JP2010171298A

JP2010171298A - Solar cell

Info

Publication number: JP2010171298A
Application number: JP2009013903A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Urabe; 心一浦部; Hidefumi Nomura; 英史野村; Hiroyuki Sudo; 裕之須藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-08-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell with improved photoelectric conversion efficiency. <P>SOLUTION: The solar cell has a carrier generating layer irradiated with light to generate electrons and positive holes, a negative electrode for collecting electrons, and a positive electrode for collecting positive holes, wherein the negative electrode and/or positive electrode and the carrier generating layer are not in direct contact with each other, and at least part of the negative electrode and/or at least part of the positive electrode is buried in the carrier generating layer. When the negative electrode is buried in the carrier generating layer, the buried negative electrode and carrier generating layer are connected through an electron transfer layer which stops positive holes from transferring and permits electrons to transfer, and when the positive electrode is buried in the carrier generating layer, the buried positive electrode and carrier generating layer are connected through a positive hole transfer layer which stops electrons from transferring and permits positive holes to transfer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell.

太陽電池は、発電量当たりの二酸化炭素排出量が少なく、発電用の燃料が不要という利点を有している。そのため、様々な種類の太陽電池に関する研究が、盛んに進められている。現在、実用化されている太陽電池の中では、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを用いた、一組のｐｎ接合を有する単接合太陽電池が主流となっている。ところが、単接合太陽電池の光電変換効率の理論限界（以下において、「理論限界効率」という。）は約３０％に留まっているため、理論限界効率をさらに向上させる新たな方法が検討されている。 Solar cells have the advantage that the amount of carbon dioxide emission per unit of power generation is small and fuel for power generation is unnecessary. Therefore, research on various types of solar cells has been actively promoted. Currently, single-junction solar cells having a pair of pn junctions using single-crystal silicon or polycrystalline silicon are the mainstream among solar cells in practical use. However, since the theoretical limit of photoelectric conversion efficiency of single-junction solar cells (hereinafter referred to as “theoretical limit efficiency”) is only about 30%, a new method for further improving the theoretical limit efficiency is being studied. .

これまでに検討されている新たな方法の１つに、ホットキャリア理論を応用した太陽電池（以下において、「ホットキャリア太陽電池」という。）がある。ホットキャリア太陽電池では、高エネルギーの電子や正孔（以下において、電子及び正孔をまとめて「キャリア」ということがある。）と低エネルギーのキャリアとの相互作用により、エネルギーの授受及び再放出が起こり、所定のエネルギー分布を有する電子が伝導帯中に、所定のエネルギー分布を有する正孔が価電子帯中に、それぞれ生成されることを利用する。このようなホットキャリア太陽電池によれば、理論限界効率を６０％以上にまで向上させることも可能になると考えられている。 One of the new methods studied so far is a solar cell (hereinafter referred to as “hot carrier solar cell”) that applies hot carrier theory. In hot carrier solar cells, energy is transferred and re-released by the interaction of high-energy electrons and holes (hereinafter, electrons and holes are collectively referred to as “carriers”) and low-energy carriers. And electrons having a predetermined energy distribution are generated in the conduction band and holes having a predetermined energy distribution are generated in the valence band. According to such a hot carrier solar cell, it is considered that the theoretical limit efficiency can be improved to 60% or more.

太陽電池（光電変換素子も含む）に関する技術として、例えば特許文献１には、受光面を有する半導体基板内部に埋め込まれた電極を備える内部電極型太陽電池が開示されている。また、特許文献２には、半導体基板の一面側に受光面が形成され、他面側に配設されたｐ型半導体層又はｎ型半導体層からなる溝に電極材料を充填した太陽電池が開示されている。また、特許文献３には、キャリアの生成及び収集を行う半導体層に形成された開口部に設けられた電極を具備する太陽電池が開示されている。また、特許文献４には、ＩＶ族材料を主成分とする半導体基板の裏面側にのみキャリアを収集するための半導体層及び電極を備えた裏面電極型の光電変換素子において、基板裏面側のｐｎ接合部を構成するｐ層とｎ層との間に量子井戸部を設けた光電変換素子が開示されている。また、特許文献５には、半導体基板上に平面方向に複数形成された光電変換層を有すると共に、光電変換層の受光面側及び裏面側に形成された受光面電極及び裏面電極を有する太陽電池セルと、太陽電池セルの受光面側にかつ複数の光電変換層に対応する位置に形成されたレンズ群とを備える太陽電池が開示されている。 As a technique related to a solar cell (including a photoelectric conversion element), for example, Patent Document 1 discloses an internal electrode type solar cell including an electrode embedded in a semiconductor substrate having a light receiving surface. Patent Document 2 discloses a solar cell in which a light receiving surface is formed on one surface side of a semiconductor substrate, and a groove formed of a p-type semiconductor layer or an n-type semiconductor layer disposed on the other surface side is filled with an electrode material. Has been. Patent Document 3 discloses a solar cell including an electrode provided in an opening formed in a semiconductor layer that generates and collects carriers. Further, in Patent Document 4, in a back electrode type photoelectric conversion element including a semiconductor layer and an electrode for collecting carriers only on a back surface side of a semiconductor substrate containing a group IV material as a main component, a pn on the back surface side of the substrate. A photoelectric conversion element in which a quantum well portion is provided between a p layer and an n layer constituting a junction is disclosed. Patent Document 5 discloses a solar cell having a plurality of photoelectric conversion layers formed in a planar direction on a semiconductor substrate, and a light receiving surface electrode and a back electrode formed on the light receiving surface side and the back surface side of the photoelectric conversion layer. A solar cell is disclosed that includes a cell and a lens group formed on the light receiving surface side of the solar cell and at positions corresponding to the plurality of photoelectric conversion layers.

特開２００７−３０５９２７号公報JP 2007-305927 A 特開２００４−４７８２４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-47824 特開２００４−９５６６９号公報JP 2004-95669 A 特開２００４−７９７０９号公報JP 2004-79709 A 特開２００８−１２４３８１号公報JP 2008-124381 A

特許文献１に開示されている技術によれば、傾斜面を有する形状の内部電極を半導体基板内部に埋め込むことにより、光路長を長くすることが可能になる。さらに、複数の内部電極を半導体基板内部に埋め込むことにより、キャリアが電極へ到達するまでの移動距離を低減することも可能になる。しかしながら、特許文献１に開示されている太陽電池には、キャリアの寿命を延長させる構成が備えられていない。そのため、この技術をホットキャリア太陽電池にそのまま適用しても、光電変換効率を向上させ難いという問題があった。かかる問題は、特許文献１に開示されている技術と、特許文献２〜特許文献５に開示されている技術とを組み合わせたとしても、解決することが困難であった。 According to the technique disclosed in Patent Document 1, it is possible to increase the optical path length by embedding an internal electrode having an inclined surface in the semiconductor substrate. Furthermore, by embedding a plurality of internal electrodes inside the semiconductor substrate, it is possible to reduce the moving distance until the carriers reach the electrodes. However, the solar cell disclosed in Patent Document 1 is not provided with a configuration for extending the life of the carrier. Therefore, even if this technology is applied to a hot carrier solar cell as it is, there is a problem that it is difficult to improve the photoelectric conversion efficiency. Such a problem is difficult to solve even if the technique disclosed in Patent Document 1 and the technique disclosed in Patent Documents 2 to 5 are combined.

そこで本発明は、光電変換効率を向上させることが可能な太陽電池を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the solar cell which can improve a photoelectric conversion efficiency.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、光照射により電子及び正孔を生成するキャリア発生層と、電子を収集する負電極と、正孔を収集する正電極とを具備し、負電極及び／又は正電極とキャリア発生層とが、直接接触しておらず、負電極の少なくとも一部とキャリア発生層とが、正孔の移動を阻止し電子の移動を許容する電子移動層を介して接続され、正電極の少なくとも一部とキャリア発生層とが、電子の移動を阻止し正孔の移動を許容する正孔移動層を介して接続され、負電極の少なくとも一部及び／又は正電極の少なくとも一部が、キャリア発生層の内部に埋設されており、キャリア発生層の内部に負電極が埋設されている場合には、埋設された負電極とキャリア発生層とが電子移動層を介して接続され、キャリア発生層の内部に正電極が埋設されている場合には、埋設された正電極とキャリア発生層とが正孔移動層を介して接続されることを特徴とする、太陽電池である。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The present invention comprises a carrier generation layer that generates electrons and holes by light irradiation, a negative electrode that collects electrons, and a positive electrode that collects holes, and the negative electrode and / or the positive electrode and the carrier generation layer Are not in direct contact, and at least a part of the negative electrode and the carrier generation layer are connected via an electron transfer layer that prevents the movement of holes and allows the movement of electrons, and at least one of the positive electrodes. And the carrier generation layer are connected via a hole transfer layer that prevents the movement of electrons and allows the movement of holes, and at least a part of the negative electrode and / or at least a part of the positive electrode generates carriers. When the negative electrode is embedded in the carrier generation layer, the embedded negative electrode and the carrier generation layer are connected via the electron transfer layer, and the carrier generation layer When the positive electrode is embedded inside , And wherein the embedded positive electrode and the carrier generation layer is connected via the hole transport layer, a solar cell.

ここに、本発明において、「電子移動層」とは、壁層中に、量子井戸層、量子細線、又は、量子ドット等に代表される量子構造部を有する層をいう。電子移動層の量子構造部では、量子効果により、電子が存在できる共鳴準位のエネルギー幅を狭くすることができ、当該量子構造部に存在する複数の電子同士に量子的な共鳴現象を生じさせることによって、電子がエネルギーを失うまでの時間（寿命）を延ばすことができる。さらに、本発明において、「正孔移動層」とは、壁層中に、量子井戸層、量子細線、又は、量子ドット等に代表される量子構造部を有する層をいう。正孔移動層の量子構造部では、量子効果により、正孔が存在できる共鳴準位のエネルギー幅を狭くすることができ、当該量子構造部に存在する複数の正孔同士に量子的な共鳴現象を生じさせることによって、正孔がエネルギーを失うまでの時間（寿命）を延ばすことができる。 Here, in the present invention, the “electron transfer layer” refers to a layer having a quantum structure portion typified by a quantum well layer, a quantum wire, or a quantum dot in a wall layer. In the quantum structure part of the electron transfer layer, the energy width of the resonance level in which electrons can exist can be narrowed due to the quantum effect, and a quantum resonance phenomenon occurs between a plurality of electrons existing in the quantum structure part. As a result, the time (life) until the electrons lose energy can be extended. Furthermore, in the present invention, the “hole transfer layer” refers to a layer having a quantum structure part represented by a quantum well layer, a quantum wire, or a quantum dot in a wall layer. In the quantum structure part of the hole transfer layer, the energy width of the resonance level where holes can exist can be narrowed due to the quantum effect, and a quantum resonance phenomenon occurs between the plurality of holes existing in the quantum structure part. By generating, the time (life) until the holes lose energy can be extended.

また、上記本発明において、さらに、キャリア発生層へ光を集める集光手段が備えられることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that a light collecting means for collecting light to the carrier generation layer is further provided.

また、上記本発明において、キャリア発生層の内部に負電極が埋設されている場合には、埋設された負電極の断面積が、受光面へ近づくほど小さくなるように構成され、キャリア発生層の内部に正電極が埋設されている場合には、埋設された前記正電極の断面積が、受光面へ近づくほど小さくなるように構成されていることが好ましい。 In the present invention, when the negative electrode is embedded in the carrier generation layer, the cross-sectional area of the embedded negative electrode is configured to become smaller as it approaches the light receiving surface. When the positive electrode is embedded inside, it is preferable that the cross-sectional area of the embedded positive electrode is configured so as to become smaller toward the light receiving surface.

本発明の太陽電池では、負電極の少なくとも一部及び／又は正電極の少なくとも一部がキャリア発生層の内部に埋設されている。そのため、キャリア発生層の厚さに関係なく、キャリアが電極へ達するまでの移動距離を低減することができる。さらに、本発明の太陽電池では、負電極がキャリア発生層の内部に埋設されている場合は、電子の寿命を延ばすことが可能な電子移動層を介してキャリア発生層と負電極とが接続され、正電極がキャリア発生層の内部に埋設されている場合は、正孔の寿命を延ばすことが可能な正孔移動層を介してキャリア発生層と正電極とが接続される。したがって、本発明によれば、キャリアの移動距離を低減し、かつ、キャリアの寿命を伸ばすことにより、光電変換効率を向上させることが可能な、太陽電池を提供することができる。 In the solar cell of the present invention, at least a part of the negative electrode and / or at least a part of the positive electrode is embedded in the carrier generation layer. Therefore, regardless of the thickness of the carrier generation layer, the moving distance until the carrier reaches the electrode can be reduced. Furthermore, in the solar cell of the present invention, when the negative electrode is embedded in the carrier generation layer, the carrier generation layer and the negative electrode are connected via an electron transfer layer capable of extending the life of electrons. When the positive electrode is embedded in the carrier generation layer, the carrier generation layer and the positive electrode are connected via a hole transfer layer capable of extending the lifetime of the holes. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a solar cell capable of improving the photoelectric conversion efficiency by reducing the moving distance of the carrier and extending the lifetime of the carrier.

また、本発明において、さらに集光手段が備えられることにより、光電変換効率を向上させることが容易になる。 Further, in the present invention, it is easy to improve the photoelectric conversion efficiency by further providing the light condensing means.

また、本発明において、キャリア発生層の内部に埋設された電極（負電極及び／又は正電極）の断面積が、受光面へ近づくほど小さくなるように構成することにより、キャリア発生層で吸収される光量を増大させることが可能になる。さらに、キャリア発生層における光路長を長くすることも可能になる。それゆえ、かかる形態とすることにより、光電変換効率を向上させることが容易になる。 In the present invention, the cross-sectional area of the electrode (negative electrode and / or positive electrode) embedded in the carrier generation layer is reduced so as to approach the light receiving surface, thereby being absorbed by the carrier generation layer. It is possible to increase the amount of light. Furthermore, the optical path length in the carrier generation layer can be increased. Therefore, it becomes easy to improve a photoelectric conversion efficiency by setting it as this form.

太陽電池１０の形態例を概略的に示す鳥瞰図である。1 is a bird's-eye view schematically showing an example of a configuration of a solar cell 10. 太陽電池１０の形態例を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a form example of a solar cell 10. FIG. キャリアの生成形態及び移動形態を説明する図である。図３（ａ）は、太陽電池１０の一部を概略的に拡大して示す断面図である。図３（ｂ）は、キャリア発生層１１で生成されたキャリアの生成形態及び移動形態を概略的に示すバンド図である。It is a figure explaining the production | generation form and movement form of a carrier. FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing a part of the solar cell 10 in an enlarged manner. FIG. 3B is a band diagram schematically showing a generation form and a movement form of carriers generated in the carrier generation layer 11. キャリア発生層１１における電子密度分布及び正孔密度分布と、電子移動層１４の共鳴準位と、正孔移動層１５の共鳴準位との関係を概略的に示すバンド図である。FIG. 4 is a band diagram schematically showing a relationship between an electron density distribution and a hole density distribution in the carrier generation layer 11, a resonance level of the electron transfer layer 14, and a resonance level of the hole transfer layer 15. 太陽電池２０の形態例を概略的に示す鳥瞰図である。3 is a bird's-eye view schematically showing an example of the form of the solar cell 20. FIG. 太陽電池２０の形態例を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of solar cell 20. FIG. 太陽電池３０の形態例を概略的に示す鳥瞰図である。2 is a bird's-eye view schematically showing an example of the form of a solar cell 30. FIG. 太陽電池３０の形態例を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a form of a solar cell 30. FIG.

これまでに提案されているホットキャリア太陽電池は、キャリア発生層で発生させたキャリアを、その寿命内に電極へと到達させるべく、キャリア発生層の厚さを薄くしてキャリアの移動距離を低減する等の対策を施していた。ところが、キャリア発生層の厚さを薄くすると、キャリア発生層における光路長が短くなって光の吸収効率が低下するため、光電変換効率を向上させ難い。それゆえ、ホットキャリア太陽電池の光電変換効率を向上させるためには、キャリア発生層の厚さを厚くすること、及び、発生したキャリアの寿命を延ばすことが有効であると考えられる。 The hot carrier solar cells that have been proposed so far reduce the carrier travel distance by reducing the thickness of the carrier generation layer so that the carriers generated in the carrier generation layer reach the electrode within its lifetime. Measures such as doing were taken. However, if the thickness of the carrier generation layer is reduced, the optical path length in the carrier generation layer is shortened and the light absorption efficiency is lowered, so that it is difficult to improve the photoelectric conversion efficiency. Therefore, in order to improve the photoelectric conversion efficiency of the hot carrier solar cell, it is considered effective to increase the thickness of the carrier generation layer and extend the lifetime of the generated carriers.

本発明者らは、鋭意研究の結果、電極をキャリア発生層へと埋設することによって、キャリアが電極へと到達するまでの移動距離を低減することが可能になり、その結果、キャリア発生層の厚さを厚くすることが可能になることを知見した。さらに、本発明者らは、鋭意研究の結果、量子効果によりキャリアを閉じ込めることが可能なキャリア移動層（電子移動層、正孔移動層）を、キャリア発生層へと埋設した電極（負電極、正電極）の周囲に配置することにより、キャリアの寿命延長が可能になることを知見した。 As a result of intensive research, the inventors have made it possible to reduce the moving distance until carriers reach the electrode by embedding the electrode in the carrier generation layer. It has been found that it is possible to increase the thickness. Furthermore, as a result of intensive studies, the present inventors have developed an electrode (a negative electrode, an electron transfer layer, a hole transfer layer) in which a carrier transfer layer capable of confining carriers by a quantum effect is embedded in a carrier generation layer It has been found that the carrier life can be extended by arranging it around the positive electrode).

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。本発明は、負電極の少なくとも一部及び／又は正電極の少なくとも一部をキャリア発生層へと埋設し、埋設した電極の周囲にキャリア移動層を配置することにより、光電変換効率を向上させることが可能な太陽電池を提供することを、主な要旨とする。 The present invention has been made based on such knowledge. The present invention improves photoelectric conversion efficiency by embedding at least a part of a negative electrode and / or at least a part of a positive electrode in a carrier generation layer and disposing a carrier moving layer around the buried electrode. It is a main gist to provide a solar cell that can be used.

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の太陽電池（以下において、「太陽電池１０」という。）の形態例を概略的に示す鳥瞰図である。図２は、太陽電池１０の形態例を概略的に示す断面図である。図１及び図２では、太陽電池１０の一部のみを抽出し、拡大して示している。また、図１では、一部符号の記載を省略している。 1. First Embodiment FIG. 1 is a bird's-eye view schematically showing an embodiment of a solar cell of the present invention (hereinafter referred to as “solar cell 10”) according to a first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an exemplary embodiment of the solar cell 10. 1 and 2, only a part of the solar cell 10 is extracted and enlarged. Moreover, in FIG. 1, description of some codes | symbols is abbreviate | omitted.

図１及び図２に示すように、太陽電池１０は、キャリア発生層１１と、負電極１２と、正電極１３とを有し、負電極１２と正電極１３との間に、キャリア発生層１１が配置されている。負電極１２は、負電極１２ｘ、１２ｘ、…と金属細線１２ｙ、１２ｙ、…を有し、負電極１２ｘ、１２ｘ、…は、キャリア発生層１１に形成された凹部１７、１７、…に配置されている。負電極１２とキャリア発生層１１との間には、電子移動層１４が配置されており、負電極１２ｘ、１２ｘ、…は、金属細線１２ｙ、１２ｙ、…によって連結されている。一方、キャリア発生層１１と正電極１３との間には正孔移動層１５が配置されており、キャリア発生層１１と正孔移動層１５との間には、正孔を収集可能なｐ型半導体によって構成されるｐ型層１６が配置されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the solar cell 10 includes a carrier generation layer 11, a negative electrode 12, and a positive electrode 13, and the carrier generation layer 11 is interposed between the negative electrode 12 and the positive electrode 13. Is arranged. The negative electrode 12 includes negative electrodes 12x, 12x,... And thin metal wires 12y, 12y,..., And the negative electrodes 12x, 12x,. ing. An electron transfer layer 14 is disposed between the negative electrode 12 and the carrier generation layer 11, and the negative electrodes 12x, 12x,... Are connected by thin metal wires 12y, 12y,. On the other hand, a hole transfer layer 15 is disposed between the carrier generation layer 11 and the positive electrode 13, and a p-type capable of collecting holes between the carrier generation layer 11 and the hole transfer layer 15. A p-type layer 16 made of a semiconductor is disposed.

太陽電池１０に、例えば図１及び図２の紙面上方から太陽光を照射すると、キャリア発生層１１で電子及び正孔が生成される。キャリア発生層１１で生成された電子は、キャリア発生層１１から電子移動層１４を通って負電極１２へと達する。ここで、負電極１２は、その一部である負電極１２ｘ、１２ｘ、…がキャリア発生層１１の内部へと入り込んで（埋設されて）いる。そのため、負電極１２の一部がキャリア発生層１１の内部へと入り込んでいない場合と比較して、太陽電池１０によれば、キャリア発生層１１で生成された電子が負電極１２へと達するまでの移動距離を低減することができる。さらに、太陽電池１０では、キャリア発生層１１の内部へと入り込んだ負電極１２ｘ、１２ｘ、…の周囲に電子移動層１４が配置され、負電極１２ｘ、１２ｘ、…は、電子移動層１４を介してキャリア発生層１１と接続されている。後述するように、電子移動層１４は、壁層１４ｘとなる広いバンドギャップ材料に、複数の量子ドット１４ｙ、１４ｙ、…を分散して埋設した構造を有し、量子ドット１４ｙ、１４ｙ、…の量子効果により、電子移動層１４の共鳴準位は、限られた狭いエネルギー幅とされている（図３参照）。かかる構成とすることにより、キャリア発生層１１で生成された電子のうち、電子移動層１４の共鳴準位のエネルギー幅と一致するエネルギーを有する電子のみを、電子移動層１４へと移動させることができるので、電子のエネルギー損失を低減することができる。さらに、複数の量子ドット１４ｙ、１４ｙ、…を分散して埋設することにより、電気的に隔離された微小空間を電子移動層１４に複数形成することができる。このようにして複数の微小空間が形成されると、各微小空間内に存在する電子は量子的な共鳴現象を引き起こすので、電子の寿命を延ばすことができる。したがって、太陽電池１０によれば、電子の移動距離を低減することができ、さらに、電子の寿命を延長させることができる。 For example, when the solar cell 10 is irradiated with sunlight from the upper side of the paper in FIGS. 1 and 2, electrons and holes are generated in the carrier generation layer 11. Electrons generated in the carrier generation layer 11 reach the negative electrode 12 from the carrier generation layer 11 through the electron transfer layer 14. Here, the negative electrode 12 has negative electrodes 12x, 12x,..., Which are part of the negative electrode 12, entering (embedded) into the carrier generation layer 11. Therefore, as compared with the case where a part of the negative electrode 12 does not enter the inside of the carrier generation layer 11, according to the solar cell 10, the electrons generated in the carrier generation layer 11 reach the negative electrode 12. Can be reduced. Further, in the solar cell 10, the electron transfer layer 14 is disposed around the negative electrodes 12 x, 12 x,... Entering the inside of the carrier generation layer 11, and the negative electrodes 12 x, 12 x,. Are connected to the carrier generation layer 11. As will be described later, the electron transfer layer 14 has a structure in which a plurality of quantum dots 14y, 14y,... Are dispersed and embedded in a wide band gap material that becomes the wall layer 14x, and the quantum dots 14y, 14y,. Due to the quantum effect, the resonance level of the electron transfer layer 14 has a limited narrow energy width (see FIG. 3). With this configuration, among the electrons generated in the carrier generation layer 11, only the electrons having energy that matches the energy width of the resonance level of the electron transfer layer 14 can be moved to the electron transfer layer 14. Thus, energy loss of electrons can be reduced. Further, by dispersing and embedding a plurality of quantum dots 14y, 14y,..., A plurality of electrically isolated microspaces can be formed in the electron transfer layer. When a plurality of minute spaces are formed in this way, electrons existing in each minute space cause a quantum resonance phenomenon, so that the lifetime of the electrons can be extended. Therefore, according to the solar cell 10, the moving distance of electrons can be reduced, and further, the lifetime of electrons can be extended.

一方、キャリア発生層１１で生成された正孔は、キャリア発生層１１からｐ型層１６及び正孔移動層１５を通って正電極１３へと達する。後述するように、正孔移動層１５は、壁層１５ｘとなる広いバンドギャップ材料に、複数の量子ドット１５ｙ、１５ｙ、…を分散して埋設した構造を有し、量子ドット１５ｙ、１５ｙ、…の量子効果により、正孔移動層１５の共鳴準位は、限られた狭いエネルギー幅とされている（図３参照）。かかる構成とすることにより、キャリア発生層１１で生成された正孔のうち、正孔移動層１５の共鳴準位のエネルギー幅と一致するエネルギーを有する正孔のみを、正孔移動層１５へと移動させることができるので、正孔のエネルギー損失を低減することができる。さらに、複数の量子ドット１５ｙ、１５ｙ、…を分散して埋設することにより、電気的に隔離された微小空間を正孔移動層１５に複数形成することが出来る。このようにして複数の微小空間が形成されると、各微小空間内に存在する正孔は量子的な共鳴現象を引き起こすので、正孔の寿命を延ばすことができる。したがって、太陽電池１０によれば、正孔の寿命を延長させることができる。 On the other hand, the holes generated in the carrier generation layer 11 reach the positive electrode 13 from the carrier generation layer 11 through the p-type layer 16 and the hole transfer layer 15. As will be described later, the hole transport layer 15 has a structure in which a plurality of quantum dots 15y, 15y,... Are dispersed and embedded in a wide band gap material that becomes the wall layer 15x, and the quantum dots 15y, 15y,. Due to the quantum effect, the resonance level of the hole transfer layer 15 is limited to a narrow energy width (see FIG. 3). By adopting such a configuration, out of the holes generated in the carrier generation layer 11, only holes having energy that matches the energy level of the resonance level of the hole transfer layer 15 are transferred to the hole transfer layer 15. Since it can be moved, the energy loss of holes can be reduced. Further, a plurality of electrically isolated microspaces can be formed in the hole transport layer 15 by dispersing and embedding a plurality of quantum dots 15y, 15y,. When a plurality of minute spaces are formed in this way, holes existing in each minute space cause a quantum resonance phenomenon, so that the lifetime of the holes can be extended. Therefore, according to the solar cell 10, the lifetime of holes can be extended.

ここで、電子や正孔は、微小空間内に閉じ込められると、再結合して消失しやすくなると言われている。これに対し、太陽電池１０では、複数の微小空間が形成された電子移動層１４と負電極１２とが接続され、複数の微小空間が形成された正孔移動層１５と正電極１３とが接続されている。そのため、太陽電池１０によれば、再結合する前に負電極１２へと到達する電子、及び、正電極１３へと到達する正孔の数を増大させることが可能になる。 Here, it is said that when electrons and holes are confined in a minute space, they easily recombine and disappear. On the other hand, in the solar cell 10, the electron transfer layer 14 in which a plurality of minute spaces are formed and the negative electrode 12 are connected, and the hole transfer layer 15 in which the plurality of minute spaces are formed and the positive electrode 13 are connected. Has been. Therefore, according to the solar cell 10, it is possible to increase the number of electrons that reach the negative electrode 12 and the number of holes that reach the positive electrode 13 before recombination.

図３は、太陽電池１０におけるキャリアの生成形態及び移動形態を説明する図であり、ｐ型層１６の記載を省略している。図３（ａ）は、太陽電池１０の一部を概略的に拡大して示す断面図であり、図３（ｂ）は、キャリア発生層１１で生成されたキャリアの生成形態及び移動形態を概略的に示すバンド図である。図３（ｂ）の上下方向は、電子のエネルギーの高低と対応しており、図３（ｂ）の「●」は電子を、「○」は正孔を、それぞれ表している。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、紙面左右方向の位置がそれぞれ対応している。図４は、キャリア発生層１１における電子密度分布及び正孔密度分布と、電子移動層１４の共鳴準位と、正孔移動層１５の共鳴準位との関係を概略的に示すバンド図である。以下、図３及び図４を参照しつつ、太陽電池１０におけるキャリアの生成形態及び移動形態について、説明を続ける。 FIG. 3 is a diagram for explaining a carrier generation form and a movement form in the solar cell 10, and a description of the p-type layer 16 is omitted. FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing a part of the solar cell 10 in an enlarged manner, and FIG. 3B schematically shows a generation form and a movement form of carriers generated in the carrier generation layer 11. FIG. The vertical direction in FIG. 3B corresponds to the level of electron energy, “●” in FIG. 3B represents electrons, and “◯” represents holes. 3A and 3B correspond to positions in the left-right direction on the paper surface. FIG. 4 is a band diagram schematically showing the relationship between the electron density distribution and hole density distribution in the carrier generation layer 11, the resonance level of the electron transfer layer 14, and the resonance level of the hole transfer layer 15. . Hereinafter, the carrier generation mode and the movement mode in the solar cell 10 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図３及び図４に示すように、太陽電池１０に太陽光を照射すると、キャリア発生層１１では、複数の電子及び複数の正孔がそれぞれ生成される。キャリア発生層１１で生成された複数の電子は、様々なエネルギーを有しており、キャリア発生層１１では、相対的に高エネルギーの電子及び相対的に低エネルギーの電子が存在している。図３及び図４に示すように、電子移動層１４の共鳴準位のエネルギー幅は、キャリア発生層１１の共鳴準位のエネルギー幅よりも狭く、電子移動層１４の共鳴準位がキャリア発生層１１で生成された複数の電子の平均エネルギーと近接するように、電子移動層１４が構成されている。かかる形態とすることにより、平均化されたエネルギーの電子のみを、キャリア発生層１１から電子移動層１４を介して負電極１２へと移動させることができるため、電子のエネルギー損失を抑制することができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, when the solar cell 10 is irradiated with sunlight, the carrier generation layer 11 generates a plurality of electrons and a plurality of holes, respectively. The plurality of electrons generated in the carrier generation layer 11 have various energies, and the carrier generation layer 11 includes relatively high energy electrons and relatively low energy electrons. As shown in FIGS. 3 and 4, the energy level of the resonance level of the electron transfer layer 14 is narrower than the energy level of the resonance level of the carrier generation layer 11, and the resonance level of the electron transfer layer 14 is less than the carrier generation layer. The electron transfer layer 14 is configured so as to be close to the average energy of the plurality of electrons generated at 11. By adopting such a configuration, it is possible to move only the electrons having the averaged energy from the carrier generation layer 11 to the negative electrode 12 through the electron transfer layer 14, thereby suppressing electron energy loss. it can.

一方、図３及び図４に示すように、キャリア発生層１１で生成された複数の正孔は、様々なエネルギーを有しており、キャリア発生層１１では、相対的に高エネルギーの正孔及び相対的に低エネルギーの正孔が存在している。図３及び図４に示すように、正孔移動層１５の共鳴準位のエネルギー幅は、キャリア発生層１１の共鳴準位のエネルギー幅よりも狭く、正孔移動層１５の共鳴準位が、キャリア発生層１１で生成された複数の正孔の平均エネルギーと近接するように、正孔移動層１５が構成されている。かかる形態とすることにより、平均化されたエネルギーの正孔のみを、キャリア発生層１１から正孔移動層１５を介して正電極１３へと移動させることができるため、正孔のエネルギー損失を抑制することができる。 On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of holes generated in the carrier generation layer 11 have various energies. In the carrier generation layer 11, relatively high energy holes and Relatively low energy holes exist. As shown in FIGS. 3 and 4, the energy width of the resonance level of the hole transfer layer 15 is narrower than the energy level of the resonance level of the carrier generation layer 11, and the resonance level of the hole transfer layer 15 is The hole transfer layer 15 is configured so as to be close to the average energy of the plurality of holes generated in the carrier generation layer 11. By adopting such a configuration, it is possible to move only the holes having the averaged energy from the carrier generation layer 11 to the positive electrode 13 through the hole transfer layer 15, thereby suppressing the energy loss of the holes. can do.

以上、説明したように、太陽電池１０によれば、（１）電子の移動距離を低減することができ、（２）電子及び正孔の寿命を延長させることができ、（３）電子及び正孔のエネルギー損失を抑制することができる。そのため、本発明によれば、光電変換効率を向上させることが可能な、太陽電池１０を提供することができる。 As described above, according to the solar cell 10, (1) the distance traveled by electrons can be reduced, (2) the lifetime of electrons and holes can be extended, and (3) electrons and positive It is possible to suppress the energy loss of the holes. Therefore, according to this invention, the solar cell 10 which can improve a photoelectric conversion efficiency can be provided.

太陽電池１０において、キャリア発生層１１は、光を照射することにより電子及び正孔を生成する半導体材料によって構成されていれば、その形態は特に限定されるものではなく、公知の半導体材料を用いることができる。キャリア発生層１１は、例えば、バンドギャップが０．５ｅＶ〜１．０ｅＶとなる半導体材料を主成分とすることができる。 In the solar cell 10, the carrier generation layer 11 is not particularly limited as long as it is made of a semiconductor material that generates electrons and holes by irradiating light, and a known semiconductor material is used. be able to. The carrier generation layer 11 can be mainly composed of a semiconductor material having a band gap of 0.5 eV to 1.0 eV, for example.

また、太陽電池１０において、負電極１２は、太陽電池の負電極として利用可能な各種導電性材料によって構成することができる。電気抵抗を小さくするという観点から、負電極１２ｘ、１２ｘ、…の高さ（図２の紙面上下方向の長さ）は、１００ｎｍ〜３００ｎｍとすることが好ましく、負電極１２ｘ、１２ｘ、…の円柱径（直径）は１００ｎｍ〜３００ｎｍとすることが好ましい。また、電子移動層を形成する障壁層間で共鳴を生じさせるという観点から、キャリアを挟んだ移動層間の距離を、３００ｎｍ以下とすることが好ましい。 Moreover, in the solar cell 10, the negative electrode 12 can be comprised with the various conductive material which can be utilized as a negative electrode of a solar cell. From the viewpoint of reducing the electrical resistance, the height of the negative electrodes 12x, 12x,... (The length in the vertical direction of the paper in FIG. 2) is preferably 100 nm to 300 nm, and the negative electrodes 12x, 12x,. The diameter (diameter) is preferably 100 nm to 300 nm. Further, from the viewpoint of causing resonance between the barrier layers forming the electron transfer layer, the distance between the transfer layers sandwiching the carriers is preferably 300 nm or less.

また、太陽電池１０において、正電極１３は、太陽電池の正電極として利用可能な各種導電性材料によって構成することができる。電気抵抗を小さくするという観点から、正電極１３の厚さは、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。 Moreover, in the solar cell 10, the positive electrode 13 can be comprised with the various conductive material which can be utilized as a positive electrode of a solar cell. From the viewpoint of reducing electrical resistance, the thickness of the positive electrode 13 is preferably 100 nm or more.

また、太陽電池１０において、電子移動層１４は、壁層１４ｘとなる広いバンドギャップ材料に複数の量子ドット１４ｙ、１４ｙ、…が埋設された構造を有していれば、その形態は特に限定されるものではない。太陽光を吸収せず、且つ、絶縁体を担保するという観点から、壁層１４ｘを構成する材料のバンドギャップは、４．０ｅＶ〜５．０ｅＶとすることが好ましく、壁層１４ｘの厚さは２ｎｍ〜１０ｎｍとすることが好ましい。加えて、電子移動層１４の共鳴準位を、キャリア発生層１１で生成された複数の電子の平均エネルギーに近接させやすくする等の観点から、量子ドット１４ｙを構成する材料のバンドギャップは、１．８ｅＶ〜２．２ｅＶとすることが好ましく、量子ドット１４ｙの直径は１００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、各量子ドット１４ｙ、１４ｙ、…に存在する電子同士が量子的な共鳴現象を引き起こし得る形態にする等の観点から、隣り合う量子ドット１４ｙ、１４ｙの中心間距離は、１００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、太陽電池１０に関する上記説明では、量子ドット１４ｙ、１４ｙ、…が埋設された電子移動層１４を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の太陽電池における電子移動層には、量子井戸や量子細線を用いても良い。 In the solar cell 10, the form of the electron transfer layer 14 is particularly limited as long as the electron transfer layer 14 has a structure in which a plurality of quantum dots 14 y, 14 y,... Are embedded in a wide band gap material that becomes the wall layer 14 x. It is not something. From the viewpoint of not absorbing sunlight and securing the insulator, the band gap of the material constituting the wall layer 14x is preferably 4.0 eV to 5.0 eV, and the thickness of the wall layer 14x is It is preferable to set it as 2 nm-10 nm. In addition, from the viewpoint of making the resonance level of the electron transfer layer 14 close to the average energy of a plurality of electrons generated in the carrier generation layer 11, the band gap of the material constituting the quantum dot 14y is 1 It is preferable to set to 0.8 eV to 2.2 eV, and the diameter of the quantum dot 14y is preferably set to 100 nm or less. In addition, the distance between the centers of the adjacent quantum dots 14y and 14y should be 100 nm or less from the standpoint that the electrons existing in each quantum dot 14y, 14y,... Can cause a quantum resonance phenomenon. Is preferred. Moreover, in the said description regarding the solar cell 10, although the electron transfer layer 14 by which quantum dot 14y, 14y, ... was embedded was illustrated, this invention is not limited to the said form. A quantum well or a quantum wire may be used for the electron transfer layer in the solar cell of the present invention.

また、太陽電池１０において、正孔移動層１５は、壁層１５ｘとなる広いバンドギャップ材料に複数の量子ドット１５ｙ、１５ｙ、…が埋設された構造を有していれば、その形態は特に限定されるものではない。太陽光を吸収せず、且つ、絶縁体を担保するという観点から、壁層１５ｘを構成する材料のバンドギャップは、４．０ｅＶ〜５．０ｅＶとすることが好ましく、壁層１５ｘの厚さは２ｎｍ〜１０ｎｍとすることが好ましい。加えて、正孔移動層１５の共鳴準位を、キャリア発生層１１で生成された複数の正孔の平均エネルギーに近接させやすくする等の観点から、量子ドット１５ｙを構成する材料のバンドギャップは、１．２ｅＶ〜１．８ｅＶとすることが好ましく、量子ドット１５ｙの直径は４ｎｍ〜７ｎｍとすることが好ましい。また、各量子ドット１５ｙ、１５ｙ、…に存在する正孔同士が量子的な共鳴現象を引き起こし得る形態にする等の観点から、隣り合う量子ドット１５ｙ、１５ｙの中心間距離は、１００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、太陽電池１０に関する上記説明では、量子ドット１５ｙ、１５ｙ、…が埋設された正孔移動層１５を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の太陽電池における正孔移動層には、量子井戸や量子細線を用いても良い。 In the solar cell 10, the hole transfer layer 15 has a particularly limited form as long as it has a structure in which a plurality of quantum dots 15 y, 15 y,... Are embedded in a wide band gap material that becomes the wall layer 15 x. Is not to be done. From the viewpoint of not absorbing sunlight and securing the insulator, the band gap of the material constituting the wall layer 15x is preferably 4.0 eV to 5.0 eV, and the thickness of the wall layer 15x is It is preferable to set it as 2 nm-10 nm. In addition, from the viewpoint of making the resonance level of the hole transfer layer 15 close to the average energy of a plurality of holes generated in the carrier generation layer 11, the band gap of the material constituting the quantum dot 15y is 1.2 eV to 1.8 eV, and the diameter of the quantum dot 15y is preferably 4 nm to 7 nm. Further, from the standpoint of forming a configuration in which holes existing in each quantum dot 15y, 15y,... Can cause a quantum resonance phenomenon, the distance between centers of adjacent quantum dots 15y, 15y is set to 100 nm or less. It is preferable. Moreover, in the said description regarding the solar cell 10, although the positive hole movement layer 15 by which quantum dot 15y, 15y, ... was embedded was illustrated, this invention is not limited to the said form. For the hole transport layer in the solar cell of the present invention, a quantum well or a quantum wire may be used.

また、太陽電池１０において、ｐ型層１６は、太陽電池のｐ型層として利用可能な半導体材料によって構成することができる。 Moreover, in the solar cell 10, the p-type layer 16 can be comprised with the semiconductor material which can be utilized as a p-type layer of a solar cell.

本発明にかかる太陽電池１０を製造するには、例えば、まず、正電極１３の表面に、正孔移動層１５、ｐ型層１６、及び、キャリア発生層１１を順に形成し、次いで、エッチング等により凹部１７、１７、…を形成する。続いて、形成した凹部１７、１７、…及びキャリア発生層１１の表面へ、電子移動層１４を形成し、凹部１７、１７、…に形成された電子移動層１４の表面へ負電極１２ｘ、１２ｘ、…を形成する。その後、負電極１２ｘ、１２ｘ、…を金属細線１２ｙ、１２ｙ、…で連結する。太陽電池１０は、このような過程を経て、作製することができる。太陽電池１０において、正電極１３、正孔移動層１５、ｐ型層１６、キャリア発生層１１、電子移動層１４、及び、負電極１２ｘ、１２ｘ、…は、蒸着等に代表される公知の方法により作製することができる。 In order to manufacture the solar cell 10 according to the present invention, for example, first, the hole transport layer 15, the p-type layer 16, and the carrier generation layer 11 are sequentially formed on the surface of the positive electrode 13, and then etching or the like is performed. The recesses 17, 17,. Subsequently, the electron transfer layer 14 is formed on the formed recesses 17, 17,... And the surface of the carrier generation layer 11, and the negative electrodes 12x, 12x are formed on the surface of the electron transfer layer 14 formed in the recesses 17, 17,. , ... are formed. Then, the negative electrodes 12x, 12x,... Are connected by the fine metal wires 12y, 12y,. The solar cell 10 can be manufactured through such a process. In the solar cell 10, the positive electrode 13, the hole transfer layer 15, the p-type layer 16, the carrier generation layer 11, the electron transfer layer 14, and the negative electrodes 12 x, 12 x,. Can be produced.

２．第２実施形態
図５は、第２実施形態にかかる本発明の太陽電池（以下において、「太陽電池２０」という。）の形態例を概略的に示す鳥瞰図である。図６は、太陽電池２０の形態例を概略的に示す断面図である。図５及び図６では、太陽電池２０の一部のみを抽出し、拡大して示している。また、図５及び図６では、一部符号の記載を省略している。図５及び図６において、太陽電池１０と同様の構成を採るものには、図１〜図４で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。 2. Second Embodiment FIG. 5 is a bird's eye view schematically showing an example of a solar cell of the present invention (hereinafter referred to as “solar cell 20”) according to a second embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an exemplary embodiment of the solar cell 20. 5 and 6, only a part of the solar cell 20 is extracted and enlarged. In FIGS. 5 and 6, some reference numerals are omitted. 5 and 6, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 4 are attached to the same components as those of the solar cell 10, and the description thereof is omitted as appropriate.

図５及び図６に示すように、太陽電池２０は、太陽電池１０に集光手段２１を追加した構成となっている。集光手段２１は、複数の光学レンズ２１ｘ、２１ｘ、…を有し、太陽電池２０では、集光手段２１によって集められた光の全て又はその一部が、キャリア発生層１１へと照射される。このような構成とすることにより、入射光を選択的にキャリア発生層１１へ集光することが可能になるため、光電変換効率を向上させることが容易になる。そのため、本発明によれば、光電変換効率を向上させて発電コストを低減することが可能な、太陽電池２０を提供することができる。 As shown in FIGS. 5 and 6, the solar cell 20 has a configuration in which a light collecting means 21 is added to the solar cell 10. The condensing means 21 has a plurality of optical lenses 21 x, 21 x,... In the solar cell 20, all or part of the light collected by the condensing means 21 is irradiated to the carrier generation layer 11. . With such a configuration, incident light can be selectively focused on the carrier generation layer 11, so that it is easy to improve the photoelectric conversion efficiency. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide the solar cell 20 capable of improving the photoelectric conversion efficiency and reducing the power generation cost.

太陽電池２０において、光電変換効率を容易に向上させ得る形態にする等の観点から、光学レンズ２１ｘ、２１ｘ、…の集光度は１倍よりも大きいことが好ましい。また、同様の観点から、集光手段２１は、複数の微小レンズが連なったマイクロレンズアレイとすることが好ましく、キャリア発生層１１のみに集光可能な構成とすることが好ましい。 In the solar cell 20, it is preferable that the condensing degree of the optical lenses 21x, 21x,... Is larger than 1 time from the viewpoint of easily improving the photoelectric conversion efficiency. From the same viewpoint, the condensing means 21 is preferably a microlens array in which a plurality of microlenses are connected, and is preferably configured to be able to condense only on the carrier generation layer 11.

太陽電池２０に関する上記説明では、複数の光学レンズ２１ｘ、２１ｘ、…を備える集光手段２１を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、光学鏡を有する集光手段を具備する形態とすることも可能である。また、太陽電池２０に関する上記説明では、集光手段２１が太陽電池２０の表面側に配置される形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、複数の方向（表面、裏面、及び、側面）から光をキャリア発生層１１へ集光可能な構成とすることも可能である。 In the above description regarding the solar cell 20, the light collecting means 21 including the plurality of optical lenses 21 x, 21 x,... Is illustrated, but the present invention is not limited to this form, and includes a light collecting means having an optical mirror. It is also possible to adopt a form. Moreover, in the said description regarding the solar cell 20, although the condensing means 21 illustrated the form arrange | positioned at the surface side of the solar cell 20, this invention is not limited to the said form, A several direction (surface, It is also possible to adopt a configuration capable of condensing light from the back and side surfaces to the carrier generation layer 11.

３．第３実施形態
図７は、第３実施形態にかかる本発明の太陽電池（以下において、「太陽電池３０」という。）の形態例を概略的に示す鳥瞰図である。図８は、太陽電池３０の形態例を概略的に示す断面図である。図７及び図８では、太陽電池３０の一部のみを抽出し、拡大して示している。また、図７及び図８では、一部符号の記載を省略している。図７及び図８において、太陽電池１０と同様の構成を採るものには、図１〜図４で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。 3. Third Embodiment FIG. 7 is a bird's-eye view schematically showing an embodiment of a solar cell of the present invention (hereinafter referred to as “solar cell 30”) according to a third embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an exemplary embodiment of the solar cell 30. 7 and 8, only a part of the solar cell 30 is extracted and enlarged. 7 and 8, some reference numerals are omitted. 7 and 8, components having the same configuration as that of the solar cell 10 are denoted by the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 4, and description thereof is omitted as appropriate.

図７及び図８に示すように、太陽電池３０は、太陽電池１０の負電極１２及び電子移動層１４に代えて、受光面へ近づくほど断面積が小さくなるように構成された負電極３１及び電子移動層３２を具備し、負電極３１の一部及び電子移動層３２の一部は、キャリア発生層１１に形成された凹部３４、３４、…に配置されている。さらに、太陽電池３０は、太陽電池１０の正電極１３に代えて、光を透過可能な透明電極によって構成される正電極３３を具備している。このような形態とすることにより、キャリア発生層１１へと入射した光が、負電極３１によって遮られる事態を抑制でき、裏面に近い側に位置するキャリア発生層１１の部位にも光を到達させることが容易になる。すなわち、太陽電池３０によれば、キャリア発生層１１へと入射する光量（フォトン数）を増大させることができるので、光電変換効率を向上させることが容易になる。 As shown in FIGS. 7 and 8, the solar cell 30 includes a negative electrode 31 and a negative electrode 31 configured such that the cross-sectional area decreases as the distance from the light receiving surface approaches, instead of the negative electrode 12 and the electron transfer layer 14 of the solar cell 10. The electron transfer layer 32 is provided, and a part of the negative electrode 31 and a part of the electron transfer layer 32 are disposed in the recesses 34, 34,... Formed in the carrier generation layer 11. Further, the solar cell 30 includes a positive electrode 33 constituted by a transparent electrode capable of transmitting light instead of the positive electrode 13 of the solar cell 10. By setting it as such a form, the incident light to the carrier generation layer 11 can suppress the situation where it is interrupted by the negative electrode 31, and light is made to reach also the site | part of the carrier generation layer 11 located in the side close | similar to a back surface. It becomes easy. That is, according to the solar cell 30, the amount of light (number of photons) incident on the carrier generation layer 11 can be increased, so that it is easy to improve the photoelectric conversion efficiency.

さらに、太陽電池３０によれば、受光面と負電極３１との間に位置するキャリア発生層１１の部位で吸収できなかった光を、電子移動層３２及び負電極３１の傾斜した側面で反射することができるので、光路長を長くすることができる。そのため、かかる形態とすることにより、光の吸収効率を向上させてキャリアの発生数を増大させることができるので、光電変換効率を向上させることが容易になる。 Furthermore, according to the solar cell 30, the light that could not be absorbed by the part of the carrier generation layer 11 located between the light receiving surface and the negative electrode 31 is reflected by the inclined side surfaces of the electron transfer layer 32 and the negative electrode 31. Therefore, the optical path length can be increased. Therefore, by adopting such a configuration, the light absorption efficiency can be improved and the number of carriers generated can be increased, so that the photoelectric conversion efficiency can be easily improved.

このように、太陽電池３０によれば、光電変換効率を向上させることが容易になるので、太陽電池３０に備えられるキャリア発生層１１の厚さを、太陽電池１０に備えられるキャリア発生層１１の厚さよりも薄くした場合であっても、太陽電池１０と同等の性能を有する太陽電池３０を提供することが可能になる。それゆえ、太陽電池３０によれば、材料費を低減することも可能になる。 Thus, according to the solar cell 30, it becomes easy to improve the photoelectric conversion efficiency. Therefore, the thickness of the carrier generation layer 11 provided in the solar cell 30 is set to the thickness of the carrier generation layer 11 provided in the solar cell 10. Even when the thickness is smaller than the thickness, the solar cell 30 having the same performance as the solar cell 10 can be provided. Therefore, according to the solar cell 30, the material cost can be reduced.

太陽電池３０において、負電極３１は、負電極１２と同様の材料によって構成することができ、正電極３３は、太陽電池の透明電極を作製可能な公知の材料によって構成することができる。電気抵抗を小さくするという観点から、負電極３１の高さ（図８の紙面上下方向の長さ）は、３００ｎｍ以上とすることが好ましい。また、キャリア発生層内での多重反射を促進するという観点から、負電極３１及び電子移動層３２の側面の傾斜角度は、受光面の法線方向に対して４５度以下とすることが好ましい。 In the solar cell 30, the negative electrode 31 can be composed of the same material as that of the negative electrode 12, and the positive electrode 33 can be composed of a known material capable of producing a transparent electrode of the solar cell. From the viewpoint of reducing the electric resistance, the height of the negative electrode 31 (the length in the vertical direction in FIG. 8) is preferably 300 nm or more. In addition, from the viewpoint of promoting multiple reflection in the carrier generation layer, the inclination angle of the side surfaces of the negative electrode 31 and the electron transfer layer 32 is preferably 45 degrees or less with respect to the normal direction of the light receiving surface.

太陽電池１０、２０、３０に関する上記説明では、負電極１２、３１の一部がキャリア発生層１１の内部に入り込んで（埋設されて）いる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の太陽電池は、正電極の一部がキャリア発生層の内部に入り込んでいる形態とすることも可能であり、負電極の一部及び正電極の一部がキャリア発生層の内部に入り込んでいる形態とすることも可能である。 In the above description regarding the solar cells 10, 20, and 30, the form in which the negative electrodes 12 and 31 are partially embedded (embedded) inside the carrier generation layer 11 is illustrated, but the present invention is limited to this form. It is not something. The solar cell of the present invention can also have a form in which a part of the positive electrode enters the inside of the carrier generation layer, and a part of the negative electrode and a part of the positive electrode enter the inside of the carrier generation layer. It is also possible to adopt a form that is

また、太陽電池１０、２０、３０に関する上記説明では、電子移動層１４の共鳴準位がキャリア発生層１１で生成された複数の電子の平均エネルギーと近接するように、電子移動層１４が構成されている形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。電子移動層１４の共鳴準位は、キャリア発生層１１で生成された複数の電子の平均エネルギーより高くしても良く、当該平均エネルギーより低くしても良い。ただし、電子移動層１４の共鳴準位を、電子の平均エネルギーよりも高くすると、キャリア発生層１１に存在する高エネルギーの電子が負電極１２、３１へと移動するため、キャリア発生層１１に存在する低エネルギーの電子へエネルギーを付与する高エネルギーの電子の濃度が減少する。そのため、電子移動層１４の共鳴準位よりも低いエネルギーの電子の濃度が増加し、負電極１２、３１へと移動できずに損失となる電子の濃度が増加する。一方、電子移動層１４の共鳴準位を、電子の平均エネルギーよりも低くすると、キャリア発生層１１に存在する低エネルギーの電子が負電極１２、３１へと移動するため、高エネルギーの電子のエネルギー損失が大きくなるほか、起電力が減少する。したがって、エネルギー損失及び起電力の低減を抑制して高効率の太陽電池を提供可能にする等の観点からは、電子移動層１４の共鳴準位がキャリア発生層１１で生成された複数の電子の平均エネルギーと近接するように、電子移動層１４を構成することが好ましい。 In the above description regarding the solar cells 10, 20, and 30, the electron transfer layer 14 is configured such that the resonance level of the electron transfer layer 14 is close to the average energy of a plurality of electrons generated in the carrier generation layer 11. However, the present invention is not limited to this form. The resonance level of the electron transfer layer 14 may be higher than the average energy of a plurality of electrons generated in the carrier generation layer 11 or lower than the average energy. However, if the resonance level of the electron transfer layer 14 is higher than the average energy of electrons, high energy electrons existing in the carrier generation layer 11 move to the negative electrodes 12 and 31, and therefore exist in the carrier generation layer 11. The concentration of high-energy electrons that impart energy to low-energy electrons decreases. For this reason, the concentration of electrons having energy lower than the resonance level of the electron transfer layer 14 increases, and the concentration of electrons that cannot be transferred to the negative electrodes 12 and 31 and that is lost increases. On the other hand, when the resonance level of the electron transfer layer 14 is lower than the average energy of electrons, low energy electrons existing in the carrier generation layer 11 move to the negative electrodes 12 and 31, and therefore, the energy of high energy electrons. Loss increases and electromotive force decreases. Therefore, from the viewpoint of making it possible to provide a high-efficiency solar cell by suppressing the reduction of energy loss and electromotive force, the resonance level of the electron transfer layer 14 includes a plurality of electrons generated in the carrier generation layer 11. The electron transfer layer 14 is preferably configured so as to be close to the average energy.

また、太陽電池１０、２０、３０に関する上記説明では、正孔移動層１５の共鳴準位がキャリア発生層１１で生成された複数のホールの平均エネルギーと近接するように、正孔移動層１５が形成されている形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。正孔移動層１５の共鳴準位は、キャリア発生層１１で生成された複数のホールの平均エネルギーより低くしても良く、当該平均エネルギーより高くしても良い。ただし、正孔移動層１５の共鳴準位を、正孔の平均エネルギーよりも低くすると、キャリア発生層１１に存在する高エネルギーの正孔が正電極１３へと移動するため、キャリア発生層１１に存在する低エネルギーの正孔へエネルギーを付与する高エネルギーの正孔の濃度が減少する。そのため、正孔移動層１５の共鳴準位よりも高いエネルギーの正孔の濃度が増加し、正電極１３へと移動できずに損失となる正孔の濃度が増加する。一方、正孔移動層１５の共鳴準位を、正孔の平均エネルギーよりも高くすると、キャリア発生層１１に存在する低エネルギーの正孔が正電極１３へと移動するため、高エネルギーの正孔のエネルギー損失が大きくなるほか、起電力が減少する。したがって、エネルギー損失及び起電力の低減を抑制して高効率の太陽電池を提供可能にする等の観点からは、正孔移動層１５の共鳴準位がキャリア発生層１１で生成された複数の正孔の平均エネルギーと近接するように、正孔移動層１５を形成することが好ましい。 Further, in the above description regarding the solar cells 10, 20, and 30, the hole transfer layer 15 is arranged so that the resonance level of the hole transfer layer 15 is close to the average energy of a plurality of holes generated in the carrier generation layer 11. Although the formed form was illustrated, this invention is not limited to the said form. The resonance level of the hole transfer layer 15 may be lower than the average energy of the plurality of holes generated in the carrier generation layer 11 or higher than the average energy. However, if the resonance level of the hole transfer layer 15 is lower than the average energy of the holes, the high energy holes existing in the carrier generation layer 11 move to the positive electrode 13. The concentration of high energy holes that impart energy to the existing low energy holes is reduced. Therefore, the concentration of holes having energy higher than the resonance level of the hole transfer layer 15 increases, and the concentration of holes that cannot be transferred to the positive electrode 13 and that is lost increases. On the other hand, when the resonance level of the hole transfer layer 15 is made higher than the average energy of the holes, the low energy holes existing in the carrier generation layer 11 move to the positive electrode 13, so that the high energy holes Energy loss increases, and electromotive force decreases. Therefore, from the viewpoint of making it possible to provide a high-efficiency solar cell by suppressing the reduction of energy loss and electromotive force, the resonance level of the hole transfer layer 15 has a plurality of positive states generated in the carrier generation layer 11. It is preferable to form the hole transfer layer 15 so as to be close to the average energy of the holes.

また、太陽電池１０、２０、３０に関する上記説明では、ｐ型層１６が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の太陽電池は、負電極１２、３１のキャリア発生層１１側に電子を収集可能なｎ型層を配置しても良く、ｎ型層及び／又はｐ型層１６が備えられない形態とすることも可能である。このほか、本発明の太陽電池は、受光面による光の反射を防止する機能を有する膜が設けられる形態とすることも可能である。 Moreover, in the said description regarding the solar cells 10, 20, and 30, although the form with which the p-type layer 16 was provided was illustrated, this invention is not limited to the said form. In the solar cell of the present invention, an n-type layer capable of collecting electrons may be disposed on the carrier generation layer 11 side of the negative electrodes 12 and 31, and the n-type layer and / or the p-type layer 16 are not provided. It is also possible to do. In addition, the solar cell of the present invention can be configured such that a film having a function of preventing reflection of light by the light receiving surface is provided.

本発明の太陽電池は、電気自動車の動力源や太陽光発電システム等に利用することができる。 The solar cell of the present invention can be used for a power source of an electric vehicle, a solar power generation system, and the like.

１０…太陽電池
１１…キャリア発生層
１２…負電極
１２ｘ…負電極
１２ｙ…金属細線（負電極）
１３…正電極
１４…電子移動層
１４ｘ…壁層
１４ｙ…量子ドット
１５…正孔移動層
１５ｘ…壁層
１５ｙ…量子ドット
１６…ｐ型層
１７…凹部
２０…太陽電池
２１…集光手段
２１ｘ…光学レンズ
３０…太陽電池
３１…負電極
３２…電子移動層
３３…正電極
３４…凹部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Solar cell 11 ... Carrier generation layer 12 ... Negative electrode 12x ... Negative electrode 12y ... Metal fine wire (negative electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Positive electrode 14 ... Electron transfer layer 14x ... Wall layer 14y ... Quantum dot 15 ... Hole transfer layer 15x ... Wall layer 15y ... Quantum dot 16 ... P-type layer 17 ... Recess 20 ... Solar cell 21 ... Condensing means 21x ... Optical lens 30 ... Solar cell 31 ... Negative electrode 32 ... Electron transfer layer 33 ... Positive electrode 34 ... Recess

Claims

A carrier generation layer that generates electrons and holes by light irradiation, a negative electrode that collects the electrons, and a positive electrode that collects the holes,
The negative electrode and / or the positive electrode and the carrier generation layer are not in direct contact,
At least a part of the negative electrode and the carrier generation layer are connected via an electron transfer layer that prevents movement of the holes and allows movement of the electrons,
At least a part of the positive electrode and the carrier generation layer are connected via a hole transport layer that prevents the movement of the electrons and allows the movement of the holes,
At least a part of the negative electrode and / or at least a part of the positive electrode is embedded in the carrier generation layer;
When the negative electrode is embedded inside the carrier generation layer, the embedded negative electrode and the carrier generation layer are connected via the electron transfer layer,
When the positive electrode is embedded inside the carrier generation layer, the embedded positive electrode and the carrier generation layer are connected via the hole transport layer, Solar cell.

Furthermore, the solar cell of Claim 1 provided with the condensing means which collects light to the said carrier generation layer.

When the negative electrode is embedded inside the carrier generation layer, the cross-sectional area of the embedded negative electrode is configured to become smaller as it approaches the light receiving surface,
When the positive electrode is embedded in the carrier generation layer, the embedded positive electrode is configured such that the cross-sectional area of the positive electrode decreases as it approaches the light receiving surface. Item 3. The solar cell according to item 1 or 2.