JP2003100360A

JP2003100360A - 光電気化学デバイス

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Publication number: JP2003100360A
Application number: JP2001293959A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Sato; 正春佐藤; Kentaro Nakahara; 謙太郎中原; Jiro Iriyama; 次郎入山; Shigeyuki Iwasa; 繁之岩佐; Yukiko Morioka; 森岡　　由紀子
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-04
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP4967211B2; US20030062080A1

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積で安定な光電変換素子やエネルギー蓄
積素子を安価に製造できる新たな構成からなる光電気化
学デバイスを提供する。【解決手段】電気化学的酸化反応または還元反応の少
なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成する有機化
合物と、その有機化合物に接して設けられる半導体とを
有する光電気化学デバイスにより、上記課題を解決す
る。このとき、生成するラジカル化合物のスピン濃度が
１０²⁰ｓｐｉｎｓ／ｇ以上であることが好ましく、有機
化合物が１０³ 〜１０⁷ の数平均分子量を有する有機高
分子化合物であることが好ましい。より具体的には、半
導体層２を有する半導体電極５と、その半導体電極５に
接して電気化学的酸化反応または還元反応の少なくとも
一方の過程でラジカル化合物を生成する有機化合物層１
と、その半導体電極５に対峙する対向電極４と、その有
機化合物層１と対向電極４との間に設けられた電解質層
６とから構成される光電気化学デバイス１１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電気化学デバイ
スに関し、より詳細には、電気化学的酸化反応または還
元反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成
する有機化合物と半導体とを有する、光電変換素子、エ
ネルギー蓄積素子、情報記録素子等の光電気化学デバイ
スに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光エネルギーを電気エネルギーに変換す
るための光電変換素子や、そうして得られた電気エネル
ギーを蓄積するためのエネルギー蓄積素子は、太陽電池
やメモリ素子等として、さまざまな用途に使われてい
る。

【０００３】例えば、光電変換素子としては、半導体の
ｐｎ接合を基本構造とする太陽電池が広く知られてい
る。こうした太陽電池においては、入射光によりｐｎ接
合領域に励起されたキャリヤ（電子、正孔）が拡散して
半導体内を伝導し、そのキャリヤが内部電界領域に達し
た後、その内部電界により、電子はｎ側の電極に到達
し、正孔はｐ側の電極に到達する。太陽電池は、このｐ
ｎ接合部の両電極を外部で接続することにより、外部に
電気的な出力を取り出すことができる光電変換素子であ
る。なお、近年においては、このようなｐｎ接合からな
る太陽電池やフォトダイオードに電荷転送素子を取り付
けた撮像装置やメモリ素子も開発されている。

【０００４】こうした中、有機化合物からなる色素を用
いた電気化学的な太陽電池も提案されている（例えば、
Michael Graetzlら、J. Phys. Chem. B, 1997年, 101
巻, 9342頁）。この太陽電池は、カソード電極と、それ
に対向するアノード電極と、およびそれらの間に設けら
れた電解質とから構成されている。このうち、カソード
電極は、ガラス基材の表面に光透過性の酸化スズ（Ｓｎ
Ｏ₂ ）からなる透明導電層が設けられたものであり、電
解質は、異なる複数の酸化状態を持つヨウ素イオンカッ
プルを含むものである。また、アノード電極は、ガラス
基材の表面に光透過性の酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）の透明導
電層を設け、さらにその上に、微小な結晶からなる酸化
チタン（ＴｉＯ₂ ）半導体の表面にアントシアニン色素
を吸着させた半導体層を設けて構成したものである。こ
うした構成からなる太陽電池においては、酸化チタンの
結晶と色素の界面に光が照射されることにより、電解質
のヨウ素イオン（Ｉ^- ）３個が電子２個を放出し、酸化
の程度の高いヨウ素triiodideイオン（Ｉ₃ ^-）に酸化さ
れる。そのヨウ素triiodide イオン（Ｉ₃ ^-）は、電界に
よってカソード電極へ移動し、電子２個を受け取ってヨ
ウ素イオン（Ｉ^- ）に還元される。この際、電子は光に
よる励起によって酸化チタンのフェルミレベルを超えて
伝導帯に注入され、酸化チタンの結晶内を移動して透明
導電層を経由して外部に取り出される。こうした湿式タ
イプの太陽電池においても、太陽エネルギーを電気エネ
ルギーに変換することができる。

【０００５】一方、エネルギー蓄積素子については、現
在、リチウムイオン等のアルカリ金属イオンを荷電担体
とし、その電荷の授受に伴う電気化学反応を利用した二
次電池が利用されている。特に、リチウムイオン二次電
池は、安定性に優れた高エネルギー密度の大容量電池と
して種々の電子機器に用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
のｐｎ接合を基本構造とする太陽電池に代表される上述
した光電変換素子においては、複雑な半導体製造プロセ
スで作製されることから、大面積で且つ安価に製造し難
いという難点がある。さらに、そうした光電変換素子で
生成した電気エネルギーを蓄積するためには、二次電池
やコンデンサ等のエネルギー蓄積素子を別個に設けて組
み合わせなければならないという構成上の難点もある。
また、上述した湿式タイプの太陽電池においては、入射
光のほとんどが半導体層中を通過してしまい、光電変換
効率が低いという問題点を有している。

【０００７】一方、二次電池等のエネルギー蓄積素子に
おいては、外部から電荷を注入して充電するものであ
り、自ら発電することはできないので、光電変換素子で
生成した電気エネルギーを蓄積するためには、二次電池
やコンデンサ等からなる別個のエネルギー蓄積素子と組
み合わせなければならないという難点があった。また、
半導体を用いたエネルギー蓄積素子としては、ｎ型半導
体の両面に銀電極を取り付けた半導体コンデンサが従来
より知られているが、この半導体コンデンサは、蓄積で
きるエネルギー容量が小さいという問題点を有してい
る。

【０００８】本発明は、上記問題を解決すべくなされた
ものであって、その目的とするところは、大面積で安定
な光電変換素子やエネルギー蓄積素子を安価に製造でき
る新たな構成からなる光電気化学デバイスを提供するこ
とにあり、さらに、光電変換素子で生成した電気エネル
ギーを蓄積できるエネルギー蓄積素子を一体化した光電
気化学デバイスを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光電気
化学デバイスは、電気化学的酸化反応または還元反応の
少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成する有機
化合物と、該有機化合物に接して設けられる半導体とを
有することに特徴を有する。

【００１０】この発明は、光電気化学デバイスを構成す
る有機化合物が、電気化学的酸化反応または還元反応の
少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成するもの
であることに特徴があり、そうした有機化合物と半導体
とを組み合わせることにより、その半導体に光照射して
生じたキャリヤ（電子または正孔）は、その有機化合物
のレドックス反応に関与し、ラジカル反応に基づくラジ
カル化合物の発生／消滅を引き起こすように作用する。
本発明においては、ラジカル化合物またはそのラジカル
化合物を生成する有機化合物が、電気化学的酸化反応ま
たは還元反応を伴う酸化還元対（レドックスカップルと
もいう。）となるので、半導体に光照射した際の応答速
度が速い。しかも、それらのラジカル化合物または有機
化合物は、電気化学的酸化反応または還元反応により発
生／消滅するという特徴があるので、安定性や再現性に
優れた光電気化学デバイスとなる。こうした特徴を有す
る光電気化学デバイスは、その構成が単純であることか
ら、従来のような複雑な半導体製造プロセスで作製する
必要がなく、大面積で安定した光電気化学デバイスを安
価に製造することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光電気化学デバイスにおいて、生成するラジカル化合
物のスピン濃度が、１０²⁰ｓｐｉｎｓ／ｇ以上であるこ
とに特徴を有する。

【００１２】この発明によれば、生成するラジカル化合
物のスピン濃度が１０²⁰ｓｐｉｎｓ／ｇ以上であるの
で、そうした高いスピン濃度を有するラジカル化合物が
ラジカル反応を円滑に進行させる。その結果、光電変換
効率の高い安定性に優れた光電気化学デバイスとするこ
とができる。また、そうした高いスピン濃度を有するラ
ジカル化合物を生成させる有機化合物を用いることによ
り、大容量の電荷を蓄積できる光電気化学デバイスとす
ることができる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の光電気化学デバイスにおいて、前記ラ
ジカル化合物が、室温で固体状態であることに特徴を有
する。

【００１４】この発明によれば、ラジカル化合物が室温
で固体状態であるので、半導体との接触を安定に保つこ
とができ、他の化学物質との副反応や溶融、拡散による
変成、劣化を抑制することができる。その結果、安定性
に優れた光電気化学デバイスとすることができる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３の何れか１項に記載の光電気化学デバイスにおい
て、前記有機化合物は、電気化学的酸化反応または還元
反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成す
るものであれば特に限定されないが、安定性、および取
り扱いの容易さから有機高分子化合物が好ましく、特に
１０³ 〜１０⁷ の数平均分子量を有する有機高分子化合
物であることが好ましい。

【００１６】この発明によれば、一般的には応答速度は
速いが不安定で制御が困難なことから光電変換素子やエ
ネルギー蓄積素子への適用が困難とされていたラジカル
化合物を安定して使用できるので、安定性に優れしかも
応答速度に優れた光電気化学デバイスを容易に得ること
ができる。

【００１７】請求項５に記載の光電気化学デバイスは、
半導体層を有する半導体電極と、該半導体電極に接し
て、電気化学的酸化反応または還元反応の少なくとも一
方の過程でラジカル化合物を生成する有機化合物層と、
該半導体電極に対峙する対向電極と、該有機化合物層と
該対向電極との間に設けられた電解質層と、を有するこ
とに特徴を有する。

【００１８】この発明によれば、酸化還元対であるラジ
カル化合物を生成する有機化合物と半導体とが接触する
ことにより、ショットキー接合ができ、半導体の伝導帯
および価電子帯に電位勾配が生じる。その電位勾配によ
り半導体界面に運ばれた電子または正孔は、電気化学的
酸化反応または還元反応の少なくとも一方の過程でラジ
カル化合物を生成する有機化合物のレドックス反応に関
与し、半導体電極と対向電極とを短絡させて回路を形成
することにより、外部へ電気信号または電気エネルギー
として供給することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光電気化学デバイ
スについて、図面を参照しつつ説明する。

【００２０】本発明の光電気化学デバイス１１は、光を
照射したり電圧を印加して短絡させたときに進行する電
子の授受を伴う酸化還元反応によりラジカル化合物を生
成する有機化合物と、その有機化合物に接して設けられ
る半導体とを有する光電気化学デバイスであって、例え
ば図１に示すように、有機化合物からなる層（以下、有
機化合物層１という。）と半導体からなる層（以下、半
導体層２という。）とで構成されたものである。本発明
の特徴とするところは、電気化学的酸化反応または還元
反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成す
る有機化合物を用いたことにある。そして、本発明にお
いては、半導体への光照射により生成したキャリヤ（電
子または正孔）が、その有機化合物と電気化学反応を起
こし、その結果生じた電荷が電荷移動を引き起こす。こ
うした特徴を有する本発明の光電気化学デバイス１１
は、反応速度の高いラジカル化合物を酸化還元対の一つ
とするので、応答が速く安定性に優れた光電変換素子
や、電荷を蓄積するエネルギー蓄積素子とすることがで
きる。

【００２１】先ず、本発明の光電気化学デバイス１１の
原理について、図１を参照しつつ説明する。

【００２２】光電気化学デバイス１１は、図１に例示す
るように、少なくとも有機化合物層１と半導体層２とが
積層されて構成されるものであり、そして、その半導体
層２の表面には透明導電層３が必要に応じて設けられて
半導体電極５を構成し、有機化合物層１の表面または必
要に応じて有機化合物層１に接して設けられる電解質層
６の表面には、半導体電極５に対峙する対向電極４が設
けられている。こうした構成からなる光電気化学デバイ
ス１１においては、酸化還元対であるラジカル化合物を
生成する有機化合物と半導体とが接触することにより、
ショットキー接合ができ、半導体の伝導帯および価電子
帯に電位勾配が生じる。その電位勾配により半導体界面
に運ばれた電子または正孔は、電気化学的酸化反応また
は還元反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を
生成する有機化合物のレドックス反応に関与し、ラジカ
ル反応に基づくラジカル化合物の発生／消滅を引き起こ
すように作用する。そして、半導体電極５と対向電極４
とを短絡させて回路を形成することにより、外部へ電気
信号または電気エネルギーを供給することができる。

【００２３】本発明では電気化学的酸化還元反応の少な
くとも一方の過程でラジカル化合物を生成する有機化合
物を使用するので、それらが半導体に由来する電子、あ
るいは正孔によって酸化、あるいは還元されて非ラジカ
ル化合物からラジカル化合物へ、あるいはラジカル化合
物から非ラジカル化合物へ、ラジカル化合物から別のラ
ジカル化合物へと化学変化することができる。本発明で
はこのようなラジカル化合物、および非ラジカル化合物
を安定化することにより、光電変換の出力を、ラジカル
化合物またはその酸化還元体という反応生成物の電気化
学的な状態変化により得ることができるので、光化学変
換素子や光化学電池として好ましく利用することが可能
となる。そして、上述した作用を有する有機化合物と半
導体とを組み合わせることにより、その半導体に光照射
して生じた電子または正孔は、その有機化合物のレドッ
クス反応に関与し、ラジカル反応に基づくラジカル化合
物の発生／消滅を引き起こすように作用する。本発明に
おいては、反応性に富むラジカル化合物またはそのラジ
カル化合物を生成する有機化合物が電気化学的酸化反応
または還元反応を伴う酸化還元対となるので、半導体に
光照射した際の応答速度が速い。しかも、それらのラジ
カル化合物または有機化合物は電気化学的酸化反応また
は還元反応により発生／消滅する特徴があるので、安定
性や再現性に優れた光電気化学デバイスとなる。

【００２４】なお、本発明において、ラジカル化合物と
は、不対電子（電子対をつくっていない電子）を有する
化学種、すなわちラジカルを有する化合物と定義され
る。そうしたラジカル化合物は、スピン核運動量がゼロ
ではなく、常磁性等の種々の磁気的性質を示す。ラジカ
ル化合物が有する不対電子の存在は、電子スピン共鳴ス
ペクトル（以下、「ＥＳＲスペクトル」という。）等を
測定することで観察することができる。ただし、ＥＳＲ
スペクトルでシグナルが得られる有機化合物であって
も、電子が非局在化したものはラジカル化合物とは言わ
ないことは言うまでもない。このような非局在化した電
子を有する化合物としては、ソリトンやポーラロンを形
成した導電性高分子が挙げられるが、スピン濃度は低
く、一般に１０ ¹⁹ｓｐｉｎｓ／ｇ以下となる。

【００２５】また、ラジカル反応とは、ラジカルが関与
する化学反応のことであり、特に本発明においては、電
気化学的酸化反応または還元反応の少なくとも一方の過
程において、非ラジカル化合物からラジカル化合物を生
成する反応、生成したラジカル化合物が非ラジカル化合
物へと変換される反応、および、ラジカル化合物から別
のラジカル化合物へと変換される反応、を含むものと定
義される。

【００２６】また、電気化学的酸化反応または還元反応
とは、一般的には電解質中に配置された電極と電気的に
接続された化学物質に対して、電圧を印加したり負荷を
与えて短絡させたときに進行する電子の授受を伴う反応
であり、例えば電池の充電または放電の際に進行する反
応である。

【００２７】以上説明した本発明の光電気化学デバイス
において、大きな起電力で安定した光電気化学デバイス
を構成するためには、（イ）安定なラジカル化合物を生
成可能な有機化合物を選定すること、（ロ）酸化還元準
位と半導体中のフェルミ準位との間のバンドギャップが
大きい半導体を選定すること、（ハ）電解質を伴う場合
には酸化還元準位の低い（酸化力の大きい）電解質を選
定すること、等を考慮して構成することがより好まし
い。

【００２８】次に、前記の（イ）〜（ハ）に言及しつ
つ、本発明の光電気化学デバイスを構成する各事項につ
いて詳細に説明する。

【００２９】（有機化合物）本発明を構成する有機化合
物は、電気化学的酸化反応または還元反応の少なくとも
一方の過程でラジカル化合物を生成する化合物である。
有機化合物から生成されるラジカル化合物の種類は特に
限定されるものではないが、安定なラジカル化合物であ
ることが好ましい。有機化合物は、ラジカル化合物の作
用に基づいた本発明の効果および形成された有機化合物
層の加工性を考慮して選定される。

【００３０】特に、下記の式（１）および式（２）の何
れか一方又は両方の構造単位を含む有機化合物であるこ
とが好ましい。

【００３１】

【化１】ここで、式（１）中、置換基Ｒ¹ は、置換または非置換
のＣ２〜Ｃ３０のアルキレン基、Ｃ２〜Ｃ３０のアルケ
ニレン基またはＣ４〜Ｃ３０のアリーレン基であり、Ｘ
は、オキシラジカル基、ニトロキシルラジカル基、硫黄
ラジカル基、ヒドラジルラジカル基、炭素ラジカル基ま
たはホウ素ラジカル基であり、ｎ¹ は、２以上の整数で
ある。

【００３２】

【化２】ここで、式（２）中、置換基Ｒ² およびＲ³ は相互に独
立で、置換または非置換のＣ２〜Ｃ３０のアルキレン
基、Ｃ２〜Ｃ３０のアルケニレン基またはＣ４〜Ｃ３０
のアリーレン基であり、Ｙは、ニトロキシルラジカル
基、硫黄ラジカル基、ヒドラジルラジカル基または炭素
ラジカル基であり、ｎ² は、２以上の整数である。

【００３３】上記の式（１）および式（２）のラジカル
化合物としては、例えば、オキシラジカル化合物、ニト
ロキシルラジカル化合物、炭素ラジカル化合物、窒素ラ
ジカル化合物、ホウ素ラジカル化合物および硫黄ラジカ
ル化合物等が挙げられる。上記の式（１）および式
（２）の何れか一方又は両方構造単位のラジカル化合物
を生成する有機化合物の数平均分子量は、１０³ 〜１０
⁷ 、より好ましくは１０³〜１０⁵ である。

【００３４】上記オキシラジカル化合物の具体例として
は、例えば下記式（３）〜（４）のようなアリールオキ
シラジカル化合物や、下記式（５）のようなセミキノン
ラジカル化合物等が挙げられる。

【００３５】

【化３】

【００３６】

【化４】

【００３７】

【化５】ここで、式（３）〜（５）中、置換基Ｒ⁴ 〜Ｒ⁷ は相互
に独立で、水素原子、置換もしくは非置換の脂肪族また
は芳香族のＣ１〜Ｃ３０の炭化水素基、ハロゲン基、ヒ
ドロキシル基、ニトロ基、ニトロソ基、シアノ基、アル
コキシ基、アリールオキシ基またはアシル基である。式
（５）において、ｎ³ は、２以上の整数である。このと
き、上記の式（３）〜（５）の何れかの構造単位のラジ
カル化合物を生成する有機化合物の数平均分子量は、１
０³ 〜１０⁷ であることが好ましい。

【００３８】また、上記ニトロキシルラジカル化合物の
具体例としては、下記式（６）のようなピペリジノキシ
環を有するラジカル化合物、下記式（７）のようなピロ
リジノキシ環を有するラジカル化合物、下記式（８）の
ようなピロリノキン環を有するラジカル化合物、および
下記式（９）のよりなニトロニルニトロキシド構造を有
するラジカル化合物が挙げられる。

【００３９】

【化６】

【００４０】

【化７】

【００４１】

【化８】

【００４２】

【化９】ここで、式（６）〜（８）中、Ｒ⁸ 〜Ｒ¹⁰およびＲ^A 〜
Ｒ^Lは、上記式（３）〜（５）の内容と同様である。ま
た、式（９）において、ｎ⁴ は、２以上の整数である。
このとき、上記の式（６）〜（９）の何れかの構造単位
のラジカル化合物を生成する有機化合物の数平均分子量
は、１０³ 〜１０⁷ であることが好ましい。

【００４３】また、上記ニトロキシルラジカル化合物の
具体例としては、下記式（１０）のような三価のヒドラ
ジル基を有するラジカル化合物、下記式（１１）のよう
な三価のフェルダジル基を有するラジカル化合物、およ
び下記式（１２）のようなアミノトリアジン構造を有す
るラジカル化合物が挙げられる。

【００４４】

【化１０】

【００４５】

【化１１】

【００４６】

【化１２】ここで、式（１０）〜（１２）中、Ｒ¹¹〜Ｒ¹⁹は、上記
式（３）〜（５）の内容と同様である。このとき、上記
の式（１０）〜（１２）の何れかの構造単位のラジカル
化合物を生成する有機化合物の数平均分子量は、１０³
〜１０⁷ であることが好ましい。

【００４７】以上の式（１）〜（１２）の何れかの構造
単位のラジカル化合物を生成する有機化合物にあって
は、その数平均分子量が１０³ 〜１０⁷ の範囲内の有機
高分子化合物であることが特に好ましい。こうした範囲
の数平均分子量を有する有機高分子化合物は、安定性に
優れたものとなり、その結果、光電変換素子やエネルギ
ー蓄積素子として安定して使用できるので、安定性に優
れしかも応答速度に優れた光電気化学デバイスを容易に
得ることができる。

【００４８】上述した有機化合物の中でも、室温で固体
状態の有機化合物を選択して用いることがより好まし
い。室温で固体状態のラジカル化合物を用いることによ
り、ラジカル化合物と半導体との接触を安定に保つこと
ができ、他の化学物質との副反応や溶融、拡散による変
成、劣化を抑制することができる。その結果、安定性に
優れた光電気化学デバイスとすることができる。

【００４９】また、本発明においては、電気化学的酸化
反応または還元反応の少なくとも一方の過程により生成
するラジカル化合物のスピン濃度については特に限定さ
れないが、より光電変換効率の高い安定性に優れた光電
気化学デバイスを実現することができるラジカル化合物
のスピン濃度としては、１０²⁰ｓｐｉｎｓ／ｇ以上、特
に１０²⁰〜１０²³ｓｐｉｎｓ／ｇの範囲内の値とするこ
とが好ましい。こうした高いスピン濃度を有するラジカ
ル化合物が存在することにより、ラジカル反応を円滑に
引き起こすことができ、光電変換効率に優れた且つ大容
量の電荷を蓄積できる光電気化学デバイスとすることが
できる。なお、ラジカル化合物のスピン濃度が１０²⁰ｓ
ｐｉｎｓ／ｇ未満になると、光電変換効率が低下傾向と
なる。また、蓄電型の電池に用いる場合には電池の容量
が小さくなる。

【００５０】上述した有機化合物によれば、半導体に光
照射して生じた電子または正孔の作用により、ラジカル
化合物が生成し、または、消滅することとなる。本発明
においては、反応性に富むラジカル化合物またはそのラ
ジカル化合物を生成する有機化合物が電気化学的酸化反
応または還元反応を伴う酸化還元対となるので、半導体
に光照射した際の応答速度が速く、しかも、安定性や再
現性に優れた光電気化学デバイスとなる。

【００５１】こうした有機化合物をそのまま用いて有機
化合物層１を形成しても、適当な溶剤に溶かしてコーテ
ィングした後その溶剤を揮発させて有機化合物層１を形
成してもよい。また、種々の添加物と組み合わせて用い
てもよい。溶剤としては一般の有機溶剤であれば特に限
定されず、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミ
ド、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、
ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブ
チロラクトン等の塩基性溶媒、アセトニトリル、テトラ
ヒドロフラン、ニトロベンゼン、アセトン等の非水溶
媒、メチルアルコール、エチルアルコール等のプロトン
性溶媒等を挙げることができる。また、組み合わせる添
加剤としては、バインダーや粘度調整剤として作用する
ポリエチレンやポリフッ化ビニリデンなどの樹脂や集電
材として作用する炭素粉末等を挙げることができる。コ
ーティング方法も特に限定されない。この場合におい
て、溶剤の種類、有機化合物と溶剤との配合比、添加剤
の種類とその添加量等は、光電気化学デバイスの種類や
要求特性等を考慮すると共に製造工程における製造のし
易さ等も考慮して、任意に設定される。

【００５２】（半導体）本発明を構成する半導体は、上
述したように、光が照射されて電子または正孔を生成す
る作用を有する光半導体であり、その導電率は、金属と
絶縁体の間の１０^-10〜１０³ Ｓ／ｃｍ程度の物質から
なるものである。

【００５３】そうした半導体は特に限定されるものでは
ないが、各種の真性半導体や不純物半導体で形成するこ
とができる。例えば、ＳｉやＧｅ等のＩＶ族元素半導
体、ＧａＡｓやＩｎＰ等のＩＩＩ−ＶＩ化合物半導体、
ＺｎＴｅ等のＩＩ−Ｖ化合物半導体、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉ
ｎ、Ｓｉ等の酸化物半導体、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＣａＴｉＯ
₃等のペロブスカイト型半導体、また、後述する透明導
電層としても利用される透明導電性の半導体（例えば、
インジウム／スズ酸化物等）、等々を好ましく挙げるこ
とができる。さらに、遷移金属カルコゲナイト、ポリア
セチレン、ポリチオフェン等の光半導性の導電性高分
子、テトラシアノキノジメタン−テトラチアフルバレン
錯体等の光半導性の導電性有機錯体等を挙げることがで
きる。

【００５４】本発明の光電気化学デバイスにおいて、よ
り大きな起電力でより安定した光電気化学デバイスを構
成するためには、上述した有機化合物が電気化学的酸化
反応または還元反応する有機化合物層の酸化還元準位
と、半導体中のフェルミ準位との間のバンドギャップが
大きい半導体であることが好ましい。有機化合物層の酸
化還元準位との関係においてそうした半導体を選択する
ことにより、光起電力が大きくなり、大きな起電力を発
生する光電気化学デバイスを構成することができる。

【００５５】半導体は、ｎ型半導体であってもｐ型半導
体であってもよい。

【００５６】また、半導体には、従来の色素増感性光電
変換素子で常用されている色素等の光増感剤を組み合わ
せて用いることもできる。こうした光増感剤としては、
ルテニウム系錯体色素、オスミウム系錯体色素、亜鉛系
錯体色素や、有機系色素等を、任意の量調整して担持さ
せることができる。

【００５７】本発明においては、こうした半導体と、酸
化還元対であるラジカル化合物を生成する有機化合物と
が接触することにより、ショットキー接合ができ、半導
体の伝導帯および価電子帯に電位勾配が生じ、その電位
勾配により半導体界面に運ばれた電子または正孔が電気
化学的酸化反応または還元反応の少なくとも一方の過程
でラジカル化合物を生成する有機化合物のレドックス反
応に関与し、半導体電極５と対向電極４との間で形成し
た回路により、外部へ電気信号または電気エネルギーを
供給することができる。

【００５８】（その他の構成）図１〜図３に例示するよ
うに、光電気化学デバイス１１には、半導体電極５を構
成する半導体層２の表面には必要に応じて透明導電層３
が設けられ、有機化合物層１の表面または必要に応じて
有機化合物層１に接して設けられる電解質層６の表面に
は、対向電極４が設けられている。

【００５９】透明導電層３は、半導体層２の表面に必要
に応じて設けられて半導体電極５を構成するものであ
り、半導体に光照射される妨げにならないと共に外部に
電気エネルギーを取り出すことができる電気伝導性を有
するものであればよい。具体的には、インジウム／スズ
酸化物、酸化スズ、酸化インジウム等からなる光透過性
に優れた透明導電膜を好ましく挙げることができる。こ
うした透明導電層３は、光透過性に優れたガラスやポリ
マーシート等の基板７上に形成され、上述した半導体層
２をさらに形成して半導体電極５の一部を構成する。そ
して、有機化合物層１は、その半導体電極５上に積層さ
れる。

【００６０】対向電極４は、導電性材料からなるもので
あればよく特に限定されない。具体的には、リチウム重
ね合わせ銅箔、白金板等を挙げることができる。こうし
た対向電極４は、ガラスやポリマーシート等の基板７’
上に形成され、上述した有機化合物層１を半導体電極５
との間に挟むように設けられる。

【００６１】電解質層６は、有機化合物層１と対向電極
５の間に必要に応じて設けることができ、負極と正極の
両電極間の荷電担体輸送を行うものである。一般には、
室温で１０^-5〜１０^-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有する
ものが用いられる。電解質層６としては、例えば、電解
質塩を溶剤に溶解した電解液や、電解質塩を含む高分子
化合物からなる固体電解質を利用することができる。

【００６２】電解液を構成する電解質塩としては、例え
ば、ＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＢＦ₄ 、ＬｉＣＦ
₃ＳＯ₃、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂ Ｎ、Ｌｉ（Ｃ₂Ｆ₅Ｓ
Ｏ₂）₂Ｎ、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃ Ｃ、Ｌｉ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ
₂）₃Ｃ等の従来公知の材料を用いることができる。

【００６３】電解質塩を溶解するための溶剤としては、
例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メ
チルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラ
ヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−
ピロリドン等の有機溶媒を用いることができ、これらを
二種以上の混合溶剤として用いることもできる。

【００６４】固体電解質を構成する高分子化合物として
は、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチ
レン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレ
ン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン
共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン
共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレ
ン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビ
ニリデン系重合体や、アクリロニトリル−メチルメタク
リレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレ
ート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレー
ト共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共
重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、ア
クリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリ
ル−ビニルアセテート共重合体等のアクリロニトリル系
重合体、さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキ
サイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアク
リレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられ
る。なお、固体電解質は、これらの高分子化合物に電解
液を含ませてゲル状にしたものを用いても、高分子化合
物のみでそのまま用いてもよい。

【００６５】（光電気化学デバイス）本発明における光
電気化学デバイス１１は、半導体への光照射によって生
成した電子または正孔を、上述した有機化合物の酸化還
元反応に利用したデバイスである。そして、その有機化
合物が、電気化学的酸化反応または還元反応の少なくと
も一方の過程でラジカル化合物を生成するという特徴を
有するものである。

【００６６】こうした構成を少なくとも有する本発明の
光電気化学デバイスによれば、半導体や対向電極等との
組合せにより様々な光電気化学デバイスを得ることがで
きる。それらの例としては、メモリー素子、表示素子、
光電変換素子、光センサ、太陽電池、蓄電型太陽電池、
トランジスタ等を挙げることができる。

【００６７】光電気化学デバイス１の具体的な構成は、
図１〜図３に例示するように、上述した有機化合物から
なる層と半導体からなる層との積層構造を少なくとも有
するものであり、その他の構成については、構成される
光電気化学デバイスの種類に応じて任意に選択される。
図１〜図３は、本発明の光電気化学デバイスの具体例を
示したものであり、その半導体層２の表面には透明導電
層３、基材７が順次設けられ、有機化合物層１の表面に
は、電解質層６、対向電極４、基材７’が順次設けら
れ、電解質層６の側方にはスペーサー８が設けられてい
る。また、図２および図３に例示するように、半導体層
２および必要に応じて設けられる透明導電層３からなる
半導体電極５をマトリックス状に形成することもでき
る。

【００６８】以下、光電気化学デバイスの具体例につい
て説明する。

【００６９】（メモリ素子）メモリ素子とは、情報を何
らかの物理的状態として保存するための素子である。本
発明の光電気化学デバイスで構成したメモリ素子は、ラ
ジカル化合物を生成する有機化合物１の酸化還元反応を
利用するものであり、例えば、半導体電極５と対向電極
５との間に電圧を印加しながら半導体層２に光を照射す
ることにより、ラジカル化合物または非ラジカル化合物
が生成し、生成したラジカル化合物または非ラジカル化
合物が電気化学的な状態として保存される。

【００７０】従って、メモリ素子への情報の書き込み
は、そうしたラジカル化合物または非ラジカル化合物を
生成することにより行われる。また、メモリ素子からの
情報の読み出しは、有機化合物中のラジカル化合物のス
ピン濃度、生成したラジカル化合物または非ラジカル化
合物を有する有機化合物層１の色相や反射率の違い等を
検知することにより行うことができる。

【００７１】例えば、図１に例示する構成からなるメモ
リ素子においては、半導体電極５と対向電極４との両電
極間に電圧を印加しても、それぞれの電極の電解電圧
（酸化還元電位）以下では電流は僅かしか流れないが、
光照射することにより半導体層２から電子または正孔が
生成し、その電子または正孔が、電気化学的酸化反応ま
たは還元反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物
を生成する有機化合物を酸化還元して、ラジカル化合物
または非ラジカル化合物を生成することにより書き込み
が行われる。また、そのラジカル化合物または非ラジカ
ル化合物を有する有機化合物の電気化学的な状態の変化
を、スピン濃度、色相や反射率等の特性を検知すること
によって読み出しが行われる。

【００７２】（表示素子）表示素子は、上述したメモリ
素子と同じ構造の素子であり、図２および図３に例示す
るように、半導体電極５と対向電極４との両電極をマト
リックス状に配置し、その全体に光を当てながら特定の
部分のみに電圧を印加することにより、その特定の部分
の有機化合物が上述の電気化学反応を起こし色相や反射
率が変化することを利用したものである。

【００７３】（光電変換素子、光センサ、太陽電池）光
電変換素子、光センサまたは太陽電池は、図１に例示す
るように、上述した有機化合物層１と半導体層２との積
層構造を少なくとも有するものであり、その他の構成に
ついては、デバイスの種類に応じて任意に選択される。
具体的には、図１に例示するように、半導体層２の表面
には透明導電層３、基材７が順次設けられ、有機化合物
層１の表面には、電解質層６、対向電極５、基材７’が
順次設けられ、電解質層６の側方にはスペーサー８が設
けられている。

【００７４】こうした光電変換素子、光センサまたは太
陽電池においては、透明導電層３と半導体層２とからな
る半導体電極５と、対向電極４との両電極間を電気的に
接続し、さらに半導体に光照射することによって、半導
体から電子または正孔が生成し、その電子または正孔
が、電気化学的酸化反応または還元反応の少なくとも一
方の過程でラジカル化合物を生成する有機化合物を酸化
還元する。このときの電流を取り出すことにより、光電
変換素子、または光センサ、太陽電池を作製することが
できる。

【００７５】（エネルギー蓄積素子）蓄電型太陽電池等
のエネルギー蓄積素子は、上述の光電変換素子等と同じ
構造からなるものであり、半導体電極５と対向電極５と
の両電極間を整流器を介して接続し、さらに半導体に光
照射することによって、半導体から電子または正孔が生
成し、その電子または正孔が、電気化学的酸化反応また
は還元反応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を
生成する有機化合物を酸化還元する。

【００７６】このとき、当初流れた電流の方向と逆方向
に電流が流れると、酸化還元された有機化合物は元に戻
るが、整流器を備えることにより酸化還元された有機化
合物は元に戻らない。その結果、光エネルギーを化学物
質の形で蓄積することができる。こうした構成からなる
素子は、光による発電と充電を同時に行うことができる
エネルギー蓄積素子となる。

【００７７】なお、本発明では、上述したラジカル化合
物をそのまま電極の活物質に使用して電池を作製するこ
ともできる。また、充電反応および放電反応のいずれか
の過程でラジカル化合物へと変換される非ラジカル化合
物を電極の活物質に使用して電池を製造することもでき
る。

【００７８】

【実施例】以下、本発明についてより具体的に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【００７９】（実施例１）厚さ０．８ｍｍのガラス板か
らなる基材７上に、厚さ０．０１μｍのインジウム／ス
ズ酸化物からなる透明導電性の半導体層２をスパッタ法
により形成して半導体電極５とした。その半導体電極５
上に、厚さ１μｍの有機化合物層１を形成した。その有
機化合物層１は、ガス精製装置を備えたドライボックス
中で、アルゴンガス雰囲気下、式１３に示すガルビノキ
シルラジカルからなるラジカル化合物を、テトラヒドロ
フランに溶解して調製した２０ｗｔ．％の溶液を、上述
の半導体電極５上に展開して溶媒のテトラヒドロフラン
を蒸発させて形成した。このとき、有機化合物は、ＥＳ
Ｒスペクトルから測定したスピン濃度は１．２×１０ ²¹
ｓｐｉｎｓ／ｇであった。

【００８０】この有機化合物層１上に、厚さ１０μｍの
電解質層６を形成した。その電解質層６としては、フッ
化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体を、
１Ｍ（モル）のＬｉＰＦ₆ を含むエチレンカーボネート
／ジエチルカーボネート混合溶媒（質量比１：１）で膨
潤させてなるゲル電解質膜を用いて形成した。

【００８１】その電解質層６上に、対向電極４として厚
さ２５μｍのリチウム重ね合わせ銅箔を積層して圧力を
加え、ガルビノキシルラジカルを含む有機化合物層を有
する光電気化学デバイスを作製した。

【００８２】

【化１３】以上のように得られた光電気化学デバイスを用い、リチ
ウムからなる参照電極（以下同じ。）に対する半導体電
極５の電位を、０〜１．８Ｖの範囲で掃引速度１００ｍ
Ｖ／ｓｅｃで掃引したところ、すべての電位で電流は
０．１ｍＡ／ｃｍ ² 以下であった。次に、この光電気化
学デバイスの半導体電極５に１００ｍＷ／ｃｍ² のタン
グステンハロゲン光を照射しつつ電位を掃引したとこ
ろ、１．５Ｖ付近に電流の極大が認められ、その値は最
大２ｍＡ／ｃｍ² に達した。この結果、この光電気化学
デバイスは、光照射の有無を感知できた。

【００８３】（実施例２）実施例１におけるラジカル化
合物であるガルビノキシルラジカルに代えて、式１４に
示す２，２，６，６−テトラメチルピペリジロキシラジ
カルからなるラジカル化合物を使用した以外は、実施例
１と同様の方法で、２，２，６，６−テトラメチルピペ
リジロキシラジカルを含む有機化合物層を有する光電気
化学デバイスを作製した。このとき、有機化合物は、Ｅ
ＳＲスペクトルから測定したスピン濃度は２．２×１０
²¹ｓｐｉｎｓ／ｇであった。

【００８４】

【化１４】以上のように得られた光電気化学デバイスを用い、リチ
ウムからなる参照電極に対する半導体電極５の電位を、
０〜３．２Ｖの範囲で掃引速度１００ｍＶ／ｓｅｃで掃
引したところ、すべての電位で電流は０．１ｍＡ／ｃｍ
² 以下であった。次に、この光電気化学デバイスの半導
体電極５に１００ｍＷ／ｃｍ² のタングステンハロゲン
光を照射しつつ電位を掃引したところ、３．０Ｖ付近に
電流の極大が認められ、その値は最大２．５ｍＡ／ｃｍ
² に達した。この結果、この光電気化学デバイスは、光
照射の有無を感知できた。

【００８５】（実施例３）２，２，６，６−テトラメチ
ルピペリジンメタクリレートをラジカル重合し、得られ
た生成物をｍ−クロロ過安息香酸で酸化して化学式１５
に示すポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジノ
キシメタクリレート）ラジカルを合成した。得られたラ
ジカル化合物は茶色の高分子固体であり、数平均分子量
８９０００、ＥＳＲスペクトルから測定したスピン濃度
は２×１０²¹ｓｐｉｎｓ／ｇであった。

【００８６】

【化１５】このラジカル化合物をテトラヒドロフランに溶解して調
製した１５ｗｔ．％の溶液を、実施例１と同様の半導体
電極５上に展開して溶媒のテトラヒドロフランを蒸発さ
せ、上記ラジカル化合物を含む厚さ０．６μｍの有機化
合物層１を形成した。

【００８７】この有機化合物層１上に、厚さ１０μｍの
電解質層６を形成した。その電解質層６としては、フッ
化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体を、
１ＭのＬｉＰＦ₆ を含むエチレンカーボネート／ジエチ
ルカーボネート混合溶媒（質量比１：１）で膨潤させて
なるゲル電解質膜を用いて形成した。

【００８８】その電解質層６上に、対向電極４として厚
さ２５μｍのリチウム重ね合わせ銅箔を積層して圧力を
加え、上記のラジカル化合物を含む有機化合物を有する
光電気化学デバイスを作製した。

【００８９】以上のように得られた光電気化学デバイス
を用いて、対向電極５であるリチウム重ね合わせ銅箔に
対する半導体電極５の電位を、０〜３．２Ｖの範囲で掃
引速度１００ｍＶ／ｓｅｃで掃引したところ、すべての
電位で電流は０．１ｍＡ／ｃｍ² 以下であった。次に、
この光電気化学デバイスの半導体電極５に１００ｍＷ／
ｃｍ² のタングステンハロゲン光を照射しつつ電位を掃
引したところ、３．０Ｖ付近に電流の極大が認められ、
その値は最大２．５ｍＡ／ｃｍ² に達した。この結果、
この光電気化学デバイスは、光照射の有無を感知でき
た。

【００９０】（実施例４）厚さ０．８ｍｍのガラス板か
らなる基材７上に、厚さ０．０１μｍのインジウム／ス
ズ酸化物からなる透明導電性の半導体層２をスパッタ法
により形成して半導体電極５とした後、塩酸水溶液を用
いてその半導体電極５を幅１０ｍｍのストライプ状所定
にパターニングした。

【００９１】その半導体電極５上に、実施例３のポリ
（２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシメタク
リレート）ラジカルを含む厚さ０．８μｍの有機化合物
層１を形成し、その有機化合物層上に実施例３と同様の
ゲル電解質膜からなる電解質層６および幅１０ｍｍのス
トライプ状リチウム重ね合わせ銅箔からなる対向電極４
を積層したポリイミドフィルムをストライプの方向が半
導体電極５と直行するように積層し、マトリックス状の
電極を有する光電気化学デバイスを作製した。

【００９２】以上のように得られた光電気化学デバイス
の両電極に、３Ｖの電圧を印加しながら、この光電気化
学デバイスの半導体電極５の一部のマトリックス状電極
に１００ｍＷ／ｃｍ² のタングステンハロゲン光を照射
したところ、光照射した電極部分のみに１ｍＡ／ｃｍ²
以上の電流が流れた。その後、その電極を取り外し、有
機化合物層の一部を切り欠いてＥＳＲスペクトルからス
ピン濃度を測定したところ、光照射しない部分は２×１
０²¹ｓｐｉｎｓ／ｇであったのに対し、光照射した部分
は１０¹⁹ｓｐｉｎｓ／ｇ以下であった。従って、この光
電気化学デバイスは、光により情報の書き込みができ
た。

【００９３】（実施例５）ポリ（２，２，６，６−テト
ラメチルピペリジノキシメタクリレート）ラジカルを含
む有機化合物層と、マトリックス状の電極とを有するこ
とに特徴がある実施例４の光電気化学デバイスを用い、
半導体電極５と特定のマトリックス状電極に４．５Ｖの
電圧を印加したところ、有機化合物層１の色相が茶色か
ら褐色に変化した。この結果から、この光電気化学デバ
イスは、電流により画像形成できた。

【００９４】また、電極を取り外し、有機化合物層の一
部を切り欠いてＥＳＲスペクトルからスピン濃度を測定
したところ、電圧を印加しない部分は２×１０²¹ｓｐｉ
ｎｓ／ｇであったのに対し、電圧を印加した部分は１０
¹⁹ｓｐｉｎｓ／ｇ以下であった。これは、光照射しなが
ら３Ｖの電圧を印加した実施例４の場合と同様の変化が
起こったものと推定された。

【００９５】（実施例６）実施例３と同様の光電気化学
デバイスを作製し、この光電気化学デバイスの電極に１
００ｍＷ／ｃｍ² のタングステンハロゲン光を照射した
ところ、０．８ｍＡ／ｃｍ² の電流が流れた。その結
果、この光電気化学デバイスは、光電変換素子として光
センサーや太陽電池とすることができた。

【００９６】（実施例７）実施例３と同様の光電気化学
デバイスを作製し、対向電極４であるリチウム積層銅箔
から半導体電極５の方向が順方向となるように、その両
電極間をダイオードを介して接続した。次に、この光電
気化学デバイスの半導体電極５に１００ｍＷ／ｃｍ² の
タングステンハロゲン光を照射し、５時間保持した。そ
の後、半導体電極５と対向電極５とを短絡させて０．１
ｍＡ／ｃｍ² の電流密度で放電を行ったところ、８時間
以上にわたって２．０Ｖ以上の電圧を保持した。その結
果、この光電気化学デバイスは、光電変換素子としてば
かりでなく、光電変換により生成した電気エネルギーを
蓄積する電池としても動作できた。

【００９７】これらの過程で有機化合物のスピン濃度を
測定したところ、初期には２×１０ ²¹ｓｐｉｎｓ／ｇで
あったものが５時間の光照射後には１０¹⁹ｓｐｉｎｓ／
ｇ以下となり、放電後には再び２×１０²¹ｓｐｉｎｓ／
ｇとなることが分かった。このことから有機化合物層を
形成するポリ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジ
ノキシメタクリレート）ラジカルが化学変化して電気エ
ネルギーを蓄積していることが分かった。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電気化
学デバイスによれば、電気化学的酸化反応または還元反
応の少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成する
有機化合物と半導体とを組み合わせたので、その半導体
に光照射して生じた電子または正孔は、その有機化合物
のレドックス反応に関与し、ラジカル反応に基づくラジ
カル化合物の発生／消滅を引き起こすように作用する。
本発明においては、ラジカル化合物またはそのラジカル
化合物を生成する有機化合物が、電気化学的酸化反応ま
たは還元反応を伴う酸化還元対となるので、半導体に光
照射した際の応答速度が速く、しかも、安定性や再現性
に優れた光電気化学デバイスとすることができるという
格別の効果を有する。こうした特徴を有する光電気化学
デバイスは、その構成が単純であることから、従来のよ
うな複雑な半導体製造プロセスで作製する必要がなく、
大面積で安定な光電気化学デバイスを安価に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電気化学デバイスの構成の一例を示
す断面図である。

【図２】本発明の光電気化学デバイスの構成の他の一例
を示す断面図である。

【図３】図２に示す光電気化学デバイスの主な構成を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１有機化合物層２半導体層３透明導電層４対向電極５半導体電極６電解質層７、７’ 基板８スペーサー１１光電気化学デバイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者入山次郎東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者岩佐繁之東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者森岡由紀子東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA14 BA12 5H032 AA06 AS16 CC11 CC16 EE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気化学的酸化反応または還元反応の少
なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成する有機化
合物と、該有機化合物に接して設けられる半導体とを有
することを特徴とする光電気化学デバイス。
【請求項２】生成するラジカル化合物のスピン濃度
が、１０²⁰ｓｐｉｎｓ／ｇ以上であることを特徴とする
請求項１に記載の光電気化学デバイス。
【請求項３】前記ラジカル化合物が、室温で固体状態
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の光電気化学デバイス。
【請求項４】前記有機化合物が、１０³ 〜１０⁷ の数
平均分子量を有する有機高分子化合物であることを特徴
とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光電
気化学デバイス。
【請求項５】半導体層を有する半導体電極と、該半導
体電極に接して、電気化学的酸化反応または還元反応の
少なくとも一方の過程でラジカル化合物を生成する有機
化合物層と、該半導体電極に対峙する対向電極と、該有
機化合物層と該対向電極との間に設けられた電解質層
と、を有することを特徴とする光電気化学デバイス。