光电转换层以及光电转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及光电转换层以及光电转换装置。
【背景技术】
[0002]作为节能并且省资源、清洁的能源，太阳能电池的开发正在积极进行。太阳能电池是利用光伏效应，将光能直接转换为电力的电力设备。作为太阳能电池，正在对有机薄膜太阳能电池、色素增感太阳能电池、多接合结构太阳能电池等进行研究。
[0003]其中，使用了量子点(纳米粒子)的太阳能电池(以下称作量子点型太阳能电池)作为理论上能够实现60%以上的转换效率的下一代的太阳能电池备受关注。以下，存在将太阳能电池称作光电转换装置的情况。
[0004]图18是表示下述的专利文献I所公开的现有的量子点型太阳能电池的例子的剖面示意图。在图18中，101表示基板，103表示P侧电极，105表示P型半导体层，107表示具有量子点D的光电转换层，109表示η型半导体层，111表示η侧电极。图18所示的现有的量子点型太阳能电池在P型半导体层105的上表面侧，依次形成了使量子点D分散的光电转换层107和η型半导体层109。这些光电转换层107以及η型半导体层109就观察剖面的形状而言，都形成厚度大致均匀的板状的结构，此外，这些各层都构成为配置成与η型半导体层105的表面平行。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1: JP特开2010-206004号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]然而，如图18所示，在光电转换层107的厚度在平面方向上大致均匀、η型半导体层109以与该光电转换层107大致平行的状态进行了配置那样的结构的情况下，存在通过了入射光侧的η型半导体层109的光113在光电转换层107的表面附近容易发生反射，难以提高吸光率这样的问题。因此，由于在量子点D中被激发的载流子(在图18中使用h作为表示空穴(ho I e)的符号)难以增加，因而能够提取为电流的电荷量减少，难以提高发电效率。
[0010]本发明鉴于上述课题而作，其目的在于提供一种吸光率较高、且能够提高发电效率的光电转换层以及具备该光电转换层的光电转换装置。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]本发明的光电转换层具备含量子点层，所述含量子点层具有多个量子点以及包围该量子点的阻挡部，在所述含量子点层的厚度方向的剖面，多个所述量子点沿着所述含量子点层的表面而相邻排列，提取该相邻的3个量子点，并描绘了连结位于两侧的2个量子点的所述表面侧的端部的直线时，具有位于中央的量子点从所述直线向所述表面侧突出了该位于中央的量子点的直径的1/2以上的突出量子点。
[0013]本发明的光电转换装置构成为具备具有上述光电转换层的光探测层。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明，能够得到吸光率高且能够提高发电效率的光电转换层以及具备该光电转换层的光电转换装置。
【附图说明】
[0016]图1(a)是表示光电转换层的第I实施方式的剖面示意图，(b)是(a)中的表面侧的部分放大图。
[0017]图2是部分地表不在第I实施方式的光电转换层中，从入射光侧俯视光电转换层的状态的平面示意图。
[0018]图3是表示光电转换层的第2实施方式的图，是表示由核壳结构的复合粒子构成了光电转换层的情况的剖面示意图。
[0019]图4是表示光电转换装置的第I实施方式的剖面示意图。
[0020]图5是表示光电转换装置的第2实施方式的剖面示意图。
[0021]图6(a)是表示光电转换层的第3实施方式的剖面示意图，(b)是表示了在量子点间范德华力起作用的状态的示意图。
[0022]图7是表示光电转换层的第4实施方式的图，是表示配置于含量子点层的厚度方向的上层以及下层的复合粒子的平均粒径比中央层小的情况的剖面示意图。
[0023]图8是表示光电转换层的第5实施方式的剖面示意图。
[0024]图9是表示光电转换装置的第3实施方式的剖面示意图。
[0025]图10是部分地表示光电转换层与集电层的界面附近的剖面示意图。
[0026]图11是表示集电层的厚度方向的剖面为山切割状的剖面示意图。
[0027]图12是表示从入射光侧俯视集电层的状态的示意图。
[0028]图13是表示将集电层配置为夹持光电转换层的情况的剖面示意图。
[0029]图14是表示光电转换装置的第4实施方式的图，是在2个集电层间配置了光电转换层的剖面示意图。
[0030]图15是表示光电转换装置的第5实施方式的图，是表示配置于2个集电层间的光电转换层构成为在包含量子点的光电转换层的上下配置P型半导体层以及η型半导体层的情况的剖面示意图。
[0031]图16是表示光电转换装置的第6实施方式的图，是表示光电转换层由具有凹凸的接合层和具有凹凸的η侧电极夹持的结构的剖面示意图。
[0032]图17是表示量子点的其他实施方式的剖面示意图。
[0033]图18是表示现有的量子点型太阳能电池的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0034]图1(a)是表示光电转换层的第I实施方式的剖面示意图，(b)是(a)中的表面侧的部分放大图。第I实施方式的光电转换层I具备具有多个量子点3以及包围量子点3的阻挡部4(势皇层)的含量子点层5。在此，该含量子点层5在多个量子点3平坦地排列的表面上，具有配置为多个量子点3粘接或者单独形成凸部的量子点3。
[0035]根据图1(b)，第I实施方式的光电转换层I在含量子点层5的厚度方向的剖面中，多个量子点3沿着该含量子点层5的表面7在平面方向上相邻排列，提取沿着表面7排列的3个量子点3，描绘了连结位于两侧的2个量子点3、3的表面7侧的端部的直线L时，具有位于中央的量子点3从直线L向表面7侧突出了该位于中央的量子点3的直径D的1/2以上的突出量子点3a ο
[0036]换言之，位于两侧的2个量子点3间的量子点3之中的从直线L突出了其直径D的1/2以上的量子点为突出量子点3a。以下，将处在位于两侧的2个量子点3、3间的中央、且突出了量子点3的直径D的1/2以上的量子点3作为突出量子点3a。此外，有时将从含量子点层5中除去突出量子点3a以外的部分称作基础部5a。
[0037]通常，在太阳光等光朝向光电转换层入射过来的情况下，由于在光电转换层的表面发生反射，因此难以将所入射的光取入到光电转换层的内部。
[0038]相对于此，在该光电转换层I中，太阳光等光9朝向光电转换层I的表面7入射，即使在作为母体的含量子点层5的表面7发生反射，该光9(反射光)也会由位于含量子点层5的表面7的突出量子点3a再次反射。因此，在含量子点层5的表面7处发生了一次反射的光9的一部分也能够取入到光电转换层1(含量子点层5)内，因而能够与由突出量子点3a反射并入射到光电转换层I内的光9的量相应地提高吸光率，结果，能够使发电效率得到提高。
[0039]此外，在第I实施方式的光电转换层I中，突出量子点3a期望配置为在含量子点层5的表面7中在平面方向上间隔开。若将突出量子点3a配置为在含量子点层5的表面7在平面方向上间隔开，则能够增加存在于含量子点层5的表面7的突出量子点3a的表面积，因此能够以更高的概率使由含量子点层5反射的光9向含量子点层5侧再次反射。在该情况下，更期望的是突出量子点3a彼此在含量子点层5的表面7不互相接触而是以各自孤立的状态存在。
[0040]此外，在第I实施方式的光电转换层I中，含量子点层5中的量子点3与突出量子点3a期望具有相同的主要成分。
[0041 ]若形成含量子点层5的量子点3与突出量子点3a具有相同的主要成分，贝Ij在将含量子点层5中的量子点3以及突出量子点3a—体化来构成光电转换层I时，从各量子点3、3a产生的载流子(电子、空穴)的波函数的波长、振幅变得比较接近，由此示出相干的传导性。结果，能够使光电转换层I中的电荷量增大。
[0042]另外，含量子点层5中的量子点3以及突出量子点3a的存在状态、以及突出量子点3a的直径通过光电转换层I的厚度方向的剖面照片来进行评价。具体来说，通过透射电子显微镜对含量子点层5的厚度方向的剖面进行拍摄，在所拍摄到的照片中，如图1(b)所示，沿着含量子点层5的表面7，提取在平面方向上相邻排列的3个量子点3。接着，描绘连结位于两侦啲2个量子点3、3的表面7侧的端部(上端侧)的直线L。接着，求取位于中央的量子点3从直线L突出的比例。
[0043]图2是部分地表不在第I实施方式的光电转换层I中，从入射光侧俯视光电转换层I的状态的平面示意图。在图2中，I条曲线示意性地示出了在含量子点层5的表面7排列了多个突出量子点3a的状态，多个曲线的间隔的差异表不所排列的突出量子点3a的列的间隔不同。
[0044]光电转换层I的表面7的突出量子点3a排列的形状也可以如图2所示那样为曲线状。在突出量子点3a排列的形状为曲线状的情况下，由于在从光9的入射光侧俯视含量子点层5时，突出量子点3a排列的方向成为根据平面内的场所而发生了各种变化的状态，因此即使太阳光9入射的方向、入射角发生变化，突出量子点3a中的一部分也会成为在相对于太阳光9入射的方向垂直的方向上排列的朝向(图2中相对于太阳光9的箭头大致垂直的方向)。结果，无论光9从哪个方向入射到含量子点层5，都能够在突出量子点3a排列的列的某处，使该反射的光9再次反射。如此能够更多地增加吸光率、以及由此激发的载流子(电子、空穴)数。
[0045]图3是表示光电转换层I的第2实施方式的图，是表示由核壳结构的量子点3来构成了光电转换层I的情况的剖面示意图。
[0046]如图3所示，第2实施方式的光电转换层I由以量子点3为核部C而阻挡部4成为呈圆环状围绕核部C的周围的壳部S的核壳型的复合粒子P构成。若将量子点3和阻挡部4设为核壳型的复合粒子P的形态，则能够将形成在作为核部C的半导体粒子的周围的阻挡部4(壳部S)的厚度t设为大致相等。由此能够使隔着阻挡部4而配置的量子点3(核部C)的间隔更均匀。若围绕量子点3 (核部C)的阻挡部4 (壳部S)的厚度t更均等，则即使在入射到光电转换层I的光9的角度(入射角)发生了变化的情况下，也由于在量子点3(核部C)中所形成的载流子容易呈放射状而非向集中的方向传导，因而例如在后述的光电转换装置(例