JP2016219740A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、量子ドットを利用した光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device using quantum dots.
太陽電池（以下、光電変換装置という。）は、発電量当たりの二酸化炭素排出量が少なく、発電時の燃料が不要という利点を有している。そのため、様々な種類の光電変換装置に関する研究が盛んに進められている。現在、実用化されている光電変換装置の中では、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タイプの光電変換装置が主流となっている。 A solar cell (hereinafter referred to as a photoelectric conversion device) has an advantage that the amount of carbon dioxide emission per power generation amount is small and fuel is not required for power generation. Therefore, research on various types of photoelectric conversion devices has been actively promoted. At present, single-junction type photoelectric conversion devices having a pair of pn junctions using single crystal silicon or polycrystalline silicon are mainstream among photoelectric conversion devices in practical use.
従来の単接合タイプの光電変換装置は、光電変換層を形成する材料としてシリコンを用いていることから、実用上の光電変換効率はせいぜい１５％程度に止まっている。 Since conventional single-junction type photoelectric conversion devices use silicon as a material for forming a photoelectric conversion layer, practical photoelectric conversion efficiency is limited to about 15% at most.
近年、地球温暖化対策や原発事故の教訓から火力発電や原子力発電を見直す動きがあり、これに伴って、自然エネルギーを利用した発電が推進されているが、太陽電池に代表される光電変換装置については、光電変換効率のさらなる向上が待ち望まれている。 In recent years, there has been a movement to review thermal power generation and nuclear power generation based on lessons learned from measures against global warming and nuclear accidents. Along with this, power generation using natural energy has been promoted. Photoelectric conversion devices represented by solar cells With regard to the above, further improvement in photoelectric conversion efficiency is desired.
このような課題に対し、本出願人は、以前、シリコンの半導体基板上に、シリコンよりもバンドギャップの大きい量子ドット集積膜１０５を積層した、図７に示すような光電変換装置１００を提案した（例えば、特許文献１、２を参照）。 In response to such a problem, the present applicant has previously proposed a photoelectric conversion device 100 as shown in FIG. 7 in which a quantum dot integrated film 105 having a larger band gap than silicon is stacked on a silicon semiconductor substrate. (For example, see Patent Documents 1 and 2).
図７は、従来の光電変換装置１００を示す断面模式図である。１０１は第１の導体層、１０３はシリコン基板、１０５はシリコン基板よりもバンドギャップの大きい光電変換層（この場合、量子ドット集積膜）、１０７は第２の導体層である。第２の導体層１０７が光の入射側に位置する場合には、第２の導体層１０７として透明導電膜が用いられる。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a conventional photoelectric conversion device 100. 101 is a first conductor layer, 103 is a silicon substrate, 105 is a photoelectric conversion layer (in this case, a quantum dot integrated film) having a larger band gap than the silicon substrate, and 107 is a second conductor layer. When the second conductor layer 107 is located on the light incident side, a transparent conductive film is used as the second conductor layer 107.
図８は、図７に示した光電変換装置の電流−電圧線の概念図である。図８において、実線はシリコン基板の電流−電圧曲線、破線はシリコン基板よりもバンドギャップの大きい量子ドットの集積膜１０５の電流−電圧曲線に対応する。 FIG. 8 is a conceptual diagram of current-voltage lines of the photoelectric conversion device illustrated in FIG. 7. In FIG. 8, the solid line corresponds to the current-voltage curve of the silicon substrate, and the broken line corresponds to the current-voltage curve of the integrated film 105 of the quantum dots having a larger band gap than the silicon substrate.
光電変換装置１００の光電変換効率は、開放電圧をＶｏｃ、短絡電流密度（短絡電流Ｉｓｃを太陽電池の受光面積で割った値）をＪｓｃとしたときに、おおかた、これらの積を入射光強度で割った値として示される。また、吸収できる光の波長領域は光吸収層（光電変換層という場合がある。）を構成する材料のバンドギャップ（シリコン基板の場合、約１．１ｅＶ）を上限とする領域に限られる。このため光電変換装置１００の光電変換効率を向上させるには、より高いバンドギャップを有し、自ずと開放電圧（Ｖｏｃ）を高めることのできる光吸収層の形成が必要になってくる。 The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device 100 is roughly calculated by calculating the open-circuit voltage as Voc and the short-circuit current density (the value obtained by dividing the short-circuit current Isc by the light receiving area of the solar cell) as Jsc. Shown as a divided value. In addition, the wavelength range of light that can be absorbed is limited to a region whose upper limit is the band gap (about 1.1 eV in the case of a silicon substrate) of the material constituting the light absorption layer (sometimes referred to as a photoelectric conversion layer). For this reason, in order to improve the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device 100, it is necessary to form a light absorption layer that has a higher band gap and can naturally increase the open circuit voltage (Voc).
しかしながら、量子ドット集積膜１０５は、シリコン基板１０３に比べて、バンドギャップが大きい分、照射される光量に対する発電量（最大出力（Ｐｍａｘ））の変化が大き
いことから、例えば、日照量の低い条件下では、短絡電流（Ｉｓｃ）が大きく低下してしまい、光電変換層１０５としての機能を果たすどころかほぼ絶縁体になってしまう場合がある。このため、シリコン基板１０３上に量子ドット集積膜１０５を積層した光電変換装置１００においては、シリコン基板１００側で出力される電流を外部に出力させることが困難になるおそれがあった。
However, since the quantum dot integrated film 105 has a larger band gap than the silicon substrate 103, the amount of power generation (maximum output (Pmax)) with respect to the amount of light to be irradiated is large. Below, the short circuit current (Isc) is greatly reduced, and instead of performing the function as the photoelectric conversion layer 105, it may become almost an insulator. For this reason, in the photoelectric conversion device 100 in which the quantum dot integrated film 105 is stacked on the silicon substrate 103, it may be difficult to output the current output on the silicon substrate 100 side to the outside.
従って本発明は、量子ドット集積膜を有していてもシリコン基板から出力される電流を外部へ出力させやすい光電変換装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that easily outputs a current output from a silicon substrate to the outside even if it has a quantum dot integrated film.
本発明の光電変換装置は、第１の導体層と、シリコン基板と、該シリコン基板よりもバンドギャップの大きい光電変換層と、第２の導体層とが、この順に配置されており、前記光電変換層に、第１温度のときに、前記シリコン基板と前記第２の導体層との間がオープン状態となり、前記第１温度よりも低い第２温度のときにショート状態となるスイッチ部材を備えているものである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, a first conductor layer, a silicon substrate, a photoelectric conversion layer having a larger band gap than the silicon substrate, and a second conductor layer are arranged in this order, and the photoelectric conversion device The conversion layer includes a switch member that is in an open state between the silicon substrate and the second conductor layer at a first temperature and in a short state at a second temperature lower than the first temperature. It is what.
本発明によれば、量子ドット集積膜を有していてもシリコン基板から出力される電流を外部へ出力しやすくすることができる。 According to the present invention, it is possible to easily output the current output from the silicon substrate to the outside even if the quantum dot integrated film is provided.
図１は、本発明の光電変換装置の一実施形態を部分的に示す断面模式図であり、（ａ）は、光電変換装置が高い温度に置かれている場合、（ｂ）は、光電変換装置が（ａ）の場合よりも低い温度に置かれている場合である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view partially showing an embodiment of a photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 1A shows a photoelectric conversion when the photoelectric conversion device is placed at a high temperature. This is a case where the apparatus is placed at a lower temperature than in the case of (a).
図２は、本実施形態の光電変換装置の電流−電圧線の概念図であり、（ａ）は、陽射しが強く、光電変換装置の温度が高い第１温度Ｔ１の状態、（ｂ）は、陽射しが弱く、光電変換装置の温度が低い第２温度Ｔ２の状態である。 FIG. 2 is a conceptual diagram of a current-voltage line of the photoelectric conversion device of the present embodiment, in which (a) is a first temperature T 1 in which sunlight is strong and the temperature of the photoelectric conversion device is high, and (b) is This is the second temperature T 2 where the sunlight is weak and the temperature of the photoelectric conversion device is low.
図１に示す光電変換装置Ａは、第１の導体層１と、シリコン基板３と、シリコン基板３
よりもバンドギャップの大きい光電変換層５と、第２の導体層７とが、この順に配置された構成となっている。
A photoelectric conversion device A shown in FIG. 1 includes a first conductor layer 1, a silicon substrate 3, and a silicon substrate 3.
The photoelectric conversion layer 5 having a larger band gap and the second conductor layer 7 are arranged in this order.
この光電変換装置Ａでは、シリコン基板３とバンドギャップの大きい光電変換層５とは、第１の導体層１と第２の導体層７との間で電気的に直列接続された状態にある。この場合、光電変換層５にスイッチ部材９が設けられている。このスイッチ部材９は、光電変換層５を挟むように設けられているシリコン基板３と第２の導体層７との電気的な接続の状態を温度の変化によって変化させる機能を有する。 In this photoelectric conversion device A, the silicon substrate 3 and the photoelectric conversion layer 5 having a large band gap are electrically connected in series between the first conductor layer 1 and the second conductor layer 7. In this case, a switch member 9 is provided on the photoelectric conversion layer 5. The switch member 9 has a function of changing the state of electrical connection between the silicon substrate 3 provided so as to sandwich the photoelectric conversion layer 5 and the second conductor layer 7 according to a change in temperature.
つまり、例えば、高、低、２つの温度を設定し、高い方の温度を第１温度Ｔ１とし、第１温度Ｔ１よりも低い温度を第２温度Ｔ２としたときに、スイッチ部材９を含む光電変換装置Ａが、例えば、高い方の温度である第１温度Ｔ１に達した場合に、スイッチ部材９は、シリコン基板３と第２の導体層７との間をオープン状態（絶縁された状態）とする。このとき、シリコン基板３と第２の導体層７との間では、電流（または、キャリア（電子ｅ、ホールｈ））は光電変換層５内を流れることになる。 That is, for example, high, low, to set the two temperatures, the higher temperature of the first temperature T 1 of, when the temperature is lower than the first temperature T 1 of the second temperature T 2, the switch member 9 the photoelectric conversion device a including, for example, when it reaches the first temperature T 1 of a higher temperature, the switch member 9 is open (isolation between the silicon substrate 3 and the second conductor layer 7 State). At this time, current (or carriers (electrons e, holes h)) flows in the photoelectric conversion layer 5 between the silicon substrate 3 and the second conductor layer 7.
反対に、スイッチ部材９を含む光電変換装置Ａが低い方の温度である第２温度Ｔ２になった場合には、図２（ｂ）に示すように、光電変換層５の短絡電流（Ｉｓｃ）が低下するのに併せて、スイッチ部材９がシリコン基板３と第２の導体層７との間をショート状態（短絡した状態）に変化させる。これにより、シリコン基板３と第２の導体層７との間を流れる電流（または、キャリア（電子ｅ、ホールｈ））は、主として、スイッチ部材９内を流れるようになる。 Conversely, if it becomes the second temperature T 2 photoelectric conversion device A is at a temperature of lower including a switch member 9, as shown in FIG. 2 (b), the short-circuit current of the photoelectric conversion layer 5 (Isc ) Decreases, the switch member 9 changes the silicon substrate 3 and the second conductor layer 7 to a short state (short-circuited state). Thereby, a current (or carrier (electron e, hole h)) flowing between the silicon substrate 3 and the second conductor layer 7 mainly flows in the switch member 9.
図２（ａ）（ｂ）を基に、図１（ａ）（ｂ）に示した２つの光電変換装置Ａの電流−電圧特性を比較すると、シリコン基板３と、これよりもバンドギャップの大きい光電変換層５とが組み合わさった光電変換装置Ａの場合、バンドギャップが約１．１ｅＶのシリコン基板３の方は、陽射しの強弱によって異なる温度になっても短絡電流（Ｉｓｃ）の変化は小さい。一方、バンドギャップの大きい光電変換層５の方は、光電変換装置Ａの温度が低くなると短絡電流（Ｉｓｃ）が大きく低下してしまう。 When comparing the current-voltage characteristics of the two photoelectric conversion devices A shown in FIGS. 1A and 1B based on FIGS. 2A and 2B, the band gap is larger than that of the silicon substrate 3. In the case of the photoelectric conversion device A combined with the photoelectric conversion layer 5, the change in the short circuit current (Isc) is smaller in the silicon substrate 3 having a band gap of about 1.1 eV even when the temperature varies depending on the intensity of sunlight. . On the other hand, in the photoelectric conversion layer 5 having a larger band gap, when the temperature of the photoelectric conversion device A is lowered, the short-circuit current (Isc) is greatly reduced.
つまり、光電変換層５は、バンドギャップが約１．１ｅＶであるシリコン基板３に比べて、バンドギャップが大きい分、照射される光量に対する発電量の変化が大きいことから、日照量の低い条件下では、温度の低下とともに、光電変換層５としての機能を果たし難くなり絶縁性が高くなってしまう。このため、シリコン基板３上に、これよりもバンドギャップの大きい光電変換層５を直列接続した光電変換装置Ａでは、シリコン基板３から出力される電流を外部に出力させることが困難になる。 That is, since the photoelectric conversion layer 5 has a large change in the amount of generated power with respect to the amount of light to be irradiated, the amount of generated light is larger than the silicon substrate 3 having a band gap of about 1.1 eV. Then, as the temperature decreases, it becomes difficult to perform the function as the photoelectric conversion layer 5 and the insulation becomes high. For this reason, in the photoelectric conversion device A in which the photoelectric conversion layer 5 having a larger band gap than this is connected in series on the silicon substrate 3, it is difficult to output the current output from the silicon substrate 3 to the outside.
これに対し、本実施形態の光電変換装置Ａでは、バンドギャップの大きい光電変換層５が日照量の低下によって絶縁体化するような条件下においても、光電変換層５に設けたスイッチ部材９中を電流（または、キャリア（電子ｅ、ホールｈ））が流れるようになることから、シリコン基板３において生成したキャリア（電子ｅ、ホールｈ）を外部へ容易に移動させることができる。 On the other hand, in the photoelectric conversion device A according to the present embodiment, the switch member 9 provided in the photoelectric conversion layer 5 is provided even under the condition that the photoelectric conversion layer 5 having a large band gap is insulated due to a decrease in the amount of sunlight. Current (or carriers (electrons e, holes h)) flows, so that the carriers (electrons e, holes h) generated in the silicon substrate 3 can be easily moved to the outside.
図３は、本実施形態の光電変換装置の第２の導体層と光電変換層との界面を平面視した模式図であり、（ａ）は、スイッチ部材が光電変換層の面内に配置されている場合、（ｂ）は、スイッチ部材が光電変換層の側面（周囲）に配置されている場合である。図３は一例である。 FIG. 3 is a schematic view in plan view of the interface between the second conductor layer and the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion device of the present embodiment. FIG. 3A is a diagram in which the switch member is disposed in the plane of the photoelectric conversion layer. (B) is a case where the switch member is arranged on the side surface (periphery) of the photoelectric conversion layer. FIG. 3 is an example.
スイッチ部材９は、図３（ａ）に示すように、光電変換層５の面内に複数個が均等に分布するように配置されるか、または、図３（ｂ）に示すように、光電変換層５の側面（周
囲）において、向かい合う側面間で対称的に配置されることが望ましい。
As shown in FIG. 3A, the switch members 9 are arranged so that a plurality of switch members 9 are evenly distributed in the surface of the photoelectric conversion layer 5, or as shown in FIG. It is desirable that the side surfaces (surroundings) of the conversion layer 5 be symmetrically disposed between the side surfaces facing each other.
上記した接続性能を示すスイッチ部材９としては、例えば、正の温度特性を示すサーミスタを挙げることができる。具体的には、チタン酸バリウムを主成分とし、これに微量の希土類元素を含有させたセラミック製のＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient)サ
ーミスタを用いるのが良い。
Examples of the switch member 9 that exhibits the connection performance described above include a thermistor that exhibits positive temperature characteristics. Specifically, it is preferable to use a ceramic PTC (Positive Temperature Coefficient) thermistor containing barium titanate as a main component and containing a trace amount of rare earth elements.
図４は、スイッチ部材の他の例を示すもので、管状のセラミック部材に軸芯として金属部材を導体として組み込んだ複合体を示す模式図である。スイッチ部材９の他の例として、図４に示すような、セラミック部材１１ａ中に光電変換装置Ａの使用環境下で導電性を示す金属部材１１ｂを組み込んだ構造の複合体１１であっても良い。この場合、金属部材１１ｂを取り囲むセラミック部材１１ａは熱膨張係数が光電変換層５を構成する材料よりも小さいことが望ましい。例えば、光電変換層５がシリコンよりもバンドギャップの大きいＣｕＧａＳｅ２（１．６５ｅＶ）によって形成されたものであった場合、セラミック部材１１ａとしては、ＣｕＧａＳｅ２の熱膨張係数（１０×１０−６／℃）よりも熱膨張係数の小さいコージエライト（熱膨張係数：２×１０−６／℃）やチタン酸アルミニウム（熱膨張係数：１×１０−６／℃）が好適である。金属部材１１ｂとしては、貴金属、卑金属、アルミニウムおよびトタンなど、種々の金属を適用することができる。 FIG. 4 shows another example of the switch member, and is a schematic view showing a composite in which a metal member is incorporated as a conductor into a tubular ceramic member as an axis. As another example of the switch member 9, a composite body 11 having a structure in which a metal member 11 b showing conductivity in a usage environment of the photoelectric conversion device A is incorporated in a ceramic member 11 a as shown in FIG. 4 may be used. . In this case, it is desirable that the ceramic member 11 a surrounding the metal member 11 b has a smaller thermal expansion coefficient than the material constituting the photoelectric conversion layer 5. For example, when the photoelectric conversion layer 5 is formed of CuGaSe 2 (1.65 eV) having a band gap larger than that of silicon, the ceramic member 11 a has a thermal expansion coefficient (10 × 10 −6 / 10) of CuGaSe 2. Cordierite (thermal expansion coefficient: 2 × 10 −6 / ° C.) and aluminum titanate (thermal expansion coefficient: 1 × 10 −6 / ° C.) having a smaller thermal expansion coefficient than that of (° C.) are suitable. As the metal member 11b, various metals such as noble metal, base metal, aluminum, and tin can be applied.
図５は、セラミック部材中に金属部材を組み込んだ構造の複合体をスイッチ部材として用いたときの複合体の温度の違いによる長さの変化を示した断面模式図であり、（ａ）は温度が高い第１温度Ｔ１のとき、（ｂ）は温度が低い第２温度Ｔ２の状態のときを表す。 FIG. 5 is a schematic sectional view showing a change in length due to a difference in temperature of a composite when a composite having a structure in which a metal member is incorporated in a ceramic member is used as a switch member. when the higher first temperature T 1, (b) represents when the temperature is lower in the second temperature T 2 state.
このような複合体１１をスイッチ部材９として適用すると、光電変換装置Ａの温度が低い、いわゆる第２温度Ｔ２の状態のときに、シリコン基板３側および第２の導体層７側の両表面に接した状態としておいても、光電変換装置Ａの温度が第２温度Ｔ２よりも高い第１温度Ｔ１に変化した際には、光電変換層５の厚み方向の熱膨張の方が複合体１１の熱膨張よりも大きいために、複合体１１の端面に露出させた金属部材１１ｂは第２導体層７の表面から離れてしまう。 Applying such a composite 11 as a switch member 9, the temperature of the photoelectric conversion device A is low, in the state of so-called second temperature T 2, the silicon substrate 3 side and both surfaces of the second conductor layer 7 side Even when the temperature of the photoelectric conversion device A changes to the first temperature T 1 higher than the second temperature T 2 , the thermal expansion in the thickness direction of the photoelectric conversion layer 5 is more combined. Since the thermal expansion of the body 11 is larger, the metal member 11 b exposed on the end face of the composite 11 is separated from the surface of the second conductor layer 7.
つまり、陽射しが強く、光電変換層５が発電する場合には、光電変換層５は高い温度Ｔ１の状態となるが、スイッチ部材９の部分だけはシリコン基板３と第２の導体層７との間が断線状態となることから、光電変換層５内およびシリコン基板３内に生成したキャリア（電子ｅ、ホールｈ）は、光電変換層５内およびシリコン基板３内を移動することになる。 That is, when the sunlight is strong and the photoelectric conversion layer 5 generates electric power, the photoelectric conversion layer 5 is in a high temperature T 1 state, but only the switch member 9 is provided with the silicon substrate 3 and the second conductor layer 7. Therefore, carriers (electrons e, holes h) generated in the photoelectric conversion layer 5 and in the silicon substrate 3 move in the photoelectric conversion layer 5 and in the silicon substrate 3.
一方、陽射しが弱く、光電変換層５の温度がＴ２の状態となるときは、光電変換層５は発電し難くなり、絶縁性が高くなるが、スイッチ部材９はシリコン基板３および第２の導体層７に接するようになるため、シリコン基板３内に生成したキャリア（電子ｅ、ホールｈ）は、スイッチ部材９である複合体１１の軸芯に設けられた金属部材１１ｂ内を移動する。 On the other hand, weak sunlight, when the temperature of the photoelectric conversion layer 5 is in a state of T 2 are, the photoelectric conversion layer 5 becomes hard to power, the insulating property is high, the switch member 9 silicon substrate 3 and the second Since it comes into contact with the conductor layer 7, the carriers (electrons e, holes h) generated in the silicon substrate 3 move in the metal member 11 b provided on the shaft core of the composite 11 that is the switch member 9.
この場合、スイッチ部材９は、光電変換層５を貫通している貫通体であることが望ましい。スイッチ部材９が光電変換層５を貫通している貫通体であると、光電変換層５の面内に複数のスイッチ部材９を均等に配置させることが可能になることから、シリコン基板３と第２の導体層７との間に流れる電流によるインダクタンスを低くすることができる。これによりシリコン基板３から出力される電流の外部への出力がより容易になる。 In this case, the switch member 9 is desirably a penetrating body that penetrates the photoelectric conversion layer 5. If the switch member 9 is a penetrating body penetrating the photoelectric conversion layer 5, a plurality of switch members 9 can be evenly arranged in the surface of the photoelectric conversion layer 5. The inductance due to the current flowing between the two conductor layers 7 can be reduced. This makes it easier to output the current output from the silicon substrate 3 to the outside.
本実施形態の光電変換装置Ａでは、光電変換層５がシリコンの量子ドット集積膜であることが望ましい。光電変換層５がシリコンの量子ドット集積膜であると、ペアを成すシリ
コン基板３のバンドギャップ（約１．１ｅＶ）に対して、光電変換層５のバンドギャップを１．５ｅＶ以上、粒径によっては１．７ｅＶ以上にできることから、より高い開放電圧（Ｖｏｃ）を得ることができ、発電の最大出力（Ｐｍａｘ）をさらに高めることができる。
In the photoelectric conversion apparatus A of this embodiment, it is desirable that the photoelectric conversion layer 5 is a silicon quantum dot integrated film. When the photoelectric conversion layer 5 is a quantum dot integrated film of silicon, the band gap of the photoelectric conversion layer 5 is 1.5 eV or more with respect to the band gap (about 1.1 eV) of the silicon substrate 3 forming a pair, depending on the particle size. Can be increased to 1.7 eV or higher, so that a higher open circuit voltage (Voc) can be obtained and the maximum output (Pmax) of power generation can be further increased.
また、シリコン基板３および光電変換層５がともにシリコンにより形成されたものであるため、材料の格子定数の差がほとんど無いことからシリコン基板３と光電変換層５との間の格子の不整合を減少させることができるため、シリコン基板３と光電変換層５との境界付近のキャリアの移動度を高めることができる。 In addition, since both the silicon substrate 3 and the photoelectric conversion layer 5 are made of silicon, there is almost no difference in the lattice constants of the materials, so that the lattice mismatch between the silicon substrate 3 and the photoelectric conversion layer 5 is reduced. Since it can be decreased, carrier mobility near the boundary between the silicon substrate 3 and the photoelectric conversion layer 5 can be increased.
次に、本実施形態の光電変換装置の製造方法について説明する。図６は、本実施形態の光電変換装置の製造方法を示す工程図である。ここでは、バンドギャップが１．１ｅＶのシリコン基板３の他、第１の導体層１にアルミニウム、第２の導体層７にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を、さらに、光電変換層５として、シリコンの量子ドット（バンドギャップ：１．７ｅＶ）を、それぞれ適用し、スイッチ部材９として、上記したチタン酸バリウムを主成分とするＰＴＣサーミスタと、コージエライト−ニッケル（Ｎｉ）製の複合体１１を適用した例を基に説明する。 Next, the manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of this embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a process diagram showing a method for manufacturing the photoelectric conversion device of this embodiment. Here, in addition to the silicon substrate 3 having a band gap of 1.1 eV, the first conductor layer 1 is made of aluminum, the second conductor layer 7 is made of indium tin oxide (ITO), and the photoelectric conversion layer 5 is made of silicon. Quantum dots (band gap: 1.7 eV) were applied, and the PTC thermistor composed mainly of barium titanate as described above and the cordierite-nickel (Ni) composite 11 were applied as the switch member 9. This will be described based on an example.
図６（ａ）に示すように、まず、一方の主面に第１の導体層１としてアルミニウムの金属膜を形成したシリコン基板３を用意する。第１の導体層１の形成には、例えば、蒸着法を用いる。 As shown in FIG. 6A, first, a silicon substrate 3 having an aluminum metal film formed as a first conductor layer 1 on one main surface is prepared. For example, vapor deposition is used to form the first conductor layer 1.
次に、（ｂ）に示すように、シリコン基板３の第１の導体層１側とは反対の表面に、スイッチ部材９を形成する。スイッチ部材９としては、ＰＴＣサーミスを用いた場合と複合体１１を用いた場合の２種類を作製する。このとき、複数個のスイッチ部材９を均等な配置とし、同じ高さになるようにする。 Next, as shown in (b), a switch member 9 is formed on the surface of the silicon substrate 3 opposite to the first conductor layer 1 side. As the switch member 9, two types, that is, a case where PTC thermist is used and a case where the composite 11 is used are prepared. At this time, the plurality of switch members 9 are arranged uniformly and have the same height.
次に、（ｃ）に示すように、シリコン基板３の表面のスイッチ部材９の周囲に、光電変換層５として、シリコンの量子ドットを含む溶液をスピンコート法により成膜して量子ドット集積膜を光電変換層５として形成する。 Next, as shown in (c), a solution containing silicon quantum dots is formed as a photoelectric conversion layer 5 around the switch member 9 on the surface of the silicon substrate 3 by a spin coating method to form a quantum dot integrated film. Are formed as the photoelectric conversion layer 5.
最後に、光電変換層５の表面に蒸着法により第２の導体層７を形成する。以上のような基本的な工程を経ることにより、図６（ｄ）に示すように、本実施形態の光電変換装置Ａを得ることができる。 Finally, the second conductor layer 7 is formed on the surface of the photoelectric conversion layer 5 by vapor deposition. Through the basic steps as described above, the photoelectric conversion device A of the present embodiment can be obtained as shown in FIG.
なお、比較例となるスイッチ部材９を有しない光電変換装置を形成する場合には、スイッチ部材９を形成する工程（（ｂ）工程）を省いて行う。 In addition, when forming the photoelectric conversion apparatus which does not have the switch member 9 used as a comparative example, the process ((b) process) which forms the switch member 9 is omitted.
得られた光電変換装置Ａおよび比較例となるスイッチ部材９を有しない光電変換装置について発電性能を評価する。評価方法としては、正午頃の日中と、朝夕に近い時間帯とに発電させて、そのときの短絡電流を測定して比較する。 Electric power generation performance is evaluated about the obtained photoelectric conversion apparatus A and the photoelectric conversion apparatus which does not have the switch member 9 used as a comparative example. As an evaluation method, power is generated during the daytime around noon and in a time zone close to morning and evening, and the short-circuit current at that time is measured and compared.
スイッチ部材９を備えた光電変換装置Ａは、スイッチ部材９を有しない光電変換装置に比べて、朝、夕時に測定した短絡電流（Ｉｓｃ）が５倍ほど高かった。また、スイッチ部材９の比較では、複合体１１を用いたものはＰＴＣサーミスタの場合に比較して、短絡電流が１．１倍ほど高かった。 The photoelectric conversion device A provided with the switch member 9 had a short circuit current (Isc) measured about 5 times higher in the morning and evening than the photoelectric conversion device without the switch member 9. Further, in the comparison of the switch member 9, the short circuit current of the composite member 11 using the composite body 11 was about 1.1 times higher than that of the PTC thermistor.
１・・・・・・・・・・・第１の導体層
３・・・・・・・・・・・シリコン基板
５・・・・・・・・・・・光電変換層
７・・・・・・・・・・・第２の導体層
９・・・・・・・・・・・スイッチ部材
１１・・・・・・・・・・複合体
1... First conductor layer 3... Silicon substrate 5... Photoelectric conversion layer 7. ... Second conductor layer 9 ... Switch member 11 ... Composite
Claims (5)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015106520A JP2016219740A (en) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | Photoelectric conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015106520A JP2016219740A (en) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | Photoelectric conversion device |
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| JP2016219740A true JP2016219740A (en) | 2016-12-22 |
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ID=57578603
Family Applications (1)
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| JP2015106520A Pending JP2016219740A (en) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | Photoelectric conversion device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2016219740A (en) |
-
2015
- 2015-05-26 JP JP2015106520A patent/JP2016219740A/en active Pending
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