(57)【要約】【課題】究極的には理論最大効率に迫る極めて高い光電変換効率を得ることができ、しかも例えば衣服などの人間が身に着けるものなどにも容易に適用することができる繊維状光電変換素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有する光電変換素子の外周面を被覆材により被覆した後、これをその長手方向に延伸することにより横断面の断面積を減少させ、繊維状光電変換素子を製造する。この繊維状光電変換素子を用いて織物を作り、この織物を用いて衣服を作る。この繊維状光電変換素子に第１の電極および第２の電極に対して非直角の方向から光を入射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有することを特徴とする繊維状光電変換素子。
【請求項２】
上記第１の電極および上記第２の電極に対して非直角の方向から光を入射させることを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項３】
外周面が被覆材により被覆されていることを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項４】
上記半導体層のバンドギャップエネルギーが上記半導体層の面に平行でかつ上記繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に段階的および／または連続的に変化していることを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項５】
上記半導体層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項６】
上記半導体層が有機半導体からなることを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項７】
上記半導体層がｐ型半導体層とｎ型半導体層とからなるｐｎ接合を構成することを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項８】
上記半導体層が真性半導体層、ノンドープ半導体層またはアンインテンショナリードープト半導体層により構成され、上記第１の電極および上記第２の電極が互いに仕事関数が異なる導電材料からなる接合を有することを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項９】
上記第１の電極および上記第２の電極の厚さがそれぞれ０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項１０】
上記第１の電極および上記第２の電極の少なくとも一方が上記繊維状光電変換素子の長手方向に延びるワイヤー状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の繊維状光電変換素子。
【請求項１１】
横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有する繊維状光電変換素子の使用方法であって、
上記第１の電極および上記第２の電極に対して非直角の方向から光を入射させることを特徴とする繊維状光電変換素子の使用方法。
【請求項１２】
横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有する光電変換素子をその長手方向に延伸することにより横断面の断面積を減少させるようにしたことを特徴とする繊維状光電変換素子の製造方法。
【請求項１３】
上記光電変換素子の外周面を被覆材により被覆し、この被覆材により被覆された上記光電変換素子をその長手方向に延伸することにより横断面の断面積を減少させるようにしたことを特徴とする請求項１２記載の繊維状光電変換素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１記載の繊維状光電変換素子を用いたことを特徴とする織物。
【請求項１５】
縦糸を構成する複数の上記繊維状光電変換素子および／または横糸を構成する複数の上記繊維状光電変換素子がそれらの第１の電極および第２の電極が互いにほぼ平行になるように配置され、上記第１の電極および上記第２の電極に対して非直角の方向から光を入射させることを特徴とする請求項１４記載の織物。
【請求項１６】
請求項１記載の繊維状光電変換素子を用いた織物の使用方法であって、
縦糸を構成する複数の上記繊維状光電変換素子および／または横糸を構成する複数の上記繊維状光電変換素子がそれらの第１の電極および第２の電極が互いにほぼ平行になるように配置され、上記第１の電極および上記第２の電極に対して非直角の方向から光を入射させることを特徴とする織物の使用方法。
【請求項１７】
請求項１記載の繊維状光電変換素子を用いたことを特徴とする衣服。
【請求項１８】
請求項１記載の繊維状光電変換素子を用いたことを特徴とする壁紙。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維状光電変換素子、繊維状光電変換素子の使用方法、繊維状光電変換素子の製造方法、織物、織物の使用方法、衣服および壁紙に関し、例えば発電機能を有する衣服に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
光電変換材料として半導体を用いた従来の太陽電池としては、アモルファスまたは結晶シリコンを用いた太陽電池、ＧａＡｓ結晶を用いた太陽電池、有機半導体を用いた太陽電池などが知られている。
図１６は従来の一般的な太陽電池の基本構成を示す。図１６に示すように、従来の太陽電池は、ｐ型半導体層１０１とｎ型半導体層１０２とによりｐｎ接合を構成し、ｐ型半導体層１０１上にｐ電極１０３を形成し、ｎ型半導体層１０２上にｎ電極１０４を形成したものであり、全体として板状の形状を有する。この太陽電池においては、一方の主面１０５に垂直に入射する光１０６の進行方向と、この光１０６の入射によりｐｎ接合中に生成される電子および正孔がドリフトまたは拡散によりそれぞれｎ電極１０４およびｐ電極１０３に向かう方向、言い換えるとキャリアの正味の移動方向とが、互いに平行になっている。このため、光１０６の吸収を十分に行うためにｐ型半導体層１０１およびｎ型半導体層１０２を厚くしようとすると、ｐ電極１０３とｎ電極１０４との間の距離が大きくなってしまうため、光吸収の増大とキャリアの収集効率の向上とを両立させることは極めて困難であり、ひいてはこれが光電変換効率の向上を妨げていた。これに加えて、従来の太陽電池は、量産性に富むものはその多くが単一のバンドギャップを用いているため、光電変換効率としては、図１７の破線で示すように最大でも３０％程度しか得られない問題があった。
【０００３】
本発明者は、上述の問題を一挙に解決するために、光電変換用の半導体層を渦巻き状または同心形状に形成し、全体として板状の形状とし、この板の厚さ方向に半導体層のバンドギャップエネルギーを段階的および／または連続的に変化させ、この板に交差する方向から光を入射させるようにした太陽電池を提案した（特許文献１参照。）。
なお、コントロール実験として、ＩＴＯ／Ｍｇ、ＩＴＯ／Ａｌなどの異種の金属電極で単純に真性（イントリンシック）半導体をサンドイッチした構造で、太陽電池動作が示されている（非特許文献１参照。）。
【特許文献１】国際公開第０６／０３５６１０号パンフレット
【非特許文献１】Dimroth et.al., 31st IEEE PV Specialist Conf.,Florida,3-7 Jan.2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で提案された太陽電池は、究極的には理論最大効率に迫る極めて高い光電変換効率を得ることができ、しかも大面積化も容易であるが、例えば衣服などの人間が身に着けるものに適用するには不便であった。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、究極的には理論最大効率に迫る極めて高い光電変換効率を得ることができ、しかも例えば衣服などの人間が身に着けるものなどにも容易に適用することができる繊維状光電変換素子、その使用方法およびその製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記の優れた繊維状光電変換素子を用いた織物およびその使用方法ならびに衣服および壁紙を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有することを特徴とする繊維状光電変換素子である。
この繊維状光電変換素子は、必要に応じて、半導体層の面に垂直な方向に、第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を複数、互いに並列または直列に接続された形で有してもよい。第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を複数、互いに並列に接続した場合には、この繊維状光電変換素子から大きな光電流を取り出すことができる。また、第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を複数、互いに直列に接続した場合には、この繊維状光電変換素子から大きな光起電力を取り出すことができる。この繊維状光電変換素子には、好適には、第１の電極および第２の電極に対して非直角の方向、最も好適には、第１の電極および第２の電極に対して平行な方向から光を入射させる。
【０００６】
この繊維状光電変換素子の横断面の形状は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、円、楕円、多角形（三角形、四角形、五角形など）、これらの一部または全部を変形したもののほか、不定形であってもよい。この繊維状光電変換素子の太さは必要に応じて選ばれ、この繊維状光電変換素子を用いて例えば織物を作り、これを用いて例えば衣服を作る場合には一般的に例えば０．１〜１ｍｍ、例えば壁紙を作る場合には一般的に例えば０．１〜５ｍｍであるが、これに限定されるものではない。この繊維状光電変換素子は、好適には、外部の物体との接触などによる機械的損傷を防止するために、外周面が、光電変換しようとする光に対して透明な被覆材、例えば透明高分子材料あるいは透明樹脂により被覆される。具体的には、この被覆材としては、例えば、ポリエステル、ポリアクリル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、フッ素系繊維材料などに代表される化学繊維材料、レーヨンに代表される再生繊維材料、綿や絹などの自然繊維材料その他のガラス繊維材料、カーボン繊維などの特殊繊維材料、さらにはこれらを一種または二種以上組み合わせたものなどを用いることができる。
【０００７】
半導体層は、典型的には、第１の電極と接した第１の半導体層と第２の電極と接した第２の半導体層とからなる。第１の半導体層および第２の半導体層を構成する半導体としては、好適には延伸可能なものが用いられ、具体的には例えば有機半導体が用いられ、単結晶、多結晶、アモルファス（非晶質）のいずれであってもよい。例えば、第１の半導体層はｐ型半導体層、第２の半導体層はｎ型半導体層であり、これらのｐ型半導体層およびｎ型半導体層によりｐｎ接合が構成され、第１の電極はｐ電極（アノード電極）、第２の電極はｎ電極（カソード電極）である。
【０００８】
典型的には、第１の半導体層および第２の半導体層は互いに同種の半導体からなり、第１の半導体層および第２の半導体層の、それらの面に平行でかつ繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向の幅が、その半導体のバンドギャップエネルギーと等しいエネルギーを有する光のその半導体中における吸収長以上である。こうすることで、この光の吸収量を十分に大きくすることが可能である。ここで、吸収長とは、入射光の強度が１／ｅ（ｅは自然対数の底）に減衰する深さである。
【０００９】
光電変換効率を理論最大効率に近づける観点より、好適には、半導体層のバンドギャップエネルギーをこの半導体層の面に平行でかつ繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に段階的および／または連続的に変化させる。半導体層が第１の半導体層および第２の半導体層からなる場合には、これらの半導体層のバンドギャップエネルギーをこれらの半導体層の面に平行でかつ繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に段階的および／または連続的に変化させる。例えば、第１の半導体層および第２の半導体層を、これらの半導体層の面に平行でかつ繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に複数の部分に分割し、これらの部分を構成する半導体のバンドギャップエネルギーを段階的に減少させる。この場合、典型的には、これらの部分の第１の半導体層および第２の半導体層は互いに同種の半導体からなる。第１の半導体層および第２の半導体層を上記のように分割することに応じて、第１の電極および第２の電極の少なくとも一方も上記の各部分毎に分割して形成してもよい。この場合、好適には、これらの複数の部分のそれぞれの部分の、第１の半導体層および第２の半導体層の面に平行でかつ繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向の幅がそのバンドギャップエネルギーと等しいエネルギーを有する光のこの部分における吸収長以上である。こうすることで、例えば、太陽光が繊維状光電変換素子に対し、第１の半導体層および第２の半導体層の面に平行でかつ繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に入射した場合、この太陽光はバンドギャップエネルギーが一番大きい半導体にまず入射し、最終的にバンドギャップエネルギーが一番小さい半導体に入射することになり、この過程で太陽光スペクトルのうちの短い波長の光から長い波長の光に亘って順次吸収され、しかもこの吸収量は最大化される。このため、第１の半導体層および第２の半導体層の分割数および使用する半導体の種類によって、太陽光スペクトルの主要部あるいは実質的に全部の光を光電変換することができ、究極的には光電変換効率を理論最大効率に近づけることができる。
【００１０】
第１の電極および第２の電極を構成する材料としては、好適には延伸可能なものが用いられ、具体的には例えば展延性に富んだ金属、好適には金のほか、導電性高分子などが用いられる。第１の電極および第２の電極の少なくとも一方を構成する材料として、延伸可能な材料、例えば透明導電性高分子を用いてもよい。この場合には、これらの第１の電極および第２の電極のうちの透明導電性高分子により構成されたものを透過して光が第１の半導体層および第２の半導体層に入射するようにすることができる。
【００１１】
必要に応じて、第１の電極および第２の電極の少なくとも一方を、繊維状光電変換素子の長手方向に延びる細いワイヤー状に形成してもよい。このワイヤー状の第１の電極または第２の電極の太さは、例えば、入射光の波長と同程度またはそれ以下とする。こうすることで、光電変換素子に入射する光が第１の電極および第２の電極により吸収される確率が大幅に減少し、入射光を有効に利用することができる。
【００１２】
半導体層は、真性半導体層、ノンドープ半導体層またはアンインテンショナリードープト（unintentionally doped)半導体層により構成されてもよく、この場合、第１の電極および第２の電極は互いに仕事関数が異なる導電材料からなる接合を有するようにする。第１の電極および第２の電極の導電材料の組み合わせとしては、例えば、ＩＴＯ／Ｍｇ、ＩＴＯ／Ａｌなどが挙げられる（非特許文献１参照。）。
【００１３】
上記の半導体層、第１の半導体層、第２の半導体層、真性半導体層、ノンドープ半導体層およびアンインテンショナリードープト半導体層の、それらの面に平行でかつ繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向の幅は、一般的には１μｍ以上１ｍｍ以下であるが、これに限定されるものではない。また、上記の半導体層、第１の半導体層、第２の半導体層、真性半導体層、ノンドープ半導体層、アンインテンショナリードープト半導体層、第１の電極および第２の電極の厚さは、必要に応じて選ばれるが、上記の半導体層、第１の半導体層、第２の半導体層、真性半導体層、ノンドープ半導体層およびアンインテンショナリードープト半導体層の厚さは一般的には第１の電極および第２の電極の厚さの１倍以上、典型的には１０倍以上である。具体的には、上記の半導体層、第１の半導体層、第２の半導体層、真性半導体層、ノンドープ半導体層およびアンインテンショナリードープト半導体層の厚さは一般的には１０ｎｍ以上１０μｍ以下、第１の電極および第２の電極の厚さは一般的には１０ｎｍ以上１μｍ以下である。上記の半導体層、第１の半導体層、第２の半導体層、真性半導体層、ノンドープ半導体層およびアンインテンショナリードープト半導体層を構成する半導体としては、ＣｄＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓＮ、ＧａＰＮなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＳｉやＳｉＧｅなどのＩＶ族半導体、Ｓｉx Ｇｅy Ｓｎ1-x-y Ｏなどを用いることができる。さらに、上記の半導体層、第１の半導体層、第２の半導体層、真性半導体層、ノンドープ半導体層およびアンインテンショナリードープト半導体層は、これらの半導体からなる微粒子により構成することもできる。この場合、例えば、結着剤を用いてこれらの微粒子をペースト状にしたものを塗布形成することによりこれらの半導体層を形成することができる。上記の半導体層、第１の半導体層、第２の半導体層、真性半導体層、ノンドープ半導体層およびアンインテンショナリードープト半導体層を構成する半導体として有機半導体を用いる場合、この有機半導体は一般的にはヘテロジャンクション型あるいはバルクヘテロジャンクション型の構造を有する。ヘテロジャンクション型構造の有機半導体においては、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を、それぞれｐ電極およびｎ電極と接触するように接合する。バルクヘテロジャンクション型構造の有機半導体は、ｐ型有機半導体分子とｎ型有機半導体分子との混合物からなり、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体とが互いに入り組んで互いに接触した微細構造を有する。有機半導体の材料としては、基本的には従来公知のものを全て用いることができるが、具体的には、ポリアセチレン（好ましくは二置換型ポリアセチレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）、ポリピロール、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリアニリン、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）（ＰＤＡＦ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−co−ビチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）、ポリ（１−ヘキシル−２−フェニルアセチレン）（ＰＨX ＰＡ）（発光材料としては青色の発光を示す）、ポリ（ジフェニルアセチレン）誘導体（ＰＤＰＡ−n ��ｕ）（発光材料としては緑色の発光を示す）、ポリ（ピリジン）（ＰＰｙ）、ポリ（ピリジルビニレン）（ＰＰｙＶ）、シアノ置換型ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＣＮＰＰＶ）、ポリ（３，９−ジ−tert−ブチルインデノ［１，２−ｂ］フルオレン（ＰＩＦ）などを用いることができる。これらの有機半導体のドーパントについては、ドナーとしてはアルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ）を用いることができ、アクセプタとしてはハロゲン類（Ｂｒ2 、Ｉ2 、ＣＩ2 ）、ルイス酸（ＢＦ3 、ＰＦ5 、ＡｓＦ5 、ＳｂＦ5 、ＳＯ3 ）、遷移金属ハロゲン化物（ＦｅＣｌ3 、ＭｏＣｌ5 、ＷＣｌ5 、ＳｎＣｌ4 ）、有機アクセプタ分子としてはＴＣＮＥ、ＴＣＮＱを用いることができる。また、電気化学ドーピングに用いられるドーパントイオンは、陽イオンとしてはテトラエチルアンモニウムイオン（ＴＥＡ+ ）、テトラブチルアンモニウムイオン（ＴＢＡ+ ）、Ｌｉ+ 、Ｎａ+ 、Ｋ+ 、陰イオンとしてはＣｌＯ4 - 、ＢＦ4 - 、ＰＦ6 - 、ＡｓＦ6 - 、ＳｂＦ6 - などを用いることができる。有機半導体としてはさらに、高分子電解質を用いることもできる。この高分子電解質の具体例を挙げると、ポリアニオンとしては、サルフォネートポリアニリン、ポリ（チオフェン−３−酢酸）、サルフォネートポリスチレン、ポリ（３−チオフェンアルカンサルフォネート）など、ポリカチオンとしては、ポリアリルアミン、ポリ（ｐ−フェニレン−ビニレン）前駆体高分子、ポリ（ｐ−メチルピリジニウムビニレン）、プロトン化ポリ（ｐ−ピリジルビニレン）、ポロトン（２−Ｎ−メチルピリジニウムアセチレン）などを用いることができる。有機半導体としては、アセンあるいはポリアセン（複数のベンゼン環が直線状に縮合した構造を有する芳香族炭化水素化合物の総称）系の半導体や、この半導体のアセンの一部の水素を官能基で置き換えて水溶性を付与したアセン誘導体を用いることもできる。
この繊維状光電変換素子を用いて例えば織物、布地、衣服、壁紙などを作ることができるが、これに限定されるものではない。
この繊維状光電変換素子には、太陽電池のほか、光センサーなども含まれる。
【００１４】
第２の発明は、
横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有する繊維状光電変換素子の使用方法であって、
上記第１の電極および上記第２の電極に対して非直角の方向から光を入射させることを特徴とするものである。
第２の発明においては、上記以外のことは、第１の発明に関連して説明したことが同様に成立する。
第３の発明は、
横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有する光電変換素子をその長手方向に延伸することにより横断面の断面積を減少させるようにしたことを特徴とする繊維状光電変換素子の製造方法である。
横断面において第１の電極と第２の電極との間に半導体層が挟まれた構造を有する光電変換素子は各種の方法により形成することができるが、例えば、ロールツーロールプロセスにより容易にかつ高い生産性で形成することができる。典型的には、上記の光電変換素子の外周面を被覆材により被覆し、この被覆材により被覆された光電変換素子をその長手方向に延伸することにより横断面の断面積を減少させるようにする。こうすることで、横断面の形状および大きさを目的とする形状および大きさとする。
第３の発明においては、上記以外のことは、第１の発明に関連して説明したことが同様に成立する。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明による繊維状光電変換素子を用いた織物である。
この織物においては、例えば、縦糸を構成する複数の繊維状光電変換素子および／または横糸を構成する複数の繊維状光電変換素子がそれらの第１の電極および第２の電極が互いにほぼ平行になるように配置される。この場合、好適には、第１の電極および第２の電極に対して非直角の方向、最も好適には、第１の電極および第２の電極に対して平行な方向から光を入射させる。典型的には、第１の電極および第２の電極が織物の面に対してほぼ垂直になるように繊維状光電変換素子が配置される。この織物を構成する繊維状光電変換素子には、隣り合う繊維状光電変換素子の配向（繊維状光電変換素子の相対的配置）が互いに揃うような仕組みや形状、例えば隣り合う繊維状光電変換素子同士がそれらの側面で互いに結合し合う凹凸構造などを設けることが望ましい。この織物は、これらの繊維状光電変換素子に、異種の繊維を混ぜて織り上げることが有効である。この異種の繊維は、繊維状光電変換素子に平行に設けてもよいし、繊維状光電変換素子と交差する方向（例えば、繊維状光電変換素子と直交する方向）に設けてもよい。後者の場合、この異種の繊維により複数の繊維状光電変換素子を横断的に接続するようにしてもよい。この異種の繊維は、導電性を付与して信号検出線や制御線などとして用いることができる。また、この異種の繊維は、織物全体としての強度を向上させるために用いることもできる。
第５の発明は、
第１の発明による繊維状光電変換素子を用いた織物の使用方法であって、
縦糸を構成する複数の繊維状光電変換素子および／または横糸を構成する複数の繊維状光電変換素子がそれらの第１の電極および第２の電極が互いにほぼ平行になるように配置され、第１の電極および第２の電極に対して非直角の方向から光を入射させることを特徴とするものである。
第６の発明は、第１の発明による繊維状光電変換素子を用いた衣服である。
第７の発明は、第１の発明による繊維状光電変換素子を用いた壁紙である。
第４〜第７の発明においては、上記以外のことは、第１の発明に関連して説明したことが同様に成立する。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、繊維状光電変換素子の半導体層の面に平行でかつこの繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に入射する光の進行方向に対して、この光の入射により半導体層中に生成されるキャリアの正味の移動方向が垂直であるので、半導体層の厚さの最大化による光の吸収量の最大化と電極間距離の最小化とを両立させることができ、光電変換効率の大幅な向上を図ることができる。特に、半導体層をこの半導体層の面に平行でかつこの繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に複数の部分に分割し、これらの部分を構成する半導体のバンドギャップをその方向に沿って段階的および／または連続的に変化させることにより、分割数および使用する半導体の種類の選択次第で、太陽光スペクトルの主要部あるいは全部の波長の光を吸収して光電変換することができ、究極的には理論最大効率に迫る光電変換効率を得ることができる。また、この繊維状光電変換素子はフレキシブルに構成することができるため、通常の繊維の代わりに用いて光電変換機能を有する各種の織物を作製することができ、これらを用いて衣服などの人間が身に着けるものを容易に作製することができる。この衣服は、例えば、ウエアラブルでユビキタスな情報通信技術（information and communication technology: ＩＣＴ）端末／製品、次世代の健康管理端末／製品など用の嵩張らず、使用者の負担とならない電源として用いることができる。この衣服を着るだけで、従来の重い電池を一切携帯することなく、必要なサポート機能を満喫することができる。すなわち、従来の衣服は保熱機能・遮蔽機能・防護機能を有するのみであったが、この衣服によれば、これらに加えてＩＣＴ機能や状況判断サポート機能や体状況モニター機能なども持たせることができる。加えて、半導体層のバンドギャップエネルギーを選択することにより、人間の体から輻射される赤外光により発電を行うことができる衣服などを作製することもできる。また、この繊維状光電変換素子を用いて光電変換機能を有する壁紙を作製することもできる。しかも、この繊維状光電変換素子は、例えば従来公知のファイバー作製技術あるいはロールツーロールプロセスや延伸技術を用いて容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１はこの発明の第１の実施形態による繊維状光電変換素子を示す斜視図、図２はこの繊維状光電変換素子の横断面図（図１のＡ−Ａ線断面図）である。図１および図２に示すように、この繊維状光電変換素子は、横断面において、ｐ電極１１とｎ電極１２とが、それらの間にｐ型半導体層１３とｎ型半導体層１４とからなるｐｎ接合を挟んだ構造を有しており、外周面が被覆材１５により被覆されている。この繊維状光電変換素子の外周面には、ｐ電極１１と接触した取り出し電極１６およびｎ電極１２と接触した取り出し電極１７が設けられている。
【００１８】
ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４を構成する半導体としては、延伸可能な材料、好適には有機半導体を用いることができ、例えばすでに挙げたものの中から使用したいバンドギャップエネルギーを有するものを選ぶことができ、その形態も単結晶、多結晶、アモルファスのいずれであってもよい。また、これらのｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４を構成する半導体としては互いに同種のものが用いられる。ｐ電極１１およびｎ電極１２はそれぞれｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４とオーミック接触する導電材料、好適には延伸可能な導電材料、例えば金や導電性高分子あるいはＩＴＯなどの導電性酸化物微粒子の分散・集合体などにより構成される。
【００１９】
この繊維状光電変換素子の各部の寸法の例を挙げると、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４の厚さはそれぞれ１０〜１００ｎｍ、典型的には７０〜１００ｎｍ、ｐ電極１１およびｎ電極１２の厚さはそれぞれ１００ｎｍ程度である。ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４の、これらの面に平行でかつこの繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向の幅は、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと等しいエネルギーの光のこの半導体における吸収長以上に選ばれ、具体的には１μｍ〜１ｍｍ程度に選ばれる。こうすることで、この光をｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４でほぼ完全に吸収することができる。この繊維状光電変換素子の太さは必要に応じて選ばれるが、例えば衣服を作る場合には一般的には０．１〜１ｍｍ、例えば壁紙を作る場合には一般的に０．１〜５ｍｍに選ばれ、長さは必要に応じて選ばれる。
【００２０】
次に、この繊維状光電変換素子の製造方法について説明する。
最初に、この繊維状光電変換素子の元となる光電変換素子を製造する。
第１の例では、従来公知のファイバー作製方法、特に内部構造を有するファイバーの作製方法と同様な方法を用いて光電変換素子を製造する。
第２の例では、ロールツーロールプロセスで光電変換素子を製造する。図３はこの光電変換素子をロールツーロールプロセスで製造するのに用いる製造装置を示す。
図３に示すように、例えば所定幅の薄い平坦なテープ状の樹脂製ベースフィルム２１の一方の面にあらかじめｐ電極１１を形成したものと、これと同じ幅の薄い平坦なテープ状の樹脂製ベースフィルム２２の一方の面にあらかじめｎ電極１２を形成したものとを用意する。これらの樹脂製ベースフィルム２１、２２は一般的には図示省略したローラに巻き付けられた状態で用意されるが、これに限定されるものではない。
【００２１】
樹脂製ベースフィルム２１上にｐ電極１１を形成したものをローラー２３の回転により送りながら、ローラー２４の表面にあらかじめ塗布されたｐ型の有機半導体材料を含む溶液を塗布することで、このｐ電極１１上にｐ型半導体層１３を形成する。一方、樹脂製ベースフィルム２２上にｎ電極１２を形成したものをローラー２５の回転により送りながら、ローラー２６の表面にあらかじめ塗布されたｎ型の有機半導体材料を含む溶液を塗布することで、このｎ電極１２上にｎ型半導体層１４を形成する。こうして樹脂製ベースフィルム２１上に形成されたｐ型半導体層１３と樹脂製ベースフィルム２２上に形成されたｎ型半導体層１４とはローラー２３とローラー２５との間で互いに接触して接合される。樹脂製ベースフィルム２１はローラー２３を離れた後、ローラー２３の中心とローラー２５の中心とを結ぶ直線に対して垂直な方向よりも鋭角な方向に引っ張られるようになっている。このため、樹脂製ベースフィルム２１がローラー２３を離れた直後にｐ電極１３からこの樹脂製ベースフィルム２１が剥がされる。同様に、樹脂製ベースフィルム２２はローラー２７〜２９によりさらに送られるが、この樹脂製ベースフィルム２２はローラー２９を離れた後、ローラー２５〜２９による送り方向からそれる方向に引っ張られるようになっている。このため、樹脂製ベースフィルム２２がローラー２９を離れた直後にｎ電極１２からこの樹脂製ベースフィルム２２が剥がされる。次に、この光電変換素子の外周を被覆材１５により被覆する。こうして、図４に示すように、横断面において、ｎ電極１２、ｎ型半導体層１４、ｐ型半導体層１３およびｐ電極１１が順次積層され、外周が被覆材１５により被覆された構造を有する長尺の光電変換素子が製造される。
【００２２】
次に、こうして外周が被覆材１５により被覆された光電変換素子をその長手方向に延伸することにより、図５に示すように、その横断面の面積を減少させる。この延伸の度合いを適切に選ぶことにより延伸後の横断面の形状および大きさを所望のものにすることができる。具体的には、延伸前の光電変換素子の横断面のｐ電極１１およびｎ電極１２の厚さおよび幅をそれぞれＴ1 およびＷ1 、延伸前の光電変換素子の長さをＬ1 、延伸後の繊維状光電変換素子の横断面のｐ電極１１およびｎ電極１２の厚さおよび幅をそれぞれＴ2 およびＷ2 、延伸後の繊維状光電変換素子の長さをＬ2 とすると、延伸前後で体積一定であるからＴ1 Ｗ1 Ｌ1 ＝Ｔ2 Ｗ2 Ｌ2 （ただし、Ｔ1 ／Ｔ2 ＝Ｗ1 ／Ｗ2 ＝（Ｌ2 ／Ｌ1 ）1/2 ）が成立するので、この式に基づき、最終的に製造する繊維状光電変換素子の横断面のｐ電極１１およびｎ電極１２の厚さＴ2 および幅Ｗ2 ならびに繊維状光電変換素子の長さＬ2 に応じて延伸前の光電変換素子の横断面のｐ電極１１およびｎ電極１２の厚さＴ1 および幅Ｗ1 ならびに光電変換素子の長さＬ1 を設計することができる。ここで、ｐ電極１１およびｎ電極１２をＩＴＯなどの導電性酸化物微粒子の分散・集合体などにより構成する場合、この微粒子の平均粒径をＤとすると、導電性を確保するために、好適にはＴ2 ＞Ｄ、より好適にはＴ2 ＞３Ｄとする。
この後、被覆材１５に対してレーザビームを照射するなどして二つの穴を開けてこれらの穴の内部にそれぞれｐ電極１１およびｎ電極１２を露出させ、これらの穴を通してそれぞれ取り出し電極１６、１７を形成する。
以上のようにして、図１および図２に示す目的とする繊維状光電変換素子が製造される。
【００２３】
この第１の実施形態によれば、繊維状光電変換素子の横断面において、ｐ電極１１とｎ電極１２とが間にｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４を挟んだ構造を有するため、これらのｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４の面に平行でかつこの繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に入射する光の進行方向に対して、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４からなるｐｎ接合に光が入射することにより生成されるキャリアの正味の移動方向が垂直になっているため、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４からなるｐｎ接合による光の吸収量の増大とｐ電極１１およびｎ電極１２によるキャリアの収集効率の増大とを両立させることができる。このため、光電変換効率が高く、しかもフレキシブルな繊維状光電変換素子を実現することができる。また、この繊維状光電変換素子は、従来公知のファイバー作製技術あるいはロールツーロールプロセスや延伸技術を用いて容易にかつ高い生産性で製造することができる。
【００２４】
次に、この発明の第２の実施形態による繊維状光電変換素子について説明する。
図６はこの繊維状光電変換素子を示す斜視図、図７はこの繊維状光電変換素子の横断面図（図６のＢ−Ｂ線に沿っての断面図）である。図６および図７に示すように、この繊維状光電変換素子は、横断面において、ｐ型半導体層１３とｎ型半導体層１４とからなるｐｎ接合が二つ、ｎ電極１２を共有して並列接続されており、二つのｐ型半導体層１３にそれぞれｐ電極１１が接触した構造を有する。この繊維状光電変換素子の外周面には、各ｐ電極１１と接触した二つの取り出し電極１６およびｎ電極１２と接触した取り出し電極１７が設けられている。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、ｐ型半導体層１３とｎ型半導体層１４とからなるｐｎ接合が二つ並列接続されているので、大きな光電流を取り出すことができるという利点を得ることもできる。
【００２５】
次に、この発明の第３の実施形態による繊維状光電変換素子について説明する。
図８はこの繊維状光電変換素子を示す斜視図、図９はこの繊維状光電変換素子の横断面図（図８のＣ−Ｃ線に沿っての断面図）である。図８および図９に示すように、この繊維状光電変換素子は、横断面において、ｐ型半導体層１３とｎ型半導体層１４とからなるｐｎ接合が二つ、ｐ型半導体層１３に対するｐ電極も兼用するｎ電極１２を共有して直列接続されており、外側のｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４にそれぞれｐ電極１１およびｎ電極１２が接触した構造を有する。この繊維状光電変換素子の外周面には、ｐ電極１１と接触した取り出し電極１６およびｎ電極１２と接触した取り出し電極１７が設けられている。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、ｐ型半導体層１３とｎ型半導体層１４とからなるｐｎ接合が二つ直列接続されているので、大きな光起電力を取り出すことができるという利点を得ることもできる。
【００２６】
次に、この発明の第４の実施形態による繊維状光電変換素子について説明する。第１の実施形態による繊維状光電変換素子が単一のバンドギャップを利用するものであるのに対し、この繊維状光電変換素子では複数のバンドギャップを利用する。
図１０はこの繊維状光電変換素子の横断面図である。図１０に示すように、この繊維状光電変換素子においては、ｎ電極１２は全面電極であり、ｎ型半導体層１４とオーミック接触しているのに対し、ｐ電極１１はｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４の面に平行でかつこの繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に互いに分離された細長いｎ個の微小ｐ電極１１−１〜１１−ｎからなり、これに応じてｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４もｎ個の微小部分からなる。
【００２７】
ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４のバンドギャップエネルギーＥg は、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４の面に平行でかつこの繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向にｎ段階（ｎ≧２）に段階的に減少しており、順にＥg1、Ｅg2、…、Ｅgn（Ｅg1＞Ｅg2＞…＞Ｅgn）となっている。ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４のうちのバンドギャップエネルギーＥg がＥgk（１≦ｋ≦ｎ）の領域をＥgk領域と呼ぶ。このＥgk領域のｐ型半導体層１３と微小ｐ側電極１１−ｋとがオーミック接触している。これらのＥgk領域は一体になっていても互いに分離されていてもよい。微小ｐ電極１１−ｋとｎ電極１２との間にＥgk領域が挟まれた構造が微小光電変換素子を構成し、ｎ電極１２を共通電極としたこれらのｎ個の微小光電変換素子によりこの繊維状光電変換素子が構成されている。
【００２８】
Ｅgkは次のように設定することができる。例えば、ＡＭ１．５太陽光スペクトルの全波長範囲またはその主要な波長範囲（入射エネルギーが高い部分を含む範囲）において、波長をｎ個の区間に分ける。そして、これらの区間に短波長側（高エネルギー側）から順に１、２、…、ｎというように番号を付け、ｋ番目の区間の最小光子エネルギーに等しくＥgkを選ぶ。こうすることで、ｋ番目の区間の光子エネルギーを有する光子がＥgk領域に入射すると電子−正孔対が発生し、光電変換が行われる。また、この場合、このｋ番目の区間の光子エネルギーを有する光子が各Ｅgk領域に到達して十分に吸収されるように、光入射部からこのＥgk領域までの深さを選ぶ。これによって、この繊維状光電変換素子に、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４の面に平行でかつこの繊維状光電変換素子の長手方向に垂直な方向に入射する太陽光は、まずＥg1領域に入射してそのスペクトルのうち光子エネルギーがＥg1以上のものが吸収されて光電変換され、続いてＥg2領域に入射してそのスペクトルのうち光子エネルギーがＥg2以上でＥg1より小さいものが吸収されて光電変換され、最終的にＥgn領域に入射してそのスペクトルのうち光子エネルギーがＥgn以上でＥgn-1より小さいものが吸収されて光電変換される。この結果、太陽光スペクトルのほぼ全範囲あるいは主要な波長範囲の光を光電変換に使用することができる。
【００２９】
Ｅgkの理想的な設定例について説明する。図１７にＡＭ１．５太陽光スペクトルの光子密度ｎphと光子エネルギーｈνとの関係を示す。ここでは、ＡＭ１．５太陽光スペクトルの光子エネルギーをエネルギー幅Δの１０個の区間に等分するものとする。この場合の理論最大光電変換効率は約７０％にもなり、これは例えばＥg ＝１．３５ｅＶの従来の太陽電池の理論最高光電変換効率３１％の倍以上である。
【００３０】
各Ｅgkの設定は、各Ｅgk領域を構成する半導体の組成を変えることにより行うことができる。具体的には、各Ｅgk領域を別種の半導体により構成する。無機半導体を用いる場合について具体例をいくつか挙げると次のとおりである。ｎ＝２の最も簡単な場合には、例えば、Ｅg1領域をＧａＡｓ（Ｅg ＝１．４３ｅＶ）、Ｅg2領域をＳｉ（Ｅg ＝１．１１ｅＶ）により構成する。また、ｎ＝３の場合には、例えば、Ｅg1領域をＧａＰ（Ｅg ＝２．２５ｅＶ）、Ｅg2領域をＧａＡｓ（Ｅg ＝１．４３ｅＶ）、Ｅg3領域をＳｉ（Ｅg ＝１．１１ｅＶ）により構成する。また、ｎ＝４の場合には、例えば、Ｅg1領域をＧａＰ（Ｅg ＝２．２５ｅＶ）、Ｅg2領域をＧａＡｓ（Ｅg ＝１．４３ｅＶ）、Ｅg3領域をＳｉ（Ｅg ＝１．１１ｅＶ）、Ｅg4領域をＧｅ（Ｅg ＝０．７６ｅＶ）により構成する。また、ｎ＝５の場合には、例えば、Ｅg1領域を直径１．９ｎｍ程度のＣｄＳｅ微粒子（吸収ピーク波長４４５ｎｍ）、Ｅg2領域を直径４．０ｎｍ程度のＣｄＳｅ微粒子（吸収ピーク波長５８５ｎｍ）、Ｅg3領域を直径２ｎｍ程度のＰｂＳｅ微粒子（吸収ピーク波長８００ｎｍ）、Ｅg4領域を直径４．５ｎｍ程度のＰｂＳｅ微粒子（吸収ピーク波長１１００ｎｍ）、Ｅg5領域を直径９０ｎｍ程度のＰｂＳｅ微粒子（吸収ピーク波長２３００ｎｍ）により構成する。さらに、ＧａＩｎＮx Ａｓ1-x やＧａＩｎＮx Ｐ1-x を用いてｘの制御だけでｎ〜１０の場合のＥgk領域を構成することも可能である。加えて、Ｔｅを含ませると大きなボウイング（bowing）を示すことが知られているＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いてＥgk領域を構成してもよい。
【００３１】
この繊維状光電変換素子の製造方法は、基本的には第１の実施形態と同様な製造方法を用いることができる。バンドギャップエネルギーが異なる半導体の各部を形成するには、例えば、ｐ型およびｎ型の有機半導体材料を含む溶液を塗布する。この塗布には、各種の方法を用いることができ、具体的には、例えばインクジェットプリンタなどを用いることができ、この方法で例えば１００μｍ以下の幅で半導体ストライプを容易に形成することができる。より狭い幅、例えば幅数μｍ程度の半導体ストライプを塗布形成する方法としては、次のような方法がある。
【００３２】
図１１Ａ〜Ｄはこの半導体ストライプの塗布形成に用いる塗布装置、特にノズル部を模式的に示し、図１１Ａは上面図、図１１Ｂは下面図、図１１Ｃは図１１ＡのＣ−Ｃ線に沿っての断面図、図１１Ｄは図１１ＡのＤ−Ｄ線に沿っての断面図である。ここでは、５種類の半導体ストライプを塗布形成する場合について説明するが、これに限定されるものではない。
図１１Ａ〜Ｄに示すように、この塗布装置のノズル４３は、上面４３ａから下面４３ｂに貫通した５個の開口部４４〜４８を有する。これらの開口部４４〜４８は矩形の断面形状を有し、先端部（下面４３ｂ側の部分）に向かって先すぼまりの形状を有する。これらの開口部４４〜４８の内部には図示省略した塗布液供給機構により塗布液が供給され、この開口部４４〜４８の先端から外部に塗布液が吐出されるようになっている。開口部４４〜４８の先端の矩形の辺の長さは形成しようとする半導体ストライプの幅に応じて決められるが、例えば１〜１０μｍ程度であり、開口部４４〜４８の間隔も例えばこれと同程度とすることができる。
【００３３】
一例として、このノズル４３を用いてｎ電極１２上にｎ型半導体ストライプを形成する方法について説明する。なお、ｐ型半導体ストライプや金属ストライプも同様に形成することができる。
開口部４４〜４８の内部に例えばそれぞれバンドギャップエネルギーがＥg1、Ｅg2、Ｅg3、Ｅg4、Ｅg5（Ｅg1＞Ｅg2＞Ｅg3＞Ｅg4＞Ｅg5）の半導体材料を溶媒に溶かした塗布液を入れる。そして、ノズル４３の下面４３ａを樹脂製ベースフィルム上のｎ電極１２に近接させ、樹脂製ベースフィルムを長手方向に送りながら、塗布液に上から圧力を加えることで開口部４４〜４８の先端から外部に塗布液を吐出する。こうすることで、図１２および図１３に示すように、ｎ電極１２上に、バンドギャップエネルギーがそれぞれＥg1、Ｅg2、Ｅg3、Ｅg4、Ｅg5のｎ型半導体層１４−１、１４−２、１４−３、１４−４、１４−５を形成する。例えば、バンドギャップエネルギーがＥg1の材料として直径９０ｎｍ程度のＰｂＳｅ微粒子（吸収ピーク波長２３００ｎｍ）、バンドギャップエネルギーがＥg2の材料として直径４．０ｎｍ程度のＣｄＳｅ微粒子（吸収ピーク波長５８５ｎｍ）、バンドギャップエネルギーがＥg3の材料として直径２ｎｍ程度のＰｂＳｅ微粒子（吸収ピーク波長８００ｎｍ）、バンドギャップエネルギーがＥg4の材料として直径４．５ｎｍ程度のＰｂＳｅ微粒子（吸収ピーク波長１１００ｎｍ）、バンドギャップエネルギーがＥg5の材料として直径９０ｎｍ程度のＰｂＳｅ微粒子（吸収ピーク波長２３００ｎｍ）を用いる。
【００３４】
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、例えば従来のアモルファスＳｉ太陽電池では太陽光スペクトルのうち光子エネルギーが１．１２ｅＶより小さい波長の光は利用することができないのに対し、この第４の実施形態によれば、Ｅgk領域の設計により、太陽光スペクトルの全部または主要部の光を光電変換に利用することができ、光電変換効率の飛躍的な向上を図ることができる。
【００３５】
次に、この発明の第５の実施形態による繊維状光電変換素子について説明する。
この繊維状光電変換素子においては、第１の実施形態による繊維状光電変換素子における薄膜状のｐ電極１１およびｎ電極１２の代わりに、金属などの導電材料からなるワイヤーを用いる。図１４にこの繊維状光電変換素子のｐｎ接合部の近傍を示す。図１４に示すように、この場合、繊維状光電変換素子の長手方向に互いに平行に延びる多数のワイヤー５１によりｐ電極１１が形成されており、同じく繊維状光電変換素子の長手方向に互いに平行に延びる多数のワイヤー５２によりｎ電極１２が形成されている。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、それぞれワイヤー５１、５２によりｐ電極１１およびｎ電極１２が形成されていることにより、繊維状光電変換素子に入射する光がこれらのｐ電極１１およびｎ電極１２により吸収される確率が大幅に低減し、入射光を極めて有効に利用することができるという利点を得ることができる。
【００３６】
次に、この発明の第６の実施形態による繊維状光電変換素子について説明する。
この第６の実施形態による繊維状光電変換素子においては、第４の実施形態におけるｐ型半導体層１３とｎ型半導体層１４とからなるｐｎ接合の代わりに、真性半導体層、ノンドープ半導体層またはアンインテンショナリードープト半導体層を互いに仕事関数が異なる２種類の導電材料からなるｐ電極１１およびｎ電極１２で挟んだ接合を用いる。その他のことは第１の実施形態による繊維状光電変換素子と同様である。
この第６の実施形態によれば、第４の実施形態において、ｐ電極１１およびｎ電極１２ともに、全面に形成された単一平面電極、あるいは図１４に断面構造を示すようなマルチワイヤー電極を用いることができ、簡単化できる。さらに、この繊維状光電変換素子の出力電圧は、ｐ電極１１およびｎ電極１２を構成する上記の２種の導電材料の仕事関数の差で与えられ、間に挟まれる真性半導体層、ノンドープ半導体層またはアンインテンショナリードープト半導体層のバンドギャップによらないので、光の吸収は太陽光の全スペクトル幅に広げつつ、かつ出力電圧は、これらの半導体層のバンドギャップによらず一定ということで極めて使い勝手の良い高効率な繊維状光電変換素子が簡便かつ低コストで得られる。
【００３７】
次に、この発明の第７の実施形態による光電変換機能付き織物について説明する。
図１５に示すように、第１〜第６のいずれかの実施形態による繊維状光電変換素子６１を縦糸および横糸に用いて光電変換機能付き織物を作る。この場合、縦糸を構成する複数の繊維状光電変換素子６１はそれらのｐ電極１１およびｎ電極１２が互いに平行になるように配置され、横糸を構成する複数の繊維状光電変換素子６１もそれらのｐ電極１１およびｎ電極１２が互いに平行になるように配置され、かつ、これらのｐ電極１１およびｎ電極１２がこの光電変換機能付き織物の面に対してほぼ垂直になっている。
【００３８】
この第７の実施形態によれば、光電変換機能付き織物を容易に作ることができることに加えて、次のような利点を得ることもできる。すなわち、この光電変換機能付き織物を用いて作られた衣服を人が着た場合、体から外部に輻射される赤外光がこの光電変換機能付き織物を構成する繊維状光電変換素子６１に入射して光電変換が行われることにより、発電を行うことが可能である。人の体温は概ね３６℃程度であるから、人の体の表面からは波長約５〜１０μｍの赤外光が輻射され、そのパワーは５０Ｗ程度であり、最大で約１．５Ｗの発電が可能である。
また、この光電変換機能付き織物を屋根裏部屋やボイラー横など高温の黒体輻射源の近傍に、この黒体輻射源とできるだけ温度差が大きいように、かつこの黒体輻射源と温度平衡に至らないように、張ることにより、効率よく黒体輻射を電気エネルギーに変換することができる。
【００３９】
次に、この発明の第８の実施形態による光電変換機能付き壁紙について説明する。
この光電変換機能付き壁紙は、第１〜第６のいずれかの実施形態による繊維状光電変換素子６１を用いて作る。
この第８の実施形態によれば、光電変換機能付き壁紙を容易に作ることができることに加えて、次のような利点を得ることもできる。すなわち、この光電変換機能付き壁紙を屋根裏部屋やボイラー横など高温の黒体輻射源の近傍に、この黒体輻射源とできるだけ温度差が大きいように、かつこの黒体輻射源と温度平衡に至らないように、張ることにより、効率よく黒体輻射を電気エネルギーに変換することができる。
【００４０】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、材料、形状、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、形状、配置などを用いてもよい。必要に応じて、上述の実施形態の二以上を組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の第１の実施形態による繊維状光電変換素子を示す斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施形態による繊維状光電変換素子の横断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態による繊維状光電変換素子の製造方法を説明するための略線図である。
【図４】この発明の第１の実施形態による繊維状光電変換素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５】この発明の第１の実施形態による繊維状光電変換素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図６】この発明の第２の実施形態による繊維状光電変換素子を示す斜視図である。
【図７】この発明の第２の実施形態による繊維状光電変換素子の横断面図である。
【図８】この発明の第３の実施形態による繊維状光電変換素子を示す斜視図である。
【図９】この発明の第３の実施形態による繊維状光電変換素子の横断面図である。
【図１０】この発明の第４の実施形態による繊維状光電変換素子の横断面図である。
【図１１】この発明の第４の実施形態による繊維状光電変換素子の製造に用いられる塗布装置のノズルを示す上面図、下面図および断面図である。
【図１２】この発明の第４の実施形態による繊維状光電変換素子の製造方法における半導体ストライプの形成方法を説明するための断面図である。
【図１３】この発明の第４の実施形態による繊維状光電変換素子の製造方法における半導体ストライプの形成方法を説明するための斜視図である。
【図１４】この発明の第５の実施形態による繊維状光電変換素子を示す略線図である。
【図１５】この発明の第７の実施形態による光電変換機能付き織物を示す略線図である。
【図１６】従来の太陽電池を示す断面図である。
【図１７】光子エネルギーと太陽光の光子密度との関係を示す略線図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…ｐ電極、１２…ｎ電極、１３…ｐ型半導体層、１４…ｎ型半導体層、１５…被覆材、１６、１７…取り出し電極、２１、２２…樹脂製ベースフィルム、４３…ノズル、４４〜４８…開口部、５１、５２…ワイヤー、６１…繊維状光電変換素子
【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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【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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