量子点太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供一种光吸收系数高的量子点太阳能电池。量子点太阳能电池具备集聚了多个量子点(1)的量子点层(3)，其中，量子点层(3)具有：第一量子点层(3A)，在将量子点(1)的平均粒径设为x并将所述量子点的标准偏差设为σ时，表示粒径的偏差度的指标σ/x为5％以上。量子点层(3)在第一量子点层(3A)的光的入射面(3b)侧和/或出射面(3c)侧具备平均粒径以及σ/x比第一量子点层(3A)小的第二量子点层(3B)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子点太阳能电池
本专利技术涉及利用了量子点的太阳能电池。
技术介绍
近年来，提出了在太阳能电池、半导体激光器等光电变换装置中利用量子点。量子点通常是以尺寸为10nm左右的半导体材料作为主成分的纳米粒子，通过将半导体材料微小化，从而在三个维度对电子进行限制，并且使态密度具有δ函数式的离散能级。因此，当在量子点内生成载流子时，载流子会集中在呈能带构造离散的能级，因此能够吸收与多个带隙对应的波长的光(太阳光)。其结果是，可以认为，当在太阳能电池中使用量子点时，能够吸收宽度更宽的波长的光，因此可提高光电变换效率。已知量子点的带隙取决于构成量子点的材料组成、尺寸，但是本申请人以前认识到，当减小量子点的粒径的偏差度时，量子点之间的波动函数会重叠，能够提高载流子的输送效率(例如，参照专利文献1)。图8(a)是示意性地示出专利文献1的量子点太阳能电池的剖视图，图8(b)是图8(a)的量子点太阳能电池示出的光吸收特性的一个例子。在图8(a)中，附图标记101是量子点，附图标记103是量子点层，附图标记105是透明导电膜，附图标记107是玻璃基板，附图标记109是金属电极。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-229378号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，在专利文献1的量子点中，如图8(a)、图8(b)所示，当使量子点101为粒径一致的状态时，相邻的光吸收峰成为分开的状态，能够吸收的光的波长区域会更离散，因此不能吸收光的波长区域会增加。因此，存在包含离散的能级的全波长区域中的光吸收量仍低的问题。本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种光吸收量多的量子点太阳能电池。用于解决课题的技术方案本专利技术的量子点太阳能电池具备包含多个量子点的量子点层，在所述量子点太阳能电池中，所述量子点层具有：第一量子点层，在将所述量子点的平均粒径设为x并将所述量子点的标准偏差设为σ时，表示粒径的偏差度的指标σ/x为5％以上。专利技术效果根据本专利技术，能够得到光吸收量多的量子点太阳能电池。附图说明图1(a)是示出量子点太阳能电池的一个实施方式的剖面示意图，图1(b)是示出指标σ/x＝10％时的量子点太阳能电池的光吸收特性的一个例子。图2是示出指标σ/x＝20％时的量子点太阳能电池的光吸收特性的一个例子。图3是示出量子点太阳能电池中的电压-电流特性的示意图。图4是量子点的外观示意图，图4(a)是球状的情况，图4(b)是多面体状的情况，图4(c)是柱状的情况，图4(d)是椭球状的情况，以及图4(e)是四脚体状的情况。图5是示出量子点太阳能电池的另一个方式的图，是示出在第一量子点层的光的入射面侧具备第二量子点层的量子点太阳能电池的剖面示意图，第二量子点层包含量子点的平均粒径和粒径的偏差度比第一量子点层小的量子点。图6(a)是示出量子点太阳能电池的另一个方式的图，是示出在第一量子点层的光的出射面侧具备第二量子点层的量子点太阳能电池的剖面示意图，图6(b)是示出图6(a)所示的量子点太阳能电池的能带构造的示意图。图7是示出量子点太阳能电池的另一个方式的图，是示出在第一量子点层的光的入射面侧和出射面侧具备第二量子点层的量子点太阳能电池的剖面示意图。图8(a)是示意性地示出现有的量子点太阳能电池的剖视图，图8(b)是图8(a)的量子点太阳能电池示出的光吸收特性的一个例子。具体实施方式图1(a)是示出量子点太阳能电池的一个实施方式的剖面示意图，图1(b)是示出指标σ/x＝10％时的量子点太阳能电池的光吸收特性的一个例子。图1(b)中的用附图标记a表示的光吸收系数的曲线是基于各种能带间跃迁的光吸收系数的曲线，用附图标记A表示的光吸收系数的曲线是将附图标记a的光吸收曲线进行叠加时的光吸收曲线。本实施方式的量子点太阳能电池具备包含多个量子点1的量子点层3。在图1(a)中，示出在量子点层3的光的入射面3b侧层叠了透明导电膜5和玻璃基板7且在相反的一侧的光的出射面3c侧设置了金属电极9的构造，但是这只是作为一个例子示出的。本实施方式中的量子点层3具有第一量子点层3A，在第一量子点层3A中，在将量子点1的平均粒径设为x并将量子点1的标准偏差设为σ时，表示粒径的偏差度的指标σ/x为5％以上。在量子点层3应用了像上述那样具有特定以上的粒径的偏差度的第一量子点层3A的情况下，光吸收特性与图8所示的具有粒径一致的量子点101的现有的量子点太阳能电池的情况相比较，对光的波长的吸收峰离散的状态得到缓解，如图1(b)所示，变宽到与相邻的光吸收系数的峰重叠的程度。其结果是，不能吸收光的波长区域减少，因此能够增大将各光吸收系数的峰相加的整体的光吸收量。由此，能够提高量子点太阳能电池的短路电流(Isc)。另外，根据在光吸收系数的曲线A的不同波长的位置存在多个峰，能够判定光吸收系数的曲线A是附图标记a的光吸收曲线叠加而成的。图2是示出指标σ/x＝20％时的量子点太阳能电池的光吸收特性的一个例子。图3是示出量子点太阳能电池中的电压-电流特性的示意图。它们是由PbS形成量子点1时的图，且是形状为多面体状时的图。在图3中，将电压为0V时成为最大的电流值作为短路电流(Isc)，将电流值为0A时成为最大的电压作为开路电压(Voc)。此外，在描绘电压-电流特性的曲线的内侧，将电压与电流之积的最大值作为最大输出(Pmax)。在该情况下，当将指标σ/x增大至20％时，如图2所示，在对光进行吸收的波长区域之中，尤其能够提高长波长侧的光吸收系数，因此能够得到在更宽的波长范围示出高光吸收系数的量子点太阳能电池。从像这样可提高长波长侧的光吸收系数的方面考虑，指标σ/x为21％以上为宜。图2的纵轴是对数表示，波长为500～900nm的范围中的光吸收系数落在10000～100000之间，其光吸收系数的变化宽度至少抑制在80000以内。另外，从在缓解光吸收系数的峰离散的状态的同时减少不能吸收光的波长区域的方面考虑，使量子点1具有粒径的偏差度为宜，但是当量子点1的粒径的偏差度增大时，存在各波长的光吸收系数的绝对值降低的趋势，因此短路电流(Isc)的降低会增大。从这一点考虑，作为指标σ/x，优选为35％以下。对使用透射电子显微镜拍摄量子点层3的断裂面而得到的照片进行图像解析，从而求出量子点1的平均粒径(x)和粒径的偏差度(σ/x)。平均粒径(x)以如下方式求出，即，在照片中绘制出包含20～50个量子点1的圆，在求出各量子点1的轮廓的面积之后换算为直径，并求出其平均值。粒径的偏差度(σ/x)以如下方式求出，即，根据求出平均粒径(x)的数据来求出标准偏差σ，并通过计算求出σ/x。在此，在本实施方式的量子点太阳能电池中，作为量子点1，例如能够应用外形形状不同的各种量子点1。在图4中示出量子点1的外形形状。图4(a)是球状的情况，图4(b)是多面体状的情况，图4(c)是柱状的情况，图4(d)是椭球状的情况，以及图4(e)是四脚体状的情况。在该情况下，在量子点层3中，在将量子点1的外形形状区分为例如球状、多面体状、柱状、椭球状以及四脚体状时，优选以大致统一为上述的形状中的一种的状态配置在整个量子点层3。此外，在该量子点太阳能电池中，优选作为量子点1的一部分而包含轮廓的一部分不同的异形量子点1a。在量子点层3作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子点太阳能电池，具备包含多个量子点的量子点层，所述量子点太阳能电池的特征在于，所述量子点层具有：第一量子点层，在将所述量子点的平均粒径设为x并将所述量子点的标准偏差设为σ时，表示粒径的偏差度的指标σ/x为5％以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.30 JP 2014-1550851.一种量子点太阳能电池，具备包含多个量子点的量子点层，所述量子点太阳能电池的特征在于，所述量子点层具有：第一量子点层，在将所述量子点的平均粒径设为x并将所述量子点的标准偏差设为σ时，表示粒径的偏差度的指标σ/x为5％以上。2.根据权利要求1所述的量子点太阳能电池，其特征在于，所述量子点的外形形状为从球状、多面体状、柱状、椭球状以及四脚体状的组之中选出的任一种。3.根据权利要求2所述的量子点太阳能电池，其特征在于，所述第一量子点层中的所述量子点包含轮廓的一部分不同的异形量子点。4.根据权利要求3所述的量子点太阳能电池，其特征在于，所述量子点的外形形状为球状，所述异形量子点的外形形状为表面具有凹部的球状。5.根据权利要求4所述的量子点太阳能电池，其特征在于，所述异形量子点包含所述凹部的开口处的最大长度不同的异形量子点。6.根据权利要求3所述的量子点太阳能电池，其特征在于，所述量子点的外形形状为多面体状，所述异形量子点的外形形状为表面具有面积不同的平坦面的多面体状。7.根据权利要求6所述的量子点太阳能电池，其特征在于，所述异形量子点包含所述平坦面的一边的长度不同的异形量子点。8.根据权利要求3所述的量子点太阳能电池，其特征在于，所述量子点的外形形状为柱状，所述异形量子点的外形形状为轴向的长度不同的柱状。9.根据权利要求3所述的量子点太阳能电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保新太郎，仲山彻，二宫寿一，村本和也，藤田浩平，
申请(专利权)人：京瓷株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP