CN106663705B - 光电变换装置以及光电变换模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种载流子的收集能力高且由此能够提高短路电流密度的光电变换装置以及光电变换模块。本发明具备：量子点集聚部(1)；基部层(3)，被配置在量子点集聚部(1)中的至少一个主面并具有集电性；以及多个载流子收集部(5)，从该基部层(3)延伸到量子点集聚部(1)内，具有开放端且呈柱状，该载流子收集部(5)以金属氧化物为主体，在开放端的附近部(5a)中，氧相对于金属的摩尔比高于该开放端的附近部(5a)以外的主体部(5b)。载流子收集部(5)作为副成分包含选自Li、Na、K、Ga、B以及Al的组的一种，其含量为1～5原子％。

Description

光电变换装置以及光电变换模块
技术领域
本发明涉及光电变换装置以及光电变换模块。
背景技术
在作为下一代的光电变换装置而被期待的具备量子点的太阳能电池(以下，有时称为“量子点太阳能电池”。)中，在构成pn结的两片半导体层之间作为光感测层而插入集聚了量子点的量子点集聚部。
量子点太阳能电池将特定波长的太阳光照射到量子点而激发的电子和在该电子从价电子带激发到导带时产生的空穴利用为载流子。
在该情况下，量子点太阳能电池的光电变换效率与在量子点集聚部内生成的载流子的总量相关，因此，例如可增厚量子点集聚部的厚度来增加量子点的集聚度，从而提高发电量。
量子点的周围通常被具有比量子点本身的带隙大的带隙的势垒层所包围。因此，理论上认为难以产生由于电子的声子发射造成的能量弛豫，且不易湮灭。
然而，在使量子点集聚而形成了量子点集聚部的情况下，在量子点内生成的载流子容易与存在于包括势垒层的量子点集聚部内的缺陷结合而湮灭，由此，载流子的密度会降低，会引起电荷量的降低，存在不能提高光电变换效率的问题。
针对这样的问题，近年来提出了用于在量子点集聚部内提高载流子的集电性的各种构造。例如，在专利用文献1示出了如下的例子，即，如图10所示，在基板101与电极层103的层间，在填充有多个量子点105a的量子点集聚部105内配置有被称为纳米棒的柱状的载流子收集部107。
在先技术文献
专利用文献
专利用文献1：日本特表2009-536790号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，即使在专利用文献1公开的量子点太阳能电池中，仍存在载流子的收集能力低且太阳能电池的变换效率的指标即短路电流密度低的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种载流子的收集能力高且能够由此提高短路电流密度的光电变换装置以及光电变换模块。
用于解决课题的手段
本发明的光电变换装置具备：量子点集聚部，具有多个量子点；基部层，被配置在该量子点集聚部的表面且具有集电性；以及多个载流子收集部，从该基部层延伸到所述量子点集聚部内，且呈柱状，所述载流子收集部包括开放端部和该开放端部以外的主体部，且以金属氧化物为主体，在所述开放端部中，氧相对于金属的摩尔比高于所述主体部。
本发明的光电变换模块具有多个上述的光电变换装置，是通过连接导体来将相邻的所述光电变换装置彼此电连接而成的。
发明效果
根据本发明的光电变换装置以及光电变换模块，载流子的收集能力高，且能够提高短路电流密度。
附图说明
图1是局部示出第一实施方式的光电变换装置的剖面示意图。
图2(a)是局部示出第二实施方式的光电变换装置的剖面示意图，图2(b)是沿着图2(a)的A-A线的剖视图。
图3(a)是示出第三实施方式的光电变换装置的图，是示出在多个载流子收集部中的一部分包含开放端侧的宽度比根部侧的宽度宽的载流子收集部的剖面示意图，图3(b)是图3(a)的A-A线剖视图。
图4是示出第四实施方式的光电变换装置的图，是示出载流子收集部彼此的一部分接触的形态的剖面示意图。
图5是示出第五实施方式的光电变换装置的图，是示出量子点由n型的量子点和p型的量子点构成并且在载流子收集部侧配置有n型的量子点、在n型的量子点的外侧配置有p型的量子点的状态的剖面示意图。
图6是示出第六实施方式的光电变换装置的图，是示出使光电变换层多层化的结构的剖面示意图。
图7是示出第一实施方式的光电变换装置的制造方法的工序图。
图8是示出第二实施方式的光电变换装置的制造方法的工序图。
图9是示出通过光电子分光法测定的构成载流子收集部的氧/锌的摩尔比的变化的图表，图9(a)是包含锌的溶液的搅拌时间为20分钟的情况，图9(b)是包含锌的溶液的搅拌时间为40分钟的情况，图9(c)是未搅拌的情况。
图10是示出现有的量子点太阳能电池的剖面示意图。
具体实施方式
图1是局部示出第一实施方式的光电变换装置的剖面示意图。第一实施方式的光电变换装置具备：集聚了多个量子点1a的量子点集聚部1；被配置在该量子点集聚部1的一面且具有集电性的基部层3；以及配置在该基部层3上，在量子点集聚部1内在厚度方向上延伸的柱状的具有集电性的载流子收集部5。此外，在图1中，在基部层3的下表面侧隔着透明导电膜7设置有玻璃基板9，另一方面，在量子点集聚部1的上表面侧配置有电极层11。在该情况下，玻璃基板9侧为光的入射侧，电极层11侧为光的出射侧。在此，载流子收集部5是指，从基部层3的表面起高度为100nm以上的部分。
载流子收集部5配置为一方的开放端止于量子点集聚部1内。此外，该载流子收集部5以金属氧化物为主体，在该情况下，在包括开放端及其附近的开放端部5a中，氧相对于金属的摩尔比高于该开放端部5a以外的部位即主体部5b。
在此，以金属氧化物为主体是指，在分析载流子收集部5的组成时，在载流子收集部5的轮廓内以60％以上的面积比例检测到表示是金属氧化物的元素的状态。此外，载流子收集部5的开放端部5a是指，从载流子收集部5的顶端起50nm以内的部位，将距顶端的距离超过50nm的其它部位称为主体部5b。
在载流子收集部5由以金属氧化物为主体的载流子收集部构成的情况下，当作为载流子收集部5而应用开放端部5a为相对于金属(元素)的氧量较多的富氧型的载流子收集部时，能够提高光电变换装置的短路电流密度(Jsc)。
可以认为，这是因为，当作为载流子收集部5的顶端部的开放端部5a中的金属氧化物为富氧型的组成时，在开放端部5a中作为化学计量组成的结晶增多，因此在该开放端部5a中结晶度高的金属氧化物的比例增多，晶格的连续性提高，从而可抑制载流子的再结合。
作为表现出这样的特性的金属氧化物，优选氧化锌或氧化钛。作为载流子收集部5，优选能够通过氧量的变化来提高导电性的金属氧化物，氧化锌或氧化钛除此之外还具有能够作为载流子收集部5形成表面粗糙度(Ra)小的柱状体的优点，由此能够使载流子收集部5的周围与许多的量子点1a接触。在该情况下，作为载流子收集部5的表面粗糙度(Ra)的目标，优选为10nm以下。
此外，在该载流子收集部5中，优选主体部5b中的氧相对于金属(元素)的摩尔比(氧/金属(元素))小于1。例如，在载流子收集部5由以氧化锌为主体的金属氧化物构成的情况下，在此处示出的载流子收集部5中，除了载流子收集部5的开放端部5a以外，主体部5b成为氧欠缺的状态，因此在载流子收集部5中，相对于主体部5b，开放端部5a的载流子密度降低。因此，可以认为，从开放端部5a起沿着主体部5b容易产生电位的梯度，从开放端部5a到主体部5b的载流子的传导率提高，能够提高载流子C的收集效率。
在该情况下，对于基部层3，也优选氧相对于金属(元素)的摩尔比(氧/金属(元素))小于1，进而，优选基部层3与载流子收集部5由相同的材料形成。当基部层3和载流子收集部5由相同的材料形成时，基部层3和载流子收集部5的结晶构造成为相同的晶系，因此从基部层3到载流子收集部5的晶格的连续性提高，由此，能够从基部层3到载流子收集部5得到高导电性。
在该情况下，关于是否以金属氧化物为主体，例如能够通过附设在电子显微镜的分析器求出。此外，可通过光电子分光法求出构成载流子收集部5的金属(元素)与氧之比。具体地，对露出了表面的量子点集聚部1照射电子而在载流子收集部5的高度(厚度)方向上进行元素分析，求出氧相对于金属(元素)的比。另外，在鉴定构成载流子收集部5的主成分的情况下，光电子分光法(光电子分光光谱)也是合适的方法。
此外，该载流子收集部5优选作为构成金属氧化物的元素以外的成分(以下，称为副成分。)，包含选自Li、Na、K、Ga、B以及Al的组的一种。当载流子收集部5包含上述的副成分时，由载流子收集部5中的阳离子造成的载流子C的密度会提高，由此，能够提高载流子收集部5的导电性。其结果是，能够得到光电变换效率高的光电变换装置。
在该情况下，作为载流子收集部5中包含的副成分的含量，优选为1～5原子％。当载流子收集部5中包含的副成分的含量为1～5原子％时，能够确保对载流子收集部5的导电性有贡献的阳离子浓度，并且能够抑制与在副成分的含量超过5原子％时等产生的构成载流子收集部5的金属氧化物的结晶构造的变化相伴的耐候性的降低、弹性模量的降低。作为使这样的含量为合适的范围的副成分，更优选为Na和K中的任一种。
此外，副成分优选为分散在构成载流子收集部5的开放端部5a和主体部5b的状态。当副成分为分散在开放端部5a和主体部5b的状态时，能够进一步提高载流子收集部5的导电性，因此，无论从量子点1a移动过来的载流子C与载流子收集部5的哪里接触，都能够做成为载流子C的收集能力的偏差小的载流子收集部5。
在此，所谓的副成分分散在开放端部5a和主体部5b的状态是指如下的情况，即，例如在通过附设在扫描型电子显微镜的能量色散型分析器对上述的Na、K等副成分进行分析时，观察到副成分散布在进行分析的整个区域的状态。
图2(a)是局部示出第二实施方式的光电变换装置的剖面示意图，图2(b)是沿着图2(a)的A-A线的剖视图。在图2(a)、图2(b)中，之所以将载流子收集部5的宽度描绘得比图1所示的载流子收集部5大，是为了使载流子收集部5的横截面的形状容易理解。在此，横截面是指，将量子点集聚部1如图2(a)所示地沿着A-A线的截面切断的截面。
如图2(a)所示，在第二实施方式的光电变换装置中，在设置于量子点集聚部1内的多个载流子收集部5中的一部分包含横截面为扁平状的载流子收集部5。以下，将横截面为扁平状的载流子收集部5简写为扁平状的载流子收集部5。另外，在本发明中，载流子收集部5的横截面的形状为扁平状是指，横截面的平面形状的长宽比哪怕在一部分为1.5以上。在该情况下，作为该长宽比优选为2以上。
在该第二实施方式的光电变换装置中，如上所述，成为在设置于光电变换层1内的多个载流子收集部5中的一部分包含扁平状的载流子收集部5的结构。与横截面像圆那样是各向同性的形状的情况相比，在扁平状的载流子收集部5中，相对于单位体积的表面积增大。由此，即使载流子收集部5的体积相同，也能够与比面积大出的量相应地，使集聚在量子点集聚部1内的量子点1a更多地与载流子收集部5接触。其结果是，能够提高载流子收集部5中的载流子C的收集效率，能够提高光电变换装置的开路电压(Voc)。这是因为，当存在的多个载流子收集部5之中包含横截面为扁平状的载流子收集部5时，根据存在于量子点集聚部1内的全部的载流子收集部5估计的比面积的合计大于由横截面均为各向同性形状的载流子收集部5形成的情况下的比面积的合计。
例如，半径为1、高度为10的圆柱体(体积为31.4)的侧面的面积为62.8，当将其做成为体积相同的长方体时，在该情况下，当使横截面中的短边的长度为1、长边的长度为3.14时，其长宽比为3.14。此时，当使高度为10时，长方体的侧面的面积为82.8，长方体的侧面的面积比圆柱体大1.31倍。因此，在包含横截面的长宽比为1.5以上那样的扁平状的载流子收集部5的情况下，能够使更多的量子点1a与载流子收集部5接触。
在该情况下，作为存在于量子点集聚部1内的、横截面的形状具有1.5以上的长宽比的、扁平状的载流子收集部5的比例，优选按个数比为10％以上。
量子点集聚部1包含的载流子收集部5的个数比可通过以下的方法求出。首先，通过研磨例如使与图2(b)所示的A-A线截面对应的截面从构成光电变换装置的量子点集聚部1露出。接着，通过电子显微镜对露出了截面的试样进行观察。在该情况下，确定可确认20～100个载流子收集部5的端面的固定的区域进行观察，并进行拍摄。此后，对在拍摄的照片中观察到的每一个载流子收集部5测定横截面的形状的尺寸。在截面形状为接近圆的形状的情况下，首先，求出最大直径，接着，测定相对于呈最大直径的方向垂直的方向作为短轴。接着，求出最大直径/短轴的值，作为长宽比。在截面形状为矩形的情况下，求出长边和短边的长度。接着，求出长边/短边的值，作为长宽比。这样，从存在于单位面积内的全部的载流子收集部5提取长宽比为1.5以上的载流子收集部5，并求出相对于总个数的个数比例。
图3(a)是示出第三实施方式的光电变换装置的图，是示出在多个载流子收集部中的一部分包含开放端侧的宽度比根部侧的宽度宽的载流子收集部的剖面示意图，图3(b)是图3(a)的A-A线剖视图。
在图3(a)、图3(b)所示的量子点集聚部1中，在量子点集聚部1包含的多个扁平状的载流子收集部5的一部分，包含宽度在开放端侧比在根部5bb侧宽的载流子收集部5。如图3(a)、图3(b)所示，载流子收集部5的开放端侧到基部层3的距离比根部5bb侧到基部层3的距离远，与流入到根部5bb侧相比，流入到载流子收集部5的开放端侧的载流子C必须移动更长的距离。在这种情况下，当使载流子收集部5(在此，是横截面为扁平状的载流子收集部5)的开放端侧的宽度(横截面的面积)大于根部5bb侧的宽度(横截面的面积)时(在图3(a)中，将根部5bb侧的宽度设为w1，将开放端侧的宽度设为w2。)，能够减小载流子收集部5的开放端侧的电阻损耗。由此，载流子收集部5的开放端与根部5bb之间的电阻之差减小，能够使流入到开放端5a侧的载流子C高效地移动到基部层3，能够提高载流子C的收集效率。在此，开放端侧的宽度是指开放端部5a的宽度。
图4是示出第四实施方式的光电变换装置的图，是示出载流子收集部彼此的一部分接触的形态的剖面示意图。
在量子点集聚部1配置有多个载流子收集部5时，优选处于延伸方向不同的载流子收集部5彼此的一部分接触的状态。在量子点集聚部1内设置有多个载流子收集部5的情况下，根据载流子收集部5，有时存在导电性比其它的载流子收集部5低的载流子收集部5。在这种情况下，当导电性低的载流子收集部5(在此，临时记为载流子收集部5A。)和导电性高的载流子收集部5(在此，临时记为载流子收集部5B。)处于接触的状态时，即使在量子点1a所接触的一方的载流子收集部5A的导电性低的情况下，在量子点1a中生成的载流子C也能够从导电性低的载流子收集部5A传导到导电性高的载流子收集部5B而迅速地向基部层3移动。由此，能够提高在量子点集聚部1中生成的载流子C的收集效率，能够提高光电变换装置的光电变换效率。
图5是示出第五实施方式的光电变换装置的图，是示出如下状态的剖面示意图，即，量子点1a由n型的量子点1an和p型的量子点1ap构成，在载流子收集部5侧配置有n型的量子点1an，在n型的量子点1an的外侧配置有p型的量子点1ap。
通常，量子点1a通过接收光的能量，从而使存在于量子点1a内的电子激发至具有传导性的水平，同时形成空穴，它们成为载流子而引起光电变换。此时，如果如图5所示地使量子点集聚部1内为从载流子收集部5侧起层叠了由n型的量子点1an构成的层和由p型的量子点1ap构成的层的结构，则在n型的量子点1an和p型的量子点1ap分别生成能够移动的电子和空穴时，电子和空穴分别更容易向n型的量子点1an和p型的量子点1ap移动，由此能够进一步提高载流子的集电性。
虽然在图5中示出了在载流子收集部5侧配置有n型的量子点1an的结构，但是在该情况下，即使是在载流子收集部5侧配置有p型的量子点1ap的结构，也能够得到同样的光电变换特性。
图6是示出第六实施方式的光电变换装置的图，是示出使光电变换层多层化的结构的剖面示意图。
如上所述，基于图1～图5对第一～第五实施方式的光电变换装置进行了说明，但是本实施方式的光电变换装置不限于具备载流子收集部5、基部层3以及量子点集聚部1的光电变换层14为单层的结构，也可以如图6所示，使光电变换层14多层化。在该情况下，在使构成光电变换层14的量子点集聚部1的厚度、量子点1a的带隙变化的情况下，能够使能够吸收的光的波长区域变宽，因此能够得到更高的光电变换效率。
本实施方式的光电变换模块具备：构成通过连接导体对多个光电变换装置进行电连接而配置的光电变换装置组的面板；配置在该面板的外周部的框架；以及具备输出电缆的端子箱，该输出电缆用于将从光电变换装置产生的电力供给到外部电路。
通过使第一～第六实施方式的光电变换装置为上述的光电变换模块的结构，从而能够得到输出大且光电变换效率高的光电变换模块。
作为构成上述的量子点集聚部1的量子点1a的材料，可应用各种半导体材料，作为其能隙(Eg)，优选具有0.15～2.50ev的能隙(Eg)。作为具体的半导体材料，优选选自锗(Ge)、硅(Si)、镓(Ga)、铟(In)、砷(As)、锑(Sb)、铜(Cu)、铁(Fe)、硫(S)、铅(Pb)、碲(Te)以及硒(Se)的任一种或它们的化合物半导体。
此外，在上述的量子点1a中，由于可提高电子的限域效应的理由，也可以在量子点1a的表面具有势垒层(阻挡层)。势垒层优选为与成为量子点1a的半导体材料相比具有2～15倍的能隙的材料，优选具有1.0～10.0ev的能隙(Eg)。另外，在量子点1a在表面具有势垒层的情况下，作为势垒层的材料，优选包含选自Si、C、Ti、Cu、Ga、S、In以及Se的至少一种的元素的化合物(半导体、碳化物、氧化物、氮化物)。
接着，以第一实施方式的光电变换装置为例，对其制造方法进行说明。图7是示出第一实施方式的光电变换装置的制造方法的工序图。首先，如图7(a)所示，准备成为支承体的玻璃基板9。接着，在该玻璃基板9的一侧的主面使用铟锡氧化物(ITO)等导体材料形成透明导电膜7。
接着，如图7(b)所示，在透明导电膜7的表面形成以金属氧化物为主体的纳米粒子层21。例如，在使用氧化锌制作纳米粒子层21的情况下，在将包含醋酸锌的溶液涂敷在玻璃基板9上的透明导电膜7的表面之后，加热至大约350℃的温度，从而形成纳米粒子层21。
接着，将形成了透明导电膜7和纳米粒子层21的玻璃基板9浸渍到硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中，并一边进行加热一边进行搅拌。作为加热的温度，优选为80～120℃。这样，如图7(c)所示，能够在以氧化锌为主成分的纳米粒子层21的上表面形成成为载流子收集部5的氧化锌的柱状结晶23。此时，纳米粒子层21的下层侧作为基部层3而残留。
此外，在对形成了透明导电膜7和纳米粒子层21的玻璃基板9进行浸渍并进行加热时，对混合溶液进行搅拌，从而能够在成为载流子收集部5的氧化锌的结晶的顶端形成氧相对于金属(锌)的摩尔比高的部位。在提高氧相对于金属的摩尔比的情况下，延长搅拌时间。
在使载流子收集部5或使载流子收集部5和基部层3作为金属氧化物以外的成分的副成分而包含选自Li、Na、K、Ga、B以及Al的组的一种元素的情况下，将包含成为副成分的元素(阳离子)的水溶液添加到包含硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中，从而进行制备。
此时，当使用玻璃基板9的表面被加工为具有山形的凹凸的形状的玻璃基板9时，能够在山形的凹凸上使两个以上的柱状结晶23的生长的方向变化，能够做成为两个以上的柱状结晶23接触的构造。在该情况下，当进一步增高玻璃基板9的山形的凹凸的高度时，柱状结晶23会生长为立体交叉，因此能够成为比柱状结晶23的一部分接触的状态更牢固地融合且柱状结晶23彼此的一部分接合的状态。
接着，如图7(d)所示，在所形成的成为载流子收集部5的柱状结晶23的周围填充成为量子点1a的半导体粒子25，并进行致密化处理，从而形成量子点集聚部1。作为填充半导体粒子25的方法，可优选地选择旋涂法、沉积法等涂敷包含半导体粒子25的溶液。在致密化处理中，可以采用在柱状结晶23的周围填充半导体粒子25之后进行加热或加压的方法，或者采用同时进行加热和加压的方法。通过堆积的半导体粒子25的量来调整量子点集聚部1的厚度。在使包含量子点集聚部1的光电变换层14多层化的情况下，重复图7(b)～(d)的工序。
最后，在量子点集聚部1的上表面侧蒸镀金等导体材料而形成成为电极层11的导体膜，接下来，根据需要在该导体膜的表面形成保护层，然后用玻璃膜等进行被覆。
此外，关于图2所示的扁平状的载流子收集部5，首先，如图8(a)所示，在形成于玻璃基板9上的透明导电膜7的表面形成纳米粒子层21，然后，在该纳米粒子层21的上表面侧设置具有开口部22a的掩模图案22。在该情况下，使掩模图案22中的一部分的开口部22a的形状为例如长宽比为2的长方形，并使其它为圆形。
接下来，将形成了纳米粒子层21和透明导电膜7的玻璃基板9以设置有掩模图案22的状态浸渍到硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中，并一边进行加热一边进行搅拌。由此，能够如图8(b)所示，按照掩模图案22的开口部22a的形状生长成为柱状结晶23的膜23a，并能够如图8(c)所示，在透明导电膜7上形成基部层3和成为载流子收集部5的柱状结晶23。此后，成为与图7(d)相同的工序。
此时，在使横截面为扁平状的载流子收集部5的开放端侧的宽度(横截面的面积)大于根部5bb侧的宽度(横截面的面积)的情况下，例如，在成膜的后半段中使用开口部22a的直径比前半段大的掩模图案22。
另外，上述的制造方法不限于基部层3和载流子收集部5的主成分为氧化锌的情况，对于其它金属氧化物(例如，氧化钛)，也同样能够应用。
实施例
以下，示出制作作为基部层3和载流子收集部5的主成分而应用了氧化锌的光电变换装置(量子点太阳能电池)并对其进行评价的例子。
首先，准备形成了ITO膜的玻璃基板。接着，制备硝酸锌(500mM(毫摩尔))和六亚甲基四胺(250mM(毫摩尔))的混合溶液，使搅拌条件变化为0分钟、20分钟以及40分钟，从而在ITO膜上形成基部层3和氧相对于金属(锌)的摩尔比不同的载流子收集部5。
接着，从载流子收集部5的上方通过旋涂法涂敷预先准备的包含PbS的量子点(平均粒径：5nm)的溶液，并进行致密化处理而形成量子点集聚部1。
接着，在该量子点集聚部1的表面形成成为电极层11的金的蒸镀膜而制作具有载流子收集部5的量子点太阳能电池(试样1的搅拌时间：20分钟，试样2的搅拌时间：40分钟，试样3的搅拌时间为0分钟)。
此外，除了在形成载流子收集部5时在硝酸锌(500mM(毫摩尔))和六亚甲基四胺(250mM(毫摩尔))的混合溶液中添加了10mM(毫摩尔)的作为副成分而包含钠(Na)的水溶液以外，使用与试样1同样的方法制作了量子点太阳能电池(试样4)。在该情况下，包含钠的混合溶液的搅拌时间设为20分钟。通过附设在透射电子显微镜的分析器求出的载流子收集部5包含的钠的含量为大约1.5原子％。
进而，在形成载流子收集部5时，如图8所示，在纳米粒子层21的上表面侧设置具有开口部22a的掩模图案22，除此以外通过与试样1同样的方法制作了量子点太阳能电池(试样5、6、7以及8)。
在该情况下，试样5是使用开口部22a的一部分为长方形的掩模图案22制作的试样，载流子收集部5的一部分的截面为扁平状。试样6是为了与试样5进行比较而使用全部的开口部22a为圆形的掩模图案22制作的试样，其中，载流子收集部5的截面基本全部为圆形。试样7是在形成柱状结晶23时在成膜的后半段使用开口部的直径比前半段大的掩模图案制作的试样，开放端侧的宽度大于根部的宽度。试样8是使用掩模图案22制作成载流子收集部5的一部分接触的状态的试样。关于试样8，使用了将开口部22a的间隔减小到在制作试样5的载流子收集部5时使用的掩模图案22的80％的掩模图案22进行制作。
此外，分别制作在通过与试样1、试样4以及试样5同样的条件制作的载流子收集部5填充了p型以及n型的PbS的试样，作为试样9、试样10以及试样11。在这些试样9、10以及11中，做成为n型的量子点1a为载流子收集部5侧且p型的量子点1a配置在n型的量子点1a的外侧的结构。
接着，对制作的量子点太阳能电池进行评价。首先，对于试样1～3，对量子点太阳能电池的电极层11侧进行研磨而使载流子收集部5的开放端侧露出，并通过光电子分光法对载流子收集部5在高度方向上进行元素分析，测定氧相对于锌的比。此时，还根据光电子分光光谱判定了载流子收集部5为以金属氧化物为主体的载流子收集部5。此外，对于制作的试样，在透明导电膜7与电极层11之间连接引线，并测定了短路电流密度(Jsc)和开路电压(Voc)。此外，在图9(a)、图9(b)、图9(c)示出氧相对于锌的比的测定结果的一个例子。图9(a)是在浸渍加热时对混合溶液进行20分钟的搅拌而制作的试样1，图9(b)是在浸渍加热时对混合溶液进行40分钟的搅拌而制作的试样2，图9(c)未进行搅拌的试样3。在图9(a)、图9(b)、图9(c)的试样中，载流子收集部5的主体部5b中的氧相对于锌的摩尔比均小于1。在表1中，作为主体部5b，记录了从载流子收集部5的开放端起向根部进入大约500nm的位置处的氧相对于锌的摩尔比。
[表1]
根据表1的结果可知，在图9(c)所示的试样3以外的其它试样中，在开放端部5a形成了氧相对于锌的摩尔比超过1的部位。
此外，关于短路电流密度(Jsc)，试样1为28.5mA/cm2，试样2为30.6mA/cm2，相对于此，试样3低至21.6mA/cm2。
接着，对于使载流子收集部5作为金属氧化物以外的副成分而包含了钠(Na)的试样4，开放端部5a内的氧相对于锌的摩尔比与试样1相等。短路电流密度(Jsc)为31.5mA/cm2。
接着，对于在载流子收集部5的一部分具有扁平状的载流子收集部5的试样5、6，开放端部5a内的氧相对于锌的摩尔比也与试样1相等。关于短路电流密度(Jsc)，试样5为29.4mA/cm2，试样6为27.5mA/cm2，试样7为29.9mA/cm2，试样8为27.9mA/cm2。
在载流子收集部5填充了p型以及n型的PbS的试样9、试样10以及试样11的短路电流密度均高于填充了未包含掺杂成分的量子点的试样1、试样4以及试样5，试样9为29.2mA/cm2，试样10为32.1mA/cm2，试样11为30.6mA/cm2。
此外，关于开路电压，除了试样3为0.31V以外，均为0.35V以上。
符号说明
1：量子点集聚部
1a：量子点
1ap：p型的量子点
1an：n型的量子点
3：基部层
5：载流子收集部
5a：开放端部
5b：主体部
5bb：根部
7：透明导电膜
9：玻璃基板
11：电极层
13：量子点
21：纳米粒子层
22：掩模图案
22a：开口部
23：柱状结晶
25：半导体粒子
C：载流子

Claims (15)

1.一种光电变换装置，其特征在于，具备：
量子点集聚部，具有多个量子点；
基部层，被配置在该量子点集聚部的表面并具有集电性；以及
多个载流子收集部，从该基部层延伸到所述量子点集聚部内，具有开放端，并呈柱状，
所述载流子收集部包括开放端部和该开放端部以外的主体部，且以金属氧化物为主体，
在所述开放端部中，氧相对于金属的摩尔比高于所述主体部。
2.根据权利要求1所述的光电变换装置，其特征在于，
所述金属氧化物为氧化锌或氧化钛。
3.根据权利要求1所述的光电变换装置，其特征在于，
所述主体部中的所述金属氧化物的氧/金属的摩尔比小于1。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，
所述载流子收集部作为副成分包含选自Li、Na、K、Ga、B以及Al的组的一种。
5.根据权利要求4所述的光电变换装置，其特征在于，
所述副成分的含量为1～5原子％。
6.根据权利要求4所述的光电变换装置，其特征在于，
所述副成分分散在所述开放端部以及所述主体部。
7.根据权利要求5所述的光电变换装置，其特征在于，
所述副成分分散在所述开放端部以及所述主体部。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，
所述多个载流子收集部中的一部分为扁平状。
9.根据权利要求8所述的光电变换装置，其特征在于，
所述扁平状的载流子收集部的横截面的长宽比为2以上。
10.根据权利要求8所述的光电变换装置，其特征在于，
在所述扁平状的载流子收集部中，开放端侧的宽度比所述基部层侧的根部的宽度宽。
11.根据权利要求9所述的光电变换装置，其特征在于，
在所述扁平状的载流子收集部中，开放端侧的宽度比所述基部层侧的根部的宽度宽。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，
所述多个载流子收集部包括延伸方向不同的载流子收集部，该延伸方向不同的载流子收集部彼此的一部分接触。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，
所述量子点具有n型的量子点和p型的量子点，在所述载流子收集部的周围配置有所述n型的量子点，在该n型的量子点的外侧配置有所述p型的量子点。
14.根据权利要求1至3中的任一项所述的光电变换装置，其特征在于，
所述光电变换装置是层叠多个具备所述量子点集聚部、所述基部层以及所述载流子收集部的光电变换层而构成的。
15.一种光电变换模块，其特征在于，
具有多个权利要求1至14中的任一项所述的光电变换装置，是通过连接导体来将相邻的所述光电变换装置彼此电连接而成的。
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