(57)【要約】【課題】光電変換装置の出力電圧を高くし光電変換の高効率化を図るにあたり、第１層に電極を形成する手間、コストを軽減する。【解決手段】光電変換装置１００Ｂは、光電変換部１０Ｂを持つ。光電変換部１０Ｂは、互いにショットキー接合されるＣｒ／Ａｕ層１２Ｂと、Ｐｔ層１１Ｂとを持つ。Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂに光があたると、ショットキー界面Ｓに沿って光キャリアが移動する。Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂには、第２導線７０Ｂと接続されるアノード電極２０が取付けられ、Ｃｒ／Ａｕ層１１Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１には直接第１導線８０Ｂが取付けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにショットキー接合される、仕事関数が互いに異なる金属でそれぞれできている第１層と第２層とを有する光電変換部と、
前記第２層の所定の範囲である第２特定範囲と、
を備えており、
前記第１層は、前記ショットキー接合の界面に沿って移動する光キャリアを、前記第２特定範囲との組合せにより取り出すための、前記第２層に対して電気的に接触することの無い、前記第２層から食み出した範囲の少なくとも一部の範囲である第１特定範囲を備えている、
光電変換装置。
【請求項２】
前記第１層の前記第１特定範囲は、前記第１特定範囲以外の部分よりもその厚さが厚くされている、
請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第２特定範囲に導線である第２導線の一端が接続されることが予定されているとともに、その一端が前記第２導線の他端に間接的に接続されるようになっている導線である第１導線の他端が前記第１特定範囲に接続されることが予定されており、
前記第１特定範囲には、前記第１導線の前記他端を前記第１特定範囲に予定された方法で接続する場合に前記第１特定範囲がそれに耐えられるだけの厚さが与えられている、
請求項１又は２記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１特定範囲の厚さは、１μｍ以上である、
請求項１又は２記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第１層と前記第２層との間には両者を絶縁する層状の絶縁体が設けられている、
請求項１記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記第２層の表面には、入射光に含まれた所定波長帯域の光が表面プラズモン共鳴により効果的に吸収されるような、サブミクロン又はナノオーダの突起が周期的又はランダムに多数形成されてなる、
請求項１記載の光電変換装置。  
【請求項７】
前記光電変換部が一枚の基板の両面に設けられている、
請求項１記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記第２層の前記第２特定範囲は、前記第２特定範囲以外の部分よりもその厚さが厚くされている、
請求項１記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第２特定範囲に導線である第２導線の一端が接続されることが予定されているとともに、その一端が前記第２導線の他端に間接的に接続されるようになっている導線である第１導線の他端が前記第１特定範囲に接続されることが予定されており、
前記第２特定範囲には、前記第２導線の前記一端を前記第２特定範囲に予定された方法で接続する場合に前記第２特定範囲がそれに耐えられるだけの厚さが与えられている、
請求項１又は８記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第２特定範囲の厚さは、１μｍ以上である、
請求項１又は８記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記第２特定範囲には、前記ショットキー接合の界面に沿って移動する光キャリアを、前記第１特定範囲との組合せにより取り出すための電極である第２電極が設けられている、
請求項１又は２記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主としてショットキー型の光電変換装置及び同装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年原子力に代わるエネルギー源が求められており、太陽光発電はその一翼を担うものとして大きな期待が集まっている。太陽光発電をより一層活用するために、現在の太陽電池の高性能化と次世代太陽電池の開発との双方が要請されている。
次世代太陽電池として注目を集めているものに例えば、色素増感型太陽電池及び有機薄膜太陽電池がある。全く新しい提案として、本願発明者が開発を進めているＣｏＳｉ系薄膜光電変換素子がある（非特許文献１及び特許文献１参照）。
【０００３】
開発当初のＣｏＳｉ系薄膜光電変換素子は、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に積層形成されたＣｏＳｉx 層とからなる光電変換部と、ＣｏＳｉx 層の表面に設けられた正極及び負極とを有した構造になっていた。
【０００４】
しかしながら、上記従来例による場合、素子（セル）の開放出力電圧が低く（約０．１Ｖ以下）、この点で太陽電池としては未だ実用化に適しないという課題があった。もっとも、ＣｏＳｉx 層と負極との間に側方ダイオードを追加する等の周知のキャリアリーク対策を施しても、動作時にはその側方ダイオードが双極性となり、これに伴って光キャリアを十分に分離することができず、開放出力電圧を容易に高くすることは困難であった。また、入射光のうち発電に寄与し得るのは、正極の周囲の僅かな領域（例えば、正極から１ｍｍ以内の領域）に制限され、この点で光電変換の高効率化を図ることが困難という別の課題もあった。
【０００５】
これら課題を解決するための技術を、本願発明者は既に開発し、特許出願を行っている（特許文献２）。
かかる技術は、互いにショットキー接合される、それらのいずれもが導電性を持ち、且つ少なくともそれらの一方が光が照射されたときに電荷を持つ光キャリアを生じる素材でできた第１層と第２層とを有する光電変換部を備えている。また、第１層には、第１電極が、第２層には第１層とは電気的に分離された第２電極が、それぞれ取付けられている。
本願発明者は、上記特許文献１で、上記第１層と第２層とを、例えば、シリコン（Ｓｉ）、及びそのシリサイド（例えばＣｏＳｉx）等とすることを提案しているが、他方上記第１層と第２層とを、仕事関数の互いに異なる金属とすることも提案している。
いずれにせよ、この光電変換装置では、第１層と第２層とが、その間に存在するショットキーバリアを介して静電的に分離されている。これにより、ショットキー接合の界面の付近に発生した光キャリアの分離が促進される。つまり、第１層と、第２層との間で電流が流れるのは、それらの間の電位差がショットキーバリアによる抵抗値を超えた場合のみである。それにより、第１電極と第２電極との間に現れる出力電位が、例えば現在の太陽電池と同等又はそれ以上のレベルで確保されることになる。
また、特許文献２による光電変換装置では、上記の通り光キャリアの分離が促進され、光キャリアの移動方向が一定になることから、従来とは異なり、光誘起電流が生じるのが正極付近に限定されないことになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】安井孝成  「地球冷却に資するＣｏＳｉ系ナノ構造による可視赤外太陽電池の開発」  ANNUAL REPORT OF THE MURATA SCIENCE FOUNDATION 2009 No.23
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５０６７７１０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７０８５２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２による光電変換装置にも改良すべき点がある。
特許文献２における光電変換装置では、第１層に第１電極が、第２層に第２電極が設けられる。この場合において、例えば、第２層へ光が照射され、第２層にある程度の電子が貯まり、第２層と第１層との間の電位差がショットキーバリアを破る程大きくなったときに、第２層から第１層に電子が流れ込むものとする。このとき電子は、第１層から第１電極へと流れ込み、第１電極と第２電極とを間接的に結ぶ導線を介して、光電変換装置の外部に取出される。かかる電子は、光電変換装置の外部で適宜仕事を行い、上記導線及び第２電極を介して、第２層へと戻る。
ところで、第１層に設けられる第１電極は当然第１層と接触している。その第１電極と第１層とが接触している部分が問題となる。かかる部分における抵抗は、ショットキーバリアによる抵抗よりも小さくする必要があり、もっと言えば限りなく０に近くすべきである。さもなくば、第２層から第１層へと流れ込んだ電子は、スムーズに第１層から第１電極へと向かわなくなるからである。これは、せっかくショットキーバリアによる抵抗を用いて大きくした光電変換装置で得られる電圧が下がることを意味する。また、仮に、第１電極と第１層とが接触している部分の抵抗がショットキーバリアによる抵抗よりも大きければ、第２層から第１層へと流れ込んだ電子は、最悪の場合第１層から第２層へと逆流するため、光電変換装置が発電の機能を発揮できなくなる。
【０００９】
しかしながら、第１層と第１電極との間の抵抗を下げるのは現実的には難しい。異種金属同士の界面には、上述の第１層と第２層との間のショットキーバリア程度に大きいかどうかはともかく、ショットキーバリアによる抵抗が生じてしまうからである。
例えば、第２層とともに第１層が金属でできている場合には、第１層と第１電極とが互いに接触する部分を加熱して、両者をその互いに接触する部分において原子レベルで混合した状態とすることで、第１層と第１電極との間の抵抗を下げることが可能である。しかしながら、かかる加熱を、第１層と第１電極とが接触する部分のみに限定して行うのは難しく、またそれが可能であるとしてもそのコストが大きい。
また、同様の課題は第２層と第２電極との界面にも存在する。
【００１０】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、互いにショットキー接合された第１層と第２層とを有する光電変換装置を、第１層と第１電極との接触部分の抵抗を下げなければならないという課題から解き放つ技術を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光電変換装置は、互いにショットキー接合される、仕事関数が互いに異なる金属でそれぞれできている第１層と第２層とを有する光電変換部と、前記第２層の所定の範囲である第２特定範囲と、を備えている。ここまでは、第２特定範囲を除き従来技術で説明した光電変換装置と変わるところはない。
そして、前記第１層は、前記ショットキー接合の界面に沿って移動する光キャリアを、前記第２特定範囲との組合せにより取り出すための、前記第２層に対して電気的に接触することの無い、前記第２層から食み出した範囲の少なくとも一部の範囲である第１特定範囲を備えている。
つまり、本願の光電変換装置における第１層には、従来技術で必要であった第１電極が設けられない。これにより、第１電極を第１層に設ける必要がなくなるので、第１電極を第１層に設けるための手間、コストを削減できることとなる。
他方、本願の光電変換装置の第２層には、従来の第２電極が設けられていても構わないが、第２電極が設けられず、その代わりに第２特定範囲が設けられていても構わない。つまり、前記第２特定範囲には、前記ショットキー接合の界面に沿って移動する光キャリアを、前記第１特定範囲との組合せにより取り出すための電極である第２電極が設けられていてもよい。
従来からの技術進歩の流れにおいては、第２電極とともに第１電極を設けることは必須であるとされていた。より詳細にいえば、本願の如き第１層と第２層とをショットキー接合した構造を有する光電変換装置は、第１層をＳｉ（シリコン）として第２層をシリサイドとするという発想で進歩してきた。そして、特にＳｉである第１層と導線は直接接続できるものではないので、第１層には第１電極を、そして第２層には第２電極を設けることが必要であり、そして第１層と第１電極とはそれらの界面での抵抗を下げるべくオーミック接合するのが好ましく、また、第２層と第２電極とはそれらの界面での抵抗を下げるべくオーミック接合するのが好ましい、というのが常識であった。他方、本願発明者は、第１層がＳｉではなく、金属でできている場合には、第１電極を介さずとも、第１層に直接導線を接続することが可能であり、直接第１層に接続された導線を介して直接電流を流出させるか、第１層へ導線を介して直接電流を流入させることが可能であることに気がついたのである。第１電極がなくとも、本願の光電変換装置は、第１電極がある光電変換装置と同じ効果を生じる。つまり、その出力電位を、例えば現在の太陽電池と同等又はそれ以上のレベルとすることができ、また、光誘起電流が生じるのが正極付近に限定されないことになる。
他方、第２電極も省略した場合には、第２特定範囲に直接導線が接続され、第２電極が省略されない場合には、第２特定範囲に設けられた第２電極に導線が接続されることになる。この場合には、第２特定範囲はそれ自体殆ど意味をなさないものとなり、第２層のうち第２電極が設けられている範囲が事実上第２特定範囲となる。なお、第２層に第２電極を設ける場合には、第２電極と第２層とは、それらの界面での抵抗がなるべく低くなるようにするのが好ましく、例えばそれらが互いにオーミック接続されるのが好ましい。
第１層と第２層とを金属で構成することにより、本願の光電変換装置には次のような利点が生じる。本願の光電変換部には、第１層と第２層とを支持する基板であるベース基板が多くの場合存在するところ、第１層と第２層とを金属とする場合には、その製造過程においてベース基板が高温下に晒されないようにし易い。したがって、ベース基板として、高温に弱い素材、例えば樹脂等を用いることができるので、光電変換装置にフレキシブル性等の好ましい特性を追加しやすくなる。
なお、光電変換部が一枚の基板の片面に設けられていても良いし、両面に設けられていても良い。基板は例えばガラス等によりそれを構成することで、透明とすることができる。光電変換部が基板の両面に設けられれば、光電変換部が基板の片面にあるときと比較して、光電変換装置の発電量が増える。
【００１２】
本願における光電変換部を構成する第１層と第２層は、上述のようにショットキー接合がされており、且つそれらの双方が互いに仕事関数の異なる金属でできており、また、光キャリアがショットキー接合の界面に沿って移動するようになっていれば、どのようなものであってもよい。
例えば、第１層、第２層の形状、大きさ、厚さ等は適当に決定することができる。また、第１層、第２層を構成する金属はともに、合金であってもそうでなくてもよい。また、第１層、第２層の少なくとも一方が金属による複数層とされていても良い。
また、第２層に対する第２電極の位置、大きさ、及び第１層における第１特定範囲の位置、大きさは、第２電極と第１特定範囲とを利用して光キャリアを取出すことが可能な限り、特に限定されない。
【００１３】
前記第１層の前記第１特定範囲は、前記第１特定範囲以外の部分よりもその厚さが厚くされていてもよい。この場合、第１層のすべての部分が同一種類の金属（合金）でできていてもよく、それによりショットキーバリアが生じることを防止できる。上述のように、第１層の第１特定範囲には導線が接続される。導線の接続には、例えば、はんだ付けの如き熱を伴うものがある。第１特定範囲があまりにも薄いと、第１特定範囲に導線が接続される際に第１特定範囲に損傷が生じるおそれがある。第１特定範囲を第１層のそれ以外の部分より厚くすることで、そのような不具合の発生を防ぐことが可能となる。
例えば、前記第２電極に導線である第２導線の一端が接続されることが予定されているとともに、その一端が前記第２導線の他端に間接的に接続されるようになっている導線である第１導線の他端が前記第１特定範囲に接続されることが予定されている場合、前記第１特定範囲には、前記第１導線の前記他端を前記第１特定範囲に予定された方法で接続する場合に前記第１特定範囲がそれに耐えられるだけの厚さが与えられていてもよい。第２導線の他端と第１導線の一端が間接的に接続されるとは、それらの間に光電変換装置が提供する電力により仕事をするもの（電球、蓄電池、モーター等）を介在させた上でそれらが接続される、ということを意味する。
前記第１特定範囲の厚さは、例えば、１μｍ以上であってもよい。第１特定範囲にこの程度の厚さがあれば、導線（第１導線）を第１特定範囲に通常の方法で接続する場合において、第１特定範囲が損傷することがまずない。
第１特定範囲の厚さを第１層のそれ以外の部分よりも厚くする場合と同様の理由で、前記第２層の前記第２特定範囲は、前記第２特定範囲以外の部分よりもその厚さが厚くされていても構わない。この場合、第２層のすべての部分が同一種類の金属（合金）でできていてもよく、それによりショットキーバリアが生じることを防止できる。
上述したように、前記第２特定範囲に導線である第２導線の一端が接続されることが予定されているとともに、その一端が前記第２導線の他端に間接的に接続されるようになっている導線である第１導線の他端が前記第１特定範囲に接続されることが予定されている場合がある。この場合、前記第２特定範囲には、前記第２導線の前記一端を前記第２特定範囲に予定された方法で接続する場合に前記第２特定範囲がそれに耐えられるだけの厚さが与えられていてもよい。そうしても良い理由は、第１範囲を同様の厚さとすべき理由と同様である。
前記第２特定範囲の厚さは、１μｍ以上とすることができる。そうすることにより、第１特定範囲の厚さを１μｍ以上とした場合と同様に、導線（第２導線）を第２特定範囲に通常の方法で接続する場合において、第２特定範囲が損傷することがまずなくなる。
【００１４】
前記第１層と前記第２層との間には両者を絶縁する層状の絶縁体が設けられていてもよい。かかる絶縁体を有する場合、例えばその厚さの変更によりショットキーバリアの大きさを容易に変更することが可能となる。
【００１５】
前記第２層の表面には、入射光に含まれた所定波長帯域の光が表面プラズモン共鳴により効果的に吸収されるような、サブミクロン又はナノオーダの突起が周期的又はランダムに多数形成されてなるようにしてもよい。
ここで表面プラズモン共鳴とは、金属に光が照射された際に金属表面の光キャリアが光の電場と共鳴し振動する現象をいい、ナノ金属微粒子や微細な突起構造をもった金属表面等で顕著に見られる。このような表面プラズモン共鳴により所定波長帯域（一部の波長帯域だけでなく、場合によっては全波長帯域も対象として含まれる。）の光が金属に吸収されると（プラズモン吸収されると）、金属の光キャリアのエネルギーが高い状態になり、ひいては本願の光電変換装置による発電量の向上、及び開放出力電圧の向上に繋がる。
かかるプラズモン共鳴を利用した光電変換装置によれば、光電変換の一層の高効率化を図ることが可能となる。また、金属ナノ構造における隣り合う突起の間隔、突起の高さ又は長さ等の調整により、例えば、可視領域から赤外領域の広波長帯域の光について光電変換可能となる。これにより、光電変換装置が発揮する光電変換の効率をより一層向上させることが可能となる。また、赤外領域の光による発電が可能となるということは、夜間の発電だけでなく都市部での放射廃熱を利用した発電等が可能となることを意味し、ひいては地球温暖化防止にも寄与し得るということを意味する。
なお、ここでいう金属ナノ構造については、突起の外面が金属であれば、その材質が問われず、突起の形状、突起の高さのバラツキ、配列方法も任意である。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態による光電変換装置の模式的縦断面図。
【図２】図１に示した光電変換装置における光電変換部の平面図。
【図３】図１に示した光電変換装置における第１特定範囲の側断面図。
【図４】図１に示した光電変換装置におけるＰｔ層の表面の状態を示す拡大図。
【図５】図１に示した光電変換装置の金属ナノ構造の製造方法の各工程を示した模式図。
【図６】金属ナノ構造によって生じるプラズモン共鳴によって吸収される光の波長ごとの特性を示す図。
【図７】図１に示した光電変換装置における光電変換部の製造方法の各工程を示した模式図。
【図８】図１に示した光電変換装置の使用方法の一例を示した模式図。
【図９】実施形態中の他の例による光電変換装置の模式的縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について図１乃至図９を参照して説明する。
【００１８】
一実施形態による光電変換装置１００Ｂの模式的な側断面図を、図１に示す。
この光電変換装置１００Ｂは、光電変換部１０Ｂを備える。
光電変換部１０Ｂは、層状であり、本願にいう絶縁体に相当するＣｒ２Ｏ３層１３Ｂを有し、それを介して互いにショットキー接合される本願の第１層に相当するＣｒ／Ａｕ層１２Ｂと本願の第２層に相当するＰｔ層１１Ｂとを有する。Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂは、Ｃｒを材料とする層とＡｕを材料とする層との２層構造であり、Ｐｔ層１１ＢはＰｔを材料とする層１層により構成されている。
Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂと、Ｐｔ層１１Ｂとは、互いに仕事関数の異なる金属の層である。それが満たされる限りにおいて、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂと、Ｐｔ層１１Ｂとは、それぞれ別の金属で構成されていても構わず、またそのそれぞれが一層であっても多層であっても、また合金で作られていても構わない。
【００１９】
Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂは、Ｃｒ２Ｏ３層１３Ｂ及びＰｔ層１１Ｂにその片側の表面の略全面を覆われているが、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの上記表面の一部は、Ｐｔ層１１Ｂから僅かにはみ出している。これには限られないが、この実施形態におけるＰｔ層１１Ｂ、及びＣｒ２Ｏ３層１３Ｂは平面視矩形であり、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂもそうである。Ｃｒ２Ｏ３層１３Ｂは、平面視した場合Ｐｔ層１１Ｂと完全に重なっている。
Ｐｔ層１１Ｂ及びＣｒ２Ｏ３層１３Ｂは、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの一辺に沿う所定幅の部分を除いて、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂを覆っている。Ｐｔ層１１Ｂに覆われていない、Ｐｔ層１１Ｂから覗いているＣｒ／Ａｕ層１２Ｂの表面であって、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの一辺に沿う所定幅の細長い矩形の部分の少なくとも一部が、本願における第１特定範囲１２Ｂ１である。この第１特定範囲１２Ｂ１には、後述するように導線である第１導線が接続される。これには限られないが、この実施形態における第１特定範囲１２Ｂ１は、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの表面であって、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの一辺に沿う所定幅の細長い矩形の部分のその長手方向の中央付近にその長手方向の長さの１／１０程度の長さに渡って、且つその所定幅のＰｔ層１１Ｂから離れた外側部分にその幅のおよそ半分を占めるようにして設けられている（図２）。これには限られないが、第１特定範囲１２Ｂ１の幅（図１における左右方向の長さ）は、５００〜１０００ｎｍ程度となっている。
【００２０】
光電変換部１０ＢにおけるＣｒ／Ａｕ層１２Ｂは、ＣｒとＡｕをそれぞれ素材とする２層からなり、第１特定範囲１２Ｂ１以外の部分におけるそれらによる膜厚がそれぞれ、これには限られないが、約２０ｎｍと、約１０ｎｍとなっている。
これには限られないが、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１の厚さは、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１以外の部分の厚さよりも大きくされている。これは後にＣｒ／Ａｕ層１２Ｂに第１導線を接続するときにＣｒ／Ａｕ層１２Ｂがそれに耐えられるようにする、という意味で意味を持つ。つまり、第１特定範囲１２Ｂ１には、第１導線を第１特定範囲１２Ｂ１に予定された方法（例えば、はんだ付け）で接続する場合に第１特定範囲１２Ｂ１がそれに耐えられるだけの厚さが与えられている。Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１における厚さは、これには限られないが、例えば１μｍ以上となっており、この実施形態では１μｍ強である。
この場合、第１特定範囲１２Ｂ１におけるＣｒによる層とＡｕによる層とは、それらの双方が第１特定範囲１２Ｂ１以外の部分におけるＣｒによる層とＡｕによる層よりもその厚さが大きくなっていても構わないし、第１特定範囲１２Ｂ１におけるＣｒによる層とＡｕによる層のうちの一方の厚さは第１特定範囲１２Ｂ１以外の部分におけるその厚さと同じであるとともに、それらのうちの他方の厚さは第１特定範囲１２Ｂ１以外の部分におけるその厚さよりも大きくなっていても構わない。
また、第１特定範囲１２Ｂ１の第１特定範囲１２Ｂ１以外の部分におけるＣｒ／Ａｕ層１２Ｂと接している部分（つまり、第１特定範囲１２Ｂ１の縁）は、第１特定範囲１２Ｂ１以外の部分におけるＣｒ／Ａｕ層１２Ｂから垂直に立ち上がっていても良いし（図３（Ａ））、なだらかにその厚さを増すようになっていても構わない（図３（Ｂ））。
【００２１】
Ｃｒ２Ｏ３層１３Ｂは、Ｐｔ層１１ＢとＣｒ／Ａｕ層１２Ｂとの間に介在された酸化膜の層であって、その材質がＣｒ２Ｏ３からなり、その膜厚は例えば約２ｎｍとなっている。
Ｃｒ２Ｏ３層１３Ｂは、Ｐｔ層１１ＢとＣｒ／Ａｕ層１２Ｂとを互いにショットキー接合するためのものである。Ｃｒ２Ｏ３層１３Ｂがその間に入ることにより、Ｐｔ層１１ＢとＣｒ／Ａｕ層１２Ｂとは適当なショットキーバリアをそれらの間に持つことになる。かかるショットキーバリアの大きさは、例えば、絶縁層たるＣｒ２Ｏ３層１３Ｂの厚さを変化させることにより簡単に調整することができる。なお、Ｃｒ２Ｏ３層１３Ｂは、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂを形成した後に、その表面のＣｒを酸化させることにより、簡単に形成することが可能である。もちろんそれに代えて、Ｃｒ／Ａｕ層１２ＢのうちのＣｒに由来しない絶縁層をＰｔ層１１ＢとＣｒ／Ａｕ層１２Ｂとの間に設けることも可能である。
【００２２】
他方、Ｐｔ層１１Ｂは、その材質がＰｔであり、その膜厚は例えば約２０ｎｍとなっている。
なお、後述するように、光キャリアはショットキー界面Ｓに沿って移動する。
したがって、特に光電変換部１０ＢのＣｒ／Ａｕ層１２Ｂのうち光キャリアの移動に関係するのは、ショットキー界面Ｓに近いほんの僅かな厚み部分のみである。したがって、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの厚さは極めて薄くすることができる。例えばＣｒ／Ａｕ層１２Ｂはその厚さが当初から小さくなるように製造することも可能であり、厚く作った後に厚さ方向の幾らかの範囲を削除することも可能である。結果として、光電変換装置１００Ｂの全体の厚さを、２０〜３０ｎｍ程度と非常に薄くすることも可能である。
【００２３】
他方、Ｐｔ層１１Ｂには、本願における第２電極に相当するアノード電極２０Ｂが設けられている。アノード電極２０Ｂは、電極であり、後述するように導線である第２導線と、公知の手法例えばはんだ付けにより接続される。アノード電極２０Ｂは、Ｐｔ層１１ＢとＣｒ／Ａｕ層１２Ｂとのショットキー接合の界面（ショットキー界面Ｓ）に沿って移動する光キャリアを、第１導線（後述）及び第２導線との協働によって、光電変換部１０Ｂの、ひいては光電変換装置１００Ｂの外側に取出すためのものである。この実施形態では、Ｐｔ層１１Ｂのうちアノード電極２０Ｂにより覆われている部分が本願でいう第２特定範囲となる。もっとも、第２特定範囲は、この実施形態ではＰｔ層１１Ｂのうちアノード電極２０Ｂにより覆われている部分という以上の意味を持たない。
アノード電極２０Ｂは、これには限られないが本実施形態では、層状或いは板状とされる。その厚みは１００μｍとされており、またその素材はＡｕとされている。もっとも、この厚さは、例えば５０〜５００μｍの範囲から適宜選択することができるし、その素材は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ等から、適宜選択することができる。
アノード電極２０Ｂの大きさ、形状は任意である。アノード電極２０Ｂは、この実施形態では例えば矩形であり、矩形のＰｔ層１１Ｂの表面のうち、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１と接する辺と対向する辺の一部にその一辺が沿うようにして設けられている。
アノード電極２０Ｂは、Ｐｔ層１１Ｂの表面にオーミック接合されており、それによりアノード電極２０ＢとＰｔ層１１Ｂの間の抵抗値は小さく抑えられている。
アノード電極２０Ｂがアノードとして機能し、他方、第１特定範囲１２Ｂ１が事実上のカソードとして機能する（言い換えれば、両者をアノード、カソードと定義することができる）のは、従来とは異なりアノード電極２０ＢがＣｒ／Ａｕ層１２Ｂに対して電気的に接触しておらず、ショットキー界面Ｓの付近で発生した電子の移動方向が一義的に定まるためである。従来は装置製造工程で混入した汚染物や何らかの外乱により各電極がアノードにもカソードにもなり得た。それが従来、素子の開放出力電圧を高くすることが困難であった原因の一つであったが、かかる原因を本願発明者が今回新たに突き止め、これをＣｒ／Ａｕ層１２ＢとＰｔ層１１Ｂとが接触しないように、両者の間に間隙を設けるという非常に簡単な方法で根本的に解決するに至ったものである。
【００２４】
更に、所望の光学特性（主に光電変換効率であるが、変換周波数帯域特性も含む。これらは基本的に、使用する金属の種類によって決まる。）を簡単に得られるようにするためには、光電変換部１０Ｂが金属ナノ構造４０Ｂを有するようにすることが好ましい。
金属ナノ構造４０Ｂは、入射光Ｌに含まれた所定波長帯域の光が表面プラズモン共鳴によりＰｔ層１１Ｂに効果的に吸収されるようにするためのものである。それを可能とするために、Ｐｔ層１１Ｂの表面には、図４に拡大して示したように、互いの間隔ｄがサブミクロン又はナノオーダとされた突起４１Ｂが設けられている。もっとも、上述の間隔ｄは、必ずしも一定である必要はない。例えば、突起４１Ｂは、Ｐｔ層１１Ｂの表面に周期的に設けられていても良いが、そうでなく例えばランダムに設けられていても良い。
金属ナノ構造４０Ｂに含まれる突起４１Ｂにより、入射光Ｌに含まれた全波長帯域の光が表面プラズモン共鳴により効果的に吸収されるようになる（図６参照）。例えば 突起４１Ｂの間隔ｄが約１００ｎｍ以下にされている部分については、約１μｍ以下の赤外〜可視帯域の光が効果的に吸収され、突起４１Ｂの間隔ｄが約１５０ｎｍ以下にされている部分については、約１μｍ〜４μｍの赤外帯域の光が効果的に吸収される。このようにして入射光Ｌに含まれた全波長帯域の光が効果的に吸収されると、これに伴って発生する光キャリアの活性化が図られ、光電変換の変換効率が高くなる。
【００２５】
光電変換装置１００Ｂは、また、ベース板５０Ｂと保護板６０Ｂとを備えている。ベース板５０Ｂは、光電変換部１０Ｂを固定するための、より詳細には光電変換部１０ＢのＣｒ／Ａｕ層１２Ｂを固定するためのベースとなる基板である。保護板６０Ｂは、光電変換部１０Ｂを保護するための板である。この実施形態では、光電変換部１０ＢのＣｒ／Ａｕ層１２Ｂは、ベース板５０Ｂの表面に固定的に設けられる。
ベース板５０Ｂ又は保護板６０Ｂを通過した光は、光電変換部１０Ｂに至り、光電変換部１０Ｂで発電を行う。それが可能となるように、ベース板５０Ｂを通過した光に光電変換部１０Ｂで発電を行わせることを予定するのであればベース板５０Ｂは透明とすべきであり、保護板６０Ｂを通過した光に光電変換部１０Ｂで発電を行わせることを予定するのであれば保護板６０Ｂは透明とすべきである。これには限られないが、この実施形態における光電変換装置１００Ｂは、ベース板５０Ｂを通過した光にも、保護板６０Ｂを通過した光にも光電変換部１０Ｂで発電を行わせることを予定しているので、その双方とも透明（完全に透明かどうかはともかく、少なくとも事実上透明）となっている。ここでいう透明は、発電に用いられる光の波長に対して透明という意味である。
これには限られないが、この実施形態におけるベース板５０Ｂと保護板６０Ｂは、いずれも例えばガラス又は樹脂（例えばポリカーボネート）によって構成することが可能であり、この実施形態ではベース板５０Ｂと保護板６０Ｂは、これには限られないがいずれもガラスでできている。
【００２６】
上記のように構成された光電変換装置１００Ｂの製造方法について説明する。
【００２７】
最初に光電変換装置１００Ｂの光電変換部１０Ｂの製造方法について図７を用いて説明する。
まず、例えば、Ｏｒｇａｎｉｃ洗浄されたベース板５０Ｂを用意し、ベース板５０Ｂの表面に膜厚が約１０ｎｍのＡｕ層、膜厚が約２０ｎｍのＣｒ層を順次スパッタリング等により成膜して、これによりＣｒ／Ａｕ層１２Ｂを作成する（図７（ａ））。
その後、フォトマスクＰＭ１を用いて（図７（ｂ））、膜厚が約２ｎｍのＣｒ２Ｏ３層１３Ｂを、Ｃｒを酸化させるか或いはスパッタリング等によりＣｒ／Ａｕ層１２Ｂ上に形成し（図７（ｃ））、次いで、膜厚が約２０ｎｍのＰｔ層１１Ｂをスパッタリング等によりＣｒ２Ｏ３層１３Ｂ上に形成する（図７（ｄ））。
次いで、フォトマスクＰＭ２を用いて（図７（ｅ））、Ｐｔ層１１Ｂの表面に膜厚が例えば１００μｍのＡｇ等のアノード電極２０Ｂをパターン形成する（図７（ｆ））。次いで、フォトマスクＰＭ２を外して、フォトマスクＰＭ３を配置する（図７（ｇ））。フォトマスクＰＭ３は、第１特定範囲１２Ｂ１の部分にのみ開口を有するものである。これにより、第１特定範囲１２Ｂ１の部分に、Ｃｒを例えば、その膜厚が例えば１μｍ追加されるように、スパッタリング等により成膜する（図７（ｈ））。これにより、第１特定範囲１２Ｂ１におけるＣｒ層の厚さが、第１特定範囲１２Ｂ１以外のＣｒ／Ａｕ層１２ＢにおけるＣｒ層の厚さよりも大きくなる。なお、第１特定範囲１２Ｂ１の部分のＣｒ層の厚さを増す（図７（ｇ）、（ｈ））の処理は、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂを作成する（図７（ａ））の処理の後いつ行っても構わない。最後に、フォトマスクＰＭ３を除去して、光電変換部１０Ｂが完成する（図７（ｉ））。
なお、Ｐｔ層１１Ｂの表面にアノード電極２０Ｂを形成するのと同時に金属ナノ構造４０Ｂの突起４１Ｂも形成することが可能である。この実施形態ではそうしているが、突起４１Ｂについては図７中で省略されている。突起４１Ｂの形成方法については後記する。
【００２８】
金属ナノ構造４０の生成方法の例を挙げる。
金属ナノ構造４０Ｂの突起は、例えば印刷方式(インクやペースト状の金属ナノ粒子の分散液を使用したスクリーン印刷やインクジェット印刷等の金属薄膜形成方法)により形成することができる。突起４１Ｂをパターン形成したら（図５（ａ）、（ｂ））。その後、約２５０度でアニールし、突起４１Ｂを自己組織化する（図５（ｃ））。これにより、Ｐｔ層１１Ｂの表面に突起４１Ｂを設けることができる。
なお、金属ナノ構造４０Ｂに含まれる突起４１Ｂの素材は、アノード電極２０Ｂの素材と同じものとすることができる。仮にそうするのであれば、金属ナノ構造４０Ｂはアノード電極２０Ｂと同時に形成することができ、またそうすることが便利である。
【００２９】
上述のようにして作られた光電変換部１０Ｂに保護板６０Ｂを被せて、光電変換装置１００Ｂが完成する。なお、この実施形態における保護板６０Ｂは、アノード電極２０Ｂを覆っていないが、保護板６０Ｂがアノード電極２０Ｂまで覆ってももちろん構わない。
【００３０】
以下、光電変換装置１００Ｂの使用方法、及び動作について説明する。
【００３１】
光電変換装置１００Ｂは、例えば図８（ａ）に示したようにして使用される。なお、図８では、光電変換装置１００Ｂの光電変換部１０Ｂのみを示している。
図８に示したように、アノード電極２０Ｂに、公知の導線である第２導線７０Ｂが、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１には、公知の導線である第１導線８０Ｂがそれぞれ接続される。
第２導線７０Ｂのアノード電極２０Ｂと接続されていない側と、第１導線８０Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１と接続されていない側は、両者の間で光電変換装置１００Ｂからの電力によって仕事を行うもの（電球、電池、モーター等）を介して間接的に接続される。
第２導線７０Ｂとアノード電極２０Ｂとの接続、及び第１導線８０Ｂと第１特定範囲１２Ｂ１との接続は、同じ方法で行われてもそうでなくてもよく、またいずれも公知又は周知の方法でそれをなすことができる。例えば、その接続方法ははんだ付けである。
光電変換装置１００Ｂをタンデム型として使用する場合は、図８（ｂ）に示されているように光電変換装置１００Ｂを多層化し、その各々を並列、直列又は直並列に電気接続する。図８（ｂ）では並列に接続した状態を示している。
なお、光電変換装置１００Ｂ１００Ｂは、図８（ａ）のように単体で用いられる場合、同（ｂ）のようにタンデム型で用いられる場合を問わず、その表面側又は裏面側に光電変換装置１００Ｂに対向する側が鏡面とされた鏡Ｍを配した状態で用いることが可能である（図８（ｃ））。このような光電変換装置１００Ｂであれば、表面側又は裏面側から入射した入射光Ｌは、後述するように、一つ又は複数の光電変換装置１００Ｂを通過した後、鏡Ｍで反射されて再び光電変換装置１００Ｂを通過することになる。これにより、光電変換装置１００Ｂの発電能力を増すことができる。
【００３２】
光電変換装置１００Ｂに図１の上側から入射光Ｌが照射されると、入射光ＬはＰｔ層１１Ｂに当たり、Ｐｔ層１１Ｂ内に電子が生じる。同様に、光電変換装置１００Ｂに図１の下側から入射光Ｌが照射されても、入射光ＬはＰｔ層１１Ｂに当たり、Ｐｔ層１１Ｂ内に電子が生じる。より詳細に言えば、いずれの場合にも、入射光Ｌのうちの発電に寄与する光の波長と比べてＰｔ層１１ＢもＣｒ／Ａｕ層１２Ｂも薄いので、両層はいずれも光に対して透明であるかのような状態となり、発電に寄与する光は両層を通過しつつ、Ｐｔ層１１Ｂと、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの双方に当たる。したがって、入射光Ｌが図１における上から照射される場合と下から照射される場合のいずれの場合においても、Ｐｔ層１１Ｂと、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂとの双方に電子が生じることになるが、いずれの場合においても仕事関数の違いにより、Ｐｔ層１１Ｂ内に生じる電子の方がＣｒ／Ａｕ層１２Ｂ内に生じる電子よりも遥かに多いので、両層で生じる電子を差し引きすると、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂ内に電子が生じず、Ｐｔ層１１Ｂ内のみで電子が生じることと同一視することができる。
そして、入射光Ｌが照射され続けるとＰｔ層１１Ｂ内の電子が増える。それにより、Ｃｒ２Ｏ３層１３Ｂによって互いに絶縁されることにより互いにショットキー接合された状態にあるＰｔ層１１ＢとＣｒ／Ａｕ層１２Ｂとの間の電位差が、ショットキーバリアによる抵抗を超える。そうすると、電子がＰｔ層１１ＢからＣｒ／Ａｕ層１２Ｂへと流れ込み、Ｃｒ／Ａｕ層１２Ｂの第１特定範囲１２Ｂ１に接続された導線である第１導線を介して、光電変換装置１００Ｂから流出し、アノード電極２０Ｂに接続された導線である第２導線、及びアノード電極２０Ｂを介してＰｔ層１１Ｂに戻ることになる。つまり、アノード電極２０Ｂがアノードとして、また第１特定範囲１２Ｂ１がカソードとしてそれぞれ機能することになる。
【００３３】
このように作成された光電変換装置１００Ｂでは、出願人の試作の範囲では、その光電変換効率は約１０〜１２％、開放出力電圧は約０．８〜１．２Ｖとすることができた。また、その製造コストは出力が同レベルの従来のものと比較すると１／１０程度であった。また、その光電変換装置１００Ｂは、少なくとも可視領域にかけて、或いは例えば可視から赤外領域にかけての広帯域の光電変換が可能である。
【００３４】
なお、光電変換装置１００Ｂは、図９に示したようなものとすることができる。
この光電変換装置１００Ｂは基本的に図１に示したようなものと同じであるが、その光電変換部１０Ｂが、ベース板５０の表裏両面に設けられている。ベース板５０の両面に設けられる光電変換部１０Ｂは同じものであっても、そうでなくても構わない。また、この光電変換装置１００Ｂでは、その光電変換部１０Ｂを覆う保護板６０Ｂも２枚とされ、それぞれ光電変換部１０Ｂの表面を覆っている。
かかる光電変換装置１００Ｂの使用方法は基本的に上述したものと同じであるが、２つの光電変換部１０Ｂがそれぞれ起電力を有するため、その発電量は上述の光電変換装置１００Ｂよりも増える。かかる光電変換装置１００Ｂは、上述のものと同様、タンデム型で用いることも可能であり、上述した鏡Ｍと組合せることも可能である。
【００３５】
＜変形例＞
変形例の光電変換装置は、基本的に上述した実施形態による光電変換装置１００Ｂと変わらない。
唯一異なるのは、変形例の光電変換装置は、実施形態による光電変換装置１００Ｂが備えたアノード電極２０Ｂを備えない、という点である。その代わりに、変形例の光電変換装置では、例えば、Ｐｔ層１１Ｂの適当な範囲、例えば、上述の実施形態においてアノード電極２０Ｂが設けられていた範囲に、上述の実施形態の場合と同様の第２導線７０Ｂが直接接続される。
これには限られないが、Ｐｔ層１１Ｂの第２特定範囲の厚さは、Ｐｔ層１１Ｂの第２特定範囲以外の部分の厚さよりも大きくされている。これは後にＰｔ層１１Ｂに第２導線７０Ｂを接続するときにＰｔ層１１Ｂがそれに耐えられるようにする、という意味で意味を持つ。つまり、第２特定範囲には、第２導線７０Ｂを第２特定範囲に予定された方法（例えば、はんだ付け）で接続する場合に第２特定範囲がそれに耐えられるだけの厚さが与えられている。Ｐｔ層１１Ｂの第２特定範囲における厚さは、これには限られないが、例えば１μｍ以上となっており、この実施形態では１μｍ強である。
また、第２特定範囲の第２特定範囲以外の部分におけるＰｔ層１１Ｂと接している部分（つまり、第２特定範囲の縁）は、上述の実施形態における第１特定範囲１２Ｂ１と同様に、第２特定範囲以外の部分におけるＰｔ層１１Ｂから垂直に立ち上がっていても良いし、なだらかにその厚さを増すようになっていても構わない。
第２特定範囲の厚さをＰｔ層１１Ｂの他の部分よりも増すための方法は、上述の実施形態において第１特定範囲１２Ｂ１の厚さをＣｒ／Ａｕ層１２Ｂよりも大きくする場合と同様とすればよい。例えば、Ｐｔ層１１Ｂを形成した後に、第２特定範囲を除いて光電変換部１０Ｂを覆うマスクを用いて、第２特定範囲の部分にのみＰｔで追加のスパッタリングを行う等して、第２特定範囲の部分におけるＰｔ層１１Ｂの厚さを増せば良い。
【符号の説明】
【００３６】
１００Ｂ  光電変換装置
１０Ｂ  光電変換部
１１Ｂ  Ｐｔ層        （第２層）
１２Ｂ  Ｃｒ／Ａｕ層  （第１層）
１３Ｂ  Ｃｒ２Ｏ３層    （絶縁体）
２０Ｂ  アノード電極（第２電極）
４０Ｂ  金属ナノ構造
４１Ｂ  突起
【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９】
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