太陽光発電装置およびその製造方法
【課題】光電変換層としてカーボンナノチューブを使用しても光電流値を高めて変換効率を向上させることができる、太陽光発電装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ガラスなどからなる基板部材１２ａとこの基板部材１２ａ上に形成されたＰｔなどからなる電極膜１２ｂとから構成された電極基板１２と、ガラスなどからなる透明基板部材１４ａとこの基板部材１４ａ上に形成されたＩＴＯなどからなる透明電極膜１４ｂとから構成された電極基板１４との間に、単層カーボンナノチューブ薄膜１８とこの単層カーボンナノチューブ薄膜１８より厚い単層カーボンナノチューブ膜２０とから構成された光電変換層１６が挟持されている。
【解決手段】ガラスなどからなる基板部材１２ａとこの基板部材１２ａ上に形成されたＰｔなどからなる電極膜１２ｂとから構成された電極基板１２と、ガラスなどからなる透明基板部材１４ａとこの基板部材１４ａ上に形成されたＩＴＯなどからなる透明電極膜１４ｂとから構成された電極基板１４との間に、単層カーボンナノチューブ薄膜１８とこの単層カーボンナノチューブ薄膜１８より厚い単層カーボンナノチューブ膜２０とから構成された光電変換層１６が挟持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置およびその製造方法に関し、特に、カーボンナノチューブを用いた有機薄膜太陽電池などの太陽光発電装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光発電装置の一つとして有機薄膜太陽電池が知られている。この有機薄膜太陽電池は、有機化合物の薄膜を用いて発電する太陽電池であり、その原理はｐｎ接合型のシリコン太陽電池と基本的に同じであるが、大きな設備を必要とせずに容易に且つ安価に製造可能であり、軽量で柔軟性があり、大面積化が可能であるため、シリコン太陽電池に代わる太陽電池として期待されている。
【０００３】
このような有機薄膜太陽電池として、異なる種類の金属からなる電極間にｐ型有機半導体薄膜を挟んだショットキー接合型の有機薄膜太陽電池、少なくとも一方が透明電極からなる一対の電極間に有機高分子または有機低分子からなるｐ型有機半導体薄膜と有機低分子からなるｎ型有機半導体薄膜とを重ねて挟んでｐｎ接合面で発電するｐｎヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池、少なくとも一方が透明電極からなる一対の電極間にｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の混合物を挟んでｐｎ接合面で発電するバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池などが提案されている。
【０００４】
これらの有機薄膜太陽電池のうち、ショットキー接合型の有機薄膜太陽電池では、光電流を取り出すことができるものの、その電流値が非常に低くて変換効率が非常に低いため、実用化が考えられなかったが、ｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池では、光電流値を高くして変換効率を向上させることができ、実用化が可能になってきた。このような変換効率を向上させたｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池として、励起子拡散長が長いかご状クラスターのフラーレンＣ６０（６０個の炭素原子のみから構成された略球状の分子）のようなフラーレン誘導体をｎ型有機半導体に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
従来のフラーレンＣ６０をｎ型半導体（アクセプタ）に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池は、有機層とフラーレンＣ６０層とのヘテロ接続が形成される太陽電池であり、可視光により有機層において電子−正孔が生じ、電子がフラーレンＣ６０に移動して、正孔が有機層にサイト分離されることによって、ショットキーが形成されて光起電力が生じる。しかし、有機層とフラーレンＣ６０層とのヘテロ接続ではなく、フラーレンＣ６０をｐ型半導体（ドナー）とｎ型半導体（アクセプタ）の両方に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池については報告されていない。
【０００６】
一方、カーボンナノチューブは、黒鉛結晶の薄層を円筒状に巻いた構造、すなわち、炭素分子の六員環が亀甲模様のように配列した平面状または曲面状のグラフェンシートを円筒状に巻いた構造を有し、その直径は数ｎｍ〜数十ｎｍ、長さは直径の数十倍〜数千倍以上である。このようなカーボンナノチューブは、円筒状に巻いたグラフェンシートが実質的に１層である単層カーボンナノチューブと、２層以上である多層カーボンナノチューブに分類される。
【０００７】
単層カーボンナノチューブは、グラファイトと異なり、カイラリティーの違いによって金属的にも半導体的にも電気的性質を変えることができる。これは、カイラリティーによって、バンドギャップが変調され、光吸収も異なることを意味している。特に、単層カーボンナノチューブは、他のカーボン材料と異なり、金属的性質を有する場合には可視光を吸収し、半導体的性質を有する場合には近赤外光を吸収する。
【０００８】
近年、有機半導体として単層カーボンナノチューブを使用した有機薄膜太陽電池の研究が行われ始めている。例えば、仕事関数の異なるパラジウム（Ｐｄ）とアルミニウム（Ａｌ）の間に化学蒸着法（ＣＶＤ）によって数本の単層カーボンナノチューブを架橋させた有機薄膜太陽電池が作製されている。この有機薄膜太陽電池では、単層カーボンナノチューブで可視光を吸収し、電子と正孔をそれぞれの電極にサイト分離させている。また、ｐ型の特性を有する単層カーボンナノチューブとｎ型シリコンを用いた太陽電池も作製されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３４７６４号公報（段落番号０００６）
【特許文献２】特開２００７−２５８２３５号公報（段落番号００１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、単層カーボンナノチューブをｐ型半導体（ドナー）とｎ型半導体（アクセプタ）の両方に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池については報告されていない。また、有機半導体として単層カーボンナノチューブを使用した有機薄膜太陽電池について報告された研究では、まだ光電流値が低く変換効率が低いため、光電流値を高めて変換効率を向上させることが望まれている。
【００１１】
本発明者らは、単層カーボンナノチューブが光吸収活性層として機能するか否かを調べるために、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製した後に真空中で加熱して得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を含む単層カーボンナノチューブ薄膜の光電流の測定を行った。その結果、この高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜を有機薄膜太陽電池の有機半導体薄膜として使用することにより、有機薄膜太陽電池の光電流値を向上させることができることがわかった。また、この高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜を有機薄膜太陽電池のｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の両方に使用することができることがわかった。
【００１２】
また、本発明者らは、厚さ数十ｎｍの高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜の光電流特性を調べるために、くし形Ｐｔ電極に高結晶性の単層カーボンナノチューブのエタノール分散液をスプレーして塗布した。しかし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって塗布状態を確認したところ、高結晶性の単層カーボンナノチューブは、結晶性が良いため、エタノールに均一に分散せず、薄く付着している薄膜部分と凝集体のバルク部分としてＰｔ電極に塗布されることがわかった。このようにして作製したセルにキセノンランプにより光照射したところ、光照射時に電気抵抗が上がること、光照射強度を増加すると電気抵抗も増加すること、波長１０００〜２０００ｎｍの近赤外光などの光のオン−オフに対する光応答性があること、光照射により０．１６ｍＶの起電力が発生することがわかった。これらの結果から、Ｐｔ電極間に存在する単層カーボンナノチューブのみで起電力が生ずることがわかった。
【００１３】
したがって、本発明は、光電変換層としてカーボンナノチューブを使用しても光電流値を高めて変換効率を向上させることができる、太陽光発電装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、一対の電極間に光電変換層が挟持された太陽光発電装置において、異なる厚さのカーボンナノチューブ膜を積層して光電変換層を形成することにより、光電変換層としてカーボンナノチューブを使用しても光電流値を高めて変換効率を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明による太陽光発電装置は、一対の電極間に光電変換層が挟持された太陽光発電装置において、光電変換層が、カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この太陽光発電装置において、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して光電変換層を形成してもよい。また、カーボンナノチューブ膜の厚さが、カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であるのが好ましい。また、カーボンナノチューブ薄膜およびカーボンナノチューブ膜が、高結晶性のカーボンナノチューブからなるのが好ましい。さらに、一対の電極の少なくとも一方が光透過性であるのが好ましい。
【００１７】
また、本発明による太陽光発電装置の製造方法は、カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成された光電変換層を一対の電極間に挟持することを特徴とする。
【００１８】
この太陽光発電装置の製造方法において、光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜を形成するとともに、一対の電極の他方の電極にカーボンナノチューブ薄膜より厚く塗布してカーボンナノチューブ膜を形成した後、カーボンナノチューブ薄膜とカーボンナノチューブ膜とを当接させることによって形成されるのが好ましい。また、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して光電変換層を形成してもよい。この場合、光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜をこの順で交互に積層して形成するとともに、一対の電極の他方の電極にカーボンナノチューブ膜とカーボンナノチューブ薄膜をこの順で交互に積層して形成し、一方の電極の最表面に形成されたカーボンナノチューブ膜およびカーボンナノチューブ薄膜の一方と、他方の電極上の最表面に形成されたカーボンナノチューブ膜およびカーボンナノチューブ薄膜の他方とを当接させることによって形成されるのが好ましい。また、高結晶性の単層カーボンナノチューブが、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製した後に真空中で加熱して得られるのが好ましい。また、生成した単層カーボンナノチューブを含む煤の精製は、生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を大気中で加熱して燃焼酸化した後に酸で処理することによって行われるのが好ましい。さらに、真空中で加熱する温度が１０００℃以上であるのが好ましい。また、カーボンナノチューブ膜の厚さが、カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であるのが好ましい。また、一対の電極の少なくとも一方が光透過性であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光電変換層としてカーボンナノチューブを使用しても光電流値を高めて変換効率を向上させることができる、太陽光発電装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による太陽光発電装置の第１の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明による太陽光発電装置の第２の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明による太陽光発電装置およびその製造方法の実施の形態を説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明による太陽光発電装置の第１の実施の形態を模式的に示している。図１に示すように、本実施の形態の太陽光発電装置１０は、一対の電極基板１２および１４と、これらの電極基板１２および１４の間に挟持された光電変換層１６とから構成されている。
【００２３】
下側の電極基板１２は、ガラスまたはプラスチックなどからなる基板部材１２ａと、この基板部材１２ａ上に形成されたＰｔなどからなる電極膜１２ｂとから構成されている。一方、上側の電極基板１４は、ガラスまたはプラスチックなどからなる透明基板部材１４ａと、この基板部材１４ａ上に形成された酸化インジウム錫（以下、「ＩＴＯ」という）などからなる透明電極膜１４ｂとから構成されている。また、光電変換層１６は、電極基板１４の透明電極膜１４ｂ上に形成された単層カーボンナノチューブ薄膜１８と、電極基板１２の電極膜１２ｂ上に形成された（単層カーボンナノチューブ薄膜１８より厚い）単層カーボンナノチューブ膜２０とから構成されている。
【００２４】
上述した構造の太陽光発電装置１０は、以下の方法により製造することができる。
【００２５】
まず、基板部材１２ａ上にＰｔなどを塗布して電極膜１２ｂを形成して電極基板１２を作製するとともに、透明基板部材１４ａ上にＩＴＯなどを塗布して透明電極膜１４ｂを形成して電極基板１４を作製する。また、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製（好ましくは、大気中において加熱して燃焼酸化した後に酸で処理して精製）した後に真空中において１０００℃以上で加熱して得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を、エタノールなどの溶媒に分散させて単層カーボンナノチューブ分散液を作製する。次に、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１４の透明電極膜１４ｂ上にスプレー塗布して単層カーボンナノチューブ薄膜１８を形成するとともに、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１２の電極膜１２ｂ上に（単層カーボンナノチューブ薄膜１８を形成する際の圧力と異なる圧力で）スプレー塗布して単層カーボンナノチューブ薄膜１８より厚くなるように単層カーボンナノチューブ膜２０を形成する。次に、単層カーボンナノチューブ薄膜１８と単層カーボンナノチューブ膜２０を当接させて配置することにより、電極基板１２および１４の間に光電変換層１６を挟持して、太陽光発電装置１０が得られる。
【００２６】
なお、本実施の形態の太陽光発電装置では、単層カーボンナノチューブ薄膜１８がｎ型の特性を有し、単層カーボンナノチューブ膜２０がｐ型の特性を有する。また、単層カーボンナノチューブ薄膜１８と単層カーボンナノチューブ２０との当接面は、成膜時の単層カーボンナノチューブの積層密度や配向性などの相違から、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などによって確認することができる。
【００２７】
また、単層カーボンナノチューブ薄膜１８と単層カーボンナノチューブ膜２０の形成方法としては、電気的な導通と所望の膜厚が得られれば、スプレー塗布の他、スピンコート、ロールコート、浸漬塗布などの様々な塗布方法を使用することができる。
【００２８】
アーク放電法により生成した単層カーボンナノチューブは、ＣＶＤ法などの他の方法で合成する場合と比べて、構造欠陥が少なく結晶性が高い単層カーボンナノチューブである。また、アーク放電法により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤は、アモルファスカーボンなどの不純物も多量に含んでいる。これらの不純物は、生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を大気中において加熱して燃焼酸化した後に酸で処理することによって除去することができる。また、精製した単層カーボンナノチューブを含む煤を真空中において１０００℃以上で加熱することにより、さらに高い結晶性の単層カーボンナノチューブを得ることができる。このようにして得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜および単層カーボンナノチューブ膜を太陽光発電装置の光電変換層として使用することにより、例えば、それぞれ有機薄膜太陽電池のｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体として使用することにより、太陽光発電装置の光電流値を高くすることができる。
【００２９】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明による太陽光発電装置の第２の実施の形態を模式的に示している。図２に示すように、本実施の形態の太陽光発電装置１１０は、一対の電極基板１１２および１１４と、これらの電極基板１１２および１１４の間に挟持された複数の光電変換層１１６とから構成されている。本実施の形態の太陽光発電装置１１０は、光電変換層１６の代わりに複数の光電変換層１１６を設けた以外は、第１の実施の形態の太陽光発電装置１０と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に１００を加えて、その説明を省略する。
【００３０】
また、本実施の形態の太陽光発電装置１１０は、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１１４の透明電極膜１１４ｂ上にスプレー塗布して単層カーボンナノチューブ薄膜１１８と単層カーボンナノチューブ膜１２０をこの順で交互に積層して形成するとともに、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１１２の電極膜１１２ｂ上に（単層カーボンナノチューブ薄膜１１８を形成する際の圧力と異なる圧力で）スプレー塗布して単層カーボンナノチューブ膜１２０と単層カーボンナノチューブ薄膜１１８をこの順で交互に積層して形成した後、電極基板１１４の透明電極膜１１４ｂの最表面に形成された単層カーボンナノチューブ膜１２０および単層カーボンナノチューブ薄膜１１８の一方と、電極基板１１２の電極膜１１２ｂ上の最表面に形成された単層カーボンナノチューブ膜１２０および単層カーボンナノチューブ薄膜１１８の他方とを当接させる以外は、第１の実施の形態の太陽光発電装置１０の製造方法と略同一の方法によって製造することができるので、その説明を省略する。
【００３１】
なお、本実施の形態の太陽光発電装置では、単層カーボンナノチューブ薄膜１１８がｎ型の特性を有し、単層カーボンナノチューブ膜１２０がｐ型の特性を有する。また、単層カーボンナノチューブ薄膜１１８と単層カーボンナノチューブ１２０との当接面は、成膜時の単層カーボンナノチューブの積層密度や配向性などの相違から、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などによって確認することができる。
【００３２】
また、単層カーボンナノチューブ薄膜１１８と単層カーボンナノチューブ膜１２０の形成方法としては、電気的な導通と所望の膜厚が得られれば、スプレー塗布の他、スピンコート、ロールコート、浸漬塗布などの様々な塗布方法を使用することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明による太陽光発電装置およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００３４】
まず、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣおよびＳ（質量比１：１：３：０．１）の混合粉末からなる金属触媒を調製し、直径６ｍｍのグラファイト棒（純度９９．９％、高純度化学（株））に形成された直径３．２ｍｍの穴に充填して陽極棒とした。この陽極棒とグラファイト棒からなる陰極棒をアーク放電装置のチャンバ内の電極アダプタに取り付け、ロータリーポンプを用いてチャンバ内を１０−２Ｔｏｒｒ以下の真空状態にした。その後、陰極棒と陽極棒を接触させた状態において８０Ａで７分間直流電流を流した。この抵抗加熱により金属触媒とグラファイト粉末が溶解して混合され、陽極の組成が均一になる。２５分間待機してチャンバが十分冷えた後、Ｈｅガスを１００Ｔｏｒｒになるように満たし、陰極と陽極の間を２〜３ｍｍ程度に保持して、６７Ａでアーク放電を行った。放電終了後、２０分間以上チャンバを冷却し、チャンバ内部の壁面および天板に堆積した煤を回収した。
【００３５】
このようにして合成した単層カーボンナノチューブから試料（約１ｇ）を取り、大気中において７２３Ｋで３０分間燃焼酸化した後、大気中において７７３Ｋで３０分間燃焼酸化した。この燃焼酸化後の試料を６ＭのＨＣｌ水溶液１００ｍｌに浸して３３３Ｋのオーブン中で１２時間以上静置した。その後、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）メンブランフィルタ（直径４７ｍｍ、孔径０．１μｍ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製）を用いて、濾液が中性になるまで精製水で洗浄しながら吸引濾過を行った。この吸引濾過後の濾過物を３３３Ｋのオーブン中で１２時間以上静置して乾燥した。さらに、大気中において７７３Ｋで３０分間燃焼酸化し、６ＭのＨＣｌ水溶液１００ｍｌに浸して３３３Ｋのオーブン中で１２時間以上静置した後、上記と同様の方法により、洗浄しながら吸引濾過を行った後に乾燥して、単層カーボンナノチューブの試料を回収した。
【００３６】
このようにして燃焼酸化および酸処理によって精製した単層カーボンナノチューブ（約１５０ｍｇ）をグラファイト製の坩堝へ投入した後、高真空炉のチャンバ内に設置し、ロータリーポンプとターボポンプを用いてチャンバ内の圧力が１０−５Ｐａ以下になるまで減圧した。その後、赤外線温度センサーを用いて坩堝の温度を測定しながら、坩堝の温度を室温から３７３Ｋずつ昇温させた。なお、この昇温は、保持温度において１時間以上経過するか、内部圧力が１０−５Ｐａ以下になったときに行った。坩堝の温度が１２７３Ｋになった後は５０Ｋずつ昇温させ、１４７３Ｋに達した時点で３時間保持してアニール処理を施した。その後、室温まで十分に冷却し、アニール処理された単層カーボンナノチューブを回収した。このように高温且つ高真空雰囲気下でアニール処理することにより、精製処理後の単層カーボンナノチューブの壁面に存在する精製処理由来の欠陥構造が殆どなく、高結晶性の単層カーボンナノチューブを得ることができる。
【００３７】
次に、得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブ１０ｍｇを瑪瑙乳鉢で微細化し、エタノールに分散させて、単層カーボンナノチューブ分散液を作製した。
【００３８】
次に、ガラス基板上にＰｔを塗布して電極膜を形成してＰｔ電極基板を作製するとともに、ガラス基板上にＩＴＯを塗布して透明電極膜を形成してＩＴＯ電極基板を作製した。
【００３９】
次に、単層カーボンナノチューブ分散液をＩＴＯ電極基板の透明電極膜上にスプレー塗布して厚さ１５０ｎｍの単層カーボンナノチューブ薄膜を形成するとともに、単層カーボンナノチューブ分散液をＰｔ電極基板の電極膜上にスプレー塗布して厚さ１０μｍの単層カーボンナノチューブ膜を形成した。
【００４０】
次に、単層カーボンナノチューブ薄膜と単層カーボンナノチューブ膜を当接させて配置し、、電極基板間に単層カーボンナノチューブ薄膜と単層カーボンナノチューブ膜からなる光電変換層を挟持して太陽光発電装置を作製した。
【００４１】
このようにして作製した太陽光発電装置のＩＴＯ電極基板側から光照射エネルギー１００Ｗ／ｃｍ２の光を照射したところ、電極間に電流０．１ｍＡ、電圧０．２ｍＶの起電力が発生し、変換効率が１％であった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明による太陽光発電装置は、ｐｎヘテロ接合型またはバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池などの太陽光発電装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１１０ 太陽光発電装置
１２、１１２ 電極基板
１２ａ、１１２ａ 基板部材
１２ｂ、１１２ｂ 電極膜
１４、１１４ 電極基板
１４ａ、１１４ａ 基板部材
１４ｂ、１１４ｂ 透明電極膜
１６、１１６ 光電変換層
１８、１１８ 単層カーボンナノチューブ薄膜
２０、１２０ 単層カーボンナノチューブ膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置およびその製造方法に関し、特に、カーボンナノチューブを用いた有機薄膜太陽電池などの太陽光発電装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光発電装置の一つとして有機薄膜太陽電池が知られている。この有機薄膜太陽電池は、有機化合物の薄膜を用いて発電する太陽電池であり、その原理はｐｎ接合型のシリコン太陽電池と基本的に同じであるが、大きな設備を必要とせずに容易に且つ安価に製造可能であり、軽量で柔軟性があり、大面積化が可能であるため、シリコン太陽電池に代わる太陽電池として期待されている。
【０００３】
このような有機薄膜太陽電池として、異なる種類の金属からなる電極間にｐ型有機半導体薄膜を挟んだショットキー接合型の有機薄膜太陽電池、少なくとも一方が透明電極からなる一対の電極間に有機高分子または有機低分子からなるｐ型有機半導体薄膜と有機低分子からなるｎ型有機半導体薄膜とを重ねて挟んでｐｎ接合面で発電するｐｎヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池、少なくとも一方が透明電極からなる一対の電極間にｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の混合物を挟んでｐｎ接合面で発電するバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池などが提案されている。
【０００４】
これらの有機薄膜太陽電池のうち、ショットキー接合型の有機薄膜太陽電池では、光電流を取り出すことができるものの、その電流値が非常に低くて変換効率が非常に低いため、実用化が考えられなかったが、ｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池では、光電流値を高くして変換効率を向上させることができ、実用化が可能になってきた。このような変換効率を向上させたｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池として、励起子拡散長が長いかご状クラスターのフラーレンＣ６０（６０個の炭素原子のみから構成された略球状の分子）のようなフラーレン誘導体をｎ型有機半導体に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
従来のフラーレンＣ６０をｎ型半導体（アクセプタ）に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池は、有機層とフラーレンＣ６０層とのヘテロ接続が形成される太陽電池であり、可視光により有機層において電子−正孔が生じ、電子がフラーレンＣ６０に移動して、正孔が有機層にサイト分離されることによって、ショットキーが形成されて光起電力が生じる。しかし、有機層とフラーレンＣ６０層とのヘテロ接続ではなく、フラーレンＣ６０をｐ型半導体（ドナー）とｎ型半導体（アクセプタ）の両方に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池については報告されていない。
【０００６】
一方、カーボンナノチューブは、黒鉛結晶の薄層を円筒状に巻いた構造、すなわち、炭素分子の六員環が亀甲模様のように配列した平面状または曲面状のグラフェンシートを円筒状に巻いた構造を有し、その直径は数ｎｍ〜数十ｎｍ、長さは直径の数十倍〜数千倍以上である。このようなカーボンナノチューブは、円筒状に巻いたグラフェンシートが実質的に１層である単層カーボンナノチューブと、２層以上である多層カーボンナノチューブに分類される。
【０００７】
単層カーボンナノチューブは、グラファイトと異なり、カイラリティーの違いによって金属的にも半導体的にも電気的性質を変えることができる。これは、カイラリティーによって、バンドギャップが変調され、光吸収も異なることを意味している。特に、単層カーボンナノチューブは、他のカーボン材料と異なり、金属的性質を有する場合には可視光を吸収し、半導体的性質を有する場合には近赤外光を吸収する。
【０００８】
近年、有機半導体として単層カーボンナノチューブを使用した有機薄膜太陽電池の研究が行われ始めている。例えば、仕事関数の異なるパラジウム（Ｐｄ）とアルミニウム（Ａｌ）の間に化学蒸着法（ＣＶＤ）によって数本の単層カーボンナノチューブを架橋させた有機薄膜太陽電池が作製されている。この有機薄膜太陽電池では、単層カーボンナノチューブで可視光を吸収し、電子と正孔をそれぞれの電極にサイト分離させている。また、ｐ型の特性を有する単層カーボンナノチューブとｎ型シリコンを用いた太陽電池も作製されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３４７６４号公報（段落番号０００６）
【特許文献２】特開２００７−２５８２３５号公報（段落番号００１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、単層カーボンナノチューブをｐ型半導体（ドナー）とｎ型半導体（アクセプタ）の両方に使用したｐｎヘテロ接合型やバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池については報告されていない。また、有機半導体として単層カーボンナノチューブを使用した有機薄膜太陽電池について報告された研究では、まだ光電流値が低く変換効率が低いため、光電流値を高めて変換効率を向上させることが望まれている。
【００１１】
本発明者らは、単層カーボンナノチューブが光吸収活性層として機能するか否かを調べるために、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製した後に真空中で加熱して得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を含む単層カーボンナノチューブ薄膜の光電流の測定を行った。その結果、この高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜を有機薄膜太陽電池の有機半導体薄膜として使用することにより、有機薄膜太陽電池の光電流値を向上させることができることがわかった。また、この高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜を有機薄膜太陽電池のｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の両方に使用することができることがわかった。
【００１２】
また、本発明者らは、厚さ数十ｎｍの高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜の光電流特性を調べるために、くし形Ｐｔ電極に高結晶性の単層カーボンナノチューブのエタノール分散液をスプレーして塗布した。しかし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって塗布状態を確認したところ、高結晶性の単層カーボンナノチューブは、結晶性が良いため、エタノールに均一に分散せず、薄く付着している薄膜部分と凝集体のバルク部分としてＰｔ電極に塗布されることがわかった。このようにして作製したセルにキセノンランプにより光照射したところ、光照射時に電気抵抗が上がること、光照射強度を増加すると電気抵抗も増加すること、波長１０００〜２０００ｎｍの近赤外光などの光のオン−オフに対する光応答性があること、光照射により０．１６ｍＶの起電力が発生することがわかった。これらの結果から、Ｐｔ電極間に存在する単層カーボンナノチューブのみで起電力が生ずることがわかった。
【００１３】
したがって、本発明は、光電変換層としてカーボンナノチューブを使用しても光電流値を高めて変換効率を向上させることができる、太陽光発電装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、一対の電極間に光電変換層が挟持された太陽光発電装置において、異なる厚さのカーボンナノチューブ膜を積層して光電変換層を形成することにより、光電変換層としてカーボンナノチューブを使用しても光電流値を高めて変換効率を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明による太陽光発電装置は、一対の電極間に光電変換層が挟持された太陽光発電装置において、光電変換層が、カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この太陽光発電装置において、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して光電変換層を形成してもよい。また、カーボンナノチューブ膜の厚さが、カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であるのが好ましい。また、カーボンナノチューブ薄膜およびカーボンナノチューブ膜が、高結晶性のカーボンナノチューブからなるのが好ましい。さらに、一対の電極の少なくとも一方が光透過性であるのが好ましい。
【００１７】
また、本発明による太陽光発電装置の製造方法は、カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成された光電変換層を一対の電極間に挟持することを特徴とする。
【００１８】
この太陽光発電装置の製造方法において、光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜を形成するとともに、一対の電極の他方の電極にカーボンナノチューブ薄膜より厚く塗布してカーボンナノチューブ膜を形成した後、カーボンナノチューブ薄膜とカーボンナノチューブ膜とを当接させることによって形成されるのが好ましい。また、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して光電変換層を形成してもよい。この場合、光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜をこの順で交互に積層して形成するとともに、一対の電極の他方の電極にカーボンナノチューブ膜とカーボンナノチューブ薄膜をこの順で交互に積層して形成し、一方の電極の最表面に形成されたカーボンナノチューブ膜およびカーボンナノチューブ薄膜の一方と、他方の電極上の最表面に形成されたカーボンナノチューブ膜およびカーボンナノチューブ薄膜の他方とを当接させることによって形成されるのが好ましい。また、高結晶性の単層カーボンナノチューブが、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製した後に真空中で加熱して得られるのが好ましい。また、生成した単層カーボンナノチューブを含む煤の精製は、生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を大気中で加熱して燃焼酸化した後に酸で処理することによって行われるのが好ましい。さらに、真空中で加熱する温度が１０００℃以上であるのが好ましい。また、カーボンナノチューブ膜の厚さが、カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であるのが好ましい。また、一対の電極の少なくとも一方が光透過性であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光電変換層としてカーボンナノチューブを使用しても光電流値を高めて変換効率を向上させることができる、太陽光発電装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による太陽光発電装置の第１の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明による太陽光発電装置の第２の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明による太陽光発電装置およびその製造方法の実施の形態を説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明による太陽光発電装置の第１の実施の形態を模式的に示している。図１に示すように、本実施の形態の太陽光発電装置１０は、一対の電極基板１２および１４と、これらの電極基板１２および１４の間に挟持された光電変換層１６とから構成されている。
【００２３】
下側の電極基板１２は、ガラスまたはプラスチックなどからなる基板部材１２ａと、この基板部材１２ａ上に形成されたＰｔなどからなる電極膜１２ｂとから構成されている。一方、上側の電極基板１４は、ガラスまたはプラスチックなどからなる透明基板部材１４ａと、この基板部材１４ａ上に形成された酸化インジウム錫（以下、「ＩＴＯ」という）などからなる透明電極膜１４ｂとから構成されている。また、光電変換層１６は、電極基板１４の透明電極膜１４ｂ上に形成された単層カーボンナノチューブ薄膜１８と、電極基板１２の電極膜１２ｂ上に形成された（単層カーボンナノチューブ薄膜１８より厚い）単層カーボンナノチューブ膜２０とから構成されている。
【００２４】
上述した構造の太陽光発電装置１０は、以下の方法により製造することができる。
【００２５】
まず、基板部材１２ａ上にＰｔなどを塗布して電極膜１２ｂを形成して電極基板１２を作製するとともに、透明基板部材１４ａ上にＩＴＯなどを塗布して透明電極膜１４ｂを形成して電極基板１４を作製する。また、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製（好ましくは、大気中において加熱して燃焼酸化した後に酸で処理して精製）した後に真空中において１０００℃以上で加熱して得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を、エタノールなどの溶媒に分散させて単層カーボンナノチューブ分散液を作製する。次に、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１４の透明電極膜１４ｂ上にスプレー塗布して単層カーボンナノチューブ薄膜１８を形成するとともに、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１２の電極膜１２ｂ上に（単層カーボンナノチューブ薄膜１８を形成する際の圧力と異なる圧力で）スプレー塗布して単層カーボンナノチューブ薄膜１８より厚くなるように単層カーボンナノチューブ膜２０を形成する。次に、単層カーボンナノチューブ薄膜１８と単層カーボンナノチューブ膜２０を当接させて配置することにより、電極基板１２および１４の間に光電変換層１６を挟持して、太陽光発電装置１０が得られる。
【００２６】
なお、本実施の形態の太陽光発電装置では、単層カーボンナノチューブ薄膜１８がｎ型の特性を有し、単層カーボンナノチューブ膜２０がｐ型の特性を有する。また、単層カーボンナノチューブ薄膜１８と単層カーボンナノチューブ２０との当接面は、成膜時の単層カーボンナノチューブの積層密度や配向性などの相違から、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などによって確認することができる。
【００２７】
また、単層カーボンナノチューブ薄膜１８と単層カーボンナノチューブ膜２０の形成方法としては、電気的な導通と所望の膜厚が得られれば、スプレー塗布の他、スピンコート、ロールコート、浸漬塗布などの様々な塗布方法を使用することができる。
【００２８】
アーク放電法により生成した単層カーボンナノチューブは、ＣＶＤ法などの他の方法で合成する場合と比べて、構造欠陥が少なく結晶性が高い単層カーボンナノチューブである。また、アーク放電法により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤は、アモルファスカーボンなどの不純物も多量に含んでいる。これらの不純物は、生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を大気中において加熱して燃焼酸化した後に酸で処理することによって除去することができる。また、精製した単層カーボンナノチューブを含む煤を真空中において１０００℃以上で加熱することにより、さらに高い結晶性の単層カーボンナノチューブを得ることができる。このようにして得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブ薄膜および単層カーボンナノチューブ膜を太陽光発電装置の光電変換層として使用することにより、例えば、それぞれ有機薄膜太陽電池のｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体として使用することにより、太陽光発電装置の光電流値を高くすることができる。
【００２９】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明による太陽光発電装置の第２の実施の形態を模式的に示している。図２に示すように、本実施の形態の太陽光発電装置１１０は、一対の電極基板１１２および１１４と、これらの電極基板１１２および１１４の間に挟持された複数の光電変換層１１６とから構成されている。本実施の形態の太陽光発電装置１１０は、光電変換層１６の代わりに複数の光電変換層１１６を設けた以外は、第１の実施の形態の太陽光発電装置１０と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に１００を加えて、その説明を省略する。
【００３０】
また、本実施の形態の太陽光発電装置１１０は、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１１４の透明電極膜１１４ｂ上にスプレー塗布して単層カーボンナノチューブ薄膜１１８と単層カーボンナノチューブ膜１２０をこの順で交互に積層して形成するとともに、単層カーボンナノチューブ分散液を電極基板１１２の電極膜１１２ｂ上に（単層カーボンナノチューブ薄膜１１８を形成する際の圧力と異なる圧力で）スプレー塗布して単層カーボンナノチューブ膜１２０と単層カーボンナノチューブ薄膜１１８をこの順で交互に積層して形成した後、電極基板１１４の透明電極膜１１４ｂの最表面に形成された単層カーボンナノチューブ膜１２０および単層カーボンナノチューブ薄膜１１８の一方と、電極基板１１２の電極膜１１２ｂ上の最表面に形成された単層カーボンナノチューブ膜１２０および単層カーボンナノチューブ薄膜１１８の他方とを当接させる以外は、第１の実施の形態の太陽光発電装置１０の製造方法と略同一の方法によって製造することができるので、その説明を省略する。
【００３１】
なお、本実施の形態の太陽光発電装置では、単層カーボンナノチューブ薄膜１１８がｎ型の特性を有し、単層カーボンナノチューブ膜１２０がｐ型の特性を有する。また、単層カーボンナノチューブ薄膜１１８と単層カーボンナノチューブ１２０との当接面は、成膜時の単層カーボンナノチューブの積層密度や配向性などの相違から、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などによって確認することができる。
【００３２】
また、単層カーボンナノチューブ薄膜１１８と単層カーボンナノチューブ膜１２０の形成方法としては、電気的な導通と所望の膜厚が得られれば、スプレー塗布の他、スピンコート、ロールコート、浸漬塗布などの様々な塗布方法を使用することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明による太陽光発電装置およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００３４】
まず、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣおよびＳ（質量比１：１：３：０．１）の混合粉末からなる金属触媒を調製し、直径６ｍｍのグラファイト棒（純度９９．９％、高純度化学（株））に形成された直径３．２ｍｍの穴に充填して陽極棒とした。この陽極棒とグラファイト棒からなる陰極棒をアーク放電装置のチャンバ内の電極アダプタに取り付け、ロータリーポンプを用いてチャンバ内を１０−２Ｔｏｒｒ以下の真空状態にした。その後、陰極棒と陽極棒を接触させた状態において８０Ａで７分間直流電流を流した。この抵抗加熱により金属触媒とグラファイト粉末が溶解して混合され、陽極の組成が均一になる。２５分間待機してチャンバが十分冷えた後、Ｈｅガスを１００Ｔｏｒｒになるように満たし、陰極と陽極の間を２〜３ｍｍ程度に保持して、６７Ａでアーク放電を行った。放電終了後、２０分間以上チャンバを冷却し、チャンバ内部の壁面および天板に堆積した煤を回収した。
【００３５】
このようにして合成した単層カーボンナノチューブから試料（約１ｇ）を取り、大気中において７２３Ｋで３０分間燃焼酸化した後、大気中において７７３Ｋで３０分間燃焼酸化した。この燃焼酸化後の試料を６ＭのＨＣｌ水溶液１００ｍｌに浸して３３３Ｋのオーブン中で１２時間以上静置した。その後、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）メンブランフィルタ（直径４７ｍｍ、孔径０．１μｍ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製）を用いて、濾液が中性になるまで精製水で洗浄しながら吸引濾過を行った。この吸引濾過後の濾過物を３３３Ｋのオーブン中で１２時間以上静置して乾燥した。さらに、大気中において７７３Ｋで３０分間燃焼酸化し、６ＭのＨＣｌ水溶液１００ｍｌに浸して３３３Ｋのオーブン中で１２時間以上静置した後、上記と同様の方法により、洗浄しながら吸引濾過を行った後に乾燥して、単層カーボンナノチューブの試料を回収した。
【００３６】
このようにして燃焼酸化および酸処理によって精製した単層カーボンナノチューブ（約１５０ｍｇ）をグラファイト製の坩堝へ投入した後、高真空炉のチャンバ内に設置し、ロータリーポンプとターボポンプを用いてチャンバ内の圧力が１０−５Ｐａ以下になるまで減圧した。その後、赤外線温度センサーを用いて坩堝の温度を測定しながら、坩堝の温度を室温から３７３Ｋずつ昇温させた。なお、この昇温は、保持温度において１時間以上経過するか、内部圧力が１０−５Ｐａ以下になったときに行った。坩堝の温度が１２７３Ｋになった後は５０Ｋずつ昇温させ、１４７３Ｋに達した時点で３時間保持してアニール処理を施した。その後、室温まで十分に冷却し、アニール処理された単層カーボンナノチューブを回収した。このように高温且つ高真空雰囲気下でアニール処理することにより、精製処理後の単層カーボンナノチューブの壁面に存在する精製処理由来の欠陥構造が殆どなく、高結晶性の単層カーボンナノチューブを得ることができる。
【００３７】
次に、得られた高結晶性の単層カーボンナノチューブ１０ｍｇを瑪瑙乳鉢で微細化し、エタノールに分散させて、単層カーボンナノチューブ分散液を作製した。
【００３８】
次に、ガラス基板上にＰｔを塗布して電極膜を形成してＰｔ電極基板を作製するとともに、ガラス基板上にＩＴＯを塗布して透明電極膜を形成してＩＴＯ電極基板を作製した。
【００３９】
次に、単層カーボンナノチューブ分散液をＩＴＯ電極基板の透明電極膜上にスプレー塗布して厚さ１５０ｎｍの単層カーボンナノチューブ薄膜を形成するとともに、単層カーボンナノチューブ分散液をＰｔ電極基板の電極膜上にスプレー塗布して厚さ１０μｍの単層カーボンナノチューブ膜を形成した。
【００４０】
次に、単層カーボンナノチューブ薄膜と単層カーボンナノチューブ膜を当接させて配置し、、電極基板間に単層カーボンナノチューブ薄膜と単層カーボンナノチューブ膜からなる光電変換層を挟持して太陽光発電装置を作製した。
【００４１】
このようにして作製した太陽光発電装置のＩＴＯ電極基板側から光照射エネルギー１００Ｗ／ｃｍ２の光を照射したところ、電極間に電流０．１ｍＡ、電圧０．２ｍＶの起電力が発生し、変換効率が１％であった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明による太陽光発電装置は、ｐｎヘテロ接合型またはバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池などの太陽光発電装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１１０ 太陽光発電装置
１２、１１２ 電極基板
１２ａ、１１２ａ 基板部材
１２ｂ、１１２ｂ 電極膜
１４、１１４ 電極基板
１４ａ、１１４ａ 基板部材
１４ｂ、１１４ｂ 透明電極膜
１６、１１６ 光電変換層
１８、１１８ 単層カーボンナノチューブ薄膜
２０、１２０ 単層カーボンナノチューブ膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に光電変換層が挟持された太陽光発電装置において、光電変換層が、カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成されていることを特徴とする、太陽光発電装置。
【請求項２】
前記光電変換層が、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ膜の厚さが、前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ薄膜および前記カーボンナノチューブ膜が、高結晶性のカーボンナノチューブからなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記一対の電極の少なくとも一方が光透過性であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成された光電変換層を一対の電極間に挟持することを特徴とする、太陽光発電装置の製造方法。
【請求項７】
前記光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜を形成するとともに、前記一対の電極の他方の電極に前記カーボンナノチューブ薄膜より厚く塗布してカーボンナノチューブ膜を形成した後、前記カーボンナノチューブ薄膜と前記カーボンナノチューブ膜とを当接させることによって形成されることを特徴とする、請求項６に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項８】
前記光電変換層が、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して形成されることを特徴とする、請求項６に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項９】
前記光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜をこの順で交互に積層して形成するとともに、前記一対の電極の他方の電極に前記カーボンナノチューブ膜と前記カーボンナノチューブ薄膜をこの順で交互に積層して形成し、前記一方の電極の最表面に形成された前記カーボンナノチューブ膜および前記カーボンナノチューブ薄膜の一方と、前記他方の電極上の最表面に形成された前記カーボンナノチューブ膜および前記カーボンナノチューブ薄膜の他方とを当接させることによって形成されることを特徴とする、請求項８に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１０】
前記高結晶性の単層カーボンナノチューブが、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製した後に真空中で加熱して得られることを特徴とする、請求項７または９に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１１】
前記生成した単層カーボンナノチューブを含む煤の精製が、前記生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を大気中で加熱して燃焼酸化した後に酸で処理することによって行われることを特徴とする、請求項１０に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１２】
前記真空中で加熱する温度が１０００℃以上であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１３】
前記カーボンナノチューブ膜の厚さが、前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であることを特徴とする、請求項６乃至１２のいずれかに記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１４】
前記一対の電極の少なくとも一方が光透過性であることを特徴とする、請求項６乃至１３のいずれかに記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１】
一対の電極間に光電変換層が挟持された太陽光発電装置において、光電変換層が、カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成されていることを特徴とする、太陽光発電装置。
【請求項２】
前記光電変換層が、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ膜の厚さが、前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ薄膜および前記カーボンナノチューブ膜が、高結晶性のカーボンナノチューブからなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記一対の電極の少なくとも一方が光透過性であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
カーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜とを重ね合わせて形成された光電変換層を一対の電極間に挟持することを特徴とする、太陽光発電装置の製造方法。
【請求項７】
前記光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜を形成するとともに、前記一対の電極の他方の電極に前記カーボンナノチューブ薄膜より厚く塗布してカーボンナノチューブ膜を形成した後、前記カーボンナノチューブ薄膜と前記カーボンナノチューブ膜とを当接させることによって形成されることを特徴とする、請求項６に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項８】
前記光電変換層が、複数のカーボンナノチューブ薄膜とこれらのカーボンナノチューブ薄膜より厚い複数のカーボンナノチューブ膜を交互に積層して形成されることを特徴とする、請求項６に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項９】
前記光電変換層が、高結晶性の単層カーボンナノチューブの微粉末を溶媒に分散させて得られた単層カーボンナノチューブ分散液を、一対の電極の一方の電極に塗布してカーボンナノチューブ薄膜とこのカーボンナノチューブ薄膜より厚いカーボンナノチューブ膜をこの順で交互に積層して形成するとともに、前記一対の電極の他方の電極に前記カーボンナノチューブ膜と前記カーボンナノチューブ薄膜をこの順で交互に積層して形成し、前記一方の電極の最表面に形成された前記カーボンナノチューブ膜および前記カーボンナノチューブ薄膜の一方と、前記他方の電極上の最表面に形成された前記カーボンナノチューブ膜および前記カーボンナノチューブ薄膜の他方とを当接させることによって形成されることを特徴とする、請求項８に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１０】
前記高結晶性の単層カーボンナノチューブが、アーク放電により生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を精製した後に真空中で加熱して得られることを特徴とする、請求項７または９に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１１】
前記生成した単層カーボンナノチューブを含む煤の精製が、前記生成した単層カーボンナノチューブを含む煤を大気中で加熱して燃焼酸化した後に酸で処理することによって行われることを特徴とする、請求項１０に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１２】
前記真空中で加熱する温度が１０００℃以上であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１３】
前記カーボンナノチューブ膜の厚さが、前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さの５〜５０００倍であることを特徴とする、請求項６乃至１２のいずれかに記載の太陽光発電装置の製造方法。
【請求項１４】
前記一対の電極の少なくとも一方が光透過性であることを特徴とする、請求項６乃至１３のいずれかに記載の太陽光発電装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１９１０７６（Ｐ２０１２−１９１０７６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４７７９（Ｐ２０１１−５４７７９）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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