JP2012209549A - 光電変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】開放電圧が高く、変換効率の高い光電変換装置を提供する。
【解決手段】一対の電極間に、ｐ型の導電型を有する第１の半導体層と、ｐ型の導電型を有する第２の半導体層と、ｎ型の導電型を有する第３の半導体層を積層し、ｐｎ接合を有する光電変換装置を形成する。第１の半導体層は化合物半導体層であり、第２の半導体層は有機化合物及び無機化合物からなり、該有機化合物には正孔輸送性の高い材料が用いられ、該無機化合物には、電子受容性を有する遷移金属酸化物が用いられる。
【選択図】図１
【解決手段】一対の電極間に、ｐ型の導電型を有する第１の半導体層と、ｐ型の導電型を有する第２の半導体層と、ｎ型の導電型を有する第３の半導体層を積層し、ｐｎ接合を有する光電変換装置を形成する。第１の半導体層は化合物半導体層であり、第２の半導体層は有機化合物及び無機化合物からなり、該有機化合物には正孔輸送性の高い材料が用いられ、該無機化合物には、電子受容性を有する遷移金属酸化物が用いられる。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機化合物及び無機化合物で形成された半導体層を有する光電変換装置に関する。
近年、地球温暖化対策として、発電時に二酸化炭素の排出の無い光電変換装置が注目されている。その代表例としては、単結晶半導体基板などを用いたバルク型太陽電池が良く知られているが、製造コストに利点がある薄膜型太陽電池も注目されている。
薄膜型太陽電池の中でも、ＣｕＩｎＳｅ２（以下、ＣＩＳと呼ぶ）やＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（以下、ＣＩＧＳと呼ぶ）などの化合物半導体を用いた太陽電池は、光劣化が無く、非晶質シリコンを用いた太陽電池よりも変換効率が高いことから、高性能で安価な太陽電池として期待されている。
特に、ＣＩＧＳは、非特許文献１に示されているようにＧａの濃度を変えることで禁制帯幅を制御することができるため、変換効率の高い太陽電池の形成が望める。ｐｎ接合太陽電池では理論的に変換効率が最大となる禁制帯幅は、太陽光スペクトルとの整合性から１．４ｅＶ〜１．５ｅＶであるとされている。ＣＩＧＳの禁制帯幅の制御範囲には、これらの値が含まれる。
Ｓ．Ｂ．Ｚｈａｎｇ，Ｓｕ−Ｈｕａｉ Ｗｅｉ，ａｎｄ Ａｌｅｘ Ｚｕｎｇｅｒ，"Ａ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｐｉｎｇ ｌｉｍｉｔｓ ｉｎ ＩＩ−ＶＩ ａｎｄ Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ"，Ｊ．Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．８３，Ｎｏ．６，１５ Ｍａｒｃｈ １９９８
しかしながら、現状のＣＩＧＳ系光電変換装置では、禁制帯幅を１．２ｅＶ〜１．３ｅＶ程度とした場合が最も変換効率が高く、禁制帯幅を１．４ｅＶ程度までワイドギャップ化してしまうと理論とは逆に変換効率が低下してしまう。
これは、ＣＩＧＳのワイドギャップ化によってｐｎ接合界面で伝導帯バンドオフセット（ΔＥｃ）が負となり、伝導帯バンドが不連続となることに起因していると言われている。具体的には、光吸収層であるＣＩＧＳ（ｐ型）とバッファ層（ｎ型）の間の伝導帯バンドがクリフ型となるため、光キャリアが再結合しやすく、開放電圧が低下してしまうのである。したがって、ＣＩＧＳの禁制帯幅を１．４ｅＶ程度までワイドギャップ化しても開放電圧の向上が望めず、変換効率が低下してしまう。
上述の問題を鑑み、本発明の一態様は、開放電圧を低下させずに、光吸収層にワイドギャップ化した半導体層を用いることのできる光電変換装置を提供することを目的とする。
本明細書で開示する本発明の一態様は、有機化合物及び無機化合物で形成されたｐ型半導体層を有する光電変換装置に関する。
本明細書で開示する本発明の一態様は、一対の電極間に、ｐ型の導電型を有する第１の半導体層と、ｐ型の導電型を有し、第１の半導体層と接する第２の半導体層と、ｎ型の導電型を有し、第２の半導体層と接する第３の半導体層と、第３の半導体層と接する透光性導電膜と、を有し、第２の半導体層は、有機化合物及び無機化合物で形成されていることを特徴とする光電変換装置である。
なお、本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、順序や数を限定するものではないことを付記する。
上記第１の半導体層は、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（０≦ｘ≦１、ｘは０以上１以下の値）で表される化合物半導体であり、ｘは０．５以上０．８以下であることがより好ましい。
また、上記無機化合物には、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物を用いることができる。具体的にはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅのいずれかの元素の酸化物などがある。
また、上記有機化合物には、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物、ジベンゾフラン骨格もしくはジベンゾチオフェン骨格を含む複素環化合物のいずれかを用いることができる。
上記第３の半導体層は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｇｅから選ばれた元素を一つ以上含む酸化物で構成されていることが好ましい。
本発明の一態様を用いることにより、開放電圧を低下させずに、光吸収層をワイドギャップ化することができ、変換効率の高い光電変換装置を提供することができる。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様における光電変換装置、及びその作製方法について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様における光電変換装置、及びその作製方法について説明する。
図１（Ａ）は、本発明の一態様における光電変換装置の断面図であり、基板１００上に第１の電極１５０、第１の半導体層１１０、第２の半導体層１２０、第３の半導体層１３０、透光性導電膜１６０、第２の電極１７０が順に積層されている。なお、図１（Ａ）の構成の光電変換装置では、透光性導電膜１６０側が受光面となるが、基板１００上に形成する積層の順序を上記とは逆にして、基板１００側を受光面としても良い。
また、図１（Ｂ）に示すように、基板１００の表面に凹凸を設けた構成としても良い。基板１００の表面に凹凸を設けることで、その上に積層する各層の界面及び最上層の表面にも凹凸を形成することができる。該凹凸により、各層表面での多重反射、光吸収層（第１の半導体層１１０）内での光路長の増大、及び裏面電極からの反射光の光吸収層（第１の半導体層１１０）表面での全反射効果（光閉じ込め効果）が付与され、光電変換装置の電気特性を向上させることができる。なお、凹凸は基板１００ではなく、第１の電極１５０に設けても良い。
基板１００には、例えば、ソーダライムガラスを用いることが好ましい。ＣＩＧＳ系（ＣＩＳ系含む）光電変換装置は、Ｎａを拡散させることで光吸収層の欠陥を補償することができ、電気特性を改善することができる。したがって、Ｎａの拡散源にもなるソーダライムガラスを基板として用いることが好ましい。
また、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板を基板１００として用いることもできる。これらのガラス基板は、ソーダライムガラスよりも耐熱性が高いため、基板１００上に形成する半導体層や導電膜の形成時の温度を高めることができ、それらの品質を高めることができる。なお、これらのガラス基板を用いる場合は、光吸収層（第１の半導体層１１０）の形成後にＮａの拡散工程を行うことが好ましい。
第１の電極１５０には、Ａｕ、Ｍｏを用いることができる。第１の電極１５０は、基板１００からのＮａの拡散経路としての役割もあるため、成膜時に低密度化しやすいＭｏを用いることが特に好ましい。
第１の半導体層１１０は光吸収層であり、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（０≦ｘ≦１、ｘは０以上１以下の値）で表されるｐ型の化合物半導体層を用いる。なお、本発明の一態様においては、ワイドギャップ化した光吸収層を用いることが目的の一つであり、該光吸収層の禁制帯幅を１．４ｅＶ〜１．５ｅＶとするため、ｘは０．５以上０．８以下にすることがより好ましい。
第２の半導体層１２０は内部電界形成用のｐ型の接合形成層であり、無機化合物と有機化合物の複合材料で形成される。該無機化合物としては、遷移金属酸化物を用いることができ、特に元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。具体的にはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅのいずれかの元素の酸化物を用いることができる。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
また、上記有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）、ジベンゾフラン骨格もしくはジベンゾチオフェン骨格を含む複素環化合物など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物を用いる。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
上述の遷移金属酸化物は電子受容性を有し、正孔輸送性の高い有機化合物との複合材料はキャリア密度が高く、ｐ型の半導体特性を示す。また、該複合材料はＥｇ＝約３ｅＶであり、可視光域から赤外域の広い波長範囲に渡って透過率が高い特性を有している。
第３の半導体層１３０は内部電界形成用のｎ型の接合形成層であり、ＺｎＯを用いることが好ましい。その他、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＧａ２Ｏ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５、ＺｎＳｎＯ３、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、ＣｄＧａＯ４、Ｃｄ２ＧｅＯ４、Ｃｄ３ＴｅＯ６、ＣｄＳｂ２Ｏ７、Ｇａ２Ｏ３、ＧａＩｎＯ３、ＣｄＳｎＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＩｎＧａＭｇＯ４、ＩｎＧａＺｎＯ４、ＡｇＳｂＯ３、ＡｇＩｎＯ２、ＰｂＯ２、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＣｄＯ−ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３−ＧａＯ２−ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯなどを用いることもできる。
透光性導電膜１６０には、第３の半導体層１３０よりもキャリア濃度が高い材料を用いることが好ましい。例えば、ＺｎＯにＡｌ、Ｂ、Ｇａ、またはＩｎを添加した材料、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５、ＺｎＳｎＯ３、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ４、ＣｄＳｎＯ３、Ｃｄ３ＴｅＯ６、Ｃｄ２Ｓｂ２Ｏ７、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＰｂＯ２、ＧａＩｎＯ３、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ、ＣｄＯ−ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（ＩＴＯ）などを用いることができる。
また、第２の電極１７０には、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、またはＣｕなどの金属膜を用いることができる。金属膜は単層に限らず、異なる膜の積層でも良い。
図２は、従来の一般的なＣＩＧＳ系（ＣＩＳ系含む）光電変換装置の断面図である。基板２００上に第１の電極２５０、半導体層２１０、バッファ層２８０、透光性導電膜２６０、第２の電極２７０が順に積層されている。
第１の電極２５０及び半導体層２１０には、前述した第１の電極１５０及び第１の半導体層１１０と同様の材料が用いられる。また、透光性導電膜２６０及び第２の電極２７０には、前述した透光性導電膜１６０及び第２の電極１７０と同様の材料が用いられる。
図２の光電変換装置においてｐｎ接合は、ｐ型の半導体層２１０（例えばＣＩＧＳ）とｎ型の半導体層であるバッファ層２８０との界面に形成される。バッファ層２８０には、ｎ型の半導体特性を示す、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳ（Ｏ，ＯＨ）などが用いられる。
ここで、図２の光電変換装置のｐｎ接合近傍のバンド構造を図３を用いて説明する。図３（Ａ）は、現状用いられている禁制帯幅１．２ｅＶ〜１．３ｅＶを有するＣＩＧＳを半導体層２１０として用いた場合のバンド図である。半導体層２１０とバッファ層２８０との間にｐｎ接合が形成されるが、両者の電子親和力に差があるため、伝導帯バンドオフセットが正（ΔＥｃ＞０）となり、ｐｎ接合部にスパイク状の障壁が形成される。この障壁は短絡電流低下の要因と成り得るが、半導体層２１０とバッファ層２８０との電子親和力の差が小さければ、キャリアの輸送への影響を少なくすることができる。
図３（Ｂ）は、理論上高い変換効率が期待される１．４ｅＶ〜１．５ｅＶの禁制帯幅を有するＣＩＧＳを半導体層２１０として用いた場合のバンド図である。この場合、伝導帯バンドオフセットが負（ΔＥｃ＜０）となり、ｐｎ接合部における伝導体バンドの形状がクリフ状となる。このため、光キャリアの接合界面近傍での滞留が起こり、再結合しやすくなることから、開放電圧及び曲線因子が低下する。したがって、半導体層２１０に理論上高い変換効率が得られるとされている禁制帯幅１．４ｅＶ〜１．５ｅＶのＣＩＧＳを用いても変換効率を向上させることができなかった。
図４は、本発明の一態様における光電変換装置のバンド構造である。該光電変換装置のｐｎ接合は、禁制帯幅が共に約３ｅＶであるｐ型の第２の半導体層１２０とｎ型の第３の半導体層１３０との間に形成される。まず、開放電圧はｐｎ接合を形成する材料の禁制帯幅を大きくすることで増加させることが可能になるため、図４の構成の光電変換装置は、ＣＩＧＳを直接、ｐｎ接合の内部電界形成層に用いるよりも開放電圧を高めることができる。
また、光吸収層であるｐ型の第１の半導体層１１０は、第２の半導体層１２０に接続されるが、両者の禁制帯幅が異なるため、障壁が生じる。そのため、第１の半導体層１１０の禁制帯幅を広くし、障壁を下げることが好ましい。
つまり、従来のＣＩＧＳ系（ＣＩＳ系含む）光電変換装置は、図３（Ｂ）を説明する理由から禁制帯幅を広くすることができなかったが、本発明の一態様の光電変換装置では、理論上高い変換効率が期待される１．４ｅＶ〜１．５ｅＶの禁制帯幅を有するＣＩＧＳを用いることが望ましい構成となる。
また、第２の半導体層１２０は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲の膜厚で形成することができる。より好ましくは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚とすることで、第１の半導体層１１０で光励起されたキャリアを第３の半導体層１３０側へ量子効果により輸送することもできる。したがって、第１の半導体層１１０と第２の半導体層１２０との間に障壁があっても、実質的にキャリア輸送への影響を少なくすることができる。
以上により、本発明の一態様における光電変換装置は、光励起されたキャリアによる光電流を低下させることなく、開放電圧を向上させ、変換効率を向上させることができる。
次に、図１（Ａ）の光電変換装置の作製方法の一例について説明する。
まず、基板１００上に第１の電極１５０となる導電膜を形成する。ここでは、スパッタ法を用い、膜厚１μｍのＭｏ膜を形成する。
次に、第１の半導体層１１０として、３段階蒸着法で約２μｍのＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２を成膜する。本実施の形態では、ｘ＝０．６となるようにＧａ濃度を調整する。まず、第１の電極１５０上に基板温度３００℃以上４００℃以下で（Ｉｎ，Ｇａ）２Ｓｅ３を成膜する。そして、基板温度５００℃以上でＣｕ及びＳｅを成膜し、Ｃｕ過剰のＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２を得た後、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅを同時に成膜し、目的の組成に整える。
次に、第１の半導体層１１０上に、第２の半導体層１２０を形成する。第２の半導体層１２０は、前述した無機化合物及び有機化合物の共蒸着法により形成する。共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。成膜は高真空下で行われることが好ましい。例えば、真空度は５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−４Ｐａ乃至１０−６Ｐａ程度とする。
本実施の形態では、第２の半導体層１２０は、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）及び酸化モリブデンを共蒸着することにより形成する。その膜厚は、１０ｎｍとし、ＢＰＡＦＬＰと酸化モリブデンの比率は、重量比で２：１（＝ＢＰＡＦＬＰ：酸化モリブデン）となるように調節する。
次に、第２の半導体層１２０上に、第３の半導体層１３０として１００ｎｍのＺｎＯ膜をスパッタ法で形成する。第３の半導体層１３０の形成には、スパッタ法以外に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いてもよい。
次に、第３の半導体層１３０上に、透光性導電膜１６０として１μｍのＺｎＯにＡｌを添加した材料の膜をスパッタ法で形成する。透光性導電膜１６０は、スパッタ法以外に、ＭＯＣＶＤを用いて形成してもよい。また、図１に図示していないが、透光性導電膜１６０上に表面の反射率を下げる目的で、別途、反射防止膜を設けてもよい。反射防止膜材料としては、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞ｙ）などの低屈折率材料を、スパッタ法、蒸着法などで形成することができる。
次に、透光性導電膜１６０上に第２の電極１７０として０．５μｍ〜１０μｍの導電膜を形成する。ここでは、１μｍのＡｌ膜をスパッタ法で形成する。
以上により、本発明の一態様の光電変換装置を作製することができる。なお、本実施の形態では、図１に例示した単一のセル構成の作製方法を説明したが、スクライブ法などと組み合わせて複数のセルを直列に接続した集積化構造を形成することもできる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した第２の半導体層について説明する。
本実施の形態では、実施の形態１で示した第２の半導体層について説明する。
実施の形態１で示した光電変換装置における第２の半導体層１２０には、遷移金属酸化物と有機化合物とを複合した材料を用いることができる。なお、本明細書中において、複合とは、単に２つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
上記遷移金属酸化物としては、電子受容性を有する遷移金属酸化物を用いることができる。具体的には、遷移金属酸化物の中でも、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることが好ましい。特に、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅの酸化物は電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
また、上記有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）、ジベンゾフラン骨格もしくはジベンゾチオフェン骨格を含む複素環化合物など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物を用いる。具体的には、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。
上記遷移金属酸化物と上記有機化合物とを含む複合材料では、有機化合物の最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ準位）にある電子が、遷移金属酸化物の伝導帯に移動することにより、遷移金属酸化物と有機化合物との間に相互作用が生じる。この相互作用により、遷移金属酸化物と有機化合物とを含む複合材料は、キャリア密度が高く、ｐ型の半導体特性を示す。
以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
例えば、複合材料に用いることのできる芳香族アミン化合物としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（略称：ＢＳＰＢ）等を用いることができる。また、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン（略称：ＤＴＤＰＰＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＦＬＤＰＢｉ）等を挙げることができる。
複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等を挙げることができる。
さらに、複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等も用いることができる。
複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４〜４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等が挙げられる。
また、複合材料に用いることのできる有機化合物は、ジベンゾフラン骨格もしくはジベンゾチオフェン骨格を含む複素環化合物であっても良い。
また、複合材料に用いることのできる有機化合物は、高分子化合物であってもよく、例えば、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）などを用いても良い。
また、本実施の形態で示す複合材料は、広い禁制帯幅を持つため、光電変換装置の光吸収層であるＣＩＳまたはＣＩＧＳが光吸収を示す波長範囲において透光性に優れている。従って、該複合材料における光吸収損失がほとんど無く、効率良く光吸収層へ光を到達させることができる。
上述の半導体層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。乾式法としては、例えば、複数の蒸着源から複数の蒸着材料を気化させて成膜する共蒸着法などが挙げられる。また、湿式法としては、ゾル−ゲル法などを用いて複合材料を含む組成物を調整し、インクジェット法またはスピンコート法などを用いて成膜することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１００ 基板
１１０ 第１の半導体層
１２０ 第２の半導体層
１３０ 第３の半導体層
１５０ 第１の電極
１６０ 透光性導電膜
１７０ 第２の電極
２００ 基板
２１０ 半導体層
２５０ 第１の電極
２６０ 透光性導電膜
２７０ 第２の電極
２８０ バッファ層
１１０ 第１の半導体層
１２０ 第２の半導体層
１３０ 第３の半導体層
１５０ 第１の電極
１６０ 透光性導電膜
１７０ 第２の電極
２００ 基板
２１０ 半導体層
２５０ 第１の電極
２６０ 透光性導電膜
２７０ 第２の電極
２８０ バッファ層
Claims (6)
- 一対の電極間に、
ｐ型の導電型を有する第１の半導体層と、
ｐ型の導電型を有し、前記第１の半導体層と接する第２の半導体層と、
ｎ型の導電型を有し、前記第２の半導体層と接する第３の半導体層と、
前記第３の半導体層と接する透光性導電膜と、
を有し、
前記第２の半導体層は、有機化合物及び無機化合物で形成されていることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項１において、前記第１の半導体層は、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（０≦ｘ≦１、ｘは０以上１以下の値）で表される化合物半導体であることを特徴とする光電変換装置。
- 請求項１または２において、前記無機化合物は、元素周期表における第４族乃至第８族に属する金属の酸化物であることを特徴とする光電変換装置。
- 請求項１または２において、前記無機化合物は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅのいずれかの元素の酸化物であることを特徴とする光電変換装置。
- 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記有機化合物は、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物、ジベンゾフラン骨格もしくはジベンゾチオフェン骨格を含む複素環化合物のいずれかであることを特徴とする光電変換装置。
- 請求項１乃至５のいずれか一項において、前記第３の半導体層は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｇｅから選ばれた元素を一つ以上含む酸化物で構成されていることを特徴とする光電変換装置。
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