JP2014165288A - Quantum dot and solar cell - Google Patents

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徹 仲山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quantum dot ensuring photoelectric conversion characteristics even if the size is large, and to provide a solar cell to which the quantum dot is applied.SOLUTION: A quantum dot is composed of a polycrystalline particle 1 mainly composed of a semiconductor material, and having a plurality of domains 1a, 1b, 1c. The quantum dot exhibits an electron confinement effect even if it is a polycrystalline particle. A solar cell has a quantum dot layer including the quantum dots, mainly composed of the polycrystalline particles 1 having a plurality of domains 1a, 1b, 1c, on the principal surface of a semiconductor substrate 11. Consequently, the transportation efficiency of carrier can be enhanced, and a solar cell having a high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

Description

本発明は、量子ドットと、これを利用した太陽電池に関する。   The present invention relates to a quantum dot and a solar cell using the quantum dot.

太陽電池は、二酸化炭素の排出が無く、発電時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 they do not emit carbon dioxide and do not require fuel during power generation. 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、従来の半導体構造では高いエネルギーを持った波長の短い光はpn接合領域のみで電子を励起するのではなく、p型あるいはn型の各半導体領域でも電子を励起する。これらの各半導体領域で発生したキャリアはp型あるいはn型の半導体領域に存在する不純物準位や熱エネルギー等に起因する少数キャリアとの相互作用により熱エネルギーとして散逸してしまうため、理論限界効率が30%に満たないものであった。このため、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, in a conventional semiconductor structure, light with a short wavelength having high energy does not excite electrons only in the pn junction region, but also excites electrons in each p-type or n-type semiconductor region. Since the carriers generated in each of these semiconductor regions are dissipated as thermal energy due to the interaction with minority carriers due to impurity levels, thermal energy, etc. existing in the p-type or n-type semiconductor region, the theoretical limit efficiency Was less than 30%. For this reason, new methods for further improving the theoretical limit efficiency are 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含有して囲むバリア層からなる量子ドット層を有する太陽電池が開示されている。   As a technique related to a 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 a quantum dot including a quantum dot and a barrier layer containing the quantum dot A solar cell having a layer is disclosed.

図3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3では量子ドット層105の層数を単純化し1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とから構成されている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a conventional quantum dot solar cell represented by the solar cell disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In FIG. 3, the number of quantum dot layers 105 is simplified and only one is 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 semiconductor particles that are the quantum dots 105a and a matrix 105b that is a high resistance layer formed around the semiconductor particles.

量子ドット型太陽電池に形成される量子ドット105aは、サイズが約10nm程度の半導体ナノ結晶である。量子ドット105aに光106が照射されると、量子ドット105a内における電子は、量子ドット105aの閉じ込め効果により半導体が本来持つバンドギャップより高いエネルギーギャップの量子準位にまで励起される。その結果、従来の太陽電池では吸収することのできなかった短い波長領域の太陽光スペクトルを、p型の半導体とn型の半導体との境界に形成された量子ドット層105内で効率よく吸収させることが可能となり、これにより光電変換効率を高めることができるとされている。   The quantum dot 105a formed in the quantum dot solar cell is a semiconductor nanocrystal having a size of about 10 nm. When the quantum dot 105a is irradiated with light 106, electrons in the quantum dot 105a are excited to a quantum level having an energy gap higher than the band gap inherent in the semiconductor due to the confinement effect of the quantum dot 105a. As a result, the solar spectrum in a short wavelength region that could not be absorbed by the conventional solar cell is efficiently absorbed in the quantum dot layer 105 formed at the boundary between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. It is possible to increase the photoelectric conversion efficiency.

太陽電池を構成する単接合の半導体が本来持つバンドギャップより高いエネルギーギャップの量子準位を有する量子ドットのサイズとしては、球状体の場合、その直径は4nm以下であるとされている。   The size of a quantum dot having a quantum level with an energy gap higher than the band gap inherent in the single junction semiconductor constituting the solar cell is assumed to be 4 nm or less in the case of a spherical body.

特開2006−114815号公報JP 2006-114815 A

ところが、実際には、直径が4nm以下の粒子状の物質で光電変換特性を示す量子ドットを得ることは極めて難しいという問題があった。   However, in practice, there is a problem that it is extremely difficult to obtain quantum dots that exhibit photoelectric conversion characteristics with a particulate material having a diameter of 4 nm or less.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、サイズが大きくても光電変換特性の得られる量子ドットと、それを適用した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 quantum dot from which a photoelectric conversion characteristic is acquired even if it is large, and a solar cell to which it is applied.

本発明の量子ドットは、半導体材料を主成分とし、複数のドメインを有する多結晶粒子により構成されることを特徴とする。   The quantum dot of the present invention is characterized by being composed of polycrystalline particles having a semiconductor material as a main component and having a plurality of domains.

本発明の太陽電池は、半導体基板の主面上に、上記の量子ドットを内包している量子ドット層を有してなることを特徴とする。   The solar cell of the present invention has a quantum dot layer containing the above quantum dots on the main surface of a semiconductor substrate.

本発明によれば、光電変換効率の高い量子ドットと、それを適用した太陽電池を得ることできる。   According to the present invention, it is possible to obtain a quantum dot with high photoelectric conversion efficiency and a solar cell to which the quantum dot is applied.

本発明の量子ドットの一実施形態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one Embodiment of the quantum dot of this invention. 本発明の太陽電池の一実施形態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one Embodiment of the solar cell of this invention. 従来の量子ドット型太陽電池を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the conventional quantum dot type solar cell.

図1は、本発明の量子ドットの一実施形態を示す断面模式図である。量子ドット型太陽電池に形成される量子ドットは、これまで、電子の閉じ込め効果により、pn接合を有する単接合太陽電池の光電変換波長領域とは異なる波長における光電変換を効率的に発揮できるサイズとしては、球状体の場合、直径が4nm以下であるのが良いとされてきた。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the quantum dot of the present invention. Quantum dots formed on quantum dot solar cells have a size that can efficiently exhibit photoelectric conversion at a wavelength different from the photoelectric conversion wavelength region of a single junction solar cell having a pn junction, due to an electron confinement effect. In the case of a spherical body, it has been said that the diameter should be 4 nm or less.

ところが、実際には、直径が4nm以下の粒子状の物質で光電変換特性を示す量子ドットを得ることは極めて難しいという問題がある。   However, in practice, there is a problem that it is extremely difficult to obtain quantum dots that exhibit photoelectric conversion characteristics with a particulate material having a diameter of 4 nm or less.

そこで、本出願人は、量子ドットについて、結晶化度のより高い半導体粒子を作製することを試みたところ、従来、量子ドットとしては結晶化度が高いものが良いとされてきたことと異なり、量子ドットの主体が複数のドメイン1a、1b、1cを有する多結晶粒子1でも電子の閉じ込め効果を発揮することを見出した。   Therefore, the present applicant tried to produce semiconductor particles with higher crystallinity for quantum dots, but conventionally, quantum dots with high crystallinity were considered good, It has been found that even the polycrystalline particles 1 in which the main body of the quantum dots has a plurality of domains 1a, 1b, 1c exhibit an electron confinement effect.

これは、量子ドットは全体として多結晶粒子1であるが、量子ドットを構成している各ドメイン1a、1b、1cの領域がそれぞれ単結晶であり、各ドメイン1a、1b、1cは粒界3を中間層としてそれぞれ孤立した状態であるため、それぞれ量子ドットとしての特性を発揮するからである。   This is because the quantum dots are polycrystalline particles 1 as a whole, but the domains 1a, 1b, and 1c constituting the quantum dots are single crystals, and the domains 1a, 1b, and 1c are grain boundaries 3 respectively. This is because each of them exhibits a characteristic as a quantum dot.

ここで、複数のドメイン1a、1b、1cを有する多結晶粒子1とは、例えば、量子ドットについて透過電子顕微鏡による観察を行ったときに、転位や欠陥などで形成される粒界3により区切られた2つ以上の単結晶が存在する状態が見られることをいう。この場合、ドメイン1a、1b、1cがそれぞれ単結晶となっている。   Here, the polycrystalline particles 1 having a plurality of domains 1a, 1b, and 1c are delimited by grain boundaries 3 formed by dislocations, defects, and the like when the quantum dots are observed with a transmission electron microscope, for example. In other words, a state where two or more single crystals exist is observed. In this case, each of the domains 1a, 1b, and 1c is a single crystal.

つまり、本実施形態の量子ドットは外見上1個に見える粒子の中に微細な単結晶が粒界3を介して存在しているもので、この微細な単結晶が個々に量子ドットの性質を示すものとなる。この場合、単結晶のサイズ(最大径)は1〜3nmであることが望ましい。   In other words, the quantum dot of this embodiment has a fine single crystal present through the grain boundary 3 in a particle that appears to be one appearance, and this fine single crystal individually has the properties of a quantum dot. It will be shown. In this case, the size (maximum diameter) of the single crystal is preferably 1 to 3 nm.

このような多結晶粒子1を主体とする量子ドットは、この多結晶粒子1と同じようなサイズの単結晶からなる量子ドットと複合されて量子ドット層が形成されていてもよい。   Such quantum dots mainly composed of the polycrystalline particles 1 may be combined with quantum dots made of a single crystal having the same size as the polycrystalline particles 1 to form a quantum dot layer.

また、本実施形態における多結晶粒子1は最大径をL、最小径をSとしたときのL/S比が1〜1.2であることが望ましく、L/S比が1に近いほど電子の3次元的な閉じ込め効果に優れたものとなる。ここでL/S比は真球度を示すものとなる。   The polycrystalline particles 1 in this embodiment preferably have an L / S ratio of 1 to 1.2 when the maximum diameter is L and the minimum diameter is S. The closer the L / S ratio is to 1, the more electrons The three-dimensional confinement effect is excellent. Here, the L / S ratio indicates sphericity.

このような多結晶粒子1は、例えば、半導体材料がシリコンの場合、多結晶シリコンのサイズ(通常、100nm以上)のエネルギーギャップ(1.1eV)よりも高いものとなる。   For example, when the semiconductor material is silicon, such polycrystalline particles 1 have a higher energy gap (1.1 eV) than the size of polycrystalline silicon (usually 100 nm or more).

この場合、エネルギーギャップを1.1eVよりも高いレベル、特には、1.3〜2.0eVにできる多結晶粒子1のサイズ(直径)としては、5nm以上、10nm以下であることが望ましい。   In this case, the size (diameter) of the polycrystalline particles 1 that can make the energy gap higher than 1.1 eV, particularly 1.3 to 2.0 eV, is desirably 5 nm or more and 10 nm or less.

また、量子ドットが複数のドメイン1a、1b、1cを有する多結晶粒子1であると、全体が単結晶であるような量子ドットに比較して、そのサイズのばらつきに対するエネルギーギャップの変化が小さいことから、粒径に多少のばらつきを有していてもよく、この場合、平均粒径をx、標準偏差をσとしたときに、σ/xで表される粒径のばらつきが30%以上までは許容できるものとなる。なお、σ/xで表される粒径のばらつきの上限としては50%が望ましい。   In addition, when the quantum dot is a polycrystalline particle 1 having a plurality of domains 1a, 1b, and 1c, the change in the energy gap with respect to the variation in size is small as compared with a quantum dot that is a single crystal as a whole. From this, the particle size may have some variation. In this case, when the average particle size is x and the standard deviation is σ, the particle size variation represented by σ / x is up to 30% or more. Is acceptable. In addition, 50% is desirable as the upper limit of the variation in particle size represented by σ / x.

このように、本実施形態の量子ドットは粒径およびそのばらつきが大きくても量子効果を有するものとなるため、その外形状は球形状に限らず、円柱状および多角形状のうちのいずれかであってもよく、球形状、円柱状および多角形状であるものが混在しているものでもよいため量産性に向いている。   Thus, since the quantum dot of this embodiment has a quantum effect even if the particle size and its variation are large, the outer shape is not limited to a spherical shape, and is any one of a cylindrical shape and a polygonal shape. There may be a mixture of spherical, cylindrical, and polygonal shapes, which is suitable for mass production.

図2は、本発明の太陽電池の一実施形態を示す断面模式図である。本実施形態の太陽電池は、半導体基板の主面上に、上記の量子ドットを内包している量子ドット層を有している図2に示されるような太陽電池に適用できる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of the solar cell of the present invention. The solar cell of this embodiment can be applied to a solar cell as shown in FIG. 2 having a quantum dot layer containing the above quantum dots on the main surface of a semiconductor substrate.

本実施形態の太陽電池は半導体基板11の主面13上に量子ドット層15を有している。量子ドット層15は、量子ドット15aと、量子ドット15aを内包し、母体となっているマトリックス15bとで構成されている。この場合、マトリックス15b内に内包された量子ドット15aは半導体材料を主成分とし、複数のドメイン1a、1b、1cを有する多結晶粒子1を主体としたものである。図1では量子ドット15aを横一列に並べた単純構造を示しているにすぎないが、本実施形態の太陽電池を構成する量子ドット層15には量子ドット15aが多層化されており、また、量子ドット層15も多層化されている。   The solar cell of the present embodiment has a quantum dot layer 15 on the main surface 13 of the semiconductor substrate 11. The quantum dot layer 15 includes a quantum dot 15a and a matrix 15b that includes the quantum dot 15a and serves as a base. In this case, the quantum dots 15a included in the matrix 15b are mainly composed of the polycrystalline particles 1 having a plurality of domains 1a, 1b, and 1c as a main component. Although FIG. 1 only shows a simple structure in which quantum dots 15a are arranged in a horizontal row, quantum dots 15a are multilayered in the quantum dot layer 15 constituting the solar cell of the present embodiment. The quantum dot layer 15 is also multilayered.

これにより、量子ドット層15に光16が照射された場合に、通常の400〜1100nmの波長である可視光などを変換できる機能を有する他に、例えば、通常では吸収できない長波長(1200〜1700nmの波長)の光16を吸収し、発電に有効利用することもできる。   Thereby, when the quantum dot layer 15 is irradiated with the light 16, in addition to the function of converting visible light having a wavelength of 400 to 1100 nm, the long wavelength (1200 to 1700 nm that cannot be normally absorbed), for example. Of light 16) can be absorbed and used effectively for power generation.

このような量子ドット層15を構成する量子ドット15a(半導体材料を主成分とし、複数のドメイン1a、1b、1cを有する多結晶粒子1)としては、その成分構成によってはエネルギーギャップ(Eg)が異なるが、0.15〜2.50evを有するものが好適である。具体的な量子ドット15a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。
Quantum dots 15a (polycrystalline particles 1 having a semiconductor material as a main component and having a plurality of domains 1a, 1b, 1c) constituting such a quantum dot layer 15 have an energy gap (Eg) depending on the component structure. Different ones with 0.15 to 2.50 ev are preferred. Specific materials for the quantum dots 15a include germanium (Ge), silicon (Si), gallium (Ga), indium (In), arsenic (As), and antimony (Sb).
It is desirable to use any one selected from copper (Cu), iron (Fe), sulfur (S), lead (Pb), tellurium (Te) and selenium (Se), or a compound semiconductor thereof.

マトリックス15bの材料としては、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15b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。   The material of the matrix 15b is preferably a material having an energy gap of about 2 to 15 times that of semiconductor particles, and preferably has an energy gap (Eg) of 1.0 to 10.0 ev. . As a material of the matrix 15b, a compound (semiconductor, carbide, oxide, nitride) containing at least one element selected from Si, C, Ti, Cu, Ga, S, In, and Se is preferable.

量子ドット15aの周囲にマトリックス15bが配されていると、量子ドット15a内のドメイン1a、1b、1c内で生成した電子の量子ドット15a内における閉じ込め効果を高めることができる。この場合、量子ドット15a内における電子の閉じ込め効果をさらに高められるという点で、マトリックス15bが量子ドット15aの周囲の全面を取り囲んでいることが望ましい。つまり、量子ドット15aをコア部とし、マトリックス15bをシェル部とするコア・シェル構造となっているのが良い。   When the matrix 15b is arranged around the quantum dot 15a, the confinement effect of the electrons generated in the domains 1a, 1b, and 1c in the quantum dot 15a in the quantum dot 15a can be enhanced. In this case, it is desirable that the matrix 15b surrounds the entire surface of the quantum dot 15a in that the effect of confining electrons in the quantum dot 15a can be further enhanced. That is, it is preferable to have a core-shell structure in which the quantum dot 15a is a core part and the matrix 15b is a shell part.

本実施形態の太陽電池は、上述のように、量子ドット層15が半導体基板11の主面13上に設けられたものであるが、図2に示しているように、量子ドット層15の上面側にも半導体基板17が設けられている。この場合、例えば、量子ドット層15の下面側に配置されている半導体基板11がp型(キャリアがホール)の半導体である場合には、量子ドット層15の上面側に配置される半導体基板17はn型となる。なお、p型とn型とを逆転させた構成にしてもよい。また、半導体基板11、17は、多結晶、単結晶のいずれでもよいが、量産性が高く、低コストという点で多結晶であるのがよい。   In the solar cell of the present embodiment, the quantum dot layer 15 is provided on the main surface 13 of the semiconductor substrate 11 as described above, but the upper surface of the quantum dot layer 15 is shown in FIG. A semiconductor substrate 17 is also provided on the side. In this case, for example, when the semiconductor substrate 11 disposed on the lower surface side of the quantum dot layer 15 is a p-type (carrier is a hole) semiconductor, the semiconductor substrate 17 disposed on the upper surface side of the quantum dot layer 15. Becomes n-type. Note that the p-type and n-type may be reversed. The semiconductor substrates 11 and 17 may be either polycrystalline or single crystal, but are preferably polycrystalline in terms of high productivity and low cost.

次に、本実施形態の量子ドットおよび太陽電池を製造する方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the quantum dots and solar cells of the present embodiment will be described.

本実施形態における量子ドット5aは、上述した半導体材料を含む金属化合物の溶液からバイオミネラリゼーションにより金属成分を析出させる方法を用いる。   The quantum dot 5a in the present embodiment uses a method in which a metal component is precipitated by biomineralization from a solution of a metal compound containing the semiconductor material described above.

まず、上述した半導体粒子を主成分とする金属化合物と溶媒とフェリチンとを準備し、加熱しながら混合して半導体粒子を合成する。   First, a metal compound containing the above-described semiconductor particles as a main component, a solvent, and ferritin are prepared and mixed while heating to synthesize semiconductor particles.

金属化合物としては、Siを含む化合物の例として、例えば、ケイ酸ナトリウム、ヘキサフルオロケイ酸塩、有機シラン等から選ばれる1種を用いる。   As an example of a compound containing Si, for example, one kind selected from sodium silicate, hexafluorosilicate, organosilane, and the like is used as the metal compound.

一方、フェリチンとしてはアポフェリチン(ウマ脾臓由来)溶液を準備し、これに上記のSiを含む化合物を添加する。ここでpHは7〜10程度であるのがよい。   On the other hand, an apoferritin (horse spleen-derived) solution is prepared as ferritin, and the above-mentioned compound containing Si is added thereto. Here, the pH is preferably about 7 to 10.

次に、アポフェリチン(ウマ脾臓由来)溶液にSiを含む化合物を分散させておいて、フェリチンの内壁にSiを金属として付着させる。フェリチンはタンパク質であることからバイオ的なサイズの制御が可能となり、そのサイズはフェリチンの内部空間の容積に制限されるため、球形状に近い粒子の合成も可能であり、また、粒径のばらつきも小さいものを得ることができる。   Next, a compound containing Si is dispersed in an apoferritin (horse spleen-derived) solution, and Si is adhered to the inner wall of ferritin as a metal. Since ferritin is a protein, it is possible to control the bio-size, and because the size is limited by the volume of the internal space of ferritin, it is possible to synthesize particles that are close to a spherical shape, and the variation in particle size Can also get a small one.

この場合、半導体材料はフェリチンの内部で結晶化していくが、例えば、Siを含む化合物の濃度を高めて、結晶の成長速度を高くすることによって、フェリチンの内部において部分的に結晶核が形成され、結晶の成長過程で複数のドメイン1a、1b、1cが形成される。   In this case, the semiconductor material crystallizes inside ferritin. For example, by increasing the concentration of a compound containing Si and increasing the growth rate of the crystal, a crystal nucleus is partially formed inside ferritin. In the crystal growth process, a plurality of domains 1a, 1b, 1c are formed.

次に、合成した半導体材料を主成分とする多結晶粒子1(以下、多結晶粒子1とする)
を有するフェリチン内から多結晶粒子1を取り出す。この場合、例えば、フェリチン溶液にアルカリ水溶液を加えて、溶液のpHを10以上とし、フェリチンを溶解させることにより行う。
Next, polycrystalline particles 1 containing the synthesized semiconductor material as a main component (hereinafter referred to as polycrystalline particles 1)
The polycrystalline particles 1 are taken out from the ferritin having the following. In this case, for example, an alkaline aqueous solution is added to the ferritin solution so that the pH of the solution is 10 or more and ferritin is dissolved.

次に、得られた多結晶粒子1(量子ドット)を溶剤中に分散させてスラリーを作製し、このスラリーを半導体基板11の表面に塗布し、乾燥させる。この場合、多結晶粒子1が半導体基板11の表面に整列して堆積するように粘度および蒸発性を考慮した溶剤を選択する。具体的には、溶剤としては、フタル酸エステルやグリセリンなどが好適である。   Next, the obtained polycrystalline particles 1 (quantum dots) are dispersed in a solvent to prepare a slurry, and this slurry is applied to the surface of the semiconductor substrate 11 and dried. In this case, a solvent is selected in consideration of viscosity and evaporability so that the polycrystalline particles 1 are deposited in alignment on the surface of the semiconductor substrate 11. Specifically, phthalate ester, glycerin and the like are suitable as the solvent.

なお、多結晶粒子1を含むスラリー中に半導体基板11を浸漬させて引き上げる方法によっても半導体基板11の表面に多結晶粒子1(量子ドット)を堆積させることができる。   The polycrystalline particles 1 (quantum dots) can also be deposited on the surface of the semiconductor substrate 11 by a method of immersing and pulling up the semiconductor substrate 11 in the slurry containing the polycrystalline particles 1.

次に、多結晶粒子1を堆積させた半導体基板11をアルゴンまたは窒素などの不活性ガス中、又は、水素を含む還元ガス中にて、300〜1000℃の温度に加熱して多結晶粒子1を焼結させる。この場合、多結晶粒子1の表面に形成された酸化膜がマトリックス15bとなる。   Next, the semiconductor substrate 11 on which the polycrystalline particles 1 are deposited is heated to a temperature of 300 to 1000 ° C. in an inert gas such as argon or nitrogen or in a reducing gas containing hydrogen. Is sintered. In this case, the oxide film formed on the surface of the polycrystalline particle 1 becomes the matrix 15b.

以上より得られる太陽電池は、量子ドット層15を構成する量子ドット15aが半導体材料を主成分とし、複数のドメインを有する多結晶粒子により構成されるものであり、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り、量子ドット15aによる光16の吸収量を高めることが可能になることから、光電変換効率を向上させることができる。   In the solar cell obtained as described above, the quantum dots 15a constituting the quantum dot layer 15 are composed of polycrystalline particles having a semiconductor material as a main component and having a plurality of domains, thereby forming a continuous band structure. And the amount of light 16 absorbed by the quantum dots 15a can be increased, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved.

1・・・・・・・・・・・多結晶粒子
1a、1b、1c・・・・ドメイン
3・・・・・・・・・・・粒界
11、17・・・・・・・半導体基板
13・・・・・・・・・・主面
15、105・・・・・・量子ドット層
15a、105a・・・・量子ドット
15b、105b・・・・マトリックス
1 ·················· Polycrystalline grains 1a, 1b, 1c ··· Domain 3 ········ Grain boundary Substrate 13... Main surface 15, 105... Quantum dot layers 15a, 105a... Quantum dots 15b, 105b.

Claims (4)

半導体材料を主成分とし、複数のドメインを有する多結晶粒子により構成されることを特徴とする量子ドット。   A quantum dot comprising a semiconductor material as a main component and polycrystalline particles having a plurality of domains. 前記多結晶粒子の最大径が5〜10nmであることを特徴とする請求項1に記載の量子ドット。   The quantum dot according to claim 1, wherein a maximum diameter of the polycrystalline particles is 5 to 10 nm. 前記多結晶粒子は最大径をL、最小径をSとしたときのL/S比が1〜1.2であることを特徴とする請求項1または2に記載の量子ドット。   3. The quantum dot according to claim 1, wherein the polycrystalline particles have an L / S ratio of 1 to 1.2 when the maximum diameter is L and the minimum diameter is S. 4. 半導体基板の主面上に、請求項1乃至3のうちいずれかに記載の量子ドットを内包している量子ドット層を有してなることを特徴とする太陽電池。
A solar cell comprising a quantum dot layer containing the quantum dots according to any one of claims 1 to 3 on a main surface of a semiconductor substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289709A (en) * 2001-03-28 2002-10-04 Toshiba Corp Semiconductor memory element
JP2011187646A (en) * 2010-03-08 2011-09-22 Seiko Epson Corp Optical converter and electronic apparatus including the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289709A (en) * 2001-03-28 2002-10-04 Toshiba Corp Semiconductor memory element
JP2011187646A (en) * 2010-03-08 2011-09-22 Seiko Epson Corp Optical converter and electronic apparatus including the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016100576A (en) * 2014-11-26 2016-05-30 京セラ株式会社 Photoelectric conversion device

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