(57)【要約】【解決課題】  モット絶縁体またはモット半導体に対する光照射による金属相転移過程において見いだされた多重キャリア励起を応用した高効率の太陽電池を提供する。【解決手段】  絶縁体もしくは半導体を含む第一固体材料層３と該第一固体材料層３とは異なる型の絶縁体もしくは半導体を含む第二固体材料層５とのｐ−ｎ接合構造において、少なくとも一方の層の固体材料にモット絶縁体またはモット半導体を用いた太陽電池１。【選択図】  図１
2011228360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型もしくはｎ型の絶縁体または半導体を含む第一固体材料層と、該第一固体材料層とは異なる型の絶縁体もしくは半導体を含む第二固体材料層との接合構造を含む太陽電池であって、前記第一固体材料層および前記第二固体材料層のうち、少なくとも一方の層の固体材料がモット絶縁体またはモット半導体である太陽電池。
【請求項２】
前記第二固体材料層上に前記第一固体材料層を備え、
前記第一固体材料層上の太陽光を受光する面に第一電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第二固体材料層の前記第一固体材料層と接する側とは反対側に第二電極をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第一固体材料層と前記第二固体材料層とのｐ−ｎ接合構造を２個以上備え、該ｐ−ｎ接合構造同士が直列に接続されている請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項５】
太陽電池の受光面において凹凸の表面構造を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項６】
前記モット絶縁体またはモット半導体が、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、スズ、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム及び白金からなる群から選択される１種または２種以上の遷移金属元素を含む請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記モット絶縁体またはモット半導体が、下記一般式（１）ないし（８）：
ＬｎｘＡ１−ｘＢＯ３                  （１）
ＬｎＡＢ２Ｏ６                       （２）
Ｌｎ１−ｘＡ１＋ｘＢＯ４                （３）
Ｌｎ２−２ｘＡ１＋２ｘＢ２Ｏ７            （４）
Ｌｎ２−ｘＡｘＢＯ４                    （５）
Ａ２ＢＯ３                            （６）
Ａ２ＢＯ４                            （７）
Ａ２ＢＯ２Ｃｌ２                      （８）
(Ｌｎは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホロミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムからなる群より選択される１種または２種以上の希土類元素であり、Ａは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムからなる群より選択される１種または２種以上のアルカリ土類金属元素であり、Ｂは、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、スズ、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム及び白金からなる群より選択される１種または２種以上の遷移金属元素である。Ｏは酸素元素、Ｃｌは塩素元素である。ｘは０≦ｘ≦１である。)
で表される無機化合物であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項８】
前記モット絶縁体またはモット半導体が、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステンまたは酸化レニウムのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項９】
前記モット絶縁体またはモット半導体が、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物、および、電荷移動錯体からなる群より選択される１種または２種以上の有機化合物である請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記電荷移動錯体が、遷移金属（Ｍ）とハロゲン（Ｘ）とが交互に並んだ擬一次元ハロゲン架橋金属錯体［ＭＸ錯体］もしくは擬一次元ハロゲン架橋複核金属錯体［ＭＭＸ錯体］、または、テトラチアフルバレン［ＴＴＦ］とクロラニル［ＣＡ］とからなる擬一次元電荷移動錯体であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、特にモット絶縁体もしくはモット半導体への光照射による金属相転移過程において見いだされた強相関電子系特有の現象を利用した太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池機能を示す材料としてシリコン元素やガリウムヒ素化合物半導体等が用いられている。これらの材料の光―電力のエネルギー変換の原理は、図８に示すように光量子による１電子励起を利用している。１電子励起を用いた太陽電池はその励起電子が１光量子あたり１電子という制限をもっており、禁制帯幅を超えるエネルギーを加えられたキャリア（電子および正孔）はバンド端に達するまでに熱散逸するのみである。したがって、原理的に光−電力の変換効率に限界がある。
上記１電子励起を引き起こす材料は１電子バンド描像に適合する固体材料でバンド半導体である。このバンド半導体の代表材料がシリコン半導体やガリウムヒ素などであり現在生産もしくは開発されている太陽電池を担う材料である。
【０００３】
一方、これと異なる電子の振る舞いの挙動を示す一連の固体材料が存在し、これらはモット絶縁体またはモット半導体と呼ばれる。モット絶縁体またはモット半導体とは、結晶構造の各格子点での電子が奇数個である場合、パウリの排他律により、その電気特性が金属性を有することを予見するにもかかわらず、各電子間に働く強いクーロン斥力が電子の格子点間の飛び移りやすさ（電子伝達エネルギー）に勝り、電子が局在化することで（エネルギーギャップの発生）絶縁性を示す固体材料のことをいう。このような伝導機構を有するモット絶縁体もしくはモット半導体はこれまで太陽電池材料としてかえりみられてこなかった。
上記に記述された固体材料はモット絶縁体と定義される。ここで、上記記述された固体材料はモット半導体とは通常呼称しない。しかし、今後、モット絶縁体の太陽電池を含む各種の応用が展開するにつれ、電気抵抗の低いモット絶縁体をモット半導体と定義される可能性があるので、本明細書においてはモット半導体との呼称も用いた。
【０００４】
モット絶縁体またはモット半導体のなかでも遷移金属酸化物は、超伝導物質を探索するなかで精力的に研究されてきた。とりわけＬｎＭｎＯ3（Ｌｎ；希土類金属元素）を母体とするマンガン酸化物系材料は、磁場、光等の外部摂動を加えたときに金属−絶縁体相転移を示すことを本願発明者は発見している。この知見に基づいて光を照射する際に生じる光誘起絶縁体金属転移を用いた光スイッチング素子を本発明者は提案している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
モット絶縁体またはモット半導体による金属絶縁体転移を磁気抵抗効果の原理として利用するものとして、マンガンを含む酸化物ペロフスカイト材料からなる磁気抵抗素子を本発明者は発明している（例えば、特許文献２を参照）。これらのモット絶縁体またはモット半導体の相転移現象はこれまでエレクトロニクスの実用分野において光スイッチング素子、磁気センサーやメモリデバイスなどへの応用が様々に試みられてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６１２９１号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これまでモット絶縁体またはモット半導体において光照射によって誘起される金属絶縁体相転移の過程での電子挙動についての詳細な理論的な検討はなされてこなかった。またかかる電子挙動を太陽電池に応用する試みもなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る太陽電池は、上記目的を達成するために異なる型の絶縁体または半導体を含む固体材料層を接合しており、かつそのいずれかがモット絶縁体またはモット半導体を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽電池によれば、モットギャップを超えるエネルギーを受けたキャリアが緩和して上部及び下部エネルギー帯の端部に達するまでに熱散逸するだけでなくキャリア励起を伴うのでこれらを電極から取り出すことにより光子吸収の１個あたりの変換効率を飛躍的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にかかる太陽電池の一態様を示す模式的断面図である。
【図２】絶縁体−金属相転移におけるエネルギー障壁を示すグラフである。
【図３】モット絶縁体の光照射によるキャリア励起後の金属相転移過程での（ａ）上部エネルギー帯に占める電子数（スピン１個当たり）および（ｂ）エネルギーの経時変化を示すグラフである。
【図４】モット絶縁体への光照射によるキャリア励起（時刻０）後の絶縁体金属相転移過程での磁気構造の経時変遷｛（ａ）時刻１６００、（ｂ）時刻７８３０、（ｃ）時刻１５０００｝を示す模式図である。
【図５】本発明にかかる太陽電池の光照射によるキャリア励起・緩和過程を説明する模式図である。
【図６】本発明にかかる太陽電池の他の態様を示す模式的断面図である。
【図７】本発明にかかる太陽電池の基本的な製造工程を用いて作製されたモット絶縁体光起電力特性を示すグラフである。
【図８】従来のバンド半導体のｐ−ｎ接合における光照射によるキャリア励起・緩和過程を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を、図面を参照して詳細に説明する。同じ部材には同じ符号を付して表した。なお、本発明は以下に説明する形態に制限されるものではない。本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明の技術的範囲は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるのではない。以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面で共通して用いる。
【実施例】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１に示す太陽電池１の一態様では、太陽光を受光する面に形成された第一電極７とその下部にｐ型もしくはｎ型の絶縁体もしくは半導体からなる第一固体材料層３と、その下部に第一固体材料層３とは異なる型の絶縁体もしくは半導体からなる第二固体材料層５を形成し、前記二つの層３，５はｐ−ｎ接合を形成し、第二固体材料層５は電極の機能を兼ねた構造を備えている。ここで、第一固体材料と第二固体材料のうち、少なくとも一方の固体材料がモット絶縁体またはモット半導体である。
このような太陽電池を採用した場合、太陽光によって励起された電子状態は従来の励起電子とその様相が全く異なる。ほとんどのモット絶縁体またはモット半導体は、磁気秩序状態を伴うからである。さらに、励起された電子スピンは磁気秩序状態（磁気モーメント）と互いに密接に影響しあう結果、その基底状態にある磁気構造をも強く影響を与え、その結果励起状態の電子もその変化した磁気構造から強く影響されることになる。
この特徴を捉えたのが、次式に示す二重交換模型である：
【００１３】
【数１】
2011228360.tif 000003
【００１４】
ここで、tは運動エネルギー、ＪＨは交換エネルギー、σそしてσ'は電子スピンを、iおよびjは格子点の座標を、それぞれ示す。和に現れる<ij>は、再隣接格子点の組を示す。演算子
【数２】
2011228360.tif 000004
は、格子点i（ j ）でのスピンσの電子の生成（消滅）演算子である。第2項目の
【数３】
2011228360.tif 000005
はパウリ行列を、
【数４】
2011228360.tif 000006
は格子点iの磁気モーメントを表現する局在スピンを、それぞれ示す。式（１）の第1項は、運動する電子のハミルトニアンを、第2項目が、運動する電子スピンと局在スピンの相互作用を、それぞれ示す。そして第3項目のHSは、局在スピンのハミルトニアンを意味しており、ここには対象となる物質の磁気的相互作用の異方性を取り込むことができる。
式（１）が含むHSとして，次のような形をとることにより、強磁性金属状態への一次転移不安定性をもつ反強磁性絶縁状態を基底状態にとることが出来る：
【００１５】
【数５】
2011228360.tif 000007
【００１６】
この式（２）の最低エネルギー状態について数値シミュレーションを用いた結果を図２に示す。８ｘ８の２次元正方格子で、電子軌道の半分に電子が占有された電子系で、ｔ＝１，Ｓ＝１，ＳＪＨ＝１．０，Ｊ＝−０．０８６そしてＪＮ＝−０．０８６とパラメーターを選んだときの最低エネルギーを、副格子間の局在スピンのなす角θを横軸に示したものである。
【００１７】
この図からわかるように、θ＝πの反強磁性（絶縁体）状態とθ＝０の強磁性（金属）状態とが、およそ０．０２の高さのエネルギーバリアにより分かたれている。
この反強磁性（絶縁体）状態において電子系を励起し、その緩和過程を数値シミュレーションで定量的に詳細に調べた結果、その終状態に強磁性的な金属状態が出現することが見出される。ここでは、全系のエネルギー散逸の効果を、局在スピンの運動のギルバート緩和項で取り込んでいる。すなわち、格子点iの局在スピンに働く有効磁場を
【数６】
2011228360.tif 000008
とするとき、
【数７】
2011228360.tif 000009
の運動方程式は、次式で表される：
【００１８】
【数８】
2011228360.tif 000010
【００１９】
このαを含む項がギルバート緩和項で、αが緩和定数である。有効磁場
【数９】
2011228360.tif 000011
はHellman-Feynmanの定理により、ハミルトニアンと次の関係にある：
【００２０】
【数１０】
2011228360.tif 000012
【００２１】
図３はα＝０．０１のときのシミュレーションの実験結果である。下のパネルは、電子のエネルギー準位の時間発展の様子を示している。初期状態は反強磁性絶縁体の状態から電子を励起したものを採用した。すなわち，初期ではフェルミ準位を示す０を中心に任意単位で２程度のエネルギーギャップが開いており、エネルギー帯が２つに分かれている。基底状態では下部エネルギー帯が電子により充填されており、上部エネルギー帯は空である。緩和過程の初期状態として、下部エネルギー帯の最も低いエネルギー準位から、上部エネルギー帯のもっとも高いエネルギー準位へ電子を励起したものを採用した。すなわち、緩和過程の初期において、上部エネルギー帯は１つの電子を含んでいる。この上部エネルギー帯が含むアップもしくはダウンスピンあたりの電子数の時間依存性を示したのが，図３の上のパネルである。 
【００２２】
緩和過程の初期からおよそ５０００の時刻までは、この系は反強磁性の磁気構造をとり、これを反映したエネルギーギャップを持つ。また、上部エネルギー帯が含む電子数はほぼ変化しない。時刻が５０００から８０００の間で、磁気構造の再構成が起こり、反強磁性構造の特徴であるエネルギーギャップが閉じていく。また、上部エネルギー帯が含む電子数が、初期の値よりも増えていく時間領域が存在することがわかる。これは１電子バンドでは起こりえなかった多重励起現象が発生していることを示している。やがて上部エネルギー帯が含む電子数は減少に転じ、この系は強磁性的な金属相を終状態とした時間発展を見せる。時刻１５０００付近での磁気構造は、後に示すように局所的にはほぼ強磁性的な、長周期のスパイラル磁性が出現している。そして、終状態では金属的なエネルギー準位の構造へと向かって遷移していく。上部エネルギー帯に含まれる、励起された電子は、下部エネルギー帯へと移っていき、終状態へ向かって十分に小さい値をとるようになる。この一連の緩和過程は、局在スピンが形作る磁気構造を強く反映している。これを示したのが図４である。
【００２３】
各格子点３１における局在スピン３２は、光励起直後の初期状態において、図４の（ａ）に示すように反強磁性状態となっている。ここで、各格子点でのマッチ形状３２は各格子点に局在したスピンを示し、その方向はスピンの方向を示す。時間発展に伴い、やがて磁気構造３０は活発な動的挙動を伴いながら初期の状態から大きくその形を変えていく。この期間のスナップショットを示したのが図４（ｂ）である。活発な磁気構造の時間発展の後、図４（ｃ）のような終状態へ向けて磁気構造は収束していく。実際の物質では、運動エネルギー（ｔ）は高々１ｅＶ程度の大きさのものであり、ほかの相互作用の大きさは、ｔを単位に現実的な値を選んである。また、ここでの時間の数千は、実際の物質の緩和過程において数ピコ秒に相当する。
【００２４】
この緩和過程に特徴的なのは、時刻が５０００から１００００の間での動的緩和にある。この期間は、反強磁性相から強磁性相への転移を示す動的緩和過程を含んでおり、より相転移と緩和を促進していくために、電子系は、初期よりも多くの電子−正孔対を生成する。この緩和に伴う多重「電子−正孔」対の生成過程の出現は、従来の電子材料と対比して、電子間に働く強いクーロン相互作用を含む系の著しい特徴である。このモット絶縁体またはモット半導体における多重キャリア生成の実施例は、本発明者により初めて明らかにされた。
【００２５】
従来の電子材料の電子状態は、すなわち電子の一体近似に基づく電子論によりよく理解される。絶縁体の電子励起とその緩和過程では、電子−正孔対の持つ、エネルギーギャップの大きさを超過した分の励起エネルギーは、ただ散逸し、電子と正孔が伝導帯の下端と荷電子帯の上端それぞれに達した場合は対消滅を起こす。これとは対照的に、強いクーロン相互作用を含む系では、図５に示すように、電子−正孔対の持つ、エネルギーギャップの大きさを超過した分の励起エネルギーは、ただ散逸していくだけでなく動的な緩和過程を引き起こし、結果としてさらなる多重「電子−正孔」対の生成を導くのである。
【００２６】
本発明において用いたモデルは、遷移金属化合物周辺の電子状態を非常によく記述し、例えば巨大磁気抵抗効果を示すマンガン酸化物の電子物性については、定量的にもよい結果を与える。現実の物質の個性は、式が含むパラメーターの調整により再現され、本発明により得られる電子励起とその緩和過程の理論的実施例は、そのままモット絶縁体またはモット半導体を用いた新しい発電機構による高効率太陽電池開発の指導原理を与えるものである。
【００２７】
本発明に係る太陽電池は、モット絶縁体またはモット半導体を含むものである。モット絶縁体またはモット半導体は、無機化合物であっても有機化合物であってもよい。典型的なモット絶縁体は、３ｄ遷移金属元素、４ｄ遷移金属元素もしくは５ｄ遷移金属元素を含む無機化合物または有機化合物である。モット絶縁体のクーロン斥力に起因するモットギャップとしては、太陽光のエネルギー領域を有効に活用する為に、１ｅＶ以下のモットギャップが望ましい。
【００２８】
上記無機化合物のモット絶縁体またはモット半導体としては、モットギャップを有するものであれば特に限定されない。したがって、モット絶縁体またはモット半導体は、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、スズ、レニウム、オスミウム、イリジウム及び白金からなる群から選択される１種または２種以上の遷移金属元素からなる絶縁体である。また、モット絶縁体またはモット半導体は、下記一般式（１）ないし（８）：
ＬｎｘＡ１−ｘＢＯ３                    （１）
ＬｎＡＢ２Ｏ６                        （２）
Ｌｎ１−ｘＡ１＋ｘＢＯ４                  （３）
Ｌｎ２−２ｘＡ１＋２ｘＢ２Ｏ７              （４）
Ｌｎ２−ｘＡｘＢＯ４                    （５）
Ａ２ＢＯ３                            （６）
Ａ２ＢＯ４                            （７）
Ａ２ＢＯ２Ｃｌ２                        （８）
(Ｌｎはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムからなる群より選択される１種または２種以上の希土類元素であり、Ａは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムからなる群より選択される１種または２種以上のアルカリ土類金属元素であり、Ｂは、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、スズ、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム及び白金からなる群より選択される１種または２種以上の遷移金属元素である。Ｏは酸素元素、Ｃｌは塩素元素である。ｘは０≦ｘ≦１である。）であってもよい。
【００２９】
なかでもペロブスカイト型結晶構造を有するマンガン酸化物［ＬｎｘＡ１−ｘＭｎＯ３］が好適に用いられる。ここでｘの好ましい上限は、用いる遷移金属元素の種類等により変わりうるが、モットギャップを有する限りにおいて、価数の異なるイオンによるいかなる格子置換（フィリング制御）も許容される。
【００３０】
上記無機化合物のモット絶縁体またはモット半導体は、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムのいずれかであってよい。
【００３１】
上記モット絶縁体またはモット半導体は無機化合物に限定されない。有機化合物は一般にモット絶縁体またはモット半導体になるからである。有機化合物は、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物、電荷移動錯体のいずれかである。電荷移動錯体は、［Ｎｉ１−ｙＰｄｙ（ｃｈｘｎ）２Ｘ１］Ｘ２２［式中ｙは０以上１以下の数である。Ｘ１およびＸ２は同一または異なりＦ，Ｃｌ，ＢｒまたはＩから選択されるハロゲン元素を表す。ｃｈｘｎはシクロヘキサンジアミンを表す。］で表される化合物、もしくはＰｔ２（ＥｔＣＳ２）４Ｉ、Ｐｔ２（ｎ−ＢｕＣＳ２）４Ｉ等の遷移金属（Ｍ）とハロゲン（Ｘ）とが交互に並んだ鎖状物質である擬一次元ハロゲン架橋金属錯体［ＭＸ錯体］、もしくは擬一次元ハロゲン架橋複核金属錯体［ＭＭＸ錯体］、もしくはテトラチアフルバレン［ＴＴＦ］とクロラニル［ＣＡ］とからなる擬一次元電荷移動錯体である芳香族炭化水素であってもよい。
【００３２】
本発明に係る太陽電池は、異なる型の絶縁体または半導体を含む固体材料層を接合しており、かつそのいずれか少なくとも一方がモット絶縁体またはモット半導体を含むものである。
本明細書において、「絶縁体または半導体」とは、モット絶縁体またはモット半導体のみならず、励起電子が１光量子あたり１電子である従来公知のバンド半導体を含む。
したがって異なる型の絶縁体または半導体の接合構造としては、例えば、ｎ型モット絶縁体とｐ型バンド半導体、ｎ型モット絶縁体とｐ型モット絶縁体、ｐ型モット絶縁体とｎ型バンド半導体、ｐ型モット絶縁体とｎ型モット絶縁体等の組み合わせを挙げることができる。
ｎ型モット絶縁体としては特に限定されないが、例えば、ＳｒＭｎＯ３，ＣａＭｎＯ３、Ｌｎ２ＣｕＯ４（Ｌｎ＝ランタン、セリウム、プラセオジム等の希土類元素）、酸化タングステン（ＷＯ３）等が挙げられる。
ｐ型モット絶縁体としては、酸素過剰またはＬｎ欠損したＬｎＭｎＯ３、Ｌｎ１−ｘＡｘＭｎＯ３（Ａは２価のアルカリ土類金属元素）、Ｌａ２ＣｕＯ４、酸化バナジウム（ＶＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）等が挙げられる。
ｎ型バンド半導体としては、Ｓｉ：Ａｓ，Ｓｉ：Ｓｂ、ＳｒＴｉＯ３：Ｎｂ、TｉＯ2、ＺｎＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，ＺｎＯ：Ｉ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＣｄＳ、ＣｄＳｅ等が挙げられる。
ｐ型バンド半導体としては、Ｓｉ；Ｂ，Ｓｉ；Ａｌ，ＺｎＴｅ，Ｃｕ２Ｏ，Ｃｕ２Ｓ，Ｃｕ２Ｔｅ，ＣｕＯ，Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）３Ｓｅ５などのＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系，ＩｎＰ等が挙げられる。
またＧａＡｓやＣｄＴｅはｎ型、ｐ型バンド半導体になりうる。
ｐ−ｎ接合を形成する絶縁体または半導体において、用いる遷移金属元素は、異なっていても、同じであってもよい。
【００３３】
本発明の太陽電池は、基板上にモット絶縁体またはモット半導体を含んだ積層構造を構成することにより得ることができる。基板は図１に示すように第二固体材料層５自体であってもよいし、第二固体材料層５を支持するように別に用意されてもよい。
【００３４】
上記積層方法としては、例えば、図１に示すように、太陽電池は基板を兼ねる第二固体材料層５の上に第一固体材料層３を形成する。ついで第一の固体材料層３の上に、所望の厚さの薄膜の第一電極７を形成する。そのうえに補助第一電極９を形成する。
各層の成膜方法としては特に限定されず、例えば、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、スピンコート法、インクジェット法等を採用することができる。
第一固体材料層がモット絶縁体またはモット半導体を含む場合、当該層の厚さとしては、通常、モット絶縁体またはモット半導体の吸収係数ならびに空乏層幅と拡散長の和で定義される有効厚みとの兼ね合いで４Ａ（Ａはオングストローム）〜１００００Ａであり、太陽光特に可視光域の波長の光が透過し第二固体材料層に到達することを想定する場合、例えば、数Ａ〜１００Ａ程度とすることができる。
【００３５】
図６に示す第二の実施態様では、太陽電池１０は、モット絶縁体またはモット半導体を含む層３とバンド半導体を含む層５とが接合しており、このバンド半導体を含む層５はさらに下部基板を兼ねる第二電極１１を備えている。バンド半導体基板の材料は、モット絶縁体またはモット半導体との相性によって適宜選択されるが、例えば、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板等を採用することができる。第二電極１１の材料は、バンド半導体を含む層５との相性によって適宜選択されるが、例えば、金、銀、白金、チタン、アルミニウム、銅、タングステンを採用することができる。第二補助電極１３の材料は、第二電極１１との相性によって適宜選択されるが、例えば、金、銀、白金、チタン、アルミニウム、銅、タングステンを採用することができる。
【００３６】
本発明の太陽電池は、上記第一固体材料層と第二固体材料層とのｐ−ｎ接合構造を２個以上含むものであってよく、例えば、ｐ−ｎ接合構造同士を２個以上直列に接続した太陽電池であってもよい。
また、光の受光面において光集光効果を高めるために凹凸の表面構造を備えた太陽電池であってもよい。
【００３７】
本発明の太陽電池の層構成の具体例としては、例えば、Ａｕ／Ｌａ２ＣｕＯ４／ＳｒＴｉＯ３：Ｎｂ、Ａｕ／Ｐｒ0.7Ｃａ0.3ＭｎＯ３／ＳｒＴｉＯ３：Ｎｂ、Ａｕ／ＬａＭｎＯ３／ＳｒＴｉＯ３：Ｎｂ等を挙げることができる。
（実施の形態２）
【００３８】
上述したシミュレーション実施例にもとづきｐ型モット絶縁体とｎ型バンド半導体とでｐ−ｎ接合を形成した図１に示す太陽電池を製作した。まずｎ型バンド半導体であるＮｂ；ＳｒＴｉＯ３結晶を基体５として用い、この基体５は下部電極をかねるものとした。該基体５上に、ｐ型モット絶縁体であるＬａＭｎＯ３をレーザーアブレーション法により、３００Ａの厚さに形成した。条件としては８５０℃、１ｍＴｏｒｒの酸素雰囲気下で、成長速度は１６Ａ／分で成膜した。ついで上部電極（第一電極）７として金薄膜を５０Ａ成膜し、４５０℃、１気圧酸素雰囲気で熱処理を施した。下部基体５にはチタン金属（２００Ａ）で補助電極１１を形成した。このモット絶縁体を用いた太陽電池１に太陽光と同じ波長強度をもつ標準光を照射したときの光電流―電圧特性を図７に示す。図７より、ｐ−ｎ接合を形成する固体材料にモット絶縁体を用いた場合であっても、光起電力が発生することがわかる。
【００３９】
なお、本発明において太陽電池として説明したモット絶縁体またはモット半導体を含むｐ−ｎ接合構造は、光検出器（フォトダイオード）にも応用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１、１０  太陽電池
３  第一固体材料層
５  第二固体材料層
７  第一電極
９  第一補助電極
１１  第二電極
１３  第二補助電極
３０  磁気構造
３１  格子点
３２  局在スピン
【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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