JP2013211305A - 3次元ホモ接合型cnt太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極としての金属電極2と、窓部材である透明基板3の表面に配置された負極としての金属カーボンナノチューブ4と、これら両電極間に配置される発電層6とから構成され、且つ上記発電層6は、n型カーボンナノチューブ7とp型カーボンナノチューブ8とを混合させてなる混合層9と、この混合層9と金属電極2との間に層状に配置されるp型カーボンナノチューブ10とから形成されたものである。
【選択図】図1
Description
上記発電層を、p型カーボンナノチューブとn型カーボンナノチューブとを混合させてなる混合層および当該混合層と金属電極との間に層状に配置されるp型またはn型のカーボンナノチューブにより形成したものである。
上記発電層を、p型カーボンナノチューブ、n型カーボンナノチューブおよび真性半導体であるi型カーボンナノチューブを混合させて形成したものである。
この3次元ホモ接合型CNT太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ(CNT)を有する発電層が配置されたものであり、以下、種々の実施例について説明する。なお、以下の各実施例において用いられるカーボンナノチューブという語句は、多数のカーボンナノチューブ群という意味で用いており、また部材の表面にカーボンナノチューブを配置するということは、カーボンナノチューブ群を層状(薄い層状であり、膜状ともいえる)に配置するということを意味しており、したがって層状に配置されたカーボンナノチューブ群をカーボンナノチューブ層と呼ぶこともできる。
この実施例1に係る3次元ホモ接合型CNT太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ(CNT)を有する発電層が配置された太陽電池であって、上記発電層を、p型カーボンナノチューブとn型カーボンナノチューブとを混合させて形成するとともに、これらp型カーボンナノチューブとn型カーボンナノチューブの混合層と上記金属電極との間に、層状にp型カーボンナノチューブまたはn型カーボンナノチューブを配置し、且つ上記光を透過し得る電極を、透明部材および当該透明部材の表面に配置される電極としての金属カーボンナノチューブにより形成したものであり、さらに上記各p型およびn型カーボンナノチューブについては、p型およびn型ドーパントがカーボンナノチューブに内包(格子置換でもよい)されたものが用いられたものである。
上記発電層6の形成に際しては、まずカーボンナノチューブ10aにp型ドーパント10bが内包されてなるp型カーボンナノチューブ10をスプレーにより、金属電極2の表面に薄い層状に塗布する。
そして、この発電層6の表面(上面)に、金属カーボンナノチューブ4をスプレーにより薄い層状に塗布した後、表面(下面)に集電部材5が配置された透明基板3を載置して負極が形成されることにより、太陽電池1が得られる。
上記太陽電池1における発電層6の構成によると、n型カーボンナノチューブ7とp型カーボンナノチューブ8とを混合させたので、3次元的(立体的)に多くのpn接合が形成され、言い換えれば、3次元ホモ接合(バルクホモ接合)が形成され、したがってpn接合界面での光の吸収量が増大して電子と正孔とが電荷分離される割合が大きくなるので、光電変換効率を大幅に向上させることができる。また、カーボンナノチューブ同士はバンドル化しやすいため、強力なpn接合が得られる。
この実施例2に係る3次元ホモ接合型CNT太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ(CNT)を有する発電層が配置された太陽電池であって、上記発電層を、p型カーボンナノチューブとn型カーボンナノチューブとを混合させて形成するとともに、これらp型カーボンナノチューブとn型カーボンナノチューブの混合層と上記金属電極との間に、層状にp型カーボンナノチューブまたはn型カーボンナノチューブを配置し、且つ上記光を透過し得る電極を、透明部材および当該透明部材の表面に配置される集電体としての金属カーボンナノチューブにより形成したものであり、さらに上記各p型カーボンナノチューブについては、p型ドーパントがカーボンナノチューブに表面担持(外面に付着)されたものが用いられる。
そして、この発電層16の表面(上面)に、金属カーボンナノチューブ14をスプレーにより薄い層状に塗布した後、表面(下面)に集電部材15が配置された透明基板13を載置して負極を形成することにより、太陽電池11が得られる。
上記太陽電池11における発電層16の構成によると、n型カーボンナノチューブ17とp型カーボンナノチューブ18とを混合させたので、3次元的(立体的)に多くのpn接合が形成され、言い換えれば、3次元ホモ接合(バルクホモ接合)が形成され、したがってpn接合界面での光の吸収量が増大して電子と正孔とが電荷分離される割合が大きくなるので、光電変換効率を大幅に向上させることができる。また、カーボンナノチューブ同士はバンドル化しやすいため、強力なpn接合が得られる。
この実施例3に係る3次元ホモ接合型CNT太陽電池は、金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブ(CNT)を有する発電層が配置された太陽電池であって、上記発電層を、p型カーボンナノチューブとn型カーボンナノチューブと真性半導体としてのi型カーボンナノチューブとを混合させて形成するとともに、これら3つのカーボンナノチューブの混合層と上記金属電極との間に、層状にp型カーボンナノチューブまたはn型カーボンナノチューブを配置したものであり、さらに上記p型およびn型カーボンナノチューブについては、p型ドーパントおよびn型ドーパントがカーボンナノチューブに内包されたものが用いられる。
上記発電層26の形成に際しては、まずカーボンナノチューブ31aにp型ドーパント31bが内包されてなるp型カーボンナノチューブ31をスプレーにより、金属電極22の表面に薄い層状に塗布する。
そして、この発電層26の表面(上面)に、金属カーボンナノチューブ24をスプレーにより薄い層状に塗布した後、表面(下面)に集電部材25が配置された透明基板23を載置して負極を形成することにより、太陽電池21が得られる。
上記太陽電池21における発電層26の構成によると、n型カーボンナノチューブ27、p型カーボンナノチューブ28およびi型カーボンナノチューブ29を混合させたので、3次元的(立体的)に多くのpn接合が形成され、言い換えれば、3次元ホモ接合(バルクホモ接合)が形成され、したがってpn接合界面での光の吸収量が増大して電子と正孔とが電荷分離される割合が大きくなるので、光電変換効率を大幅に向上させることができる。また、カーボンナノチューブ同士はバンドル化しやすいため、強力なpn接合が得られる。
2 金属電極
3 透明基板
4 金属カーボンナノチューブ
5 集電部材
6 発電層
7 n型カーボンナノチューブ
7a カーボンナノチューブ
7b n型ドーパント
8 p型カーボンナノチューブ
8a カーボンナノチューブ
8b p型ドーパント
9 混合層
10 p型カーボンナノチューブ
11 太陽電池
12 金属電極
13 透明基板
14 金属カーボンナノチューブ
15 集電部材
16 発電層
17 n型カーボンナノチューブ
17a カーボンナノチューブ
17b n型ドーパント
18 p型カーボンナノチューブ
18a カーボンナノチューブ
18b p型ドーパント
19 混合層
20 p型カーボンナノチューブ
21 太陽電池
22 金属電極
23 透明基板
24 金属カーボンナノチューブ
25 集電部材
26 発電層
27 n型カーボンナノチューブ
27a カーボンナノチューブ
27b n型ドーパント
28 p型カーボンナノチューブ
28a カーボンナノチューブ
28b p型ドーパント
29 i型カーボンナノチューブ
30 混合層
31 p型カーボンナノチューブ
Claims (2)
- 金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブを有する発電層が配置された太陽電池であって、
上記発電層を、p型カーボンナノチューブとn型カーボンナノチューブとを混合させてなる混合層および当該混合層と金属電極との間に層状に配置されるp型またはn型のカーボンナノチューブにより形成したことを特徴とする3次元ホモ接合型CNT太陽電池。 - 金属電極と光を透過し得る電極との間にカーボンナノチューブを有する発電層が配置された太陽電池であって、
上記発電層を、p型カーボンナノチューブ、n型カーボンナノチューブおよび真性半導体であるi型カーボンナノチューブを混合させて形成したことを特徴とする3次元ホモ接合型CNT太陽電池。
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