(57)【要約】【課題】製造コストが低減されると共に、耐久性および物理的な強度が高い光電変換素子を提供する。【解決手段】本発明の光電変換素子は、第１の電極（陰極１０）と、第２の電極（陽極１１）と、上記第１の電極および上記第２の電極の間に形成され、金属アルコキシドを含有する光電変換層１２と、上記光電変換層１２と隣接するように形成され、上記金属アルコキシドを含有する機能層（金属アルコキシド含有層）１３と、を備える。光電変換素子は、基板保護層１５を有する基板１４上に形成される。基板保護層１５は、耐薬品性を有する材料により構成される【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極の間に形成され、金属アルコキシドを含有する光電変換層と、
前記第１の電極および前記第２の電極の間に形成され、前記金属アルコキシドを含有する層である金属アルコキシド含有層と、
を備えることを特徴とする、
光電変換素子。
【請求項２】
前記金属アルコキシド含有層は、前記光電変換層と隣接するように形成されることを特徴とする、
請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記金属アルコキシド含有層は、膜厚が略１００ｎｍ以下であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記金属アルコキシドは、バンドギャップエネルギーが３．５ｅＶ以上であることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記金属アルコキシドは、チタンアルコキシドであることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記光電変換層は、前記金属アルコキシドとは別の電子受容性化合物をさらに含むことを特徴とする、
請求項１〜５のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記光電変換層は、フラーレン誘導体を含むことを特徴とする、
請求項１〜６のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項８】
基板と、
前記基板上の少なくとも一部に形成される基板保護層と、
を備え、
前記第１の電極および前記第２の電極の一方は、前記基板保護層の上に形成され、
前記基板保護層は、耐薬品性を有する材料により構成されることを特徴とする、
請求項１〜７のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記基板は、ポリカーボネートにより形成されることを特徴とする、
請求項８に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
可視光領域における前記基板保護層の透過率は、略９０％以上であることを特徴とする、
請求項８または９に記載の光電変換素子。
【請求項１１】
前記基板保護層は、高分子化合物を含む材料により形成されることを特徴とする、
請求項８〜１０のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項１２】
前記基板保護層は、シリコーン系樹脂を含む材料により形成されることを特徴とする、
請求項８〜１１のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項１３】
前記基板保護層は、膜厚が略１．５μｍ以上であることを特徴とする、
請求項１２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、光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜太陽電池は、有機溶剤に有機半導体材料を溶解又は分散させた塗布液を基板に塗布することにより形成可能である。このため、有機薄膜太陽電池は、軽量で柔軟である。したがって、有機薄膜太陽電池は、様々な場所に容易に設置することができる。
【０００３】
このような有機薄膜太陽電池は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む光電変換層を有している。このうちｎ型半導体を構成する材料として、フラーレン誘導体が用いられることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、有機薄膜太陽電池で用いられる基板の材料として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０１２６６０号公報
【特許文献２】特開２０１７−０３４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フラーレン誘導体は酸化による耐久性が低い。また、フラーレン誘導体は高価である。結果、有機薄膜太陽電池自体の耐久性は低くなる。そして、耐久性が低いにも拘わらず、有機薄膜太陽電池は高価になる。
【０００７】
また、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートを有機薄膜太陽電池の基板の材料とした場合、その強度は十分ではない。一方、ポリカーボネートは軽量で物理的な強度は十分であるが、上記塗布液で用いられる有機溶剤により溶けてしまう問題がある。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、製造コストが低減されると共に、耐久性および物理的な強度が高い光電変換素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の光電変換素子は、第１の電極と、第２の電極と、上記第１の電極および上記第２の電極の間に形成され、金属アルコキシドを含有する光電変換層と、上記第１の電極および上記第２の電極の間に形成され、上記金属アルコキシドを含有する層である金属アルコキシド含有層と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光電変換素子において、上記金属アルコキシド含有層は、上記光電変換層と隣接するように形成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光電変換素子において、上記金属アルコキシド含有層は、膜厚が略１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光電変換素子において、上記金属アルコキシドは、バンドギャップエネルギーが３．５ｅＶ以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光電変換素子において、上記金属アルコキシドは、チタンアルコキシドであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光電変換素子において、上記金属アルコキシドとは別の電子受容性化合物をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光電変換素子において、上記光電変換層は、フラーレン誘導体を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光電変換素子において、基板と、上記基板上の少なくとも一部に形成される基板保護層と、を備え、上記第１の電極および上記第２の電極の一方は、上記基板保護層の上に形成され、上記基板保護層は、耐薬品性を有する材料により構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光電変換素子において、上記基板は、ポリカーボネートにより形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の光電変換素子において、可視光領域における上記基板保護層の透過率は、略９０％以上であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の光電変換素子において、上記基板保護層は、高分子化合物を含む材料により形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の光電変換素子において、上記基板保護層は、シリコーン系樹脂を含む材料により形成されることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の光電変換素子において、上記基板保護層は、膜厚が略１．５μｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の光電変換素子によれば、製造コストが低減されると共に、耐久性および物理的な強度が高くなるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態における光電変換素子を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態における光電変換素子を示す図である。
【図３】基板保護層に対する耐薬品性に関する試験の結果を示す表である。
【図４】可視光領域におけるシリコーン系樹脂層の透過率のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
＜光電変換素子の構成＞
図１を参照して、本発明の第１実施形態における光電変換素子１について説明する。光電変換素子１は、陰極（第１の電極）１０と、陽極（第２の電極）１１と、光電変換層１２と、機能層（金属アルコキシド含有層）１３とを備える。光電変換素子１は、図１に示すように、陰極１０、機能層１３、光電変換層１２、陽極１１の順に積層される。
【００２６】
＜電極＞
陰極１０は、導電性および光透過性を有する材料により構成されることが好ましい。光透過性を有する材料は、例えば、導電性を有する透明な材質が挙げられる。より具体的に陰極１０を構成する材質としては、例えば、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等の導電性金属酸化物が一例として挙げられる。陰極１０は、単層、または、複数の材料が積層された態様であってもよい。
【００２７】
陽極１１は、少なくとも導電性を有する材料により構成されていればよい。陽極１１を構成する材質として、例えば、導電性高分子化合物、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系化合物、および、以上の混合体のいずれかが一例として挙げられる。導電性高分子化合物として、例えば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが挙げられるが、これに限定されるものではなく、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールおよびそれらの誘導体等であってもよい。なお、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳとは、ポリアニオンを添加したイオンを含む置換ポリチオフェンでポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）から成る複合物の略称である。また、陽極１１は、単層、または、複数の材料が積層された態様であってもよい。
【００２８】
なお、陽極１１は、導電性および光透過性を有する材料により構成されてもよい。その場合、陽極１１は、上記説明した陰極１０の材料で構成されてもよい。また、陰極１０は、上記説明した陽極１１の材料で構成されてもよい。
【００２９】
＜光電変換層＞
光電変換層１２は、外部から入射する光に起因して電子と正孔とを発生させるものである。そして、光電変換層１２は、陽極１１および陰極１０の間に形成される。光が入射すると、光電変換層１２において励起子が生成され、電子と正孔とが発生する。そして、電子は機能層１３を介して陰極１０側へ、正孔は陽極１１側へ移動する。その結果、陽極１１および陰極１０に接続された（図示しない）外部回路に、電流（光励起電流）が流れる。
【００３０】
光電変換層１２は、ｎ型半導体材料およびｐ型半導体材料を含有している。光電変換層１２においてｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との接合は、平面的な接合界面を有する平面へテロ接合であってもよいし、三次元的に混合させたバルクへテロ接合であってもよい。
【００３１】
光電変換層１２には、金属アルコキシドが含有される。金属アルコキシドは、ｎ型半導体として作用する。光電変換素子１の出力電圧は、ｐ型半導体のＬＵＭＯとｎ型半導体のＨＯＭＯの値の差で決定される。ＬＵＭＯとＨＯＭＯの値がバンドギャップエネルギーとなるため、ｎ型半導体としての金属アルコキシドのバンドギャップエネルギーが大きい場合、ｎ型半導体のＨＯＭＯが大きくなり、高い出力電圧を得ることが可能となる。高い出力電圧を得るため、光電変換層１２で用いられる金属アルコキシドは、バンドギャップエネルギーが３．５ｅＶ以上あることが好ましい。
【００３２】
また、光電変換層１２で用いられる金属アルコキシドとして、例えば、チタンアルコキシド（ＴｉＯｘ）が好ましい。また、チタンアルコキシドとして、例えば、チタンイソプロポキシドが好ましい。
【００３３】
また、光電変換層１２におけるｎ型半導体には、金属アルコキシドの他に、例えば、フラーレン、フラーレン誘導体、酸化物半導体、及び、その他の電子受容性化合物のうち少なくとも１つが含有されていてもよい。すなわち、光電変換層１２におけるｎ型半導体は、金属アルコキシドのみで構成されてもよいし、金属アルコキシドおよび上記上げた電子受容性化合物の混合体により構成されてもよい。なお、ｎ型半導体が金属アルコキシドのみで構成される場合には、製造の過程で意図せずに含まれてしまう他のｎ型半導体が含有される場合も含む。また、上記酸化物半導体として、例えば、酸化亜鉛や酸化チタンの無機化合物粒子が一例として挙げられる。
【００３４】
ｐ型有機半導体として、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体等が一例として挙げられる。
【００３５】
＜機能層（金属アルコキシド含有層）＞
機能層１３は、陰極１０および陽極１１の間に形成される。特に、機能層１３は、光電変換層１２と隣接するように形成されることが好ましい。そして、機能層１３は、光電変換層１２で発生する電子を効率良く陰極１０へと輸送する機能を担う。すなわち、機能層１３は、電子輸送機能を担う。機能層１３は、電子の移動度が高い材料で形成されることが好ましい。電子の移動度が高い材料として、例えば、金属アルコキシドが挙げられる。また、機能層１３は、光電変換層１２で発生する正孔を陰極１０に流さない整流作用を奏する。
【００３６】
電子輸送機能を担う機能層１３には、金属アルコキシドが含有される。機能層１３中の金属アルコキシドは、ｎ型半導体としての役割を果たし、電子を速やかに陰極１０へ移動させる。
【００３７】
また、機能層１３と光電変換層１２とは、共通成分として金属アルコキシドを有する。結果、機能層１３および光電変換層１２の層間において金属アルコキシド同士が接触する割合が高くなるため、上記層間における接触抵抗が低減される。機能層１３および光電変換層１２における金属アルコキシドの含有比率が高ければ高いほど接触抵抗が低減される。また、上記層間で、金属アルコキシドの相互浸透が起こるため、光電変換層１２および機能層１３の機械的強度が向上する。結果、光電変換層１２と機能層１３との間で剥離が起こりにくくなる。この観点からすると、機能層１３は、主成分が金属アルコキシドで構成されたり、または金属アルコキシドのみ（製造の過程で意図せずに含まれてしまう不可避成分も含む）で構成されるようにすることが好ましい。
【００３８】
また、機能層１３では、金属アルコキシドの結晶体ではなく、非結晶の金属アルコキシドを用いることが好ましい。結晶体が有する靱性の低さの問題点を解消するためである。
【００３９】
また、機能層１３の膜厚は、略１００ｎｍ以下であることが好ましい。機能層１３の膜厚が過度に厚い膜厚にされると、電子が陰極１０に到達することができず、失活してしまう。また、機能層１３の膜厚が過度に薄い膜厚にされると、陰極１０の面を覆う事ができない。このため、陰極１０への速やかな電子の到達を可能にさせて、高い出力電流を得るために、機能層１３の膜厚は略１００ｎｍ以下が適当である。
【００４０】
＜基板の構成＞
次に、図１を参照して、本発明の第１実施形態における基板について説明する。光電変換素子１は、基板保護層１５で覆われる基板１４上に形成される。
【００４１】
基板１４は、例えば、透明な材質により構成される板状の部材である。基板１４の材質としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）が一例として挙げられる。
【００４２】
基板１４上に光電変換素子１が形成される場合、まず基板１４上に陰極１０が成膜される。陰極１０の成膜は、例えば、スパッタ法や蒸着法により行なわれる。続いて、機能層１３に対応する材料を所定の有機溶剤に溶解又は分散させた塗布液を用いてスピンコート法により陰極１０上に機能層１３が形成される。さらに、光電変換層１２に対応する材料を所定の有機溶剤に溶解又は分散させた塗布液を用いてスピンコート法により機能層１３上に光電変換層１２が形成される。
【００４３】
光電変換層１２および機能層１３が形成される過程で、基板１４の材質がポリカーボネートである場合、上記塗布液中の有機溶剤によってポリカーボネートは溶けてしまう。これでは、ポリカーボネート上に光電変換素子１を成膜することができない。このため、以下で説明する基板保護層１５が必要になる。
【００４４】
＜基板保護層＞
基板保護層１５は、有機溶剤等から基板１４を保護するために設けられるものである。このため、基板保護層１５は、耐薬品性を有する材料により構成される必要がある。なお、耐薬品性とは、アルカリ性や酸性の有機溶剤等に対して耐性を有することを言う。耐薬品性を有する材料として、例えば、シリコーン系樹脂が一例として挙げられる。シリコーン系樹脂は、熱硬化あるいはＵＶ硬化のいずれで処理されたものであってもよい。具体的にシリコーン系樹脂として、例えば、ＡＳ４７００またはＵＶＨＣ５０００（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）が一例として挙げられる。
【００４５】
基板保護層１５を構成するする材質は、可視光領域での透過率が高いものが好ましい。特に、上記材質は、可視光領域での透過率が略９０％以上になるものがより好ましい。外部からの光が光電変換層１２に入射することを基板保護層１５自身が妨げないようにするためである。シリコーン系樹脂は、可視光領域での透過率が略９０％以上になるため、基板保護層１５を構成するする材質として好ましい。可視光領域としては、例えば、波長が３８０〜７８０ｎｍの範囲が挙げられる。
【００４６】
また、基板保護層１５を構成するする材質には、高分子化合物が含有されていることが好ましい。高分子化合物が含有されていると、基板の濡れ性が向上し、成膜性が向上するから有用である。
【００４７】
そして、基板保護層１５は、基板１４上に形成される。また、基板保護層１５は、基板１４上において有機溶剤と接触する可能性がある領域に形成されれば足りる。基板保護層１５は、光電変換層１２および機能層１３等の成膜の際に有機溶剤から基板１４を保護するために設けられるため、基板保護層１５はそれが達成できる範囲に設けられればよいからである。
【００４８】
なお、ポリカーボネートに限らず、有機溶剤に対して耐性を有しないようなその他の材質で基板１４が構成される場合にも、基板保護層１５は設けられる必要がある。一方で、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のように有機溶剤に対して耐性を有するような材質で基板１４が構成される場合、基板保護層１５は設けられなくてもよい。
【００４９】
＜第２実施形態＞
＜光電変換素子の構成＞
図２を参照して、本発明の第２実施形態における光電変換素子２について説明する。光電変換素子２は、光電変換素子１に正孔輸送層１６を追加して設けたものである。
【００５０】
正孔輸送層１６は、光電変換層１２で発生する正孔を効率良く陽極１１へと輸送する機能を担う。正孔輸送層１６は、正孔の移動度が高い材料で形成されることが好ましい。また、正孔輸送層１６は、光電変換層１２で発生する電子を陽極１１に流さない整流作用を奏する。なお、正孔輸送層を構成する材料としては、例えば、低分子化合物であればＮＴＣＤＡに代表される芳香族環状酸無水物等が一例として挙げられ、高分子化合物であれば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ、ポリ（３，４−エチレンジオキシ）チオフェン等に代表される公知の導電性高分子等が一例として挙げられる。陽極１１がＰＥＤＯＴ−ＰＳＳで構成される場合、正孔輸送層１６もＰＥＤＯＴ−ＰＳＳで構成されてもよい。ただし、仕事関数や導電率、正孔輸送能力の観点から、正孔輸送層１６で用いられるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳと、陽極１１で用いられるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳとは、ＰＥＤＯＴとＰＳＳとの配合割合が異なることが好ましい。
【００５１】
正孔輸送層１６を設ければ、効率良く正孔を陽極１１に輸送できるため、光電変換素子１よりも一層発電性能を高めることができる。
【００５２】
なお、光電変換素子１，２には、さらに、図示していない少なくとも１つの中間層が陰極１０と陽極１１の間のいずれかの位置に追加されてもよい。中間層の機能は、限定されるものではなく、さまざまな機能を有するものが本発明に含まれる。
【００５３】
次に、本願発明者が行った本発明の光電変換素子に関連する様々な実験について以下説明する。
【００５４】
＜基板保護層に対する耐薬品性に関する試験＞
本願発明者は、基板保護層に対して耐薬品性に関する試験を行った。そして、本願発明者は、基板保護層に対して耐薬品性に関する試験を行うに当たって、基板に基板保護層が成膜された試料Ａ〜Ｇを作成した。試料Ａ〜Ｇは、基板保護層の膜厚が異なるものである。試料の基板にはポリカーボネート基材（１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍ）が用いられ、試料の基板保護層の材料にはシリコーン系樹脂が用いられた。具体的にシリコーン系樹脂として、ＡＳ４７００（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）が用いられた。ポリカーボネート基材上へのシリコーン系樹脂の成膜には、スピンコートを用いた。スピンコートの回転数を変えてシリコーン系樹脂の膜厚を調整したものに熱硬化処理を施して試料Ａ〜Ｇが作成された。
【００５５】
図３に示すように、試料Ａ〜Ｇは、それぞれスピンコートの回転数を３００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、７００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ、９００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍにして作成されたものである。試料Ａ〜Ｇの膜厚は、カーブフィッティング法やＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて算出された。なお、カーブフィッティング法を用いた試料Ａ〜Ｇの膜厚の算出では、近似曲線を用いた場合および用いない場合の両方について行った。
【００５６】
基板保護層に対する耐薬品性に関する試験は、試料Ａ〜Ｇの基板保護層に対してクロロベンゼンをスポイトで滴下した後、自然乾燥するまで待って、試料Ａ〜Ｇの基板保護層表面の状態を目視及び顕微鏡で観察することにより行われた。
【００５７】
図３における耐薬品性の欄に示すように、基板保護層表面の状態において耐薬品性があると認められる試料は、試料Ａ，Ｂであった。これにより、基板保護層にシリコーン系樹脂を用いる場合、耐薬品性の観点から見て、基板保護層の膜厚は、略１．５μｍ以上あることが好ましいことが確認された。
【００５８】
＜基板保護層の透過性＞
また、本願発明者は、シリコーン系樹脂で形成される基板保護層の可視光領域での透過率を測定した。そして、本願発明者は、上記透過率の測定を行うに当たって以下のような試料を作成した。その試料は、シリコーン系樹脂で形成されるシリコーン系樹脂層が合成石英基板の上に成膜されたものである。なお、シリコーン系樹脂として、ＡＳ４７００（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）が用いられた。また、上記成膜は、スピンコートにより行われた。また、シリコーン系樹脂層の膜厚は略３μｍとした。
【００５９】
上記試料の透過率の測定は分光光度計を用いて行った。まず、合成石英基板でベースラインを取り込む。次に、可視光領域におけるシリコーン系樹脂層の透過率を測定する。なお、可視光領域として、波長が３８０〜７８０ｎｍの光を用いて測定した。その結果を図４に示す。
【００６０】
図４に示すように、シリコーン系樹脂で形成される基板保護層の可視光領域での透過率は、光の波長が３８０ｎｍにおいて略９２％であった。そして、そこから光の波長が大きくなるに従って透過率が上昇し、光の波長が略４３０ｎｍになると透過率が略１００％になった。光の波長が略４３０ｎｍよりも大きくなっても透過率は略１００％のままであった。したがって、シリコーン系樹脂で形成される基板保護層は、可視光領域での透過率が略９０％以上であるため、本発明の基板保護層に用いられる材質として好ましいものであると言える。
【００６１】
＜機能層に関する実験＞
また、本願発明者は、本発明における機能層の効果を確認するための実験を行った。この実験では、光電変換素子Ｈ，Ｉの２つを用意した。光電変換素子Ｈは、ＩＴＯ（インジウムドープ酸化錫透明導電膜）付ガラス基板の上に機能層、光電変換層、有機電極が順に成膜されたものである。光電変換素子Ｉは、光電変換素子Ｈから機能層が除かれたものであり、ＩＴＯ付ガラス基板の上に光電変換層、有機電極が順に成膜されたものである。
【００６２】
光電変換素子Ｈにおける機能層は、イソプロピルアルコールに２ｗｔ％のチタンイソプロポキシドを溶解させた塗布液をＩＴＯ付ガラス基板に滴下してスピンコート法により成膜して作成した。そして、成膜後、１２０℃の大気中で１０分乾燥させた。
【００６３】
また、光電変換素子Ｈ，Ｉにおける光電変換層は、光電変換層形成材料をクロロベンゼンに溶解させた塗布液を機能層の上に滴下してスピンコート法により成膜して作成した。なお、光電変換層形成材料として、ポリチオフェン誘導体（ｐ型半導体高分子化合物）、フラーレン誘導体（ＰＣＢＭ）、チタンアルコキシドＴｉＯｘを混合したものが挙げられる。ポリチオフェン誘導体として、Ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）−ｒｅｇｉｏ−ｒｅｇｕｌａｒ（シグマアルドリッチ社で購入）を用いた。また、チタンアルコキシドとして、チタンイソプロポキシドを用いた。
【００６４】
上記光電変換素子Ｈ，Ｉに関する発電特性の測定では、１００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光照射下でソーラーシミュレーター（三栄電気製作所製ＸＥＳ−４０５１）が用いられた。上記光電変換素子Ｈ，Ｉに関する発電特性の測定の結果、光電変換素子Ｈの発電効率は、０．１７１１２５％であった。一方、光電変換素子Ｉの発電効率は、０．０７８４２４％であった。以上より、光電変換素子Ｈは、光電変換素子Ｉの約２．２倍程度の発電効率を有することが確認された。したがって、機能層を設けた方が、発電効率が良いと言える。
【００６５】
＜光電変換層形成材料に関する実験＞
また、本願発明者は、光電変換層形成材料Ｊ〜Ｌを用いて作成された光電変換層を有する光電変換素子Ｍ〜Ｏに関する発電特性の測定を行った。光電変換素子Ｍ〜Ｏには、光電変換素子Ｈにおける機能層と同様の機能層が形成されている。上記光電変換素子Ｍ〜Ｏに関する発電特性の測定では、１００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光照射下でソーラーシミュレーター（三栄電気製作所製ＸＥＳ−４０５１）が用いられた。
【００６６】
なお、光電変換層形成材料Ｊは、チタンイソプロポキシドとｐ型半導体である。光電変換層形成材料Ｋは、チタンイソプロポキシドとフラーレン誘導体とｐ型半導体である。光電変換層形成材料Ｌは、フラーレン誘導体とｐ型半導体である。また、ｐ型半導体として、光電変換素子Ｈ，Ｉの場合と同様に、Ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）−ｒｅｇｉｏ−ｒｅｇｕｌａｒ（シグマアルドリッチ社で購入）を用いた。
【００６７】
上記光電変換素子Ｍ〜Ｏに関する発電特性の測定の結果、光電変換素子Ｍの発電効率は、０．１７％であった。光電変換素子Ｎの発電効率は、０．５８％であった。光電変換素子Ｏの発電効率は、０．２８％であった。フラーレン誘導体およびｐ型半導体により光電変換層が構成される光電変換素子Ｏを基準に上記結果を見ると、光電変換層にさらにチタンイソプロポキシドが加えられると、発電効率が約２倍上昇した。一方、光電変換層におけるフラーレン誘導体をチタンイソプロポキシドに置換した場合、高価なフラーレン誘導体を用いていないにも関わらず、６割程度の発電効率を有していることが確認された。即ち、光電変換層のｎ型半導体がフラーレン誘導体およびチタンイソプロポキシドにより構成されると発電効率が上昇することが確認された。
【００６８】
＜光電変換素子の耐久性に関する実験＞
また、本願発明者は、上記光電変換素子Ｍ〜Ｏに関する耐久性の測定を行った。具体的に光電変換素子Ｍ〜Ｏをそれぞれ５０時間置きに合計６００時間経過するまで発電特性を測定した。発電特性の測定では、１００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光照射下でソーラーシミュレーター（三栄電気製作所製ＸＥＳ−４０５１）が用いられた。そして、以下の式で定義される発電効率保持率（％）を算出した。初期発電効率は、経過時間が０における発電効率を指す。
発電効率保持率（％）＝（６００時間経過時の発電効率／初期発電効率）×１００
【００６９】
その結果、光電変換素子Ｍの発電効率保持率は、６６．６７％であった。また、光電変換素子Ｎの発電効率保持率は、５９．３５％であった。光電変換素子Ｏの発電効率保持率は、５４．６４％であった。以上の結果を見ると、チタンイソプロポキシドの含有量を増やすと、発電効率保持率は上昇し、チタンイソプロポキシドの含有量を減らすと、発電効率保持率は下降することがわかる。したがって、発電効率保持率の観点から見ると、チタンイソプロポキシドの含有量は多い方が好ましい。
【００７０】
＜金属アルコキシドのバンドギャップエネルギーの測定＞
また、本願発明者は、チタンイソプロポキシドのバンドギャップエネルギーの測定を行った。チタンイソプロポキシドのバンドギャップエネルギーは、分光計器製ＢＩＰ−ＫＶ２０１（イオン化エネルギー測定装置）による仕事関数の測定値と分光光度計による光吸収領域より算出される。その結果、チタンイソプロポキシドのバンドギャップエネルギーは、３．６３ｅＶであった。したがって、チタンイソプロポキシドのバンドギャップエネルギーは、バンドギャップエネルギーが３．５ｅＶ以上であることが確認された。
【００７１】
尚、本発明の光電変換素子は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７２】
１，２  光電変換素子
１０  陰極
１１  陽極
１２  光電変換層
１３  機能層
１４  基板
１５  基板保護層
１６  正孔輸送層
【図１】
2018152395.tif 000003
【図２】
2018152395.tif 000004
【図３】
2018152395.tif 000005
【図４】
2018152395.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月13日(2018.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
光電変換層１２には、金属アルコキシドが含有される。金属アルコキシドは、ｎ型半導体として作用する。光電変換素子１の出力電圧は、ｎ型半導体のＬＵＭＯとｐ型半導体のＨＯＭＯの値の差で決定される。ＬＵＭＯとＨＯＭＯの値がバンドギャップエネルギーとなるため、ｎ型半導体としての金属アルコキシドのバンドギャップエネルギーが大きい場合、ｎ型半導体のＬＵＭＯが大きくなり、高い出力電圧を得ることが可能となる。高い出力電圧を得るため、光電変換層１２で用いられる金属アルコキシドは、バンドギャップエネルギーが３．５ｅＶ以上あることが好ましい。