(57)【要約】      （修正有）【課題】シャント抵抗の低下を抑制することができる光電変換素子、光電変換素子の配線基板、光電変換素子の製造方法、および光電変換構造体を提供する。【解決手段】第１の配線２と、第２の配線４と、光電変換層３と、絶縁層６と、を備えた光電変換素子１０が提供される。第２の配線４は、第１の配線２と離隔して設けられる。光電変換層３は、第１の配線２と第２の配線４との間に設けられる。絶縁層６は、第１の配線２と並んで設けられる。第１の配線２および絶縁層６により形成される面であって光電変換層３と接する面は、実質的に平坦である。【選択図】図１
2016058455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線と、
前記第１の配線と離隔して設けられた第２の配線と、
前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられた光電変換層と、
前記第１の配線と並んで設けられた絶縁層と、
を備え、
前記第１の配線および前記絶縁層により形成される面であって前記光電変換層と接する面は、実質的に平坦である光電変換素子。
【請求項２】
第３の配線をさらに備え、
前記第１の配線の一部は、前記第３の配線の上に設けられた請求項１記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記第１の配線の厚さは、前記第２の配線の厚さよりも厚い請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
半導体溶液に対する前記第１の配線の濡れ性は、前記半導体溶液に対する前記絶縁層の濡れ性よりも高い請求項１〜３のいずれか１つに記載の光電変換素子。
【請求項５】
第１の配線と、
前記第１の配線と並んで設けられた絶縁層と、
を備え、
前記第１の配線および前記絶縁層により形成される面であって後に層が形成される面は、実質的に平坦である光電変換素子の配線基板。
【請求項６】
前記第１の配線とは異なる他の配線をさらに備え、
前記第１の配線の一部は、前記他の配線の上に設けられた請求項５記載の光電変換素子の配線基板。
【請求項７】
半導体溶液に対する前記第１の配線の濡れ性は、前記半導体溶液に対する前記絶縁層の濡れ性よりも高い請求項５または６に記載の光電変換素子の配線基板。
【請求項８】
第１の配線を形成する工程と、
前記第１の配線と並んで絶縁層を形成し、前記第１の配線および前記絶縁層により形成される面であって光電変換層と接する面を実質的に平坦にする工程と、
前記面の上に前記光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層の上に第２の配線を形成する工程と、
を備えた光電変換素子の製造方法。
【請求項９】
第３の配線を形成する工程をさらに備え、
前記第１の配線を形成する工程では、前記第１の配線の一部を前記第３の配線の上に形成する請求項８記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の配線の厚さを、前記第２の配線の厚さよりも厚くする請求項８または９に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１１】
第１の配線と、
前記第１の配線と離隔して設けられた第２の配線と、
前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられた光電変換層と、
前記第１の配線と並んで設けられた絶縁層と、
を有する光電変換素子であって、
前記第１の配線および前記絶縁層により形成される面であって前記光電変換層と接する面は、実質的に平坦である光電変換素子を複数備え、
前記複数の光電変換素子は、互いに直列に接続された光電変換構造体。
【請求項１２】
前記複数の光電変換素子が互いに連結しない部分に設けられた第３の配線をさらに備え、
前記複数の光電変換素子のうちの少なくともいずれかの前記第１の配線の一部は、前記第３の配線の上に設けられた請求項１１記載の光電変換構造体。
【請求項１３】
前記複数の光電変換素子が互いに連結する部分に設けられた第４の配線をさらに備え、
前記複数の光電変換素子のうちの少なくともいずれかの前記第１の配線の一部は、前記第４の配線の上に設けられた請求項１２記載の光電変換構造体。
【請求項１４】
前記第１の配線の厚さは、前記第２の配線の厚さよりも厚い請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の光電変換構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光電変換素子、光電変換素子の配線基板、光電変換素子の製造方法、および光電変換構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機光電変換材料または有機物と無機物とを含む光電変換材料を用いた太陽電池やセンサーなどが研究開発されている。光電変換材料を塗布あるいは印刷することにより太陽電池等を生産できると、比較的低コストでデバイスを作製できる可能性がある。  
塗布により光電変換層を形成する場合、光電変換材料を含むインクを電極上に塗布すると、下地電極の端部に形成される光電変換層の厚さは、端部以外の部分の光電変換層の厚さに比べて、インクの流動により薄くなる。電極の端部は、電界が集中する部分である。そのため、光電変換層の厚さが比較的薄いと、シャント抵抗が低下し、デバイス特性を低下させることがある。光電変換素子、光電変換素子の配線基板、および光電変換素子の製造方法において、シャント抵抗の低下を抑制することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２２３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、シャント抵抗の低下を抑制することができる光電変換素子、光電変換素子の配線基板、光電変換素子の製造方法、および光電変換構造体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、第１の配線と、第２の配線と、光電変換層と、絶縁層と、を備えた光電変換素子が提供される。前記第２の配線は、前記第１の配線と離隔して設けられる。前記光電変換層は、前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられる。前記絶縁層は、前記第１の配線と並んで設けられる。前記第１の配線および前記絶縁層により形成される面であって前記光電変換層と接する面は、実質的に平坦である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態にかかる光電変換素子を表す模式図である。
【図２】実施形態にかかる他の光電変換素子を表す模式的平面図である。
【図３】実施形態にかかる光電変換素子の製造方法を説明する模式図である。
【図４】実施形態にかかる光電変換素子の製造方法を説明する模式図である。
【図５】実施形態にかかる光電変換素子の製造方法を説明する模式図である。
【図６】実施形態にかかる光電変換構造体を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
図１は、実施形態にかかる光電変換素子を表す模式図である。  
図１（ａ）は、実施形態にかかる光電変換素子を表す模式的平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける模式的断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）に表した切断面Ｂ−Ｂにおける模式的断面図である。
【０００９】
実施形態にかかる光電変換素子１０は、配線基板８と、光電変換層３と、第２の配線４と、を備える。配線基板８は、基板１と、第１の配線２と、絶縁層６と、を有する。但し、配線基板８は、必ずしも基板１を有していなくともよい。実施形態にかかる光電変換素子１０としては、例えば、太陽電池やセンサなどが挙げられる。光電変換層３は、塗布で形成され、有機半導体の材料およびペロブスカイト構造の材料の少なくともいずれかを含む。
【００１０】
図１（ｂ）に表したように、第２の配線４は、基板１と離隔して設けられる。第１の配線２は、基板１と、第２の配線４と、の間に設けられる。光電変換層３は、第１の配線２と、第２の配線４と、の間に設けられる。
【００１１】
図１（ｃ）に表したように、第２の配線４は、第１の部分４ａと、第２の部分４ｂと、を有する。第１の部分４ａは、光電変換層３の上に設けられる。第２の部分４ｂは、第１の部分４ａから絶縁層６へ延在する。絶縁層６は、第１の配線２と並んで設けられ、基板１と、第２の配線４の第２の部分４ｂと、の間に設けられた部分を有する。
【００１２】
第１の配線２と、光電変換層３と、の間には、図示しない第１のバッファ層が設けられてもよい。第２の配線４の第１の部分４ａと、光電変換層３と、の間には、第１のバッファ層とは異なる図示しない第２のバッファ層が設けられてもよい。
【００１３】
第１の配線２および第２の配線４のいずれか一方は、陽極となる。第１の配線２および第２の配線４のいずれか他方は、陰極となる。第１の配線２および第２の配線４により、電気が取り出される。光電変換層３は、基板１と第１の配線２とを通して入射した光、または第２の配線４を通して入射した光によって励起され、第１の配線２および第２の配線４のいずれか一方に電子を生じ、第１の配線２および第２の配線４のいずれか他方に正孔を生ずる。
【００１４】
図１（ｃ）に表したように、第１の配線２および絶縁層６により形成される面であって光電変換層３と接する面は、実質的に平坦である。  
本願明細書において「実質的に平坦」とは、所定の箇所に後から塗布で形成される層に対して、その箇所の形状が反映されない程度の構造変化をいう。さらに好ましくは光電変換層３の厚さに対して、第１の配線２および絶縁層６により形成される面の最大高さＲｚが１０％以下であることが好ましい。「最大高さＲｚ」とは、基準長さにおいて、山頂と谷底との間隔をいう。
【００１５】
図２は、実施形態にかかる他の光電変換素子を表す模式的平面図である。  
図２（ａ）は、実施形態にかかる他の光電変換素子を表す模式的平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に表した切断面Ｃ−Ｃにおける模式的断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）に表した切断面Ｄ−Ｄにおける模式的断面図である。
【００１６】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に表した光電変換素子２０は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に関して前述した光電変換素子１０と比較して、第３の配線（他の配線）５をさらに備える。第３の配線５は、基板１の上に設けられている。第３の配線５は、基板１と、第１の配線２と、の間に設けられた部分を有する。第１の配線２は、第３の配線５と、光電変換層３と、の間に設けられた部分を有する。基板１および第３の配線５により形成される面であって第１の配線２と接する面は、実質的に平坦である。つまり、図２（ｂ）および図２（ｃ）に表したように、第３の配線５は、基板１に埋設されている。光電変換素子２０が備える配線基板９は、第３の配線５をさらに有する。
【００１７】
第１の配線２の一部は、第３の配線５の上に設けられている。言い換えれば、第３の配線５は、基板１と、第１の配線２の一部と、の間に設けられている。
【００１８】
光電変換素子２０において、第１の配線２および絶縁層６により形成される面であって光電変換層３と接する面は、実質的に平坦である。他の構造は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に関して前述した光電変換素子１０の構造と同様である。  
以下、実施形態に係る光電変換素子の構成部材について説明する。
【００１９】
（基板１）
基板１は、ほかの構成部材（基板１以外の構成部材）を支持する。基板１は、電極を形成することができる。基板１としては、熱や有機溶媒によって変質しないものが好ましい。基板１の材料としては、例えば、無機材料、プラスチック、高分子フィルム、あるいは金属基板等が挙げられる。無機材料としては、無アルカリガラス、石英ガラス等が挙げられる。プラスチックおよび高分子フィルムの材料としては、ポリエチレン、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）、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等などが挙げられる。金属基板の材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、シリコン等が挙げられる。
【００２０】
基板１は、光が入射する側に配置される場合、透明なものを使用する。つまり、光が入射する側に基板１が配置される場合には、基板１の材料として、光透過性を有する材料が用いられる。基板１とは反対側の電極（実施形態では第２の配線４）が透明または半透明である場合、基板１として不透明な基板を使用してもよい。基板１が他の構成部材を支持するために十分な強度を有していれば、基板１の厚さは、特に限定されない。
【００２１】
基板１は、光が入射する側に配置される場合、例えばモスアイ構造の反射防止膜を光入射面に設置することで光を効率的に取り込み、セルのエネルギー変換効率を向上させることが可能である。モスアイ構造は、１００ナノメートル（ｎｍ）程度の規則的な突起配列を表面に有する。モスアイ構造の突起構造により、厚み方向の屈折率が連続的に変化する。そのため、無反射フィルムを媒介させることで屈折率の不連続的な変化面を減少させることができる。これにより、光の反射が減少し、セル効率が向上する。
【００２２】
（第１の配線２および第２の配線４）
第１の配線２および第２の配線４に関する説明において、単に「配線」という場合には、第１の配線２および第２の配線４の少なくともいずれかをいうものとする。
【００２３】
第１の配線２および第２の配線４は、導電性を有するものであれば特に限定されない。光を透過させる側の配線（例えば第１の配線２）の材料としては、透明または半透明の導電性を有する材料が用いられる。第１の配線２および第２の配線４は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で形成される。透明または半透明の配線の材料としては、導電性の金属酸化物、半透明の金属等が挙げられる。具体的には、透明または半透明の配線の材料としては、導電性ガラスや、金、白金、銀、銅等が用いられる。導電性ガラスの材料としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド等が挙げられる。例えば、配線は、導電性ガラスを含む膜（ＮＥＳＡ等）あるいは層として作製される。配線の材料としては、例えばＩＴＯまたはＦＴＯが好ましい。配線の材料は、有機系の導電性ポリマーであるポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等であってもよい。
【００２４】
配線の材料がＩＴＯの場合には、配線の厚さは、３０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることが好ましい。配線の厚さを３０ｎｍよりも薄くすると、導電性が低下して抵抗が高くなる。導電性の低下は、光電変換効率の低下の原因のひとつとなる。配線の厚さを３００ｎｍよりも厚くすると、ＩＴＯの可撓性が低下する。ＩＴＯの可撓性が低下すると、応力が作用したときにＩＴＯが割れることがある。
【００２５】
配線のシート抵抗は可能な限り低いことが好ましく、１０Ω／□以下であることが好ましい。配線は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料を含む層が積層された構造を有していてもよい。
【００２６】
配線を電子輸送層と接して形成する場合には、配線の材料として仕事関数の低い材料を用いることが好ましい。仕事関数の低い材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。具体的には、仕事関数の低い材料としては、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂａ、およびこれらの合金を挙げることができる。配線は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料を含む層が積層された構造を有していてもよい。また、配線の材料は、前述した仕事関数の低い材料のうちの少なくともいずれかと、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、および錫のうちの少なくともいずれかと、の合金でもよい。合金の例としては、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、マグネシウム−銀合金、カルシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、カルシウム−アルミニウム合金等が挙げられる。
【００２７】
配線を電子輸送層と接して形成する場合には、配線の厚さは、１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。配線の厚さは、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。配線の厚さが１ｎｍよりも薄い場合には、配線の厚さが１ｎｍ以上の場合と比較して、抵抗が大きくなり、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できないことがある。配線の厚さが５００ｎｍよりも厚い場合には、配線の形成に比較的長い時間を要する。そのため、材料温度が上昇し、他の材料にダメージを与えて性能が劣化することがある。さらに、材料を大量に使用するため、配線を形成する装置（例えば成膜装置）の占有時間が長くなり、コストアップに繋がる。
【００２８】
配線を正孔輸送層と接して形成する場合には、配線の材料として仕事関数の高い材料を用いることが好ましい。仕事関数の高い材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕおよびこれらの合金等が挙げられる。配線は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料を含む層が積層された構造を有していてもよい。
【００２９】
配線を正孔輸送層と接して形成する場合には、配線の厚さは、１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。配線の厚さは、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。配線の厚さが１ｎｍよりも薄い場合には、配線の厚さが１ｎｍ以上の場合と比較して、抵抗が大きくなり、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できないことがある。配線の厚さが５００ｎｍよりも厚い場合には、配線の形成に比較的長い時間を要する。そのため、材料温度が上昇し、他の材料にダメージを与えて性能が劣化することがある。さらに、材料を大量に使用するため、配線を形成する装置（例えば成膜装置）の占有時間が長くなり、コストアップに繋がる。
【００３０】
図１（ｂ）および図２（ｂ）に表したように、第１の配線２の材料および第２の配線４の材料がＩＴＯである場合において、第１の配線２の厚さＤ１は、第２の配線４の厚さＤ２よりも厚くともよい。
【００３１】
（第３の配線５）
第３の配線５は、導電性を有するものであれば特に限定されない。第３の配線５は、第１の配線２における抵抗ロスを緩和する補助電極となる。ゆえに、第３の配線５のシート抵抗が第１の配線２のシート抵抗よりも低いことが好ましい。一方で、第３の配線５の透明性は、比較的低い。そのため、第１の配線２の材料として透明または半透明の導電性を有する材料を用いる場合、第１の配線２の一部のみが第３の配線５の上に積層していることが好ましい。第３の配線５の材料としては、具体的には、金、白金、銀、銅、アルミニウム、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｍｏおよびこれらの合金を挙げることができる。第３の配線５は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料を含む層が積層された構造を有していてもよい。
【００３２】
第３の配線５の厚さは、１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。第３の配線５の厚さは、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。第３の配線５の厚さが１ｎｍよりも薄い場合には、第３の配線５の厚さが１ｎｍ以上の場合と比較して抵抗が大きくなり、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できないことがある。第３の配線５の厚さが５００ｎｍよりも厚い場合には、第３の配線５形成に比較的長い時間を要する。そのため、材料温度が上昇し、他の材料にダメージを与えて性能が劣化することがある。さらに、材料を大量に使用するため、第３の配線５を形成する装置（例えば成膜装置）の占有時間が長くなり、コストアップに繋がる。
【００３３】
（バッファ層）
第１の配線２と、光電変換層３と、の間に、第１のバッファ層が設けられるとより好ましい。また、第２の配線４の第１の部分４ａと、光電変換層３と、の間に、第１のバッファ層とは異なる第２のバッファ層が設けられるとより好ましい。第１のバッファ層および第２のバッファ層のいずれか一方は、正孔輸送層である。第１のバッファ層および第２のバッファ層のいずれか他方は、電子輸送層である。
【００３４】
正孔輸送層および電子輸送層の材料としては、金属酸化物またはハロゲン化合物が挙げられる。  
金属酸化物の例としては、チタン酸化物、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、セシウム酸化物、アルミニウム酸化物が挙げられる。  
ハロゲン化合物の例としては、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＮａＦ、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、 ＮａＩ、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＣｓＦが挙げられる。ハロゲン化合物のより好ましい例としては、ＬｉＦが挙げられる。
【００３５】
正孔輸送層の材料としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホネート））等のポリチオフェン系ポリマー、ポリアニリン、ポリピロール等の有機導電性ポリマーを使用することができる。ポリチオフェン系ポリマーの代表的な製品としては、例えば、スタルク社のＣｌｅｖｉｏｓ  ＰＨ５００、ＣｌｅｖｉｏｓＰＨ、ＣｌｅｖｉｏｓＰＶ  Ｐ  Ａｌ  ４０８３、ＣｌｅｖｉｏｓＨＩＬ１，１が挙げられる。無機物の材料としては、酸化モリブデンが挙げられる。
【００３６】
正孔輸送層の材料としてＣｌｅｖｉｏｓ  ＰＨ５００を使用する場合には、正孔輸送層の厚さは、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。正孔輸送層の厚さが２０ｎｍよりも薄い場合には、下部電極（実施形態では第１の配線２）の短絡を防止する作用が低下し、ショートが発生する。正孔輸送層の厚さが１００ｎｍよりも厚い場合には、正孔輸送層の厚さが１００ｎｍ以下の場合と比較して抵抗が大きくなり、発生した電流を制限する。そのため、光変換効率が低下する。正孔輸送層の形成方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されない。例えば、スピンコート等で正孔輸送層の材料を塗布することが可能である。正孔輸送層の材料を所望の厚さに塗布した後、ホットプレート等で加熱し乾燥させる。１４０℃以上、２００℃以下で数分間以上、１０分間以下程度、塗布した正孔輸送層の材料を加熱し乾燥させることが好ましい。塗布する溶液は、予めフィルターでろ過したものを使用することが望ましい。
【００３７】
電子輸送層は、電子を効率的に輸送する機能を有する。電子輸送層の材料としては、金属酸化物が挙げられる。金属酸化物としては、たとえばゾルゲル法にてチタンアルコキシドを加水分解して得たアモルファス性の酸化チタンなどが挙げられる。
【００３８】
電子輸送層の形成方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されない。例えば、電子輸送層の形成方法としては、スピンコート法が挙げられる。電子輸送層の材料として酸化チタンを使用する場合、電子輸送層の厚さは、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることが望ましい。電子輸送層の厚さが５ｎｍよりも薄い場合には、ホールブロック効果が減少する。そのため、発生したエキシトンが電子とホールに解離する前に失活し、効率的に電流を取り出すことができない。電子輸送層の厚さが２０ｎｍよりも厚い場合には、電子輸送層の厚さが２０ｎｍ以下の場合と比較して、電子輸送層の抵抗が大きくなり、発生した電流を制限する。そのため、光変換効率が低下する。塗布する溶液は、あらかじめフィルターで濾過したものを使用することが望ましい。
【００３９】
電子輸送層の材料を規定の厚さに塗布した後、ホットプレートなどを用いて加熱し乾燥させる。５０℃以上、１００℃以下で数分間以上、１０分間以下程度、空気中にて加水分解を促進しながら塗布した電子輸送層の材料を加熱し乾燥させる。無機物の材料としては、金属カルシウムなどが挙げられる。
【００４０】
（光電変換層３）
光電変換層３には、有機半導体からなるヘテロ接合またはバルクヘテロ接合を用いることができる。バルクヘテロ接合は、ｐ形半導体とｎ形半導体とが光電変換層３の中で混合してミクロ層分離構造をとる。これは、一般にはバルクヘテロ接合と呼ばれる。混合されたｐ形半導体とｎ形半導体とは、光電変換層３の内でナノオーダーのサイズのｐｎ接合を形成し、接合面において生じる光電荷分離を利用して電流を得る。ｐ形半導体は、電子供与性の性質を有する材料を含む。一方、ｎ形半導体は、電子受容性の性質を有する材料を含む。実施形態においては、ｐ形半導体およびｎ形半導体の少なくとも一方が有機半導体であってよい。
【００４１】
ｐ形有機半導体としては、例えば、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体等を使用することができ、これらを併用してもよい。また、これらの共重合体を使用してもよい。共重合体としては、例えば、チオフェン−フルオレン共重合体、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体等が挙げられる。
【００４２】
ｐ形有機半導体としては、π共役を有する導電性高分子であるポリチオフェンおよびその誘導体が好ましい。ポリチオフェンおよびその誘導体は、比較的優れた立体規則性を確保することができる。ポリチオフェンおよびその誘導体の溶媒への溶解性は、比較的高い。ポリチオフェンおよびその誘導体は、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。ポリチオフェンおよびその誘導体の具体例としては、ポリアルキルチオフェン；ポリ３−フェニルチオフェン、ポリアリールチオフェン；ポリ３−ブチルイソチオナフテン、ポリアルキルイソチオナフテン；ポリエチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。ポリアルキルチオフェン；ポリ３−フェニルチオフェンとしては、ポリ３−メチルチオフェン、ポリ３−ブチルチオフェン、ポリ３−ヘキシルチオフェン、ポリ３−オクチルチオフェン、ポリ３−デシルチオフェン、ポリ３−ドデシルチオフェン等が挙げられる。ポリアリールチオフェン；ポリ３−ブチルイソチオナフテンとしては、ポリ３−（ｐ−アルキルフェニルチオフェン）等が挙げられる。ポリアルキルイソチオナフテン；ポリエチレンジオキシチオフェンとしては、ポリ３−ヘキシルイソチオナフテン、ポリ３−オクチルイソチオナフテン、ポリ３−デシルイソチオナフテン等が挙げられる。
【００４３】
また、カルバゾール、ベンゾチアジアゾールおよびチオフェンを含む共重合体であるＰＣＤＴＢＴ（ポリ［Ｎ−９"−ヘプタ−デカニル−２，７−カルバゾール−アルト−５，５−（４'，７'−ジ−２−チエニル−２'，１'，３'−ベンゾチアジアゾール）］）などの誘導体が、比較的優れた光電変換効率を得られる化合物として知られている。
【００４４】
これらの導電性高分子は、溶媒に溶解させた溶液を塗布することにより膜あるいは層として形成可能である。従って、大面積の有機薄膜太陽電池を、印刷法等により、安価な設備にて低コストで製造できる。
【００４５】
ｎ形有機半導体としては、フラーレンおよびその誘導体が好ましい。ここで使用されるフラーレン誘導体は、フラーレン骨格を有する誘導体であれば特に限定されない。具体的には、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等を基本骨格として構成される誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格における炭素原子が任意の官能基で修飾されていてもよく、この官能基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。フラーレン誘導体には、フラーレン結合ポリマーが含まれる。溶剤に親和性の高い官能基を有し、溶媒への可溶性が高いフラーレン誘導体が好ましい。
【００４６】
フラーレン誘導体における官能基としては、例えば、水素原子；水酸基；フッ素原子、ハロゲン原子；メチル基、アルキル基；アルケニル基；シアノ基；メトキシ基、アルコキシ基；フェニル基、芳香族炭化水素基、チエニル基、芳香族複素環基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、塩素原子等が挙げられる。アルキル基としては、エチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、ビニル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、エトキシ基等が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、ナフチル基等があげられる。芳香族複素環基としては、ピリジル基等が挙げられる。具体的には、Ｃ６０Ｈ３６、Ｃ７０Ｈ３６等の水素化フラーレン、Ｃ６０、Ｃ７０等のオキサイドフラーレン、フラーレン金属錯体等が挙げられる。
【００４７】
前述した中でも、フラーレン誘導体として、６０ＰＣＢＭ（［６，６］−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）または７０ＰＣＢＭ（［６，６］−フェニルＣ７１酪酸メチルエステル）を使用することが好ましい。
【００４８】
ｎ形有機半導体として未修飾のフラーレンを使用する場合、Ｃ７０を使用することが好ましい。フラーレンＣ７０の光キャリアの発生効率は、比較的高い。フラーレンＣ７０を有機薄膜太陽電池に使用することが、好ましい。
【００４９】
光電変換層３において、ｎ形有機半導体とｐ形有機半導体との間の混合比率は、ｐ形半導体がＰ３ＡＴ系の場合には、およそｎ形有機半導体：ｐ形有機半導体＝１：１であることが好ましい。また、ｎ形有機半導体とｐ形有機半導体との間の混合比率は、ｐ形半導体がＰＣＤＴＢＴ系の場合には、 およそｎ形有機半導体：ｐ形有機半導体＝４：１であることが好ましい。
【００５０】
有機半導体を塗布するためには、有機半導体を溶媒に溶解する必要がある。それに用いる溶媒としては、例えば、不飽和炭化水素系溶媒、ハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒、ハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、エーテル類等が挙げられる。不飽和炭化水素系溶媒としては、トルエン、キシレン、テトラリン、デカリン、メシチレン、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等が挙げられる。ハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒としては、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等が挙げられる。ハロゲン化飽和炭化水素系溶媒としては、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン等が挙げられる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等が挙げられる。ハロゲン系の芳香族溶剤が、より好ましい。これらの溶剤を単独、もしくは混合して使用することが可能である。
【００５１】
溶液を塗布し膜あるいは層を形成する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、スプレー法、スクリーン印刷、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア・オフセット印刷、ディスペンサー塗布、ノズルコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法等が挙げられる。これらの塗布法を単独で、もしくは組み合わせて用いることができる。
【００５２】
光電変換層３には、ペロブスカイトを用いることができる。ペロブスカイトは、イオンＡ、イオンＢ、イオンＸからなるＡＢＸ３で表すことができる。イオンＢがイオンＡに比べて小さい場合には、ＡＢＸ３は、ペロブスカイト構造を有する場合がある。ペロブスカイト構造は、立方晶系の単位格子をもつ。ペロブスカイト構造では、立方晶の各頂点にイオンＡが配置され、体心にイオンＢが配置され、これを中心として立方晶の各面心にイオンＸが配置されている。ＢＸ６八面体の向きは、イオンＡとの相互作用により容易にひずみやすい。ＢＸ６八面体は、対称性の低下により、モット転移を起こす。ＢＸ６八面体では、イオンＭに局在していた価電子がバンドとして広がることができる。イオンＡは、ＣＨ３ＮＨ３であることが好ましい。イオンＢは、ＰｂおよびＳｎの少なくともいずれかであることが好ましい。イオンＸは、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩの少なくともいずれかであることが好ましい。イオンＡ、イオンＢ、およびイオンＸを構成する材料は、単一であっても混合であっても良い。
【００５３】
（絶縁層６）
絶縁層６には、高分子材料、酸化物、ハロゲン化合物を用いることができる。  
高分子材料としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ＥＶＡ、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリアセタール、四フッ化エチレン、アイオノマーポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイ、ポリスルホン、ユリア樹脂、フェノーｒ樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、酢酸セルロール、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミドが挙げられる。但し、高分子材料は、これらだけには制限されない。  
酸化物としては、具体的には、チタン酸化物、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、セシウム酸化物、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物が挙げられる。  
ハロゲン化合物としては、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＮａＦ、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、 ＮａＩ、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＣｓＦが挙げられる。ハロゲン化合物のより好ましい例としては、ＬｉＦが挙げられる。
【００５４】
半導体溶液に対する第１の配線２の濡れ性は、半導体溶液に対する絶縁層の濡れ性よりも高くともよい。「濡れ性」とは、固体表面に対する液体の親和性（付着し易い性質）を表す。例えば、濡れ性は、接触角の大小で評価されることがある。
【００５５】
図３〜図５は、実施形態にかかる光電変換素子の製造方法を説明する模式図である。
【００５６】
図３（ａ）は、実施形態の基板１を表す模式的平面である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に表した切断面Ｅ−Ｅにおける模式的断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）に表した切断面Ｆ−Ｆにおける模式的切断面である。  
図３（ｄ）は、実施形態の第３の配線５の形成方法を説明する模式的平面である。図３ｅ）は、図３（ｄ）に表した切断面Ｇ−Ｇにおける模式的断面図である。図３（ｆ）は、図３（ｄ）に表した切断面Ｈ−Ｈにおける模式的切断面である。
【００５７】
図４（ａ）は、実施形態の第１の配線２の形成方法を説明する模式的平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に表した切断面Ｉ−Ｉにおける模式的断面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）に表した切断面Ｊ−Ｊにおける模式的断面図である。  
図４（ｄ）は、実施形態の絶縁層６の形成方法を説明する模式的平面図である。図４（ｅ）は、図４（ｄ）に表した切断面Ｋ−Ｋにおける模式的断面図である。図４（ｆ）は、図４（ｄ）に表した切断面Ｌ−Ｌにおける模式的断面図である。
【００５８】
図５（ａ）は、実施形態の光電変換層３の形成方法を説明する模式的平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に表した切断面Ｍ−Ｍにおける模式的断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に表した切断面Ｎ−Ｎにおける模式的断面図である。  
図５（ｄ）は、実施形態の第２の配線４の形成方法を説明する模式的平面図である。図５（ｅ）は、図５（ｄ）に表した切断面Ｏ−Ｏにおける模式的断面図である。図５（ｆ）は、図５（ｄ）に表した切断面Ｐ−Ｐにおける模式的断面図である。
【００５９】
実施形態では、基板１には、ガラス板を用いることができる。第１の配線２には、ＩＴＯを用いることができる。絶縁層６には、ＳｉＯ２を用いることができる。第３の配線５には、Ａｕを用いることができる。
【００６０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に表したように、ガラス板（基板１）に彫り込み部１ａをエッチングで形成する。次に、図３（ｄ）〜図３（ｆ）に表したように、ガラス板の彫り込み部１ａにＡｕを形成する。このとき、図３（ｆ）に表したように、基板１および第３の配線５により形成される面５ａは、実質的に平坦である。面５ａには、後から第１の配線２および絶縁層６が形成される。
【００６１】
次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）に表したように、ガラス板および第３の配線５と接する位置に、ＩＴＯ（第１の配線２）をスパッタで形成する。次に、図４（ｄ）〜図４（ｆ）に表したように、絶縁層６としてＳｉＯ２をスパッタで形成する。このとき、図４（ｆ）に表したように、第１の配線２および絶縁層６により形成される面６ａは、実質的に平坦である。面６ａには、後から光電変換層３が形成される。  
このようにして、図２に関して前述した配線基板９が製造される。
【００６２】
実施形態では、図３（ａ）〜図４（ｆ）に関して前述した配線基板９を用いて、図２（ａ）〜図２（ｃ）に関して前述した光電変換素子２０を作製する。光電変換層３のｐ形有機半導体の材料としてＰＴＢ７を用いることができる。光電変換層３のｎ形有機半導体の材料として、［７０］ＰＣＢＭのバルクヘテロを用いることができる。第２の配線４として、ＡｇＭｇを用いることができる。ＩＴＯ（第１の配線２）と光電変換層３との間には、第１のバッファー層としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いることができる。ＡｇＭｇ（第２の配線４）と光電変換層３との間には、第２のバッファー層としてＬｉＦを用いることができる。
【００６３】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に表したように、図３（ａ）〜図４（ｆ）に関して前述した配線基板９に第１のバッファー層としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコートにより形成する。次に、１２０℃で１０分間乾燥させる。次に、光電変換層３として、ＰＴＢ７と［７０］ＰＣＢＭとを含む溶液をスピンコートにより形成する。ＰＴＢ７と［７０］ＰＣＢＭとの重量比については、ＰＴＢ７：［７０］ＰＣＢＭ＝１：２で調整する。溶解液としては、ＤＩＯを３％含むＣＢを利用する。
【００６４】
次に、第２のバッファ層として蒸着器で０．０２ｎｍのＬｉＦを形成する。ここで成膜するＬｉＦの膜厚（蒸着機の膜厚計の指示値）は、Ｌｉの原子の直径０．３４ｎｍよりも小さい。連続膜とは考えにくく、平均膜厚を意味している。  
次に、図５（ｄ）〜図５（ｆ）に表したように、第２の配線４として１００ｎｍのＡｇＭｇ（Ｍｇ：９０ｗｔ％）を形成する。  
このようにして、図２に関して前述した光電変換素子２０が製造される。
【００６５】
実施形態によれば、第１の配線２および絶縁層６により形成される面６ａであって光電変換層３と接する面６ａは、実質的に平坦である。これにより、シャント抵抗の低下を抑制することができ、電流がリークすることを抑えることができる。また、実施形態にかかる光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。
【００６６】
図６は、実施形態にかかる光電変換構造体を表す模式図である。  
図６（ａ）〜図６（ｃ）に表した光電変換構造体３０は、複数の光電変換素子１０が互いに直列に接続された構造を有する。基板１には、ガラス板を用いることができる。第１の配線２には、ＩＴＯを用いることができる。絶縁層６には、ＳｉＯ２を用いることができる。第３の配線５には、Ｍｏ（１０ｎｍ）／Ａｌ（１３０ｎｍ）／Ｍｏ（１０ｎｍ）の積層体を用いることができる。
【００６７】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に表した光電変換構造体３０は、第４の配線７を備える。第４の配線７は、基板１の上に設けられている。基板１および第４の配線７により形成される面であって第１の配線２と接する面は、実質的に平坦である。つまり、図６（ｂ）および図６（ｃ）に表したように、第４の配線７は、基板１に埋設されている。第４の配線７は、複数の光電変換素子１０を互いに連結する。言い換えれば、第４の配線７は、複数の光電変換素子１０を互いに電気的に接続する。第４の配線７には、ＩＴＯを用いることができる。
【００６８】
光電変換層３のｐ形有機半導体の材料として、ＰＴＢ７を用いることができる。光電変換層３のｎ形有機半導体の材料として［７０］ＰＣＢＭのバルクヘテロを用いることができる。第２の配線２として、ＡｇＭｇを用いることができる。ＩＴＯ（第１の配線２）と光電変換層３との間には、第１のバッファー層としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いることができる。ＡｇＭｇ（第２の配線４）と光電変換層３との間には、第２のバッファー層としてＬｉＦを用いることができる。
【００６９】
図６（ｃ）に示したように、ガラス板（基板１）に彫り込み部１ａをエッチングで形成する。複数の光電変換素子１０が互いに連結する部分になる彫り込み部１ａには、第４の配線７としてＩＴＯをスパッタで形成する。複数の光電変換素子１０が互いに連結しない部分になる彫り込み部１ａには、第３の配線５としてＭｏ（１０ｎｍ）／Ａｌ（１３０ｎｍ）／Ｍｏ（１０ｎｍ）の積層体を真空成膜により形成する。
【００７０】
次に、ガラス板および第３の配線５と接する位置、並びにガラス板および第４の配線７と接する位置に、第１の配線２としてＩＴＯをスパッタにより形成する。次に、絶縁層６としてＳｉＯ２をスパッタにより形成する。次に、第１のバッファー層としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコートにより形成する。連結部のＩＴＯ（第４の配線７）上にあるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳについては、拭き取りで取り除くことができる。
【００７１】
次に、１２０℃で１０分間乾燥する。次に、光電変換層３として、ＰＴＢ７と［７０］ＰＣＢＭとを含む溶液をスピンコートにより形成する。ＰＴＢ７と［７０］ＰＣＢＭとの重量比については、ＰＴＢ７：［７０］ＰＣＢＭ＝１：２で調整する。溶解液としては、ＤＩＯを３％含むＣＢを利用する。連結部のＩＴＯ（第４の配線７）上にある光電変換層３については、拭き取りで取り除くことができる。
【００７２】
次に、第２のバッファ層として蒸着器で０．０２ｎｍのＬｉＦを形成する。ここで成膜するＬｉＦの膜厚（蒸着機の膜厚計の指示値）は、Ｌｉの原子の直径０．３４ｎｍよりも小さい。連続膜とは考えにくく、平均膜厚を意味している。  
次に、第２の配線４として、１００ｎｍのＡｇＭｇ（Ｍｇ：９０ｗｔ％）を形成する。図６（ｃ）に表したように、光電変換素子１０と連結するＡｇＭｇについては、連結部のＩＴＯ（第４の配線７）と接続するように形成する。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１ 基板、  １ａ 彫り込み部、  ２ 第１の配線、  ３ 光電変換層、  ４ 第２の配線、  ４ａ 第１の部分、  ４ｂ 第２の部分、  ５ 第３の配線、  ５ａ 面、  ６ 絶縁層、  ６ａ 面、  ７ 第４の配線、  ８、９ 配線基板、  １０、２０ 光電変換素子、  ３０ 光電変換構造体
【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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