例えば０．２〜２μｍ前後とするのが好ましい。
【００１９】
引き続き、図２を用いて、表電極２及び裏電極３のそれぞれにおける反射率について説明する。図２は、表電極２及び裏電極３のそれぞれに入射する光Ｌの振動数に対する反射率を説明するための赤外反射スペクトルグラフである。
【００２０】
図２に示すように、表電極２においては、光Ｌの振動数に関わらず、反射率は約０．２である。これに対して、裏電極３においては、光Ｌの振動数が約５００ｃｍ−１から約４０００ｃｍ−１に上昇するにつれて、反射率は約０．９から約０．６に下降している。
【００２１】
このように、表電極２における光Ｌの反射率は、裏電極３における光Ｌの反射率よりも低い。このため、表電極２において光Ｌを透過させ易くしつつ、裏電極３において光Ｌを反射させ易くできることから、光電変換層１における光電変換効率を高めることが可能となる。
【００２２】
引き続き、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態によれば、図１に示すように、受光面１１に入射する光Ｌの入射方向Ｌ１と、表電極２のグラフェンレイヤ２１の結晶面とは略平行になる。このことから、表電極２における光Ｌの反射率は、表電極２が薄いことからも、比較的低くなる（即ち透過率は比較的高くなる）。このように、表電極２を透過する光Ｌの割合が高くなることから、表電極２に接する光電変換層１に到達して入射する光Ｌの光量が多くなる（即ち入射割合が高くなる）ため、光電変換層１における光電変換効率を高めることが可能となる。
【００２３】
また、表電極２及び裏電極３ともに、炭素を原料として含んで構成されている。このため、太陽電池セル１０を製造する際の製造方法を可能な限り共通化できることにより、太陽電池セル１０の作成に必要な製造コストを比較的低コストとすることが可能となる。
【００２４】
また、表電極２及び裏電極３に加えて光電変換層１も、炭素を含んで構成されるため、製造コストをより低くすることが可能となる。
【００２５】
更に、受光面１１から入射して光電変換層１内を進みながら裏電極３に入射する光Ｌの入射方向Ｌ２と、裏電極３のグラフェンレイヤ３１の結晶面とは略垂直になる。このことから、裏電極３における光Ｌの反射率は、比較的高くなる（即ち透過率は比較的低くなる）。このように、裏電極３において反射する光Ｌの割合が高くなることから、裏電極３に接する光電変換層１に再び入射する光Ｌの光量が多くなるため、光電変換層１における光電変換効率を高めることが可能となる。
【００２６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、太陽電池セル１０が表電極２を有する構成としたが、表電極２の代わりに、光学的異方性を有するカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴ）電極を用いる構成としてもよい。このＣＮＴ電極は、ＣＮＴの円筒状構造における軸方向が受光面１１と垂直な方向に配向されるように、ＣＶＤ（化学気相成長法）等によりＣＮＴが複数敷き詰められた構造を有する。このとき、ＣＮＴの軸方向の長さは、表電極２の厚さＴ２と同様に、２００ｎｍ前後に均一に揃えるのが好ましい。
【００２７】
また、裏電極３の代わりに、光学的異方性を有するＣＮＴ電極を用いる構成としてもよい。このＣＮＴ電極は、ＣＮＴの円筒状構造における軸方向が受光面１１と平行な方向に配向されるように、キャスト法によりＣＮＴが複数敷き詰められた構造を有する。この場合のキャスト法は、ＣＮＴを溶媒に均一に分散させ、得られた分散溶液を光電変換層１の裏面１２に塗布した後に溶媒を蒸発させることにより、高い配向性を有するＣＮＴ電極を得る方法である。ＣＮＴの円筒状構造における直径に比べて、ＣＮＴの軸方向の長さの方が十分に長いため、この場合のＣＮＴ電極は受光面１１に平行な方向に配向される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る太陽電池セルの構成概略図である。
【図２】表電極及び裏電極のそれぞれにおける反射率を説明するための赤外反射スペクトルグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１…光電変換層、２…表電極、３…裏電極、１０…太陽電池セル、１１…受光面、１２…裏面、２１，３１…グラフェンレイヤ、Ｌ…光、Ｌ１，Ｌ２…入射方向。
【図１】
2010114386.tif 000003
【図２】
2010114386.tif 000004