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JP7633622B2 - Photoelectric conversion element, power generation device - Google Patents

Photoelectric conversion element, power generation device Download PDF

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JP7633622B2
JP7633622B2 JP2021010279A JP2021010279A JP7633622B2 JP 7633622 B2 JP7633622 B2 JP 7633622B2 JP 2021010279 A JP2021010279 A JP 2021010279A JP 2021010279 A JP2021010279 A JP 2021010279A JP 7633622 B2 JP7633622 B2 JP 7633622B2
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Nishimatsu Construction Co Ltd
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Description

本発明は、光電変換素子、及び光電変換素子を用いた発電装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a power generation device using the photoelectric conversion element.

従来の光電変換素子では、電極の一方を、スズドープ酸化インジウム(ITO)を用いた透明電極とし、電極の他方を、Al、Au、Ag、Cu、Ni、Pt、Mg合金等の金属材料を用いた不透明電極としていた(例えば、特許文献1参照)。 In conventional photoelectric conversion elements, one of the electrodes is a transparent electrode made of tin-doped indium oxide (ITO), and the other electrode is an opaque electrode made of a metal material such as Al, Au, Ag, Cu, Ni, Pt, or an Mg alloy (see, for example, Patent Document 1).

特開2013-218924号公報JP 2013-218924 A

しかしながら、透明電極を通じて照射された光は、光電変換層を透過するが、不透明電極で吸収、又は反射されてしまう。結果、上記光電変換素子では、光の照射方向において自身の背後にあるものに対して光を遮断してしまい、光エネルギーを有効に活用することができなかった。 However, light irradiated through the transparent electrode passes through the photoelectric conversion layer, but is absorbed or reflected by the opaque electrode. As a result, the photoelectric conversion element blocks light from reaching anything behind it in the direction of light irradiation, making it impossible to effectively utilize the light energy.

本発明は、斯かる実情に鑑み、自身の背後にも光を透過させる光電変換素子、及び、その光電変換素子を用いた発電装置を提供しようとするものである。 In view of the above situation, the present invention aims to provide a photoelectric conversion element that allows light to pass through to the rear of the element, and a power generation device that uses the photoelectric conversion element.

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、光透過性を有する第一電極材料で構成される第一電極と、導電性を有するナノ構造体を含有し、光透過性を有する第二電極材料で構成される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の間に位置する光電変換層と、を備え、前記第一電極、前記光電変換層、及び前記第二電極が積層される方向を積層方向と定義した際、前記第一電極と前記第二電極は、前記積層方向に直交する直交方向にずれて配置され、前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第一電極と前記第二電極が重畳する第一領域と、前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第一電極は重畳するが、前記光電変換層と前記第二電極は重畳しない第二領域と、前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第二電極は重畳するが、前記光電変換層と前記第一電極は重畳しない第三領域と、をすることを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and the photoelectric conversion element of the present invention comprises a first electrode made of a first electrode material having optical transparency, a second electrode containing a conductive nanostructure and made of a second electrode material having optical transparency, and a photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode, and when the direction in which the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode are stacked is defined as the stacking direction, the first electrode and the second electrode are arranged shifted in an orthogonal direction perpendicular to the stacking direction, and the photoelectric conversion layer, the first electrode, and the second electrode are overlapped when viewed from the stacking direction, a second region in which the photoelectric conversion layer and the first electrode overlap when viewed from the stacking direction, but the photoelectric conversion layer and the second electrode do not overlap, and a third region in which the photoelectric conversion layer and the second electrode overlap when viewed from the stacking direction, but the photoelectric conversion layer and the first electrode do not overlap.

また、本発明の光電変換素子は、前記第二電極材料には、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT-PSS)、又は、ポリアニリンが含まれることを特徴とする。 The photoelectric conversion element of the present invention is also characterized in that the second electrode material contains poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonic acid) (PEDOT-PSS) or polyaniline.

また、本発明の光電変換素子は、前記ナノ構造体には、金属ナノワイヤが含まれることを特徴とする。 The photoelectric conversion element of the present invention is also characterized in that the nanostructure includes a metal nanowire.

また、本発明の発電装置は、光透過性を有する第一電極材料で構成される第一電極と、
導電性を有するナノ構造体を含有し、光透過性を有する第二電極材料で構成される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の間に位置する光電変換層と、を有する光電変換素子を複数備え、前記光電変換素子は、前記第一電極、前記光電変換層、前記第二電極が積層される方向を積層方向と定義した際、前記光電変換素子の前記第一電極と前記第二電極は、前記積層方向に直交する直交方向にずれて配置され、前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第一電極と前記第二電極が重畳する第一領域と、前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第一電極は重畳するが、前記光電変換層と前記第二電極は重畳しない第二領域と、前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第二電極は重畳するが、前記光電変換層と前記第一電極は重畳しない第三領域と、を有することを特徴とする。また、本発明の発電装置において、複数の前記光電変換素子のそれぞれは、それぞれの前記積層方向が平行となるように配置され、複数の前記光電変換素子は、複数の前記光電変換素子の配列方向において隣接する一方の前記光電変換素子の前記光電変換層と、隣接する他方の前記光電変換素子の前記第二領域及び前記第三領域の少なくとも一方が、前記配列方向において重畳するように配置されることを特徴とする
The power generating device of the present invention further comprises: a first electrode made of a first electrode material having optical transparency;
The photoelectric conversion element includes a plurality of photoelectric conversion elements each having a second electrode that contains a conductive nanostructure and is made of a second electrode material that is optically transparent, and a photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode, and the photoelectric conversion element is characterized in that when the direction in which the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode are stacked is defined as a stacking direction, the first electrode and the second electrode of the photoelectric conversion element are arranged so as to be shifted in an orthogonal direction perpendicular to the stacking direction, and the photoelectric conversion element has a first region in which the photoelectric conversion layer, the first electrode, and the second electrode overlap when viewed from the stacking direction, a second region in which the photoelectric conversion layer and the first electrode overlap when viewed from the stacking direction, but the photoelectric conversion layer and the second electrode do not overlap, and a third region in which the photoelectric conversion layer and the second electrode overlap when viewed from the stacking direction, but the photoelectric conversion layer and the first electrode do not overlap. Further, in the power generation device of the present invention, each of the multiple photoelectric conversion elements is arranged so that the stacking directions are parallel to each other, and the multiple photoelectric conversion elements are arranged so that the photoelectric conversion layer of one of the photoelectric conversion elements adjacent to each other in the arrangement direction of the multiple photoelectric conversion elements and at least one of the second region and the third region of the other adjacent photoelectric conversion element overlap in the arrangement direction .

また、本発明の発電装置において、複数の前記光電変換素子は、光の照射方向に対して、前記第二電極が前記第一電極よりも奥側に位置するように配置されることを特徴とする。 In addition, in the power generation device of the present invention, the multiple photoelectric conversion elements are arranged so that the second electrode is located further back than the first electrode in the direction of light irradiation.

また、本発明の発電装置は、更に、複数の前記光電変換素子の配列方向において隣接する一方の前記光電変換素子の前記光電変換層と、隣接する他方の前記光電変換素子の前記第二領域及び前記第三領域の少なくとも一方が、前記配列方向において重畳するように複数の前記光電変換素子を保持する保持部と、前記保持部により複数の前記光電変換素子それぞれが保持される位置を保持位置と定義した際、前記保持位置それぞれに配置され、前記保持位置に位置する前記光電変換素子の前記第一電極に接触して、外部回路と前記光電変換素子を電気的に接続する複数の第一接続部と、前記保持位置それぞれに配置され、前記保持位置に位置する前記光電変換素子の前記第二電極に接触して、前記外部回路と前記光電変換素子を電気的に接続する複数の第二接続部と、を備えることを特徴とする。 Moreover, the power generation device of the present invention is further characterized in that it comprises a holding section that holds the multiple photoelectric conversion elements so that the photoelectric conversion layer of one of the photoelectric conversion elements adjacent to each other in the arrangement direction of the multiple photoelectric conversion elements and at least one of the second region and the third region of the other adjacent photoelectric conversion element overlap in the arrangement direction, and when a position at which each of the multiple photoelectric conversion elements is held by the holding section is defined as a holding position, a plurality of first connection sections that are arranged at each of the holding positions and contact the first electrode of the photoelectric conversion element located at the holding position to electrically connect an external circuit to the photoelectric conversion element, and a plurality of second connection sections that are arranged at each of the holding positions and contact the second electrode of the photoelectric conversion element located at the holding position to electrically connect the external circuit to the photoelectric conversion element.

また、本発明の発電装置において、前記第一電極及び前記第二電極は、前記積層方向において、前記光電変換層に重畳しない非重畳領域を有し、複数の前記第一接続部及び複数の前記第二接続部は、前記非重畳領域に電気的に接続されるように配置されることを特徴とする。 In addition, in the power generating device of the present invention, the first electrode and the second electrode have a non-overlapping region in the stacking direction that does not overlap the photoelectric conversion layer, and the first connection parts and the second connection parts are arranged so as to be electrically connected to the non-overlapping region.

本発明の光電変換素子によれば、2つの電極が光透過性を有するため、照射光を透過させることができる。結果、背後にある光電変換素子は、その透過光により発電することができるため、単位面積当たりの発電量を増大させることができる。また、本発明の発電装置によれば、光透過性を有する2つの電極を有する光電変換素子を重畳させることにより、単位面積当たりの発電量を増大させることができる。 According to the photoelectric conversion element of the present invention, the two electrodes are optically transparent, allowing the irradiated light to pass through. As a result, the photoelectric conversion element behind it can generate power from the transmitted light, increasing the amount of power generated per unit area. In addition, according to the power generation device of the present invention, the amount of power generated per unit area can be increased by overlapping photoelectric conversion elements having two optically transparent electrodes.

本発明の実施形態における光電変換素子を並列接続した発電装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a power generating device in which photoelectric conversion elements are connected in parallel according to an embodiment of the present invention. (A)は、本発明の実施形態における光電変換素子の変形例の断面図である。(B)は、本発明の実施形態における光電変換素子の別の変形例を直列接続した発電装置の断面図である。1A is a cross-sectional view of a modified example of the photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a power generating device in which another modified example of the photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention is connected in series. 本発明の実施形態における光電変換素子を直列接続した発電装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a power generating device in which photoelectric conversion elements are connected in series according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における発電装置の出力装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an output device of the power generation device according to the embodiment of the present invention. (A)は、本発明の実施形態における発電装置の光電変換素子を並列に接続する出力回路である。(B)は、本発明の実施形態における発電装置の光電変換素子を直列に接続する出力回路である。(C)は、本発明の実施形態における発電装置の光電変換素子を直列及び並列に接続する出力回路である。(A) is an output circuit for connecting photoelectric conversion elements of a power generating device in parallel according to an embodiment of the present invention. (B) is an output circuit for connecting photoelectric conversion elements of a power generating device in series according to an embodiment of the present invention. (C) is an output circuit for connecting photoelectric conversion elements of a power generating device in series and in parallel according to an embodiment of the present invention. (A)は、光電変換素子に関する実験で用いた光電変換素子の斜視図である。(B)は、光電変換素子に関する実験で用いた光電変換素子の平面図である。(C)は、光電変換素子に関する実験で用いる2つの光電変換素子を積み重ねた際の平面図である。1A is a perspective view of a photoelectric conversion element used in an experiment on a photoelectric conversion element, FIG. 1B is a plan view of the photoelectric conversion element used in an experiment on a photoelectric conversion element, and FIG. 1C is a plan view of two photoelectric conversion elements used in an experiment on a photoelectric conversion element when stacked. 第二電極材料A~Dの透過率に関するグラフである。1 is a graph showing the transmittance of second electrode materials A to D.

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。図1~図6は発明を実施する形態の一例であって、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わす。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings. Figures 1 to 6 show an example of an embodiment of the invention, and parts in the figures that are given the same reference numerals as in Figure 1 represent the same items.

<全体構成>
図1を参照して、本発明の実施形態における発電装置1について説明する。本実施形態における発電装置1は、複数の光電変換素子2と、出力装置3と、を備える。
<Overall composition>
A power generating device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. The power generating device 1 according to the present embodiment includes a plurality of photoelectric conversion elements 2 and an output device 3.

<光電変換素子>
図1を参照して、本発明の実施形態における光電変換素子2について説明する。本実施形態において光電変換素子2は、シート状に構成され、可撓性を有するように構成される。その光電変換素子2は、第一電極10と、第二電極11と、光電変換層12と、機能層(金属アルコキシド含有層)13と、基板14と、封止部15と、基板16を備える。光電変換素子2は、図1に示すように、第一電極10、機能層13、光電変換層12、第二電極11の順に基板14上に積層される。なお、光電変換素子2の各層の積層方向(以下、層積層方向と呼ぶ。)Aは、シート状の光電変換素子2の厚み方向、又は、シート状の光電変換素子2の平面の面垂直方向に一致するものとして以下、説明する。
<Photoelectric conversion element>
With reference to FIG. 1, a photoelectric conversion element 2 in an embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the photoelectric conversion element 2 is configured in a sheet shape and is configured to have flexibility. The photoelectric conversion element 2 includes a first electrode 10, a second electrode 11, a photoelectric conversion layer 12, a functional layer (metal alkoxide-containing layer) 13, a substrate 14, a sealing portion 15, and a substrate 16. As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 2 is stacked on the substrate 14 in the order of the first electrode 10, the functional layer 13, the photoelectric conversion layer 12, and the second electrode 11. The stacking direction A of each layer of the photoelectric conversion element 2 (hereinafter referred to as the layer stacking direction) is described below as coinciding with the thickness direction of the sheet-like photoelectric conversion element 2 or the surface perpendicular direction of the plane of the sheet-like photoelectric conversion element 2.

なお、光電変換素子2は、シート状に構成されていなくてもよく、更には、可撓性を有しなくてもよい。 The photoelectric conversion element 2 does not have to be configured in a sheet shape, and furthermore, it does not have to be flexible.

<第一電極及び第二電極>
第一電極10及び第二電極11の一方は、陽極で、他方が陰極に相当する。第一電極10は、導電性および光透過性を有する第一電極材料により構成される。第一電極材料は、例えば、導電性を有する透明な材料が挙げられる。より具体的に第一電極材料としては、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)、IGZO(In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)、O(酸素)で構成)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、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)等の導電性金属酸化物が一例として挙げられる。本実施形態において第一電極10は、第一電極材料により透明な電極(第一透明電極)として構成される。
<First Electrode and Second Electrode>
One of the first electrode 10 and the second electrode 11 corresponds to an anode, and the other corresponds to a cathode. The first electrode 10 is made of a first electrode material having electrical conductivity and optical transparency. Examples of the first electrode material include transparent materials having electrical conductivity. More specifically, examples of the first electrode material include conductive metal oxides such as tin-doped indium oxide (ITO), IGZO (composed of In (indium), Ga (gallium), Zn (zinc), and O (oxygen)), gallium-doped zinc oxide (GZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), and aluminum-doped zinc oxide (AZO). In this embodiment, the first electrode 10 is made of the first electrode material as a transparent electrode (first transparent electrode).

そして、第一電極10は、図1に示すように、例えば、絶縁体で構成される基板14上に、単層、または、複数の材料が積層されて構成される。本実施形態では、第一電極10は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法等の成膜方法により基板14上に第一電極材料が成膜されることにより構成されてもよいし、所定の溶媒に第一電極材料を溶かした第一電極材料溶液をインク溶液として、基板14上に塗布、又は、インクジェット式プリンタで基板14上に印刷することにより構成されてもよい。 The first electrode 10 is formed, for example, by forming a single layer or a plurality of layers of materials on a substrate 14 made of an insulator, as shown in FIG. 1. In this embodiment, the first electrode 10 may be formed, for example, by forming a film of the first electrode material on the substrate 14 by a film forming method such as a sputtering method or a vacuum deposition method, or by applying a first electrode material solution, in which the first electrode material is dissolved in a predetermined solvent, as an ink solution onto the substrate 14, or by printing the first electrode material on the substrate 14 with an inkjet printer.

基板14は、ポリカーボネート等の光透過性を有する材料により構成され、特に、高い光透過性を有する透明な材料で構成されることが好ましい。また、本実施形態において光電変換素子2は、フレキシブルに構成される。このため、基板14は、ポリカーボネート等の可撓性及び絶縁性を有する材料によりシート状に構成されることが好ましい。なお、基板14は、可撓性を有しないガラス等の材料でシート状に構成されてもよい。 The substrate 14 is preferably made of a light-transmitting material such as polycarbonate, and is particularly preferably made of a transparent material with high light transmittance. In this embodiment, the photoelectric conversion element 2 is configured to be flexible. For this reason, the substrate 14 is preferably configured in a sheet shape from a flexible and insulating material such as polycarbonate. The substrate 14 may also be configured in a sheet shape from a non-flexible material such as glass.

第二電極11は、導電性および光透過性を有する第二電極材料により構成される。そして、第二電極材料には、ナノ構造体が含まれる。具体的に第二電極材料は、導電性高分子化合物とナノ構造体で構成される。本実施形態において第二電極11は、第二電極材料により透明な電極(第二透明電極)として構成される。 The second electrode 11 is made of a second electrode material that is conductive and optically transparent. The second electrode material includes a nanostructure. Specifically, the second electrode material is made of a conductive polymer compound and a nanostructure. In this embodiment, the second electrode 11 is made of the second electrode material as a transparent electrode (second transparent electrode).

導電性高分子化合物として、例えば、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルホン酸)(以下、PEDOT-PSSと呼ぶ。)、又はポリアニリン(polyaniline)が挙げられる。ナノ構造体とは、ナノロッド、ナノワイヤ、ナノ粒子、ナノ立体構造体(テトラポット型やマキビシ型)などのナノスケールの構造体を指す。具体的にナノ構造体として、例えば、銀ナノワイヤ(AgNW)等の金属ナノワイヤが挙げられる。 Examples of conductive polymer compounds include poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonic acid) (hereinafter referred to as PEDOT-PSS) and polyaniline. Nanostructures refer to nanoscale structures such as nanorods, nanowires, nanoparticles, and nanostereostructures (tetrapod-type and marshmallow-type). Specific examples of nanostructures include metal nanowires such as silver nanowires (AgNW).

PEDOT-PSS溶液に金属ナノワイヤ(銀ナノワイヤ)を所定の質量比(例えば、質量比1:1)で混合して、所定の処理を加えて、金属ナノワイヤ(銀ナノワイヤ)をPEDOT-PSS溶液中に適度に分散させてPEDOT-PSS溶液と金属ナノワイヤ(銀ナノワイヤ)の混合溶液を作成する。その混合溶液を光電変換層12上に塗布して乾燥させると、高い光透過性を有する第二電極11の層が形成される。また、ポリアニリンに溶液に金属ナノワイヤ(銀ナノワイヤ)を混合しても同様である。なお、第二電極11は、高い光透過性を確保できるなら、光電変換層12上に、複数の材料が積層されて構成されてもよい。 Metal nanowires (silver nanowires) are mixed into the PEDOT-PSS solution at a predetermined mass ratio (for example, a mass ratio of 1:1), and a predetermined process is performed to disperse the metal nanowires (silver nanowires) appropriately in the PEDOT-PSS solution, creating a mixed solution of the PEDOT-PSS solution and the metal nanowires (silver nanowires). When the mixed solution is applied to the photoelectric conversion layer 12 and dried, a layer of the second electrode 11 with high light transmittance is formed. The same is true when the metal nanowires (silver nanowires) are mixed into a polyaniline solution. Note that the second electrode 11 may be constructed by stacking multiple materials on the photoelectric conversion layer 12, as long as high light transmittance can be ensured.

なお、第二電極11は、スパッタリング法、真空蒸着法等の成膜方法により光電変換層12上に成膜されることにより構成されてもよいし、第二電極材料を含む第二電極材料溶液をインク溶液として、光電変換層12上に塗布、又は、インクジェット式プリンタで光電変換層12上に印刷することにより構成されてもよい。 The second electrode 11 may be formed by forming a film on the photoelectric conversion layer 12 using a film forming method such as sputtering or vacuum deposition, or may be formed by applying a second electrode material solution containing the second electrode material as an ink solution onto the photoelectric conversion layer 12, or by printing it onto the photoelectric conversion layer 12 using an inkjet printer.

封止部15は、基板14上に積層された第一電極10、機能層13、光電変換層12、第二電極11を、例えば、樹脂等により封止して光電変換素子2を保護するものである。封止部15は、光透過性を有する材料により構成され、特に、高い光透過性を有する透明な材料で構成されることが好ましい。また、封止部15は、可撓性を有する材料により構成されることが好ましい。 The sealing portion 15 protects the photoelectric conversion element 2 by sealing the first electrode 10, the functional layer 13, the photoelectric conversion layer 12, and the second electrode 11 stacked on the substrate 14, for example, with a resin or the like. The sealing portion 15 is preferably made of a material having optical transparency, and is particularly preferably made of a transparent material having high optical transparency. In addition, the sealing portion 15 is preferably made of a material having flexibility.

また、機能層13とは反対側の光電変換層12上に、例えば、別途、別の層(例えば、正孔輸送層等)が積層される場合、第二電極11は、その別の層上に積層される。 In addition, when, for example, another layer (e.g., a hole transport layer, etc.) is laminated on the photoelectric conversion layer 12 on the side opposite the functional layer 13, the second electrode 11 is laminated on that other layer.

<光電変換層>
光電変換層12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12は、第一電極10および第二電極11の間に形成される。光が入射すると、光電変換層12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、例えば、第一電極10が陰極として機能し、第二電極11が陽極として機能する場合、電子は、電子輸送層として機能する機能層13を介して第一電極10側へ、正孔は第二電極11側へ移動する。その結果、第二電極11および第一電極10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。
<Photoelectric conversion layer>
The photoelectric conversion layer 12 generates electrons and holes due to light incident from the outside. The photoelectric conversion layer 12 is formed between the first electrode 10 and the second electrode 11. When light is incident, excitons are generated in the photoelectric conversion layer 12, and electrons and holes are generated. For example, when the first electrode 10 functions as a cathode and the second electrode 11 functions as an anode, the electrons move to the first electrode 10 side through the functional layer 13 functioning as an electron transport layer, and the holes move to the second electrode 11 side. As a result, a current (photoexcited current) flows in an external circuit (not shown) connected to the second electrode 11 and the first electrode 10.

光電変換層12は、n型半導体材料およびp型半導体材料を含有している。光電変換層12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。 The photoelectric conversion layer 12 contains an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material. The junction between the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material in the photoelectric conversion layer 12 may be a planar heterojunction having a planar junction interface, or a bulk heterojunction in which the materials are mixed three-dimensionally.

本実施形態における光電変換層12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2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、光電変換層12で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。 The photoelectric conversion layer 12 in this embodiment contains a metal alkoxide. The metal alkoxide acts as an n-type semiconductor. The output voltage of the photoelectric conversion element 2 is determined by the difference between the LUMO of the n-type semiconductor and the HOMO of the p-type semiconductor. Since the values of LUMO and HOMO are band gap energy, when the band gap energy of the metal alkoxide as an n-type semiconductor is large, the LUMO of the n-type semiconductor becomes large, and a high output voltage can be obtained. In order to obtain a high output voltage, it is preferable that the metal alkoxide used in the photoelectric conversion layer 12 has a band gap energy of 3.5 eV or more.

また、光電変換層12で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(一般式Ti(OR))、亜鉛系の亜鉛アルコキシド、ジエチルジンク、チタニアや酸化亜鉛の微粒子が好ましい。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。 As the metal alkoxide used in the photoelectric conversion layer 12, for example, titanium alkoxide (general formula: Ti(OR) n ), zinc-based zinc alkoxide, diethyl zinc, titania or zinc oxide fine particles are preferable. As the titanium alkoxide, for example, titanium isopropoxide is preferable.

また、光電変換層12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、光電変換層12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、金属アルコキシドおよ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。また、光電変換層12におけるn型半導体は、金属アルコキシドではなく、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つが含有されたものであってもよい。上記酸化物半導体は、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が、これに限るものではない。 In addition, the n-type semiconductor in the photoelectric conversion layer 12 may contain at least one of fullerene, fullerene derivative, oxide semiconductor, and other electron-accepting compounds in addition to metal alkoxide. That is, the n-type semiconductor in the photoelectric conversion layer 12 may be composed of only metal alkoxide, or may be composed of a mixture of metal alkoxide and the above-mentioned electron-accepting compounds. In addition, when the n-type semiconductor is composed of only metal alkoxide, it may contain other n-type semiconductors that are unintentionally contained during the manufacturing process. In addition, examples of the oxide semiconductor include inorganic compound particles of zinc oxide and titanium oxide. In addition, the n-type semiconductor in the photoelectric conversion layer 12 may contain at least one of fullerene, fullerene derivative, oxide semiconductor, and other electron-accepting compounds instead of metal alkoxide. Examples of the oxide semiconductor include inorganic compound particles of zinc oxide and titanium oxide, but are not limited thereto.

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。 Examples of p-type organic semiconductors include polyvinylcarbazole and its derivatives, polysilane and its derivatives, polysiloxane derivatives having aromatic amines in the side chain or main chain, polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polypyrrole and its derivatives, polyphenylenevinylene and its derivatives, polythienylenevinylene and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, etc.

<機能層(金属アルコキシド含有層)>
機能層13は、第一電極10および第二電極11の間に形成される。特に、機能層13は、光電変換層12と第一電極10の間において双方の層に隣接するように形成されることが好ましい。そして、機能層13は、例えば、第一電極10が陰極である場合、光電変換層12で発生する電子を効率良く第一電極10へと輸送する電子輸送層としての機能を担う。この場合、機能層13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(例えば、チタンアルコキシド)、ポリチオフェン誘導体の一つであるポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル)(P3HT)等が挙げられる。また、機能層13は、光電変換層12で発生する正孔を第一電極10に流さない整流作用を奏する。なお、機能層13は、例えば、第一電極10が陽極である場合、光電変換層12で発生する正孔を効率良く第一電極10へと輸送する電子輸送層としての機能を担う。この場合、機能層13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。
<Functional layer (metal alkoxide-containing layer)>
The functional layer 13 is formed between the first electrode 10 and the second electrode 11. In particular, the functional layer 13 is preferably formed between the photoelectric conversion layer 12 and the first electrode 10 so as to be adjacent to both layers. Then, for example, when the first electrode 10 is a cathode, the functional layer 13 functions as an electron transport layer that efficiently transports electrons generated in the photoelectric conversion layer 12 to the first electrode 10. In this case, the functional layer 13 is preferably formed of a material with high electron mobility. Examples of materials with high electron mobility include metal alkoxides (e.g., titanium alkoxides) and poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), which is a polythiophene derivative. In addition, the functional layer 13 has a rectifying effect that does not allow holes generated in the photoelectric conversion layer 12 to flow to the first electrode 10. Note that, for example, when the first electrode 10 is an anode, the functional layer 13 functions as an electron transport layer that efficiently transports holes generated in the photoelectric conversion layer 12 to the first electrode 10. In this case, the functional layer 13 is preferably made of a material with high hole mobility.

電子輸送機能を担う機能層13には、金属アルコキシド(例えば、チタンアルコキシド)が含有されることが好ましい。機能層13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、電子を速やかに第一電極10へ移動させる。また、機能層13と光電変換層12とは、共通成分として金属アルコキシドを有する。結果、機能層13および光電変換層12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。機能層13および光電変換層12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12および機能層13の機械的強度が向上する。結果、光電変換層12と機能層13との間で剥離が起こりにくくなる。この観点からすると、機能層13は、主成分が金属アルコキシドで構成されたり、また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。また、機能層13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。また、機能層13の膜厚は、略100nm以下であることが好ましい。機能層13の膜厚が過度に厚い膜厚にされると、電子が第一電極10に到達することができず、失活してしまう。また、機能層13の膜厚が過度に薄い膜厚にされると、第一電極10の面を覆う事ができない。このため、第一電極10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、機能層13の膜厚は略100nm以下が適当である。なお、光電変換層12におけるn型半導体が金属アルコキシドではなく、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つが含有された材料で構成される場合、電子輸送機能を担う機能層13は、金属アルコキシドではなく、その他の材料で構成されてもよい。 It is preferable that the functional layer 13, which has an electron transport function, contains a metal alkoxide (e.g., titanium alkoxide). The metal alkoxide in the functional layer 13 serves as an n-type semiconductor and quickly moves electrons to the first electrode 10. In addition, the functional layer 13 and the photoelectric conversion layer 12 have a metal alkoxide as a common component. As a result, the ratio of metal alkoxides contacting each other between the functional layer 13 and the photoelectric conversion layer 12 is increased, so that the contact resistance between the layers is reduced. The higher the content ratio of metal alkoxide in the functional layer 13 and the photoelectric conversion layer 12, the lower the contact resistance. In addition, since interpenetration of the metal alkoxide occurs between the layers, the mechanical strength of the photoelectric conversion layer 12 and the functional layer 13 is improved. As a result, peeling between the photoelectric conversion layer 12 and the functional layer 13 is less likely to occur. From this viewpoint, it is preferable that the functional layer 13 is mainly composed of a metal alkoxide, or is composed only of a metal alkoxide (including unavoidable components that are unintentionally included during the manufacturing process). In addition, it is preferable to use non-crystalline metal alkoxide in the functional layer 13, rather than crystalline metal alkoxide. This is to solve the problem of low toughness of crystalline metal alkoxide. In addition, the thickness of the functional layer 13 is preferably about 100 nm or less. If the thickness of the functional layer 13 is made too thick, the electrons cannot reach the first electrode 10 and are deactivated. If the thickness of the functional layer 13 is made too thin, the surface of the first electrode 10 cannot be covered. For this reason, in order to enable the electrons to reach the first electrode 10 quickly and obtain a high output current, the thickness of the functional layer 13 is appropriate to be about 100 nm or less. Note that when the n-type semiconductor in the photoelectric conversion layer 12 is not a metal alkoxide but is made of a material containing at least one of fullerene, fullerene derivative, oxide semiconductor, and other electron-accepting compound, the functional layer 13 that performs the electron transport function may be made of other materials instead of metal alkoxide.

<光電変換素子の構成>
光電変換素子2は、基板14上に、第一電極10、機能層13、光電変換層12、第二電極11の順に積層される。そして、第二電極11側から封止部15で封止されつつ、基板16で覆われる。基板16は、基板14と同様の材料で構成されることが好ましい。
<Configuration of photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element 2 is formed by stacking a first electrode 10, a functional layer 13, a photoelectric conversion layer 12, and a second electrode 11 in this order on a substrate 14. The second electrode 11 side is sealed with a sealing portion 15 and covered with a substrate 16. The substrate 16 is preferably made of the same material as the substrate 14.

また、光電変換素子2は、図1に示すように、光電変換素子2の層積層方向Aにおいて、第一電極10が光電変換層12と重畳する第一電極側重畳領域21と、第二電極11が光電変換層12と重畳する第二電極側重畳領域22と、を有する。本実施形態において第一電極側重畳領域21では、更に、層積層方向Aにおいて第一電極10が機能層13とも重畳する。また、本実施形態において第二電極側重畳領域22では、更に、層積層方向Aにおいて第二電極11の一部領域が機能層13とも重畳する。 As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 2 has a first electrode side overlapping region 21 where the first electrode 10 overlaps with the photoelectric conversion layer 12, and a second electrode side overlapping region 22 where the second electrode 11 overlaps with the photoelectric conversion layer 12 in the layer stacking direction A of the photoelectric conversion element 2. In the first electrode side overlapping region 21 in this embodiment, the first electrode 10 also overlaps with the functional layer 13 in the layer stacking direction A. In the second electrode side overlapping region 22 in this embodiment, a partial region of the second electrode 11 also overlaps with the functional layer 13 in the layer stacking direction A.

本実施形態において第一電極10は、層積層方向Aにおいて光電変換層12と重畳しない第一電極側非重畳領域23を有する。また、本実施形態において第二電極11は、層積層方向Aにおいて光電変換層12と重畳しない第二電極側非重畳領域24を有する。 In this embodiment, the first electrode 10 has a first electrode side non-overlapping region 23 that does not overlap with the photoelectric conversion layer 12 in the layer stacking direction A. In this embodiment, the second electrode 11 has a second electrode side non-overlapping region 24 that does not overlap with the photoelectric conversion layer 12 in the layer stacking direction A.

図1において層積層方向Aに直交しつつ、第二電極11と第一電極10がずれている方向を光電変換素子2の幅方向(以下、素子幅方向と呼ぶ。)Wと定義した場合、第一電極側非重畳領域23、第一電極側重畳領域21、第二電極側重畳領域22、及び第二電極側非重畳領域24は、順に素子幅方向Wに並ぶ。そして、第一電極側非重畳領域23及び第二電極側非重畳領域24は、素子幅方向Wに沿って第一電極側重畳領域21及び第二電極側重畳領域22の端部を起点として、それぞれ第一電極側重畳領域21及び第二電極側重畳領域22から離れる方向に凸となっている。また、第一電極側重畳領域21、及び第二電極側重畳領域22は、層積層方向Aにおいて一部領域が重畳している。 In FIG. 1, if the direction in which the second electrode 11 and the first electrode 10 are shifted while being perpendicular to the layer stacking direction A is defined as the width direction (hereinafter referred to as the element width direction) W of the photoelectric conversion element 2, the first electrode side non-overlapping region 23, the first electrode side overlapping region 21, the second electrode side overlapping region 22, and the second electrode side non-overlapping region 24 are arranged in order in the element width direction W. The first electrode side non-overlapping region 23 and the second electrode side non-overlapping region 24 are convex in the direction away from the first electrode side overlapping region 21 and the second electrode side overlapping region 22, respectively, starting from the ends of the first electrode side overlapping region 21 and the second electrode side overlapping region 22 along the element width direction W. In addition, the first electrode side overlapping region 21 and the second electrode side overlapping region 22 have partial overlapping regions in the layer stacking direction A.

なお、図2(A)に示すように、光電変換素子2は、図1に示す光電変換素子が複数あって、それらが直列接続された態様であってもよい。また、本実施形態における第一電極側非重畳領域23の第一電極10、第二電極側非重畳領域24の第二電極11は、それぞれ第一接続部18、第二接続部19を第一電極10、第二電極11のみに接続させつつ、光電変換層12、機能層13を確実に第一電極10、第二電極11に接触させないようにするために設けられたものである。このため、第一接続部18、第二接続部19に第一電極10、第二電極11のみを接続させるように構成されていれば、光電変換素子2は、図2(B)に示すように、第二電極側非重畳領域24及び第一電極側非重畳領域23を設けず、第一電極10、第二電極11、光電変換層12、機能層13は、全体が重畳していてもよい。このようなものも本発明の範囲に含まれる。つまり、第一電極10、第二電極11と第一接続部18、第二接続部19それぞれの接続が可能なら、光電変換素子2は、どのような構造であってもよい。 2(A), the photoelectric conversion element 2 may have a plurality of photoelectric conversion elements shown in FIG. 1, which are connected in series. In this embodiment, the first electrode 10 in the first electrode side non-overlapping region 23 and the second electrode 11 in the second electrode side non-overlapping region 24 are provided to ensure that the photoelectric conversion layer 12 and the functional layer 13 do not come into contact with the first electrode 10 and the second electrode 11 while connecting the first connection portion 18 and the second connection portion 19 only to the first electrode 10 and the second electrode 11, respectively. Therefore, if the photoelectric conversion element 2 is configured to connect only the first electrode 10 and the second electrode 11 to the first connection portion 18 and the second connection portion 19, as shown in FIG. 2(B), the second electrode side non-overlapping region 24 and the first electrode side non-overlapping region 23 are not provided, and the first electrode 10, the second electrode 11, the photoelectric conversion layer 12, and the functional layer 13 may be entirely overlapped. Such a configuration is also included in the scope of the present invention. In other words, the photoelectric conversion element 2 may have any structure as long as the first electrode 10, the second electrode 11, the first connection portion 18, and the second connection portion 19 can be connected, respectively.

<光電変換素子の配置>
従来の光電変換素子では、陰極又は陽極の一方側の電極のみを光透過性が高い透明な材料で構成し、他方側の電極を光透過性が低い金属材料で構成していた。このため、基準となる光電変換素子の層積層方向に沿って、複数の光電変換素子が積み重なるように配置されると、光は、最前列の光電変換素子でほとんど吸収又は反射され、2番目以降に配置された光電変換素子には光はほとんど届かない。結果、2番目以降に配置された光電変換素子では、発電がほとんど行われなかった。
<Arrangement of photoelectric conversion elements>
In conventional photoelectric conversion elements, only one electrode, the cathode or anode, is made of a transparent material with high light transmittance, and the other electrode is made of a metal material with low light transmittance. Therefore, when multiple photoelectric conversion elements are stacked along the layer stacking direction of the reference photoelectric conversion element, most of the light is absorbed or reflected by the photoelectric conversion element in the front row, and almost no light reaches the photoelectric conversion elements arranged second or later. As a result, almost no power is generated in the photoelectric conversion elements arranged second or later.

本実施形態における光電変換素子2は、第一電極10のみならず、第二電極11をも光透過性が高い透明な材料で構成している。このため、図1に示すように、基準となる光電変換素子2の層積層方向Aに沿って、複数の光電変換素子2が積み重なるように配置された結果、隣接する光電変換素子2同士の第一電極側重畳領域21、第二電極側重畳領域22が層積層方向Aにおいて重畳しても、照射光は、手前側の光電変換素子2で一部だけ吸収されるが、残りは透過し、奥側に配置された光電変換素子2にも到達する。結果、層積層方向Aから見て単位面積当たりの発電量が向上する。つまり、限られた設置面積しかない場所であっても、その場所で本実施形態における光電変換素子2を上下方向に積み重ねれれば、その場所で発電量を増大させることができる。従って、本実施形態における複数の光電変換素子2は、基準となる光電変換素子2の層積層方向Aに沿って積み重なるように配置されることにより、その効果が向上する。 In the photoelectric conversion element 2 in this embodiment, not only the first electrode 10 but also the second electrode 11 are made of a transparent material with high light transmittance. Therefore, as shown in FIG. 1, as a result of arranging a plurality of photoelectric conversion elements 2 so as to be stacked along the layer stacking direction A of the reference photoelectric conversion element 2, even if the first electrode side overlapping region 21 and the second electrode side overlapping region 22 of adjacent photoelectric conversion elements 2 overlap in the layer stacking direction A, only a portion of the irradiated light is absorbed by the photoelectric conversion element 2 on the front side, but the remainder is transmitted and reaches the photoelectric conversion element 2 arranged on the back side. As a result, the amount of power generation per unit area as viewed from the layer stacking direction A is improved. In other words, even in a place with a limited installation area, if the photoelectric conversion elements 2 in this embodiment are stacked vertically at that place, the amount of power generation at that place can be increased. Therefore, the effect of the plurality of photoelectric conversion elements 2 in this embodiment is improved by arranging them so as to be stacked along the layer stacking direction A of the reference photoelectric conversion element 2.

また、一般的に、農作物を育成する畑等は、太陽光の照射が十分に行われる場所にある。このため、本実施形態における光電変換素子2を畑の上方側に位置させると、十分な太陽光を受けつつ、一定量の太陽光を透過させることができる。結果、農作物へ十分な量の太陽光の照射が確保されて、光電変換素子2は十分な発電量を確保しつつ、農作物の育成も促進することができる。 In addition, fields where agricultural crops are grown are generally located in places where they are sufficiently exposed to sunlight. For this reason, by positioning the photoelectric conversion element 2 in this embodiment above the field, it is possible to receive sufficient sunlight while allowing a certain amount of sunlight to pass through. As a result, it is ensured that a sufficient amount of sunlight is irradiated onto the crops, and the photoelectric conversion element 2 can ensure sufficient power generation while also promoting the growth of the crops.

<出力装置の構成>
本実施形態における出力装置3は、複数の光電変換素子2で発電された電力を外部に出力する際に用いられるものである。光電変換素子2は、着脱自在に出力装置3で保持される。出力装置3は、図1に示すように、保持部17と、複数の第一接続部18と、複数の第二接続部19と、出力回路20と、を有する。
<Output device configuration>
The output device 3 in this embodiment is used when outputting to the outside electric power generated by the multiple photoelectric conversion elements 2. The photoelectric conversion elements 2 are detachably held by the output device 3. As shown in FIG. 1 , the output device 3 has a holding portion 17, multiple first connection portions 18, multiple second connection portions 19, and an output circuit 20.

<保持部>
保持部17は、図1に示すように、基準となる光電変換素子2の層積層方向A(以下、基準層積層方向CAと呼ぶ。)に、他の光電変換素子2の層積層方向Aが平行となりつつ、複数の光電変換素子2が積み重なるように複数の光電変換素子2を保持する。そして、保持部17は、光電変換素子2を着脱自在に構成される。このため、一部の光電変換素子2に不具合があっても、その部分だけを交換すれば足りる。
<Holding part>
1, the holding unit 17 holds the multiple photoelectric conversion elements 2 so that the multiple photoelectric conversion elements 2 are stacked while the layer stacking direction A of the other photoelectric conversion elements 2 is parallel to the layer stacking direction A of the reference photoelectric conversion element 2 (hereinafter referred to as the reference layer stacking direction CA). The holding unit 17 is configured so that the photoelectric conversion elements 2 can be freely attached and detached. Therefore, even if some of the photoelectric conversion elements 2 are defective, it is sufficient to replace only that part.

本実施形態では、基準層積層方向CAと各光電変換素子2の層積層方向Aが略平行となるような姿勢で複数の光電変換素子2は配置される。この際、図1に示すように、各光電変換素子2が並列に接続される場合、各光電変換素子2の第一電極10と第二電極11が同じ側に位置するような姿勢で各光電変換素子2は配置される。一方、図3に示すように、各光電変換素子2が直列に接続される場合、層積層方向Aにおいて隣接する光電変換素子2の第一電極10と第二電極11が相互に反対に位置するような姿勢で各光電変換素子2は配置される。また、光の照射方向に対して、第二電極11は、第一電極10よりも奥側に配置されるような姿勢で、光電変換素子2は配置される方が好ましい。光電変換層12に照射光が到達する前に、ナノ構造体により照射光を反射させないようにするためである。 In this embodiment, the photoelectric conversion elements 2 are arranged in such a manner that the reference layer stacking direction CA and the layer stacking direction A of each photoelectric conversion element 2 are approximately parallel. In this case, as shown in FIG. 1, when the photoelectric conversion elements 2 are connected in parallel, the photoelectric conversion elements 2 are arranged in such a manner that the first electrode 10 and the second electrode 11 of each photoelectric conversion element 2 are located on the same side. On the other hand, as shown in FIG. 3, when the photoelectric conversion elements 2 are connected in series, the photoelectric conversion elements 2 are arranged in such a manner that the first electrode 10 and the second electrode 11 of the adjacent photoelectric conversion elements 2 are located opposite each other in the layer stacking direction A. In addition, it is preferable to arrange the photoelectric conversion elements 2 in such a manner that the second electrode 11 is located further back than the first electrode 10 with respect to the light irradiation direction. This is to prevent the irradiation light from being reflected by the nanostructure before it reaches the photoelectric conversion layer 12.

本実施形態において保持部17は、図4に示すように、内部に複数の支持部171を有する筐体170により構成される。筐体170は、例えば、開口170Aを有する中空の直方体形状をしている。筐体170は、直方体形状の面のうち、所定の一つの面が無く、その部分が開口170Aとなり、筐体170の内部を外部に開放している。 In this embodiment, the holding unit 17 is configured by a housing 170 having a plurality of support parts 171 therein, as shown in FIG. 4. The housing 170 has, for example, a hollow rectangular parallelepiped shape with an opening 170A. The housing 170 is missing one of the faces of the rectangular parallelepiped shape, and this part becomes the opening 170A, opening the inside of the housing 170 to the outside.

支持部171は、光電変換素子2を筐体170内で支持するためのものである。そして、複数の支持部171は、筐体170の延在方向D(例えば、高さ方向)に沿って等間隔に設けられる。 The support portion 171 is for supporting the photoelectric conversion element 2 within the housing 170. The multiple support portions 171 are provided at equal intervals along the extension direction D (e.g., the height direction) of the housing 170.

また、筐体170の延在方向Dにおいて隣接する2つの支持部171の間には、光電変換素子2を収容するための収容空間Sが形成される。収容空間Sは、筐体170の延在方向Dに延在する筐体170の中心軸J周りの周方向に沿って閉じず延在する筐体170の内壁面170Bと、筐体170の延在方向Dにおいて隣接する2つの支持部171それぞれの延在方向Dで対向する対向面171Aに取り囲まれた状態になる。内壁面170Bの閉じていない部分が筐体170の上記開口170Aとなる。 In addition, between two adjacent support parts 171 in the extension direction D of the housing 170, an accommodation space S for accommodating the photoelectric conversion element 2 is formed. The accommodation space S is surrounded by an inner wall surface 170B of the housing 170 that extends unclosed along the circumferential direction around the central axis J of the housing 170 that extends in the extension direction D of the housing 170, and opposing surfaces 171A that face each other in the extension direction D of each of the two adjacent support parts 171 in the extension direction D of the housing 170. The unclosed portion of the inner wall surface 170B becomes the above-mentioned opening 170A of the housing 170.

光電変換素子2は、開口170Aを通じて収容空間Sに挿入可能に構成される。この際、光電変換素子2は、自身の層積層方向Aが、筐体170の延在方向Dと平行になりつつ、自身の素子幅方向Wが筐体170の幅方向(以下、筐体幅方向と呼ぶ。)Eに平行となるような姿勢で収容空間Sに挿入される。この際、出力回路20が並列回路を構成する場合、第一電極側非重畳領域23の第一電極10、第二電極側非重畳領域24の第二電極11が他の光電変換素子2のものと同じ側になるような姿勢で光電変換素子2は配置される。また、出力回路20が直列回路を構成する場合、隣接する光電変換素子2同士の第一電極側非重畳領域23の第一電極10、第二電極側非重畳領域24の第二電極11が反対になるような姿勢で光電変換素子2は配置される。 The photoelectric conversion element 2 is configured to be insertable into the storage space S through the opening 170A. At this time, the photoelectric conversion element 2 is inserted into the storage space S in such a manner that its layer stacking direction A is parallel to the extension direction D of the housing 170, and its element width direction W is parallel to the width direction E of the housing 170 (hereinafter referred to as the housing width direction). At this time, when the output circuit 20 forms a parallel circuit, the photoelectric conversion element 2 is arranged in such a manner that the first electrode 10 in the first electrode side non-overlapping region 23 and the second electrode 11 in the second electrode side non-overlapping region 24 are on the same side as those of the other photoelectric conversion elements 2. Also, when the output circuit 20 forms a series circuit, the photoelectric conversion element 2 is arranged in such a manner that the first electrode 10 in the first electrode side non-overlapping region 23 and the second electrode 11 in the second electrode side non-overlapping region 24 of adjacent photoelectric conversion elements 2 are opposite to each other.

支持部171は、図4に示すように、光電変換素子2の素子幅方向Wの両端で光電変換素子2を支持する一対の支持体172により構成される。支持体172は、例えば、筐体170の内壁面170Bの一部を構成すると共に、筐体幅方向Eで対向する一対の対向面170Cに接触しつつ、筐体170の開口170Aを起点として筐体170の奥行方向Fに沿って延在する棒状の板材で構成される。支持体172は、光電変換素子2の第二電極側非重畳領域24及び第一電極側非重畳領域23(図1では、光電変換素子2の素子幅方向Wの両端部及びその近傍)において光電変換素子2に接触して光電変換素子2を支持する。 As shown in FIG. 4, the support portion 171 is composed of a pair of supports 172 that support the photoelectric conversion element 2 at both ends of the photoelectric conversion element 2 in the element width direction W. The support 172 is composed of, for example, a rod-shaped plate material that forms part of the inner wall surface 170B of the housing 170 and extends along the depth direction F of the housing 170 from the opening 170A of the housing 170 while contacting a pair of opposing surfaces 170C that face each other in the housing width direction E. The support 172 contacts the photoelectric conversion element 2 at the second electrode side non-overlapping region 24 and the first electrode side non-overlapping region 23 of the photoelectric conversion element 2 (both ends of the photoelectric conversion element 2 in the element width direction W and their vicinity in FIG. 1) to support the photoelectric conversion element 2.

以上のように構成される支持部171において、筐体幅方向Eにおいて一対の支持体172それぞれが対向する対向面172Aの間の空間は、図1及ぶ図4に示すように、何も配置されない空き空間Tとなる。筐体170の延在方向Dの一方側から光が照射されると、図1に示すように、光は光電変換素子2の第二電極側重畳領域22及び第一電極側重畳領域21を透過して、次の光電変換素子2に進む。この際、空き空間Tに相当する位置に何か配置させると、そこで、光が吸収又は反射されてしまう。このことを防ぐために、空き空間Tは設けられている。 In the support portion 171 configured as described above, the space between the opposing surfaces 172A of the pair of supports 172 facing each other in the housing width direction E is an empty space T in which nothing is placed, as shown in Figures 1 and 4. When light is irradiated from one side in the extension direction D of the housing 170, as shown in Figure 1, the light passes through the second electrode side overlapping region 22 and the first electrode side overlapping region 21 of the photoelectric conversion element 2 and proceeds to the next photoelectric conversion element 2. At this time, if something is placed in a position corresponding to the empty space T, the light will be absorbed or reflected there. To prevent this, the empty space T is provided.

<第一接続部及び第二接続部>
複数の第一接続部18は、収容空間Sに挿入された光電変換素子2の第一電極10に接触して、出力回路20と光電変換素子2の第一電極10を電気的に接続するものである。複数の第二接続部19は、収容空間Sに挿入された光電変換素子2の第二電極11に接触して、出力回路20と光電変換素子2の第二電極11を電気的に接続するものである。
<First Connection Portion and Second Connection Portion>
The multiple first connection parts 18 come into contact with the first electrode 10 of the photoelectric conversion element 2 inserted into the accommodation space S, and electrically connect the output circuit 20 and the first electrode 10 of the photoelectric conversion element 2. The multiple second connection parts 19 come into contact with the second electrode 11 of the photoelectric conversion element 2 inserted into the accommodation space S, and electrically connect the output circuit 20 and the second electrode 11 of the photoelectric conversion element 2.

収容空間Sに光電変換素子2を挿入した際、筐体170及び支持部171(保持部17)により光電変換素子2が保持される位置を保持位置と定義した際、第一接続部18は、保持位置において光電変換素子2の第一電極10が第一接続部18に接触する位置に配置される。また、第二接続部19は、保持位置において光電変換素子2の第二電極11が第二接続部19に接触する位置に配置される。また、第一接続部18及び第二接続部19は、出力回路20に接続される。つまり、第一接続部18及び第二接続部19は、光電変換素子2と出力回路20を電気的に接続する。 When the photoelectric conversion element 2 is inserted into the storage space S, and the position where the photoelectric conversion element 2 is held by the housing 170 and the support portion 171 (holding portion 17) is defined as the holding position, the first connection portion 18 is disposed at a position where the first electrode 10 of the photoelectric conversion element 2 contacts the first connection portion 18 at the holding position. The second connection portion 19 is disposed at a position where the second electrode 11 of the photoelectric conversion element 2 contacts the second connection portion 19 at the holding position. The first connection portion 18 and the second connection portion 19 are also connected to the output circuit 20. In other words, the first connection portion 18 and the second connection portion 19 electrically connect the photoelectric conversion element 2 and the output circuit 20.

本実施形態において第一接続部18及び第二接続部19は、図4に示すように、収容空間S毎に設けられ、両者が筐体幅方向Eにおいて対向するように設けられる。具体的に第一接続部18及び第二接続部19は、筐体幅方向Eにおいて対向する筐体170の内壁面170B又はその近傍に設けられる。なお、第一接続部18及び第二接続部19は、筐体幅方向Eにおいて対向せずに、筐体170の奥行方向Fに相互にずれた位置に位置してもよい。 In this embodiment, the first connection portion 18 and the second connection portion 19 are provided for each storage space S, as shown in FIG. 4, and are provided so that they face each other in the housing width direction E. Specifically, the first connection portion 18 and the second connection portion 19 are provided on or near the inner wall surface 170B of the housing 170 that faces each other in the housing width direction E. Note that the first connection portion 18 and the second connection portion 19 may not face each other in the housing width direction E, but may be positioned at positions offset from each other in the depth direction F of the housing 170.

<出力回路>
出力回路20は、各光電変換素子2に接続される外部回路の一例であり、各光電変換素子2で発電された電力を外部に出力するものである。出力回路20は、図5(A)に示すように、各光電変換素子2を並列に接続してもよいし、図5(B)に示すように、各光電変換素子2を直列に接続してもよいし、図5(C)に示すように、各光電変換素子2を直列、及び並列が混在するように接続してもよい。なお、図5(C)に示す出力回路20では、直列接続された光電変換素子2の2つの列を、並列接続している。また、図1に示す出力回路20では、各光電変換素子2を並列に接続している。また、図2(B)及び図3に示す出力回路20では、各光電変換素子2を直列に接続している。また、図5(A)~(C)において光電変換素子2の「-」は、第一電極10を表し、光電変換素子2の「+」は、第二電極11を表している。
<Output circuit>
The output circuit 20 is an example of an external circuit connected to each photoelectric conversion element 2, and outputs the power generated by each photoelectric conversion element 2 to the outside. The output circuit 20 may connect each photoelectric conversion element 2 in parallel as shown in FIG. 5(A), may connect each photoelectric conversion element 2 in series as shown in FIG. 5(B), or may connect each photoelectric conversion element 2 in a mixed manner in series and parallel as shown in FIG. 5(C). In the output circuit 20 shown in FIG. 5(C), two columns of photoelectric conversion elements 2 connected in series are connected in parallel. In the output circuit 20 shown in FIG. 1, each photoelectric conversion element 2 is connected in parallel. In the output circuit 20 shown in FIG. 2(B) and FIG. 3, each photoelectric conversion element 2 is connected in series. In addition, in FIGS. 5(A) to 5(C), the "-" of the photoelectric conversion element 2 represents the first electrode 10, and the "+" of the photoelectric conversion element 2 represents the second electrode 11.

各光電変換素子2を並列に接続した場合、図5(A)に示すように、各光電変換素子2と直列に逆流防止ダイオード190を設けることが好ましい。電流が逆流することを防止するためである。なお、図1に示す出力回路20では、逆流防止ダイオード190を省略している。 When each photoelectric conversion element 2 is connected in parallel, it is preferable to provide a backflow prevention diode 190 in series with each photoelectric conversion element 2, as shown in FIG. 5(A). This is to prevent current from flowing backwards. Note that the backflow prevention diode 190 is omitted in the output circuit 20 shown in FIG. 1.

各光電変換素子2を直列に接続した場合、図5(B)に示すように、各光電変換素子2それぞれに対してバイパスダイオード191を並列に接続させるようすることが好ましい。バイパスダイオード191は、例えば、障害物が光電変換素子2への光を遮った場合や、光電変換素子2に不具合が生じた場合等に、不具合箇所の電流をバイパスさせるからである。また、各光電変換素子2を直列に接続した場合、各光電変換素子2と直列に逆流防止ダイオード190を設けることが好ましい。電流が逆流することを防止するためである。なお、図2(B)及び図3に示す出力回路20では、バイパスダイオード191を省略している。 When the photoelectric conversion elements 2 are connected in series, it is preferable to connect a bypass diode 191 in parallel to each of the photoelectric conversion elements 2 as shown in FIG. 5(B). The bypass diode 191 bypasses the current at the defective part, for example, when an obstacle blocks the light to the photoelectric conversion element 2 or when a defect occurs in the photoelectric conversion element 2. Also, when the photoelectric conversion elements 2 are connected in series, it is preferable to provide a backflow prevention diode 190 in series with each photoelectric conversion element 2. This is to prevent the current from flowing backward. Note that the bypass diode 191 is omitted in the output circuit 20 shown in FIG. 2(B) and FIG. 3.

各光電変換素子2を直列、及び並列が混在するように接続した場合、図5(C)に示すように、直列接続の部分には、バイパスダイオード191を並列に接続し、並列接続の部分には逆流防止ダイオード190を直列に接続することが好ましい。 When the photoelectric conversion elements 2 are connected in a mixture of series and parallel, it is preferable to connect bypass diodes 191 in parallel to the series-connected parts and to connect backflow prevention diodes 190 in series to the parallel-connected parts, as shown in FIG. 5(C).

以上の出力回路20を通じて各光電変換素子2で発電された電力は、外部に出力される。そして、出力回路20の下流側には、必要に応じて、例えば、電圧を昇圧する(図示しない)昇圧回路、又は直流―交流変換を行う(図示しない)インバータ回路等が設けられて、所定の電力が外部に供給される。なお、出力回路20の下流側には、上記以外の回路が含まれていてもよい。 The power generated by each photoelectric conversion element 2 is output to the outside through the output circuit 20. Then, downstream of the output circuit 20, for example, a boost circuit (not shown) that boosts the voltage, or an inverter circuit (not shown) that performs DC-AC conversion, etc., are provided as necessary, so that a predetermined power is supplied to the outside. Note that the downstream side of the output circuit 20 may include circuits other than those described above.

<光電変換素子A,Bに関する実験>
本願発明者は、図6(A),(B)に示す構造の光電変換素子A,Bを作成して、光電変換素子A,Bの吸光特性及び発電特性に関する実験を行った。光電変換素子Aは、本発明の実施形態に含まれるものであり、ITO(インジウムドープ酸化錫透明導電膜)付ガラス基板(第一電極10付きの基板14)の上に機能層13、光電変換層12、第二電極11が順に成膜されたものである。光電変換素子Aにおける機能層13は、イソプロピルアルコールに2wt%のチタンイソプロポキシドを溶解させた塗布液をITO付ガラス基板に滴下してスピンコート法により成膜して作成した。そして、成膜後、120℃の大気中で10分乾燥させた。
<Experiments on photoelectric conversion elements A and B>
The inventors of the present application created photoelectric conversion elements A and B having the structures shown in Figures 6(A) and (B) and conducted experiments on the light absorption and power generation characteristics of the photoelectric conversion elements A and B. The photoelectric conversion element A is included in the embodiment of the present invention, and is a glass substrate with ITO (indium-doped tin oxide transparent conductive film) (substrate 14 with first electrode 10) on which a functional layer 13, a photoelectric conversion layer 12, and a second electrode 11 are formed in this order. The functional layer 13 in the photoelectric conversion element A was created by dropping a coating solution in which 2 wt% titanium isopropoxide was dissolved in isopropyl alcohol onto the glass substrate with ITO and forming a film by a spin coating method. Then, after the film formation, it was dried in the atmosphere at 120 ° C. for 10 minutes.

光電変換素子Aにおける光電変換層12は、光電変換層形成材料をクロロベンゼンに溶解させた塗布液を機能層の上に滴下してスピンコート法により成膜して作成した。そして、成膜後、120℃の大気中で10分乾燥させた。なお、光電変換層形成材料として、ポリチオフェン誘導体(p型半導体高分子化合物)、フラーレン誘導体(PCBM)、チタンアルコキシドTiOxを混合したものが挙げられる。ポリチオフェン誘導体として、Poly(3-hexylthiophene)-regio-regular(Sigma-Aldrich社で購入)を用いた。また、チタンアルコキシドとして、チタンイソプロポキシドを用いた。 The photoelectric conversion layer 12 in the photoelectric conversion element A was prepared by dropping a coating solution in which the photoelectric conversion layer forming material was dissolved in chlorobenzene onto the functional layer and forming a film by spin coating. After the film was formed, it was dried for 10 minutes in the air at 120°C. The photoelectric conversion layer forming material may be a mixture of a polythiophene derivative (p-type semiconductor polymer compound), a fullerene derivative (PCBM), and a titanium alkoxide TiOx. As the polythiophene derivative, Poly(3-hexylthiophene)-regio-regular (purchased from Sigma-Aldrich) was used. As the titanium alkoxide, titanium isopropoxide was used.

光電変換素子Aにおける第二電極11は、PEDOT-PSS(Heraeus社で購入)に銀ナノワイヤ(Sigma-Aldrich社で購入)を、質量比1:1で混合して分散させた混合溶液を第二電極材料に用い、その第二電極材料を光電変換層12滴下してスピンコート法により成膜して作成した。そして、成膜後、120℃の大気中で10分乾燥させた。 The second electrode 11 in the photoelectric conversion element A was made by using a mixed solution in which PEDOT-PSS (purchased from Heraeus) and silver nanowires (purchased from Sigma-Aldrich) were mixed and dispersed in a mass ratio of 1:1 as the second electrode material, and the second electrode material was dropped onto the photoelectric conversion layer 12 and formed into a film by spin coating. After the film was formed, it was dried in air at 120°C for 10 minutes.

光電変換素子Bは、比較例として作成したものであり、光電変換素子Aと同様に、ITO(インジウムドープ酸化錫透明導電膜)付ガラス基板(第一電極10付きの基板14)の上に機能層13、光電変換層12、第二電極11が順に成膜されたものである。なお、機能層13、光電変換層12は、同じ材料、製造方法で作成した。一方、第二電極11は、PEDOT-PSS(Heraeus社で購入)のみを第二電極材料に用い、その第二電極材料を光電変換層12滴下してスピンコート法により成膜して作成した。 Photoelectric conversion element B was prepared as a comparative example, and like photoelectric conversion element A, a functional layer 13, a photoelectric conversion layer 12, and a second electrode 11 were formed in this order on a glass substrate (substrate 14 with a first electrode 10) with ITO (indium-doped tin oxide transparent conductive film). The functional layer 13 and the photoelectric conversion layer 12 were prepared using the same material and manufacturing method. On the other hand, the second electrode 11 was prepared by dropping the second electrode material onto the photoelectric conversion layer 12 and forming a film by a spin coating method using only PEDOT-PSS (purchased from Heraeus) as the second electrode material.

<光電変換素子A,Bの吸光度について>
分光光度計(株式会社島津製作所製UV-1800)により波長が500nmの光における光電変換素子A,Bの吸光度を測定した。この際、光電変換素子Aの吸光度をC(Abs)とし、光電変換素子Bの吸光度をD(Abs)とした場合、C/Dは59(%)となった。つまり、本実施形態に準じて作成された光電変換素子Aの方が、吸光度が低く、光電変換素子Bと比較して41(%)もの光を透過させたことがわかる。
<Absorbance of Photoelectric Conversion Elements A and B>
The absorbance of photoelectric conversion elements A and B was measured for light with a wavelength of 500 nm using a spectrophotometer (UV-1800 manufactured by Shimadzu Corporation). In this case, if the absorbance of photoelectric conversion element A is C (Abs) and the absorbance of photoelectric conversion element B is D (Abs), C/D was 59(%). In other words, it can be seen that photoelectric conversion element A produced according to this embodiment had lower absorbance and transmitted 41(%) more light than photoelectric conversion element B.

<光電変換素子A,Bの発電特性について>
また、図6(C)に示すように、光電変換素子A及び光電変換素子Bを、それぞれの第二電極側重畳領域22が重畳するように積み重ねて、基板14側から(図6の紙面奥側から手前側に向かって)光を照射した際、直列接続をした場合における電流値と、並列接続をした場合における電圧値を測定した。直列接続をした場合における光電変換素子Aの電流値をE(A)とし、光電変換素子Bの電流値をF(A)とした場合、E/Fは、136(%)となった。光電変換素子Bに比べて、本実施形態に準じて作成された光電変換素子Aの方が多くの光を透過させるため、多く発電していることがこの結果から明らかになった。
<Power generation characteristics of photoelectric conversion elements A and B>
In addition, as shown in Fig. 6 (C), the photoelectric conversion element A and the photoelectric conversion element B were stacked so that the second electrode side overlapping region 22 of each was overlapped, and when light was irradiated from the substrate 14 side (from the back side to the front side of the paper surface of Fig. 6), the current value in the case of series connection and the voltage value in the case of parallel connection were measured. When the current value of the photoelectric conversion element A in the case of series connection is E (A) and the current value of the photoelectric conversion element B is F (A), E/F was 136 (%). This result revealed that the photoelectric conversion element A produced according to this embodiment transmits more light than the photoelectric conversion element B, and therefore generates more electricity.

また、並列接続をした場合における光電変換素子Aの電圧値をG(A)とし、光電変換素子Bの電圧値をH(A)とした場合、G/Hは、104(%)となった。光電変換素子Bに比べて、本実施形態に準じて作成された光電変換素子Aの方が多くの光を透過させるため、光電変換素子Aの方が多く発電していることがこの結果から明らかになった。なお、図6(C)に示すように、層積層方向Aから平面視した際、光電変換素子A及び光電変換素子Bそれぞれの光電変換層12が重畳するように積み重ねることは、単位面積当たりの発電量を向上させる観点から好ましい。このように光電変換素子A及び光電変換素子Bを配置させた場合、従来、第二電極11と光電変換層12が重畳する重畳領域では、第二電極11により多くの光が吸収、又は、反射されていたため、重畳領域では、発電効率が低くなっていた。しかし、光電変換素子A,Bにおいて第二電極11は、高い光透過率を有するため、重畳領域においても、高い発電効率を維持することができる。 In addition, when the voltage value of the photoelectric conversion element A in the case of parallel connection is G (A) and the voltage value of the photoelectric conversion element B is H (A), G/H is 104 (%). This result reveals that the photoelectric conversion element A produced according to this embodiment transmits more light than the photoelectric conversion element B, and therefore generates more electricity. As shown in FIG. 6 (C), when viewed in plan from the layer stacking direction A, it is preferable from the viewpoint of improving the amount of electricity generated per unit area to stack the photoelectric conversion layers 12 of the photoelectric conversion elements A and B so that they overlap. When the photoelectric conversion elements A and B are arranged in this way, in the overlapping region where the second electrode 11 and the photoelectric conversion layer 12 overlap, a lot of light was absorbed or reflected by the second electrode 11, so that the power generation efficiency was low in the overlapping region. However, since the second electrode 11 in the photoelectric conversion elements A and B has a high light transmittance, high power generation efficiency can be maintained even in the overlapping region.

<第二電極材料A~Dの透過率について>
本願発明者は、PEDOT-PSSと銀ナノワイヤの混合比(質量比)を変えた第二電極材料A~Dを作成した。第二電極材料Aは、PEDOT-PSSと銀ナノワイヤの混合比を質量比1:1にしたものである。第二電極材料Bは、PEDOT-PSSと銀ナノワイヤの混合比を質量比1.5:1にしたものである。第二電極材料Cは、PEDOT-PSSと銀ナノワイヤの混合比を質量比2:1にしたものである。第二電極材料Dは、PEDOT-PSSのみであり、銀ナノワイヤは含まれていない。なお、第二電極材料Aは、光電変換素子Aの第二電極材料に対応し、第二電極材料Dは、光電変換素子Bの第二電極材料に対応する。
<Transmittance of Second Electrode Materials A to D>
The inventors of the present application have created second electrode materials A to D with different mixing ratios (mass ratios) of PEDOT-PSS and silver nanowires. Second electrode material A has a mixing ratio of PEDOT-PSS and silver nanowires of 1:1 by mass. Second electrode material B has a mixing ratio of PEDOT-PSS and silver nanowires of 1.5:1 by mass. Second electrode material C has a mixing ratio of PEDOT-PSS and silver nanowires of 2:1 by mass. Second electrode material D contains only PEDOT-PSS and does not contain silver nanowires. Note that second electrode material A corresponds to the second electrode material of photoelectric conversion element A, and second electrode material D corresponds to the second electrode material of photoelectric conversion element B.

本願発明者は、分光光度計(株式会社島津製作所製UV-1800)を用いて、第二電極材料A~Dの透過率(%)を測定した。その結果を図7のグラフに示す。なお、図7のグラフでは、横軸に分光光度計からの照射光の波長を取り、縦軸に透過率(%)を取った。図7のグラフによると、第二電極材料A、第二電極材料B、第二電極材料C、第二電極材料Dの順に、概ね透過率が高くなっている。そして、第二電極材料Dに比べて光電変換素子A~Cは、透過率が大幅に上がっている。従って、PEDOT-PSSに銀ナノワイヤを混合した方が、透過率が明らかに良くなることがわかる。 The inventors of the present application used a spectrophotometer (UV-1800 manufactured by Shimadzu Corporation) to measure the transmittance (%) of second electrode materials A to D. The results are shown in the graph in Figure 7. In the graph in Figure 7, the horizontal axis represents the wavelength of the light irradiated from the spectrophotometer, and the vertical axis represents the transmittance (%). According to the graph in Figure 7, the transmittance generally increases in the order of second electrode material A, second electrode material B, second electrode material C, and second electrode material D. Furthermore, the transmittance of photoelectric conversion elements A to C is significantly higher than that of second electrode material D. Therefore, it can be seen that the transmittance is clearly improved when silver nanowires are mixed into PEDOT-PSS.

また、図7のグラフから明らかなように、銀ナノワイヤに対してPEDOT-PSSの質量比を小さく方が、透過率が明らかに良くなっている。そして、第二電極材料Bと第二電極材料Cを比較すると、照射光の波長が400(nm)くらいまでは両者の透過率は略同じであるが、照射光の波長が400(nm)を超えると、第二電極材料Cに比べて第二電極材料Bの方が、わずかに透過率が大きくなっている。また、第二電極材料Aと第二電極材料Bを比較すると、照射光の波長が300(nm)~1000(nm)の範囲において、第二電極材料Bに比べて第二電極材料Aの方が、透過率が大幅に大きくなっている。 As is clear from the graph in FIG. 7, the transmittance is clearly better when the mass ratio of PEDOT-PSS to silver nanowires is smaller. When comparing second electrode material B with second electrode material C, the transmittance of both is approximately the same up to an irradiation light wavelength of about 400 (nm), but when the irradiation light wavelength exceeds 400 (nm), second electrode material B has a slightly higher transmittance than second electrode material C. When comparing second electrode material A with second electrode material B, the transmittance of second electrode material A is significantly higher than that of second electrode material B in the irradiation light wavelength range of 300 (nm) to 1000 (nm).

尚、本発明の光電変換素子及び発電装置は、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変更を加え得ることは勿論である。 The photoelectric conversion element and power generation device of the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

1 発電装置
2 光電変換素子
3 出力装置
10 第一電極
11 第二電極
12 光電変換層
13 機能層
14,16 基板
15 封止部
17 保持部
18 第一接続部
19 第二接続部
20 出力回路
21 第一電極側重畳領域
22 第二電極側重畳領域
23 第一電極側非重畳領域
24 第二電極側非重畳領域
170 筐体
171 支持部
172 支持体
REFERENCE SIGNS LIST 1 Power generation device 2 Photoelectric conversion element 3 Output device 10 First electrode 11 Second electrode 12 Photoelectric conversion layer 13 Functional layer 14, 16 Substrate 15 Sealing section 17 Holding section 18 First connection section 19 Second connection section 20 Output circuit 21 First electrode side overlapping region 22 Second electrode side overlapping region 23 First electrode side non-overlapping region 24 Second electrode side non-overlapping region 170 Housing 171 Support section 172 Support body

Claims (3)

光透過性を有する第一電極材料で構成される第一電極と、
導電性を有するナノ構造体を含有し、光透過性を有する第二電極材料で構成される第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極の間に位置する光電変換層と、
を有し、
前記第一電極、前記光電変換層、前記第二電極が積層される方向を積層方向と定義した際、
前記第一電極と前記第二電極は、前記積層方向に直交する直交方向にずれて配置され、
前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第一電極と前記第二電極が重畳する第一領域と、
前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第一電極は重畳するが、前記光電変換層と前記第二電極は重畳しない第二領域と、
前記積層方向から見て前記光電変換層と前記第二電極は重畳するが、前記光電変換層と前記第一電極は重畳しない第三領域と、
を有する複数の光電変換素子と、
複数の前記光電変換素子の配列方向において隣接する一方の前記光電変換素子の前記光電変換層と、隣接する他方の前記光電変換素子の前記第二領域及び前記第三領域の少なくとも一方が、前記配列方向において重畳するように複数の前記光電変換素子を保持する保持部と、
前記保持部により複数の前記光電変換素子それぞれが保持される位置を保持位置と定義した際、前記保持位置それぞれに配置され、前記保持位置に位置する前記光電変換素子の前記第一電極に接触して、外部回路と前記光電変換素子を電気的に接続する複数の第一接続部と、
前記保持位置それぞれに配置され、前記保持位置に位置する前記光電変換素子の前記第二電極に接触して、前記外部回路と前記光電変換素子を電気的に接続する複数の第二接続部と、
を備えることを特徴とする、
発電装置。
A first electrode made of a first electrode material having optical transparency;
A second electrode including a conductive nanostructure and made of a second electrode material having optical transparency;
a photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode;
having
When the direction in which the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode are stacked is defined as the stacking direction,
The first electrode and the second electrode are arranged to be shifted in an orthogonal direction perpendicular to the stacking direction,
a first region in which the photoelectric conversion layer, the first electrode, and the second electrode overlap when viewed from the stacking direction;
a second region in which the photoelectric conversion layer and the first electrode overlap each other when viewed from the stacking direction, but the photoelectric conversion layer and the second electrode do not overlap each other;
a third region in which the photoelectric conversion layer and the second electrode overlap each other when viewed from the stacking direction, but the photoelectric conversion layer and the first electrode do not overlap each other;
A plurality of photoelectric conversion elements having the same structure;
a holding section that holds the plurality of photoelectric conversion elements such that the photoelectric conversion layer of one of the photoelectric conversion elements adjacent to the plurality of photoelectric conversion elements in an arrangement direction of the photoelectric conversion elements and at least one of the second region and the third region of the other adjacent photoelectric conversion element overlap in the arrangement direction;
a plurality of first connection parts that are arranged at the respective holding positions, when the positions at which the plurality of photoelectric conversion elements are held by the holding parts are defined as holding positions, and that contact the first electrodes of the photoelectric conversion elements positioned at the holding positions to electrically connect an external circuit to the photoelectric conversion elements;
a plurality of second connection parts that are arranged at the respective holding positions and contact the second electrodes of the photoelectric conversion elements positioned at the respective holding positions to electrically connect the external circuit and the photoelectric conversion elements;
The present invention is characterized in that it comprises
Power generation equipment.
複数の前記光電変換素子は、光の照射方向に対して、前記第二電極が前記第一電極よりも奥側に位置するように配置されることを特徴とする、
請求項に記載の発電装置。
The plurality of photoelectric conversion elements are arranged such that the second electrode is located deeper than the first electrode with respect to a light irradiation direction.
The power generating device according to claim 1 .
複数の前記光電変換素子のそれぞれは、それぞれの前記積層方向が平行となるように配置されることを特徴とする、
請求項に記載の発電装置。
The photoelectric conversion elements are arranged such that the stacking directions of the photoelectric conversion elements are parallel to each other.
The power generating device according to claim 1 .
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