(57)【要約】  ｐ／ｎ接合された２つの半導体層７Ａ、７Ｂを光電変換層１として備えており、２つの半導体層７Ａ、７Ｂのうち少なくとも一方の半導体層７Ａ、７Ｂが量子ドット集積膜１１であるとともに、該量子ドット集積膜１１がエネルギー準位の異なる２層以上の量子ドット層７Ａ、７Ｂを備えている。量子ドット集積膜１１がｐ型であるとき、ｐ／ｎ接合面８に近い方に、価電子帯のエネルギー準位ＢＶとフェルミ準位Ｅｆの差が大きな量子ドット層７Ａが配置されている。【選択図】  図１
2017038698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ／ｎ接合された２つの半導体層を光電変換層として備えており、
前記２つの半導体層のうち少なくとも一方の前記半導体層が量子ドット集積膜であるとともに、該量子ドット集積膜がエネルギー準位の異なる２層以上の量子ドット層を備えていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記量子ドット集積膜がｐ型であるとき、前記ｐ／ｎ接合の面に近い方に、価電子帯のエネルギー準位ＢＶとフェルミ準位Ｅｆの差が大きな量子ドット層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記量子ドット集積膜がｎ型であるとき、前記ｐ／ｎ接合の面に近い方に、伝導帯のエネルギー準位ＢＣとフェルミ準位Ｅｆの差が大きな量子ドット層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記量子ドット層は、量子ドットと、その周囲に配置された障壁層とを有し、２層以上の前記量子ドット層の間で、前記障壁層の成分および厚さのうち少なくとも一方が異なっていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項５】
２層以上の前記量子ドット層における前記障壁層の成分が無機質であることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
２層以上の前記量子ドット層における前記障壁層の成分が有機質であることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記量子ドットが、該量子ドットの主成分とは異なる元素を含んでおり、該元素は、２層以上の前記量子ドット層の間で前記元素の原子価および前記元素の濃度のうち少なくとも一方が異なっていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーかつ省資源でクリーンなエネルギー源として太陽電池の開発が盛んに行われている。太陽電池などの光電変換装置は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する電力機器である。近年、理論的に６０％以上の変換効率を可能にするという期待から、次世代の光電変換装置として、半導体性のナノ粒子（量子ドット）を集積させた集積膜を光電変換層として用いる光電変換装置が検討されている（例えば、特許文献１〜４を参照）。【０００３】
ところで、これまで開示された光電変換装置は、上記した特許文献１〜４の例からも分かるように、光電変換層が同じ形状の量子ドットによって占められる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２９３７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４９５７９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１２１８６２号公報
【特許文献４】国際公開第２０１０／０８９８９２号
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、光電変換層を構成する半導体層に含まれる量子ドットのバンド構造を制御し、光電変換層内のエネルギー準位に変化をつけて、生成するキャリア（電子ｅ、ホールｈ）の移動度を向上できることを知見したものである。その構成は、ｐ／ｎ接合された２つの半導体層を光電変換層として備えており、前記２つの半導体層のうち少なくとも一方の前記半導体層が量子ドット集積膜であるとともに、該量子ドット集積膜がエネルギー準位の異なる２層以上の量子ドット層を備えているというものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】（ａ）は、本開示の光電変換装置の第１の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｐ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の厚みを変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、本開示の光電変換装置の第２の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｐ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、本開示の光電変換装置の第３の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｐ型であり、量子ドットに含まれるドープ成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、本開示の光電変換装置の第４の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｎ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の厚みを変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、本開示の光電変換装置の第５の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｎ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、本開示の光電変換装置の第６の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｎ型であり、量子ドットに含まれるドープ成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態の光電変換装置の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
上記した従来の光電変換装置のように、光電変換層が同じバンド構造を持つ量子ドットよって占められる場合には、光電変換層内に形成されるエネルギー準位の光電変換層の厚み方向への傾きがほとんど無く、半導体層において生成するキャリアの移動度が低くなっている。その結果、キャリアの収集効率が低く、光電変換効率の向上が望めないものとなっている。
【０００８】
図１（ａ）は、本開示の光電変換装置の第１の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｐ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の厚みを変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。図１（ａ）（ｂ）において、半導体層５はｎ型であり、半導体層７はｐ型である。また、符号Ｅｆ（二点鎖線）はフェルミ準位、ＢＣ（実線）は伝導帯のエネルギー準位およびＢＶ（実線）は価電子帯のエネルギー準位である。価電子帯のエネルギー準位ＢＶおよび伝導帯のエネルギー準位ＢＣは、図１（ｂ）に示すように、量子ドット９を含んでいる半導体層７側が半導体層５側がよりも高くなるように変化している。
【０００９】
図１（ａ）（ｂ）に示す光電変換装置（例えば、太陽電池）は、光電変換層１がその両面に電極層３Ａ、３Ｂを備えている。光電変換層１は、２つの半導体層５、７がｐ／ｎ接合された状態であり、この場合、符号８の界面がｐ／ｎ接合面となる。
【００１０】
光電変換層１は、これを構成する半導体層５、７のうち、例えば、図１（ａ）に示した半導体層７が量子ドット集積膜１１である。
【００１１】
量子ドット集積膜１１は量子ドット９の周囲に障壁層１３を有する量子ドット複合粒子１４によって形成されている。この場合、量子ドット集積膜１１は、障壁層１３の厚みの異なる２種類の量子ドット複合粒子１４ａ、１４ｂが層状に配置された構成となっている。これにより量子ドット集積膜１１である半導体層７は、エネルギー準位の異なる２つの量子ドット層７Ａ、７Ｂが積層された構造となる。
【００１２】
第１の実施形態の光電変換装置では、半導体層７を構成する２つの量子ドット層７Ａ、７Ｂ間において、量子ドット複合粒子１４（１４ａ、１４ｂ）を構成している障壁層１３の厚みｔが異なることから、障壁層１３の厚みｔ差に起因する表面エネルギーの違いにより、図１（ｂ）に示すように、光電変換層１内に一次元的に変化するエネルギー準位の差（図１（ｂ）における符号：ΔＥ１）が生じる。
【００１３】
こうして、第１の実施形態の光電変換装置においては、半導体層７の中に、ｐ／ｎ接合面８側に配置された量子ドット層７Ａからｐ／ｎ接合面８から遠い側の量子ドット層７Ｂへ向けてエネルギー準位が高くなるようにエネルギーバンドの傾きを形成することができる。つまり、量子ドット集積膜１１がｐ型であるとき、ｐ／ｎ接合面８に近い方に、価電子帯のエネルギー準位ＢＶとフェルミ準位Ｅｆの差が大きな量子ドット層（この場合、７Ａ）が配置されていることになる。
【００１４】
その結果、光電変換層１内に生成した極性の異なるキャリア（電子ｅ、ホールｈ）が、電極層３Ａ、３Ｂのそれぞれの方向へ移動しやすくなり、電極層３Ａ、３Ｂにおけるキャリアの収集効率が向上し、光電変換効率を高めることができる。以下、第２から第８の実施形態の光電変換装置についても同様の効果を得ることができる。
【００１５】
ここで、量子ドット複合粒子１４を構成している障壁層１３の厚みｔが異なるとは、量子ドット層７Ａ、７Ｂ間で障壁層１３の平均厚みの厚い方をｔ１、平均厚みの薄い方をｔ２として比較したときに、平均厚み比ｔ１／ｔ２比が１．５以上である場合を言う。
【００１６】
このとき、光電変換層１内におけるキャリア（電子ｅ、ホールｈ）の移動度を高められるという点で、量子ドット層７Ａと量子ドット層７Ｂとの境界には、量子ドット複合粒子１４以外の部材は存在しない方が良い。以下に示す他の実施形態の光電変換装置においても同様である。
【００１７】
障壁層１３の平均厚みｔ１、ｔ２は、量子ドット層７Ａ、７Ｂの各領域において、例えば、所定の範囲に存在する５〜２０個の量子ドット複合粒子１４を観察し、各量子ドット複合粒子１４において障壁層１３の厚みが最大となっている箇所を抽出し、その平均値から求める。
【００１８】
第１の実施形態の光電変換装置は、以下のような部材を具体的に適用することによって実現できる。例えば、半導体層５にはシリコンまたは酸化亜鉛のいずれかを主成分とする半導体材料が好適である。この場合、半導体層５にシリコンを用いる場合には、ｎ型のドープ成分を含んだものを用いる。一方、半導体層７（量子ドット集積膜１１）を構成する量子ドット９には、シリコン、硫化鉛（ＰｂＳ）およびリン化インジウムのうちの少なくとも１種を用いることができる。
【００１９】
障壁層１３は、無機質の材料または有機質の材料のいずれでも適用できる。この場合、障壁層１３に無機質の材料を採用すると、耐候性の高い光電変換装置を得ることができる。一方、障壁層１３に有機質の材料を適用した場合には、障壁層１３の厚みを有機質の材料の分子量によって変化させることができることから、量子ドット層７Ａ、７Ｂ間におけるバンドギャップの制御が容易となり、これによりキャリアの閉じ込め効果の高い量子ドット集積膜１１（半導体層７Ａ、７Ｂ）を形成することができる。ここで、障壁層１３となる無機質の材料としては、炭化ケイ素や二酸化ケイ素、硫化亜鉛が好適であり、有機質の材料としては、ヨウ化テトラブチルアンモニウム（Tetrabutylammonium iodide(TBAI)）や１，２−エタンジチオール（1,2-Ethanedithiol(EDT)）を用いることができる。
【００２０】
図２（ａ）は、本開示の光電変換装置の第２の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｐ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【００２１】
図２（ａ）（ｂ）に示す第２の実施形態の光電変換装置は、障壁層１３の厚みが同じである点、量子ドット９の周囲に設けられている障壁層１３の成分が異なる点以外は、図１（ａ）（ｂ）に示した第１の実施形態の光電変換装置と同様の構成となっている。
【００２２】
第２の実施形態の光電変換装置では、量子ドット層７Ａ、７Ｂ間において、量子ドット９の周囲に設けられている障壁層１３の成分を異ならせることによって、量子ドット複合粒子１４の表面エネルギーを変化させ、図２（ｂ）に示すように、光電変換層１内に一次元的に変化するエネルギー準位の差（図２（ｂ）における符号：ΔＥ１）を生じさせる。
【００２３】
こうして半導体層７中に、量子ドット層７Ａから量子ドット層７Ｂへ向けてエネルギー準位が高くなるようにエネルギーバンドの傾きを形成することができる。
【００２４】
第２の実施形態の光電変換装置を具体化する材料は、半導体層５となる半導体材料および半導体層７（量子ドット集積膜１１）を構成する量子ドット９については、上記した第１の実施形態の場合と同様の構成とするのが良いが、障壁層１３の材料としては、量子ドット層７Ａ側の量子ドット複合粒子１４に有機質材料である上記ＴＢＡＩを適用し、量子ドット層７Ｂ側の量子ドット複合粒子１４に有機質材料である上記ＥＤＴを適用できる。
【００２５】
図３（ａ）は、本開示の光電変換装置の第３の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｐ型であり、量子ドットに含まれるドープ成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【００２６】
第３の実施形態の光電変換装置を構成する量子ドット集積膜１１は、個々の量子ドット９（９ａ、９ｂ）の周囲に、これを取り巻くように障壁層１３が設けられる図１、２に示すようないわゆるコアシェル構造の形態ではなく、障壁層１３となる材料がマトリックス１３Ａとなり、このマトリックス１３Ａ中に量子ドット９（９ａ、９ｂ）がそれぞれ内包される構造が代表例となる。これ以外は図１（ａ）に示した第１の実施形態の光電変換装置と同様の構成となっている。
【００２７】
第３の実施形態の光電変換装置では、量子ドット９（９ａ、９ｂ）に含まれるアクセプター型のドープ成分（元素）かまたはドープ成分の濃度を変化させることによって、量子ドット層７Ａ、７Ｂ間において、量子ドット９の表面エネルギーに差ができるようにし、これにより図３（ｂ）に示すように、半導体層７中に量子ドット層７Ａから量子ドット層７Ｂへ向けてエネルギー準位が高くなるようにエネルギーバンドの傾きが形成される。
【００２８】
第３の実施形態の光電変換装置を具体化する材料としては、半導体層５となる半導体材料および半導体層７（量子ドット集積膜１１）を構成する量子ドット９（９ａ、９ｂ）については、上記した第１の実施形態の場合と同様の構成とするのが良い。一方、半導体層７（量子ドット集積膜１１）については、量子ドット９（９ａ、９ｂ）にシリコンを適用する場合には、ドープ成分として周期表１２族および１３族の元素を適用することができる。この場合には、量子ドット層７Ａを構成する量子ドット９ａに１３族の元素（Ｂ、Ａｌ、ＧａおよびＩｎのうちのいずれか）を多く含ませ、一方の量子ドット層７Ｂを構成する量子ドット９ｂに１２族の元素（例えば、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇのうちのいずれか）を多く含ませる構成とするのが良い。
【００２９】
また、量子ドット９（９ａ、９ｂ）にリン化インジウムを適用する場合には、例えば、量子ドット９ａに１４族の元素（Ｓｎ）を多く含ませ、一方の量子ドット７Ｂを構成する量子ドット９ｂに７、１１、１２族の元素（例えば、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎのうちのいずれか）をより多く含ませる構成とするのが良い。
【００３０】
量子ドット層７Ａ、７Ｂ間でドープ成分の濃度を変化させる場合には、量子ドット層７Ｂ側に含まれるドープ成分の濃度を量子ドット層７Ａ側のドープ成分の濃度よりも高くすると良い。
【００３１】
量子ドット層７Ａ、７Ｂ間でドープ成分の原子価を変化させる場合には、原子価の異なる元素を量子ドット９ａ、９ｂのドープ成分とするのが良い。
【００３２】
マトリックス１３Ａには、この場合も上記した炭化ケイ素、二酸化ケイ素、ヨウ化テトラブチルアンモニウム（Tetrabutylammonium iodide(TBAI)）および１，２−エタンジチオール（1,2-Ethanedithiol(EDT)）のいずれかが適したものとなる。
【００３３】
図４（ａ）は、本開示の光電変換装置の第４の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｎ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の厚みを変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【００３４】
図４（ａ）（ｂ）に示す第４の実施形態の光電変換装置では、半導体層５をｐ型、半導体層７をｎ型としている。この場合も図１と同様に符号８の界面がｐ／ｎ接合面である。また、符号Ｅｆ、ＢＣおよびＢＶについても、図１に記したものと同じである。
【００３５】
図４（ａ）（ｂ）に示す第４の実施形態の光電変換装置は、図１（ａ）（ｂ）に示した第１の実施形態の光電変換装置に対して、半導体層５および半導体層７の極性を逆にしたものであり、半導体層５がｐ型、量子ドット集積膜１１により構成される半導体層７がｎ型である。この場合、価電子帯のエネルギー準位ＢＶおよび伝導帯のエネルギー準位ＢＣは、図１（ｂ）の場合とは逆に、半導体層５側が量子ドット集積膜１１によって形成される半導体層７側よりも高くなるように変化している。
【００３６】
第４の実施形態の光電変換装置では、半導体層５側の量子ドット層７Ｂを構成する量子ドット複合粒子１４の方が量子ドット層７Ａを構成する量子ドット複合粒子１４よりも障壁層１３の厚みが薄くなっており、量子ドット層７Ａの方が量子ドット７Ｂ側よりも障壁層１３によるフェルミ準位Ｅｆの上昇が大きい。このことから、量子ドット層７Ｂから量子ドット７Ａにかけてエネルギー準位が低くなるようにエネルギーバンドの傾きを生じさせることができる。
【００３７】
図５（ａ）は、本開示の光電変換装置の第５の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｎ型であり、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【００３８】
図５（ａ）（ｂ）に示す第５の実施形態の光電変換装置においても、上記した第４の実施形態の光電変換装置と同様、半導体層５をｐ型、半導体層７をｎ型とし、また、符号８の界面がｐ／ｎ接合面である。また、符号Ｅｆ、ＢＣおよびＢＶについても、図５に記した準位を表している。
【００３９】
図５（ａ）（ｂ）に示す第５の実施形態の光電変換装置は、図２（ａ）（ｂ）に示した第２の実施形態の光電変換装置に対して、半導体層５および半導体層７の極性を逆にしたものであり、半導体層５がｐ型、量子ドット集積膜１１により構成される半導体層７がｎ型である。この場合、価電子帯のエネルギー準位ＢＶおよび伝導帯のエネルギー準位ＢＣは、図２（ｂ）の場合とは逆に、半導体層５側が量子ドット集積膜１１によって形成される半導体層７側よりも高くなるように変化している。
【００４０】
第５の実施形態の光電変換装置では、量子ドット９の周囲に設けられている障壁層１３の成分を異なるものとすることによって、量子ドット複合粒子１４の表面エネルギーに差を持たせ、これにより、図５（ｂ）に示すように、光電変換層１内に一次元的に変化するエネルギー準位の差（図２（ｂ）における符号：ΔＥ１）を生じさせる。この場合、障壁層１３の材料は、第２の実施形態の光電変換装置の場合とは逆の構成とする。例えば、量子ドット層７Ａ側の量子ドット複合粒子１４にＥＤＴを適用し、量子ドット層７Ｂ側の量子ドット複合粒子１４にＴＢＡＩを適用できる。
【００４１】
図６（ａ）は、本開示の光電変換装置の第６の実施形態を部分的に示す断面模式図であり、量子ドットを有する半導体層がｎ型であり、量子ドットに含まれるドープ成分を変化させた光電変換装置の断面模式図である。（ｂ）は、（ａ）のエネルギー準位を示す模式図である。
【００４２】
図６（ａ）（ｂ）に示す第６の実施形態の光電変換装置は、半導体層５をｐ型、半導体層７をｎ型としている。この場合も図３と同様に符号８の界面がｐ／ｎ接合面である。また、符号Ｅｆ、ＢＣおよびＢＶについても、図３に記したものと同じである。
【００４３】
図６（ａ）（ｂ）に示す第６の実施形態の光電変換装置は、図３（ａ）（ｂ）に示した第３の実施形態の光電変換装置に対して、半導体層５および半導体層７の極性を逆にしたものであり、半導体層５がｐ型、量子ドット集積膜１１により構成される半導体層７がｎ型である。この場合、価電子帯のエネルギー準位ＢＶおよび伝導帯のエネルギー準位ＢＣは、図３（ｂ）の場合とは逆に、半導体層５側が量子ドット集積膜１１によって形成される半導体層７側よりも高くなるように変化している。
【００４４】
第６の実施形態の光電変換装置についても、上記した第３の実施形態の光電変換装置の場合と同様、量子ドット９（９ａ、９ｂ）に含まれるドープ成分（ドナー型の元素）かまたはドープ成分の濃度を変化させることによって、量子ドット層７Ａ、７Ｂ間において、量子ドット９の表面エネルギーに差ができるようにする。これにより図６（ｂ）に示すように、半導体層７中に量子ドット層７Ａから量子ドット層７Ｂへ向けてエネルギー準位が高くなるようにエネルギーバンドの傾きが形成される。
【００４５】
第６の実施形態の光電変換装置の場合、半導体層７（量子ドット集積膜１１）については、量子ドット９（９ａ、９ｂ）にシリコンを適用する場合には、ドープ成分として周期表１５族および１６族の元素を適用することができる。この場合には、量子ドット層７Ｂを構成する量子ドット９ａに１５族の元素（Ｐ、ＡｓおよびＳｂのうちのいずれか）を多く含ませ、一方の量子ドット７Ａを構成する量子ドット９ｂに１６族の元素（Ｓ、ＳｅおよびＴｅのうちのいずれか）を多く含ませる構成とするのが良い。
【００４６】
なお、量子ドット９ａ、９ｂにリン化インジウムを適用する場合には、ドープ成分としては、周期表７、１１、１２族および１４族の元素をそれぞれ適用することができる。
【００４７】
量子ドット層７Ａ、７Ｂ間でドープ成分の濃度を変化させる場合には、量子ドット層７Ｂ側を量子ドット層７Ａ側よりも濃度を少なくすると良い。
【００４８】
また、量子ドット層７Ａ、７Ｂ間でドープ成分の原子価を変化させる場合には、原子価の異なる元素を量子ドット９ａ、９ｂのドープ成分とする。
【００４９】
その他、半導体層５およびマトリックス１３Ａの材料については、第３の実施形態の光電変換装置と同様の構成とすることができる。
【００５０】
以上、第１〜第６の実施形態の光電変換装置について説明したが、量子ドット集積膜１１により構成される半導体層７は、障壁層１３の厚みｔや成分、あるいは量子ドット９に含ませるドープ成分の濃度やドープ量を多段階に変更できる範囲で量子ドット層を３層以上有する半導体層７を形成することも可能となる。なお、半導体層７に配置される量子ドット層が３層以上となる場合には、ｐ／ｎ接合面８に近い方に、価電子帯のエネルギー準位ＢＶとフェルミ準位Ｅｆの差あるいは伝導帯のエネルギー準位ＢＣとフェルミエネルギー準位Ｅｆの差が最も大きな量子ドット層を配置するのが良い。
【００５１】
次に、本実施形態の光電変換装置の製造方法について図７を基に説明する。ここでは、第１の実施形態の光電変換装置を例として説明する。
【００５２】
まず、図７（ａ）に示すように、支持体となるガラス基板２１の一方主面に、電極層３ＡとしてＩＴＯなどの導体材料を用いて透明導電膜２３を形成する。
【００５３】
次に、図７（ｂ）に示すように、透明導電膜２３の表面に半導体層５となる酸化亜鉛膜２５を形成する。
【００５４】
次に、図７（ｃ）に示すように、酸化亜鉛膜２５の表面に、障壁層１３の厚みの異なる量子ドット複合粒子１４が層状に重なるように成膜して、半導体層７となる量子ドット集積膜１１を形成する。ここで、量子ドット集積膜１１を加熱あるいは加圧、もしくは加熱と加圧を同時に行うことにより量子ドット集積膜１１の緻密化を図ることができる。量子ドット集積膜１１の形成にはスピンコート法などが好適である。
【００５５】
最後に、図７（ｄ）に示すように、量子ドット集積膜１１の上面側に金などの導体材料を蒸着して電極層３Ｂとなる導体膜２７を形成し、次いで、必要に応じて、この導体膜の表面に保護層を形成した後、ガラス膜などで被覆する。このような工程を経ることにより第１の実施形態の光電変換装置を得ることができる。
【００５６】
なお、量子ドット９としてＰｂＳ（硫黄化鉛）を用いる場合には、選択した元素（Ｐｂ）のオレイン酸溶液と硫黄を含む溶液（ここでは、Bis(trimethylsilyl)Sulfide溶液）とを約１２５℃に加温した後、冷却する方法を用いて作製する。
【００５７】
量子ドット９に形成する障壁層１３の厚みを変化させる際には、障壁層１３を形成するための有機分子として分子量の異なる有機分子を用いる。
【００５８】
以上、第１の実施形態の光電変換装置を例に説明したが、量子ドットの周囲を取り巻く障壁層の成分を変化させた量子ドット複合粒子１４を用いる第２の実施形態の光電変換装置については、上述したように、ＴＢＡＩとＥＤＴのように異なる有機分子を適用させる。
【００５９】
量子ドット９に含まれるドープ成分を変化させた量子ドット９を用いる場合には、例えば、シリコンの量子ドット９に原子価または原子量の異なる元素をドープしておいたものを用いる。ドープ成分となる元素としては、周期表第１１〜１６族に含まれる元素を適宜選択して適用する。こうして、第２〜第６の実施形態の光電変換装置も同様に作製することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・・・・・・・・・光電変換層
３Ａ、３Ｂ・・・・・・・電極層
５、７・・・・・・・・・半導体層
７Ａ、７Ｂ・・・・・・・量子ドット層
９・・・・・・・・・・・量子ドット
１１・・・・・・・・・・量子ドット集積膜
１３・・・・・・・・・・障壁層（配位子成分）
ＢＣ・・・・・・・・・・伝導帯のエネルギー準位
ＢＶ・・・・・・・・・・価電子帯のエネルギー準位
Ｅｆ・・・・・・・・・・フェルミ準位
ｈ・・・・・・・・・・・ホール
ｅ・・・・・・・・・・・電子
ΔＥ、ΔＥ１、ΔＥ２・・・エネルギー準位の差
２１・・・・・・・・・・ガラス基板
２３・・・・・・・・・・透明導電膜
２５・・・・・・・・・・酸化亜鉛膜
２７・・・・・・・・・・導体膜
【図１】
2017038698.tif 000003
【図２】
2017038698.tif 000004
【図３】
2017038698.tif 000005
【図４】
2017038698.tif 000006
【図５】
2017038698.tif 000007
【図６】
2017038698.tif 000008
【図７】
2017038698.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月11日(2017.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ／ｎ接合された２つの半導体層を光電変換層として備えており、前記２つの半導体層のうち少なくとも一方の前記半導体層が量子ドット集積膜であり、該量子ドット集積膜がＰ型であり、かつエネルギー準位の異なる２層以上の量子ドット層を備えており、前記量子ドット集積膜の前記ｐ／ｎ接合の面に近い方に、価電子帯のエネルギー準位ＢＶとフェルミ準位Ｅｆの差が大きな量子ドット層が配置されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
ｐ／ｎ接合された２つの半導体層を光電変換層として備えており、前記２つの半導体層のうち少なくとも一方の前記半導体層が量子ドット集積膜であり、該量子ドット集積膜がｎ型であり、かつエネルギー準位の異なる２層以上の量子ドット層を備えており、前記量子ドット集積膜の前記ｐ／ｎ接合の面に近い方に、伝導帯のエネルギー準位ＢＣとフェルミ準位Ｅｆの差が大きな量子ドット層が配置されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
前記量子ドット層は、量子ドットと、その周囲に配置された障壁層とを有し、２層以上の前記量子ドット層の間で、前記障壁層の成分および厚さのうち少なくとも一方が異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
２層以上の前記量子ドット層における前記障壁層の成分が無機質であることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項５】
２層以上の前記量子ドット層における前記障壁層の成分が有機質であることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記量子ドットが、該量子ドットの主成分とは異なる元素を含んでおり、該元素は、２層以上の前記量子ドット層の間で前記元素の原子価および前記元素の濃度のうち少なくとも一方が異なっていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の光電変換装置。
【国際調査報告】
2017038698.tif 000010
2017038698.tif 000011
2017038698.tif 000012
2017038698.tif 000013