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PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT PRECURSOR, LIGHT DETECTION METHOD, AND PRODUCTION METHOD FOR PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT

Foreign code F200010256
File No. K112P08WO
Posted date Nov 5, 2020
Country WIPO
International application number 2020JP003420
International publication number WO2020162317
Date of international filing Jan 30, 2020
Date of international publication Aug 13, 2020
Priority data
  • P2019-021974 (Feb 8, 2019) JP
Title PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT PRECURSOR, LIGHT DETECTION METHOD, AND PRODUCTION METHOD FOR PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT
Abstract The photoelectric conversion element according to the present invention is obtained by sequentially layering: a first layer (104) formed of a plurality of particles containing an inorganic semiconductor as a main component, or an aggregate or thin film thereof; a second layer (105) formed of a plurality of particles containing a perovskite structure as a main component in the surface of the aforementioned particles, or formed of an aggregate or a thin film of the plurality of particles; and a third layer (106A), (106B) formed of a plurality of particles containing an organic metal complex as a main component, or an aggregate or thin film thereof, wherein the energy level of the conduction band increases in the order of the first layer (104), the second layer (105), and the third layer (106A), (106B), and the energy level of the second layer (105) in the valence band is higher than the energy level of the third layer (106A), (106B).
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Techniques for amplifying photocurrent using photoelectric conversion elements such as avalanche photodiodes and photomultipliers have been known. The avalanche photodiode amplifies a photocurrent by irradiating light between pn junctions made of inorganic semiconductors with a reverse voltage applied thereto, thereby repeating collisions between generated electrons and holes and a crystal lattice and generation of electrons and holes from the collided crystal lattice in a chain manner. The photomultiplier tube is composed of a plurality of diodes and a vacuum tube enclosing the diodes. by irradiating one diode with light, collision of generated electrons with the diodes and generation of electrons from the collided diodes are repeated in a chain manner, and photocurrent is amplified.
On the other hand, a photoelectric conversion element having a hybrid structure of an inorganic material and an organic material is disclosed in Non-Patent Document 1 and the like. In this photoelectric conversion element, an organic substance is bonded to the surface of titanium oxide through europium, and photoelectric current is amplified by electric charges generated by absorbing ultraviolet light by the organic substance.
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 無機半導体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第一層と、
 前記粒子またはその凝集体の表面に対し、ペロブスカイト構造体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第二層と、
 有機金属錯体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第三層と、を順に積層してなり、
 伝導帯において、前記第二層のエネルギー準位が前記第一層のエネルギー準位より高く、かつ前記第三層のエネルギー準位が前記第二層のエネルギー準位より高く、
 価電子帯における前記第二層のエネルギー準位が、前記第三層のエネルギー準位より高いことを特徴とする光電変換素子。

[請求項2]
 前記第二層が、価電子帯と伝導帯との間におけるエネルギー差が3.1eV未満である層であ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]
 前記第一層および/または前記第三層が、価電子帯と伝導帯との間におけるエネルギー差が3.1eV以上である層であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の光電変換素子。

[請求項4]
 価電子帯において、前記第二層と前記第三層とのエネルギー準位差が、0.1eV以上あることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項5]
 前記有機金属錯体が、無機遷移金属と有機配位子とが配位結合してなる錯体であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項6]
 前記有機配位子が環ヘテロ原子含有有機配位子またはアセチルアセトナート系有機配位子であることを特徴とする請求項5記載の光電変換素子。

[請求項7]
 前記有機金属錯体が、無機遷移金属と、環ヘテロ原子含有有機配位子が有する環ヘテロ原子の非結合電子対とが、配位結合してなる錯体であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項8]
 前記無機遷移金属が、前記第二層側に局在していることを特徴とする請求項5~7のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項9]
 前記無機遷移金属がユーロピウムであり、前記環ヘテロ原子含有有機配位子がターピリジンであることを特徴とする請求項6~8のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項10]
 前記無機半導体が、吸収波長を紫外光域に有する無機半導体であることを特徴とする請求項1~9のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項11]
 前記無機半導体が、酸化チタンであることを特徴とする請求項1~10のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項12]
 前記第二層が、1nm以上10nm以下の厚みを有する薄膜あるいは粒子またはその凝集体であることを特徴とする請求項1~11のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項13]
 前記ペロブスカイト構造体が、組成式CH 3NH 3PbI 3で表される化合物であることを特徴とする請求項1~12のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項14]
 前記第一層が、-8eV以上の価電子帯のエネルギー準位を有し、かつ、-4eV以下の伝導帯のエネルギー準位を有する層であることを特徴とする請求項1~12のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項15]
 前記第二層が、-5.5eV以上の価電子帯のエネルギー準位を有し、かつ、-3eV以下の伝導帯のエネルギー準位を有する層であることを特徴とする請求項1~14のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項16]
 前記第三層が、-6eV以上の価電子帯のエネルギー準位を有し、かつ、-2eV以下の伝導帯のエネルギー準位を有する層であることを特徴とする請求項1~15のいずれか一項に記載の光電変換素子。

[請求項17]
 請求項1~16のいずれか一項に記載の光電変換素子において、
 前記第一層を挟んで前記第二層の反対側に、負極層が積層され、
 前記第三層を挟んで前記第二層の反対側に、正極層が積層されてなることを特徴とする光電変換装置。

[請求項18]
 無機半導体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第一層と、ペロブスカイト構造体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第二層と、が積層されてなり、前記第二層の伝導帯のエネルギー準位が、前記第一層の伝導帯のエネルギー準位より高いことを特徴とする光電変換素子前駆体。

[請求項19]
 請求項17に記載の光電変換装置において、前記第二層に可視光および/または近赤外光を受光させることにより、前記負極層と前記正極層との間に電圧を印加し、流れる電流の測定結果から可視光および/または近赤外光を検出する工程を含むことを特徴とする光の検出方法。

[請求項20]
 基材の表面に、無機半導体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第一層が積層された第一積層体を形成する第一工程と、
 前記第一層の露出面に、ペロブスカイト構造体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第二層が積層された第二積層体を形成する第二工程と、
 前記第二層の露出面に、有機金属錯体を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される第三層が積層された第三積層体を形成する第三工程と、を有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
 ここで、各層の伝導帯のエネルギー準位が、前記第一層、前記第二層、前記第三層の順で高く、かつ、前記各層の価電子帯における前記第二層のエネルギー準位が、前記第三層のエネルギー準位より高い。

[請求項21]
 前記第三工程が、前記第二層の露出面に、無機遷移金属を主成分として含む複数の粒子またはその凝集体あるいは薄膜によって構成される層を形成し、次いで、前記層に含まれる無機遷移金属に、有機配位子を配位結合させる工程を含むことを特徴とする請求項20に記載の光電変換素子の製造方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY
  • Inventor
  • NIHEI Ayumi
  • MIYASAKA Tsutomu
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN WS ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
Reference ( R and D project ) PRESTO Fully-controlled photons and their proactive usage for new era creation AREA
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