JP5946010B2 - 量子ドット太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、光照射により電荷を生成する粒子状無機成分および真性半導体材料からなるマトリックス無機成分のうちの一方の無機成分の前駆体である第一無機前駆体と、前記粒子状無機成分および前記マトリックス無機成分のうちの他方の無機成分の前駆体である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により規則的に配置しており、前記第一ポリマー相および前記第二ポリマー相のうちの前記粒子状無機成分の前駆体が導入されたポリマー相の形状が球状であるナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記粒子状無機成分の前駆体および前記マトリックス無機成分の前駆体をそれぞれ粒子状無機成分およびマトリックス無機成分に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記粒子状無機成分と前記マトリックス無機成分とからなるナノヘテロ構造体を、p型半導体層およびn型半導体層のうちの一方の半導体層上に形成せしめる第二の工程と、
前記ナノヘテロ構造体上に、p型半導体層およびn型半導体層のうちの他方の半導体層を形成せしめ、p−i−n構造を有する量子ドット太陽電池を得る第三の工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
前記第一無機前駆体としては、フェニル基、炭素数5以上の長鎖炭化水素鎖、シクロオクタテトラエン環、シクロペンタジエニル環、およびアミノ基からなる群から選択される少なくとも1つの構造を備える、有機金属化合物および有機半金属化合物のうちの少なくとも1種が好ましく、
前記第二無機前駆体としては、金属または半金属の塩、金属または半金属を含む炭素数1〜4のアルコキシド、および金属または半金属のアセチルアセトナート錯体からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
溶解度パラメータδ[(cal/cm3)1/2]=(ΔE/V)1/2
(式中、ΔEはモル蒸発エネルギー[cal]、Vはモル体積[cm3]を示す。)
に基づいて求められる値である。
分散度=((測定値−平均値)の2乗)の総和/個数
により求められる値である。
互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、光照射により電荷を生成する粒子状無機成分および真性半導体材料からなるマトリックス無機成分のうちの一方の無機成分の前駆体である第一無機前駆体と、前記粒子状無機成分および前記マトリックス無機成分のうちの他方の無機成分の前駆体である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により規則的に配置しており、前記第一ポリマー相および前記第二ポリマー相のうちの前記粒子状無機成分の前駆体が導入されたポリマー相の形状が球状であるナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記粒子状無機成分の前駆体および前記マトリックス無機成分の前駆体をそれぞれ粒子状無機成分およびマトリックス無機成分に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記粒子状無機成分と前記マトリックス無機成分とからなるナノヘテロ構造体を、p型半導体層およびn型半導体層のうちの一方の半導体層上に形成せしめる第二の工程と、
前記ナノヘテロ構造体上に、p型半導体層およびn型半導体層のうちの他方の半導体層を形成せしめ、p−i−n構造を有する量子ドット太陽電池を得る第三の工程と、
を含む方法である。以下に、それぞれの工程を説明する。
係る工程は、以下に説明するブロックコポリマーと以下に説明する無機前駆体とを溶媒に溶解して原料溶液を調製する工程である。
この工程は、以下に詳述する相分離処理と変換処理と除去処理とを含み、粒子状無機成分とマトリックス無機成分とからなるナノヘテロ構造体を、p型半導体層およびn型半導体層のうちの一方の半導体層上に形成せしめる工程である。
この工程は、ナノヘテロ構造体上に、p型半導体層およびn型半導体層のうちの他方の半導体層を形成せしめる工程である。
ブロックコポリマーとしてポリスチレン−b−ポリエチレンオキシド(PS−b−PEO、PS成分の数平均分子量:10×103、PEO成分の数平均分子量:40×103)0.1gと、粒子状無機成分の前駆体であるInAs前駆体(In前駆体およびAs前駆体)としてジメチルフェニルインジウム(InPh(CH3)2)0.042gおよびトリフェニル砒素(AsPh3)0.058gと、マトリックス無機成分の前駆体であるGaAs前駆体(Ga前駆体およびAs前駆体)としてガリウムエトキシド(Ga(EO)3)0.156gおよび砒素エトキシド(As(EO)3)0.160gとを10mLのトルエンに溶解し、原料溶液を得た。
Claims (8)
- 互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、光照射により電荷を生成する粒子状無機成分および真性半導体材料からなるマトリックス無機成分のうちの一方の無機成分の前駆体である第一無機前駆体と、前記粒子状無機成分および前記マトリックス無機成分のうちの他方の無機成分の前駆体である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により規則的に配置しており、前記第一ポリマー相および前記第二ポリマー相のうちの前記粒子状無機成分の前駆体が導入されたポリマー相の形状が球状であるナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記粒子状無機成分の前駆体および前記マトリックス無機成分の前駆体をそれぞれ粒子状無機成分およびマトリックス無機成分に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記粒子状無機成分と前記マトリックス無機成分とからなるナノヘテロ構造体を、p型半導体層およびn型半導体層のうちの一方の半導体層上に形成せしめる第二の工程と、
前記ナノヘテロ構造体上に、p型半導体層およびn型半導体層のうちの他方の半導体層を形成せしめ、p−i−n構造を有する量子ドット太陽電池を得る第三の工程と、
を含むことを特徴とする量子ドット太陽電池の製造方法。 - 前記第二の工程における変換処理が、還元ガス雰囲気中で前記粒子状無機成分の前駆体および前記マトリックス無機成分の前駆体を熱処理することによって、それぞれ粒子状無機成分およびマトリックス無機成分に変換せしめるものであることを特徴とする請求項1に記載の量子ドット太陽電池の製造方法。
- 前記粒子状無機成分の前駆体が、Si、InおよびAsからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有するもの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太陽電池の製造方法。
- 前記マトリックス無機成分の前駆体が、Ga元素およびAs元素を含有するものであることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の量子ドット太陽電池の製造方法。
- 前記第一無機前駆体と前記第一ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm3)1/2以下であり、前記第二無機前駆体と前記第二ポリマーブロック成分との溶解度パラメータの差が2(cal/cm3)1/2以下であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の量子ドット太陽電池の製造方法。
- 前記第一ポリマーブロック成分と前記第一無機前駆体との溶解度パラメータの差は、前記第一ポリマーブロック成分と前記第二無機前駆体との溶解度パラメータの差よりも小さいことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の量子ドット太陽電池の製造方法。
- 前記第二ポリマーブロック成分と前記第二無機前駆体との溶解度パラメータの差は、前記第二ポリマーブロック成分と前記第一無機前駆体との溶解度パラメータの差よりも小さいことを特徴とする請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の量子ドット太陽電池の製造方法。
- 前記ブロックコポリマーが、ポリスチレン成分、ポリイソプレン成分およびポリブタジエン成分からなる群から選択される少なくとも1種の第一ポリマーブロック成分と、ポリメチルメタクリレート成分、ポリエチレンオキシド成分、ポリビニルピリジン成分およびポリアクリル酸成分からなる群から選択される少なくとも少なくとも1種の第二ポリマーブロック成分とが結合してなるものであり、
前記第一無機前駆体が、フェニル基、炭素数5以上の長鎖炭化水素鎖、シクロオクタテトラエン環、シクロペンタジエニル環、およびアミノ基からなる群から選択される少なくとも1つの構造を備える、有機金属化合物および有機半金属化合物のうちの少なくとも1種であり、
前記第二無機前駆体が、金属または半金属の塩、金属または半金属を含む炭素数1〜4のアルコキシド、および金属または半金属のアセチルアセトナート錯体からなる群から選択される少なくとも1種である、
ことを特徴とする請求項1〜7のうちのいずれか一項に記載の量子ドット太陽電池の製造方法。
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