[发明专利]太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及利用润湿层以及量子点的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池具有单位发电量的二氧化碳排放量少并且不需要用于发电的燃料的优点。因此，关于各种各样的太阳能电池的研究正在积极进行。在当前已实际应用的太阳能电池中，利用单晶硅或多晶硅并具有一组pn结的单结太阳能电池成为主流。然而，单结太阳能电池的光电转换效率的理论极限(以下，称作“理论极限效率”)停留在约30％，因此正在探讨进一步提高理论极限效率的新的方法。

作为迄今探讨的新的方法之一，有利用了半导体量子点的太阳能电池(以下，称作“量子点太阳能电池”)。用于量子点太阳能电池中的量子点是尺寸为约10nm左右的半导体纳米晶体，其能够三维地束缚通过照射光而产生的电子或空穴(以下，将这些统称为“载流子”)。通过将电子束缚在量子点中，能够利用电子作为量子力学波的性质，从而还可以吸收在现有的太阳能电池中无法吸收的频带的太阳光谱。并且，根据量子点太阳能电池，能够减少作为热量而损失的能量。因此，认为根据量子点太阳能电池，能够将理论极限效率提高至60％以上。

作为与量子点太阳能电池相关的技术，例如在专利文献1中公开了具有以下特点的太阳能电池：其以pin结构构成，在作为光检测层的i层中包含具有三维量子束缚作用的量子点，量子点以及包围量子点的势垒层的能量带结构为typeII。另外，作为与利用量子点的光半导体装置相关的技术，例如在专利文献2中公开了一种使用包括多层的生成有自组织生长量子点的层的层叠体的光半导体装置。另外，作为与利用量子点的半导体激光器相关的技术，例如在专利文献3中公开了一种量子点半导体激光器，其特征在于用于缩短量子点中的载流子驰豫时间的能势结构(energy potential structure)。

专利文献1：日本专利文献特开2006-114815号公报；

专利文献2：日本专利文献特开平11-330606号公报；

专利文献3：日本专利文献特开2006-295219号公报。

发明内容

在专利文献1公开的技术中，由于利用了量子点，因此能够强力地三维束缚载流子。其结果是，通过声子瓶颈效应能够降低载流子的能量损失。然而，在专利文献1公开的技术中，难以从量子点中取出(移出)载流子，因此存在难以提高太阳能电池的光电转换效率的问题。即使结合专利文献2以及专利文献3中公开的在润湿层中生成量子点的技术和专利文献1中公开的技术也难以解决该问题。

因此，本发明要解决的问题是提供一种获得量子点的声子瓶颈效应并能够使载流子移动来获得电流的太阳能电池。

为了解决上述问题，本发明采用以下手段。即：

本发明的第一方面是一种太阳能电池，其特征在于，包括：第一材料层，所述第一材料层具有润湿层以及生成在所述润湿层上的量子点；第二材料层，所述第一材料层形成在所述第二材料层的表面上；负电极；以及正电极；其中，负电极或正电极与润湿层连接，在负电极与润湿层连接的情况下，负电极与润湿层被连接，以使得存在于润湿层中的电子能够向负电极移动，在正电极与润湿层连接的情况下，正电极与润湿层被连接，以使得存在于润湿层中的空穴能够向正电极移动。

此外，在上述第一方面中，负电极或正电极也可以与润湿层直接连接。

这里，“直接连接”是指：负电极和润湿层以负电极和润湿层不经由其他层而接触的方式连接，或者，正电极和润湿层以正电极和润湿层不经由其他层而接触的方式连接。

此外，在上述第一方面中，优选如下：在负电极与润湿层连接的情况下，负电极与润湿层经由能够阻止空穴通过的电子传输层连接，在正电极与润湿层连接的情况下，正电极与润湿层经由能够阻止电子通过的空穴传输层连接。

此外，在上述第一方面中，优选如下：在电子传输层与润湿层连接的情况下，电子传输层与润湿层经由电子混合层连接，该电子混合层激活多个电子的相互作用，在空穴传输层与润湿层连接的情况下，空穴传输层与润湿层经由空穴混合层连接，该空穴混合层激活多个空穴的相互作用。

这里，在本发明中，“多个电子的相互作用”是指两个以上电子相互碰撞的作用。并且，在本发明中，“多个空穴的相互作用”是指两个以上空穴相互碰撞的作用。

此外，在上述第一方面中，优选如下：包括多个第一材料层以及多个第二材料层，并且第一材料层和第二材料层交替地层积，在负电极与润湿层连接的情况下，负电极与多个润湿层连接，以使得存在于多个润湿层的每一层中的电子能够向负电极移动，在正电极与润湿层连接的情况下，正电极与多个润湿层连接，以使得存在于多个润湿层的每一层中的空穴能够向正电极移动。