CN103782394A - 太阳能电池和该太阳能电池的制造方法 - Google Patents

太阳能电池和该太阳能电池的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103782394A
CN103782394A CN201280041154.4A CN201280041154A CN103782394A CN 103782394 A CN103782394 A CN 103782394A CN 201280041154 A CN201280041154 A CN 201280041154A CN 103782394 A CN103782394 A CN 103782394A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
quantum dot
solar cell
electron supplying
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280041154.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103782394B (zh
Inventor
村山浩二
野村雅信
岩田康嗣
富田加奈子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN103782394A publication Critical patent/CN103782394A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103782394B publication Critical patent/CN103782394B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H01L31/035218—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum dots
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

在基板(1)上形成由Al—Nd等构成的阴极(2)，并且在阴极(2)的主面上依次形成由n型Si等构成的电子输送层(3)、由石墨烯等构成的量子点排列层(4)、量子点层(5)、由p型Si等构成的空穴输送层(6)、以及由ITO等构成的阳极(7)，并且在所述阳极(7)上形成了引出电极(8a)、(8b)使得该阳极(7)的至少一部分表面露出。对于量子点层(5)，量子点由Si团簇粒子形成，并且该Si团簇粒子被三维地周期排列，对于Si团簇粒子，平均粒径为3nm以下，Si团簇粒子彼此的粒子间距离为1nm以下。由此实现吸收系数良好且载流子输运特性优异、能量变换效率良好的高效率的太阳能电池及其制造方法。

Description

太阳能电池和该太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池和该太阳能电池的制造方法，更详细来说涉及通过由量子点的集合体形成的量子点层来吸收太阳光，并将光能变换为电能的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
随着对天然可再生能源的兴趣的增长，利用了太阳光发电的太阳能电池逐渐引人注目。特别是，使用资源量丰富且能实现省资源／低成本化的硅(以下，称为“Si”)系材料的Si系太阳能电池的开发非常盛行。
这类Si系太阳能电池将由p型Si系材料形成的p型半导体与由n型Si系材料形成的n型半导体相接合而形成了pn接合。然后，若对形成于pn接合的界面的耗尽层照射太阳光，则载流子被激发而产生光电流，并进行光电变换以输出到外部。
但是，这样的pn接合型的Si系太阳能电池的能量变换效率在理论上，最大也才约30％非常之低，因此需要实现一种低成本且具有更大的能量变换效率的太阳能电池。
因此，使Si量子点层介于所述p型半导体与所述n型半导体之间的Si量子点太阳能电池最近正引起关注。
该Si量子点太阳能电池通过将量子力学的理论应用于纳米技术，尽可能有效地利用太阳光谱，由此能实现变换效率的大幅提高，并被认为非常有希望成为下一代太阳能电池。
在这类Si量子点太阳能电池中，作为量子点结构体的制作方法，例如已知在非专利文献1所记载的方法。
该非专利文献1提供了关于分散在SiO2基质(matrix)中的Si纳米结晶的残留应力的报告，将无定形硅(a-Si)层与二氧化硅(SiO2)层交替地层叠，并在1100℃程度的温度下进行热处理。然后，由此以a-Si层的Si析出并分散在SiO2基质中的形态得到Si量子点。
此外，非专利文献2关于用于串联型的太阳光发电单元的Si量子点纳米结构进行了报告。
在该非专利文献2中，将SiO2层与富硅氧化物(SRO)层交替地层叠，在氮气气氛下，在1050～1150℃的温度下进行热处理，由此以SRO层中的Si析出并与非专利文献1同样地分散在SiO2基质中的形态得到Si量子点。
此外，在该非专利文献2中，还报告了能够取代SiO2层而使用氮化硅(Si3N4)层或碳化硅(SiC)层。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：T.Arguirov et a1.、“Residual stress in Si nanocrystalsembedded in a SiO2matrix”、Applied Physics Letters、89、053111(2006)pp.6748-6756
非专利文献2：G.Conibeer et.a1.、“Silicon quantum dot nanostructuresfor tandem photovoltaic cells”、Thin Solid Films、516(2008)pp.6748-6756
发明内容
发明要解决的课题
不过，Si量子点太阳能电池为了实现较高的能量变换效率，需要在量子点内产生的激子高效地分离成载流子，并且具有良好的载流子输运特性，因此优选量子点的平均粒径微小，并且各量子点的粒子之间尽可能接近。
但是，在非专利文献1、非专利文献2的方法中，将a-Si层或SRO层与SiO2层交替地层叠，并进行热处理从而使Si粒子析出，由此形成了量子点。因此，难以将粒子间距离控制为一样，例如存在隔开有5nm以上的间隔距离Si量子点散布的情况。此外，也难以控制Si量子点的粒径，有可能混合存在粒径大的Si量子点。因此处于还未能获得有效地利用了Si量子点的特性的所希望的高能量变换效率的状况。
而且，在非专利文献1以及非专利文献2中，由于将a-Si层或SRO层与SiO2层交替地层叠之后，在高温下进行热处理，因而在对单层状的Si量子点层层叠多个的情况下，存在导致工序增加、缺乏生产性这种问题点。
本发明鉴于这样的情况而作出，目的在于提供一种吸收系数良好且载流子输运特性优异、能量变换效率良好的高效率的太阳能电池以及该太阳能电池的制造方法。
解决课题的手段
本发明的发明者们作为量子点结构体着眼于硅团簇(以下，称为“Si团簇”)而进行了潜心研究，结果发现若将Si团簇粒子微细化成平均粒径成为3nm以下，则Si团簇粒子具有由具有与Si纳米结晶相同的正四面体金刚石结构的核部和具有笼形结构的表层的壳部构成的核-壳结构。于是，得出了如下这样的见解：该微细化后的Si团簇粒子能够通过核部的金刚石结构而获得高吸收系数，另一方面由于壳部的笼形结构而对于化学反应为非活性，能够提高载流子输运特性、载流子寿命。
此外，还发现这样将微细化后的Si团簇粒子按照粒子间距离为1nm以下的间隔三维地周期排列，由此可以提高Si团簇粒子间的载流子输运特性。
而且发现，能够通过量子结构的导入而形成中间带(能级)，并通过经由这样的中间带的光吸收能够实现吸收系数的大幅提高，由此能够得到高效率的太阳能电池。
另一方面，关于太阳能电池的层叠结构，可以想到使得在基板表面形成引出电极以及阳极、从阴极侧照射太阳光的第1结构以及使得在基板表面形成阴极、从阳极侧照射太阳光的第2结构。
然后，若考虑使阴极与电子输送层的界面欧姆接触，则期望作为成膜条件在500℃程度的高温下进行热处理，以便进行接合。此外，由于电子输送层被设计为具有比较厚的膜厚，因而优选为了得到表面缺陷的产生得到抑制的良好的膜质而在高温下进行成膜。
但是，在第1结构的情况下，由于在基板表面形成阳极，然后，依次形成空穴输送层、量子点层、电子输送层、阴极，因而电子输送层、阴极的形成会在量子点层的形成后进行。于是，在这样在量子点层的形成后对电子输送层以及阴极进行成膜的情况下，若想要确保欧姆接触以及良好的膜质，则必须在高温下进行成膜或热处理，因此量子点层被暴露于高温气氛中，有可能量子点层发生变质而招致特性劣化。
与此相对而在第2结构的情况下，由于在基板表面阴极形成，然后，依次形成电子输送层、量子点层、空穴输送层、阳极，因而可以在形成量子点层之前形成电子输送层、阴极。于是由此，量子点层不会受到成膜条件的影响而能够避免量子点层的变质。
因此，期望作为太阳能电池的层叠结构而采用上述第2结构。
本发明基于这样的见解而作，在本发明所涉及的太阳能电池中，由量子点的集合体构成的量子点层介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，所述太阳能电池的特征在于，在基板上形成阴极，并且在所述阴极的主面上依次形成所述电子输送层、所述量子点层、所述空穴输送层、以及由透光性材料构成的阳极，并且在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，对于所述量子点层，所述量子点由Si团簇粒子形成，并且该Si团簇粒子被三维地周期排列，对于所述Si团簇粒子，平均粒径为3nm以下，所述Si团簇粒子彼此的粒子间距离为1nm以下。
此外，本发明的太阳能电池优选，所述基板由从包含石英玻璃、无碱玻璃、硼硅酸玻璃、氧化铝、砷化镓、Si以及碳化硅在内的组中选择的材料形成。
而且，本发明的太阳能电池优选，所述电子输送层由n型Si系材料形成。
此外，在上述第2结构的情况下，电子输送层的因缺陷引起的特性劣化少，因此能够在电子输送层材料中使用单晶或多晶的n型Si系基板。
即，在本发明所涉及的太阳能电池中，由量子点的集合体构成的量子点层介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，所述太阳能电池的特征在于，所述电子输送层由单晶或多晶的n型Si系基板形成，在所述电子输送层的一个主面上依次形成所述量子点层、所述空穴输送层、以及由透光性材料构成的阳极，并且在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，并且在所述电子输送层的另一个表面形成阴极，对于所述量子点层，所述量子点由Si团簇粒子形成，并且该Si团簇粒子被三维地周期排列，对于所述Si团簇粒子，平均粒径为3nm以下，该Si团簇粒子间的距离为1nm以下。
此外，在上述太阳能电池中，从防止在作为电子输送层的n型Si系基板与阴极之间的接合界面载流子再结合的观点出发，优选实现n型Si系基板与阴极的导通的同时，在两者之间插装绝缘膜。
即，本发明的太阳能电池优选，在所述电子输送层的所述另一个主面形成规定图案的绝缘膜，并且所述阴极隔着所述绝缘膜形成于所述另一个主面侧使得该阴极的一部分与所述电子输送层相接合。
由此，能够抑制在作为电子输送层的n型Si系基板与阴极之间的接合界面载流子再结合。
此外，本发明的太阳能电池优选，所述量子点层具备具有价电子带与传导带之间的中间能级的多重能级结构。
由此能够实现有效的光吸收。
此外，通过使用石墨烯系材料等在电子输送层与量子点层之间设置量子点排列层，能够使Si团簇粒子在该量子点排列层上高精度地周期排列。
即，本发明的太阳能电池优选，在所述电子输送层与所述量子点层之间形成量子点排列层。
由此Si团簇粒子在该量子点排列层上能够实现高精度的周期排列。
此外，本发明的太阳能电池优选，所述量子点排列层由石墨烯系材料形成。
此外，本发明的太阳能电池优选，所述空穴输送层由p型Si系材料形成。
此外，本发明的太阳能电池优选，所述阴极以Al为主要成分，并且含有从Nd、Ta以及Cu中选择的至少1种杂质，并且，所述杂质的含有量为0.01～3at％。
由此能够形成平坦性良好的阴极。
此外，本发明的太阳能电池优选，所述阳极由氧化物透明导电膜、石墨烯、以及由纳米线的网状组织构成的透明导电膜中的任意一者形成。
此外，关于本发明所涉及的太阳能电池的制造方法，该太阳能电池使由量子点的集合体构成的量子点层介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，所述太阳能电池的制造方法的特征在于，在基板表面形成阴极之后，在该阴极的表面形成电子输送层，接下来，使平均粒径为3nm以下的硅团簇粒子在所述电子输送层的主面上三维地周期排列使得粒子间距离成为1nm以下而形成所述量子点层，然后，在所述量子点层的表面形成空穴输送层，接下来，在所述空穴输送层的表面形成由透光性材料构成的阳极，进而，在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出。
此外，本发明的太阳能电池的制造方法优选，利用n型Si系材料来形成所述电子输送层。
此外，关于本发明所涉及的太阳能电池的制造方法，该太阳能电池使由量子点的集合体构成的量子点层电子介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，所述太阳能电池的制造方法的特征在于，将单晶或多晶的n型硅系基板作为电子输送层，使平均粒径为3nm以下的硅团簇粒子在所述电子输送层的一个主面上三维地周期排列使得粒子间距离成为1nm以下而形成所述量子点层，接下来，在所述量子点层的表面形成空穴输送层，然后，在所述空穴输送层的表面形成由透光性材料构成的阳极，进而，在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，另一方面，在所述电子输送层的另一个主面上形成阴极，并使所述电子输送层与所述阴极相接合。
此外，本发明的太阳能电池的制造方法优选，在所述电子输送层的所述另一个表面形成规定图案的绝缘膜之后，在所述绝缘膜的表面形成所述阴极使得该阴极的一部分与所述电子输送层相接合。
由此能够制造对在电子输送层与阴极的界面载流子再结合进行了极力抑制的高效率的太阳能电池。
此外，本发明的太阳能电池的制造方法优选，在所述电子输送层的表面形成量子点排列层，在该量子点排列层的表面形成所述量子点层。
由此在平坦的电子输送层上形成量子点排列层，所以量子点排列层的膜质均匀，从而能够获得立体秩序更加良好且具有所希望的高精度地周期排列的Si团簇粒子的量子点层。
此外，本发明的太阳能电池的制造方法优选，利用石墨烯系材料来形成所述量子点排列层。
此外，本发明的太阳能电池的制造方法优选，在200℃以下的处理温度下进行形成所述量子点层之后的一系列的处理。
由此能够不会招致量子点层的特性劣化等而制作太阳能电池。
此外，本发明的太阳能电池的制造方法优选，利用p型Si系材料来形成所述空穴输送层。
发明效果
根据本发明的太阳能电池，由于在石英玻璃等的基板上形成阴极，并且在所述阴极的主面上，依次形成由n型Si系材料构成的电子输送层、量子点层、由p型Si系材料构成的空穴输送层、以及由氧化物透明导电膜、石墨烯、或者由纳米线的网状组织构成的透明导电膜等的透光性材料构成的阳极，并且在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，对于所述量子点层，所述量子点由Si团簇粒子形成，并且该Si团簇粒子被三维地周期排列，对于所述Si团簇粒子，平均粒径为3nm以下，所述Si团簇粒子彼此的粒子间距离为1nm以下，因而Si团簇粒子会具有由金刚石结构与笼形结构构成的核-壳结构，能够实现吸收系数高、在化学反应中非活性且具有良好的载流子输运特性、能实现载流子的长寿命化、能量变换效率良好的高效率的太阳能电池。
而且，层叠结构如上所述为基板／阴极／电子输送层／量子点层／空穴输送层／阳极／引出电极，所以即使在阴极、电子输送层的形成时在高温下进行成膜或热处理也不会给量子点层带来影响，能够得到具有缺陷少的良好的膜质的电子输送层。此外，电子输送层与阴极的界面能够确保欧姆接触，能够实现更高效率的太阳能电池。
此外，由于电子输送层的因缺陷引起的特性劣化少，因此能够在电子输送层材料中使用单晶或多晶的n型Si系基板。
此外，根据本发明的太阳能电池的制造方法，由于在基板表面形成阴极之后，在该阴极的表面形成由n型Si系材料等构成的电子输送层，接下来，使平均粒径为3nm以下的Si团簇粒子在所述电子输送层的主面上三维地周期排列使得粒子间距离成为1nm以下而形成所述量子点层，然后，在所述量子点层的表面形成由p型Si系材料等构成的空穴输送层，接下来，在所述空穴输送层的表面形成由透光性材料构成的阳极，进而，在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，因而能够无需考虑对量子点层的影响而以所希望的成膜条件来制作太阳能电池，而且，基板也无需具有透光性，所以基板的选择性也得以提高。
而且，由于使量子点层在一个成膜工序中三维地周期排列，因而与现有技术相比在将Si量子点层叠的情况下的制造工序变得简单，能够实现生产性提高。
此外，在取代n型Si系材料而使用了单晶或多晶的n型Si系基板的情况下，也与上述同样地，能够无需考虑对量子点层的影响而以所希望的成膜条件来制造太阳能电池，而且在该情况下，通常可以省略设置于最下层的基板。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的太阳能电池的一实施方式(第1实施方式)的剖面图。
图2是表示电子输送层／量子点层／空穴输送层的能带结构的图。
图3是表示石墨烯六边形晶格与能量分散关系的图。
图4是比较例的太阳能电池的剖面图。
图5是表示太阳能电池的制造方法的一实施方式(第1实施方式)的制造工序图(1／2)。
图6是表示太阳能电池的制造方法的一实施方式(第1实施方式)的制造工序图(2／2)。
图7是Si团簇束成膜装置的示意结构图。
图8是表示本发明所涉及的太阳能电池的第2实施方式的剖面图。
图9是表示太阳能电池的制造方法的第2实施方式的制造工序图。
图10是表示第2实施方式的变形例的剖面图。
具体实施方式
接着，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明所涉及的太阳能电池的一实施方式(第1实施方式)的剖面图。
该太阳能电池在基板1的表面形成有阴极2，并在该阴极2的表面形成有电子输送层3。此外，在电子输送层3的表面形成有量子点排列层4，并在该量子点排列层4的表面中央区域形成有由Si团簇粒子(量子点)的集合体构成的量子点层5。然后，以覆盖该量子点层5那样的形态形成有空穴输送层6，进而在该空穴输送层6的表面形成有由透光性材料构成的阳极7。此外，在该阳极7的两端附近形成有一对引出电极8a、8b。
在这样形成的太阳能电池中，若从箭头A所示的方向照射太阳光，则在量子点层5的量子点中产生载流子，并通过激子吸收将载流子(空穴以及电子)引出到量子点的外部。然后，载流子中的空穴经由空穴输送层6被输送到阳极7，并被传导至引出电极8a、8b。另一方面，电子经由电子输送层3被输送到阴极2，并由此产生光电动势。
在此，作为用于基板1的基板材料，并不是特别限定的材料。即，由于太阳光从与基板1相反侧的箭头A所示的阳极7侧入射因而无需考虑透光性，例如，能够使用从包含石英玻璃、无碱玻璃、硼硅酸玻璃、氧化铝、砷化镓、Si以及碳化硅在内的组中选择的材料。
虽然对于用于阴极2的阴极材料也没有特别限定，但是通常使用A1系材料。此外，由于期望阴极2与电子输送层3之间是欧姆接触，所以优选对阴极2在500℃以上的高温下进行成膜或热处理。然后，从即使在这样的高温下进行了热处理的情况下也确保阴极2的平坦性的观点出发，优选作为阴极材料而使用以Al为主要成分并含有0.01～3at％程度的Nd、Ta、Cu等的杂质的材料。
此外，虽然对于用于电子输送层3的电子输送层材料也没有特别限定，但通常可以优选使用电子输运特性优异、资源量丰富且廉价的n型Si系材料，特别可以优选使用非晶或微晶的n型Si系材料，例如n型Si、n型SiC、n型SiGe等。另外，电子输送层3作为杂质而含有施主，但优选这样的施主浓度为1.0×1015～1.0×1019cm-3程度。
而且，虽然对于用于空穴输送层6的空穴输送层材料也没有特别限定，但通常可以优选使用空穴输运特性优异、资源量丰富且廉价的p型Si系材料，特别可以优选使用非晶或微晶的p型Si系材料，例如p型Si、p型SiC等。另外，空穴输送层6作为杂质而含有受主，但优选这样的受主浓度为1.0×1019cm-3程度。
此外，对于用于阳极7的阳极材料，只要具有透光性即可，没有特别限定，能够使用ITO(In2O3／SnO2)、AZO(ZnO／A12O3)、GZO(ZnO／Ga2O3)、IZO(In2O3／ZnO)、IGZO(InGaZnO)等的氧化物透明导电膜，还能够使用石墨烯、由Ag、CNT(碳纳米管)等的纳米线的网状组织构成的透明导电膜。在该情况下，氧化物透明导电膜能够利用溅射法、真空蒸镀法等来形成，石墨烯膜能够利用CVD法等来形成，并且这二者全都能够利用干法工艺(Dry Process)来形成。此外，Ag、CNT等的情况能够通过制作分散溶液及涂敷该分散溶液并使其干燥，利用湿法工艺(WetProcess)来形成。
另外，用于引出电极8a、8b的电极材料也没有特别限定，例如，优选使用比较廉价且具有耐氧化性、导电性良好的Ag系材料。
然后，量子点层5由微细化后的Si团簇粒子的集合体形成。
若将Si团簇粒子微细化，则在表层面与内部原子排列的晶体结构不同，形成所谓的核-壳结构。
核部具有正四面体的金刚石结构。在核部中，通过将Si团簇粒子微细化，可以促进量子限制效应，所以能够实现光吸收系数的飞跃提高，但另一方面，在金刚石结构中，原子价态的原子轨道形成sp3杂化轨道，σ电子成为支配性电子，并具有未成对电子。
即，核部具有金刚石结构，形成sp3杂化轨道，具有未成对电子，所以在结晶表面通过该未成对电子来捕获载流子，由于该未成对电子的载流子的捕获因而载流子寿命变得极短。另外，在使用了Si纳米结晶的现有的Si系太阳能电池中，仅以金刚石结构形成了所述Si纳米结晶，所以基于上述的理由可以认为难以实现载流子的长寿命化。
另一方面，壳部具有笼形结构，π电子介于其中，原子价态的原子轨道形成sp2杂化轨道。
即，在壳部中，由于原子价态的原子轨道形成sp2杂化轨道，因而不存在未成对电子，也不会捕获载流子，载流子输运特性得到改善，对于化学反应也是非活性，从而能实现载流子的长寿命化。
然后，Si团簇粒子为了形成这样的核-壳结构，需要将Si团簇粒子的平均粒径微细化至3nm以下，优选为2.5nm以下。即，若Si团簇粒子的平均粒径超过3nm，则对于晶体结构，金刚石结构成为支配性的结构，从而难以形成所希望的笼形结构。另外，Si团簇粒子的平均粒径的下限并没有特别限定，但为了核部采取金刚石结构而不是非晶结构，优选为1nm以上，更优选为2nm以上。此外，为了获得更加良好的载流子输运特性，优选Si团簇粒子的粒度分布尽可能狭窄，优选粒径分散为5～10％以内。
此外，为了提高载流子输运特性，使Si团簇粒子彼此的粒子间距离尽可能接近也非常重要。即，Si团簇粒子的笼形结构中的sp2杂化轨道的波动函数也向Si团簇粒子的直径方向传播。于是，通过高密度地层叠Si团簇粒子，这样的波动函数彼此间略微重叠，因而载流子通过壳部中的电子的波数的传播而在Si团簇粒子间直接移动，由此能提高载流子输运特性。于是，为此需要使Si团簇粒子彼此的粒子间距离接近于1nm以下。但是，并不希望接近笼形结构中的sp2杂化轨道的Si原子间距离(=0.25nm)以下。
然后，在本实施方式中，形成了平均粒径被微细化至3nm以下的Si团簇粒子在量子点排列层4上被三维地周期排列、具有立体秩序的量子点层5。于是，由此量子点层5能够形成具有价电子带与传导带之间的中间能级的多重能量结构，并提高载流子的集成性，实现能量变换效率的提高。
图2是表示电子输送层／量子点层／空穴输送层的能带结构的图。
图2(a)示出了由Si团簇粒子的集合体构成的量子点层5介于电子输送层3与空穴输送层6之间的状态。而且，在该图2中，为了说明的方便，省略了量子点排列层4。
图2(b)示出了与图2(a)相对应的能量结构。
量子点层5存在于将电子输送层3与空穴输送层6相接合而形成的耗尽层W内，来自电子输送层3的电子以及来自空穴输送层6的空穴被输送到该量子点层5。然后，在量子点层5内，为了空穴和电子达到均衡，空间电荷为零，费米能级Ef位于传导带11的能级与价电子带12的能级的差即带隙Vg的中心(Vg＝ΔEs／2)。然后，在热学平衡状态下没有载流子的移动，电子输送层3、量子点层5以及空穴输送层6的各费米能级相一致。夹住电中性的量子点层5，通过空穴输送层6的负电位与电子输送层3的正电位之间的电位差而在耗尽层W中产生内建电势(Built-inPotential)Vb。
通过这样量子点层5的费米能级Ef位于带隙Vg的中心，能够增大内建电势Vb，并由此能够得到具有较大的开路电压的太阳能电池。
而且，在本实施方式中，因为三维地周期排列Si团簇粒子，所以可以容许的电子的能级为离散性的能级，并形成中间能级。相对于通过带隙Vg而规定的Si的吸收端，由价电子带或传导带的能级与中间能级规定的吸收端为更长的波长，从而能够提高长波长区域的量子效率。
此外，优选在量子点层5内周期排列的Si团簇粒子的层叠数为100～300层程度。若所述层叠数小于100层，则不能获得足够的太阳光谱的吸收率而难以实现高效率化。另一方面，若层叠数超过300层则在量子点层5内所负荷的内建电势Vb变小，有可能无法进行产生载流子的高效输送。
另外，优选Si团簇粒子由不包含杂质的本征Si半导体材料、或即使在含有杂质的情况下也由包含微量杂质的高纯度Si半导体材料来形成。
此外，在本实施方式中，在对量子点层5进行周期排列时，从具有更良好的立体秩序、并进一步提高载流子寿命的观点出发，在电子输送层3与量子点层5之间设置了超薄膜的量子点排列层4。该量子点排列层4优选使用石墨烯或氧化石墨烯等的石墨烯系材料。
以下对在量子点排列层4中使用了石墨烯的情况进行详细叙述。
石墨烯是将1层～数层的原子层从石墨离析出来人工制成的薄膜。石墨烯中的电子示出作为相对论性粒子的举动，并不依存于温度，有助于载流子输运特性的提高。
即，石墨烯在C原子核的附近，电子形成无带隙的连续能量带，并在固体中自由移动。而且，随着远离C原子核电子的能量带逐渐离散，但因为能量离散幅度与距原子核的距离成线性，所以在固体中以接近光速的状态进行移动，电子的质量接近于零。
若在作为量子点排列层4的石墨烯的表面形成作为量子点的Si团簇粒子，则在石墨烯表面的π电子与Si团簇粒子的壳部的π电子之间电子的波动函数重叠，石墨烯中的电子被输送到Si团簇粒子。然后，若Si团簇粒子吸附于石墨烯的表面，则在与Si团簇粒子相接的石墨烯的局部区域，石墨烯中的电子被输送到Si团簇粒子内，形成量子限制状态。另外，Si团簇粒子的Si原子吸附在石墨烯的C原子核上。
图3(a)表示石墨烯晶体结构的倒格子，图3(b)表示与所述倒格子相对应的电子的波数和能量的分散关系。
在石墨烯中，作为对称性高的点具有波数空间的Γ点、六角格子的角的K点、K′点、K点以及K′点的中央的M点。在电子输送层3上层叠了石墨烯之后，若使Si团簇粒子进行蒸镀，则Si团簇粒子以高能量飞来，在石墨烯表面上移动。于是，Si团簇粒子的Si原子被吸附在石墨烯表面的K点以及K′点，从而稳定地附着在石墨烯上。
这样Si团簇粒子高精度地周期排列，在石墨烯表面上形成Si团簇粒子的第1层。而且之后，沿着Si团簇粒子的所述第1层的周期排列第2层以后的Si团簇粒子同样地高精度地周期排列。
在这样高精度地周期排列后的Si团簇粒子中，能形成稳定的中间能级，并能够实现高效率的太阳能电池。而且，在量子点层5产生的载流子不会被石墨烯(量子点排列层4)消灭地输送到电子输送层3。即，在量子点层5内部产生的载流子到达了壳部之后，在和介于与电子输送层3的界面的石墨烯(量子点排列层4)之间载流子的波动函数重叠，并经由石墨烯输送到电子输送层3。
这样在石墨烯表面具有极好的载流子输运特性，可以将载流子高效率地输送到电子输送层3。而且，因为在量子点层5产生的载流子寿命变长，所以能够制作变换效率高的太阳能电池。
接着，对将太阳能电池的层叠结构设为图1那样的理由进行详细叙述。
在本发明这样的太阳能电池的情况下，一直以来，一般都如图4所示，在透明基板101的表面形成一对引出电极102之后，形成由透光性材料构成的阳极103，并依次在该阳极103上形成空穴输送层104、量子点排列层105、量子点层106、电子输送层107以及阴极108，太阳光从箭头B方向所示的透明基板101侧进行照射。
在将这样的层叠结构应用于本发明的情况下，在形成由Si团簇粒子的集合体构成的量子点层106之后，会形成电子输送层107、阴极108。
而且，为了避免由于量子点层106的变质而招致特性劣化，期望对电子输送层107、阴极108在设定至比较低的低温(例如，200℃以下)的同时进行成膜工序。
但是，在将电子输送层107设计为厚膜的情况下，若在量子点层106的形成后进行成膜处理，则由于不能在高温下进行成膜或热处理，因而在电子输送层107的膜质上容易出现缺陷。因此在载流子输送中以所述缺陷为原因再结合概率上升，其结果可能招致能量变换效率的下降。
此外，期望电子输送层107与阴极108的界面接合是欧姆接触，为此需要在500℃程度的高温下进行成膜或热处理。但是，若进行高温处理，则如上所述有可能招致量子点层106的特性劣化，因而有可能无法得到充分的欧姆接触。
而且，在上述现有的层叠结构中，由于在透明基板101的表面形成一对引出电极102之后，覆盖该引出电极102地形成了阳极103，因而在图中如D所示，会以在基底层产生阶差的状态形成量子点排列层105、量子点层106。因此，难以均匀地形成极薄的量子点排列层105，有可能无法实现所希望的高精度的周期排列。
因此，在本实施方式中，为了在层叠膜间不产生阶差而采用了图1那样的层叠结构。
即，因为在基板1的整个面上形成阴极2，并在该阴极2上形成了电子输送层3，所以会在量子点层5的形成前形成电子输送层3，因此能够容易进行高温下的热处理，并能够使阴极2与电子输送层3的接合界面成为所希望的欧姆接触。
此外，由于即使在形成膜厚较厚的电子输送层3的情况下也能够进行高温处理，因而能够得到缺陷较少的膜质的良好的电子输送层3，并能够提高太阳能电池的能量变换效率。
此外，即使在形成量子点排列层4的情况下，也由于作为基底层的电子输送层3具有高精度的平坦性，因而能够均匀地形成极薄的量子点排列层4。因此，Si团簇粒子具有更加整齐的高精度地周期排列的立体秩序，从而能够得到具有所希望的层叠结构的量子点层5。
而且，因为基板1无需使太阳光透过，所以基板1的选择性也得到提高。此外，即使在对基板1选择玻璃基板的情况下，也无需考虑这样的基板的光线透过率特性，从这一侧面也提高基板1的选择性。
此外，因为形成为太阳光从阳极7侧入射，所以即使在通过氧化物导电膜形成了该阳极7的情况下，也无需考虑界面的氧化的影响，因此，和引出电极8a、8b的接触形成时的限制减少，能够灵活地进行太阳能电池的制作。
这样在本实施方式中，在基板1上形成阴极2，并且在阴极1的主面上，依次形成电子输送层3、量子点排列层4、量子点层5、空穴输送层6以及阳极7，并且在所述阳极7上形成引出电极8a、8b使得该阳极7的至少一部分表面露出，对于量子点层5，量子点由Si团簇粒子形成，并且该Si团簇粒子被三维地周期排列，对于所述Si团簇粒子，平均粒径为3nm以下，所述Si团簇粒子彼此的粒子间距离为1nm以下，因而Si团簇粒子会具有由金刚石结构与笼形结构构成的核-壳结构，能够实现吸收系数高、在化学反应中非活性且具有良好的载流子输运特性、能实现载流子的长寿命化、能量变换效率良好的高效率的太阳能电池。
而且，层叠结构为基板1／阴极2／电子输送层3／量子点排列层4／量子点层5／空穴输送层6／阳极7／引出电极8a、8b，所以即使在阴极2、电子输送层3的形成时在高温下进行热处理也不会给量子点层5带来影响，能够得到具有缺陷少的良好的膜质的电子输送层3。此外，电子输送层3与阴极2的界面能够确保欧姆接触，从而能够实现更高效率的太阳能电池。
此外，因为在电子输送层3与量子点层5之间设置了由石墨烯系材料形成的量子点排列层4，所以Si团簇粒子在该量子点排列层4上能够实现高精度的周期排列。
接着，对上述太阳能电池的制造方法进行详细叙述。
图5以及图6是表示该太阳能电池的制造方法的一实施方式的制造工序图。
首先，如图5(a)所示，准备板厚为50～1000μm的基板1，使用真空蒸镀法、溅射法等的薄膜形成方法，在该基板1的整个表面形成膜厚为100～300nm的Al—Nd等的阴极2。
接下来，如图5(b)所示，使用RF溅射法等的薄膜形成法，在阴极2的表面形成膜厚为100～1000nm的电子输送层3。另外，在这种情况下，电子输送层3的成膜时的基板温度为500～600℃且按规定时间进行成膜处理。于是由此接合界面成为良好的欧姆接触，而且电子输送层3的膜质也成为抑制了缺陷的产生的良好的膜质。
接下来，如图5(c)所示，在电子输送层3的表面形成量子点排列层4。
例如，在利用石墨烯形成量子点排列层4的情况下，首先，制作使从石墨通过化学剥离法等而精制成的石墨烯分散到甲醇、无水丙醇中的分散溶液。然后，在Ar气氛中在形成了电子输送层3的基板1的表面滴下石墨烯分散溶液，由此制作膜厚为0.15～1nm的石墨烯膜。
另外，优选预先将石墨烯分散溶液的浓度调整为分散液的溶剂蒸发后，可以形成单层的石墨烯膜。
接下来，如图5(d)所示，在量子点排列层4的表面形成Si团簇粒子的集合体即量子点层5。
图7是用于量子点层5的形成的Si团簇束成膜装置的示意结构图。
该Si团簇束成膜装置具有：团簇生成部14，其具备团簇生成单元13；和真空槽15，其与该团簇生成部14连接设定。然后，将形成了电子输送层3以及量子点排列层4的基板1配置于真空槽15，并将由团簇生成部14生成的Si团簇粒子16蒸镀到基板1上，由此形成量子点层5。
即，在内壁被形成为椭圆形状的团簇生成单元13的椭圆焦点设置Si靶17，并从惰性气体导入口18如箭头C所示，将He等的惰性气体以1～10Pa的压力提供给团簇生成单元13。与此同时，例如，将被设定为波长532nm、能量800mJ、脉冲宽度11～13ns的来自Nd—YAG激光器35的激光对Si靶17进行照射。
然后，通过Si靶17的蒸发而产生的Si羽状物(plume)19在团簇生成单元13内的惰性气体中成为冲击波20而由内壁进行反射，Si蒸气在100μs～300μs的短时间内被限制在惰性气体中，在惰性气体与Si蒸气混在一起的局部的边界层生成Si团簇粒子16。即，在该短时间内在惰性气体与Si蒸气处于热平衡的局部区域发生团簇生长，生成平均粒径是3nm以下的微细化后的Si团簇粒子16。所生成的Si团簇粒子16为大致中性且电荷成分较少，从与Si靶17相对设置的单元出口21偕同惰性气体一起喷出，并经由分离器(Skimmer)22作为Si团簇束36而被引出到真空中。然后，该Si团簇束36以较高的运动能量飞来真空中，并蒸镀到配置于真空槽15的基板1上的量子点排列层上，由此形成膜厚为300～900nm的量子点层5。即，上述的较高的运动能量在与基板1的碰撞时变换为Si团簇粒子16的内部能量，以便促进在基板1上Si团簇粒子16间的再排列，由此形成了量子点层5的周期排列。
在上述团簇束成膜装置中，对配置在团簇生成单元13中的Si靶17照射来自Nd—YAG激光器35的激光以使其蒸发，在所产生的蒸气与惰性气体相接触的面，形成这些蒸气与惰性气体的混合区域，并使在所述惰性气体中产生的冲击波在所述混合区域发生碰撞，由此将该混合区域限制于局部空间而生成Si团簇粒子16。然后，惰性气体通过冲击波20的碰撞而压缩，并将所生成的Si团簇以高速度输送到真空槽15。然后由此在真空中Si团簇粒子16并不解离，就能够以高能量与基板1碰撞并蒸镀，从而能够形成所希望的量子点层5。
接着，如图6(e)所示，在量子点层5的表面形成空穴输送层6。即，使用真空蒸镀法、溅射法等的薄膜形成法，在200℃以下的处理温度下在量子点层5的表面形成膜厚为20～100nm的空穴输送层6。
接下来，如图6(f)所示，同样地将处理温度控制在200℃以下，在空穴输送层6的表面形成膜厚为50～200nm的由透明导电膜构成的阳极7。
最后如图6(g)所示，同样地将基板温度控制在200℃以下，在阳极7的表面形成膜厚为200～2000nm的一对引出电极8a、8b。
这样在本实施方式中，由于在基板1的表面形成阴极2之后，在该阴极2的表面形成电子输送层3，接下来，在电子输送层3的表面形成量子点排列层4，进而，使平均粒径为3nm以下的Si团簇粒子三维地周期排列在所述电子输送层3的主面上使得粒子间距离成为1nm以下而形成所述量子点层5，然后，在量子点层5的表面形成空穴输送层6，接下来，在空穴输送层6的表面形成由透光性材料构成的阳极7，进而，在所述阳极7上形成了引出电极8a、8b使得该阳极7的至少一部分表面露出，因而能够无需考虑对量子点层5的影响而以所希望的成膜条件来制造太阳能电池，而且基板1也无需具有透光性，基板1的选择性也得到提高。
而且，因为使量子点层5在一个成膜工序中三维地周期排列，所以在将Si团簇粒子层叠的情况下，制造工序变得简单，能够实现生产性提高。
图8是表示本发明所涉及的太阳能电池的第2实施方式的剖面图，在该第2实施方式中，电子输送层23由单晶或多晶的n型Si系基板形成。
即，在该第2实施方式中，在由单晶或多晶的n型Si系基板构成的电子输送层23的一个主面，形成量子点排列层24、量子点层26、空穴输送层27、阳极28以及引出电极29a、29b，在所述电子输送层23的另一个主面形成阴极25，由此能够省略第1实施方式那样的基板1。
然后，该第2实施方式的太阳能电池能够按图9所示的方式进行制造。
即，如图9(a)所示，在由单晶或多晶的n型Si系基板构成的电子输送层23的一个主面，通过与第1实施方式相同的方法，形成量子点排列层24，并在另一个主面形成阴极25。
接下来，如图9(b)所示，通过与第1实施方式相同的方法，在量子点排列层24的表面形成量子点层26，然后能够如图9(c)所示，在量子点层26的表面形成空穴输送层27、阳极28以及引出电极29。
图10是第2实施方式的变形例。
即，在该变形例中，在通过由单晶或多晶构成的n型Si系基板而形成的电子输送层23的另一个主面利用SiO2等形成规定图案的绝缘膜30，在绝缘膜30的表面形成了阴极31使得其一部分与电子输送层23相接合。即，阴极31形成为在与绝缘膜30之间具有接触孔32，阴极31与电子输送层23经由所述接触孔32连接在一起。
这样在电子输送层23的另一个主面形成规定图案的绝缘膜30，并将电子输送层23与阴极31的接合界面限制为仅接触孔32，由此经由电子输送层23输送过来的载流子的一部分被电子输送层23与绝缘膜30的接合界面的表面缺陷等捕获。然后，因为绝缘膜30使所述表面缺陷等钝化，所以能够降低再结合的概率，由此，能够得到能量变换效率更加良好的太阳能电池。
工业实用性
量子点层在成膜过程中不会受到损坏，并能够实现吸收系数良好且载流子输运特性优异、能实现载流子的长寿命化且能量变换效率良好的太阳能电池。
符号说明
1  基板
2、25  阴极
3、23  电子输送层
4、24  量子点排列层
5、26  量子点层
6、27  空穴输送层
7、28  阳极
8a、8b、29a、29b  引出电极
11  传导带
12  价电子带

Claims (19)

1.一种太阳能电池，由量子点的集合体构成的量子点层介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，
所述太阳能电池的特征在于，在基板上形成阴极，并且在所述阴极的主面上依次形成所述电子输送层、所述量子点层、所述空穴输送层、以及由透光性材料构成的阳极，并且在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，
对于所述量子点层，所述量子点由硅团簇粒子形成，并且该硅团簇粒子被三维地周期排列，
对于所述硅团簇粒子，平均粒径为3nm以下，所述硅团簇粒子彼此的粒子间距离为1nm以下。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，
所述基板由从包含石英玻璃、无碱玻璃、硼硅酸玻璃、氧化铝、砷化镓、硅以及碳化硅在内的组中选择的材料形成。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
所述电子输送层由n型硅系材料形成。
4.一种太阳能电池，由量子点的集合体构成的量子点层介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，
所述太阳能电池的特征在于，所述电子输送层由单晶或多晶的n型硅系基板形成，
在所述电子输送层的一个主面上依次形成所述量子点层、所述空穴输送层、以及由透光性材料构成的阳极，并且在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，并且在所述电子输送层的另一个主面上形成阴极，
对于所述量子点层，所述量子点由硅团簇粒子形成，并且该硅团簇粒子被三维地周期排列，
对于所述硅团簇粒子，平均粒径为3nm以下，所述硅团簇粒子的粒子间距离为1nm以下。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，
在所述电子输送层的所述另一个主面形成规定图案的绝缘膜，
并且所述阴极隔着所述绝缘膜形成于所述另一个主面侧使得该阴极的一部分与所述电子输送层相接合。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述量子点层具备具有价电子带与传导带之间的中间能级的多重能级结构。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，
在所述电子输送层与所述量子点层之间形成有量子点排列层。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，
所述量子点排列层由石墨烯系材料形成。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述空穴输送层由p型硅系材料形成。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述阴极以Al为主要成分，并且含有从Nd、Ta以及Cu中选择的至少1种杂质，
并且，所述杂质的含有量为0.01～3at％。
11.根据权利要求1～10中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述阳极由氧化物透明导电膜、石墨烯、以及由纳米线的网状组织构成的透明导电膜中的任意一者形成。
12.一种太阳能电池的制造方法，该太阳能电池使由量子点的集合体构成的量子点层介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，
所述太阳能电池的制造方法的特征在于，在基板表面形成阴极之后，在该阴极的表面形成电子输送层，
接下来，使平均粒径为3nm以下的硅团簇粒子在所述电子输送层的主面上三维地周期排列使得粒子间距离成为1nm以下而形成所述量子点层，
然后，在所述量子点层的表面形成空穴输送层，
接下来，在所述空穴输送层的表面形成由透光性材料构成的阳极，
进而，在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
利用n型硅系材料来形成所述电子输送层。
14.一种太阳能电池的制造方法，该太阳能电池使由量子点的集合体构成的量子点层介于电子输送层与空穴输送层之间，并通过所述量子点层来吸收太阳光，
所述太阳能电池的制造方法的特征在于，将单晶或多晶的n型硅系基板作为电子输送层，
使平均粒径为3nm以下的硅团簇粒子在所述电子输送层的一个主面上三维地周期排列使得粒子间距离成为1nm以下而形成所述量子点层，
接下来，在所述量子点层的表面形成空穴输送层，
然后，在所述空穴输送层的表面形成由透光性材料构成的阳极，
进而，在所述阳极上形成引出电极使得该阳极的至少一部分表面露出，
另一方面，在所述电子输送层的另一个主面上形成阴极，并使所述电子输送层与所述阴极相接合。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述电子输送层的所述另一个表面形成规定图案的绝缘膜之后，在所述绝缘膜的表面形成所述阴极使得该阴极的一部分与所述电子输送层相接合。
16.根据权利要求12～15中任意一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述电子输送层的表面形成量子点排列层，在该量子点排列层的表面形成所述量子点层。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
利用石墨烯系材料来形成所述量子点排列层。
18.根据权利要求12～17中任意一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在200℃以下的处理温度下进行形成所述量子点层之后的一系列的处理。
19.根据权利要求12～18中任意一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
利用p型硅系材料来形成所述空穴输送层。
CN201280041154.4A 2011-08-24 2012-08-21 太阳能电池和该太阳能电池的制造方法 Active CN103782394B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011182292 2011-08-24
JP2011-182292 2011-08-24
PCT/JP2012/071051 WO2013027717A1 (ja) 2011-08-24 2012-08-21 太陽電池と該太陽電池の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103782394A true CN103782394A (zh) 2014-05-07
CN103782394B CN103782394B (zh) 2016-05-04

Family

ID=47746456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280041154.4A Active CN103782394B (zh) 2011-08-24 2012-08-21 太阳能电池和该太阳能电池的制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9496434B2 (zh)
JP (1) JP5850055B2 (zh)
CN (1) CN103782394B (zh)
WO (1) WO2013027717A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105280710A (zh) * 2014-06-17 2016-01-27 三星电子株式会社 包括石墨烯和量子点的电子装置
CN109560201A (zh) * 2018-10-19 2019-04-02 杭州电子科技大学 一种金属透明电极及制备方法和构成的有机太阳电池
CN111712339A (zh) * 2018-02-13 2020-09-25 株式会社村田制作所 磁性结构体
CN112259631A (zh) * 2020-10-26 2021-01-22 隆基绿能科技股份有限公司 碳化硅电池
WO2022089664A1 (zh) * 2020-10-26 2022-05-05 隆基绿能科技股份有限公司 碳化硅电池

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6127626B2 (ja) * 2013-03-21 2017-05-17 富士通株式会社 量子ドットアレイデバイスの製造方法
JP5943492B2 (ja) * 2014-03-26 2016-07-05 旭化成株式会社 シリコン太陽電池
CN110718581B (zh) * 2019-11-20 2022-06-03 西华大学 一种oled显示模组以及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401336A (en) * 1992-12-09 1995-03-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
JP2005322877A (ja) * 2004-04-05 2005-11-17 Toyota Motor Corp 光電変換素子
JP2008182247A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Au Optronics Corp シリコンナノドットを含むシリコンリッチ誘電体層を備える多層構造体及びその製造方法、並びにそのシリコンナノドットを含むシリコンリッチ誘電体層を備える多層構造体含む太陽電池、不揮発メモリ素子、感光素子とその製造方法
CN101933153A (zh) * 2007-10-10 2010-12-29 密歇根大学董事会 Ⅱ型量子点太阳能电池
CN102148266A (zh) * 2010-02-09 2011-08-10 晶元光电股份有限公司 多接面太阳能电池
CN102770967A (zh) * 2010-02-25 2012-11-07 独立行政法人产业技术综合研究所 太阳能电池

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU662360B2 (en) * 1991-10-22 1995-08-31 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic device
JP2837302B2 (ja) * 1991-12-04 1998-12-16 シャープ株式会社 太陽電池
WO2003026017A1 (fr) * 2001-09-14 2003-03-27 The New Industry Research Organization Super-reseau d'amas de silicium, procede pour preparer ce super-reseau, procede pour preparer un amas de silicium, structure de super-reseau d'amas de silicium, procede pour preparer cette structure, dispositif a semiconducteurs et dispositif quantique
JP2004356163A (ja) * 2003-05-27 2004-12-16 Toyota Central Res & Dev Lab Inc シリコン系薄膜及び光電変換素子、並びにシリコン系薄膜の製造方法
US20100297391A1 (en) * 2004-02-25 2010-11-25 General Nanotechnoloy Llc Diamond capsules and methods of manufacture
JP4504268B2 (ja) * 2004-08-30 2010-07-14 株式会社東芝 半導体表面の被覆方法および半導体粒子の製造方法
JP5273495B2 (ja) * 2005-12-13 2013-08-28 独立行政法人産業技術総合研究所 クラスター成膜装置及び成膜方法、並びにクラスター生成装置及び生成方法
US20080230782A1 (en) * 2006-10-09 2008-09-25 Homer Antoniadis Photoconductive devices with enhanced efficiency from group iv nanoparticle materials and methods thereof
WO2008062660A1 (fr) * 2006-11-22 2008-05-29 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Nanoagrégat de silicium luminescent, son procédé de fabrication et agent pour marquer une substance biologique
US20100154874A1 (en) 2008-09-29 2010-06-24 Takashi Hirose Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
JP2010129579A (ja) * 2008-11-25 2010-06-10 Seiko Epson Corp 光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法
KR101139577B1 (ko) * 2010-01-19 2012-04-27 한양대학교 산학협력단 다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
JP2011176225A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Seiko Epson Corp 光学変換装置及び同装置を含む電子機器
JP2011249579A (ja) * 2010-05-27 2011-12-08 Fujifilm Corp 太陽電池およびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401336A (en) * 1992-12-09 1995-03-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
JP2005322877A (ja) * 2004-04-05 2005-11-17 Toyota Motor Corp 光電変換素子
JP2008182247A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Au Optronics Corp シリコンナノドットを含むシリコンリッチ誘電体層を備える多層構造体及びその製造方法、並びにそのシリコンナノドットを含むシリコンリッチ誘電体層を備える多層構造体含む太陽電池、不揮発メモリ素子、感光素子とその製造方法
CN101933153A (zh) * 2007-10-10 2010-12-29 密歇根大学董事会 Ⅱ型量子点太阳能电池
CN102148266A (zh) * 2010-02-09 2011-08-10 晶元光电股份有限公司 多接面太阳能电池
CN102770967A (zh) * 2010-02-25 2012-11-07 独立行政法人产业技术综合研究所 太阳能电池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105280710A (zh) * 2014-06-17 2016-01-27 三星电子株式会社 包括石墨烯和量子点的电子装置
CN105280710B (zh) * 2014-06-17 2020-09-01 三星电子株式会社 包括石墨烯和量子点的电子装置
CN111712339A (zh) * 2018-02-13 2020-09-25 株式会社村田制作所 磁性结构体
CN109560201A (zh) * 2018-10-19 2019-04-02 杭州电子科技大学 一种金属透明电极及制备方法和构成的有机太阳电池
CN109560201B (zh) * 2018-10-19 2022-09-30 杭州电子科技大学 一种金属透明电极及制备方法和构成的有机太阳电池
CN112259631A (zh) * 2020-10-26 2021-01-22 隆基绿能科技股份有限公司 碳化硅电池
WO2022089664A1 (zh) * 2020-10-26 2022-05-05 隆基绿能科技股份有限公司 碳化硅电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN103782394B (zh) 2016-05-04
JP5850055B2 (ja) 2016-02-03
US9496434B2 (en) 2016-11-15
US20140166090A1 (en) 2014-06-19
WO2013027717A1 (ja) 2013-02-28
JPWO2013027717A1 (ja) 2015-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103782394A (zh) 太阳能电池和该太阳能电池的制造方法
Liu et al. Wafer‐scale vertical van der Waals heterostructures
Venkata Subbaiah et al. Atomically thin MoS2: a versatile nongraphene 2D material
Lin et al. Graphene/semiconductor heterojunction solar cells with modulated antireflection and graphene work function
Duan et al. Two-dimensional transition metal dichalcogenides as atomically thin semiconductors: opportunities and challenges
Lee et al. Heterostructures based on inorganic and organic van der Waals systems
Zhao et al. Growth and device application of CdSe nanostructures
Zhai et al. Recent developments in one‐dimensional inorganic nanostructures for photodetectors
US20110290310A1 (en) Solar cell and solar cell manufacturing method
JP2011176225A (ja) 光学変換装置及び同装置を含む電子機器
WO2013030935A1 (ja) 太陽電池
JP2007281156A (ja) 裏面電極型半導体へテロ接合太陽電池ならびにその製造方法と製造装置
CN102959722A (zh) Inp强制掺杂的高浓度掺p量子点太阳能电池及制造方法
JP2010067802A (ja) 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法
JP2010067801A (ja) 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法
JP2010067803A (ja) 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法
Gao et al. Recent advances in Sb-based III–V nanowires
JP2015179695A (ja) 半導体素子の製造方法、半導体素子および透明導電膜
US8859310B2 (en) Methods of fabricating optoelectronic devices using semiconductor-particle monolayers and devices made thereby
JP5438052B2 (ja) 半導体発光素子
KR101012565B1 (ko) 나노 와이어 및 나노입자를 가지는 태양전지 및 이의 제조방법
CN109037392A (zh) 一种石墨烯/硅结构太阳能电池的生产工艺
JP2013177264A (ja) Ｓｉ微細粒子による薄膜層の形成方法、半導体装置および半導体装置の製造方法、並びに太陽電池および太陽電池の製造方法。
JP5880629B2 (ja) 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法
US8653501B2 (en) Emitting device and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant