特許 7418736 光電変換素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-12

(45)【発行日】2024-01-22

(54)【発明の名称】光電変換素子

(51)【国際特許分類】

   H10K 30/53 20230101AFI20240115BHJP

   H10K 30/30 20230101ALI20240115BHJP

【ＦＩ】

H10K30/53

H10K30/30

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019233174

(22)【出願日】2019-12-24

(65)【公開番号】P2021101461

(43)【公開日】2021-07-08

【審査請求日】2022-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】100112689

【弁理士】

【氏名又は名称】佐原 雅史

(74)【代理人】

【識別番号】100128934

【弁理士】

【氏名又は名称】横田 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128141

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 圭一

(72)【発明者】

【氏名】福本 正

(72)【発明者】

【氏名】吉川 聡雄

(72)【発明者】

【氏名】加藤 岳仁

【審査官】佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０９３３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２８３７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０３４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０３９０１９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０７８

Ｈ１０Ｋ ３０／００－３９／３８

Ｈ０１Ｇ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

曲げ変形が可能であると共に、自身を構成する組織間に形成される微細空間が周囲の他の前記微細空間と連通しつつ自身の内部に分布する材料により構成された基材と、
自身を構成する材料（以下、第一電極側材料と呼ぶ。）が前記基材に付着して前記基材に形成される第一電極と、
自身を構成する材料（以下、第二電極側材料と呼ぶ。）が前記基材に付着して前記基材に形成される第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間において、自身を構成する材料（以下、光電変換側材料と呼ぶ。）が前記基材に付着して前記基材の内部に形成される光電変換層と、
を備え、
前記微細空間は、前記光電変換側材料が配置可能な大きさを有し、
前記第一電極は、前記基材において前記光電変換層と重複する領域（以下、第一重複領域と呼ぶ。）を有し、
前記第一重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第一電極側材料とが混在することを特徴とする、
光電変換素子。

【請求項2】

前記基材は、繊維が絡み合って構成される布体、又は多孔質材料によりに構成されることを特徴とする、
請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項3】

前記基材は、シート状に構成されることを特徴とする、
請求項１または２に記載の光電変換素子。

【請求項4】

前記第一電極は、
前記光電変換層に隣接すると共に、前記第一重複領域で前記光電変換層に重複する領域（以下、第一電極片側重複領域と呼ぶ。）を有し、前記第一電極側材料に含まれる所定の材料（以下、第一電極片側材料と呼ぶ。）により構成される第一電極片と、
前記光電変換層とは反対側において前記第一電極片に隣接し、前記第一電極側材料に含まれる、前記第一電極片側材料とは別の所定の材料（以下、第二電極片側材料と呼ぶ。）により構成される第二電極片と、
を有し、
前記第一電極片側重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第一電極片側材料とが混在することを特徴とする、
請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項5】

前記第二電極片は、前記第一重複領域で前記光電変換層と重複する領域（以下、第二電極片側重複領域と呼ぶ。）を有し、
前記第二電極片側重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第二電極片側材料とが混在することを特徴とする、
請求項４に記載の光電変換素子。

【請求項6】

前記第一重複領域では、前記第一電極片側材料の方が前記第二電極片側材料よりも多く含まれることを特徴とする、
請求項４又は５に記載の光電変換素子。

【請求項7】

前記第一電極片側材料と前記第二電極側材料とは、同一の材料であることを特徴とする、
請求項４～６のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項8】

前記第二電極は、前記基材において前記光電変換層と重複する領域（以下、第二重複領域と呼ぶ。）を有し、
前記第二重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第二電極側材料とが混在することを特徴とする、
請求項１～７のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項9】

前記光電変換側材料が分布する領域である光電変換側領域は、前記基材の厚み方向において前記光電変換層が前記第一電極又は前記第二電極を挟み込む挟み込み領域を有することを特徴とする、
請求項１～８のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項10】

前記第一電極は、前記基材の一方の平面側に形成され、
前記第二電極は、前記基材の他方の平面側に形成されることを特徴とする、
請求項３～９のいずれかに記載の光電変換素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電変換素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、有機薄膜太陽電池は、有機半導体材料等の材料を溶解又は分散された塗布液を基板に塗布することにより形成可能である。このため、有機薄膜太陽電池は、軽量で柔軟である。したがって、有機薄膜太陽電池は、様々な場所に容易に設置することができる。そして、有機薄膜太陽電池で用いられる基板の材料として、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０３４２２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、有機薄膜太陽電池で用いられる基板の材料がポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）のいずれかである場合、有機薄膜太陽電池を構成する陽極、陰極及び光電変換層は、基板の表面に積層される。このような有機薄膜太陽電池を何回も曲げ変形させると、基板の表面に積層された陽極、陰極及び光電変換層が剥離してしまい、発電特性が著しく低下する。

【0005】

本発明は、斯かる実情に鑑み、繰り返し曲げても発電特性を低下させない光電変換素子を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の光電変換素子は、曲げ変形が可能であると共に、自身を構成する組織間に形成される微細空間が周囲の他の前記微細空間と連通しつつ自身の内部に分布する材料により構成された基材と、自身を構成する材料（以下、第一電極側材料と呼ぶ。）が前記基材に付着して前記基材に形成される第一電極と、自身を構成する材料（以下、第二電極側材料と呼ぶ。）が前記基材に付着して前記基材に形成される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間において、自身を構成する材料（以下、光電変換側材料と呼ぶ。）が前記基材に付着して前記基材の内部に形成される光電変換層と、を備え、前記微細空間は、前記光電変換側材料が配置可能な大きさを有し、前記第一電極は、前記基材において前記光電変換層と重複する領域（以下、第一重複領域と呼ぶ。）を有し、前記第一重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第一電極側材料とが混在することを特徴とする。

【0007】

また、本発明の光電変換素子において、前記基材は、繊維が絡み合って構成される布体、又は多孔質材料によりに構成されることを特徴とする。

【0008】

また、本発明の光電変換素子において、前記基材は、シート状に構成されることを特徴とする。

【0009】

また、本発明の光電変換素子において、前記第一電極は、前記基材において前記光電変換層と重複する領域（以下、第一重複領域と呼ぶ。）を有し、前記第一重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第一電極側材料とが混在することを特徴とする。

【0010】

また、本発明の光電変換素子において、前記第一電極は、前記光電変換層に隣接すると共に、前記第一重複領域で前記光電変換層に重複する領域（以下、第一電極片側重複領域と呼ぶ。）を有し、前記第一電極側材料に含まれる所定の材料（以下、第一電極片側材料と呼ぶ。）により構成される第一電極片と、前記光電変換層とは反対側において前記第一電極片に隣接し、前記第一電極側材料に含まれる、前記第一電極片側材料とは別の所定の材料（以下、第二電極片側材料と呼ぶ。）により構成される第二電極片と、を有し、前記第一電極片側重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第一電極片側材料とが混在することを特徴とする。

【0011】

また、本発明の光電変換素子において、前記第二電極片は、前記第一重複領域で前記光電変換層と重複する領域（以下、第二電極片側重複領域と呼ぶ。）を有し、前記第二電極片側重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第二電極片側材料とが混在することを特徴とする。

【0012】

また、本発明の光電変換素子において、前記第一重複領域では、前記第一電極片側材料の方が前記第二電極片側材料よりも多く含まれることを特徴とする。

【0013】

また、本発明の光電変換素子において、前記第一電極片側材料と前記第二電極側材料とは、同一の材料であることを特徴とする。

【0014】

また、本発明の光電変換素子において、前記第二電極は、前記基材において前記光電変換層と重複する領域（以下、第二重複領域と呼ぶ。）を有し、前記第二重複領域では、前記光電変換側材料と、前記第二電極側材料とが混在することを特徴とする。

【0015】

また、本発明の光電変換素子において、前記光電変換側材料が分布する領域である光電変換側領域は、前記基材の厚み方向において前記光電変換層が前記第一電極又は前記第二電極を挟み込む挟み込み領域を有することを特徴とする。

【0016】

また、本発明の光電変換素子において、前記第一電極は、前記基材の一方の平面側に形成され、前記第二電極は、前記基材の他方の平面側に形成されることを特徴とする。

【0017】

なお、上記第一電極に関連するもの（第一電極、第一電極側材料、第一電極片、第二電極片、第一電極片側材料、第二電極片側材料、第一電極片側重複領域、第二電極片側重複領域）は、例えば、後述する陰極に関連するもの（陰極、陰極側材料、第一陰極片、第二陰極片、第一陰極片側材料、第二陰極片側材料、第一領域片、第二領域片）に相当し、上記第二電極に関連するもの（第二電極、第二電極側材料）は、例えば、後述する陽極に関連するものに相当する。ただし、逆に、上記第一電極に関連するものが陽極に関連するものに相当し、上記第二電極に関連するものが陰極に関連するものに相当してもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明の光電変換素子によれば、繰り返し曲げても発電特性を低下させないという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】（Ａ）は、本発明の第一実施形態における光電変換素子の平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＦ－Ｆ矢視断面図である。（Ｃ）は、（Ｂ）の一部の拡大図である。

【図2】（Ａ）は、所定の繊維で編組された編組体の一部を示す概略図である。（Ｂ）は、所定の繊維で形成された不織布体の一部を示す概略図である。（Ｃ）は、所定の多孔質材料で形成されたスポンジの一部を示す概略図である。

【図3】本発明の第一実施形態における光電変換素子において陽極側材料、光電変換側材料、第一陰極片側材料、及び第二陰極片側材料が布体の繊維に付着して所定の領域に分布している様子を示す図である。

【図4】（Ａ）～（Ｄ）は、本発明の第一実施形態における光電変換素子の製造工程を時系列に並べた概略図である。

【図5】（Ａ）は、本発明の第二実施形態における光電変換素子の断面図である。（Ｂ）は、本発明の第二実施形態における光電変換素子において陽極側材料、光電変換側材料、第一陰極片側材料、及び第二陰極片側材料が布体の繊維に付着して所定の領域に分布している様子を示す図である。

【図6】（Ａ）～（Ｄ）は、本発明の第二実施形態における光電変換素子の製造工程を時系列に並べた概略図である。

【図7】（Ａ）は、本発明の第三実施形態における光電変換素子の断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の一部の拡大図である。

【図8】（Ａ）は、本発明の第四実施形態における光電変換素子の断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の一部の拡大図である。

【図9】（Ａ）は、本発明の第五実施形態における光電変換素子の平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＧ－Ｇ矢視断面図である。（Ｃ）は、本発明の第六実施形態における光電変換素子の断面図である。

【図10】（Ａ）～（Ｄ）は、本発明の第五実施形態における光電変換素子の製造工程を時系列に並べた概略図である。

【図11】（Ａ）は、本発明の第七実施形態における光電変換素子の平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＨ－Ｈ矢視断面図である。（Ｃ）は、本発明の第八実施形態における光電変換素子の断面図である。

【図12】（Ａ）～（Ｄ）は、本発明の第七実施形態における光電変換素子の製造工程を時系列に並べた概略図である。

【図13】（Ａ）は、本発明の実施例１の光電変換素子の平面図である。（Ｂ）は、本発明の実施例１の光電変換素子の平面側から撮影した写真である。

【図14】本発明の実施例１の光電変換素子の点線楕円領域Ｒ１をデジタルマイクロスコープにより撮影した写真（倍率１６０倍）である。

【図15】（Ａ）は、本発明の実施例１の光電変換素子の点線楕円領域Ｒ２をデジタルマイクロスコープにより撮影した写真（倍率１４０倍）である。（Ｂ）は、本発明の実施例１の光電変換素子の点線楕円領域Ｒ３をデジタルマイクロスコープにより撮影した写真（倍率１４０倍）である。

【図16】（Ａ）は、本発明の実施例１の光電変換素子の点線楕円領域Ｒ４をデジタルマイクロスコープにより平面側から撮影した写真（倍率２８０倍）である。（Ｂ）は、本発明の実施例１の光電変換素子の点線楕円領域Ｒ４をデジタルマイクロスコープにより断面側から撮影した写真（倍率４２０倍）である。

【図17】本願出願人が行った実験概要を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。なお、添付図面では、陰極４及び光電変換層５が、布体２０の表面２２から大きく突出する厚みを有するように描かれているが、これは、説明の便宜上、強調して描かれているに過ぎない。実際には、陽極３、陰極４及び光電変換層５は、例えば、１～１００（μｍ）程度のオーダーの厚みであり、布体２０に対して、目視で添付図面に示すような厚みを有するわけではない。

【0021】

＜第一実施形態＞
図１を参照して、本発明の第一実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、基材２と、陽極３（第二電極）と、陰極４（第一電極）と、光電変換層５と、を備える。

【0022】

＜基材＞
基材２には、陽極３、陰極４、及び光電変換層５が形成される。そして、基材２は、陽極３を構成する材料（以下において、陽極側材料と呼ぶ。）、陰極４を構成する材料（以下において、陰極側材料と呼ぶ。）、及び光電変換層５を構成する材料（以下において、光電変換側材料と呼ぶ。）が、自身の内部に分布可能な材料により構成される。そして、陽極３、陰極４、及び光電変換層５それぞれが形成される領域において、対応する各材料は、均一に分布することが好ましい。

【0023】

以上のような基材２には、図２（Ａ）～（Ｃ）に示すように、基材２を構成する組織２Ａと、その周囲の組織２Ａとの間に、微細空間２Ｂが形成される。そして、基材２は、自身の内部の至るところに微細空間２Ｂを有する。そして、微細空間２Ｂは、基材２の内部に均一に分布することが好ましい。また、微細空間２Ｂは、陽極側材料、陰極側材料及び光電変換側材料が入り込める大きさを有する。つまり、微細空間２Ｂは、基材２を構成する組織２Ａに付着した陽極側材料、陰極側材料及び光電変換側材料が配置可能な大きさを有する。そして、各微細空間２Ｂは、同様に形成される自身の周囲の他の微細空間２Ｂと連通している。このため、陽極側材料、陰極側材料及び光電変換側材料それぞれは、基材２を構成する組織２Ａに付着して微細空間２Ｂに配置されると共に、周囲の他の微細空間２Ｂに配置された材料と接触して繋がった状態になる。一方で、基材２を構成する組織２Ａとは、隣接する組織２Ａとの間において、陽極側材料、陰極側材料及び光電変換側材料の少なくとも１つが入り込める微細な空間が形成される単位のものを指す。また、基材２中の所定の領域に形成される部分が組織２Ａの一単位とされてもよい。（図２（Ｃ）の領域Ｋ参照）。そして、各領域は、それぞれ一定の大きさを有するものであってもよいし、異なる大きさを有するものであってもよいし、一定の大きさを有するものと、異なる大きさを有するものとが混在してもよい。この状態になった陽極側材料、陰極側材料及び光電変換側材料それぞれは、陽極３、陰極４、及び光電変換層５を形成する。

【0024】

陽極側材料、陰極側材料、及び光電変換側材料それぞれを、基材２の内部の対応する領域に略均一に分布させるために、基材２は、例えば、所定の材料が含まれる液が含浸可能な材料又は、吸水性を有する材料により構成される。この場合、陽極側材料が含まれる液、陰極側材料が含まれる液、光電変換側材料が含まれる液をそれぞれ基材２の所定の領域に含浸させた後に乾燥させると、陽極側材料、陰極側材料、及び光電変換側材料が基材２を構成する組織２Ａに付着して微細空間２Ｂに配置された状態になる。

【0025】

さらに、基材２は、変形可能な材料により構成される。基材２の変形態様として、例えば、曲げ、及び／又は、伸ばし変形、伸縮変形、ねじり変形等が一例として挙げられる。また、基材２の変形は、例えば、塑性変形、弾性変形、その他の変形でのいずれであってもよい。そして、基材２は、変形させやすくするため、シート状に形成されることが好ましい。シート状の基材２の曲げ及び伸ばし変形として、例えば、図１７に示すように、シート状の基材２の一方側の平面（表面）１Ａ同士が接近して接触するように折り曲げる第一曲げ変形や、第一曲げ変形を完了した後に、シート状の基材２を伸ばす過程を経て、シート状の基材２の他方側の平面（裏面）１Ｂが接近して接触するように逆側に折り曲げる第二曲げ変形が挙げられる。

【0026】

以上のような基材２として、例えば、繊維が絡み合って構成される布体（図２（Ａ），（Ｂ）参照）、又は多孔質材料により構成されるシート状の部材（図２（Ｃ）参照）が挙げられる。なお、図２（Ａ）には、所定の繊維２Ｃ（組織２Ａ）で編組された編組体２０Ａの一部が示されている。また、図２（Ｂ）には、所定の繊維２Ｄ（組織２Ａ）で形成された不織布体２０Ｂの一部が示されている。また、図２（Ｃ）には、所定の多孔質材料で形成されたスポンジ２０Ｃの一部が示されている。本実施形態において基材２の内部の微細空間２Ｂは、布体ならば、繊維と繊維との間に形成され、周囲を繊維に取り囲まれた微細な空間（図２（Ａ），（Ｂ）参照）、換言すると、繊維の周囲に形成される微細な空間に相当する。また、微細な空間は、多孔質材料で構成される部材なら細孔（微細空孔：図２（Ｃ）参照）に相当する。なお、基材２を構成する組織２Ａは、基材２を構成する所定の単位であり、本実施形態において布体ならば、繊維２Ｃ，２Ｄが組織２Ａに相当する。また、基材２を構成する組織２Ａは、基材２を構成する多孔質材料ならば、細孔（微細空孔）に隣接する材料片が組織２Ａに相当する。その材料片は、多孔質材料の一部を成すものであり、例えば、図２（Ｃ）に示すような多孔質材料中において微細空孔２ＢＡに隣接する領域Ｋに形成される。なお、各領域Ｋは、それぞれ一定の大きさを有するものであってもよいし、異なる大きさを有するものであってもよいし、一定の大きさを有するものと、異なる大きさを有するものとが混在してもよい。

【0027】

また、繊維には、天然繊維（例えば、植物繊維、動物繊維等）、化学繊維（例えば、合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維、再生繊維等）が含まれる。布体には、繊維により編組された編組体（織物、編み物等）、及び、繊維を熱的又は機械的又は化学的な作用によって接着又は絡み合わせたフェルト等の不織布が含まれる。なお、編組体は、例えば、平織り、綾織り、平畳織り、綾畳織り、又は、メリアス編み等の手法により形成される。また、多孔質材料として、例えば、スポンジ等が挙げられる。本実施形態において基材２は、布体２０（図２（Ａ），（Ｂ）参照）により構成されるものとして以下説明する。

【0028】

陽極側材料と、陰極側材料と、光電変換側材料とが布体２０の繊維に付着して、布体２０が内部に有する微細空間２Ｂに配置され、陽極３と、陰極４と、光電変換層５とが、布体２０の表面から内部にかけて形成される。

【0029】

＜陽極＞
陽極３は、陽極側材料により構成される。陽極側材料は、少なくとも導電性を有する材料により構成されていればよく、導電性及び光透過性を有する材料により構成されることがより好ましい。具体的に陽極側材料として、例えば、導電性高分子化合物、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系化合物、及び、以上の混合体のいずれかが一例として挙げられる。陽極３に含まれる導電性高分子化合物として、例えば、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳが挙げられるが、これに限定されるものではなく、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール及びそれらの誘導体等であってもよい。なお、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳとは、ポリアニオンを添加したイオンを含む置換ポリチオフェンでポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）から成る複合物の略称である。また、本実施形態において陽極３は、図１（Ｂ）に示すように、単層であるが、これに限定されるものではなく、複数の材料が積層された態様であってもよい。

【0030】

＜陰極＞
陰極４は、陰極側材料により構成される。陰極側材料は、少なくとも導電性を有する材料により構成されていればよく、導電性及び光透過性を有する材料により構成されることがより好ましい。具体的に陰極側材料としては、例えば、導電性高分子化合物、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等の導電性金属酸化物、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系化合物、及び、以上の混合体のいずれかが一例として挙げられる。陰極４に含まれる導電性高分子化合物として、例えば、陽極３の場合と同様に、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳが挙げられるが、これに限定されるものではなく、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール及びそれらの誘導体等であってもよい。また、陰極４は、図１（Ｂ）に示すように、複数の材料が積層された態様であるが、これに限定されるものではなく、単層であってもよい。

【0031】

本実施形態において陰極４は、図１（Ｂ）に示すように、２つの材料が積層された態様であり、第一陰極片４１と、第二陰極片４２と、を有する。第一陰極片４１は、光電変換層５に積層される。第二陰極片４２は、第一陰極片４１に積層される。積層方向は、布体２０の厚み方向（以下、布体厚み方向と呼ぶ。）Ａである。結果、光電変換層５、第二陰極片４２、第一陰極片４１の順に、布体厚み方向Ａに積層される。

【0032】

本実施形態において第二陰極片４２と陽極３とが同一の材料で構成される。その同一の材料として、布体２０に塗布可能なＰＥＤＯＴ－ＰＳＳが好ましい。この場合、陽極３と陰極４とは同じエネルギーレベルになってしまうが、第一陰極片４１を入れることにより陽極３と陰極４との間にエネルギーレベルの差をつけることができる。例えば、第二陰極片４２と陽極３とがＰＥＤＯＴ－ＰＳＳで構成されている場合、第一陰極片４１は、アルミニウムにより構成されることが好ましい。これにより、陽極３と陰極４との間に適切なエネルギーレベルの差を設けることができる。なお、陽極３を複層とし、陰極４を単層としてもよいし、陽極３及び陰極４の双方を単層としてもよい。この場合、陽極３と陰極４との間に適切なエネルギーレベルの差をつけるという観点から、陽極側材料と陰極側材料とは、選択される。

【0033】

＜光電変換層＞
光電変換層５は、外部から入射する光に起因して電子と正孔とを発生させるものである。そして、光電変換層５は、陽極３と陰極４の間に形成される。光電変換層５に光が入射すると、光電変換層５において励起子が生成され、電子と正孔とが発生する。そして、電子は陰極４側へ、正孔は陽極３側へ移動する。その結果、陽極３及び陰極４に接続された（図示しない）外部回路に、電流（光励起電流）が流れる。

【0034】

光電変換層５は、光電変換側材料により構成される。光電変換側材料は、ｎ型半導体材料及びｐ型半導体材料を含有している。光電変換層５においてｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との接合は、平面的な接合界面を有する平面へテロ接合であってもよいし、三次元的に混合させたバルクへテロ接合であってもよい。

【0035】

本実施形態における光電変換側材料には、金属アルコキシドが含有される。金属アルコキシドは、ｎ型半導体として作用する。光電変換素子１の出力電圧は、ｎ型半導体のＬＵＭＯとｐ型半導体のＨＯＭＯの値の差で決定される。ＬＵＭＯとＨＯＭＯの値がバンドギャップエネルギーとなるため、ｎ型半導体としての金属アルコキシドのバンドギャップエネルギーが大きい場合、ｎ型半導体のＬＵＭＯが大きくなり、高い出力電圧を得ることが可能となる。高い出力電圧を得るため、光電変換側材料として用いられる金属アルコキシドは、バンドギャップエネルギーが３．５ｅＶ以上あることが好ましい。

【0036】

また、光電変換側材料として用いられる金属アルコキシドとして、例えば、チタンアルコキシド（ＴｉＯｘ）が好ましい。また、チタンアルコキシドとして、例えば、チタンイソプロポキシドが好ましい。

【0037】

また、光電変換側材料におけるｎ型半導体には、金属アルコキシドの他に、例えば、フラーレン、フラーレン誘導体、酸化物半導体、及び、その他の電子受容性化合物のうち少なくとも１つが含有されていてもよい。すなわち、光電変換側材料におけるｎ型半導体は、金属アルコキシドのみで構成されてもよいし、金属アルコキシド及び上記上げた電子受容性化合物の混合体により構成されてもよい。なお、ｎ型半導体が金属アルコキシドのみで構成される場合には、製造の過程で意図せずに含まれてしまう他のｎ型半導体が含有される場合も含む。また、上記酸化物半導体として、例えば、酸化亜鉛や酸化チタンの無機化合物粒子が一例として挙げられる。

【0038】

ｐ型有機半導体として、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体等が一例として挙げられる。

【0039】

＜光電変換素子の構造について＞
図１を参照して、本実施形態における光電変換素子１の構造について以下説明する。なお、以下において、上方側とは布体厚み方向Ａの布体２０の表面２２側を指し、下方側とは、布体厚み方向Ａの布体２０の表面２２とは反対側の裏面２３側を指すものとする。陽極側材料が分布する領域を陽極側領域３０と定義した場合、本実施形態における光電変換素子１の陽極３は、陽極側領域３０に形成される。

【0040】

そして、陽極側領域３０は、図１（Ａ）に示すように、布体２０の表面２２を平面視したとき、略長方形状に形成される。また、図１（Ｂ）に示すように、本実施形態における光電変換素子１を陽極側領域３０（陽極３）の長さ方向Ｂに沿って布体厚み方向Ａに切った時の光電変換素子１の断面を断面視したとき、陽極側領域３０は、布体２０の表面２２を起点として、布体厚み方向Ａの内部側に深さＤ１だけ延在する。したがって、陽極側材料は、布体２０の内部に入り込んでいる。この場合、図３に示すように、陽極側材料３Ａは、繊維２Ｃに付着して、繊維２Ｃ間の微細空間２Ｂに配置される。そして、隣接する微細空間２Ｂは連通しているため、それぞれの微細空間２Ｂに配置される陽極側材料３Ａ同士は、接触して繋がった状態になる。なお、陽極側領域３０は、布体２０の表面２２を起点として、布体厚み方向Ａの外部側にわずかに突出していてもよい。また、図３に示す陽極側材料３Ａ、繊維２Ｃ、及び微細空間２Ｂは、説明の便宜上、それぞれモデル化して、強調して描かれているに過ぎず、実際の大きさ、形状等がそのまま反映されて描かれているわけではない。

【0041】

光電変換側材料が分布する領域を光電変換側領域５０と定義した場合、本実施形態における光電変換層５は、光電変換側領域５０に形成される。そして、光電変換側領域５０は、図１（Ａ）に示すように、布体２０の表面２２を平面視したとき、例えば、陽極側領域３０よりも幅が大きい略長方形状に形成される。また、光電変換側領域５０は、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、光電変換素子１の上記断面を断面視したとき、メイン分布領域５１と、挟み込み領域５２と、を有する。メイン分布領域５１は、布体厚み方向Ａの布体２０の内部側おいて光電変換側材料が主として分布する領域である。本実施形態においてメイン分布領域５１は、布体２０の表面２２を起点として、布体厚み方向Ａの内部側に深さＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）だけ延在する。この場合、図３に示すように、光電変換側材料５Ａは、繊維２Ｃに付着して、繊維２Ｃ間の微細空間２Ｂに配置される。そして、隣接する微細空間２Ｂは連通しているため、それぞれの微細空間２Ｂに配置される光電変換側材料５Ａ同士は、接触して繋がった状態になる。なお、本実施形態では、布体２０の厚みはＤ２である。メイン分布領域５１が布体厚み方向Ａの内部側に広がる深さはＤ２に限定されるものではなく、それ以外であってもよい。

【0042】

また、挟み込み領域５２は、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、布体厚み方向Ａにおいて、陽極３の長さ方向Ｂにおける陽極３の一部を布体厚み方向Ａで、光電変換層５が挟み込む領域である。陽極３の一部とは、例えば、陽極３の長さ方向Ｂの端部３Ｄを起点とした陽極３の長さ方向Ｂに延在する一部区間を指す。

【0043】

そして、挟み込み領域５２は、上方側光電変換層片５２Ａと、下方側光電変換層片５２Ｂと、を有する。上方側光電変換層片５２Ａは、陽極３における布体厚み方向Ａの上方側において陽極３の上方側面３Ｂの一部を構成する上方側面片３ＢＡに接触しつつ、光電変換側材料が積層する光電変換層５の一部である。下方側光電変換層片５２Ｂは、陽極３における布体厚み方向Ａの下方側において陽極３の下方側面３Ｃの一部を構成する下方側面片３ＣＡに接触しつつ、光電変換側材料が積層する光電変換層５の一部である。

【0044】

陰極側材料が分布する領域を陰極側領域４０と定義した場合、本実施形態における光電変換素子１の陰極４は、陰極側領域４０に形成される。そして、陰極側領域４０は、図１（Ａ）に示すように、布体２０の表面２２を平面視したとき、例えば、陽極側領域３０と略同幅の略長方形状に形成されると共に、陰極側領域４０の長さ方向Ｂにおいて陽極側領域３０と一部と重なり合う重なり合い領域８０を有する。

【0045】

陰極側領域４０は、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、布体厚み方向Ａにおいて、光電変換層５の上方側において光電変換層５の上方側面５Ｂに接触しつつ、光電変換側材料が積層する領域である。そして、陰極側領域４０のうち、布体厚み方向Ａにおいて光電変換層５に隣接する領域には、陰極側材料のうち、第一陰極片４１に対応する材料（以下、第一陰極片側材料と呼ぶ。）が積層される。そして、さらに、布体厚み方向Ａにおいて第一陰極片４１に隣接する領域には、陰極側材料のうち、第二陰極片４２に対応する材料（以下、第二陰極片側材料と呼ぶ。）が積層される。したがって、重なり合い領域８０では、布体厚み方向Ａにおいて、上から順に、第二陰極片４２、第一陰極片４１、光電変換層５、陽極３、光電変換層５が積層された状態になる。なお、第二陰極片４２、第一陰極片４１が積層する部分は、陰極４に相当し、光電変換層５、陽極３及び光電変換層５が順に積層する部分は、挟み込み領域５２に相当する。

【0046】

また、光電変換素子１の上記断面を断面視したとき、陰極側領域４０は、布体２０の表面２２を起点として、布体厚み方向Ａの内部側に深さＤ３だけ延在する。したがって、陰極側材料は、布体２０の内部に入り込んでいる。この場合、図３に示すように、陰極側材料４Ａのうち、第一陰極片側材料４１Ｂは、陽極側材料３Ａと同様に、繊維２Ｃに付着して、繊維２Ｃ間の微細空間２Ｂに配置される。そして、隣接する微細空間２Ｂは連通しているため、それぞれの微細空間２Ｂに配置される陰極側材料４Ａ同士は、接触して繋がった状態になる。また、陰極側材料４Ａのうち、第二陰極片側材料４２Ｂは、繊維２Ｃに付着して、繊維２Ｃ間の微細空間２Ｂに配置される。そして、隣接する微細空間２Ｂは連通しているため、それぞれの微細空間２Ｂに配置される陰極側材料４Ａ同士は、接触して繋がった状態になる。なお、陰極側領域４０は、図１（Ｂ）に示すように、布体２０の表面２２を起点として、布体厚み方向Ａの外部側に突出している突出領域Ｊを有する。ただし、陰極４は、例えば、１～１００（μｍ）程度のオーダーの厚みである。このため、突出領域Ｊは、布体２０に対して、目視で図１（Ｂ）に示すような厚みを有するわけではなく、便宜上、強調して描かれているに過ぎない。

【0047】

以上のように、本実施形態の光電変換素子１では、陽極側材料、第一陰極片側材料、第二陰極片側材料および光電変換側材料は、布体２０の表面２２から内部にかけて、布体２０の繊維２Ｃに付着して微細空間２Ｂに配置されつつ、対応する領域に分布するため、光電変換素子１を曲げたり伸ばしたりしても陽極３、陰極４、及び光電変換層５が布体２０から剥離するおそれが低い。このため、本実施形態における光電変換素子１は、曲げ及び伸ばしの変形に対して耐久性が強い。したがって、本実施形態における光電変換素子１は、曲面に設置することが容易であると共に、一度、曲面に設置したものであっても剥離による発電効率の低下又は故障を気にすることなく、安心して再利用することができる。

【0048】

また、本実施形態の光電変換素子１では、陽極３と陰極４が布体２０の同一平面側に形成されるため、例えば、本実施形態の光電変換素子１を配管等の曲面に設置する場合、陽極３と陰極４を外部回路に接続することが容易となる。

【0049】

＜光電変換素子の製造方法について＞
図４を参照して、本実施形態における光電変換素子１の製造方法について以下説明する。陽極側材料が含まれる液（以下、陽極側含有液と呼ぶ。）を布体２０の表面２２に塗布すると、陽極側含有液は、図４（Ａ）に示すように、布体２０の内部に含浸して、布体２０の表面２２から布体２０の内部に広がっていく。そして、陽極側含有液が乾燥すると、布体２０の表面２２から布体２０の内部にかけて布体２０を構成する繊維に付着した陽極側材料が残る。その陽極側材料が分布する領域が陽極３となる。

【0050】

次に、光電変換側材料が含まれる液（以下、光電変換側含有液と呼ぶ。）を陽極３の上方側面片３ＢＡと、陽極３の長さ方向において上方側面片３ＢＡに連続して隣接する布体２０の表面２２の一部を構成する表面片２２Ａの双方を含む領域に塗布すると、光電変換側含有液は、図４（Ｂ）に示すように、陽極３の上方側面片３ＢＡに残ると共に、布体２０の表面片２２Ａを通じて布体２０の内部に含浸して、陽極３の下方側にまで回り込んで広がっていく。そして、回り込んだ光電変換側含有液は、陽極３の下方側面片３ＣＡに接触する。結果、陽極３の一部が光電変換側含有液に挟み込まれる。さらに、光電変換側含有液は、布体２０の表面２２の反対側の面に向かって含浸していく。そして、光電変換側含有液が乾燥すると、陽極３の上方側面片３ＢＡ及び布体２０の表面片２２Ａから布体２０の内部にかけて、布体２０を構成する繊維に付着した光電変換側材料が残る。その光電変換側材料が分布する領域が光電変換層５となる。

【0051】

次に、（図示しない）蒸着装置を用いて、陰極側材料のうち、第一陰極片４１に対応する第一陰極片側材料を光電変換層５の上方側面５Ｂに蒸着させる。これにより、図４（Ｃ）に示すように、光電変換層５の上方側面５Ｂに第一陰極片４１が形成される。なお、第一陰極片４１は、第一陰極片側材料が含まれる第一陰極片側材料側含有液を光電変換層５の上方側面５Ｂに塗布して形成させてもよい。

【0052】

さらに、陰極側材料のうち、第二陰極片４２に対応する第二陰極片側材料が含まれる液（以下、第二陰極片側含有液と呼ぶ。）を、第一陰極片４１の上方側面４１Ａと、第一陰極片４１の長さ方向において第一陰極片４１の上方側面４１Ａに連続して隣接する布体２０の表面片２２Ｂの双方を含む領域に塗布すると、第二陰極片側含有液は、図４（Ｄ）に示すように、第一陰極片４１の上方側面４１Ａに残ると共に、布体２０の表面片２２Ｂを通じて布体２０の内部に含浸して、布体２０の表面２２から布体２０の内部に広がっていく。そして、第二陰極片側含有液が乾燥すると、第一陰極片４１の上方側面４１Ａ及び布体２０の表面片２２Ｂから布体２０の内部にかけて布体２０を構成する繊維に付着した第二陰極片側材料が残る。その第二陰極片側材料が分布する領域が第二陰極片４２となる。以上の工程を経て、本実施形態における光電変換素子１が完成する。なお、陽極側含有液、第二陰極片側含有液、光電変換側含有液とは、対応する材料が液体に溶解、または分散しているものを指す。

【0053】

＜第二実施形態＞
図５を参照して、本発明の第二実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図５（Ａ）に示すように、基材２（布体２０）と、陽極３と、陰極４と、光電変換層５と、を備える。本実施形態における光電変換素子１は、第一実施形態における光電変換素子１と材料や構造、製造方法は略同一である。本実施形態における光電変換素子１では、図５に示すように、陰極４と光電変換層５との間に第一重複領域１００、及び、陽極３と光電変換層５との間に第二重複領域１１０が形成される点が、第一実施形態における光電変換素子１と異なる。以下、本実施形態における第一重複領域１００及び第二重複領域１１０について説明する。

【0054】

＜光電変換素子の構造について＞
第一重複領域１００は、図５（Ａ）に示すように、布体２０の表面２２又はその近傍を起点として布体厚み方向Ａの内部側にかけて広がる。そして、第一重複領域１００では、図５（Ｂ）に示すように、陰極側材料４Ａ及び光電変換側材料５Ａがランダムに混在する。つまり、第一重複領域１００では、陰極側材料４Ａの粒子と光電変換側材料５Ａの粒子とが至るところで隣接した状態になる。そして、第一重複領域１００は、図５（Ａ）に示すように、光電変換層５と第一陰極片４１とが重複する第一領域片１０１と、光電変換層５、第一陰極片４１及び第二陰極片４２が重複する第二領域片１０２と、を有する。

【0055】

第一領域片１０１は、布体２０の表面２２又はその近傍を起点として布体厚み方向Ａの内部側にかけて広がる。第一領域片１０１では、図５（Ｂ）に示すように、第一陰極片側材料４１Ｂ及び光電変換側材料５Ａが混在する。つまり、第一領域片１０１では、第一陰極片側材料４１Ｂの粒子と光電変換側材料５Ａの粒子とが至るところで隣接した状態になる。

【0056】

第二領域片１０２は、布体２０の表面２２又はその近傍を起点として布体厚み方向Ａの内部側にかけて広がる。そして、第二領域片１０２は、陰極４の長さ方向Ｂにおいて第一領域片１０１よりも陽極３から離れた側で第一領域片１０１に隣接する。第二領域片１０２では、図５（Ｂ）に示すように、第一陰極片側材料４１Ｂ、第二陰極片側材料４２Ｂ及び光電変換側材料５Ａが混在する。つまり、第二領域片１０２では、第一陰極片側材料４１Ｂの粒子と、第二陰極片側材料４２Ｂの粒子と、光電変換側材料５Ａの粒子とが至るところで隣接した状態になる。なお、第二領域片１０２はなくてもよい。

【0057】

なお、第一領域片１０１は、第二領域片１０２よりも体積が大きくなる。そして、第一重複領域１００では、第一電極片側材料の方が第二電極片側材料よりも多く含まれる。このため、光電変換層５と第一陰極片４１との接触面積の方が光電変換層５と第二陰極片４２との接触面積よりも大きくなる。

【0058】

従来は、ＰＥＴフィルム上において陰極４と光電変換層５とは、単に積層された構造であったため、陰極４と光電変換層５との境界面でのみ相互に接触していたに過ぎなかった。そして、ＰＥＴフィルムを曲げると、陰極４と光電変換層５とは相対的に剥離するため、両者間の接触面積が小さくなっていた。結果、発電量が低下していた。しかしながら、第一領域片１０１では、第一陰極片側材料４１Ｂの粒子と光電変換側材料５Ａの粒子とが至るところで隣接した状態になっているため、第一陰極片４１と光電変換層５とは、境界面という狭い範囲を超えて至るところで接触した状態となる。このため、布体２０を曲げても第一陰極片側材料４１Ｂ（第一陰極片４１）と光電変換側材料５Ａ（光電変換層５）の接触面積が実質的に小さくならないため、発電量の低下を低減することができる。また、第二領域片１０２では、さらに、第二陰極片側材料４２Ｂも加わるため、より発電量の低下の低減に寄与する。

【0059】

なお、布体２０の内部において第一陰極片側材料４１Ｂと第二陰極片側材料４２Ｂとが混在する陰極片側領域１２０が別途設けられてもよい。その陰極片側領域１２０は、陰極４の長さ方向において第二領域片１０２よりも陽極３から離れた側で第二領域片１０２に隣接する。

【0060】

第二重複領域１１０は、図５（Ａ）に示すように、布体２０の表面２２又はその近傍を起点として布体厚み方向Ａの内部側にかけて広がる。そして、第二重複領域１１０では、図５（Ｂ）に示すように、陽極側材料３Ａ及び光電変換側材料５Ａがランダムに混在する。つまり、第二重複領域１１０では、陽極側材料３Ａの粒子と光電変換側材料５Ａの粒子とが至るところで隣接した状態になる。

【0061】

従来は、ＰＥＴフィルム上において陽極３と光電変換層５とは、単に積層された構造であったため、陽極３と光電変換層５との境界面でのみ相互に接触していたに過ぎなかった。そして、ＰＥＴフィルムを曲げると、陽極３と光電変換層５とは相対的に剥離するため、両者間の接触面積が小さくなっていた。結果、発電量が低下していた。しかしながら、本実施形態のように、布体２０の内部の第二重複領域１１０で陽極側材料３Ａの粒子と光電変換側材料５Ａの粒子とが至るところで隣接していれば、陽極３と光電変換層５とは、境界面という狭い範囲を超えて至るところで接触した状態となる。このため、布体２０を曲げても陽極側材料３Ａ（陽極３）と光電変換側材料５Ａ（光電変換層５）の接触面積が実質的に小さくならないため、発電量の低下を低減することができる。

【0062】

＜光電変換素子の製造方法について＞
図６を参照して、本実施形態における光電変換素子１の製造方法について以下説明する。陽極３を作成する方法は、第一実施形態で説明したものと同様である（図６（Ａ）参照。）。次に、第一実施形態で説明したものと同様に、光電変換側含有液を陽極３の上方側面片３ＢＡと、陽極３の長さ方向において上方側面片３ＢＡに連続して隣接する布体２０の表面片２２Ａの双方に塗布する。この際、図６（Ｂ）に示すように、光電変換側含有液が陽極３の内部に含浸する。光電変換側含有液が乾燥すると、第二重複領域１１０が形成される。

【0063】

次に、（図示しない）蒸着装置を用いて、陰極側材料のうち、第一陰極片側材料を光電変換層５の上方側面５Ｂに蒸着させる。このとき、第一陰極片側材料が光電変換層５の内部にまで到達するように、蒸着装置を調整する。これにより、図６（Ｃ）に示すように、第一陰極片４１および第一領域片１０１が形成される。なお、第一陰極片４１および第一領域片１０１は、第一陰極片側材料が含まれる第一陰極片側材料側含有液を光電変換層５の上方側面５Ｂに塗布して形成させてもよい。

【0064】

さらに、第二陰極片側含有液を第一陰極片４１の上方側面４１Ａ及び、第一陰極片４１の長さ方向において第一陰極片４１の上方側面４１Ａに連続して隣接する布体２０の表面片２２Ｂに塗布する。この際、第二陰極片側含有液が第一陰極片４１の外側から回り込んで、光電変換層５に含浸する。第二陰極片側含有液が乾燥すると、図６（Ｄ）に示すように、第二領域片１０２、及び陰極片側領域１２０が形成される。以上の工程を経て、本実施形態における光電変換素子１が完成する。

【0065】

＜第三実施形態＞
図７を参照して、本発明の第三実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図７（Ａ）に示すように、基材２と、陽極３と、陰極４と、光電変換層５と、電子輸送層６と、正孔輸送層７と、を備える。本実施形態における光電変換素子１は、第一実施形態における光電変換素子１に、電子輸送層６及び正孔輸送層７を設けたものである。

【0066】

＜電子輸送層＞
電子輸送層６は、光電変換層５で発生する電子を効率良く陰極４へと輸送する電子輸送機能を担う。そして、電子輸送層６は、図７（Ｂ）に示すように、陰極４（第一陰極片４１）と光電変換層５の間で、陰極４（第一陰極片４１）及び光電変換層５の双方に隣接するように形成される。具体的に、電子輸送層６は、光電変換層５の上方側において光電変換層５の上方側面５Ｂに接触すると共に、陰極４（第一陰極片４１）の下方側面４Ｂに接触する。そして、電子輸送層６は、陰極４（第一陰極片４１）の下方側面４Ｂの全体わたって延在する。

【0067】

また、電子輸送層６は、電子の移動度が高い材料で形成されることが好ましい。電子の移動度が高い材料として、例えば、金属アルコキシドが挙げられる。また、電子輸送層６は、光電変換層５で発生する正孔を陰極４に流さない整流作用を奏する。

【0068】

電子輸送機能を担う電子輸送層６には、金属アルコキシドが含有される。電子輸送層６中の金属アルコキシドは、ｎ型半導体としての役割を果たし、電子を速やかに陰極４へ移動させる。

【0069】

また、電子輸送層６と光電変換層５とは、共通成分として金属アルコキシドを有する。結果、電子輸送層６及び光電変換層５の層間において金属アルコキシド同士が接触する割合が高くなるため、上記層間における接触抵抗が低減される。電子輸送層６及び光電変換層５における金属アルコキシドの含有比率が高ければ高いほど接触抵抗が低減される。また、上記層間で、金属アルコキシドの相互浸透が起こるため、光電変換層５及び電子輸送層６の機械的強度が向上する。結果、光電変換層５と電子輸送層６との間で剥離が起こりにくくなる。この観点からすると、電子輸送層６は、主成分が金属アルコキシドで構成されたり、又は金属アルコキシドのみ（製造の過程で意図せずに含まれてしまう不可避成分も含む）で構成されたりするようにすることが好ましい。

【0070】

また、電子輸送層６では、金属アルコキシドの結晶体ではなく、非結晶の金属アルコキシドを用いることが好ましい。結晶体が有する靱性の低さの問題点を解消するためである。

【0071】

また、電子輸送層６の膜厚は、略１００ｎｍ以下であることが好ましい。電子輸送層６の膜厚が過度に厚い膜厚にされると、電子が陰極４に到達することができず、失活してしまう。また、電子輸送層６の膜厚が過度に薄い膜厚にされると、陰極４の面を覆う事ができない。このため、陰極４への速やかな電子の到達を可能にさせて、高い出力電流を得るために、電子輸送層６の膜厚は略１００ｎｍ以下が適当である。

【0072】

また、電子輸送層６を設けると、陰極４の周囲で陰極４を保護する保護膜として機能し、陰極側材料が陽極側領域３０に移動することにより陽極３と陰極４とがショートする状態を防止することができる。

【0073】

＜正孔輸送層＞
正孔輸送層７は、光電変換層５で発生する正孔を効率良く陽極３へと輸送する機能を担う。また、正孔輸送層７は、図７（Ｂ）に示すように、陽極３と光電変換層５の間で、陽極３及び光電変換層５の双方に隣接するように形成される。具体的に正孔輸送層７は、挟み込み領域５２における陽極３の周囲全体又は一部を覆うように形成される。

【0074】

正孔輸送層７は、正孔の移動度が高い材料で形成されることが好ましい。また、正孔輸送層７は、光電変換層５で発生する電子を陽極３に流さない整流作用を奏する。

【0075】

なお、正孔輸送層７を構成する材料としては、例えば、低分子化合物であればＮＴＣＤＡに代表される芳香族環状酸無水物等が一例として挙げられ、高分子化合物であれば、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ、ポリ（３，４－エチレンジオキシ）チオフェン等に代表される公知の導電性高分子等が一例として挙げられる。陽極３がＰＥＤＯＴ－ＰＳＳで構成される場合、正孔輸送層７もＰＥＤＯＴ－ＰＳＳで構成されてもよい。ただし、仕事関数や導電率、正孔輸送能力の観点から、正孔輸送層７で用いられるＰＥＤＯＴ－ＰＳＳと、陽極３で用いられるＰＥＤＯＴ－ＰＳＳとは、ＰＥＤＯＴとＰＳＳとの配合割合が異なることが好ましい。

【0076】

正孔輸送層７を設けると、効率良く正孔を陽極３に輸送できるため、より一層、光電変換素子１の発電性能を高めることができる。また、正孔輸送層７は、陽極３の周囲で陽極３を保護する保護膜として機能し、陰極側材料が陽極側領域３０に移動することにより陽極３と陰極４とがショートする状態を防止することができる。

【0077】

なお、本実施形態における光電変換素子１には、さらに、図示していない少なくとも１つの中間層が陰極４と陽極３の間のいずれかの位置に追加されてもよい。中間層の機能は、限定されるものではなく、さまざまな機能を有するものが本発明に含まれる。また、電子輸送層６及び正孔輸送層７のいずれか一方が形成された光電変換素子１も本発明の範囲に含まれる。

【0078】

＜第四実施形態＞
図８を参照して、本発明の第四実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、基材２と、陽極３と、陰極４と、光電変換層５と、電子輸送層６と、正孔輸送層７と、を備える。本実施形態における光電変換素子１は、第二実施形態における光電変換素子１に、電子輸送層６及び正孔輸送層７を設けたものである。電子輸送層６及び正孔輸送層７の材料及びそれらが設けられる態様は、第三実施形態における光電変換素子１で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。

【0079】

＜第五実施形態＞
図９（Ａ），（Ｂ）を参照して、本発明の第五実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図９（Ａ）に示すように、基材２と、陽極３と、陰極４と、光電変換層５と、を備える。本実施形態における光電変換素子１は、第一実施形態における光電変換素子１と材料は略同一である。しかしながら、本実施形態における光電変換素子１は、第一実施形態における光電変換素子１とは、陽極３と、陰極４と、光電変換層５の配置構造が異なる。

【0080】

本実施形態における光電変換素子１では、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、陽極３と、陰極４とが、布体２０の平面方向Ｃにおいて離れた状態にある。また、陽極３及び陰極４は、図９（Ｂ）に示すように、それぞれ布体２０の表面２２を起点として布体厚み方向Ａの内部側に深さＤ４，Ｄ５だけ延在する。そして、以上の第一～四実施形態と異なり、陽極３と、陰極４とは、布体厚み方向Ａにおいて重なり合い領域を有しない。

【0081】

つまり、本実施形態における陽極側領域３０は、第一実施形態における陽極側領域３０と同様に、形成される。また、本実施形態における陰極側領域４０は、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、布体２０の平面方向Ｃにおいて陽極側領域３０から距離Ｌ１離れた位置に位置する。そして、本実施形態における陰極側領域４０は、図９（Ｂ）に示すように、布体２０を断面視したとき、布体２０の表面２２を起点として、布体厚み方向Ａの内部側に長さＤ５だけ延在する。

【0082】

また、本実施形態における光電変換側領域５０は、布体２０の平面方向Ｃに延在すると共に、陽極側領域３０と陰極側領域４０との間において陽極側領域３０及び陰極側領域４０と連続するように形成される。また、光電変換側領域５０は、図９（Ａ）に示すように、布体２０の表面２２を平面視したとき、陽極側領域３０及び陰極側領域４０の一部と重複する。陽極側領域３０及び陰極側領域４０のうち、光電変換側領域５０と重複しない部分が、外部回路に接続される。

【0083】

なお、光電変換側領域５０は、陽極側領域３０及び陰極側領域４０の全部と重複するように構成されてもよい。この場合、陽極３及び陰極４と外部回路とが接続可能に構成する必要がある。

【0084】

＜光電変換素子の製造方法について＞
図１０を参照して、本実施形態における光電変換素子１の製造方法について以下説明する。陽極３を作成する方法は、第一実施形態で説明したものと同様である（図１０（Ａ）参照。）。次に、（図示しない）蒸着装置を用いて、陰極側材料のうち、第一陰極片側材料を布体２０の所定の位置に蒸着させる。このとき、第一陰極片側材料が布体２０の内部にまで到達するように、蒸着装置を調整する。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、第一陰極片４１が形成される。なお、第一陰極片４１は、第一陰極片側材料が含まれる第一陰極片側材料側含有液を布体２０の表面２２に塗布して形成させてもよい。

【0085】

さらに、第二陰極片側含有液を第一陰極片４１の上方側面４１Ａに塗布する。この際、第二陰極片側含有液が第一陰極片４１に含浸する。第二陰極片側含有液が乾燥すると、図１０（Ｃ）に示すように、第二陰極片４２が形成される。

【0086】

次に、図１０（Ｄ）に示すように、陽極３の上方側面片３ＢＡと、陽極３の長さ方向Ｂにおいて上方側面片３ＢＡに連続して隣接する布体２０の表面片２２Ａと、陰極４の上方側面４Ｃの一部を構成する上方側面片４ＣＡを含む領域に光電変換側含有液を塗布する。この際、光電変換側含有液が布体２０に含浸する。光電変換側含有液が乾燥すると、光電変換層５が形成される。以上により、本実施形態における光電変換素子１が完成する。

【0087】

なお、本実施形態における光電変換素子１の製造方法では、陽極３の形成工程、陰極４の形成工程、光電変換層５の形成工程のいずれをどの順番で行ってもよい。

【0088】

＜第六実施形態＞
図９（Ｃ）を参照して、本発明の第六実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図９（Ｃ）に示すように、基材２と、陽極３と、陰極４と、光電変換層５と、を備える。本実施形態における光電変換素子１は、第五実施形態における光電変換素子１において、陰極４と光電変換層５との間に第一重複領域１００、及び、陽極３と光電変換層５との間に第二重複領域１１０が形成された点が、第五実施形態における光電変換素子１と異なる。それ以外は、材料及び製造方法も含めて第五実施形態における光電変換素子１と同様である。なお、第一重複領域１００、第二重複領域１１０、第一領域片１０１、及び第二領域片１０２は、第二実施形態における光電変換素子１のものと同様であり、既に説明済みなので、ここでの説明は省略する。

【0089】

＜第七実施形態＞
図１１（Ａ），（Ｂ）を参照して、本発明の第七実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図１１（Ａ）に示すように、基材２と、陽極３と、陰極４と、光電変換層５と、を備える。本実施形態における光電変換素子１は、第一実施形態における光電変換素子１と材料は略同一である。しかしながら、本実施形態における光電変換素子１は、第一実施形態における光電変換素子１とは、陽極３と、陰極４と、光電変換層５の配置構造が異なる。

【0090】

本実施形態における光電変換素子１では、図１１（Ｂ）に示すように、陽極３と、陰極４とが、布体厚み方向Ａにおいて離れた状態にある。つまり、陽極３は、布体２０の表面２２側に設けられ、陰極４は、布体２０の表面２２とは反対側の裏面２３側に設けられる。そして、光電変換層５が布体厚み方向Ａにおいて陽極３及び陰極４と連続するように布体２０の内部に形成される。結果、本実施形態における光電変換素子１は、布体厚み方向Ａにおいて、陽極３、光電変換層５、陰極４が順に積層された態様になる。

【0091】

また、本実施形態における光電変換素子１では、布体厚み方向Ａにおいて、陽極側領域３０及び陰極側領域４０は、重なり合う領域を有する。また、本実施形態における重なり合う領域では、布体厚み方向Ａにおいて、陽極側領域３０及び陰極側領域４０は、光電変換側領域５０と全部が重なり合うように構成されているが、少なくとも一部が重なり合えば足りる。

【0092】

なお、光電変換素子１は、陽極側領域３０及び陰極側領域４０の少なくとも一方を、布体２０の平面方向Ｃにずらして、重なり合う領域がないように構成されてもよい。

【0093】

そして、本実施形態の光電変換素子１では、陽極３と陰極４とがそれぞれ布体２０の反対平面側に形成されるため、本実施形態の光電変換素子１の平面方向Ｃにおけるサイズを小さくすることができる。

【0094】

＜光電変換素子の製造方法について＞
図１２を参照して、本実施形態における光電変換素子１の製造方法について以下説明する。陽極３は、布体２０の裏面２３側に形成される。陽極３を作成する方法は、第一実施形態で説明したものと同様である（図１２（Ａ）参照。）。次に、（図示しない）蒸着装置を用いて、陰極側材料のうち、第一陰極片側材料を布体２０の表面２２側の所定の位置に蒸着させる。このとき、第一陰極片側材料が布体２０の内部にまで到達するように、蒸着装置を調整する。これにより、図１２（Ｂ）に示すように、第一陰極片４１が形成される。なお、第一陰極片４１は、第一陰極片側材料が含まれる第一陰極片側材料側含有液を布体２０の表面２２側に塗布して形成させてもよい。

【0095】

さらに、第二陰極片側含有液を第一陰極片４１の上方側面４１Ａに塗布する。この際、第二陰極片側含有液が第一陰極片４１に含浸する。第二陰極片側含有液が乾燥すると、図１２（Ｃ）に示すように、第二陰極片４２が形成される。

【0096】

次に、陰極４の上方側面４Ｃと、陰極４の長さ方向Ｂにおいて陰極４の上方側面４Ｃに連続して左右に隣接する布体２０の表面片２２Ａ，２２Ｂとを含む領域に光電変換側含有液を塗布する。この際、光電変換側含有液が布体２０に含浸する。光電変換側含有液が乾燥すると、図１２（Ｄ）に示すように、光電変換層５が形成される。以上により、本実施形態における光電変換素子１が完成する。

【0097】

なお、本実施形態における光電変換素子１の製造方法では、陽極３の形成工程、陰極４の形成工程、光電変換層５の形成工程のいずれをどの順番で行ってもよい。

【0098】

＜第八実施形態＞
図１１（Ｃ）を参照して、本発明の第八実施形態における光電変換素子１について説明する。本実施形態における光電変換素子１は、図１１（Ａ）に示すように、基材２と、陽極３と、陰極４と、光電変換層５と、を備える。そして、本実施形態における光電変換素子１は、図１１（Ｃ）に示すように、陰極４と光電変換層５との間に第一重複領域１００、及び、陽極３と光電変換層５との間に第二重複領域１１０が形成された点が、第七実施形態における光電変換素子１と異なる。それ以外は、材料及び製造方法も含めて第七実施形態における光電変換素子１と同様である。なお、第一重複領域１００、第二重複領域１１０、第一領域片１０１、及び第二領域片１０２は、第二実施形態における光電変換素子１のものと同様であり、既に説明済みなので、ここでの説明は省略する。

【0099】

なお、以上の本発明の第五～八実施形態における光電変換素子１においても、本発明の第三、四実施形態における光電変換素子１と同様に、電子輸送層６及び正孔輸送層７の少なくとも一方が設けられてもよい。また、以上は基材２として布体２０を用いたものとして説明したが、多孔質材料で構成された基材２についても同様に適用することができる。

【0100】

＜本発明の光電変換素子の発電特性に関する実験＞
図１３～図１６を参照して、本願出願人が行った本発明の光電変換素子の発電特性に関する実験について説明する。本願出願人は、本発明の光電変換素子の発電特性に関する実験を行うに当たって以下の実施例１に示す光電変換素子１と、比較用の比較例１に示す光電変換素子とを作成した。

【0101】

＜実施例１の光電変換素子＞
実施例１の光電変換素子１は、本発明の第二実施形態における光電変換素子１と同様の構造となっている。そして、実施例１の光電変換素子１では、図１３（Ａ）に示すようなサイズで、布体２０、陽極３、陰極４、光電変換層５が作成されている。また、実施例１の光電変換素子１では、布体２０として、ポリエステル合成の大判インクジェット専用不織布ロール紙（ＴＣＳ－３２０ ＳｉＨＬ タフバナー；以下、単に、不織布体と呼ぶ。）を用い、陽極３を作成する陽極側材料として、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳを用い、陰極４の第一陰極片４１を作成する第一陰極片側材料として、アルミニウム（Ａｌ）を用い、陰極４の第二陰極片４２を作成する第二陰極片側材料として、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳを用い、光電変換層５を作成する光電変換側材料として、チタンアルコキシド（ＴｉＯｘ）及びポリ－３－ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）をクロロベンゼンに溶かした光電変換側含有液を用いた。

【0102】

実施例１の光電変換素子１の作成にあたって、まず、上記不織布体にＰＥＤＯＴ－ＰＳＳを塗布して乾燥させる。これにより、陽極３が形成される。次に、上記光電変換側含有液を陽極３の上面側に塗布して、不織布に含浸させ、乾燥させる。これにより、光電変換層５が形成される。次に、アルミニウム（Ａｌ）が光電変換層５の上面側から不織布体の内部まで入り込むようにアルミニウム（Ａｌ）を不織布に蒸着させる。これにより、第一陰極片４１が形成される。さらに、蒸着させたアルミニウム（Ａｌ）の上面側にＰＥＤＯＴ－ＰＳＳを塗布して乾燥させる。これにより、第二陰極片４２が形成される。結果、図１３（Ｂ）に示すような実施例１の光電変換素子１が完成する。

【0103】

図１３（Ｂ）に示す実施例１の光電変換素子１の各部（点線楕円領域Ｒ１～Ｒ４）をデジタルマイクロスコープ（ＫＨ－８７００：ハイロックス社製）により撮影した写真を図１４～図１６に示す。図１４は、点線楕円領域Ｒ１において実施例１の光電変換素子１を不織布の幅方向に切った断面と陰極４の表面が写る写真（倍率１６０倍）である。図１５（Ａ）は、点線楕円領域Ｒ２において実施例１の光電変換素子１を不織布の幅方向に切った断面と陰極４の表面が写る写真（倍率１４０倍）である。図１５（Ｂ）は、点線楕円領域Ｒ３において実施例１の光電変換素子１の第一陰極片４１（蒸着されたアルミニウム（Ａｌ））のみが写る写真（倍率１４０倍）である。図１６（Ａ）は、点線楕円領域Ｒ４において実施例１の光電変換素子１の陽極３の表面のみが写る写真（倍率２８０倍）である。図１６（Ｂ）は、点線楕円領域Ｒ４において実施例１の光電変換素子１の陽極３の断面が写る写真（倍率４２０倍）である。陽極３の厚みは、略２０（μｍ）となっている。また、蒸着されたアルミニウム（Ａｌ）の厚みは、８０～１２０（ｎｍ）となるように調整してある。

【0104】

＜比較例１の光電変換素子＞
比較例１の光電変換素子では、実施例１の光電変換素子１と異なり、基板にポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）製のフィルム（以下、ＰＥＴフィルムと呼ぶ。）を用いた。比較例１の光電変換素子は、実施例１の光電変換素子１と同じ種類の材料を用いて、ＰＥＴフィルムの表面に、実施例１の光電変換素子１と同じサイズの第二陰極片、第一陰極片、光電変換層、陽極を順に積層させた。

【0105】

＜実験概要＞
図１７に示すように、実施例１の光電変換素子１、及び比較例１の光電変換素子に対して、一方側の平面（表面）１Ａ同士が接近して接触するように折り曲げる第一曲げ変形と、第一曲げ変形を完了した後に、他方側の平面（裏面）１Ｂが接近して接触するように折り曲げる第二曲げ変形とを１セットとして、１５０セット行う。そして、実施例１の光電変換素子１、及び比較例１の光電変換素子に対して、第一曲げ変形及び第二曲げ変形を行う前の「初期発電電圧」と、１５０セット行った後の「１５０セット後発電電圧」とを測定する。その結果を表１に示す。

【0106】

【表1】

【0107】

実施例１の光電変換素子１は、「初期発電電圧」が５１２（ｍＶ）で、「１５０セット後発電電圧」が５０７（ｍＶ）となっており、第一曲げ変形及び第二曲げ変形を１５０セット行ってもほとんど発電電圧が低下していない。「発電電圧保持率」を「１５０セット後発電電圧」／「初期発電電圧」（％）と定義した場合、実施例１の光電変換素子１の「発電電圧保持率」は、９９（％）となる。一方、比較例１の光電変換素子は、「初期発電電圧」が５８７（ｍＶ）で、「１５０セット後発電電圧」が７３（ｍＶ）となっており、第一曲げ変形及び第二曲げ変形を１５０セット行うと、発電電圧が大きく低下している。比較例１の光電変換素子の発電電圧保持率が低い理由は、第一曲げ変形及び第二曲げ変形を１５０セット行う過程で、比較例１の光電変換素子における陽極３、陰極４、光電変換層５が相互に剥離して、相互の接触面積が大きく少なくなったからである。一方、実施例１の光電変換素子１の発電電圧保持率が極めて高い理由は、第一曲げ変形及び第二曲げ変形を１５０セット行う過程で、実施例１の光電変換素子１は、陽極３、陰極４、光電変換層５が不織布体の表面から内部にかけて形成されているため、相互に剥離することがなく、相互の接触面積がほとんど変化していないからである。

【0108】

なお、本発明の光電変換素子１は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得ることは勿論である。したがって、例えば、第一～八実施形態における光電変換素子１において陽極３を陰極４に置き換え、陰極４を陽極３に置き換えたものも本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0109】

１ 光電変換素子
２ 基材
２Ａ 組織
２Ｂ 微細空間
２Ｃ，２Ｄ 繊維
３ 陽極
３Ａ 陽極側材料
４ 陰極
４Ａ 陰極側材料
５ 光電変換層
５Ａ 光電変換側材料
６ 電子輸送層
７ 正孔輸送層
２０ 布体
２０Ａ 編組体
２０Ｂ 不織布体
２０Ｃ スポンジ
２２ 布体の表面
２３ 布体の裏面
３０ 陽極側領域
４０ 陰極側領域
４１ 第一陰極片
４１Ｂ 第一陰極片側材料
４２ 第二陰極片
４２Ｂ 第二陰極片側材料
５０ 光電変換側領域
５１ メイン分布領域
５２ 挟み込み領域
５２Ａ 上方側光電変換層片
５２Ｂ 下方側光電変換層片
８０ 重なり合い領域
１００ 第一重複領域
１０１ 第一領域片
１０２ 第二領域片
１１０ 第二重複領域
１２０ 陰極片側領域
Ａ 布体厚み方向
Ｂ 陽極（陰極）の長さ方向
Ｃ 平面方向
Ｊ 突出領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】