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公開番号2025132712
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024030461
出願日2024-02-29
発明の名称光電変換素子
出願人ミネベアアクセスソリューションズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10K 30/50 20230101AFI20250903BHJP()
要約【課題】金属ナノ粒子を光電変換層として用い、金属光沢を有し、かつ光電変換が可能な光電変換素子を提供する。
【解決手段】ヘテロ接合型の光電変換素子であって、半導体層と金属ナノ粒子層とが接合された光電変換層を有し、前記金属ナノ粒子層は、金属ナノ粒子どうしが互いに離間し、かつ、隣接する金属ナノ粒子どうしの離間距離が電子の移動が可能な距離以下となるように、複数の金属ナノ粒子が配されてなることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ヘテロ接合型の光電変換素子であって、半導体層と金属ナノ粒子層とが接合された光電変換層を有し、
前記金属ナノ粒子層は、金属ナノ粒子どうしが互いに離間し、かつ、隣接する金属ナノ粒子どうしの離間距離が電子の移動が可能な距離以下となるように、複数の金属ナノ粒子が配されてなることを特徴とする光電変換素子。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
前記金属ナノ粒子層は、複数の銀ナノ粒子が配された銀ナノ粒子膜を複数積層させた積層膜からなることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記半導体層は、ｎ型半導体層であることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記ｎ型半導体層は、金属アルコキシド化合物を含むことを特徴とする請求項３に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記金属アルコキシド化合物は、チタンアルコキシド化合物であることを特徴とする請求項４に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子の表面には、隣接する金属ナノ粒子との間で前記離間距離を保つための離間材料がさらに付与されることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記金属ナノ粒子層は、金属光沢を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記金属ナノ粒子層は、キャリア輸送層の機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ナノ粒子を用いた光電変換素子に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、脱炭素化の進行によって、太陽電池は幅広く用いられている。従来、太陽電池の構造上の分類としては、シリコン結晶を用いたシリコン系太陽電池、ＧａＡｓなどの無機化合物を用いた化合物系太陽電池、有機色素や有機半導体を用いた有機物系太陽電池などが挙げられる。このうち、化合物系太陽電池や有機物系太陽電池は、光電変換層として異種材料を接合してなるテヘロ接合型太陽電池とされている。
【０００３】
一方、構造的には有機物系太陽電池に近いが、光電変換層として金属のナノ粒子（例えば平均粒子径が１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の範囲の金属粒子、以下、金属ナノ粒子と称する）を用いた太陽電池（光電変換素子）が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、電子輸送層とホール輸送層との界面に沿って、島状に分離して配された金属体を有する光電変換素子が開示されている。こうした構成の光電変換素子では、金属体として金属ナノ粒子を用いると、この金属ナノ粒子の粒径が光の波長よりも小さため、可視光の照射などによって擬似的に数１００ＴＨｚの交流電場が印加された状態になり、特定の波長で共振を示す（局在表面プラズモン共鳴：ＬＳＰＲ）。このような金属ナノ粒子の電子が集団で共振、運動することによって、周囲に形成される２次的な電場を用いて、光電変換効率の向上を補助するアシスト機能が発揮される。
【０００５】
またＬＳＰＲによって共振した電子が、陽子との衝突によるエネルギー散逸が発生するまでのフェムト秒の時間スケールに限られるが、高エネルギー状態（ホットエレクトロン）となりその状態を利用して電荷分離を起こすことが知られている（プラズモン誘起電荷分離：ＰＩＣＳ）。ナノ粒子はサイズ、形状によって共振する周波数（波長）を変えることが出来ることから、光アンテナとしてさまざまな波長に対応した発電素子としての可能性が見出されている。
【０００６】
特許文献１では、ＬＳＰＲによるＰＩＣＳを生じさせて電荷を取り出す発電機構を有するため、一連の機構のトリガーとしてＬＳＰＲを起こす必要がある。即ち、隣接する金属ナノ粒子どうしで電子の移動（トンネリング）が生じないように、金属ナノ粒子どうしがトンネリングが発生しない程度以上の間隔を空けて、それぞれ独立して島状に配置された構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－１６２８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された光電変換素子では、金属ナノ粒子はＰＩＣＳを利用して幅広い波長で発電を行うことを目的としており、その機構の起点はＬＳＰＲにある。ＬＳＰＲによる吸収帯によって金属ナノ粒子は様々な色を示し、吸収帯が赤外光にある場合は透明となる。そのためマルチカラーや透明な光電変換素子の作製が可能になるが、金属外観を有する光電変換素子は作成することが出来ないといった課題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、金属ナノ粒子の積層膜を光電変換層として用いることによって、金属外観を有し、かつ光電変換が可能な光電変換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
本発明の一実施形態の光電変換素子は、ヘテロ接合型の光電変換素子であって、半導体層と金属ナノ粒子層とが接合された光電変換層を有し、前記金属ナノ粒子層は、金属ナノ粒子どうしが互いに離間し、かつ、隣接する金属ナノ粒子どうしの離間距離が電子の移動が可能な距離以下となるように、複数の金属ナノ粒子が配されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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