[發明專利]復合粒子、復合粒子分散體及光伏裝置

有效

• 申請號: 201280074101.2
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN104379698A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 須藤裕之
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/77;H01L31/055
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李英

技術領域

本發明涉及將低能量的光轉換成高能量的光的復合粒子、使用該復合粒子的復合粒子分散體及使用該復合粒子分散體的光伏裝置。

背景技術

太陽能電池每發電量的二氧化碳排出量少，不需要發電用的燃料，因此期待有助于防止地球溫暖化等。目前，在實用化的太陽能電池中，使用單晶Si或多晶Si的具有一組pn結的單結太陽能電池成為主流，為了實現太陽能電池的高性能化，正在進行有關各種形式的太陽能電池的研究開發。

可實現高性能化的太陽能電池之一有上轉換型太陽能電池(以下，有時稱為“UC型太陽能電池”)。該太陽能電池具備波長轉換部，該波長轉換部將低能量且成為光透射損失的長波長光轉換(上轉換)為具有可被太陽能電池材料利用的能量的短波長光。波長轉換部使用將長波長光轉換成短波長光的波長轉換物質，作為波長轉換物質，公知的是含有稀土離子的螢光材料(以下，有時稱為“稀土類螢光體”。)等。

稀土類螢光體容易產生上轉換，但因稀土類螢光體可吸收的光的頻帶窄，因此太陽光的頻帶的大部分不能被利用。為了彌補該短處，也考慮了與稀土類螢光體一起使用半導體量子點(以下，簡稱為“量子點”)。量子點可吸收太陽光光譜的寬頻帶的光，能夠以較高的效率轉換為稀土類螢光體可吸收的光。

作為有關這樣的太陽能電池的技術，例如在非專利文獻1中，公開了使用含有稀土離子和PbS量子點的層作為使長波長光上轉換的層的技術。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1:Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells，2010，Vol.94，p.1923-1926

發明內容

發明所要解決的課題

在將非專利文獻1中公開的技術用于UC型太陽能電池的情況下，通過了光吸收層的長波長的光被PbS量子點吸收，該PbS量子點發出稀土離子可吸收的光。設想了稀土離子對該光吸收兩次以上，通過光吸收層吸收從稀土離子生成的短波長的光而提高發電效率的方式。但是，因稀土離子對光的吸收概率低，所以各稀土離子在數秒內僅可以吸收光子1次左右。為了使稀土離子中產生上轉換，在電子通過吸收能量而處于從基底狀態遷移的狀態時，需要吸收下一能量使電子向更高的能量狀態遷移。在此，認為在稀土離子中遷移到激發狀態的電子可存在的時間最大為20ms左右。據此，在非專利文獻1所公開的技術中，通過吸收能量而向激發狀態遷移的電子的大部分在吸收下一能量前失去能量，結果認為幾乎不產生上轉換。這樣，僅使相同層含有量子點和稀土離子時，難以提高產生上轉換的效率(以下，稱為“上轉換效率”)，也難以提高UC型太陽能電池的發電效率。

因此，本發明的課題在于，提供使用可提高上轉換效率的復合粒子、使用該復合粒子的復合粒子分散體及使用該復合粒子分散體的光伏裝置。

用于解決課題的手段

要提高稀土離子的上轉換效率，需要在通過稀土離子吸收能量而存在向第一激發狀態遷移的電子的期間，通過稀土離子進一步吸收能量，使存在于第一激發狀態的電子向更高能量的第二激發狀態遷移。本發明人專心研究的結果發現，要實現這些遷移，有效的是將光的吸收概率比稀土離子高的量子點接近稀土離子的周圍來配置，利用雙極子雙極子相互作用，使通過光吸收而在量子點內被激發的電子具有的能量向稀土離子移動。另外發現，對于釋放光能量的量子點的數量和體積，通過限制吸收光能量的稀土離子的數量而提高吸收光能量的頻率，容易提高稀土離子的上轉換效率。本發明是基于這樣的發現而完成的。

為了解決上述課題，本發明采用以下的技術手段。即，

本發明的第一方式為一種復合粒子，其具備具有稀土離子及保持該稀土離子的保持劑的芯部和覆蓋該芯部的一部分或全部的半導體部，其中，所述稀土離子具有上轉換效應，所述保持劑由帶隙比為了使上述稀土離子中產生第二階段的激發所需要的能量差寬的半導體或絕緣體構成，上述半導體部具有帶隙不足上述稀土離子的第一激發狀態和基底狀態的能量差的半導體。