(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドット層と接合層とが交互に積層されており、複数の前記量子ドット層は、バンドギャップが異なる量子ドット層を２層以上有し、複数の前記量子ドット層内に、該量子ドット層の厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部が設けられており、複数の前記量子ドット層のうち光の入射面側に位置する前記量子ドット層の厚みが、光の出射面側に位置する前記量子ドット層の厚みよりも薄く、かつ、光の入射面側に位置する前記量子ドット層のバンドギャップが、光の出射面側に位置する前記量子ドット層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする量子ドット太陽電池。
【請求項２】
複数の前記量子ドット層のうち光の入射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の前記厚み方向における高さが、光の出射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の前記厚み方向における高さよりも低いことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット太陽電池。
【請求項３】
量子ドット層と接合層とが交互に積層されており、複数の前記量子ドット層は、バンドギャップが異なる量子ドット層を２層以上有し、複数の前記量子ドット層内に、該量子ドット層の厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部が設けられており、複数の前記量子ドット層のうち光の入射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の前記厚み方向における高さが、光の出射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の前記厚み方向における高さよりも低いことを特徴とする量子ドット太陽電池。
【請求項４】
前記量子ドット層は、ｎ型の量子ドットとｐ型の量子ドットとを有しており、前記キャリア収集部に近い側にｎ型の量子ドットが配置され、該ｎ型の量子ドットの周囲にｐ型の量子ドットが配置される構成と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量子ドット太陽電池。
【請求項５】
量子ドット層と接合層とが交互に積層されており、複数の前記量子ドット層は、バンドギャップが異なる量子ドット層を２層以上有し、複数の前記量子ドット層内に、該量子ドット層の厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部が設けられており、前記量子ドット層は、ｎ型の量子ドットとｐ型の量子ドットとを有しており、前記キャリア収集部に近い側にｎ型の量子ドットが配置され、該ｎ型の量子ドットの周囲にｐ型の量子ドットが配置される構成となっていることを特徴とする量子ドット太陽電池。
【請求項６】
前記キャリア収集部は、前記接合層に設けられ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量子ドット太陽電池。
【請求項７】
前記キャリア収集部は、複数の前記接合層にそれぞれ設けられてい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量子ドット太陽電池。
【請求項８】
複数の前記量子ドット層のうち光の入射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の径が、光の出射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の量子ドット太陽電池。
【請求項９】
前記キャリア収集部は、前記接合層側を一方端部とし、前記接合層とは反対側に位置し、開放端となっている側を他方端部としたときに、前記キャリア収集部は、前記他方端部側の径が前記一方端部側の径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の量子ドット太陽電池。
【請求項１０】
前記キャリア収集部の径は、前記一方端部から前記他方端部に向かうに従って小さくなっていることを特徴とする請求項９に記載の量子ドット太陽電池。
【請求項１１】
前記キャリア収集部は、前記開放端が凸状の曲面をなしていることを特徴とする請求項９または１０に記載の量子ドット太陽電池。
【請求項１２】
前記キャリア収集部は、表面に凹凸を有していることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれかに記載の量子ドット型太陽電池。
【請求項１３】
前記量子ドット層の入射面側に透明導電膜とガラス基板とを、この順に備えていることを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれかに記載の量子ドット太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドット太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より使用されている太陽電池の受光層には、主に、バルク結晶と同じエネルギーバンド構造を有する半導体結晶のｐ−ｎ接合あるいはｐ−ｉ−ｎ接合構造が適用されている。
このような構造に対して、近年、受光層に量子ドットを用いて、光電変換効率の向上や受光波長帯域の制御など、より高性能化を図るという提案がなされている。
【０００３】
量子ドットは、通常、その周囲を、量子ドット自身のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する障壁層によって囲まれている。このため、理論的には、電子のフォノン放出によるエネルギー緩和が起こりにくく、キャリアが消滅し難いと考えられている。
【０００４】
しかしながら、量子ドットを集積させて量子ドット層を形成した場合には、量子ドット内に生成したキャリアは、障壁層を含む量子ドット層内に存在する欠陥と結合して消滅しやすく、これによりキャリアの密度が低下し、電極まで到達できる電荷量の低下が起こり、光電変換効率を高められないという問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、近年、量子ドット層内において、キャリアの集電性を高めるための構造が種々提案されている。例えば、特許文献１には、図９に示すように、量子ドット層１０１内に、ナノロッドと呼ばれる柱状のキャリア収集部１０３を配置させた例が示されている。
【０００６】
ところが、特許文献１に開示された発明は、量子ドット層が１層であったため、ほぼ単一のバンドギャップに対応する波長の光だけを吸収する構成となっていることから、この構造においても光電変換効率の向上は厳しく、より高い光電変換効率の得られる量子ドット太陽電池の出現が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３７９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明は、キャリアの集電性に優れ、光電変換効率を高めることのできる量子ドット太陽電池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】
【０００９】
本発明の量子ドット太陽電池は、量子ドット層と接合層とが交互に積層されており、複数の前記量子ドット層は、バンドギャップが異なる量子ドット層を２層以上有し、複数の前記量子ドット層内には、該量子ドット層の厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部が設けられており、複数の前記量子ドット層のうち光の入射面側に位置する前記量子ドット層の厚みが、光の出射面側に位置する前記量子ドット層の厚みよりも薄く、かつ、光の入射面側に位置する前記量子ドット層のバンドギャップが、光の出射面側に位置する前記量子ドット層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の量子ドット太陽電池は、量子ドット層と接合層とが交互に積層されており、複数の前記量子ドット層は、バンドギャップが異なる量子ドット層を２層以上有し、複数の前記量子ドット層内には、該量子ドット層の厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部が設けられており、複数の前記量子ドット層のうち光の入射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の前記厚み方向における高さが、光の出射面側に位置する前記量子ドット層内の前記キャリア収集部の前記厚み方向における高さよりも低いことを特徴とする。
また、本発明の量子ドット太陽電池は、量子ドット層と接合層とが交互に積層されてお
り、複数の前記量子ドット層は、バンドギャップが異なる量子ドット層を２層以上有し、複数の前記量子ドット層内に、該量子ドット層の厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部が設けられており、前記量子ドット層は、ｎ型の量子ドットとｐ型の量子ドットとを有しており、前記キャリア収集部に近い側にｎ型の量子ドットが配置され、該ｎ型の量子ドットの周囲にｐ型の量子ドットが配置される構成となっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、キャリアの集電性に優れ、光電変換効率を高めることのできる量子ドット太陽電池を得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本発明の量子ドット太陽電池の一実施形態を部分的に示す断面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】本実施形態の他の態様を示すものであり、キャリア収集部が接合層の上下両面に設けられている形態を示す断面模式図である。
【図３】本実施形態の他の態様を示すものであり、複数積層された量子ドット層の厚みおよび量子ドット層の厚み方向のキャリア収集部の高さが異なっている形態を示す断面模式図である。
【図４】本実施形態の他の態様を示すものであり、複数積層された量子ドット層のキャリア収集部の径が異なっている形態を示す断面模式図である。
【図５】本実施形態の他の態様を示すものであり、光の出射面側から光の入射面側に向けて、キャリア収集部の径が小さくなっている形態を示す断面模式図である。
【図６】（ａ）は、本実施形態の量子ドット型太陽電池の他の態様を部分的に示す断面模式図であり、側面に凹凸を有するキャリア収集部を示すものである。（ｂ）は、（ａ）を部分的に拡大した模式図である。
【図７】本実施形態の他の態様を示すものであり、量子ドットがｎ型の量子ドットとｐ型の量子ドットとから構成されており、キャリア収集部側にｎ型の量子ドットが配置され、ｎ型の量子ドットの周囲にｐ型の量子ドットが配置される形態を示す断面模式図である。
【図８】本実施形態の量子ドット太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図９】従来の量子ドット太陽電池を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の量子ドット太陽電池の一実施形態を部分的に示す断面模式図である。ここでは量子ドット層１、３が２層構造のものを一例として示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、量子ドット層１、３が３層以上となったものにも適用される。
【００１３】
図１に示す量子ドット太陽電池は、量子ドット層１、３と接合層５とが交互に積層された構成となっている。ここで、２層の量子ドット層１、３は、バンドギャップが互いに異なっている。なお、バンドギャップが異なるというのは、２層の量子ドット層１、３間で０．２ｅｖ以上の差を有している場合をいう。また、これらの量子ドット層１、３内には、接合層５から量子ドット層１、３の厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部７を有している。図１では、量子ドット層１の上層側に透明導電膜に相当する導体層９およびガラス基板１０を設け、一方、量子ドット層３の下層側には接合層５、支持体１１を設けた構成を示している。この場合、ガラス基板１０の上面側が光の入射面１３ａ側となり、支持体１１の下面側が光の出射面１３ｂ側となる。図１（ａ）では、キャリア収集部７と接合層５とは一体化した構造を示しているが、キャリア収集部７と接合層５とは、異なる材料によって形成されていても良い。なお、光の入射面１３ａ側であるガラス基板１０の表面や光の出射面１３ｂ側である支持体１１の下面には、保護層や反射防止材などが設けられる場合がある。
【００１４】
本実施形態の量子ドット太陽電池によれば、量子ドット層１、３が２層以上に積層された構造であることから、量子ドット層１、３によって異なるバンドギャップを有する光吸収層を形成することができる。これにより、吸収できる光の波長の範囲を広げることが可能となる。
【００１５】
本実施形態の量子ドット太陽電池では、これに加えて、積層された量子ドット層１、３の各層に厚み方向に延伸してなる柱状のキャリア収集部７を有していることから、量子ドット層１、３内に生成したキャリアは、量子ドット層１、３内において消滅する前に、キ
ャリア収集部７によって効率良く捕獲される。
【００１６】
本実施形態の量子ドット太陽電池は、これにより吸収できる光の波長の範囲が広く、かつ、キャリアの収集効率を高められるために、高い光電変換効率を得ることが可能となる。
【００１７】
ここで、量子ドット層１、３を構成する量子ドット１５およびキャリア収集部７は、いずれも半導体材料によって形成されており、量子ドット１５の一部はキャリア収集部７に接触した状態で緻密に充填された状態となっている。また、キャリア収集部７を光の入射面１３ａ側から見たときの形状、すなわち、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面形状は、図１（ｂ）に示すような円形状だけではなく、多角形状であっても良い。
【００１８】
また、キャリア収集部７は、量子ドット層１、３の面内にほぼ等間隔に立接して配置されていることが望ましい。キャリア収集部７が量子ドット層１、３の面内にほぼ等間隔に配置されていると、量子ドット層１、３内に充填されている量子ドット１５からキャリア収集部７までの距離のばらつきを小さくできることから、各量子ドット１５からキャリア収集部７までのキャリアの移動距離をほぼ均等にできる。これによりキャリアが局部的に消滅する領域を減少させることができ、均質に発電する素子にすることができる。
【００１９】
図２は、本実施形態の他の態様を示すものであり、キャリア収集部が接合層の上下両面に設けられている形態を示す断面模式図である。
【００２０】
図１（ａ）に示す量子ドット太陽電池は、キャリア収集部７が、量子ドット層１、３の層間および量子ドット層３と支持体１１との層間に設けた接合層５のそれぞれから量子ドット層１、３の厚み方向に延伸するように設けられた構成であるが、本発明はこれに限らず、図２に示すように、キャリア収集部７が接合層５の上下両面に対向するように配置された構成となっている場合にも同様の効果を発揮できる。
【００２１】
さらには、このキャリア収集部７は、図１、図２に示したような接合層５と一体化された構造に限らず、例えば、導体層９など、量子ドット１５に接している部材上に設けられていても同様の効果を得ることが可能である。
【００２２】
図３は、本実施形態の他の態様を示すものであり、複数積層された量子ドット層１、３は、光の入射面１３ａ側から光の出射面１３ｂ側に向けて、厚みｔ１、ｔ２が厚くなっているとともに、キャリア収集部７の量子ドット層１、３の厚み方向における高さＨ１、Ｈ２が高くなっている形態を示す断面模式図である。
【００２３】
本実施形態の量子ドット太陽電池では、複数の量子ドット層１、３は、光の入射面１３ａ側に配置されたものの方が、光の出射面１３ｂ側に配置されたものよりも厚みが薄く、かつバンドギャップが大きいことが望ましい。
【００２４】
複数の量子ドット層１、３が積層されている構成において、光の入射面１３ａ側に厚み（図１ではｔ１と表記）が薄く、かつバンドギャップの大きい量子ドット層１を配置し、光の出射面１３ｂ側に量子ドット層１に比べて、厚み（図１ではｔ２と表記）が厚く、かつバンドギャップの小さい量子ドット層３を配置した構成にすると、光が量子ドット層１、３に入ってから到達距離の短い短波長光は厚みの薄い量子ドット層１において吸収されやすくなり、一方、到達距離の長い長波長光は厚みの厚い量子ドット層３において吸収されやすくなる。これにより量子ドット層１、３を多層化した際にも、量子ドット層１、３の各量子ドット層において吸収されなかった光をいずれかの量子ドット層１、３において吸収することができる。その結果、短波長光における電子−電子散乱によるフォノン放出
による熱エネルギー損失や長波長光における透過損失をそれぞれ低減でき、光電変換効率をさらに高めることができる。
【００２５】
この場合、キャリア収集部７は、光の出射面１３ｂ側に配置された量子ドット層３内に形成されたものの方を、光の入射面１３ａ側に配置された量子ドット層１内に形成されたものよりも高さを高くしておくのが良い（図１では、Ｈ１＜Ｈ２）。キャリア収集部７の高さを量子ドット層１、３のそれぞれの厚みｔ１、ｔ２に対応する高さ（Ｈ１、Ｈ２）の関係にすると、量子ドット層１、３内において、接合層５から離れた領域に生成したキャリアについてもキャリアを効率良くキャリア収集部７に捕獲させることができる。ここで、キャリア収集部７の高さＨ１、Ｈ２とは、図３に従うと、量子ドット層１、３内の厚み方向の長さとなる。
【００２６】
図４は、本実施形態の他の態様を示すものであり、２層積層された量子ドット層１、３の、キャリア収集部７の径Ｄ１、Ｄ２が異なっている形態を示す断面模式図である。また、本実施形態の量子ドット太陽電池では、キャリア収集部７は、光の出射面１３ｂ側に配置された量子ドット層３内に形成されたものの方を、光の入射面１３ａ側に配置された量子ドット層１内に形成されたものよりも、径Ｄを大きくしてあるのが良い（図１では、Ｄ１＜Ｄ２）。キャリア収集部７の径Ｄについて、光の出射面１３ｂ側に配置された量子ドット層３内に形成されたキャリア収集部７の径Ｄ２を、光の入射面１３ａ側に配置された量子ドット層１内に形成されたキャリア収集部７の径Ｄ１よりも大きくした構成にすると、量子ドット層３内の量子ドット１５をより多くキャリア収集部７に接触させることができるとともに、量子ドット層１内のキャリア収集部７に比較して、キャリア収集部７の導体抵抗も低くなることから、量子ドット層１側に比べて、バンドギャップが小さく、これが原因でキャリアの持つエネルギーが低く、消滅しやすくなっている場合でも、キャリアの収集効率の高い量子ドット層３とすることができる。この場合、径とは、キャリア収集部７を、図１（ａ）のように切断したときのキャリア収集部７の断面の最大径であり、キャリア収集部７の１／２の高さ（Ｈ１／２、Ｈ２／２）における径とする。
【００２７】
図５は、本実施形態の他の態様を示すものであり、光の出射面１３ｂ側から光の入射面１３ａ側に向けて、キャリア収集部の径が小さくなっている形態を示す断面模式図である。また、本実施形態の量子ドット太陽電池では、キャリア収集部７は、接合層５側とは反対側に位置する他方端７ａｐが開放端となっているのが良い。この場合、他方端７ａｐ側の径Ｄ３が一方端７ａｓ側の径Ｄ４よりも小さくなっていることが望ましい。ここで、他方端７ａｐ側の径Ｄ３は、他方端７ａｐの先端から一方端７ａｓ側に量子ドット１５で例えば３個ほど入った箇所であり、一方端７ａｓ側の径Ｄ４は接合層５の表面から他方端７ａｐ側に量子ドット１５で３個ほど入った箇所である。キャリア収集部７がこのような断面形状であると、キャリア収集部７の他方端７ａｐから一方端７ａｓを経る接合層５までの経路において、キャリアが移動するときのコンダクタンスを高くすることができる。これによりキャリア収集部７内でのキャリアの移動度を高めることができ、量子ドット層１、３における光電変換効率をさらに高めることができる。また、キャリア収集部７の径が一方端７ａｓ側で大きいことから、キャリア収集部７が接合層５上において強固に接続されたものとなり、耐久性の高い量子ドット層１、３を得ることができる。ここで、他方端７ａｐが開放端になっているというのは、近接する接合層５と接しておらず、図５に示すように、キャリア収集部７の先端部（他方端７ａｐ）と接合層５との間に量子ドット１５が存在し得るような領域を形成できる状態を言う。
【００２８】
キャリア収集部７の一方側が開放端になっていると、キャリア収集部７の開放端となっている端面にまで量子ドット１５を接触させることが可能となり、量子ドット１５とキャリア収集部７との接触面積が大きくなることから、キャリア収集部７に集めることのできるキャリア数を増やすことができる。この場合、図５に示すように、キャリア収集部７の他方端７ａｐの先端が凸状の曲面を成していることが望ましい。
【００２９】
図６（ａ）は、本実施形態の量子ドット型太陽電池の他の態様を部分的に示す断面模式図であり、図６（ｂ）に示すように、表面７ａに凹凸ＯＴを有するキャリア収集部７を示すものである。（ｂ）は、（ａ）の一部分を拡大した模式図である。
【００３０】
本実施形態の量子ドット太陽電池において、キャリア収集部７の表面７ａが凹凸ＯＴを有する形状であるときには、キャリア収集部７の径Ｄが大きく変化する分だけ、柱状のキャリア収集部７における側面７ａの表面積を増やすことができる。これにより量子ドット１５との接触面積をさらに大きくすることができ、量子ドット層１、３における光電変換効率をさらに高めることができる。この場合、キャリア収集部７の表面７ａとは、キャリア収集部７が延伸している方向に沿った面のことを言い、いわゆる、キャリア収集部７の側面となる面のことである。凹凸ＯＴの部分の山折れ部ＹＡおよび谷折れ部ＴＡはいずれもなだらかに変化しており、断面視したときに円弧状になっていることが望ましい。さらには、キャリア収集部７が接続された接合層５の表面も量子ドット１５の形状に沿うように凹凸ＯＴを有する表面形状であることが望ましく、この場合、接合層５の表面もキャリア収集部７の側面７ａと同様、断面視したときの凹凸ＯＴ部分の形状は円弧状であることが好ましい。
【００３１】
図７は、本実施形態の他の態様を示すものであり、量子ドット１５がｎ型の量子ドット１５ｎとｐ型の量子ドット１５ｐとから構成されており、キャリア収集部７に近い側にｎ型の量子ドット１５ｎが配置され、ｎ型の量子ドット１５ｎの周囲にｐ型の量子ドット１５ｐが配置される構成となっていることを示す断面模式図である。
【００３２】
通常、量子ドット１５は、光のエネルギーを受けることによって、量子ドット１５内に存在していた電子が伝導性を有するレベルまで励起されると同時に、正孔が形成されて、これらがキャリアとなって光電変換が起こる。このとき、図７に示すように、量子ドット層１、３内を、キャリア収集部７側からｎ型の量子ドット１５ｎにより構成される層とｐ型の量子ドット１５ｐにより構成される層とを積層した構成にすると、ｎ型の量子ドット１５ｎおよびｐ型の量子ドット１５ｐのそれぞれに移動できる電子および正孔が生成したときに、電子および正孔はそれぞれｎ型の量子ドット１５ｎおよびｐ型の量子ドット１５ｐの方により移動しやすくなり、これによりキャリアの集電性をさらに高めることができる。
【００３３】
図７では、キャリア収集部７側にｎ型の量子ドット１５ｎを配置した構成を示しているが、これとは反対に、キャリア収集部７側にｐ型の量子ドット１５ｐを配置した構成でも同様の光電変換特性を得ることができる。
【００３４】
上記した量子ドット層１、３を構成する量子ドット１５の材料としては、種々の半導体材料が適用されるが、そのエネルギーギャップ（Ｅｇ）としては、０．１５〜２．５０ｅｖを有するものが好適である。具体的な半導体材料としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、硫黄（Ｓ）、鉛（Ｐｂ）、テルル（Ｔｅ）およびセレン（Ｓｅ）から選ばれるいずれか１種またはこれらの化合物半導体を用いることが望ましい。
【００３５】
また、上記した量子ドット１５においては、電子の閉じ込め効果を高められるという理由から量子ドット１５の表面に障壁層（バリア層）を有していてもよい。障壁層は量子ドット１５となる半導体材料に比較して２〜１５倍のエネルギーギャップを有している材料が好ましく、エネルギーギャップ（Ｅｇ）が１．０〜１０．０ｅｖを有するものが好まし
い。なお、量子ドット１５が表面に障壁層を有する場合には、障壁層の材料としては、Ｓｉ、Ｃ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｓ、ＩｎおよびＳｅから選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物（半導体、炭化物、酸化物、窒化物）が好ましい。
【００３６】
接合層５およびキャリア収集部７の材料としては、量子ドット１５よりも電気抵抗の低い材料であれば、上記した半導体材料を適用することが可能であるが、アスペクト比の大きいキャリア収集部７を形成できるという点で酸化亜鉛を主成分とするものが好ましい。この場合、接合層５およびキャリア収集部７は、同じ組成を有する半導体材料が好適であるが、異なる組成の半導体材料であっても良い。
【００３７】
次に、本実施形態の量子ドット太陽電池の製造方法について説明する。図８は、本実施形態の量子ドット太陽電池の製造方法を示す工程図である。まず、支持体１１となる平板状の基材２１（ここではガラス基板、セラミック基板、有機樹脂基板のいずれでも良い）を準備する。次に、図８（ａ）に示すように、基材２１の一方の主面に、接合層５となる半導体膜２３を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、この上面にキャリア収集部７となる部分を覆うマスクパターン２５を置き、他の部分をエッチング法により除去することによって、キャリア収集部７を備えた接合層５を形成する。接合層５の両面にキャリア収集部７を形成する場合には、片面側にキャリア収集部７を形成した後に、基材２１を取り除き、基材２１を取り除いた側の半導体膜２３の表面に同様にエッチング法を適用して作製する。接合層５およびキャリア収集部７の成分を溶解するには液体を用いるエッチング法やガス照射によるエッチング法を用いる。半導体膜２３の形成は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor deposition）法およびＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）
法などの物理的成膜法の他に、半導体膜２３の成分を含む溶液を基材２１の表面に塗布した後に加熱を行う方法などを用いることによって形成することができる。
【００３８】
次に、図８（ｃ）に示すように、形成したキャリア収集部７の周囲に量子ドット１５となる半導体粒子２７を充填し、緻密化処理を行うことによって量子ドット層１、３を形成する。半導体粒子を充填する方法としては、半導体粒子２７を含む溶液をスピンコート法や沈降法などが好適なものとして選ばれる。緻密化処理には、キャリア収集部７の周囲に半導体粒子２７を充填した後に、加熱もしくは加圧、あるいはこれらを同時に行う方法が採られる。量子ドット層１、３の厚みは堆積させる半導体粒子２７の量によって調整する。量子ドット層１、３を多層化する場合には、図８（ａ）における半導体膜を形成する工程から図８（ｂ）および図８（ｃ）に至る工程を繰り返す。
【００３９】
最後に、量子ドット層１の上面側に透明導電膜となる導体層９を形成し、必要に応じてガラス基板１０を当接させ接着させることによって、図１に示すような本実施形態の量子ドット太陽電池を得る。以上、図１に示した量子ドット型太陽電池を例として述べたが、図２〜７に示す量子ドット型太陽電池も同様の製法によって得ることができる。キャリア収集部７を図３〜６に示す形状にする場合には、半導体膜２３をエッチングする際の条件やキャリア収集部７に対応するマスクパターン２５のサイズを段階的に変化させる方法などを適宜組み合わせる。図７に示す量子ドット層１、３を形成する場合には、ｎ型およびｐ型の半導体粒子２７を用意しておき、順に充填する方法を採る。
【００４０】
以上より得られる量子ドット太陽電池は、多層化されたそれぞれの量子ドット層１、３内に、キャリア収集部７を備えているために、キャリアの伝導性が高まり、光電変換効率を高めることができる。
【００４１】
以上、本発明について、図１〜図７を基に説明したが、本発明は、量子ドット層を３層以上有する形態にも同様に適用される。この場合、３層以上の量子ドット層のバンドギャップはそれぞれ異なっている必要はなく、バンドギャップの異なる量子ドット層が少なく
とも２層含まれていれば同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１、３・・・・・・・・・量子ドット層
５・・・・・・・・・・・接合層
７・・・・・・・・・・・キャリア収集部
７ａｓ・・・・・・・・・（キャリア収集部の）一方端
７ａｐ・・・・・・・・・（キャリア収集部の）他方端
９・・・・・・・・・・・導体層
１１・・・・・・・・・・支持体
１３ａ・・・・・・・・・光の入射面
１３ｂ・・・・・・・・・光の出射面
１５・・・・・・・・・・量子ドット
１５ｎ・・・・・・・・・ｎ型の量子ドット
１５ｐ・・・・・・・・・ｐ型の量子ドット
２１・・・・・・・・・・基材
２３・・・・・・・・・・半導体膜
２５・・・・・・・・・・マスクパターン
２７・・・・・・・・・・半導体粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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