(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を吸収して発電する装置であって、
屋外に面する構造部材に設けられる光電変換素子と、
前記光電変換素子にて発生した電力を取り出す電力取り出し部と、を備え、
前記構造部材が、屋根材、壁材、窓材、床材、敷材、扉、シャッター、門柱、塀、柵の何れかであり、
前記光電変換素子が、前記構造部材に被膜された半導体層と、前記半導体層に積層された導電層と、複数の周期構造を有して前記導電層又は前記半導体層に積層された金属ナノ構造と、前記導電層に設けられた一対をなす第１、第２電極と、フォトキャリアがトンネル効果によって通過可能な厚みを有して前記第１電極と前記導電層との間に介在された障壁層とを含み、前記各周期構造が前記積層の方向に突出する複数の第１凸部からなり、前記第１凸部の配置間隔が前記周期構造に応じて異なり、前記第１、第２電極が、前記光電変換素子の表面に沿う方向に互いに離れて設けられており、
前記電力取り出し部が、前記第１、第２電極にそれぞれ接続された一対の端子を含むことを特徴とする光発電装置。
【請求項２】
前記周期構造の少なくとも１つが、可視光域から赤外光域のある波長範囲内の任意の波長の０．１倍〜１倍の大きさの配置間隔を有することを特徴とする請求項１に記載の光発電装置。
【請求項３】
前記金属ナノ構造が、前記第１凸部より大きく突出する複数の第２凸部を更に含み、これら第２凸部が互いに分散し、かつ各第２凸部が、前記周期構造の何れか１つと重なって又は近接して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光発電装置。
【請求項４】
前記障壁層が、厚さ１ｎｍ未満の絶縁体にて構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光発電装置。
【請求項５】
光を吸収して発電する装置であって、
屋外に面する構造部材に設けられる光電変換素子と、
前記光電変換素子にて発生した電力を取り出す電力取り出し部と、を備え、
前記構造部材が、屋根材、壁材、窓材、床材、敷材、扉、シャッター、門柱、塀、柵の何れかであり、
前記光電変換素子が、前記構造部材に被膜されるとともに表面に凸層が突出するよう形成された半導体層と、前記半導体層の前記表面に積層された導電層と、複数の周期構造を有して前記導電層又は前記半導体層に積層された金属ナノ構造と、前記半導体層の前記表面に設けられた第１電極と、前記第１電極から離れて前記導電層に設けられた第２電極とを含み、前記導電層が前記凸層の一側面及び前記表面とショットキー接触し、前記第１電極が、前記表面における前記凸層を挟んで前記導電層とは反対側に設けられ、かつ前記凸層の前記反対側の側面及び前記表面とオーミック接触し、前記各周期構造が前記積層の方向に突出する複数の第１凸部からなり、前記第１凸部の配置間隔が前記周期構造に応じて異なり、
前記電力取り出し部が、前記第１、第２電極にそれぞれ接続された一対の端子を含むことを特徴とする光発電装置。
【請求項６】
更に、前記光電変換素子の表面に紫外域又は赤外域に感度を持つ半導体からなるナノ構造体を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光発電装置。
【請求項７】
前記ナノ構造体が、ナノワイヤー、ナノチューブ、ナノニードル、又はナノロッドであることを特徴とする請求項６に記載の光発電装置。
【請求項８】
前記構造部材が、定着部に変位可能に支持された可動部材であり、
前記電力取り出し部が、前記定着部に設けられた固定端子と、前記可動部材に設けられて前記固定端子に摺動可能に接触する可動端子とを含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光等の光によって発電する装置に関し、特に建物の屋根、外壁、窓、扉、アプローチ（門から玄関までの通路）、門柱等の敷地内構造物に設けるのに好適な光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光によって発電する装置として太陽電池が広く知られている。一般に太陽電池は、ＰＮ接合を有するシリコン素子を含み、その表面及び裏面にそれぞれ電極を設けてある。太陽電池はパネル状になっており、建物の屋根等に取り付けられる（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２７４３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の太陽電池は、主に太陽光が照射される昼間しか発電することができず、夜間はほとんど発電することができなかった。また、外壁や窓等に太陽電池を設けると建物の外観を損ねたり採光等の機能を減殺したりするため、屋根以外の場所に太陽電池を取り付けるのは容易でなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明は、光を吸収して発電する装置であって、
屋外に面する構造部材に設けられる光電変換素子と、
前記光電変換素子にて発生した電力を取り出す電力取り出し部と、を備え、
前記光電変換素子が、半導体層と、前記半導体層に積層された導電層と、複数（好ましくは多数）の周期構造を有して前記導電層又は前記半導体層に積層された金属ナノ構造と、一対をなす第１、第２電極とを含み、前記各周期構造が前記積層の方向に突出する複数の第１凸部からなり、前記第１凸部の配置間隔が前記周期構造に応じて異なり、前記第１、第２電極が、前記光電変換素子の表面に沿う方向に互いに離れて設けられており、
前記電力取り出し部が、前記第１、第２電極にそれぞれ接続された一対の端子を含むことを特許請求しない特徴とする。
【０００６】
上記光電変換素子に光が入射すると、半導体層と導電層とのショットキー接合部において光電変換によりフォトキャリアが生成される。かつ、上記ショットキー接合部の近傍の金属ナノ構造によって光電変換の感度を高めることができる。更には、金属ナノ構造によって光電変換可能な入射光の波長領域を広くすることができる。【０００７】
前記光電変換素子において発生した電力を電力取り出し部を介して取り出すことができる。
前記光発電装置は、幅広い帯域の太陽光を光電変換して電力に利用できる。晴天時はもちろん、曇天時においても十分に大きな電力を得ることができる。更に、日没後においては、周囲の構造物等から輻射される赤外光を光電変換して電力を得ることができる。したがって、昼夜を問わず発電することができる。
赤外光を吸収することによって赤外光の熱変換を防止でき、室内に入るエネルギーを低減でき、室内の温度上昇を抑えることができる。特に前記光電変換素子を窓ガラスに配置した場合、採光時に遮熱しながら発電することができる。
前記光電変換素子は極めて薄く略透明にできる。したがって、設置対象の外観がほとんど影響を受けず、前記光電変換素子を設置しない状態の意匠をほぼ維持できる。前記光電変換素子を窓ガラスに設置しても、採光性を損なうのを回避できる。第１電極及び第２電極は、前記光電変換素子の隅部ないしは周辺部に配置することができる。したがって、前記光電変換素子を窓ガラスに設置しても、窓ガラスの透明性を十分に維持することができる。更に、窓ガラスに配線を設ける必要がない。【０００８】
前記導電層を構成する金属成分として例えばＣｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｌ、又はＴｉが挙げられる。これら列記の金属元素は、融点が比較的高く、高温下における機械的性質が優れている。前記導電層は、金属でもよく、金属と半導体の混合物ないしは合金でもよい。金属と半導体の混合物ないしは合金として、例えば金属シリサイドが挙げられる。前記半導体層がシリコンからなる場合、前記導電層が、前記金属成分と前記半導体層の表層部分とが相互に拡散してなる金属シリサイドであってもよい。上記拡散は、例えばアニール処理によって行なうことができる。上記列記の金属（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ）はシリサイド化に適している。【０００９】
前記金属ナノ構造は、半導体層と導電層のショットキー接合部の近傍に配置されていることが好ましい。前記金属ナノ構造は、好ましくは導電層上に積層されている。半導体層の一部（後記凸層等）が導電層に覆われていない場合、金属ナノ構造が上記半導体層の上記一部に積層されていてもよい。
前記金属ナノ構造は、前記導電層における前記一対の電極どうし間の部分に設けられていることが好ましく、前記一対の電極どうし間の部分に広く分布していることがより好ましい。【００１０】
前記金属ナノ構造に光が入射すると、プラズモン共鳴が起きる。これにより、金属ナノ構造が光誘起電場の増大に寄与する。
前記金属ナノ構造は、ナノサイズの金属微粒子の集合体であることが好ましい。
前記金属ナノ構造を構成する金属としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、又はＰｄを用いることが好ましい。これら列記の金属元素は、化学的安定性が比較的高く、合金化しにくく、Ｓｉ等の半導体と化合しにくい。そのため、表面プラズモンを確実に形成できる。
前記金属ナノ構造に炭素化合物等の絶縁体が混在し、Ｍ−Ｉ−Ｍ構造が形成されていてもよい。【００１１】
前記周期構造の少なくとも１つが、ある波長範囲内（好ましくは可視光域から赤外光域）の任意の波長の約０．１倍〜１倍の大きさ（特に０．１倍程度の大きさ）の配置間隔を有することが好ましい。これによって、入射光が上記波長範囲内に含まれていれば、金属ナノ構造の少なくとも１つの周期構造がその入射光に対し感度を持つようにできる。前記光電変換素子の全体の感応範囲が上記波長範囲の全体を網羅することができる。【００１２】
前記金属ナノ構造は、例えば次のようにして形成する。前記金属ナノ構造となるべき金属原料を前記導電層上に配置し、アニール処理する。アニール処理の温度条件は、例えば４００℃〜８００℃程度であり、６００℃程度が好ましい。前記金属原料の形状ないし性状は、特に限定が無く、薄膜状、小片状、小塊状、粒状、粉体状、コロイド状、ファイバー状、ワイヤー状、ドット状の何れでもよく、その他の形状ないし性状でもよい。前記アニール処理によって、前記金属原料の微粒子が前記導電層の表面に沿って拡散する。拡散によって前記金属原料の微粒子が多段ないしは多重に枝分かれし、例えばフラクタル構造の集合体になる。これによって、前記金属ナノ構造を容易に形成できる。前記金属ナノ構造の表面には、サブミクロンないしはナノオーダーの凹凸が形成されている。前記金属ナノ構造の表面は、積層方向（厚さ方向）に突出する多数の凸部を含み、例えばクラスター状になる。【００１３】
前記電極を前記金属ナノ構造の金属原料として兼用してもよい。前記電極を構成する金属をアニール処理によって前記電極の周辺にクラスター状又はフラクタル状になるよう拡散させてもよい。そうすると、前記電極の近傍に前記金属ナノ構造を形成できる。この場合、前記電極と前記金属ナノ構造とは、互いに同一の金属成分を含む。【００１４】
前記金属ナノ構造において、前記周期構造がランダムな周期を有していることが好ましい。前記周期構造の周期が変化していることが好ましい。すなわち、前記第１凸部の配置間隔が周期構造に応じて異なっていることが好ましい。これにより、周期構造に応じて異なる波長の光に感応するようにできる。したがって、全体として金属ナノ構造が感応可能な波長域を広くすることができる。よって、前記光電変換素子を可視光領域から赤外光領域に及ぶ広帯域に確実に対応可能にすることができる。【００１５】
第１凸部の配置間隔（周期）は、入射光の波長λの約０．１倍〜１倍程度であることが好ましく、波長λの０．１倍程度がより好ましい。又は第１凸部の配置間隔（周期）は、半導体層と導電層とで作るショットキー素子の感応波長の約０．１倍〜１倍程度であることが好ましい。前記周期構造は、当該周期構造を構成する第１凸部の周期の約１倍〜１０倍程度（特に上記周期の１０倍程度）の波長λを有する入射光に対し敏感に感応してプラズモン共鳴を起こし、光誘起電場の増幅に寄与する。半導体層がｎ型の素子の周期構造の周期（第１凸部の配置間隔）は、半導体層がｐ型の素子の周期構造の周期（第１凸部の配置間隔）より小さいことが好ましい。半導体層がｎ型の素子においては、第１凸部の配置間隔（周期）は、約１００ｎｍ以下であることがより好ましい。これにより、波長が約１μｍ以下の赤外光域〜可視光域の光に対し良好な感度を持つことができる。半導体層がｐ型の素子においては、第１凸部の配置間隔（周期）は、約１５０ｎｍ以下であることがより好ましい。これにより、波長が約１μｍ〜４μｍの赤外光に対し良好な感度を持つことができる。
第１凸部の突出高さは、約１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度であることが好ましい。【００１６】
前記金属ナノ構造が、前記第１凸部より大きく突出する複数の第２凸部を更に含み、これら第２凸部が互いに分散し、かつ各第２凸部が、前記周期構造の何れか１つと重なって又は近接して配置されていることが好ましい。
前記金属ナノ構造に光が入射すると、前記第２凸部の周囲に近接場光が発生する。この近接場光と上記周期構造によるプラズモン共鳴との相乗効果によって、光誘起電場を感度良く増幅させて出力できる（K. Kobayashi, et.al., Progress in Nano-Electro-Optecs I. ed. M. Ohtsu, p.119 (Sptinger-Verlag, Berlin, 2003)参照）。入射光が微弱であっても、光起電力を高感度に発生させることができる。【００１７】
前記第２凸部の突出高さは、約５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であることが好ましい。
前記第２凸部の分散間隔（隣り合う第２凸部どうしの離間距離）は、入射光の波長より大きいことが好ましく、半導体層と導電層とで作るショットキー素子の感応波長より大きいことが好ましい。
半導体層がｎ型である素子の第２凸部の分散間隔が、半導体層がｐ型である素子の第２凸部の分散間隔より小さいことが好ましい。例えば、半導体層がｎ型の場合、前記第２凸部の分散間隔は、１μｍ以上であることが好ましく、約２μｍ〜３μｍ程度であることがより好ましい。半導体層がｐ型の場合、前記第２凸部の分散間隔は、約３μｍ〜５μｍ程度であることが好ましい。これにより、隣り合う第２凸部どうしが干渉して電場を弱めてしまうのを回避できる。
前記第２凸部の分散間隔の上限は、ｎ型の場合、３μｍ〜５μｍ程度であることが好ましく、ｐ型の場合、５μｍ〜６μｍ程度であることが好ましい。これによって、第２凸部の存在密度を確保でき、第２凸部との相互作用を生じ得る周期構造の数を確保でき、感応帯域を確実に広くできる。【００１８】
前記第１電極と前記導電層との間に介在されて、前記第１、第２電極の極性を確定する極性確定層を更に備えることが好ましい。
前記半導体層がｎ型半導体である場合、フォトキャリアの電子が空乏層の電界によって半導体層の側へ移動する。これに伴って、前記第２電極から導電層に電子が流れ込む。第２電極と導電層との間では電子（電流）がスムーズに流れ得る。半導体層の第１電極の周辺に電子が集まる。したがって、前記第１電極がカソードになる。前記第２電極がアノードになる。
前記半導体層がｐ型半導体である場合、フォトキャリアの正孔が空乏層の電界によって半導体層の側へ移動する。これに伴って、前記第２電極から導電層に正孔が流れ込む。導電層に沿って正孔が前記第１電極の側へ流れる。したがって、前記第１電極がアノードになる。前記第２電極がカソードになる。
これにより、アノードになる電極とカソードになる電極を確実に定めることができ、光誘起電流の向きを制御できる。【００１９】
本発明に係る光発電装置の、特許請求する第１特徴は、光を吸収して発電する装置であって、屋外に面する構造部材に設けられる光電変換素子と、前記光電変換素子にて発生した電力を取り出す電力取り出し部と、を備え、前記光電変換素子が、半導体層と、前記半導体層に積層された導電層と、複数の周期構造を有して前記導電層又は前記半導体層に積層された金属ナノ構造と、前記導電層に設けられた一対をなす第１、第２電極と、フォトキャリアがトンネル効果によって通過可能な厚みを有して前記第１電極と前記導電層との間に介在された障壁層とを含み、前記各周期構造が前記積層の方向に突出する複数の第１凸部からなり、前記第１凸部の配置間隔が前記周期構造に応じて異なり、前記第１、第２電極が、前記光電変換素子の表面に沿う方向に互いに離れて設けられており、前記電力取り出し部が、前記第１、第２電極にそれぞれ接続された一対の端子を含むことにある。前記障壁層が、前記極性確定層を構成する。
前記障壁層が、厚さ１ｎｍ未満の絶縁体にて構成されていることが好ましい。
これによって、障壁層を挟んで前記導電層と前記第１電極とがコンデンサを構成する。したがって、導電層における前記第１電極と対向する部分にキャリアが蓄積される。前記半導体層がｎ型半導体である場合は電子が蓄積される。前記半導体層がｐ型半導体である場合は正孔が蓄積される。これによって、アノードになる電極とカソードになる電極を確実に定めることができる。前記絶縁体の厚さを１ｎｍ未満にすることによって、キャリアがトンネル効果等によって障壁層を確実に通過でき、光誘起電流を確実に取り出すことができる。更に、キャリアが前記導電層における前記第１電極と対向する部分に蓄積されることにより、耐電圧性が高まり、光照射時の電流−電圧特性が順方向バイアス側（正側）にシフトする。したがって、前記光電変換素子の発電電力を増大させることができる。
【００２０】
前記極性確定層が、前記半導体層の表面に突出して設けられた凸層であり、前記導電層が前記凸層の一側面と接触し、前記第１電極が、前記表面における前記凸層を挟んで前記導電層とは反対側に設けられ、かつ前記凸層の前記反対側の側面に接触していてもよい。
本発明に係る光発電装置の、特許請求する第２特徴は、光を吸収して発電する装置であって、屋外に面する構造部材に設けられる光電変換素子と、前記光電変換素子にて発生した電力を取り出す電力取り出し部と、を備え、前記光電変換素子が、表面に凸層が突出するよう形成された半導体層と、前記半導体層の前記表面に積層された導電層と、複数の周期構造を有して前記導電層又は前記半導体層に積層された金属ナノ構造と、前記半導体層の前記表面に設けられた第１電極と、前記第１電極から離れて前記導電層に設けられた第２電極とを含み、前記導電層が前記凸層の一側面及び前記表面とショットキー接触し、前記第１電極が、前記表面における前記凸層を挟んで前記導電層とは反対側に設けられ、かつ前記凸層の前記反対側の側面及び前記表面とオーミック接触し、前記各周期構造が前記積層の方向に突出する複数の第１凸部からなり、前記第１凸部の配置間隔が前記周期構造に応じて異なり、前記電力取り出し部が、前記第１、第２電極にそれぞれ接続された一対の端子を含むことにある。
これによって、凸層と導電層とのショットキー接合部においてキャリアが凸層側ひいては第１電極へ向けて流れるようにできる。よって、アノードになる電極とカソードになる電極を確実に定めることができる。
【００２１】
更に、前記光電変換素子の表面に紫外域又は赤外域に感度を持つ半導体からなるナノ構造体を設けてもよい。特に、前記半導体層がｎ型半導体である場合、前記光電変換素子の表面に、紫外域に感度を持つ半導体からなるナノ構造体を設けることが好ましい。紫外域に感度を持つ半導体とは、波長が例えば０．４μｍ以下の紫外光が照射されるとキャリアが励起される性質を有する半導体を言う。このような半導体として、例えばｎ型半導体である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が挙げられ、その他、ｎ型の窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）等が挙げられる。前記半導体層がｐ型半導体である場合、前記光電変換素子の表面に、赤外域に感度を持つ半導体からなるナノ構造体を設けることが好ましい。赤外域に感度を持つ半導体とは、波長が例えば０．７μｍ以上の赤外光が照射されるとキャリアが励起される性質を有する半導体を言う。このような半導体として、例えばｐ型の窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）や炭素等が挙げられる。ナノ構造体として、例えばナノワイヤ、ナノチューブ、ナノニードル、ナノロッド等が挙げられる。前記ナノ構造体によって、光電変換の感度を高めることができる。前記ナノ構造体が紫外域に感度を持つ半導体からなる場合、紫外域の入射光に対する光電変換感度を高めることができる。前記ナノ構造体が赤外域に感度を持つ半導体からなる場合、赤外域の入射光に対する光電変換感度を高めることができる。ナノ構造体をナノワイヤ、ナノチューブ等にて構成することにより、量子効率を高めることができ、ひいては前記光電変換素子の感度を確実に高めることができる。【００２２】
前記光電変換素子は、好ましくは構造物の屋外に面する構造部材に設置される。前記構造部材が、定着部に変位可能に支持された可動部材（例えば窓、扉等）である場合、前記電力取り出し部が、前記定着部に設けられた固定端子と、前記可動部材に設けられて前記固定端子に摺動可能に接触する可動端子とを含むことが好ましい。
これによって、可動部材に上記光電変換素子を設置した場合、可動部材の変位に拘わらず、上記光電変換素子にて発電した電力を可動端子及び固定端子を介して確実に取り出すことができる。【００２３】
前記光電変換素子を前記構造部材の表面に直接的に被膜してもよい。
前記光電変換素子を基材の表面に被膜し、この基材を前記構造部材に設置してもよい。前記基材は、前記アニール処理に対する耐熱性を有していることが好ましい。
前記基材として耐熱性のフィルムを用い、該耐熱性フィルムの表面に前記光電変換素子を形成した後、該耐熱性フィルムを加工して透明性や粘着性を付与し、前記構造部材に貼り付けてもよい。
化学的又は物理的処理によって溶解可能な仮の基材を用意し、上記仮基材の表面に上記光電変換素子を形成した後、上記仮基材を上記化学的又は物理的処理によって溶解するとともに上記光電変換素子をフィルム状の基材に転写し、このフィルム状の基材を上記構造部材に貼り付けてもよい。上記仮基材は、耐熱性を有していることが好ましい。上記化学的処理とは、例えば、酸性又はアルカリ性の薬液にて上記仮基材を化学的に溶解することを言う。上記物理的処理とは、例えば紫外線や電子線を上記仮基材に照射したり、ブラストを上記仮基材に吹き付たりすることで上記仮基材を物理的に溶解することを言う。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、昼夜を問わず発電でき、光発電装置の利便性が高まる。熱線を電気エネルギーに変換するため、室温の上昇を抑えることができる。更には、構造物の外観を損ねたり、採光等の機能を減殺したりするのを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る光発電装置の適用例を示し、家屋の正面図である。
【図２】図２は、上記光発電装置のブロック図である。
【図３】図３は、上記光発電装置の光電変換素子の概略構造を示す断面図である。
【図４】図４は、上記家屋の窓部における上記光発電装置の電力取り出し構造を解説的に示す正面図である。
【図５】図５は、上記家屋の扉における上記光発電装置の電力取り出し構造を解説的に示す正面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る光電変換素子の概略構造を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係る光電変換素子の概略構造を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態に係る光電変換素子の概略構造を示す断面図である。
【図９（ａ）】図９（ａ）は、実施例１における金属ナノ構造の表面の一箇所をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した画像である。
【図９（ｂ）】図９（ｂ）は、実施例１における金属ナノ構造の表面の、図９（ａ）とは異なる箇所をＳＥＭで観察した画像である。
【図１０】図１０は、実施例１における金属ナノ構造の表面構造をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）にて観察した立体画像である。
【図１１】図１１は、図１０の立体画像の解説図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
光発電装置は、光を電気に変換する光電変換素子を含む。光電変換素子は、例えば敷地内、構内、屋敷内等の区域内の構造物に設置される。構造物は、上記区域内に設けられた定着物であればよく、建物に限られず、上記区域の境界に設けられた門柱、塀、柵等でもよく、ポーチ（porch）、アプローチ、庭、グラウンド（ground）等に設けられた定着物でもよい。建物は、例えば住家（家屋）である。ただし、これに限られず、建物は、店舗、倉庫、車庫、工場、ビル等でもよい。住家は、戸建て住宅でもよく集合住宅でもよい。
【００２７】
光電変換素子は、構造物の屋外に面する構造部材に設置される。好ましくは、光電変換素子は、日光に当たりやすい部分、例えば屋根、屋上、南向きの面等に設置される。ただし、設置場所がこれに限定されるものではない。
【００２８】
上記構造部材は、定着ないしは固定された部材に限られず、定着部に変位可能に支持された可動部材（窓、扉、シャッター等）でもよい。構造部材として、例えば屋根材、壁材、窓ガラス、窓枠材、扉、シャッター、床材、敷材等が挙げられる。屋根材は、瓦でもよく、スレートでもよく、金属板でもよい。壁材としては、外壁タイル、サイディング（siding）、モルタル、壁板等が挙げられる。窓枠材としては、アルミサッシ等が挙げられる。床材としては、ポーチに設けられたりテラスに設けられる床タイルが挙げられる。敷材としては、アプローチに設けられたり犬走り（berm）に設けられる敷タイル、敷石等が挙げられる。上記構造部材の素材は、光電変換素子を安定して支持可能なものであれば特に限定がなく、例えば金属、セラミックス、ガラス、木材、樹脂、石材、コンクリート、モルタル等が挙げられる。
【００２９】
図１及び図２は、光発電装置１を家屋２に適用した実施形態を示したものである。
図２に示すように、光発電装置１は、光電変換素子３と、電力取り出し部４と、コンバータ５を備えている。光電変換素子３が電力取り出し部４を介してコンバータ５に接続されている。日光や赤外線等の光が光電変換素子３に入射すると、光電変換素子３が入射光を電気エネルギーに変換する。この電気が電力取り出し部４を経てコンバータ５に送られ、コンバータ５において交流変換される。
【００３０】
図１及び図２において、光電変換素子３は網掛け模様にて示す（図４及び図５において同様）。図１に示すように、光電変換素子３は、家屋２の例えば屋根材２ａ、外壁材２ｂ、窓材２ｃ、扉２ｄ等の構造部材に設けられている。窓材２ｃは、窓ガラスと窓枠を含む。ここでは、光電変換素子３が窓ガラスと窓枠とに設けられている。なお、光電変換素子３を窓ガラス及び窓枠の何れか一方にだけ設けてもよい。窓枠は例えばアルミサッシ等にて構成されている。ただし、これに限られず、窓枠は、樹脂製又は木製の枠でもよい。
【００３１】
光電変換素子３は、これら構造部材２ａ〜２ｄの全面に設けられていてもよく、屋外面の一部分にだけ設けられていてもよい。光電変換素子３の設置対象は、屋外に面する構造部材であれば、上記部材２ａ〜２ｄに限られず、玄関の床タイル、アプローチの敷タイル、門柱の壁タイル等であってもよい。
【００３２】
図３に示すように、光電変換素子３は、基材６の表面に設置されている。ここで、基材６は、設置対象の構造部材２ａ〜２ｄによって構成されている。すなわち、光電変換素子３が構造部材２ａ〜２ｄの表面に直接被膜されている。勿論、基材６として、設置対象２ａ〜２ｄとは別の部材を用いてもよく、この別部材に光電変換素子を被膜形成し、これを設置対象２ａ〜２ｄの表面に設置してもよい。基材６の材質は、後述するアニール温度に耐え得る耐熱性を有していることが好ましい。
【００３３】
図３に示すように、光電変換素子３は、半導体層１１と、導電層２０と、金属ナノ構造３０と、一対の電極４１，４２を備えている。基材６の表面に半導体層１１が被膜されている。半導体層１１上に導電層２０が積層されている。導電層２０上に金属ナノ構造３０が積層されている。かつ、導電層２０に一対の電極４１，４２が設けられている。第１電極４１と導電層２０の間に極性確定層５０が介在されている。
【００３４】
図３に示すように、半導体層１１は、シリコン（Ｓｉ）にて構成されている。ただし、これに限られず、半導体層１１がＧｅ、ＧａＡｓ等の他の半導体にて構成されていてもよい。半導体層１１には、Ｐ（リン）等のｎ型不純物がドープされている。半導体層１１は、ｎ型半導体を構成している。
【００３５】
導電層２０は、半導体層１１の表面（図３において上面）の全体を覆っている。導電層２０は、金属シリサイドにて構成され、導電性を有している。半導体層１１の表層のシリコンが自己組織化し、導電層１２のシリコン成分を構成している。導電層２０を構成する金属成分としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ等が挙げられる。ただし、上記金属成分は、これらに限定されるものではない。ここでは、導電層２０を構成する金属成分として、Ｃｏが用いられている。導電層２０がＣｏＳｉｘにて構成され、好ましくはＣｏＳｉ２にて構成されている。これにより、導電層２０と半導体層１１との間に良好なショットキー界面が形成されている。導電層２０が、金属成分のみにて構成されていてもよい。導電層２０の厚さは、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であり、好ましくは数ｎｍ程度である。
図面の導電層２０の厚さは、半導体層１１、電極４１，４２、金属ナノ構造３０等の厚さに対して誇張されている。
【００３６】
導電層２０の表面（図３において上面）に金属ナノ構造３０が設けられている。金属ナノ構造３０は、導電層２０の表面に広く分布している。ここでは、金属ナノ構造３０は、導電層２０の表面における一対の電極４１，４２どうしの間の部分（以下「電極間部分」と称す）に配置されており、より好ましくは上記電極間部分の全体に分布している。金属ナノ構造３０は、導電層２０の一部分にだけ積層されていてもよい。例えば、金属ナノ構造３０が、導電層２０の電極４１又は４２の近傍部分にだけ設けられていてもよい。
【００３７】
金属ナノ構造３０は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属を主成分として構成されている。ここでは、金属ナノ構造３０を構成する金属として、Ａｕが用いられている。金属ナノ構造３０は、Ａｕリッチの構造物である。金属ナノ構造３０を構成する金属に炭素化合物等の絶縁体が混在していてもよく、金属ナノ構造３０が金属−絶縁体−金属（Ｍ−Ｉ−Ｍ：metal-insulator-metal）構造になっていてもよい。
【００３８】
金属ナノ構造３０の表面には、サブミクロンないしはナノオーダーの凹凸が形成されている。詳述すると、金属ナノ構造３０は、Ａｕのナノ微粒子がクラスター状又はフラクタル状に集合した構造になっている（図１０及び図１１参照）。金属ナノ構造３０のＡｕナノ微粒子の集合体は、素子３の厚さ方向ないしは積層方向（上方）に突出する多数の凸部を含む。これら凸部がクラスター状に集合している。或いは、Ａｕナノ粒子の集合体が多重に枝分かれするよう拡散したフラクタル構造になっている。金属ナノ構造３０は、多数の第１凸部３１と、第２凸部３２を含む。上記多数の凸部の一部が第１凸部３１を構成し、他の一部が第２凸部３２を構成している。
【００３９】
金属ナノ構造３０は、少なくとも１つの周期構造３０を有している。好ましくは、金属ナノ構造３０は、複数ないしは多数ないしは無数の周期構造３３を有している。金属ナノ構造３０の上記多数の凸部における隣り合う複数の凸部３１，３１…によって１つの周期構造３３が構成されている。各周期構造３３を構成する第１凸部３１，３１…どうしは、素子３の面方向（積層方向と直交する方向）に沿ってある間隔（周期）で配列されている。周期構造３３に応じて第１凸部３１の配置間隔（周期）が異なっている。これら周期構造３３における第１凸部３１の配置間隔（周期）は、数十ｎｍから数μｍ程度が好ましく、約４０ｎｍ〜１００ｎｍ程度がより好ましい。この配置間隔（周期）は、入射光Ｌの波長の約０．１倍〜１倍程度であることが好ましく、約０．１倍程度がより好ましい。更に、上記配置間隔（周期）は、ｎ型半導体層１０と導電層４０とからなるショットキー素子の感応波長（可視光域から赤外光域）の約０．１倍〜１倍程度であることが好ましい。金属ナノ構造３０は、上記ショットキー素子の感応域内の任意の波長の約０．１倍〜１倍の大きさの配置間隔を有する周期構造を少なくとも１つ含むことが好ましい。
【００４０】
更に、金属ナノ構造３０には、複数の第２凸部３２が分散して配置されている。各第２凸部３２は、何れかの周期構造３３と重なるように配置されている。又は、各第２凸部３２は、何れかの周期構造３３に近接して配置されている。第２凸部３２は、第１凸部３１より突出高さが大きく、第１凸部３１より尖り度（突出高さと底部の幅の比）が大きい。第２凸部３２の突出高さは、約５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であることが好ましい。第２凸部３２どうしの分散間隔は、入射光の波長より大きいことが好ましい。例えば、上記分散間隔は、１μｍ以上であることが好ましく、約２μｍ〜３μｍ程度であることが好ましい。第２凸部３２どうしの分散間隔の上限は、３μｍ〜５μｍ程度であることが好ましい。
【００４１】
一対の電極４１，４２は、素子３の表面に沿う方向の互いに離れた位置に配置されている。これら電極４１，４２は、導電層２０の表側面にそれぞれ積層されている。図２に示すように、例えば、これら電極４１，４２は、各構造部材２ａ〜３ｄの一端部に対応する位置と他端部に対応する位置に互いに離れて配置される。
【００４２】
電極４１，４２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属にて構成されている。ここでは、電極４１，４２を構成する金属として、Ａｕが用いられている。したがって、電極４１，４２は、金属ナノ構造３０を構成する金属成分と同じ金属成分にて構成されている。
金属ナノ構造３０を構成する金属成分と電極４１，４２を構成する金属成分とが、互いに異なっていてもよい。２つの電極４１，４２が互いに異なる金属成分にて構成されていてもよい。
【００４３】
図３に示すように、第１電極４１と導電層２０との間には、極性確定層の一例として障壁層５０が設けられている。障壁層５０は、アルミナ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、炭素化合物（例えば樹脂）等の絶縁体にて構成されている。障壁層５０の厚さは、トンネル効果を生じ得る程度に十分小さい。例えば、障壁層５０の厚さは、オングストロームオーダーすなわち１ｎｍ未満である。図面において、障壁層５０の厚さは、導電層２０や金属ナノ構造３０等の厚さに対し誇張されている。第１電極４１と導電層２０とが、障壁層５０を挟んで対峙することによって、コンデンサを構成している。
【００４４】
第２電極４２は、導電層２０と直接的に接触している。好ましくは、第２電極４２は、導電層２０にオーミック接触している。
【００４５】
次に、光電変換素子３からの電力取り出し構造を説明する。
図２に示すように、電力取り出し部４は、負側取り出し部７０及び正側取り出し部８０を含む。各光電変換素子３の第１電極４１に負側取り出し部７０の端子７１が接続されている。端子７１から配線７２が延びている。配線７２がコンバータ５の負極入力端子５ｅに接続されている。各光電変換素子３の第２電極４２に正側取り出し部８０の端子８１が接続されている。端子８１から配線８２が延びている。配線８２がコンバータ５の正極入力端子５ａに接続されている。
図２では、構造部材２ａ〜２ｄの上側部に正側の電力取り出し構造が配置され、構造部材２ａ〜２ｄの下側部に負側の電力取り出し構造が配置されている。なお、これら電力取り出し構造の上下関係を反転させてもよ。或いは、構造部材２ａ〜２ｄの左右方向の一側部に正側の電力取り出し構造を配置し、かつ構造部材２ａ〜２ｄの左右方向の他側部に負側の電力取り出し構造を配置してもよい。
【００４６】
図４及び図５に示すように、光電変換素子３の設置対象が窓材２ｃ、扉２ｄ等の可動部材である場合、電力取り出し部７０，８０が可動接点７３，８３及び固定接点７４，８４をそれぞれ有している。
【００４７】
図４に示すように、例えば、引き戸式の窓材２ｃにおいては、その下縁に可動接点７３が設けられている。端子７１と可動接点７３が接続線７２ａを介して接続されている。固定接点７４は、窓材２ｃの下レールに沿って延びている。可動接点７３が固定接点７４に摺動可能に接している。窓材２ｃを動かすと、可動接点７３が窓材２ｃを一緒にスライドしながら固定接点７４との接続を維持する。配線７２ｂが、固定接点７４からコンバータ５へ延びている。
可動接点７３が、窓材２ｃのコロ２ｃａの外周面に設けられていてもよく、固定接点７４がコロ２ｃａを案内するレールを構成していてもよい。
【００４８】
窓材２ｃの上縁に可動接点８３が設けられている。端子８１と可動接点８３が配線８２ａを介して接続されている。固定接点８４は、窓材２ｃの上レールに沿って延びている。可動接点８３が固定接点８４に摺動可能に接している。窓材２ｃを動かすと、可動接点８３が窓材２ｃを一緒にスライドしながら固定接点８４との接続を維持する。配線８２ｂが、固定接点８４からコンバータ５へ延びている。
【００４９】
図５に示すように、開き戸式の扉２ｄにおいては、その片側（図５において左）の縁に上下一対の蝶番９０Ｕ，９０Ｌが設けられている。これら蝶番９０が扉２ｄの回転軸になる。各蝶番９０が、扉２ｄに固定された回転側部９１と、家屋２の壁に固定された固定側部９２を有している。
【００５０】
下側の蝶番９０Ｌの回転側部９１に可動接点７３が設けられている。蝶番９０Ｌの固定側部９２に固定接点７３が設けられている。扉２ｄの開閉状態に拘わらず、可動接点７３が固定接点７４に回転可能（摺動可能）に接している。端子７１が配線７２ａを介して可動接点７３に接続されている。配線７２ｂが、固定接点７４からコンバータ５へ延びている。
【００５１】
上側の蝶番９０Ｕの回転側部９１に可動接点８３が設けられている。蝶番９０Ｕの固定側部９２に固定接点８３が設けられている。扉２ｄの開閉状態に拘わらず、可動接点８３が固定接点８４に回転可能（摺動可能）に接している。端子８１が配線８２ａを介して可動接点８３に接続されている。配線８２ｂが、固定接点８４からコンバータ５へ延びている。
【００５２】
光発電装置１の製造及び設置手順を、光電変換素子３の製造方法を中心に説明する。
［半導体層形成工程］
基材６の表面に半導体層１１をＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）やＰＶＤ（Physical Vapour Deposition）等によって被膜する。
【００５３】
［導電層原料被膜工程］
半導体層１１上に導電層２０の原料成分であるＣｏを成膜する。Ｃｏ成膜方法として、スパッタリングや蒸着等のＰＶＤを採用できる。ＰＶＤに限られず、スピンコート等の他の成膜方法にてＣｏを被膜してもよい。
【００５４】
［障壁配置工程］
上記Ｃｏ膜上の第１電極４１が配置されるべき位置に、オングストロームオーダーの厚さの絶縁体（例えばアルミナ）からなる障壁層５０を配置する。障壁層５０の配置は、ＣＶＤ等の種々の成膜方法にて行なうことができる。
【００５５】
［電極配置工程］
上記障壁層５０上に第１電極４１となる金属原料（Ａｕ）を設ける。また、Ｃｏ膜上の第２電極４２が配置されるべき位置に第２電極４２となる金属原料（Ａｕ）を設ける。電極４１，４２用の金属原料（Ａｕ）の配置は、スパッタリング、蒸着等の種々の成膜方法にて行なうことができる。
【００５６】
［金属ナノ構造原料配置工程］
更に、上記Ｃｏ膜上の電極４１，４２間の部分に金属ナノ構造３０となる金属原料（Ａｕ）を配置する。上記金属原料（Ａｕ）の形状ないし性状は、特に限定が無く、薄膜状、小片状、小塊状、粒状、粉体状、コロイド状、ファイバー状、ワイヤー状、ドット状等の何れでもよく、その他の形状ないし性状でもよい。上記金属原料（Ａｕ）が薄膜状である場合、例えばスパッタリングや蒸着等のＰＶＤによって成膜することができる。上記電極４１，４２となる金属原料（Ａｕ）の一部を、後記の拡散工程において電極間部分に拡散させて金属ナノ構造３０とすることもでき、その場合、金属ナノ構造原料配置工程を省略してもよい。
【００５７】
［拡散工程］
次に、基材６をアニール処理槽に入れ、アニール処理を行なう。アニール処理の温度条件は、４００℃〜８００℃程度が好ましく、６００℃程度がより好ましい。アニール処理は、可及的に１００％の不活性ガス雰囲気にて行なう。アニール処理用の不活性ガスとして、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等の希ガスを用いることができ、その他、Ｎ２を用いてもよい。アニール処理の圧力条件は、大気圧近傍であり、例えば大気圧より数Ｐａ程度低圧である。
【００５８】
上記アニール処理によって、半導体層１１の表面部分を構成するＳｉにＣｏが拡散する。これにより、Ｓｉ層１１の表面部分を自己組織化してなるＣｏＳｉｘの導電層２０が形成され、半導体層１１と導電層２０を確実にショットキー接合させることができる。
【００５９】
更に、上記アニール処理によって、導電層２０上に配置したＡｕの微粒子が、導電層２０の表面に沿ってクラスター又はフラクタルを形成するよう拡散する。すなわち、Ａｕ微粒子が多重に枝分かれするよう拡散し、フラクタル構造の集合体になる。集合体の表面は、サブミクロンないしはナノオーダーの凹凸を有し、クラスター状になる。これにより、金属ナノ構造３０を自然形成できる。
拡散工程は、アニール処理以外の方法で行なってもよい。
【００６０】
［設置工程］
基材６すなわち構造部材２ａ〜２ｄを家屋２の所定箇所に設置する。そして、電極４１，４２とコンバータ５を電力取り出し部４にて接続する。
【００６１】
上記光発電装置１の動作を説明する。
光電変換素子３に可視領域〜赤外領域の波長（具体的には波長約０．４μｍ〜２μｍ程度）の光が入射すると、ｎ−Ｓｉ層１１におけるＣｏＳｉｘ層２０とのショットキー接合部で光電変換によりフォトキャリアが発生する。さらに、上記ショットキー接合部の近傍の金属ナノ構造３０によって、光電変換の感度を高めることができる。かつ、金属ナノ構造３０によって、光電変換可能な光の波長域を拡大できる。
【００６２】
上記ショットキー接合部で生成されたフォトキャリアの電子は、空乏層の電界によってｎ−Ｓｉ層１１側へ移動する。これに伴って、第２電極４２から導電層２０に電子が流れ込む。第２電極４２と導電層２０との間の電子の流れはスムーズである。一方、第１電極４１は、障壁層５０を挟んで導電層２０とコンデンサを構成する。そのため、導電層２０に沿って電子が第１電極４１側へ流れる。導電層２０における第１電極４１と対向する部分には電子が蓄積される。この電子は、トンネル効果により障壁層５０を潜り抜け、第１電極４１に移動することができる。これにより、光誘起電流を取り出すことができる。したがって、第１電極４１がカソードになる。第２電極４２がアノードになる。このようにして、アノードになる電極４２とカソードになる電極４１を確定でき、光誘起電流の向きを制御できる。よって、電流−電圧特性を正側と負側で確実に非対称にでき、きれいなダイオード特性を得ることができる。導電層２０における第１電極４１と対向する部分に電子が蓄積されるため、耐電圧性が高まり、光照射時の電圧−電流特性が順バイアス側（正側）にシフトする。これにより、出力電力を大きくすることができる。
【００６３】
金属ナノ構造３０の作用を詳述する。金属ナノ構造３０を構成するＡｕナノ微粒子の表面にはプラズモンが局在する。この表面プラズモンと入射光が共鳴し、大きな電場が発生する。金属ナノ構造３０の周期構造３３は、その周期（第１凸部３１の配置間隔）に応じた波長の入射光に対する光電変換の感度を高める。すなわち、周期構造３３は、その周期の約１倍〜１０倍程度、特に約１０倍の波長の入射光に対し敏感に感応してプラズモン共鳴を起こす。第１凸部３１の周期は周期構造３３に応じて異なるから、金属ナノ構造３０が感応可能な波長域を広くすることができる。周期構造３３の少なくとも１つが、可視光域から赤外光域のある波長範囲内の任意の波長の０．１倍〜１倍の大きさの配置間隔を有することから、素子３全体の感応範囲が上記波長範囲の全体を網羅することができる。更に、第２凸部３２の周囲に近接場光が発生する。この近接場光と上記周期構造３３によるプラズモン共鳴との相乗効果によって、大きな光誘起電場を発生させることができる。これによって、可視光領域から赤外光領域に及ぶ広帯域の光感応する光電変換素子３を提供できる。入射光が微弱であっても、光起電力を高感度に発生させることができる。第２凸部３２の分散間隔を入射光の波長（可視光域〜赤外光域）より大きくし、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ〜３μｍとすることによって、隣接する第２凸部３２，３２どうしが干渉して電場を弱めるのを回避できる。第２凸部３２の分散間隔の上限を３μｍ〜５μｍとすることによって、第２凸部３２の存在密度を高く維持でき、第２凸部３２との相互作用を生じ得る周期構造３３の数を確保でき、感応帯域を確実に広くできる。よって、可視光領域から赤外光領域に及ぶ広帯域に対応可能な光電変換素子３を提供できる。
【００６４】
光電変換素子３において発生した電力を電力取り出し部４を介してコンバータ５へ送る。コンバータ５は、電気を交流変換し、家屋２の電気機器に供給する。余った電力は、他へ売電する。
【００６５】
光発電装置１は、幅広い帯域の太陽光を光電変換して電力に利用できる。晴天時はもちろん、曇天時においても十分に大きな電力を得ることができる。更に、日没後においては、周囲の構造物等から輻射される赤外光を光電変換して電力を得ることができる。したがって、昼夜を問わず発電することができる。
【００６６】
赤外光を吸収することによって赤外光の熱変換を防止でき、室内に入るエネルギーを低減でき、室内の温度上昇を抑えることができる。特に光電変換素子３を窓ガラスに配置した場合、採光時に遮熱しながら発電することができる。この点は、光を反射又は吸収するだけの赤外線カットガラスと大きく異なる。
【００６７】
光電変換素子３は略透明であるから、窓ガラスに設置しても、採光性を失なうことがない。電極４１，４２は、光電変換素子３の隅部ないしは周辺部に配置すればよく、光電変換素子３の全面を覆うものではないから、光電変換素子３を窓ガラスに設置しても、窓ガラスの透明性を十分に維持することができる。更に、窓ガラスに配線を設ける必要がない。
【００６８】
光電変換素子３は極めて薄く、かつ略透明であるから、家屋２の各構造部材２ａ〜２ｄに設置しても、これら構造部材２ａ〜２ｄの外観がほとんど影響を受けず、光電変換素子３を設置する前の意匠をほぼ維持できる。
【００６９】
光電変換素子３は軽量であるから、構造物の強度に殆ど影響を及ぼすことがない。光電変換素子３を車庫やプレハブ等の強度が比較的低い構造物の屋根等に設置しても、これら構造物の耐荷性を十分に確保できる。光電変換素子３を扉２ｄや窓２ｃに設けたとしても、扉２ｄや窓２ｃの開閉に支障を生じることがない。
【００７０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する内容に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図６に示す第２実施形態は、光電変換素子３の変形例に係る。光電変換素子３の表面（図６において上面）にｎ型半導体ナノ構造体６１が設けられている。ｎ型半導体ナノ構造体６１は、酸化亜鉛のナノワイヤーにて構成している。酸化亜鉛は、ｎ型半導体である。ナノ構造体６１が酸化亜鉛に代えて、ｎ型のＧａＮにて構成されていてもよい。
【００７２】
ナノ構造体６１は、光電変換素子３の表面に突き立てられるように設けられている。ここでは、ナノ構造体６１は、金属ナノ構造体３０から突出されている。なお、金属ナノ構造体３０が導電層２０の一部分だけに被膜されている場合、金属ナノ構造体３０が被膜されていない部分については、ナノ構造体６１が導電層２０から突出されていてもよい。ナノワイヤーは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ゾルゲル法等によって形成できる。ナノ構造体６１は、ナノワイヤーに限られず、ナノニードルでもよく、ナノチューブでもよく、ナノロッドでもよい。
【００７３】
酸化亜鉛ナノ構造体６１によって、比較的短い波長（紫外光〜可視光）の入射光に対する光電変換感度を高めることができる。具体的には、約０．４μｍ未満の紫外光域から１μｍ程度の可視光域までの光に対し、感度を向上させることができる。ナノ構造体６１をナノワイヤーにて構成することによって量子効率を高めることができ、ひいては光電変換素子３の感度を確実に高めることができる。
【００７４】
図７に示す第３実施形態は、光電変換素子３の変形例に係る。光電変換素子３には、極性確定層として、既述の障壁層５０に代えて凸層５１が設けられている。凸層５１は、ｎ型半導体層１１と一体に形成されている。半導体層１１の表面（上面）の第１電極４１寄りの部分が突出され、この突出部が凸層５１を構成している。凸層５１の突出高さは、導電層２０の厚さと同程度であり、例えば約１ｎｍ〜１０ｎｍ程度であり、好ましくは数ｎｍ程度である。凸層５１の幅寸法（図７において左右の寸法）は、例えば０．数ｍｍ〜数ｍｍであり、好ましくは約１ｍｍ程度である。図７において、凸層５１の突出高さ（上下寸法）は、幅（左右寸法）に対して誇張されている。
【００７５】
凸層５１の一側面（図７において左側面）が、導電層２０の端面とショットキー接触している。凸層５１の他側面（図７において右側面）及び半導体層１１が、第１電極４１とオーミック接触している。金属ナノ構造３０が、導電層２０から凸層５１の上面に跨るように形成されている。金属ナノ構造３０は、凸層５１の上面だけに設けられていてもよい。或いは、金属ナノ構造３０が、導電層２０の上面にだけ設けられていてもよい。
【００７６】
光電変換素子３に光が入射すると、導電層２０の底部と半導体層１１との間のショットキー接合部でフォトキャリアが生成されるのに加えて、導電層２０の右端部と凸層５１とのショットキー接触部においてもフォトキャリアが生成される。このキャリアの電子が、導電層２０と凸層５１との間の空乏層電界によって凸層５１側ひいては第１電極４１へ流れる。したがって、第１電極４１を確実にカソードにすることができる。第２電極４２を確実にアノードにすることができる。
【００７７】
図８に示す第４実施形態は、光電変換素子の変形例に係る。この光電変換素子３Ａは、第１実施形態のｎ型半導体層１１に代えて、ｐ型半導体層１２を備えている。ｐ型半導体層１２は、例えばＢ（ボロン）等のｐ型不純物がドープされたｐ型シリコンにて構成されている。
【００７８】
ｐ型光電変換素子３Ａの周期構造３３における第１凸部３１の配置間隔（周期）は、ｎ型光電変換素子３のそれよりもやや大きいことが好ましい。例えば、上記配置間隔（周期）は、約６０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度がより好ましい。ｐ型素子３Ａの周期構造３３における第２凸部３２の分散間隔は、ｎ型素子３のそれよりもやや大きいことが好ましい。例えば、上記分散間隔は、約３μｍ〜５μｍ程度であることが好ましく、上限は５μｍ〜６μｍ程度であることが好ましい。
【００７９】
ｐ型光電変換素子３Ａの第１電極４１には、正側の電力取り出し端子８１が接続されている。ｐ型光電変換素子３Ａの第２電極４２には、負側の電力取り出し端子７１が接続されている。
【００８０】
ｐ型の光電変換素子３Ａは、ｎ型の光電変換素子３よりも長波長の赤外光領域（具体的には波長約１μｍ〜４μｍ程度）に感度を持つ。この感度帯の光が光電変換素子３Ａに入射すると、ｐ−Ｓｉ層１２におけるＣｏＳｉｘ層２０とのショットキー接合部で光電変換によりフォトキャリアが発生する。このフォトキャリアのうち正孔が空乏層の電界によってｐ−Ｓｉ層１２側へ移動する。これに伴って、第２電極４２から導電層２０に正孔が流れ込む。導電層２０に沿って正孔が第１電極４１側へ流れる。導電層２０における第１電極４１と対向する部分には正孔が蓄積される。この正孔は、トンネル効果により障壁層５０を潜り抜け、第１電極４１に移動することができる。これにより、光誘起電流を取り出すことができる。したがって、第１電極４１がアノードになる。第２電極がカソードになる。
【００８１】
本発明は、上記実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
例えば、導電層２０を構成する金属成分は、Ｃｏに限られず、Ｆｅ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ等であってもよい。
金属ナノ構造３０を構成する金属成分は、Ａｕに限られず、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄ等であってもよい。
光電変換素子３，３Ａの製造工程は、適宜、順序の入れ替え、ないしは変更を行なってもよい。例えば、導電層２０のシリサイド化のためのアニール処理と、金属ナノ構造３０を形成するためのアニール処理とを別々に行なってもよい。第３実施形態において、第１電極４１を半導体層１１にオーミック接触させるためのアニール処理と、導電層２０のシリサイド化のためのアニール処理と、金属ナノ構造３０を形成するためのアニール処理とを別々に行なってもよい。
光発電装置１が、光電変換素子３，３Ａにて発電した電気を蓄える蓄電部を備えていてもよい。
障壁層５０は、絶縁体に限られず、半導体でもよい。障壁層５０は、導電層２０と第１電極４１の間の少なくとも一部分に介在されていればよく、必ずしも導電層２０と電極４１の間の全体に介在されている必要はない。
【００８２】
複数の実施形態を互いに組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態（図６）において、半導体層をｎ型に代えてｐ型半導体層１２（図８）としてもよい。その場合、ナノ構造体６１は、ｎ型半導体に代えて、炭素やｐ−ＧａＮ等のｐ型半導体を用いるのが好ましく、カーボンナノチューブを用いるのがより好ましい。これによって、赤外光に対する光電変換感度を高めることができる。具体的には、２μｍ程度から約４μｍ強の赤外光に対し、感度を向上させることができる。
第３実施形態（図７）において、半導体層をｎ型に代えてｐ型半導体層１２（図８）としてもよい。その場合、導電層２０と半導体層１２との間で生成された正孔が半導体層１２の側へ流れ、これに伴い、第２電極４２から導電層２０に正孔が流れ込む。かつ導電層２０と凸層５１との間で生成された正孔が凸層５１側ひいては第１電極４１へ流れる。したがって、第１電極４１がアノードになり、第２電極４２がカソードになる。
光発電装置１が、ｎ型光電変換素子３とｐ型半導体素子３Ａの両方を備えていてもよい。
【実施例１】
【００８３】
実施例を説明する。本発明が以下の実施例に限定されないことは言うまでもない。
実施例１では、金属ナノ構造の作製及び観察を行った。金属ナノ構造は、次のようにして作製した。
ほぼ正方形のｎ型Ｓｉ基板の表面全体にＣｏ膜をスパッタリングにて成膜した。Ｃｏ膜の厚さは８ｎｍとした。
次に、５分間有機洗浄した後、マスク印刷を行ってＣｏ膜の表面の四隅と中央に厚さＡｕ膜をスパッタリングで成膜した。Ａｕ膜の厚さは、約１０ｎｍであった、
次に、アニール処理を行った。アニール処理の雰囲気ガスは、Ｈｅ１００％とした。アニール温度は６００℃であった。アニール処理時間は３分とした。
アニール処理によって、ｎ型Ｓｉ基板の表層部分にＣｏが拡散してＣｏＳｉｘが形成された。【００８４】
上記Ａｕ膜の近傍の２つの場所をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて観察した。図９（ａ）及び（ｂ）が、その画像である。Ａｕ膜の微粒子がＣｏＳｉｘ膜の表面に沿って拡散し、Ａｕ膜の周囲に金属ナノ構造が自然形成されたことが確認された。金属ナノ構造の形態は、場所に応じて異なっていた。同図（ｂ）に示すように、金属ナノ構造には、場所によってフラクタル構造が形成されていた。【００８５】
上記金属ナノ構造の幾つかの地点にレーザー光（波長６３５ｎｍ）を照射し、ゼロバイアスでの光誘起電流が最大になった地点の表面構造をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）にて立体的に観察した。
図１０がその画像である。図１１は、図１０の画像を模写し、解説したものである。
金属ナノ構造の表面にはサブオーダーないしはナノオーダーの凹凸が形成されており、クラスター構造ないしはフラクタル構造が確認された。更に、上記凹凸形状の中に、多数の周期構造３３と、多数の第２凸部３２が確認された。各周期構造３３は、複数の第１凸部３１を含み、これら第１凸部３１が周期構造３３に応じたランダムな周期（配置間隔）で配列されていた。周期構造３３の周期は、おおよそ１００ｎｍ以下であった。各第１凸部３１の突出高さは約１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度であった。各第２凸部３２は、ある周期構造３３と重なって配置されているか、又は周期構造３３の近傍に配置されていた。第２凸部３２の突出高さは、第１凸部３１より突出高さより大きく、約５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であった。第２凸部３２の分散間隔は、おおよそ２μｍ〜３μｍ程度であった。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、例えば太陽電池に適用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１      光発電装置
２      家屋（構造物）
２ａ    屋根材（構造部材）
２ｂ    外壁材（構造部材）
２ｃ    窓材（構造部材、可動部材）
２ｄ    扉（構造部材、可動部材）
３，３Ａ  光電変換素子
４      電力取り出し部
５      コンバータ
５ａ    正極入力端子
５ｅ    負極入力端子
６      基材
１１    ｎ型半導体層
１２    ｐ型半導体層
２０    導電層
３０    金属ナノ構造
３１    第１凸部
３２    第２凸部
３３    周期構造
４１    第１電極
４２    第２電極
５０    障壁層（極性確定層）
５１    凸層（極性確定層）
６１    ＺｎＯナノワイヤー（半導体ナノ構造体）
７０    負側取り出し部
７１    負側の端子
７２    負側配線
７３    可動接点
７４    固定接点
８０    正側取り出し部
８１    正側の端子
８２    正側配線
８３    可動接点
８４    固定接点
９０    蝶番
９１    回転側部
９２    固定側部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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