JPH0797044B2 - 光電変換素子およびその作製方法 - Google Patents
光電変換素子およびその作製方法Info
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- JPH0797044B2 JPH0797044B2 JP3111741A JP11174191A JPH0797044B2 JP H0797044 B2 JPH0797044 B2 JP H0797044B2 JP 3111741 A JP3111741 A JP 3111741A JP 11174191 A JP11174191 A JP 11174191A JP H0797044 B2 JPH0797044 B2 JP H0797044B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換機能を有する
生体高分子複合体を用いた光電変換素子およびその作製
方法に関する。
生体高分子複合体を用いた光電変換素子およびその作製
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光合成細菌は、光合成器官を内膜構造と
して持つ。光合成器官は脂質、光合成ユニット、酸化還
元酵素等を含み、その断片として得られる光合成顆粒は
クロマトフォア、スフェロプラスト小胞のような蛋白
質、脂質等からなる膜から構成されている閉じた小胞で
ある。この種の膜は光電変換反応を行なう光合成反応中
心蛋白質複合体を持ち、光刺激によって膜を挾んで電位
差を生じる。
して持つ。光合成器官は脂質、光合成ユニット、酸化還
元酵素等を含み、その断片として得られる光合成顆粒は
クロマトフォア、スフェロプラスト小胞のような蛋白
質、脂質等からなる膜から構成されている閉じた小胞で
ある。この種の膜は光電変換反応を行なう光合成反応中
心蛋白質複合体を持ち、光刺激によって膜を挾んで電位
差を生じる。
【０００３】菌体膜を超音波処理等の方法で破砕するこ
とによってクロマトフォア等の膜断片が得られる。クロ
マトフォア等の光合成膜断片や光反応ユニット、反応中
心といった光合成蛋白質（光合成顆粒と総称する）が、
光刺激を受けて電荷分離および電子伝達を起こすことを
利用した光電変換素子が考えられている（特開平１−１
１０２２４号）。
とによってクロマトフォア等の膜断片が得られる。クロ
マトフォア等の光合成膜断片や光反応ユニット、反応中
心といった光合成蛋白質（光合成顆粒と総称する）が、
光刺激を受けて電荷分離および電子伝達を起こすことを
利用した光電変換素子が考えられている（特開平１−１
１０２２４号）。
【０００４】この光電変換素子は図２に示すように、Ｉ
ＴＯ（インジウム−錫酸化物）等の透明電極３を形成し
たガラス基板４上に光電変換活性層１となる光合成顆粒
の乾燥固化膜を設け、さらにＡｕ蒸着等により上部対向
電極２を形成している。各電極２、３から銀ペースト５
を介してリード線６を導出している。
ＴＯ（インジウム−錫酸化物）等の透明電極３を形成し
たガラス基板４上に光電変換活性層１となる光合成顆粒
の乾燥固化膜を設け、さらにＡｕ蒸着等により上部対向
電極２を形成している。各電極２、３から銀ペースト５
を介してリード線６を導出している。
【０００５】この素子に透明電極３側から光を照射する
ことによって電力が得られる。
ことによって電力が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、光電変換機
能を有する生体高分子複合体である光合成顆粒を利用し
た従来技術の光電変換素子の示す光電応答特性は過度的
現象であり、光照射に伴う定常的な電力を得ることはで
ききなかった。これは、従来の素子においては、光合成
顆粒の機能性蛋白質複合体の方向性が無秩序であるため
に、出力として得られる光電応答は、無秩序な方向性を
持った反応の総和における両電極間での微小な差に起因
するものや、電極間での電子移動の仕事関数の差に依存
する微弱な応答にすぎないためと考えられる。
能を有する生体高分子複合体である光合成顆粒を利用し
た従来技術の光電変換素子の示す光電応答特性は過度的
現象であり、光照射に伴う定常的な電力を得ることはで
ききなかった。これは、従来の素子においては、光合成
顆粒の機能性蛋白質複合体の方向性が無秩序であるため
に、出力として得られる光電応答は、無秩序な方向性を
持った反応の総和における両電極間での微小な差に起因
するものや、電極間での電子移動の仕事関数の差に依存
する微弱な応答にすぎないためと考えられる。
【０００７】従って、観察される光電応答の出力は微小
なものであった。このため、有力な応答出力の向上が望
まれていた。
なものであった。このため、有力な応答出力の向上が望
まれていた。
【０００８】本発明の目的は、光電変換機能を有する生
体高分子複合体を用いた光電変換素子の簡便かつ有力な
応答出力の向上方法を提供しようとするものである。
体高分子複合体を用いた光電変換素子の簡便かつ有力な
応答出力の向上方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換素子
は、少なくとも一方の電極が光を十分透過する一対の電
極間に、光電変換機能を有する生体高分子複合体の乾燥
固化膜からなる活性層と導電性高分子の膜からなる媒介
層とを積層することを特徴とする。
は、少なくとも一方の電極が光を十分透過する一対の電
極間に、光電変換機能を有する生体高分子複合体の乾燥
固化膜からなる活性層と導電性高分子の膜からなる媒介
層とを積層することを特徴とする。
【００１０】
【作用】生体高分子複合体を利用した光電変換素子を利
用するためには、応答出力の向上が望まれていた。この
目的を達成するため、主として２つの観点からの素子特
性向上が考えられる。
用するためには、応答出力の向上が望まれていた。この
目的を達成するため、主として２つの観点からの素子特
性向上が考えられる。
【００１１】ひとつは、光電変換機能に極性を有する生
体高分子複合体の配向を秩序正しく制御することで、電
子の流れの方向付けをするものである。他のひとつは、
素子構造の面から、電子授受の媒介層を形成することで
電子の流れを制御するものである。
体高分子複合体の配向を秩序正しく制御することで、電
子の流れの方向付けをするものである。他のひとつは、
素子構造の面から、電子授受の媒介層を形成することで
電子の流れを制御するものである。
【００１２】本発明は、後者の観点から光電変換素子の
層構造に着目した。電極で挾まれた光電変換活性層とい
う素子構造に、さらに電子授受の媒介層として導電性高
分子の膜を挿入することで従来を上回る素子出力を得る
ことができた。
層構造に着目した。電極で挾まれた光電変換活性層とい
う素子構造に、さらに電子授受の媒介層として導電性高
分子の膜を挿入することで従来を上回る素子出力を得る
ことができた。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の実施例による光電変換素子を
図１を参照して詳述する。
図１を参照して詳述する。
【００１４】まず、ガラス基板４上に透明電極３を形成
する。透明電極としては、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、二酸化錫（ＳｎＯ2 ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の
半導体、あるいは半透明の蒸着金薄膜を用いるのが好ま
しい。
する。透明電極としては、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、二酸化錫（ＳｎＯ2 ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の
半導体、あるいは半透明の蒸着金薄膜を用いるのが好ま
しい。
【００１５】ついで、この透明電極３上に導電性高分子
の膜からなる媒介層７を形成する。導電性高分子として
は、ポリチオフェンやポリピロール等の酸化重合型導電
性高分子およびそれらの誘導体が好ましい。導電性高分
子膜の形成法としては、モノマーから電解重合法や触媒
重合法により電極上に直接高分子膜を折出させる方法、
あるいは予め調製しておいた高分子溶液を電極上にハケ
塗り・浸漬・スピンコート等の方法で塗布する方法があ
る。
の膜からなる媒介層７を形成する。導電性高分子として
は、ポリチオフェンやポリピロール等の酸化重合型導電
性高分子およびそれらの誘導体が好ましい。導電性高分
子膜の形成法としては、モノマーから電解重合法や触媒
重合法により電極上に直接高分子膜を折出させる方法、
あるいは予め調製しておいた高分子溶液を電極上にハケ
塗り・浸漬・スピンコート等の方法で塗布する方法があ
る。
【００１６】ついで、形成された導電性高分子膜７上に
光電変換活性層１を形成する。光電変換活性層を構成す
る生体高分子複合体としては、光合成細菌、好ましくは
紅色光合成細菌由来のクロマトフォア、光合成ユニット
（ＰＲＵ）、反応中心（ＲＣ）等の光合成顆粒や、他の
光合成生物由来の光合成蛋白質複合体等が挙げられる。
形成法には、ハケ塗・スピンコート・印刷等の手法があ
る。活性層を形成した後、自然乾燥、減圧乾燥等の手法
により乾燥し、固化膜とする。
光電変換活性層１を形成する。光電変換活性層を構成す
る生体高分子複合体としては、光合成細菌、好ましくは
紅色光合成細菌由来のクロマトフォア、光合成ユニット
（ＰＲＵ）、反応中心（ＲＣ）等の光合成顆粒や、他の
光合成生物由来の光合成蛋白質複合体等が挙げられる。
形成法には、ハケ塗・スピンコート・印刷等の手法があ
る。活性層を形成した後、自然乾燥、減圧乾燥等の手法
により乾燥し、固化膜とする。
【００１７】ついで、上部対向電極２を形成し、素子を
完成させる。上部対向電極の形成法としては、たとえば
金等の電極材を真空蒸着法等の手法で積層する。信号導
出のためのリード線６は両電極に銀ペースト５等で結線
する。
完成させる。上部対向電極の形成法としては、たとえば
金等の電極材を真空蒸着法等の手法で積層する。信号導
出のためのリード線６は両電極に銀ペースト５等で結線
する。
【００１８】なお、透明電極３と、光電変換活性層１お
よび導電性高分子からなる媒介層７との相対的位置関係
は逆転してもよい。
よび導電性高分子からなる媒介層７との相対的位置関係
は逆転してもよい。
【００１９】このようにして調製された導電性高分子膜
層を介する光電変換素子の透明電極側から太陽光・スト
ロボ・ＬＥＤ等の光を照射すると、光電応答出力を得る
ことができる。
層を介する光電変換素子の透明電極側から太陽光・スト
ロボ・ＬＥＤ等の光を照射すると、光電応答出力を得る
ことができる。
【００２０】以下、具体例について説明する。具体例 (1).光合成細菌の培養とクロマトフォアの調製 紅色光合成細菌ロドシュードモナス・ビリディス（Rhod
opseudomonas viridis、ＡＴＣＣ １９５６７）を３０
℃、光照射、嫌気条件にて培養した。回収した菌体を緩
衝溶液に懸濁し、超音波を用いて菌体膜を破砕した。次
に分画遠心分離によりクロマトフォアを調製した。クロ
マトフォアは緩衝溶液にホモジナイズして均一に懸濁さ
せた。
opseudomonas viridis、ＡＴＣＣ １９５６７）を３０
℃、光照射、嫌気条件にて培養した。回収した菌体を緩
衝溶液に懸濁し、超音波を用いて菌体膜を破砕した。次
に分画遠心分離によりクロマトフォアを調製した。クロ
マトフォアは緩衝溶液にホモジナイズして均一に懸濁さ
せた。
【００２１】(2).導電性高分子層の形成 導電性高分子層の形成は、図３に示すような電解重合装
置を用いて、溶液中での電解重合法により行なった。高
純度のアセトニトリルに５５ｍＭのチオフェン（あるい
はピロール）および支持電解質として５５ｍＭの過塩素
酸テトラエチルアンモニウムを溶かした溶液を調製し
た。減圧脱気後、電解槽中に移し、Ｎ2 入口１１からＮ
2 を流入し、Ｎ2 出口１２から排出して約３０分間Ｎ2
バブリングを行なった。このようにして電解質溶液１０
を準備した。その後、白金（Ｐｔ）電極８とＩＴＯ電極
を形成した素子基板９を溶液中に浸漬して、電解重合を
行なった。５Ｖ、約１５秒間の定電圧印加により、正極
のＩＴＯ基板上にポリチオフェン（あるいはポリピロー
ル）が形成された。
置を用いて、溶液中での電解重合法により行なった。高
純度のアセトニトリルに５５ｍＭのチオフェン（あるい
はピロール）および支持電解質として５５ｍＭの過塩素
酸テトラエチルアンモニウムを溶かした溶液を調製し
た。減圧脱気後、電解槽中に移し、Ｎ2 入口１１からＮ
2 を流入し、Ｎ2 出口１２から排出して約３０分間Ｎ2
バブリングを行なった。このようにして電解質溶液１０
を準備した。その後、白金（Ｐｔ）電極８とＩＴＯ電極
を形成した素子基板９を溶液中に浸漬して、電解重合を
行なった。５Ｖ、約１５秒間の定電圧印加により、正極
のＩＴＯ基板上にポリチオフェン（あるいはポリピロー
ル）が形成された。
【００２２】(3).光電変換活性層の形成 (1) の方法で調製したクロマトフォアを用いて、(2) で
形成した導電性高分子層に重ねてクロマトフォア層を形
成する。まず、クロマトフォアの持つ１０２０ｎｍの主
要吸収ピークに対し光学密度ＯＤ＝１００になるように
クロマトフォア濃度を調製した。調製した溶液を導電性
高分子層の上に均一に塗布し、冷暗所で蒸発乾燥させ
た。乾燥後、さらに同じ操作を２回繰り返してクロマト
フォア層を完成した。
形成した導電性高分子層に重ねてクロマトフォア層を形
成する。まず、クロマトフォアの持つ１０２０ｎｍの主
要吸収ピークに対し光学密度ＯＤ＝１００になるように
クロマトフォア濃度を調製した。調製した溶液を導電性
高分子層の上に均一に塗布し、冷暗所で蒸発乾燥させ
た。乾燥後、さらに同じ操作を２回繰り返してクロマト
フォア層を完成した。
【００２３】(4).上部対向電極の形成 (3) で形成したクロマトフォア層の上に上部対向電極２
を形成し、素子を完成した。上部対向電極は真空蒸着を
用いて金の薄膜電極をクロマトフォア層上に形成した。
を形成し、素子を完成した。上部対向電極は真空蒸着を
用いて金の薄膜電極をクロマトフォア層上に形成した。
【００２４】その後、信号導出のためのリード線６を両
電極に銀ペースト５で結線した。このように、紅色光合
成細菌のクロマトフォアを用いた光電変換素子で、ＩＴ
Ｏ電極と光電変換活性層の間に新たに導電性高分子層を
設けた場合、従来光照射時間に対して一過的であった電
流応答が改善された。
電極に銀ペースト５で結線した。このように、紅色光合
成細菌のクロマトフォアを用いた光電変換素子で、ＩＴ
Ｏ電極と光電変換活性層の間に新たに導電性高分子層を
設けた場合、従来光照射時間に対して一過的であった電
流応答が改善された。
【００２５】すなわち、本素子においては図４に示すよ
うに、初期の大きな過度的応答に引き続いて光照射に伴
って定常電流を示す成分が観察された。導電性高分子が
クロマトフォアとＩＴＯ電極との間で電子移動のプロモ
ーターあるいはメディエーターとして働き、電極までの
電子移動をよりスムーズにしているためと考えられる。
うに、初期の大きな過度的応答に引き続いて光照射に伴
って定常電流を示す成分が観察された。導電性高分子が
クロマトフォアとＩＴＯ電極との間で電子移動のプロモ
ーターあるいはメディエーターとして働き、電極までの
電子移動をよりスムーズにしているためと考えられる。
【００２６】また、同じ光電変換素子を用いて電圧を測
定したところ、図５に示すように、従来よりも大きな電
圧出力が得られた。これは上記と同様の理由でクロマト
フォアとＩＴＯ電極との間の電子授受がスムーズに行な
われ、その結果、発生したチャージの流れが方向性を得
たためと考えられる。
定したところ、図５に示すように、従来よりも大きな電
圧出力が得られた。これは上記と同様の理由でクロマト
フォアとＩＴＯ電極との間の電子授受がスムーズに行な
われ、その結果、発生したチャージの流れが方向性を得
たためと考えられる。
【００２７】さらに、本例の２つの素子を、直列および
並列に接続した場合、電圧および電流応答の定常値がそ
れぞれ倍増した。この結果は、素子が電池としての特性
を具備していることを示した。
並列に接続した場合、電圧および電流応答の定常値がそ
れぞれ倍増した。この結果は、素子が電池としての特性
を具備していることを示した。
【００２８】以上より、本発明の光電変換素子は光セン
サー・太陽電池等の素子として極めて有用である。
サー・太陽電池等の素子として極めて有用である。
【００２９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【００３０】
【発明の効果】新たな構成を有する生体高分子複合体利
用の光電変換素子によって従来より優れた特性が提供さ
れる。
用の光電変換素子によって従来より優れた特性が提供さ
れる。
【００３１】過渡的応答のみでなく、定常的な光電応答
を得ることができる。
を得ることができる。
【図１】本発明による光電変換素子の概略断面図であ
る。
る。
【図２】従来の光電変換素子の概略断面図である。
【図３】導電性高分子の電解重合装置を示す図である。
【図４】本発明の光電変換素子の光電応答（電流）を示
す図である。
す図である。
【図５】本発明の光電変換素子の光電応答（電圧）を示
す図である。
す図である。
１ 光電変換活性層（光合成顆粒の乾燥固化膜） ２ 上部対向電極（Ａｕ膜） ３ 透明電極（ＩＴＯ電極） ４ ガラス基板 ５ 銀ペースト ６ リード線 ７ 媒介層（導電性高分子膜） ８ Ｐｔ電極 ９ 素子基板 １０ 電解質溶液 １１ Ｎ2 入口 １２ Ｎ2 出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 正之 茨城県つくば市東１丁目１番３ 工業技術 院微生物工業技術研究所内 (72)発明者 粂井 正美 茨城県つくば市東光台５丁目９番地の５ スタンレー電気株式会社 筑波研究所内 (72)発明者 杉野 弘明 茨城県つくば市東光台５丁目９番地の５ スタンレー電気株式会社 筑波研究所内 (72)発明者 安食 秀一 茨城県つくば市東光台５丁目９番地の５ スタンレー電気株式会社 筑波研究所内 (72)発明者 豊玉 英樹 茨城県つくば市東光台５丁目９番地の５ スタンレー電気株式会社 筑波研究所内 審査官 関根 洋之 (56)参考文献 特開 平４−270926（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−125425（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−110224（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−63823（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも一方の電極が光を十分透過す
る一対の電極間に、光電変換機能を有する生体高分子複
合体乾燥固化膜からなる活性層と導電性高分子の膜から
なる媒介層とを積層したことを特徴とする光電変換素
子。 - 【請求項２】 活性層に紅色光合成細菌由来の光合成顆
粒を用いることを特徴とする請求項１に記載の光電変換
素子。 - 【請求項３】 導電性高分子として酸化重合型導電性高
分子およびそれらの誘導体を用いることを特徴とする請
求項１ないし２に記載の光電変換素子。 - 【請求項４】 導電性高分子がポリチオフェンである請
求項３に記載の光電変換素子。 - 【請求項５】 導電性高分子がポリピロールである請求
項３に記載の光電変換素子。 - 【請求項６】 少なくとも一方の電極が光を十分透過す
る一対の電極間に、光電変換機能を有する生体高分子複
合体乾燥固化膜からなる活性層と導電性高分子の膜から
なる媒介層とを積層した光電変換素子の作製方法であっ
て、前記導電性高分子膜を電解重合によって電極上に折
出させることによって形成することを特徴とする光電変
換素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111741A JPH0797044B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 光電変換素子およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111741A JPH0797044B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 光電変換素子およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07120305A JPH07120305A (ja) | 1995-05-12 |
| JPH0797044B2 true JPH0797044B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=14569012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3111741A Expired - Lifetime JPH0797044B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 光電変換素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797044B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT202200021870A1 (it) | 2022-10-24 | 2024-04-24 | Kosme Srl Unipersonale | Organo di trattenimento per il trattenimento di un contenitore e dispositivo di trattenimento e apparecchiatura comprendenti tale organo di trattenimento |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1817800A1 (en) * | 2004-12-02 | 2007-08-15 | The Trustees Of Princeton University | Solid state photosensitive devices which employ isolated photosynthetic complexes |
-
1991
- 1991-05-16 JP JP3111741A patent/JPH0797044B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT202200021870A1 (it) | 2022-10-24 | 2024-04-24 | Kosme Srl Unipersonale | Organo di trattenimento per il trattenimento di un contenitore e dispositivo di trattenimento e apparecchiatura comprendenti tale organo di trattenimento |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07120305A (ja) | 1995-05-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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