(57)【要約】【課題】１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出することができる光センサを提供する。【解決手段】本開示の光センサ（１０）は、第１電極（１）と、第１電極（１）に対向して配置された第２電極（３）と、第１電極（１）と第２電極（３）との間に配置され、入射光を電荷に変換する光電変換層（２）と、を備える。第１電極（１）及び第２電極（３）からなる群より選ばれる少なくとも１つの電極が透光性を有する。光電変換層（２）は、ペロブスカイト型化合物を含む。ペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピークと、第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有する。光電変換層（２）と、第１電極（１）及び第２電極（３）のそれぞれとがオーミック接触している。【選択図】図１
2019087727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、入射光を電荷に変換する光電変換層と、
を備え、
前記第１電極及び前記第２電極からなる群より選ばれる少なくとも１つの電極が透光性を有し、
前記光電変換層は、ペロブスカイト型化合物を含み、
前記ペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピークと、前記第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有し、
前記光電変換層と、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれとがオーミック接触している、
光センサ。
【請求項２】
前記第１電極の仕事関数の値と、前記第２電極の仕事関数の値との差が０．５ｅＶ以下である、
請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記ペロブスカイト型化合物は、前記第１ピークに対応する第１バンドギャップと、前記第２ピークに対応する第２バンドギャップと、を有し、
前記第１電極または前記第２電極の仕事関数の値は、前記第１バンドギャップの伝導帯下端と前記第２バンドギャップの伝導帯下端との間、又は、前記第１バンドギャップの価電子帯上端と前記第２バンドギャップの価電子帯上端との間に位置している、
請求項１に記載の光センサ。
【請求項４】
前記第1ピークは８００ｎｍ以上８４０ｎｍ以下の波長範囲に位置しており、
前記第２ピークは８５０ｎｍ以上９１０ｎｍ以下の波長範囲に位置している、
請求項１に記載の光センサ。
【請求項５】
光センサと、
前記光センサに電気的に接続された検出部と、
を備え、
前記光センサは、
第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、入射光を電荷に変換する光電変換層と、
を備え、
前記第１電極及び前記第２電極からなる群より選ばれる少なくとも１つの電極が透光性を有し、
前記光電変換層は、ペロブスカイト型化合物を含み、
前記ペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピークと、前記第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有し、
前記光電変換層と、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれとがオーミック接触している、
光検出装置。
【請求項６】
前記光センサに電気的に接続されたダイオードをさらに備えた、
請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記光センサに電気的に接続された電荷蓄積部をさらに備えた、
請求項５に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記電荷蓄積部は、正電荷及び負電荷のそれぞれを蓄積するように構成されている、
請求項７に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記光センサに電気的に接続された電源装置をさらに備えた、
請求項５に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記第１ピークは８００ｎｍ以上８４０ｎｍ以下の波長範囲に位置しており、
前記第２ピークは８５０ｎｍ以上９１０ｎｍ以下の波長範囲に位置している、
請求項５に記載の光検出装置。
【請求項１１】
組成式ＡＭＸ3（Ａは１価のカチオン、Ｍは２価のカチオン、Ｘは１価のアニオン）で示されるペロブスカイト型化合物を含む光吸収材料であって、
前記Ｍは、Ｓｎ2+を含み、
前記光吸収材料の蛍光スペクトルは、第１ピークと、前記第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有する、
光吸収材料。
【請求項１２】
前記Ａは、ホルムアミジニウムカチオンを含む、
請求項１１に記載の光吸収材料。
【請求項１３】
前記第1ピークは８００ｎｍ以上８４０ｎｍ以下の波長範囲に位置しており、
前記第２ピークは８５０ｎｍ以上９１０ｎｍ以下の波長範囲に位置している、
請求項１１に記載の光吸収材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光センサ及びそれを用いた光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサは、イメージセンサー、入射光の強度及び波長を感知するフォトディテクターなどに用いられる素子を含むものであり、近年需要が高まっている。特に、可視光（４００から８００ｎｍ）及び近赤外光（８００から１２００ｎｍ）を検出できる光センサにおいて、画素数の向上、撮像の高速化、感度を有する波長帯域の狭域化などが求められている。感度を有する波長帯域の狭域化は、光センサによって特定の波長のみを検出することを目的としている。
【０００３】
一方、組成式ＡＭＸ3（Ａは１価のカチオン、Ｍは２価のカチオン、Ｘはハロゲンアニオン）で示されるペロブスカイト型結晶又はその類似の構造体を光吸収材料として用いたペロブスカイト太陽電池の研究開発が進められている。上記の光吸収材料は、光センサに応用することができる。例えば、非特許文献１には、光吸収材料としてＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3（以下、「ＭＡＰｂＩ3」と省略することがある）を含むペロブスカイト層を用いたセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．  ２０１５，  ２７，  ２０６０−２０６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光吸収材料を用いた光センサでは、１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出することは難しい。
【０００６】
本開示は、１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出するための技術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】
【０００７】
本開示の一態様に係る光センサは、
第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、入射光を電荷に変換する光電変換層と、
を備える。
前記第１電極及び前記第２電極からなる群より選ばれる少なくとも１つの電極が透光性を有する。
前記光電変換層は、ペロブスカイト型化合物を含む。
前記ペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピークと、前記第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有する。
前記光電変換層と、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれとがオーミック接触している。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の光センサによれば、１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の光センサの一例を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、２つの蛍光ピークを有する蛍光スペクトルを示すＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3のバンド構造を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の光検出装置の一例を示す回路図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の光検出装置の他の例を示す回路図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本開示の光検出装置のさらに他の例を示す回路図である。
【図４】図４は、図３Ａから図３Ｃに示す光検出装置において、電源装置が第１電極及び第２電極のそれぞれに電気的に接続された状態を説明する図である。
【図５】図５は、実施例１の光センサの光電変換層に含まれたペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルを示す図である。
【図６】図６は、実施例４の光センサの光電変換層に含まれたペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、比較例１の光センサの光電変換層に含まれたペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルを示す図である。
【図８】図８は、比較例３の光センサの光電変換層に含まれたペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルを示す図である。
【図９】図９は、実施例１の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例２の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例３の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例４の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１３】図１３は、比較例１の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１４】図１４は、比較例２の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１５】図１５は、比較例３の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１６】図１６は、比較例４の光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【図１７】図１７は、実施例２の光センサにバイアス電圧が印加されたときの光センサの各波長での量子効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜本開示の基礎となった知見＞
光センサは、太陽電池と似たデバイス構成を有しており、簡便に光を検出できる。また、複数の光センサを高密度に接続することが可能である。しかし、従来の光センサにおいては、１つの素子では、１つの波長域の光しか検出できない。そのため、複数の波長域の光に対する感度が必要な場合、複数の素子を配置する手法がとられている。例えば、特開２０１７−０１１２７３号公報には、感度を有する波長域が互いに異なる複数の素子を平面状に並べて、複数の波長域の光を区別して検出する方法が開示されている。しかし、この手法では複数種類の素子が必要となるため、素子の高密度化が困難である。また、特開平１−０７７１８２号公報には、感度を有する波長域が互いに異なる複数の素子を厚さ方向に並べて、複数の波長域の光を区別して検出する方法が開示されている。しかし、素子を積層するため、装置の構成が複雑になる。このように、複数の波長域の光に対する感度をもつ光センサを実現するには、素子の密度を一定以上にできない、又は、素子が複雑化するという問題がある。
【００１１】
＜本開示に係る一態様の概要＞
本開示の第１の態様に係る光センサは、
第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、入射光を電荷に変換する光電変換層と、
を備える。
前記第１電極及び前記第２電極からなる群より選ばれる少なくとも１つの電極が透光性を有する。
前記光電変換層は、ペロブスカイト型化合物を含む。
前記ペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピークと、前記第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有する。
前記光電変換層と、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれとがオーミック接触している。
【００１２】
第１の態様に係る光センサにおいて、光電変換層に含まれたペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピーク及び第２ピークを有する。光センサにおいて、光電変換層と、第１電極及び第２電極のそれぞれとがオーミック接触している。そのため、照射された光の波長域によって、検出電流の方向が変化する。これにより、１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出することができる。
【００１３】
本開示の第２の態様において、例えば、第１の態様に係る光センサの前記第１電極の仕事関数の値と、前記第２電極の仕事関数の値との差が０．５ｅＶ以下である。第２の態様によれば、光センサは、１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出することができる。
【００１４】
本開示の第３の態様において、例えば、第１又は第２の態様に係る光センサの前記ペロブスカイト型化合物は、前記第１ピークに対応する第１バンドギャップと、前記第２ピークに対応する第２バンドギャップと、を有し、前記第１電極または前記第２電極の仕事関数の値は、前記第１バンドギャップの伝導帯下端と前記第２バンドギャップの伝導帯下端との間、又は、前記第１バンドギャップの価電子帯上端と前記第２バンドギャップの価電子帯上端との間に位置している。第３の態様によれば、光センサは、１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出することができる。本開示の第４の態様は、前記第１ピークが８００ｎｍ以上８４０ｎｍ以下の波長範囲に位置しており、前記第２ピークが８５０ｎｍ以上９１０ｎｍ以下の波長範囲に位置している、第１から第３の態様のいずれかに係る光センサであってもよい。
【００１５】
本開示の第５の態様に係る光検出装置は、
第１から第４の態様のいずれか１つの態様に係る光センサと、
前記光センサに電気的に接続された検出部と、
を備えている。
【００１６】
第５の態様に係る光検出装置によれば、装置を小型化することができる。そのため、複数の光検出装置を接続して使用する場合、単位面積当たりの光検出装置の数を増加できる。
【００１７】
本開示の第６の態様において、例えば、第５の態様に係る光検出装置は、前記光センサに電気的に接続されたダイオードをさらに備えている。第５の態様に係る光検出装置によれば、照射された光の波長に応じてダイオードのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことができる。
【００１８】
本開示の第７の態様において、例えば、第５又は第６の態様に係る光検出装置は、前記光センサに電気的に接続された電荷蓄積部をさらに備えている。第７の態様に係る光検出装置によれば、電荷蓄積部によって、光センサで生じた電荷を蓄積することができる。そのため、光センサから生じた起電力が小さくても、電流を増幅することができる。
【００１９】
本開示の第８の態様において、例えば、第７の態様に係る光検出装置の前記電荷蓄積部は、正電荷及び負電荷のそれぞれを蓄積するように構成されている。第８の態様に係る光検出装置によれば、光センサから生じた電流の方向に関わらず、電流を増幅することができる。
【００２０】
本開示の第９の態様において、例えば、第５から第８の態様のいずれか１つの態様に係る光検出装置は、前記光センサに電気的に接続された電源装置をさらに備えている。第９の態様に係る光検出装置によれば、電源装置によって、光センサにバイアス電圧を印加できる。光センサに印加されたバイアス電圧の大きさを調節することによって、光センサの切り替え波長を調節できる。これにより、光センサによって、任意の波長域の光を検出することができる。本開示の第１０の態様は、前記第1ピークが８００ｎｍ以上８４０ｎｍ以下の波長範囲に位置しており、前記第２ピークが８５０ｎｍ以上９１０ｎｍ以下の波長範囲に位置している、第５から第９の態様のいずれかに係る光検出装置であってもよい。
【００２１】
本開示の第１１の態様に係る光吸収材料は、
組成式ＡＭＸ3（Ａは１価のカチオン、Ｍは２価のカチオン、Ｘは１価のアニオン）で示されるペロブスカイト型化合物を含む光吸収材料であって、
前記Ｍは、Ｓｎ2+を含み、
前記光吸収材料の蛍光スペクトルは、第１ピークと、前記第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有する。
【００２２】
第１１の態様に係る光吸収材料において、蛍光スペクトルは、第１ピーク及び第２ピークを有する。そのため、適切な電極を選択すれば、照射された光の波長域に応じて、光吸収材料から生じる電流の方向を変化させることができる。すなわち、光吸収材料によれば、複数の波長域の光を区別して検出することができる。
【００２３】
本開示の第１２の態様において、例えば、第１１の態様に係る光吸収材料の前記Ａは、ホルムアミジニウムカチオンを含む。第１２の態様に係る光吸収材料によれば、複数の波長域の光を区別して検出することができる。本開示の第１３の態様は、前記第1ピークが８００ｎｍ以上８４０ｎｍ以下の波長範囲に位置しており、前記第２ピークが８５０ｎｍ以上９１０ｎｍ以下の波長範囲に位置している、第１１または１２の態様に係る光吸収材料であってもよい。
【００２４】
＜本開示の実施形態＞
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２５】
［実施形態１］
実施形態１では、本開示の光センサの実施形態について説明する。本開示の光センサの実施形態の概要は以下のとおりである。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る光センサ１０は、第１電極１、光電変換層２及び第２電極３を備えている。光電変換層２は、ペロブスカイト型化合物を含む。ペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピークと、第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有する。以下、このような特徴を有するペロブスカイト型化合物を、「実施形態１におけるペロブスカイト型化合物」と記載することがある。
【００２７】
（２つ以上の蛍光発光ピークを有する材料）
以下では、ＰＬ（蛍光発光：Ｐｈｏｔｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ピークが２つ以上存在する材料について説明する。
【００２８】
一般に半導体材料は、そのバンド構造に由来する１つのバンドギャップを有し、そのバンドギャップに対応した１つのＰＬピークを有する。一方、ペロブスカイト材料には、電子が直接遷移するバンドギャップ（以下、「第１バンドギャップ」と呼ぶ）とは別に、より小さなエネルギーで電子が遷移するバンドギャップ（以下、「第２バンドギャップ」と呼ぶ）が存在することがある。第２バンドギャップを有するペロブスカイト材料は、第２バンドギャップに起因する小さい吸収係数を有する。第２バンドギャップに起因した蛍光は、長い蛍光寿命を有する。第２バンドギャップは、スピン軌道相互作用によるものといわれており、このようなペロブスカイト材料は、通常のバンドギャップ付近とは別に、小さいバンドギャップを有している。
【００２９】
図２は、第一原理計算でスピン軌道相互作用を考慮した場合のバンド構造を示したものである。バンド構造のモデルとしては、２つのＰＬピークを有する蛍光スペクトルを示すＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3を用いている。
【００３０】
図２中の矢印付近（点線の枠内）が伝導帯の下端を示しており、伝導帯が分裂していることが分かる。すなわち、モデルとして用いたＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3は、第１バンドギャップ及び第２バンドギャップを有している。
【００３１】
次に、このような特性を有する材料への光照射について説明する。第１バンドギャップよりも大きなエネルギーを有する光が照射されると、第１バンドギャップで電子が直接遷移し、電荷分離が生じる。この場合、第２バンドギャップで遷移が起こる確率は低い。これは、第２バンドギャップの吸収係数が小さく、遷移の確率が第１バンドギャップよりも低いためである。したがって、電荷分離された電子及び正孔は、それぞれ、第１バンドギャップの伝導帯及び価電子帯に高確率に存在することになる。
【００３２】
第１バンドギャップよりも小さく、第２バンドギャップよりも大きなエネルギーを有する光が照射されると、第２バンドギャップで電子が間接遷移し、電荷分離が生じる。電荷分離された電子及び正孔は、それぞれ、第２バンドギャップの伝導帯及び価電子帯に存在することになる。第２バンドギャップの伝導帯は、第１バンドギャップの伝導帯よりも低いエネルギー準位にある。第２バンドギャップの価電子帯は、第１バンドギャップの価電子帯よりも高いエネルギー準位にある。
【００３３】
上記の２つの遷移は、スピンの方向が異なるために、互いに容易に遷移することはない。例えば、第１バンドギャップで直接遷移した電子は、第２バンドギャップの伝導帯に容易に遷移しない。言い換えると、第１バンドギャップで直接遷移した電子は、熱失活した場合でも、第２バンドギャップの伝導帯に容易に遷移しない。第１バンドギャップで電荷分離された電子及び正孔が再度結合すると蛍光が生じる。この蛍光に起因して、蛍光スペクトルは、第１ピークを有する。第２バンドギャップで電荷分離された電子及び正孔が再度結合すると蛍光が生じる。この蛍光に起因して、蛍光スペクトルは、第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークを有する。
【００３４】
このように、照射される光の波長域によって、光吸収材料中で遷移が起きたときの電子及び正孔のエネルギー準位が異なる。そのため、適切な電極で光吸収材料を挟むことによって、これら２つの遷移から生じる電流が、互いに逆方向になるように制御することが可能になる。
【００３５】
（ペロブスカイト型化合物）
次に、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物について説明する。実施形態１におけるペロブスカイト型化合物は、組成式ＡＭＸ3（Ａは１価のカチオン、Ｍは２価のカチオン、Ｘは１価のアニオン）で示され、ペロブスカイト構造を有する。Ａは、例えば、ホルムアミジニウムカチオンを含む。Ｍは、例えば、Ｐｂ2+及びＳｎ2+からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。Ｍは、例えば、Ｓｎ2+を含む。組成式ＡＭＸ3は、例えば、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＩ3（以下、「ＦＡＰｂＩ3」と省略することがある）、ＨＣ（ＮＨ2）2ＳｎＩ3（以下、「ＦＡＳｎＩ3」と省略することがある）、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3（以下、「ＭＡＰｂＩ3」と省略することがある）又はＣＨ3ＮＨ3ＳｎＩ3（以下、「ＭＡＳｎＩ3」と省略することがある）である。
【００３６】
上述のとおり、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、第１ピークと、第１ピークよりも長波長側に位置する第２ピークとを有している。第１ピークは、例えば、８００から８４０ｎｍの範囲に位置している。第２ピークは、例えば、第１ピークと、第１ピークよりもエネルギーが０．０５ｅＶ低い波長との間に位置している。第２ピークは、例えば、８５０から９１０ｎｍの範囲に位置している。第２ピークの蛍光の蛍光寿命は、第１ピークの蛍光の蛍光寿命よりも長い。蛍光ピークにおける蛍光寿命測定では、第２ピークの蛍光の蛍光寿命は、例えば、２５℃で１０から３０ナノ秒の範囲にある。これに対し、第１ピークの蛍光の蛍光寿命は、例えば、同条件において５ナノ秒以上１０ナノ秒未満である。ペロブスカイト型化合物の蛍光スペクトルは、市販の蛍光分光光度計によって測定できる。蛍光寿命は、市販の蛍光寿命測定装置によって測定することができる。
【００３７】
（ペロブスカイト型化合物の製造方法）
次に、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物の製造方法の一例を説明する。
【００３８】
まず、ＭＸ2及びＡＸを有機溶媒に添加する。有機溶媒におけるＭＸ2の濃度は、ＡＸの濃度と同じであってもよい。有機溶媒は、例えば、γ−ブチルラクトンである。次に、有機溶媒を加熱し、ＭＸ2及びＡＸを有機溶媒に溶解させることによって、第１の溶液を得る。得られた第１の溶液を室温で保存する。
【００３９】
次に、室温まで冷却された第１の溶液に水を混合する。これにより、第２の溶液を得る。第２の溶液における水の体積比率は、例えば、０．７ｖｏｌ％である。得られた第２の溶液を室温で保存する。第２の溶液を保存する時間（保存時間Ｔｓ）は、例えば、０から４８時間である。
【００４０】
次に、第２の溶液を加熱処理する。加熱処理では、第２の溶液の温度を第１温度から第２温度まで徐々に上昇させる。第１温度は、第２温度よりも低い温度である。第１温度は、例えば、−２０から８０℃の範囲にある。第２温度は、例えば、７０から２００℃の範囲にある。第１温度から第２温度に達するまでの時間は、例えば、０．５時間から１０時間である。上記の条件で加熱処理を行った場合、第２の溶液からペロブスカイト型化合物の結晶がゆっくり析出する。
【００４１】
このように、ゆっくりと結晶析出させることで２つのＰＬピークをもつ材料が析出する。これは結晶析出の速度を遅くすることによって、より結晶性の高い材料が得られるためと考えられる。本開示者は、上述のような伝導帯の分裂は、ペロブスカイト構造のＡサイトにおける有機分子の配向性が揃っている事が有力な要因であると考えている。つまり、Ａサイトに位置する有機分子が同じ方向に揃って存在しているほど、ＭＸ6の八面体が歪む。このことにより、ペロブスカイト型結晶の空間反転の対称性がなくなり、縮退していた伝導帯の分裂が起こる。これが第２ピークのＰＬピークが出現する理由であると推測している。このように、高い結晶性が得られる上記の方法によって結晶を作製することで、有機分子の配向性が揃いやすくなり、２つのＰＬピークをもつ材料になると考えられる。
【００４２】
実施形態１におけるペロブスカイト型化合物の製造方法は、上記の方法に限定されない。例えば、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物は、ＩＴＣ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法によって製造されてもよい。ＩＴＣ法では、まず、上記の第１の溶液を調製する。次に、基板上に第１の溶液をスピンコート法にて塗布し、加熱する。これにより、基板の上にテンプレート層が形成された試料が得られる。
【００４３】
次に、第１の溶液及び試料を加熱する。加熱された第１の溶液に試料を浸漬させる。次に、第１の溶液から試料を取り出し、試料表面に付着した溶媒を除去する。次に、試料に対して加熱処理を行う。加熱処理は、例えば、１００℃で５ｍｉｎから１５ｍｉｎ行った後、続けて１８０℃で５ｍｉｎから１５ｍｉｎ行う。これにより、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物が得られる。
【００４４】
（光センサ１０の構成）
次に、光センサ１０の構成について説明する。
【００４５】
図１に示すように、光センサ１０の厚さ方向に、第１電極１、光電変換層２及び第２電極３がこの順番で積層されている。第１電極１は、光電変換層２を介して第２電極３と対向している。光電変換層２は、第１電極１と第２電極３との間に配置されている。光センサ１０は、第１電極１、光電変換層２及び第２電極３を支持する基板をさらに備えていてもよい。このとき、基板上に、第１電極１と、光電変換層２と、第２電極３と、がこの順に積層されていてもよい。第１電極１及び第２電極３からなる群より選ばれる少なくとも１つの電極は、透光性を有する。本明細書において、「電極が透光性を有する」の語は、２００から２０００ｎｍの波長を有する光のうち、いずれかの波長において、１０％以上の光が電極を透過することを意味する。
【００４６】
第１電極１及び第２電極３のそれぞれは、光電変換層２と互いにオーミックに接触する材料で形成されている。このような材料で第１電極１及び第２電極３を形成することにより、光電変換層２から２方向に電流を流すことができる。したがって、照射する光の波長域の変化に応じて流れる電流の方向が変化する効果を得ることができる。
【００４７】
第１電極１の仕事関数の値と、第２電極３の仕事関数の値との差は、例えば、０．５ｅＶ以下である。第１電極１の仕事関数の値と、第２電極３の仕事関数の値との差を、このような範囲内に設定することにより、第１バンドギャップで遷移した電子と、第２バンドギャップで遷移した電子とが、それぞれ異なる電極に移動する確率を高めることができる。言い換えると、照射光の波長域を変えることによって電流の方向が容易に変化する。第１電極１の仕事関数の値と、第２電極３の仕事関数の値との差は、０．１ｅＶ以下であってもよい。
【００４８】
また、第１電極１及び第２電極３のどちらか一方の電極の仕事関数の値は、第１バンドギャップの伝導帯下端と第２バンドギャップの伝導帯下端との間、又は、第１バンドギャップの価電子帯上端と第２バンドギャップの価電子帯上端との間に位置してもよい。言い換えると、第１電極１及び第２電極３からなる群より選ばれる少なくとも１つの電極の仕事関数の値は、第１バンドギャップの伝導帯下端のエネルギー準位と第２バンドギャップの伝導帯下端のエネルギー準位との間の値、又は、第１バンドギャップの価電子帯上端のエネルギー準位と第２バンドギャップの価電子帯上端のエネルギー準位との間の値であってもよい。第１電極１及び第２電極３の仕事関数の値が、いずれも、第２バンドギャップの伝導帯下端のエネルギー準位と価電子帯上端のエネルギー準位との間の値である場合には、照射光の波長域を変化させても、流れる電流の向きは変化しない。一方、第１電極１及び第２電極３のどちらか一方の電極の仕事関数の値を、第１バンドギャップの伝導帯下端と第２バンドギャップの伝導帯下端との間、又は、第１バンドギャップの価電子帯上端と第２バンドギャップの価電子帯上端との間に位置させることにより、照射する光の波長域の変化に応じて、流れる電流の向きを容易に変化させることができる。
【００４９】
本実施形態の光センサ１０は、例えば、以下の方法によって作製することができる。まず、基板の表面に第１電極１を、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）法、スパッタ法などにより形成する。次に、第１電極１の上に光電変換層２を塗布法などによって形成する。例えば、ペロブスカイト型化合物を所定の厚さに切り出して光電変換層２とし、第１電極１上に配置してもよい。それから、光電変換層２の上に、第２電極３を形成することにより、光センサ１０を得ることができる。
【００５０】
次に、光センサ１０の基本的な作用効果を説明する。光センサ１０に光が照射されると、光電変換層２が光を吸収し、励起された電子と、正孔とを発生させる。電子及び正孔が第１バンドギャップで電荷分離されたとき、励起された電子は、例えば、第１電極１に移動する。このとき、光電変換層２で生じた正孔は、第２電極３に移動する。これにより、光センサ１０において、第１電極１及び第２電極３から第１方向に流れる電流を取り出すことができる。一方、電子及び正孔が第２バンドギャップで電荷分離されたとき、励起された電子は、例えば、第２電極３に移動する。このとき、光電変換層２で生じた正孔は、第１電極１に移動する。これにより、光センサ１０において、第１電極１及び第２電極３から第２方向に流れる電流を取り出すことができる。第２方向は、第１方向と反対の方向である。このように、光センサ１０では、照射された光の波長域によって、検出電流の方向が変化する。これにより、１つの光センサの素子で複数の波長域の光を区別して検出することができる。
【００５１】
光センサ１０では、特定の波長より短い波長を有する光が光センサ１０に照射されたときに生じる電流の方向と、特定の波長より長い波長を有する光が光センサ１０に照射されたときに生じる電流の方向とが異なることがある。すなわち、光センサ１０では、照射する光の波長を段階的に変化させたとき、特定の波長で、光センサ１０から生じる電流の方向が変化することがある。本明細書では、この特定の波長のことを「切り替え波長」と表現することがある。
【００５２】
切り替え波長は、例えば、第１電極１の材料、光電変換層２の材料及び第２電極３の材料に応じて定まる。また、光センサ１０にバイアス電圧が印加されたとき、バイアス電圧の大きさに応じて、切り替え波長が変化する。このことは、以下のように説明される。
【００５３】
光センサ１０の光電変換層２に含まれるペロブスカイト型化合物は、第１バンドギャップと第２バンドギャップとを有する。この場合、光センサ１０は、負の発電量を有する第１太陽電池と、正の発電量を有する第２太陽電池とを接続したものと等価であるとみなすことができる。例えば、バイアス電圧を印加していないときの光センサ１０の量子効率が、Ａｎｍ未満の波長に対しては負であり、Ａｎｍ以上Ｂｎｍ以下（ただし、Ａ＜Ｂ）の波長に対しては正であるとする。このとき、Ａｎｍ未満の波長帯域では、第１太陽電池の発電量の絶対値は、第２太陽電池の発電量の絶対値よりも大きいとみなすことができる。Ａｎｍ以上Ｂｎｍ以下の波長帯域では、第２太陽電池の発電量の絶対値は、第１太陽電池の発電量の絶対値よりも大きいとみなすことができる。また、このときの光センサ１０の切り替え波長は、Ａｎｍである。光センサ１０の切り替え波長は、第１太陽電池の発電量の絶対値と第２太陽電池の発電量の絶対値とが等しくなる波長に相当する。この光センサ１０にマイナスのバイアス電圧を印加すると、第１太陽電池からは出力を取り出しにくくなり、第２太陽電池からは出力を取り出しやすくなる。したがって、切り替え波長は、Ａｎｍよりも短波長側に変化する。光センサ１０にプラスのバイアス電圧が印加された場合は、光センサ１０にマイナスのバイアス電圧が印加された場合と逆の現象が生じる。また、光センサ１０に印加されたバイアス電圧の大きさを連続的に変化させることによって、切り替え波長も連続的に変化する。そのため、光センサ１０に印加されたバイアス電圧の大きさを調節することによって、任意の切り替え波長を有する光センサ１０が得られる。これにより、光センサ１０によって、任意の波長域の光を検出することができる。
【００５４】
以下、光センサ１０の各構成要素について、具体的に説明する。
【００５５】
（基板）
基板は、付随的な構成要素である。基板は、光センサ１０の各層を保持する役割を果たす。基板は、透明な材料から形成することができる。基板としては、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板は、例えば、プラスチックフィルムを含む。また、第１電極１が十分な強度を有している場合、第１電極１によって各層を保持することができるので、必ずしも基板を設けなくてもよい。
【００５６】
（第１電極１）
第１電極１は、導電性を有する。第１電極１は、光電変換層２とオーミック接触する。また、第１電極１は、透光性を有する。第１電極１は、例えば、可視領域から近赤外領域の光を透過する。第１電極１は、例えば、透明であり、かつ、導電性を有する金属酸化物、すなわち半導体に充分な量のキャリアがドープされ、縮退しているようなものを用いて形成することができる。このような金属酸化物としては、例えば、インジウム−錫複合酸化物、アンチモンをドープした酸化錫、フッ素をドープした酸化錫、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムの少なくとも１種をドープした酸化亜鉛、又は、これらの複合物が挙げられる。第１電極１は、複数の金属又は半導体層が積層して構成されていてもよい。
【００５７】
また、第１電極１は、透明でない材料を用いて、光が透過するパターン状に形成することができる。光が透過するパターンとしては、例えば、線状（ストライプ状）、波線状、格子状（メッシュ状）、多数の微細な貫通孔が規則的若しくは不規則に配列されたパンチングメタル状のパターン、又は、これらとはネガ・ポジが反転したパターンが挙げられる。第１電極１がこれらのパターンを有すると、電極材料が存在しない開口部分を光が透過することができる。透明でない電極材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、鉄、ニッケル、スズ、亜鉛、又は、これらのいずれかを含む合金を挙げることができる。また、電極材料として、導電性を有する炭素材料を用いることもできる。
【００５８】
第１電極１の光の透過率は、例えば５０％以上であってもよく、８０％以上であってもよい。第１電極１が透過すべき光の波長は、光電変換層２の吸収波長に依存する。第１電極１の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲にある。
【００５９】
（光電変換層２）
光電変換層２は、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物を含む。光電変換層２の厚さは、例えば１００ｎｍ以上３００μｍ以下である。光電変換層２の厚さをこのように設定することにより、十分な光吸収量を確保し、かつ、電子と正孔とを層内で十分に拡散させることができる。したがって、電子と正孔とが第１電極１及び第２電極３に容易に移動できる。光電変換層２は、上述したようにペロブスカイト型化合物を切り出すことによって形成されてもよい。
【００６０】
光電変換層２は、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物とは別に、光吸収材料を含んでいてもよい。光電変換層２は、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物を含む光吸収材料を含んでいてもよい。光吸収材料は、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物を主として含んでいてもよい。ここで、「光吸収材料が、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物を主として含む」とは、光吸収材料が実施形態１におけるペロブスカイト型化合物を９０質量％以上含むことであり、例えば９５質量％以上含んでいてもよく、光吸収材料が実施形態１におけるペロブスカイト型化合物からなるものであってもよい。
【００６１】
光吸収材料は、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物を含んでいればよく、不純物を含み得る。光吸収材料は、実施形態１におけるペロブスカイト型化合物とは異なる他の化合物をさらに含んでいてもよい。
【００６２】
（第２電極３）
第２電極３は、導電性を有する。また、第２電極３は、光電変換層２とオーミック接触する。第２電極３は、透光性を有していてもよい。第２電極３は、第１電極１と同様の材料で構成することができる。また、第２電極３は、複数の金属又は半導体層が積層して構成されていてもよい。
【００６３】
［実施形態２］
実施形態２では、本開示の光検出装置について説明する。
【００６４】
光センサ１０は、光センサ１０において生じた電流を検出するための検出部と電気的に接続していてもよい。光センサ１０は、正又は負の一方方向の電流のみを流すダイオードと電気的に接続していてもよい。光センサ１０とダイオードとの接続は、スイッチを介してＯＮ／ＯＦＦできる形態であってもよい。光センサ１０は、スイッチを介して正／負のダイオードと接続を切り替えられる形態であってもよい。光センサ１０は、光センサ１０にバイアス電圧を印加するための電源装置と電気的に接続していてもよい。電源装置は、例えば、光センサ１０の第１電極１及び第２電極３のそれぞれに電気的に接続している。
【００６５】
図３Ａは、本開示の光検出装置の第１例を示す回路図である。光検出装置１００は、光センサ１０、電荷蓄積部２０、ダイオード３０、電流／電圧計測器４０及び電源装置６０を備えている。光検出装置１００において、各部材は、それぞれ、互いに電気的に接続されている。ダイオード３０は、光センサ１０と電荷蓄積部２０との間に配置されている。電流／電圧計測器４０は、検出部として機能する。
【００６６】
光センサ１０に光が照射されると、電流が生じる。光検出装置１００では、照射された光の波長に応じてダイオード３０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことができる。電流が電荷蓄積部２０に流れた場合、電流が電荷蓄積部２０で増幅される。増幅された電流が電流／電圧計測器４０で検出される。
【００６７】
光センサ１０には、電源装置６０によってバイアス電圧が印加されてもよい。上述のとおり、光センサ１０に印加されたバイアス電圧の大きさを調節することによって、検出できる光の波長域を自由に設定することができる。なお、光センサ１０にバイアス電圧が印加されたときでも、光センサ１０において生じた電流は、ダイオード３０によって一方方向に流れる。
【００６８】
以下、光検出装置１００の各構成要素について、具体的に説明する。
【００６９】
（電荷蓄積部２０）
電荷蓄積部２０は、光センサ１０に電気的に接続されている。電荷蓄積部２０は、正電荷及び負電荷のそれぞれを蓄積することができる。例えば、光センサ１０から発生する起電力が非常に小さい場合、光センサ１０で発生した電流を一定時間、電荷蓄積部２０に蓄積してから出力する。これにより、電流を増幅することができる。電荷蓄積部２０は、光センサ１０と電流／電圧検出器４０との間に配置される。また、本開示の光検出装置１００において、正電荷及び負電荷のそれぞれを保持することが求められる場合、電荷蓄積部２０として、正負の駆動範囲の電圧域が耐電圧範囲内となるキャパシタを用いてもよい。電荷蓄積部２０として、正負において対称な耐電圧をもつキャパシタを用いてもよい。
【００７０】
（ダイオード３０）
ダイオード３０は、光センサ１０に電気的に接続されている。ダイオード３０は、光センサ１０から発生する起電力（通常、−１．５から１．５Ｖ）において、一定方向にのみ電流を流す機能を有するものを用いることができる。ダイオード３０は、特に限定されず、一般に市販されているものなどを利用することができる。また、ダイオード３０は、スイッチング素子などを介して、外部制御によりＯＮ／ＯＦＦを切り替える機能を有していてもよい。
【００７１】
（電流／電圧計測器４０）
電流／電圧計測器４０は、光センサ１０に電気的に接続されている。電流／電圧計測器４０は、光センサ１０から生じる電流を検出することができる。これにより、光検出装置１００は、光を検出することができる。電流／電圧計測器４０としては、市販のものを用いることができる。
【００７２】
（電源装置６０）
電源装置６０は、光センサ１０に電気的に接続されている。図４に示すように、電源装置６０は、光センサ１０の第１電極１及び第２電極３のそれぞれに電気的に接続されていてもよい。電源装置６０は、光センサ１０にバイアス電圧を印加できる。電源装置６０は、例えば、電源、可変電圧回路及びスイッチを備えている。電源は、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータ、発電装置又は電池である。可変電圧回路は、光センサ１０に印加されるバイアス電圧の大きさを調節する。可変電圧回路は、例えば、昇圧チョッパ回路又は降圧チョッパ回路を含む。スイッチは、電源と、光センサ１０とを導通させるか否かを切り替えることができる。スイッチは、特に限定されず、市販のものを用いることができる。スイッチは、例えば、半導体スイッチである。スイッチとして用いる半導体スイッチの例として、ＦＥＴが挙げられる。
【００７３】
図３Ｂは、本開示の光検出装置の第２例を示す回路図である。光検出装置２００では、ダイオード３０が電荷蓄積部２０と電流／電圧計測器４０との間に配置されている。光検出装置１００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、光検出装置１００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【００７４】
光センサ１０に光が照射されると、電流が生じる。電流が電荷蓄積部２０に流れることによって、電流が増幅される。光検出装置２００では、検出した光の波長に応じてダイオード３０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことができる。増幅された電流が電流／電圧計測器４０に流れた場合、電流／電圧計測器４０で電流が検出される。
【００７５】
図３Ｃは、本開示の光検出装置の第３例を示す回路図である。光検出装置３００では、ダイオード３０が光センサ１０と電荷蓄積部２０との間に配置されている。ダイオード３０と光センサ１０との間にスイッチ５０が配置されている。光検出装置１００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、光検出装置１００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【００７６】
スイッチ５０は、光センサ１０とダイオード３０とを導通させるか否かを切り替えることができる。光検出装置３００では、光センサ１０とダイオード３０とが導通しない場合、光センサ１０と電荷蓄積部２０とが直接導通する。光センサ１０とダイオード３０とが導通しているとき、光検出装置３００では、検出した光の波長に応じてダイオード３０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことができる。光センサ１０とダイオード３０とが導通していないとき、電流は、流れる方向に関わらず、電荷蓄積部２０に流れる。電荷蓄積部２０によって、電流が増幅される。増幅された電流が電流／電圧計測器４０で検出される。光検出装置３００は、一方の方向に流れる電流を生じさせる光の波長、及び、他方の方向に流れる電流を生じさせる光の波長のうち、どちらの波長の光の入射強度が強いかを判別することができる。
【００７７】
（スイッチ５０）
スイッチ５０は、特に限定されず、市販のものを用いることができる。スイッチ５０は、例えば、半導体スイッチである。スイッチ５０として用いる半導体スイッチの例として、ＦＥＴが挙げられる。
【実施例】
【００７８】
以下、本開示を実施例によって具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７９】
［実施例１］
光センサを以下の方法で作製した。
【００８０】
まず、光電変換層に含まれるペロブスカイト型化合物として、以下の方法で２つのＰＬピークを有する化合物（ＦＡＰｂＩ3結晶：ＦＡ+＝ＣＨ（ＮＨ2）2+）を作製した。
【００８１】
まず、γ−ブチルラクトン（γ−ＢＬ）に、ＰｂＩ2（東京化成社製）と、ＦＡＩ（東京化成社製）とを添加し、８０℃に加熱したオイルバス中で溶解させ、黄色の溶液（第１の溶液）を得た。第１の溶液におけるＰｂＩ2の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌであった。第１の溶液におけるＦＡＩの濃度は、１ｍｏｌ／Ｌであった。次に、第１の溶液を一度室温まで冷却した後、体積比率で０．７ｖｏｌ％の純水をよく攪拌しながら混合した。これにより得られた液体（第２の溶液）を室温で所定の時間（保存時間Ｔｓ）保存した。
【００８２】
この後、第２の溶液を試験管に入れ、加熱したオイルバス中で静置させた。第２の溶液の初期温度を８０℃に設定し、そこから１時間かけて第２の溶液の温度を１１０℃まで上昇させ、ゆっくりと結晶析出を行った。これにより、液体の内部に黒色の結晶が析出した。この後、結晶をアセトンでよく洗浄することで、化合物（ＦＡＰｂＩ3結晶）を得た。
【００８３】
得られた化合物の蛍光スペクトルを測定したところ、８３０ｎｍと８８０ｎｍとに２つのピークを有していることが分かった。得られた蛍光スペクトルを図５に示す。
【００８４】
次に、上記の化合物をダイヤモンドカッターで平板状に切り取り、紙やすりで表面を平滑化することにより、厚さ２００μｍの平板状（７ｍｍ×７ｍｍ）の試料を得た。
【００８５】
次に、第１電極１としてＩＴＯ膜を表面に有する基板を用意した。続いて、ＩＴＯ層上に、光電変換層２として上記の平板状の試料を配置した。この後、試料の表面に金を蒸着することで、第２電極３を形成した。このようにして、実施例１の光センサを得た。素子のサイズ（面積）は、７ｍｍ×７ｍｍであった。実施例１の光センサの各構成は以下のとおりである。
【００８６】
基板：ガラス基板  （７ｍｍ×７ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）
第１電極１：ＩＴＯ  （表面抵抗１０Ω／□）
光電変換層２：ＦＡＰｂＩ3  （厚さ２００μｍ）
第２電極３：Ａｕ  （厚さ８０ｎｍ）
なお、第１電極１であるＩＴＯの仕事関数は４．７ｅＶ、第２電極３であるＡｕの仕事関数は４．７ｅＶである。
【００８７】
［実施例２］
実施例１で用いたＩＴＯ層上に、厚さ１００ｎｍのＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）をさらに製膜したこと以外は、実施例１と同じ方法によって、実施例２の光センサを作製した。実施例２の光センサでは、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳが第１電極１として機能した。なお、第１電極１であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの仕事関数は５．１ｅＶ、第２電極３であるＡｕの仕事関数は４．７ｅＶである。
【００８８】
［実施例３］
実施例１で用いたＩＴＯ層上に、厚さ２０ｎｍのＳｎＯ2をスパッタでさらに製膜したこと以外は、実施例１と同じ方法によって、実施例３の光センサを作製した。実施例３の光センサでは、ＳｎＯ2が第１電極１として機能した。なお、第１電極１であるＳｎＯ2の仕事関数は４．８ｅＶ、第２電極３であるＡｕの仕事関数は４．７ｅＶである。
【００８９】
［実施例４］
ＰｂＩ2の代わりにＳｎＩ2をγ−ＢＬに添加し、すべての作業をＮ2雰囲気下で行ったこと以外は、実施例１と同じ方法によって、実施例４の光センサを作製した。実施例４の光センサの光電変換層に含まれた化合物（ＦＡＳｎＩ3結晶）の蛍光スペクトルを図６に示す。図６からわかるとおり、上記の化合物の蛍光スペクトルは、８７０ｎｍと９２０ｎｍとに２つのピークを有していた。
【００９０】
［比較例１］
第１電極であるＩＴＯ層上に、ＰｂＩ2を１ｍｏｌ／Ｌ濃度で含み、かつ、ＦＡＩを１ｍｏｌ／Ｌの濃度で含むＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）溶液をスピンコート法で塗布することによって光電変換層を作製したこと以外は、実施例１と同じ方法によって、比較例１の光センサを作製した。比較例１の光センサの光電変換層に含まれた化合物（ＦＡＰｂＩ3結晶）の蛍光スペクトルを図７に示す。図７からわかるとおり、上記の化合物の蛍光スペクトルは、１つのピーク（８３０ｎｍ）しか有していなかった。
【００９１】
［比較例２］
実施例１で用いたＩＴＯ層上に、厚さ２０ｎｍのＴｉＯ2をスパッタでさらに製膜したこと以外は、実施例１と同じ方法によって、比較例２の光センサを作製した。比較例２の光センサでは、ＴｉＯ2が第１電極として機能した。なお、第１電極１であるＴｉＯ2の仕事関数は４．２ｅＶ、第２電極３であるＡｕの仕事関数は４．７ｅＶである。
【００９２】
［比較例３］
ＰｂＩ2の代わりにＳｎＩ2を含むＤＭＳＯ溶液を用いて、すべての作業をＮ2雰囲気下で行ったこと以外は、比較例１と同じ方法によって、比較例３の光センサを作製した。比較例３の光センサの光電変換層に含まれた化合物（ＦＡＳｎＩ3結晶）の蛍光スペクトルを図８に示す。図８からわかるとおり、上記の化合物の蛍光スペクトルは、１つのピーク（８８０ｎｍ）しか有していなかった。
【００９３】
［比較例４］
実施例４で用いたＩＴＯ層上に、厚さ２０ｎｍのＴｉＯ2をスパッタでさらに製膜したこと以外は、実施例４と同じ方法によって、比較例４の光センサを作製した。比較例４の光センサでは、ＴｉＯ2が第１電極として機能した。なお、第１電極１であるＴｉＯ2の仕事関数は４．２ｅＶ、第２電極３であるＡｕの仕事関数は４．７ｅＶである。
【００９４】
［特性評価］
実施例１から４及び比較例１から４の光センサについて、各波長での量子効率をセンサ特性として測定した。結果を図９から１６及び表１に示す。なお、量子効率の正負は、その波長帯域において電流が流れる方向に対応する。
【００９５】
【表１】
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【００９６】
表１のオーミック接触の欄において、○は、第１電極１及び第２電極３のそれぞれが光電変換層とオーミック接触していることを示している。×は、第１電極１及び第２電極３の少なくとも一方が光電変換層とオーミック接触していないことを示している。図９から１６及び表１からわかるとおり、２つ以上のＰＬピークを有する化合物を含む光電変換層を用い、かつ、オーミック接触する電極を配置した場合には、照射する光の波長の変化によって電流の流れる方向が逆転する。例えば、実施例１の光センサにおいて、７９０ｎｍより短い波長での量子効率は、正の値である。一方、７９０ｎｍ以上の波長での量子効率は、負の値である。すなわち、実施例１の光センサでは、７９０ｎｍの波長で、光センサから生じる電流の方向が逆転することがわかる。言い換えると、実施例１の光センサは、７９０ｎｍの切り替え波長を有していた。同様に、実施例２の光センサでは、７６０ｎｍの波長で、光センサから生じる電流の方向が逆転することがわかる。言い換えると、実施例２の光センサは、７６０ｎｍの切り替え波長を有していた。実施例３の光センサでは、７５０ｎｍの波長で、光センサから生じる電流の方向が逆転することがわかる。言い換えると、実施例３の光センサは、７５０ｎｍの切り替え波長を有していた。実施例４の光センサでは、８００ｎｍの波長で、光センサから生じる電流の方向が逆転することがわかる。言い換えると、実施例４の光センサは、８００ｎｍの切り替え波長を有していた。これに対して、比較例１から４の光センサでは、すべての波長域において量子効率が正又は負のいずれか一方の符号の値しかとらないため、照射する光の波長を変化させても電流方向が逆転しない。このように、本開示の光センサによれば、１つの素子で複数の波長域の光を区別して検出することができる。
【００９７】
次に、実施例２の光センサにバイアス電圧を印加した。バイアス電圧は、−０．０３Ｖであった。このとき、光センサについて、各波長での量子効率を測定した。結果を図１７に示す。図１７からわかるとおり、−０．０３Ｖのバイアス電圧を印加することによって、光センサの切り替え波長が短波長側に変化した。詳細には、光センサの切り替え波長は、７３０ｎｍであった。
【００９８】
次に、実施例２の光センサに印加するバイアス電圧を−０．０６Ｖに変更し、光センサについて、各波長での量子効率を測定した。結果を図１７に示す。このときの光センサの切り替え波長は、７００ｎｍであった。同様に、実施例２の光センサに印加するバイアス電圧を−０．１Ｖに変更し、光センサについて、各波長での量子効率を測定した。結果を図１７に示す。このときの光センサの切り替え波長は、６４０ｎｍであった。このように、本開示の光センサによれば、光センサに印加するバイアス電圧の大きさを調節することによって、任意の波長域の光を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本明細書に開示された技術は、光センサに有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１    第１電極
２    光電変換層
３    第２電極
１０    光センサ
２０    電荷蓄積部
３０    ダイオード
４０    電流／電圧計測器
６０    電源装置
１００，２００，３００    光検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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