(57)【要約】【課題】光電変換効率の向上を図り得る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池を提供する。【解決手段】正極としての金属電極２と、窓部材である透明基板３の表面に配置された負極としての金属カーボンナノチューブ４と、これら両電極間に配置される発電層６とから構成され、且つ上記発電層６は、ｎ型カーボンナノチューブ７とｐ型カーボンナノチューブ８とを混合させてなる混合層９と、この混合層９と金属電極２との間に層状に配置されるｐ型カーボンナノチューブ１０とから形成されたものである。【選択図】図１
2013211305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブを有する発電層が配置された太陽電池であって、
上記発電層を、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとを混合させてなる混合層および当該混合層と金属電極との間に層状に配置されるｐ型またはｎ型のカーボンナノチューブにより形成したことを特徴とする３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池。
【請求項２】
金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブを有する発電層が配置された太陽電池であって、
上記発電層を、ｐ型カーボンナノチューブ、ｎ型カーボンナノチューブおよび真性半導体であるｉ型カーボンナノチューブを混合させて形成したことを特徴とする３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元ホモ接合型カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーボンナノチューブを用いた太陽電池は、平面ヘテロ接合により構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５３２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のカーボンナノチューブを用いた太陽電池におけるｐｎ接合部分は、厚さが薄い平面内に限られており、多くの光は透過してしまうため、光電変換効率を上げることができなかった。
【０００５】
この問題への対処として、光吸収層を厚くするためにカーボンナノチューブを積み重ねた場合、ｐｎ接合より入射光側のカーボンナノチューブは光を吸収したとしても電荷分離が行われず、生成した電子と正孔は発光または緩和により熱となり再結合して、光電変換効率の向上には寄与せず、逆に、ｐｎ接合への光を遮り、光電変換効率を下げてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、光電変換効率の向上を図り得る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池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】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブを有する発電層が配置された太陽電池であって、
上記発電層を、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとを混合させてなる混合層および当該混合層と金属電極との間に層状に配置されるｐ型またはｎ型のカーボンナノチューブにより形成したものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブを有する発電層が配置された太陽電池であって、
上記発電層を、ｐ型カーボンナノチューブ、ｎ型カーボンナノチューブおよび真性半導体であるｉ型カーボンナノチューブを混合させて形成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
上記各太陽電池の構成によると、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとを混合させたので、３次元的（立体的）に多くのｐｎ接合が形成され、言い換えれば、３次元ホモ接合が形成され、したがってｐｎ接合界面での光の吸収量が増大して電子と正孔とが電荷分離される割合が大きくなるので、光電変換効率を大幅に向上させることができる。
【００１０】
特に、カーボンナノチューブを用いることにより下記のような効果が得られる。すなわち、カーボンナノチューブは凝集バンドル化し易い物質で、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとを凝集バンドル化すると、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとが密着し、長手方向全体にｐｎ接合が完成し、立体的に高い密度でｐｎ接合が実現され、光電変換効率が向上する。また、カーボンナノチューブは線状であり、電子、正孔などの電荷を運ぶのに適している。また、カーボンナノチューブでは、キャリア移動度が速いので、電子や正孔がその寿命内にｐｎ接合部分に達する機会が多いとともに、緩和する前に電極にも到達し得るので、多くの電流（電力）を取り出すことができる。また、カーボンナノチューブは低抵抗であるので、少ない損失で電荷を電極に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係る太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池について説明する。
この３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を有する発電層が配置されたものであり、以下、種々の実施例について説明する。なお、以下の各実施例において用いられるカーボンナノチューブという語句は、多数のカーボンナノチューブ群という意味で用いており、また部材の表面にカーボンナノチューブを配置するということは、カーボンナノチューブ群を層状（薄い層状であり、膜状ともいえる）に配置するということを意味しており、したがって層状に配置されたカーボンナノチューブ群をカーボンナノチューブ層と呼ぶこともできる。
【実施例１】
【００１３】
まず、本発明の実施例１に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池を図１に基づき説明する。
この実施例１に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を有する発電層が配置された太陽電池であって、上記発電層を、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとを混合させて形成するとともに、これらｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブの混合層と上記金属電極との間に、層状にｐ型カーボンナノチューブまたはｎ型カーボンナノチューブを配置し、且つ上記光を透過し得る電極を、透明部材および当該透明部材の表面に配置される電極としての金属カーボンナノチューブにより形成したものであり、さらに上記各ｐ型およびｎ型カーボンナノチューブについては、ｐ型およびｎ型ドーパントがカーボンナノチューブに内包（格子置換でもよい）されたものが用いられたものである。
【００１４】
図１に示すように、この太陽電池１は、正極としての金属電極（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｐｄなどが用いられる）２と、窓部材である透明基板（ＳｉＯ２、ガラスなどが用いられる）３の表面に配置された負極としての金属カーボンナノチューブ（光を透過し得る電極の一例で、集電体ともいえる）４と、これら両電極間に、すなわち金属電極２と金属カーボンナノチューブ４との間に配置される発電層６とから構成されている。
【００１５】
上記負極としての金属カーボンナノチューブ４は、透明基板３の表面に薄い層状（膜状）に配置されている。なお、金属カーボンナノチューブ４の代わりに、光を通過させ得る金属製の櫛型電極を用いてもよい。
【００１６】
また、上記透明基板３の表面には、すなわち透明基板３と負極としての金属カーボンナノチューブ４との間には、補助電極としての集電部材５が配置されている。この集電部材（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｐｄなどが用いられる）５は、当然に、光を通過させ得るように、例えばひし形の網目状に形成されたものが用いられている。なお、図面上は、その一部だけ示している。
【００１７】
上記発電層６は、ｎ型カーボンナノチューブ７とｐ型カーボンナノチューブ８とが混合されてなる混合層９と、この混合層９と金属電極２との間で薄い層状（膜状）に配置されたｐ型カーボンナノチューブ１０とから形成されている。
【００１８】
上記ｎ型ドーパントとしては、カーボンナノチューブより電気陰性度が小さい元素（例えば、Ｂａ，Ｃａ，Ｃｓ，Ｆｒ，Ｋ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｒｂ，Ｓｒなど）が用いられる。また、上記ｐ型ドーパントとしては、カーボンナノチューブより電気陰性度が大きい元素（例えば、Ｃｌ，Ｆ，Ｏ，Ｎなど）が用いられる。
【００１９】
そして、これらのドーパントは、粒状物または液状のものがカーボンナノチューブに内包される。
上記発電層６の形成に際しては、まずカーボンナノチューブ１０ａにｐ型ドーパント１０ｂが内包されてなるｐ型カーボンナノチューブ１０をスプレーにより、金属電極２の表面に薄い層状に塗布する。
【００２０】
次に、このｐ型カーボンナノチューブ１０の表面に、同じくカーボンナノチューブ７ａにｎ型ドーパント７ｂが内包されてなるｎ型カーボンナノチューブ７およびカーボンナノチューブ８ａにｐ型ドーパント８ｂが内包されてなるｐ型カーボンナノチューブ８とをＤＦＭ（ジメチルホルムアミド）などの有機溶媒で分散混合させてなる溶液をスプレーにより層状に塗布する。
【００２１】
この塗布により、ｎ型カーボンナノチューブ７とｐ型カーボンナノチューブ８とはランダムに分散された状態となる。
そして、この発電層６の表面（上面）に、金属カーボンナノチューブ４をスプレーにより薄い層状に塗布した後、表面（下面）に集電部材５が配置された透明基板３を載置して負極が形成されることにより、太陽電池１が得られる。
【００２２】
この太陽電池１において、ｎ型カーボンナノチューブ７とｐ型カーボンナノチューブ８とのｐｎ接合界面で電荷分離した電子は、当該ｎ型カーボンナノチューブ７を経て負極である金属カーボンナノチューブ４から取り出される。一方、正孔については、ｐ型カーボンナノチューブ８およびｐ型カーボンナノチューブ１０を経て正極である金属電極２から取り出される。
【００２３】
なお、混合層９と金属電極２との間にｐ型カーボンナノチューブ１０が薄い層状に配置されてｐｎ接合が形成されているので、電流の逆流が防止されている。
上記太陽電池１における発電層６の構成によると、ｎ型カーボンナノチューブ７とｐ型カーボンナノチューブ８とを混合させたので、３次元的（立体的）に多くのｐｎ接合が形成され、言い換えれば、３次元ホモ接合（バルクホモ接合）が形成され、したがってｐｎ接合界面での光の吸収量が増大して電子と正孔とが電荷分離される割合が大きくなるので、光電変換効率を大幅に向上させることができる。また、カーボンナノチューブ同士はバンドル化しやすいため、強力なｐｎ接合が得られる。
【００２４】
特に、カーボンナノチューブを用いることにより下記のような効果が得られる。すなわち、カーボンナノチューブは凝集バンドル化し易い物質で、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとを凝集バンドル化すると、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとが密着し、長手方向全体にｐｎ接合が完成し、立体的に高い密度でｐｎ接合が実現され、光電変換効率が向上する。また、カーボンナノチューブは線状であり、電子、正孔などの電荷を運ぶのに適している。また、カーボンナノチューブでは、キャリア移動度が速いので、電子や正孔がその寿命内にｐｎ接合部分に達する機会が多いとともに、緩和する前に電極にも到達し得るので、多くの電流（電力）を取り出すことができる。さらに、カーボンナノチューブは低抵抗であるので、少ない損失で電荷を電極に移動させることができる。なお、この効果は、以下に示す実施例２および実施例３でも得られるものである。
【００２５】
ところで、上述の実施例１においては、負極として金属カーボンナノチューブを用いたが、ＩＴＯなどの透明導電膜を用いてもよい。また、グラフェンを用いてもよく、この場合、太陽光は薄いグラフェン膜を通過することになる。
【００２６】
さらに、上述の実施例１においては、金属電極を正極にするとともに金属カーボンナノチューブを負極としたが、逆に、金属電極を負極にするとともに金属カーボンナノチューブを正極にしてもよい。この変形例の場合、金属電極とカーボンナノチューブの混合層との間に配置されるカーボンナノチューブはｎ型にされる。このｎ型カーボンナノチューブとしては、カーボンナノチューブにｎ型ドーパントが内包したものが用いられる。
【００２７】
なお、カーボンナノチューブにドーパントを内包させる方法としては、カーボンナノチューブにイオン注入する方法や、開口処理したカーボンナノチューブとドーパントを高真空中で保持し内包した後、開口部を閉じる方法などがある。
【００２８】
下記の表１に、上述した実施例１およびその変形例に係る各太陽電池の構成内容の一覧を示しておく。なお、表中、太陽光が入射する側と反対側の金属電極を裏面電極と称している。
【００２９】
【表１】
2013211305.tif 000003
【実施例２】
【００３０】
次に、本発明の実施例２に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池を図２に基づき説明する。
この実施例２に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を有する発電層が配置された太陽電池であって、上記発電層を、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとを混合させて形成するとともに、これらｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブの混合層と上記金属電極との間に、層状にｐ型カーボンナノチューブまたはｎ型カーボンナノチューブを配置し、且つ上記光を透過し得る電極を、透明部材および当該透明部材の表面に配置される集電体としての金属カーボンナノチューブにより形成したものであり、さらに上記各ｐ型カーボンナノチューブについては、ｐ型ドーパントがカーボンナノチューブに表面担持（外面に付着）されたものが用いられる。
【００３１】
図２に示すように、この太陽電池１１は、正極としての金属電極（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｐｄなどが用いられる）１２と、窓部材である透明基板（ＳｉＯ２、ガラスなどが用いられる）１３の表面に配置された負極としての金属カーボンナノチューブ（光を透過し得る電極の一例で、集電体ともいえる）１４と、これら両電極間に、すなわち金属電極１２と金属カーボンナノチューブ１４との間に配置される発電層１６とから構成されている。
【００３２】
上記負極としての金属カーボンナノチューブ１４は、透明基板１３の表面に薄い層状に配置されている。なお、金属カーボンナノチューブ１４の代わりに、光を通過させ得る金属製の櫛型電極を用いてもよい。
【００３３】
また、上記透明基板１３の表面には、すなわち透明基板１３と負極としての金属カーボンナノチューブ１４との間には、補助電極としての集電部材（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｐｄなどが用いられる）１５が配置されている。この集電部材１５は、当然に、光を通過させ得るように、例えばひし形の網目状に形成されたものが用いられている。なお、図面上は、その一部だけ示している。
【００３４】
上記発電層１６は、ｎ型カーボンナノチューブ１７とｐ型カーボンナノチューブ１８とが混合されてなる混合層１９と、この混合層１９と金属電極１２との間で薄い層状に配置されたｐ型カーボンナノチューブ２０とから形成されている。
【００３５】
上記ｎ型ドーパントとしては、カーボンナノチューブより電気陰性度が小さい元素（例えば、Ｂａ，Ｃａ，Ｃｓ，Ｆｒ，Ｋ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｒｂ，Ｓｒなど）が用いられる。また、上記ｐ型ドーパントとしては、化合物としてのＦ４ＴＣＮＱ（フッ素化テトラシアノキノジメタン）若しくはカーボンナノチューブより電気陰性度が大きい元素（例えば、Ｃｌ，Ｆ，Ｏ，Ｎなど）が用いられ、または酸としてのＨＮＯ３，Ｈ２ＳＯ４，ＨＣｌなどが用いられる。
【００３６】
そして、上記ｐ型ドーパントは、粒状物または液状のものがカーボンナノチューブに表面担持され、上記ｎ型ドーパントは、粒状物または液状のものがカーボンナノチューブに内包される。
【００３７】
上記発電層１６の形成に際しては、まずカーボンナノチューブ２０ａにｐ型ドーパント２０ｂが表面担持されてなるｐ型カーボンナノチューブ２０をスプレーにより、金属電極１２の表面に層状に塗布する。
【００３８】
次に、このｐ型カーボンナノチューブ２０の表面に、カーボンナノチューブ１７ａにｎ型ドーパント１７ｂが内包されてなるｎ型カーボンナノチューブ１７およびカーボンナノチューブ１８ａにｐ型ドーパント１８ｂが表面担持されてなｐ型カーボンナノチューブ１８とをＤＦＭ（ジメチルホルムアミド）などの有機溶媒で分散混合させてなる溶液をスプレーにより層状に塗布する。
【００３９】
この塗布により、ｎ型カーボンナノチューブ１７とｐ型カーボンナノチューブ１８とはランダムに分散された状態となる。
そして、この発電層１６の表面（上面）に、金属カーボンナノチューブ１４をスプレーにより薄い層状に塗布した後、表面（下面）に集電部材１５が配置された透明基板１３を載置して負極を形成することにより、太陽電池１１が得られる。
【００４０】
この太陽電池１１において、ｎ型カーボンナノチューブ１７とｐ型カーボンナノチューブ１８とのｐｎ接合界面で電荷分離した電子は、当該ｎ型カーボンナノチューブ１７を経て負極である金属カーボンナノチューブ１４から取り出され、一方、正孔については、ｐ型カーボンナノチューブ１８およびｐ型カーボンナノチューブ２０を経て正極である金属電極１２から取り出される。
【００４１】
なお、混合層１９と金属電極１２との間にｐ型カーボンナノチューブ２０が薄い層状に配置されてｐｎ接合が形成されているので、電流の逆流が防止されている。
上記太陽電池１１における発電層１６の構成によると、ｎ型カーボンナノチューブ１７とｐ型カーボンナノチューブ１８とを混合させたので、３次元的（立体的）に多くのｐｎ接合が形成され、言い換えれば、３次元ホモ接合（バルクホモ接合）が形成され、したがってｐｎ接合界面での光の吸収量が増大して電子と正孔とが電荷分離される割合が大きくなるので、光電変換効率を大幅に向上させることができる。また、カーボンナノチューブ同士はバンドル化しやすいため、強力なｐｎ接合が得られる。
【００４２】
ところで、上述の実施例２においては、負極として金属カーボンナノチューブを用いたが、ＩＴＯなどの透明導電膜を用いてもよい。また、グラフェンを用いてもよく、この場合、太陽光は薄いグラフェン膜を通過することになる。
【００４３】
さらに、上述の実施例２においては、金属電極を正極にするとともに金属カーボンナノチューブを負極としたが、逆に、金属電極を負極にするとともに金属カーボンナノチューブを正極にしてもよい。この変形例の場合、金属電極とカーボンナノチューブの混合層との間に配置されるカーボンナノチューブはｎ型にされる。このｎ型カーボンナノチューブとしては、カーボンナノチューブにｎ型ドーパントが表面担持されたものが用いられる。
【００４４】
なお、カーボンナノチューブにドーパントを内包させる方法としては、カーボンナノチューブにイオン注入する方法や、開口処理したカーボンナノチューブとドーパントを高真空中で保持し内包した後、開口部を閉じる方法などがある。
【００４５】
下記の表２に、上述した実施例２およびその変形例に係る各太陽電池の構成内容の一覧を示しておく。なお、表中、太陽光が入射する側と反対側の金属電極を裏面電極と称し、またドーパントの表面担持を「外付」と称している。
【００４６】
【表２】
2013211305.tif 000004
【実施例３】
【００４７】
次に、本発明の実施例３に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池を図３に基づき説明する。
この実施例３に係る３次元ホモ接合型ＣＮＴ太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を有する発電層が配置された太陽電池であって、上記発電層を、ｐ型カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブと真性半導体としてのｉ型カーボンナノチューブとを混合させて形成するとともに、これら３つのカーボンナノチューブの混合層と上記金属電極との間に、層状にｐ型カーボンナノチューブまたはｎ型カーボンナノチューブを配置したものであり、さらに上記ｐ型およびｎ型カーボンナノチューブについては、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがカーボンナノチューブに内包されたものが用いられる。
【００４８】
図３に示すように、この太陽電池２１は、正極としての金属電極（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｐｄなどが用いられる）２２と、窓部材である透明基板（ＳｉＯ２、ガラスなどが用いられる）２３の表面に配置された負極としての金属カーボンナノチューブ（光を透過し得る電極の一例で、集電体ともいえる）２４と、これら両電極間に、すなわち金属電極２２と金属カーボンナノチューブ２４との間に配置される発電層２６とから構成されている。
【００４９】
上記負極としての金属カーボンナノチューブ２４は、透明基板２３の表面に薄い層状（膜状）に配置されている。なお、金属カーボンナノチューブ２４の代わりに、光を通過させ得る金属製の櫛型電極を用いてもよい。
【００５０】
また、上記透明基板２３の表面には、すなわち透明基板２３と負極としての金属カーボンナノチューブ２４との間には、補助電極としての集電部材（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｐｄなどが用いられる）２５が配置されている。この集電部材２５は、当然に、光を通過させ得るように、例えばひし形の網目状に形成されたものが用いられている。なお、図面上は、その一部だけ示している。
【００５１】
上記発電層２６は、ｎ型ドーパントが内包されたｎ型カーボンナノチューブ２７とｐ型ドーパントが内包されたｐ型カーボンナノチューブ２８とドーパントが添加されない真性半導体としてのｉ型カーボンナノチューブ２９が混合されてなる混合層３０と、この混合層３０と金属電極２２との間で薄い層状に配置されたｐ型カーボンナノチューブ３１とから形成されている。
【００５２】
上記ｎ型ドーパントとしては、カーボンナノチューブより電気陰性度が小さい元素（例えば、Ｂａ，Ｃａ，Ｃｓ，Ｆｒ，Ｋ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｒｂ，Ｓｒなど）が用いられる。また、上記ｐ型ドーパントとしては、カーボンナノチューブより電気陰性度が大きい元素（例えば、Ｃｌ，Ｆ，Ｏ，Ｎなど）が用いられる。
【００５３】
そして、上記ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントは、粒状物または液状のものがカーボンナノチューブに内包される。
上記発電層２６の形成に際しては、まずカーボンナノチューブ３１ａにｐ型ドーパント３１ｂが内包されてなるｐ型カーボンナノチューブ３１をスプレーにより、金属電極２２の表面に薄い層状に塗布する。
【００５４】
次に、このｐ型カーボンナノチューブ３１の表面に、カーボンナノチューブ２７ａにｎ型ドーパント２７ｂが内包されてなるｎ型カーボンナノチューブ２７およびカーボンナノチューブ２８ａにｐ型ドーパント２８ｂが内包されてなｐ型カーボンナノチューブ２８並びにドーパントが行われていないｉ型カーボンナノチューブ２９をＤＦＭ（ジメチルホルムアミド）などの有機溶媒で分散混合させてなる溶液をスプレーにより層状に塗布する。
【００５５】
この塗布により、ｎ型カーボンナノチューブ２７、ｐ型カーボンナノチューブ２８およびｉ型カーボンナノチューブ２９はランダムに分散された状態となる。
そして、この発電層２６の表面（上面）に、金属カーボンナノチューブ２４をスプレーにより薄い層状に塗布した後、表面（下面）に集電部材２５が配置された透明基板２３を載置して負極を形成することにより、太陽電池２１が得られる。
【００５６】
この太陽電池２１において、ｎ型カーボンナノチューブ２７とｐ型カーボンナノチューブ２８とのｐｎ接合界面で電荷分離した電子は、当該ｎ型カーボンナノチューブ２７を経て負極である金属カーボンナノチューブ２４から取り出され、一方、正孔については、ｐ型カーボンナノチューブ２８およびｐ型カーボンナノチューブ３１を経て正極である金属電極２２から取り出される。
【００５７】
なお、混合層３０と金属電極２２との間にｐ型カーボンナノチューブ３１が薄い層状に配置されてｐｎ接合が形成されているので、電流の逆流が防止されている。
上記太陽電池２１における発電層２６の構成によると、ｎ型カーボンナノチューブ２７、ｐ型カーボンナノチューブ２８およびｉ型カーボンナノチューブ２９を混合させたので、３次元的（立体的）に多くのｐｎ接合が形成され、言い換えれば、３次元ホモ接合（バルクホモ接合）が形成され、したがってｐｎ接合界面での光の吸収量が増大して電子と正孔とが電荷分離される割合が大きくなるので、光電変換効率を大幅に向上させることができる。また、カーボンナノチューブ同士はバンドル化しやすいため、強力なｐｎ接合が得られる。
【００５８】
ところで、上述の実施例３においては、負極として金属カーボンナノチューブを用いたが、ＩＴＯなどの透明導電膜を用いてもよい。また、グラフェンを用いてもよく、この場合、太陽光は薄いグラフェン膜を通過することになる。
【００５９】
さらに、上述の実施例３においては、金属電極を正極にするとともに金属カーボンナノチューブを負極としたが、逆に、金属電極を負極にするとともに金属カーボンナノチューブを正極にしてもよい。この変形例の場合、金属電極とカーボンナノチューブの混合層との間に配置されるカーボンナノチューブはｎ型にされる。このｎ型カーボンナノチューブとしては、カーボンナノチューブにｎ型ドーパントが内包されたものが用いられる。
【００６０】
なお、カーボンナノチューブにドーパントを内包させる方法としては、カーボンナノチューブにイオン注入する方法や、開口処理したカーボンナノチューブとドーパントを高真空中で保持し内包した後、開口部を閉じる方法などがある。
【００６１】
下記の表３に、上述した実施例３およびその変形例に係る各太陽電池の構成内容の一覧を示しておく。なお、表中、太陽光が入射する側と反対側の金属電極を裏面電極と称している。
【００６２】
【表３】
2013211305.tif 000005
【符号の説明】
【００６３】
１      太陽電池
２      金属電極
３      透明基板
４      金属カーボンナノチューブ
５      集電部材
６      発電層
７      ｎ型カーボンナノチューブ
７ａ    カーボンナノチューブ
７ｂ    ｎ型ドーパント
８      ｐ型カーボンナノチューブ
８ａ    カーボンナノチューブ
８ｂ    ｐ型ドーパント
９      混合層
１０      ｐ型カーボンナノチューブ
１１      太陽電池
１２      金属電極
１３      透明基板
１４      金属カーボンナノチューブ
１５      集電部材
１６      発電層
１７      ｎ型カーボンナノチューブ
１７ａ    カーボンナノチューブ
１７ｂ    ｎ型ドーパント
１８      ｐ型カーボンナノチューブ
１８ａ    カーボンナノチューブ
１８ｂ    ｐ型ドーパント
１９      混合層
２０      ｐ型カーボンナノチューブ
２１      太陽電池
２２      金属電極
２３      透明基板
２４      金属カーボンナノチューブ
２５      集電部材
２６      発電層
２７      ｎ型カーボンナノチューブ
２７ａ    カーボンナノチューブ
２７ｂ    ｎ型ドーパント
２８      ｐ型カーボンナノチューブ
２８ａ    カーボンナノチューブ
２８ｂ    ｐ型ドーパント
２９      ｉ型カーボンナノチューブ
３０      混合層
３１      ｐ型カーボンナノチューブ
【図１】
2013211305.tif 000006
【図２】
2013211305.tif 000007
【図３】
2013211305.tif 000008