JP2013105952A - Solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池に関し、特に量子ドットを利用した太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a solar cell using quantum dots.
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。 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. For this reason, 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.
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。 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、半導体の量子ドットを利用した太陽電池（以下において、「量子ドット型太陽電池」という。）がある。 One of the new methods studied so far is a solar cell using semiconductor quantum dots (hereinafter referred to as “quantum dot solar cell”).
量子ドット型太陽電池に関する技術として、例えば特許文献１には、シリコン基板の主面上に３次元量子閉じ込め作用をもつ量子ドットを含み、量子ドット及びそれを囲むバリア層のエネルギ・バンド構造がｔｙｐｅＩＩ（一方の半導体の伝導帯の下端と他方の半導体の価電子帯が重なる超格子構造系）を成すことを特徴とする太陽電池が開示されている。また、特許文献２には、量子ドットを使用する太陽電池が開示されている。 As a technique related to the quantum dot solar cell, for example, Patent Document 1 includes a quantum dot having a three-dimensional quantum confinement action on a main surface of a silicon substrate, and an energy band structure of the quantum dot and a barrier layer surrounding the quantum dot is type II. There is disclosed a solar cell characterized by comprising (a superlattice structure system in which the lower end of the conduction band of one semiconductor and the valence band of the other semiconductor overlap). Patent Document 2 discloses a solar cell using quantum dots.
図４は、特許文献１に開示された太陽電池に代表される従来の量子ドット型太陽電池を示す断面模式図である。図４では量子ドット層１０５の層数を単純化し２層しか示していないが、量子ドット層１０５は少なくとも数十層積層された構造となっている。ここで、量子ドット層１０５は量子ドット１０５ａである半導体粒子とその周囲に形成された高抵抗層であるマトリクス１０５ｂとから構成されており、また、量子ドット層１０５を構成する量子ドット１０５ａとマトリクス１０５ｂとは材質に起因して熱膨張係数が大きく異なっている。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional quantum dot solar cell represented by the solar cell disclosed in Patent Document 1. In FIG. 4, the number of quantum dot layers 105 is simplified and only two layers are shown, but the quantum dot layer 105 has a structure in which at least several tens of layers are stacked. Here, the quantum dot layer 105 includes a semiconductor particle that is the quantum dot 105 a and a matrix 105 b that is a high resistance layer formed around the semiconductor particle, and the quantum dot 105 a and the matrix that form the quantum dot layer 105. The thermal expansion coefficient is significantly different from 105b due to the material.
太陽電池の発電要素であるシリコン基板１０１の主面１０３上に上記のような量子ドット層１０５が多数層形成されると、半導体粒子１０５ａとマトリクス１０５ｂとの間の熱膨張係数の差に起因してシリコン基板１０１側の量子ドット層１０５に比べて太陽光の入射面側に形成された量子ドット層１０５は歪みが大きくなる。 When a large number of quantum dot layers 105 as described above are formed on the main surface 103 of the silicon substrate 101, which is a power generation element of the solar cell, the difference is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor particles 105a and the matrix 105b. As compared with the quantum dot layer 105 on the silicon substrate 101 side, the distortion is larger in the quantum dot layer 105 formed on the sunlight incident surface side.
このためシリコン基板１０１の主面上に大きな面積で量子ドット層１０５を形成すると、量子ドット層１０５の面積に依存するように歪みが増大することから、量子ドット層１０５を構成する量子ドット１０５ａは、そのサイズや間隔のばらつきが発生しやすくなる。その結果、量子閉じ込め効果の結果として得られるエネルギー準位のばらつきやバンド構造の連続性を妨げることとなり、量子ドット層１０５で発生するキャリアを外部に取りだすことが困難となり発電効率を高めることができないという問題があった。 For this reason, when the quantum dot layer 105 is formed with a large area on the main surface of the silicon substrate 101, distortion increases depending on the area of the quantum dot layer 105. Therefore, the quantum dots 105a constituting the quantum dot layer 105 are The variation in the size and interval is likely to occur. As a result, the energy level variation and the band structure continuity obtained as a result of the quantum confinement effect are hindered, and it is difficult to take out the carriers generated in the quantum dot layer 105 to the outside, and the power generation efficiency cannot be increased. There was a problem.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、シリコン基板上に量子ドット層を有する構成において発電効率を高めることのできる太陽電池を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the solar cell which can raise electric power generation efficiency in the structure which has a quantum dot layer on a silicon substrate.
本発明の太陽電池は、シリコン基板の主面上に量子ドット層を有する太陽電池であって、前記量子ドット層は、複数の量子ドットがマトリクス中に近接するように配置された量子ドット集合体が点在した構成を有していることを特徴とする。 The solar cell of the present invention is a solar cell having a quantum dot layer on a main surface of a silicon substrate, and the quantum dot layer is a quantum dot assembly arranged such that a plurality of quantum dots are close to each other in a matrix It has the structure which was dotted.
本発明によれば発電効率の高い太陽電池を得ることできる。 According to the present invention, a solar cell with high power generation efficiency can be obtained.
図１（ａ）は、本発明の太陽電池の一実施形態を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 Fig.1 (a) is a top view which shows typically one Embodiment of the solar cell of this invention, (b) is AA sectional drawing of (a).
本実施形態の太陽電池は、シリコン基板１の主面３上に積層された複数の量子ドット層５を有するものであり、その量子ドット層５は、複数の量子ドット５ａがマトリクス５ｂ中に近接するように配置された量子ドット集合体５Ａ（図１において破線枠の部分）が点在するように構成されている。 The solar cell of the present embodiment has a plurality of quantum dot layers 5 stacked on the main surface 3 of the silicon substrate 1, and the quantum dot layer 5 has a plurality of quantum dots 5a close to the matrix 5b. The quantum dot aggregates 5 </ b> A (parts indicated by broken lines in FIG. 1) arranged in such a manner are dotted.
本実施形態の太陽電池によれば、シリコン基板１上に形成された量子ドット層５が、量子ドット５ａを集積した量子ドット集合体５Ａの単位で区分されて、量子ドット５ａが密集した領域の面積を小さくするように配置されているために、量子ドット５ａが多層に積層されても量子ドット集合体５Ａ中におけるひずみを小さくすることができる。 According to the solar cell of this embodiment, the quantum dot layer 5 formed on the silicon substrate 1 is divided by the unit of the quantum dot aggregate 5A in which the quantum dots 5a are integrated, and the quantum dots 5a are in a dense region. Since the areas are arranged so as to reduce the area, the strain in the quantum dot aggregate 5A can be reduced even if the quantum dots 5a are stacked in multiple layers.
このため量子ドット集合体５Ａを構成している量子ドット５ａのサイズや量子ドット５ａ同士の間隔のばらつきを小さくすることができる。その結果、量子閉じ込め効果の結果として得られるエネルギー準位のばらつきやバンド構造（以下、中間バンドという場合がある）の連続性が高いものとなり、量子ドット層５で発生するキャリアを外部に取りだしやくなり、これにより太陽電池の発電効率を高めることができる。 For this reason, the dispersion | variation in the size of the quantum dot 5a which comprises 5 A of quantum dot assemblies, and the space | interval of quantum dots 5a can be made small. As a result, the energy level obtained as a result of the quantum confinement effect and the continuity of the band structure (hereinafter sometimes referred to as an intermediate band) become high, and carriers generated in the quantum dot layer 5 can be easily taken out to the outside. Thus, the power generation efficiency of the solar cell can be increased.
この場合、複数の量子ドット集合体５Ａは、量子ドット５ａ同士の近接している最大の間隔Ｌよりも広い間隔Ｌ１をもって配置されていることが望ましい。 In this case, it is desirable that the plurality of quantum dot aggregates 5A be arranged with an interval L1 wider than the maximum interval L where the quantum dots 5a are close to each other.
量子ドット５ａの形状は、楕円体、球体などの球形状、立方体や直方体などを含む多角形状、薄膜形状およびワイヤー形状など、いずれの形状でもよいが、隣接する量子ドット５ａとの間で３次元的に連続したバンド構造を形成しやすいという理由から球形状が望ましい。 The shape of the quantum dot 5a may be any shape such as a spherical shape such as an ellipsoid or a sphere, a polygonal shape including a cube or a rectangular parallelepiped, a thin film shape, or a wire shape, but three-dimensional between adjacent quantum dots 5a. A spherical shape is desirable because it is easy to form a continuous band structure.
量子ドット５ａのサイズは、例えば、球形状や薄膜形状においては最大径が３ｎｍ〜５０ｎｍであることが望ましく、ワイヤー形状の場合には、ワイヤーの直径が３〜５０ｎｍであることが望ましい。また、量子ドット５ａのサイズのばらつきはその直径を平均した値の±３０％以内であることが望ましい。 As for the size of the quantum dots 5a, for example, the maximum diameter is preferably 3 nm to 50 nm in a spherical shape or a thin film shape, and in the case of a wire shape, the diameter of the wire is preferably 3 to 50 nm. Further, it is desirable that the variation in size of the quantum dots 5a is within ± 30% of the average value of the diameters.
量子ドット集合体５Ａにおける量子ドット５ａ同士の間隔、すなわち、量子ドット５ａ間に形成されているマトリックス５ｂの幅は２〜１０ｎｍであることが望ましく、また、その間隔のばらつきは量子ドット５ａ同士の間隔（量子ドット５ａ間に形成されているマトリックス５ｂの幅）を平均した値の１０〜５０％であることが望ましい。 The interval between the quantum dots 5a in the quantum dot assembly 5A, that is, the width of the matrix 5b formed between the quantum dots 5a is preferably 2 to 10 nm, and the variation in the interval is between the quantum dots 5a. It is desirable that the interval (the width of the matrix 5b formed between the quantum dots 5a) is 10 to 50% of the average value.
量子ドット集合体５Ａを構成している量子ドット５ａのサイズや量子ドット５ａ同士の間隔のばらつきが上記範囲であると、量子ドット集合体５Ａ中において、複数の量子ドット５ａ間に電子の規則的な長周期構造が形成されやすくなり、これにより連続したバンド構造を形成することが可能となる。なお、量子ドット５ａのサイズおよび各量子ドット５ａ間の間隔は、特定の応用および製造されるデバイスの条件に従って種々の条件を適合できる。図１（ａ）では、断面観察したときの量子ドット５ａの最大径をＬｍ、量子ドット５ａ同士の間隔をＬｄとして表している。 When the size of the quantum dots 5a constituting the quantum dot aggregate 5A and the variation in the interval between the quantum dots 5a are within the above ranges, the regular electrons are arranged between the plurality of quantum dots 5a in the quantum dot aggregate 5A. It becomes easy to form a long-period structure, and it becomes possible to form a continuous band structure. In addition, the size of the quantum dot 5a and the space | interval between each quantum dot 5a can adapt various conditions according to the conditions of a specific application and the device manufactured. In FIG. 1A, the maximum diameter of the quantum dots 5a when the cross section is observed is represented as Lm, and the interval between the quantum dots 5a is represented as Ld.
量子ドット５ａは、半導体粒子を主体とするものからなり、エネルギーギャップ（Ｅｇ）が０．１５〜１．２０ｅｖを有するものが好適である。具体的には、量子ドット５ａの材料としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、硫黄（Ｓ）、鉛（Ｐｂ）、テルル（Ｔｅ）およびセレン（Ｓｅ）から選ばれるいずれか１種またはこれらの化合物半導体を用いることが望ましい。 The quantum dots 5a are mainly composed of semiconductor particles, and those having an energy gap (Eg) of 0.15 to 1.20 ev are suitable. Specifically, as the material of the quantum dots 5a, germanium (Ge), silicon (Si), gallium (Ga), indium (In), arsenic (As), antimony (Sb), copper (Cu), iron ( It is desirable to use any one selected from Fe), sulfur (S), lead (Pb), tellurium (Te), and selenium (Se), or a compound semiconductor thereof.
一方、マトリクス５ｂは、半導体粒子に比較して約２倍以上１５倍以下のエネルギーギャップを有している材料が好ましく、エネルギーギャップ（Ｅｇ）が１．０〜１０．０ｅｖを有するものが好ましい。マトリックス５ｂの材料としては、Ｓｉ、Ｃ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｓ、ＩｎおよびＳｅから選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物（半導体、炭化物、酸化物、窒化物）が好ましい。 On the other hand, the matrix 5b is preferably a material having an energy gap of about 2 to 15 times that of the semiconductor particles, and preferably has an energy gap (Eg) of 1.0 to 10.0 ev. As a material of the matrix 5b, a compound (semiconductor, carbide, oxide, nitride) containing at least one element selected from Si, C, Ti, Cu, Ga, S, In and Se is preferable.
本実施形態の太陽電池では、シリコン基板１を平面視したときに、量子ドット集合体５Ａが厚み方向に同じ面積でかつ同じ位置に配置されていることが望ましい。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、量子ドット集合体５Ａが厚み方向に同じ面積でかつ同じ位置に形成されていると、量子ドット集合体５Ａ中において、太陽光の入射側からシリコン基板１側に向けて直線性の高いバンド構造を形成でき、これにより量子ドット集合体５Ａで発生するキャリアを外部に取りだしやくなり、太陽電池の発電効率をさらに高めることが可能となる。ここで、量子ドット集合体５Ａが同じ面積であるとは、厚み方向に配置された量子ドット集合体５Ａ間において±１０％以内の面積比を有するものをいう。 In the solar cell of this embodiment, when the silicon substrate 1 is viewed in plan, it is desirable that the quantum dot aggregates 5A are arranged in the same area and in the same position in the thickness direction. As shown in FIGS. 1A and 1B, when the quantum dot aggregate 5A is formed in the same area and at the same position in the thickness direction, from the incident side of sunlight in the quantum dot aggregate 5A. A band structure with high linearity can be formed toward the silicon substrate 1 side, whereby carriers generated in the quantum dot assembly 5A can be easily taken out to the outside, and the power generation efficiency of the solar cell can be further increased. Here, the quantum dot aggregate 5A having the same area means an area ratio within ± 10% between the quantum dot aggregates 5A arranged in the thickness direction.
また、量子ドット集合体５Ａが厚み方向に同じ位置であるというのは、厚み方向に配置された量子ドット集合体５Ａ間において、中心軸のずれ量の最大値が量子ドット集合体５Ａの平均幅の１０％以内であるものをいう。 Also, the quantum dot aggregate 5A is in the same position in the thickness direction because the maximum deviation of the central axis between the quantum dot aggregates 5A arranged in the thickness direction is the average width of the quantum dot aggregate 5A. Of 10% or less.
本実施形態の太陽電池では、シリコン基板１を平面視したときに、厚み方向に最近接する量子ドット５ａ同士が同じ位置に配置されていることが望ましい。厚み方向に最近接する量子ドット５ａ同士が同じ位置に配置されていると、量子ドット集合体５Ａ中において、太陽光の入射側からシリコン基板１側に向けてさらに直線性の高いバンド構造を形成することが可能となる。その結果、量子ドット層５で発生するキャリアを外部にさらに取りだしやすくなり、太陽電池の発電効率を一段と高めることが可能になる。 In the solar cell of this embodiment, when the silicon substrate 1 is viewed in plan, it is desirable that the quantum dots 5a closest to each other in the thickness direction are arranged at the same position. When the quantum dots 5a closest to each other in the thickness direction are arranged at the same position, a band structure with higher linearity is formed in the quantum dot assembly 5A from the sunlight incident side toward the silicon substrate 1 side. It becomes possible. As a result, carriers generated in the quantum dot layer 5 can be more easily taken out, and the power generation efficiency of the solar cell can be further increased.
ここで、量子ドット５ａ同士が同じ位置に配置されているとは、量子ドット５ａを例えば、シリコン基板１側から投影したときに、厚み方向に配置された量子ドット５ａ同士が一部でも重なっている状態をいう。 Here, when the quantum dots 5a are arranged at the same position, for example, when the quantum dots 5a are projected from the silicon substrate 1 side, for example, the quantum dots 5a arranged in the thickness direction partially overlap each other. The state that is.
図２は、本発明の他の太陽電池の一実施形態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であり、シリコン基板の主面上の量子ドット集合体間に隔壁を設けた態様を示す断面模式図である。 2A and 2B show an embodiment of another solar cell of the present invention, where FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view, and a partition wall between quantum dot aggregates on the main surface of a silicon substrate. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the aspect which provided.
本実施形態の太陽電池では、シリコン基板１の主面３上に量子ドット集合体５Ａを仕切るための隔壁７が設けられていることが望ましい。 In the solar cell of this embodiment, it is desirable that the partition wall 7 for partitioning the quantum dot aggregate 5 </ b> A is provided on the main surface 3 of the silicon substrate 1.
シリコン基板１の主面３上において、量子ドット集合体５Ａを隔壁７によって仕切られたものにすると、量子ドット集合体５Ａ中に形成される中間バンドの電子伝導を量子ドット集合体５Ａの厚み方向に配向したものとすることが可能になり、これにより量子ドット集合体５Ａからシリコン基板１側へ移動するキャリアの量をより多くすることができ、その結果、発電効率をさらに高めることができる。 When the quantum dot aggregate 5A is partitioned by the partition wall 7 on the main surface 3 of the silicon substrate 1, the electron conduction of the intermediate band formed in the quantum dot aggregate 5A is changed in the thickness direction of the quantum dot aggregate 5A. It is possible to increase the amount of carriers moving from the quantum dot assembly 5A to the silicon substrate 1 side, and as a result, the power generation efficiency can be further increased.
この場合、隔壁７は高い絶縁性を有するという理由から半導体粒子よりもエネルギーギャップが５倍以上大きい材料により形成することが望ましく、セラミックスや樹脂などが好適である。 In this case, the partition wall 7 is desirably formed of a material having an energy gap that is five times or more larger than that of the semiconductor particles because of high insulation properties, and ceramics, resins, and the like are preferable.
次に、本実施形態の太陽電池を製造する方法について説明する。図３は、シリコン基板の主面上にマスクを配置した状態を示す平面模式図である。本実施形態の太陽電池を製造する場合には、シリコン基板１の上面側に、図３に示したようなマスク１１（マスクする部分の幅：ｗ）を置き、このマスク１１の開口部１３にマトリクス５ｂとなる材料を膜状に形成し、次いで、このマトリクス５ｂとなる膜の表面側に量子ドット５ａとなる半導体粒子を形成する。これらの工程を繰り返すことによって量子ドット５ａとマトリクス５ｂとが積層された量子ドット集合体５Ａを形成する。 Next, a method for manufacturing the solar cell of this embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic plan view showing a state in which a mask is arranged on the main surface of the silicon substrate. When manufacturing the solar cell of the present embodiment, a mask 11 (width of masked portion: w) as shown in FIG. 3 is placed on the upper surface side of the silicon substrate 1, and the opening 13 of the mask 11 is placed. A material to be the matrix 5b is formed in a film shape, and then semiconductor particles to be the quantum dots 5a are formed on the surface side of the film to be the matrix 5b. By repeating these steps, the quantum dot aggregate 5A in which the quantum dots 5a and the matrix 5b are stacked is formed.
製法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法および蒸着法などから選ばれる１種の物理的な薄膜形成法やスピンコート法または印刷法などの化学的方法を採用することができる。 As a manufacturing method, a chemical method such as a physical thin film forming method selected from a CVD method, a sputtering method, and a vapor deposition method, a spin coating method, or a printing method can be employed.
量子ドット５ａをマトリックスとなる膜上に均等に配置するには、細孔を有するメッシュ膜をマスクパターンとして用いるのがよく、メッシュ膜としてはアルミニウム板を陽極酸化して細孔を形成したものやメソポーラスシリカ膜等が好適である。 In order to evenly arrange the quantum dots 5a on the film serving as a matrix, it is preferable to use a mesh film having pores as a mask pattern. A mesoporous silica film or the like is suitable.
また、半導体粒子をマトリックスとなる膜から析出させる方法を採用することもできる。例えば、半導体粒子をＳｉにより形成する場合、化学量論組成を有するＳｉＯ２の膜とＳｉ比率の高い組成のＳｉｘＯｙ膜とを交互に複数積層した後、熱処理を行うことによって、Ｓｉ比率の高い組成のＳｉｘＯｙ膜中から微粒のＳｉを析出させる。 Moreover, the method of depositing a semiconductor particle from the film | membrane used as a matrix is also employable. For example, when the semiconductor particles are formed of Si, by sequentially stacking a plurality of SiO 2 films having a stoichiometric composition and a Si x O y film having a high Si ratio, a heat treatment is performed to obtain a Si ratio. Fine Si is precipitated from a high composition Si x O y film.
この場合、量子ドット集合体５Ａを形成した後にマスク１１をエッチングにより除去してもよいが、マスクの材料として特定のセラミックスや樹脂を選択した場合にはマスク１１をそのまま隔壁７として利用することもできる。 In this case, the mask 11 may be removed by etching after the quantum dot aggregate 5A is formed. However, when a specific ceramic or resin is selected as the mask material, the mask 11 may be used as the partition 7 as it is. it can.
まず、Ｎ型ドープシリコン層とＰ型ドープシリコン層とを有するシリコン基板を準備した。次に、このシリコン基板のＮ型ドープシリコン層側の主面に、図３に示す形状のアルミニウム製のマスク（開口部の面積：１０００μｍ×１０００μｍ、マスクされる部分の
幅ｗ：５０μｍ）を置き、開口部に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜とＳｉ比率の高い組成のＳｉｘＯｙ膜とを交互にそれぞれ３０層形成した。原料組成としては、ＳｉＯ２およびＳｉ１．２Ｏｙとを用いた。プラズマＣＶＤの条件は減圧下、４００±１０℃の温度とした。膜厚はＳｉＯ２側およびＳｉ１．２Ｏｙ側のいずれも約５ｎｍになるように成膜した。
First, a silicon substrate having an N-type doped silicon layer and a P-type doped silicon layer was prepared. Next, an aluminum mask (opening area: 1000 μm × 1000 μm, width w of masked portion: 50 μm) having the shape shown in FIG. 3 is placed on the main surface of the silicon substrate on the N-type doped silicon layer side. In the opening, 30 layers of SiO 2 films and Si x O y films having a high Si ratio were alternately formed by plasma CVD. As the raw material composition, SiO 2 and Si 1.2 O y were used. The plasma CVD conditions were 400 ± 10 ° C. under reduced pressure. The film thickness was formed so that both the SiO 2 side and the Si 1.2 O y side were about 5 nm.
次に、マスクを取り除いた後、ＳｉＯ２膜およびＳｉ１．２Ｏｙ膜を形成したシリコン基板を還元雰囲気中、最高温度を１２００℃とし、保持時間を１時間として熱処理を行った。こうしてシリコン基板の主面上に積層された量子ドット集合体が区分して形成された太陽電池を作製した。 Next, after removing the mask, the silicon substrate on which the SiO 2 film and the Si 1.2 O y film were formed was heat-treated in a reducing atmosphere at a maximum temperature of 1200 ° C. and a holding time of 1 hour. In this way, a solar cell was produced in which the quantum dot aggregates stacked on the main surface of the silicon substrate were divided.
比較例として、マスクを用いなかった以外は同じ条件にて、シリコン基板のＮ型ドープシリコン層の主面の全面に量子ドット層を形成した試料を作製した。 As a comparative example, a sample in which a quantum dot layer was formed on the entire main surface of an N-type doped silicon layer of a silicon substrate was manufactured under the same conditions except that no mask was used.
次に、作製した基板の中央部から一部を切り出し、イオンミリングによって透過電子顕微鏡観察用の試料を作製し、量子ドット集合体中に形成された半導体粒子であるＳｉのサイズ（直径）と間隔とを透過電子顕微鏡観察により評価した。作製した試料にはいずれもＳｉが粒子状に析出していた。 Next, a part of the produced substrate is cut out, a sample for observation with a transmission electron microscope is produced by ion milling, and the size (diameter) and interval of Si as semiconductor particles formed in the quantum dot assembly Were evaluated by transmission electron microscope observation. In all the prepared samples, Si was precipitated in the form of particles.
次に、観察用試料の中央部における１００ｎｍ×１００ｎｍの領域に存在する半導体粒子について、その試料の断面に現れた半導体粒子（Ｓｉ）の最大径（Ｌｍ）および半導体粒子（Ｓｉ）同士の間隔（Ｌｄ）を測定し、平均値を求めた。 Next, for semiconductor particles existing in a 100 nm × 100 nm region in the central portion of the observation sample, the maximum diameter (Lm) of the semiconductor particles (Si) appearing in the cross section of the sample and the spacing between the semiconductor particles (Si) ( Ld) was measured and the average value was determined.
マスクを用いて作製した試料は半導体粒子の平均粒径が６ｎｍであり、そのばらつきの最大値が平均値の＋３０％であった。また、量子ドット同士の間隔は平均で５ｎｍであり、そのばらつきの最大値は平均値の＋４ｎｍであった。 The sample produced using the mask had an average particle size of the semiconductor particles of 6 nm, and the maximum variation was + 30% of the average value. The interval between the quantum dots was 5 nm on average, and the maximum variation was +4 nm of the average value.
一方、マスクを用いずに作製した試料は、半導体粒子の平均粒径が２２ｎｍであり、そのばらつきの最大値が＋１１０％であった。また、量子ドット同士の間隔は平均で３０ｎｍであり、そのばらつきの最大値が平均値の＋４０ｎｍであった。 On the other hand, the sample produced without using the mask had an average particle size of the semiconductor particles of 22 nm, and the maximum variation was + 110%. The interval between the quantum dots was 30 nm on average, and the maximum variation was +40 nm, the average value.
１、１０１ シリコン基板
３、１０３ 主面
５、１０５ 量子ドット層
５Ａ 量子ドット集合体
５ａ、１０５ａ 量子ドット
５ｂ マトリクス
７ 隔壁
１１ マスク
１３ 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Silicon substrate 3,103 Main surface 5,105 Quantum dot layer 5A Quantum dot aggregate | assembly 5a, 105a Quantum dot 5b Matrix 7 Partition 11 Mask 13 Opening
Claims (4)
前記量子ドット層は、複数の量子ドットがマトリクス中に近接するように配置された量子ドット集合体が点在するように構成されていることを特徴とする太陽電池。 A solar cell having a quantum dot layer on a main surface of a silicon substrate,
The said quantum dot layer is comprised so that the quantum dot aggregate | assembly arrange | positioned so that a some quantum dot may adjoin in a matrix may be dotted.
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