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JP6099435B2 - Core-shell particle, photoelectric conversion layer, and photoelectric conversion element - Google Patents
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Core-shell particle, photoelectric conversion layer, and photoelectric conversion element Download PDF

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Description

本発明は、コアシェル粒子、光電変換層および光電変換素子に関する。   The present invention relates to a core-shell particle, a photoelectric conversion layer, and a photoelectric conversion element.

太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在主流となっているのは、結晶シリコンを用いた太陽電池である。   In recent years, a solar cell that directly converts solar energy into electric energy has been rapidly expected as a next-generation energy source particularly from the viewpoint of global environmental problems. There are various types of solar cells such as those using crystalline silicon, amorphous silicon, compound semiconductors, or organic materials. Currently, solar cells using crystalline silicon are the mainstream.

太陽電池は、一般的には、単結晶または多結晶の結晶シリコンウエハの受光面に結晶シリコンウエハの導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってpn接合を有する光電変換層を形成し、光電変換層の受光面と受光面の反対側の裏面とに電極を形成することによって作製されている。   In general, a solar cell forms a photoelectric conversion layer having a pn junction by diffusing an impurity having a conductivity type opposite to that of a crystalline silicon wafer on a light receiving surface of a single crystal or polycrystalline crystal silicon wafer. And it is produced by forming an electrode in the light-receiving surface of a photoelectric converting layer, and the back surface on the opposite side to a light-receiving surface.

また、光電変換層の受光面には電極を形成せず、光電変換層の裏面のみに電極を形成した太陽電池についても研究開発が進められている。   Research and development are also underway for solar cells in which electrodes are not formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion layer, but electrodes are formed only on the back surface of the photoelectric conversion layer.

従来の太陽電池においては、光電変換層のバンドギャップエネルギよりも小さいエネルギを有する光は光電変換層で吸収されないため、大きな光電変換ロスが生じていた。そのため、たとえば非特許文献1には、光電変換層のバンドギャップ中に中間バンドを備えた中間バンド型太陽電池が提案されている。   In the conventional solar cell, light having energy smaller than the band gap energy of the photoelectric conversion layer is not absorbed by the photoelectric conversion layer, so that a large photoelectric conversion loss occurs. Therefore, for example, Non-Patent Document 1 proposes an intermediate band solar cell including an intermediate band in the band gap of the photoelectric conversion layer.

非特許文献1に記載の太陽電池は、光電変換層のバンドギャップ中に中間バンドを有するため、従来の太陽電池と同様に、バンドギャップエネルギ以上のエネルギを有する光子を吸収して価電子帯の電子を伝導帯に励起することができる。さらに、非特許文献1に記載の太陽電池は、価電子帯上端と中間バンドとのエネルギ差以上のエネルギを有する光子の吸収と、中間バンドと伝導帯下端とのエネルギ差以上の光子の吸収によって、価電子帯の電子を中間バンドを介して伝導帯に励起することができる。これにより、非特許文献1に記載の太陽電池は、光電変換に適さない波長領域の光を光電変換することによって、光電変換ロスを低減し、光電変換効率を向上することができるとされている。   Since the solar cell described in Non-Patent Document 1 has an intermediate band in the band gap of the photoelectric conversion layer, it absorbs photons having energy higher than the band gap energy and absorbs the valence band as in the conventional solar cell. Electrons can be excited into the conduction band. Furthermore, the solar cell described in Non-Patent Document 1 is based on absorption of a photon having an energy greater than the energy difference between the valence band upper end and the intermediate band, and absorption of a photon greater than the energy difference between the intermediate band and the conduction band lower end. The electrons in the valence band can be excited to the conduction band through the intermediate band. Thereby, the solar cell described in Non-Patent Document 1 is said to be able to reduce photoelectric conversion loss and improve photoelectric conversion efficiency by photoelectrically converting light in a wavelength region that is not suitable for photoelectric conversion. .

Antonio Luque and Antonio Marti, Physical Review Letters, Volume 78, Number 26, pp.5014-5017 (1997)Antonio Luque and Antonio Marti, Physical Review Letters, Volume 78, Number 26, pp.5014-5017 (1997)

しかしながら、非特許文献1に記載の中間バンド型太陽電池は、高品質な中間バンドを有する光電変換層を作製するのが非常に困難であるため、光生成された電子・正孔対が容易に再結合してしまい、高い光電変換効率が得られないという問題があった。   However, since the intermediate-band solar cell described in Non-Patent Document 1 is very difficult to produce a photoelectric conversion layer having a high-quality intermediate band, photogenerated electron / hole pairs are easily generated. There was a problem that recombination would occur and high photoelectric conversion efficiency could not be obtained.

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、光電変換層のバンドギャップエネルギ以上のエネルギを有する光に加えて、光電変換層のバンドギャップエネルギよりも小さいエネルギを吸収することによって発生したキャリアを効率的に電極で収集することで光電変換効率を向上させることができる、コアシェル粒子、光電変換層および光電変換素子を提供することにある。   In view of the above circumstances, the object of the present invention is to absorb carriers generated by absorbing energy smaller than the band gap energy of the photoelectric conversion layer in addition to light having energy equal to or higher than the band gap energy of the photoelectric conversion layer. An object of the present invention is to provide a core-shell particle, a photoelectric conversion layer, and a photoelectric conversion element that can improve photoelectric conversion efficiency by efficiently collecting with an electrode.

本発明は、半導体コアと半導体コアの表面上に設けられた半導体シェルとを備え、半導体コアは、Cuと、GaおよびInの少なくとも一方と、SおよびSeの少なくとも一方とを含む第1半導体と第1半導体のバンドギャップ中に中間バンドを形成する不純物とを含み、半導体シェルは、Cuと、GaおよびInの少なくとも一方と、SおよびSeの少なくとも一方とを含む第2半導体を含むコアシェル粒子である。このような構成とすることにより、半導体コアへの長波長の光の入射により中間バンドを介した電子励起を利用して発生したキャリアと、短波長の光の入射により半導体シェルで発生したキャリアとを半導体シェルを通して外部に取り出すことができるため、本発明のコアシェル粒子を用いて作製された光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。なお、半導体のバンドギャップ中に中間バンドを形成するために、半導体バルク中に高濃度の不純物を導入する場合には、不純物が偏析するなどして高品質な中間バンドを有する半導体を形成するのが困難であるのに対し、コアシェル粒子の半導体コアに不純物を導入する場合には、半導体コアの体積が非常に小さいために、不純物の偏析等の問題は起こりにくく、高品質な中間バンドを有する半導体を作製しやすい。 The present invention includes a semiconductor core and a semiconductor shell provided on the surface of the semiconductor core, and the semiconductor core includes a first semiconductor including Cu, at least one of Ga and In, and at least one of S and Se. see contains an impurity for forming the intermediate band in the band gap of the first semiconductor, a semiconductor shell, Cu and, at least one of Ga and in, including core-shell a second semiconductor containing at least one of S and Se Particles. With such a configuration, carriers generated using electronic excitation via an intermediate band due to incidence of long-wavelength light on the semiconductor core and carriers generated in the semiconductor shell due to incidence of short-wavelength light Thus, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element having the photoelectric conversion layer produced using the core-shell particles of the present invention can be improved. In order to form an intermediate band in the semiconductor band gap, when a high concentration impurity is introduced into the semiconductor bulk, a semiconductor having a high quality intermediate band is formed by, for example, segregation of the impurity. In contrast, when impurities are introduced into the semiconductor core of the core-shell particle, the volume of the semiconductor core is so small that problems such as segregation of impurities hardly occur and a high-quality intermediate band is provided. Easy to manufacture semiconductors.

また、本発明は、上記のコアシェル粒子を含む光電変換層である。このような構成とすることにより、半導体コアへの長波長の光の入射により中間バンドを介した電子励起を利用して発生したキャリアと、短波長の光の入射により半導体シェルで発生したキャリアとを半導体シェルを通して外部に取り出すことができるため、本発明の光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。 Moreover, this invention is a photoelectric converting layer containing said core-shell particle . With such a configuration, the carriers generated by utilizing electron excitation via the intermediate band by incident light with a long wavelength to a half-conductor core, carriers generated in the semiconductor shell by the incident of short-wavelength light Thus, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element having the photoelectric conversion layer of the present invention can be improved.

さらに、本発明は、上記の光電変換層と、光電変換層と電気的に接続された電極とを含む光電変換素子である。このような構成とすることにより、半導体コアへの長波長の光の入射により中間バンドを介した電子励起を利用して発生したキャリアと、短波長の光の入射により半導体シェルで発生したキャリアとを半導体シェルを通して電極から外部に取り出すことができるため、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。 Furthermore, this invention is a photoelectric conversion element containing said photoelectric conversion layer and the electrode electrically connected with the photoelectric conversion layer . With such a configuration, carriers generated using electronic excitation via an intermediate band due to incidence of long-wavelength light on the semiconductor core and carriers generated in the semiconductor shell due to incidence of short-wavelength light Can be taken out from the electrode through the semiconductor shell, so that the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.

本発明によれば、光電変換層のバンドギャップエネルギ以上のエネルギを有する光に加えて、光電変換層のバンドギャップエネルギよりも小さいエネルギを吸収することによって発生したキャリアを効率的に電極で収集することで光電変換効率を向上させることができる、コアシェル粒子、光電変換層および光電変換素子を提供することができる。   According to the present invention, in addition to light having energy equal to or higher than the band gap energy of the photoelectric conversion layer, carriers generated by absorbing energy smaller than the band gap energy of the photoelectric conversion layer are efficiently collected by the electrode. Thus, a core-shell particle, a photoelectric conversion layer, and a photoelectric conversion element that can improve the photoelectric conversion efficiency can be provided.

本発明のコアシェル粒子の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the core-shell particle of this invention. 本発明のコアシェル粒子の半導体コアと半導体シェルとのバンドギャップの相関図の好ましい一例を示す図である。It is a figure which shows a preferable example of the correlation diagram of the band gap of the semiconductor core of the core-shell particle of this invention, and a semiconductor shell. (a)および(b)は、本発明のコアシェル粒子の製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。(A) And (b) is typical sectional drawing illustrated about an example of the manufacturing method of the core-shell particle of this invention. 半導体シェルの組成の変化による格子定数とバンドギャップエネルギとの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the lattice constant and band gap energy by the change of the composition of a semiconductor shell. 本発明の光電変換素子の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the photoelectric conversion element of this invention. 半導体シェルのバンドギャップが半導体コアのバンドギャップよりも狭いときの光電変換層のバンドギャップと、当該光電変換層中を移動するキャリアのエネルギとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the band gap of a photoelectric converting layer when the band gap of a semiconductor shell is narrower than the band gap of a semiconductor core, and the energy of the carrier which moves in the said photoelectric converting layer. 半導体シェルのバンドギャップと半導体コアのバンドギャップとが同一の広さであるときの光電変換層のバンドギャップと、当該光電変換層中を移動するキャリアのエネルギとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the band gap of a photoelectric converting layer when the band gap of a semiconductor shell and the band gap of a semiconductor core are the same width, and the energy of the carrier which moves in the said photoelectric converting layer. 実施例の半導体コアの作製方法を図解する模式的な側面図である。It is a typical side view illustrating the manufacturing method of the semiconductor core of an Example. 実施例の半導体微粒子の作製方法を図解する模式的な側面図である。It is a typical side view illustrating the preparation method of the semiconductor fine particle of an Example. (a)〜(c)は、実施例の光電変換素子の製造方法について図解する模式的な断面図である。(A)-(c) is typical sectional drawing illustrated about the manufacturing method of the photoelectric conversion element of an Example.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

<コアシェル粒子>
図1に、本発明のコアシェル粒子の一例の模式的な断面図を示す。図1に示すコアシェル粒子3は、半導体コア1と、半導体コア1の表面上に設けられた半導体シェル2と、を備えている。このような構成のコアシェル粒子3を光電変換素子の光電変換層に用いた場合には、光電変換層に光が入射することにより半導体コア1および半導体シェル2で発生したキャリアを外部に取り出すことができるため、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。
<Core shell particles>
In FIG. 1, typical sectional drawing of an example of the core-shell particle | grains of this invention is shown. A core-shell particle 3 shown in FIG. 1 includes a semiconductor core 1 and a semiconductor shell 2 provided on the surface of the semiconductor core 1. When the core-shell particle 3 having such a configuration is used for the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element, carriers generated in the semiconductor core 1 and the semiconductor shell 2 can be taken out by the incidence of light on the photoelectric conversion layer. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.

<半導体コア>
半導体コア1は、半導体と、当該半導体のバンドギャップ中に中間バンドを形成する不純物とを含むものが用いられる。これにより、コアシェル粒子3の半導体コア1に光が入射することによって、価電子帯の電子を中間バンドを介して伝導帯に励起させることができる。
<Semiconductor core>
The semiconductor core 1 includes a semiconductor and an impurity including an impurity that forms an intermediate band in the band gap of the semiconductor. Thereby, when light enters the semiconductor core 1 of the core-shell particle 3, electrons in the valence band can be excited to the conduction band through the intermediate band.

半導体コア1を構成する半導体は、銅(Cu)と、ガリウム(Ga)およびインジウム(In)の少なくとも一方と、硫黄(S)およびセレン(Se)の少なくとも一方とを含む半導体であることが好ましい。たとえば、CuGa1-x1Inx12-2y1Se2y1(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の式で表わされる半導体であることが好ましく、特に、CuGaS2の式で表わされる半導体であることがより好ましい。この場合には、光の入射による半導体コア1でのキャリア生成効率をより向上させることができる。 The semiconductor constituting the semiconductor core 1 is preferably a semiconductor containing copper (Cu), at least one of gallium (Ga) and indium (In), and at least one of sulfur (S) and selenium (Se). . For example, a semiconductor represented by the formula CuGa 1-x1 In x1 S 2-2y1 Se 2y1 (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) is preferable, and in particular, a semiconductor represented by the formula CuCuS 2. More preferably. In this case, the carrier generation efficiency in the semiconductor core 1 due to the incidence of light can be further improved.

また、半導体コア1を構成する半導体のバンドギャップ中に中間バンドを形成する不純物としては、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、チタン(Ti)、鉄(Fe)およびクロム(Cr)からなる群から選択された少なくとも1種を用いることが好ましい。この場合には、結晶欠陥が少ない半導体コア1を形成することができるため、励起光の入射により半導体コア1で効率的に電子を励起することができ、光の入射による半導体コア1でのキャリア生成効率をより向上させることができる。   Further, as impurities forming an intermediate band in the semiconductor band gap constituting the semiconductor core 1, carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), titanium (Ti), iron (Fe), and chromium ( It is preferable to use at least one selected from the group consisting of Cr). In this case, since the semiconductor core 1 with few crystal defects can be formed, electrons can be efficiently excited in the semiconductor core 1 by the incidence of excitation light, and carriers in the semiconductor core 1 due to the incidence of light. The generation efficiency can be further improved.

半導体コア1の平均粒径は、5nm以上25nm以下であることが好ましく、8nm以上15nm以下であることがより好ましい。半導体コア1の平均粒径が、5nm以上25nm以下である場合、特に8nm以上15nm以下である場合には、半導体コア1を構成する半導体中に中間バンドを形成する不純物を導入した場合でも、不純物原子が偏析するなどの異常を起こしにくいため、結晶欠陥の少ない半導体コア1を形成しやすい。このため、励起光の入射により半導体コア1で効率的に電子を励起することができ、半導体コア1でのキャリア生成効率をより向上させることができるとともに、光の入射により半導体コア1で発生したキャリアをより多く、半導体シェル2に流出させることができる。   The average particle size of the semiconductor core 1 is preferably 5 nm or more and 25 nm or less, and more preferably 8 nm or more and 15 nm or less. When the average particle size of the semiconductor core 1 is 5 nm or more and 25 nm or less, particularly when the semiconductor core 1 is 8 nm or more and 15 nm or less, even when an impurity forming an intermediate band is introduced into the semiconductor constituting the semiconductor core 1, the impurity Since it is difficult for abnormalities such as segregation of atoms to occur, it is easy to form the semiconductor core 1 with few crystal defects. For this reason, electrons can be efficiently excited in the semiconductor core 1 due to the incidence of excitation light, carrier generation efficiency in the semiconductor core 1 can be further improved, and generated in the semiconductor core 1 due to the incidence of light. More carriers can flow out into the semiconductor shell 2.

半導体コア1の平均粒径は、たとえば透過型電子顕微鏡を用いて算出することができる。より具体的には、本発明のコアシェル粒子3を透過型電子顕微鏡の観察用のメッシュ上に分散し、分散されたコアシェル粒子3の断面を適切な倍率で観察し、得られた観察画像中のコアシェル粒子3の半導体コア1をランダムに100個選定し、その断面積の総和を求め、その総和を100で除した面積と同じ面積を有する円の直径に換算した値を、半導体コア1の平均粒径とする。   The average particle diameter of the semiconductor core 1 can be calculated using, for example, a transmission electron microscope. More specifically, the core-shell particles 3 of the present invention are dispersed on a mesh for observation with a transmission electron microscope, and the cross-section of the dispersed core-shell particles 3 is observed at an appropriate magnification. 100 semiconductor cores 1 of the core-shell particles 3 are selected at random, the sum of the cross-sectional areas is obtained, and the value converted to the diameter of a circle having the same area as the area obtained by dividing the sum by 100 is the average of the semiconductor cores 1 The particle size.

半導体コア1中の中間バンドを形成する不純物の含有量は、半導体コア1全体の0.1原子%以上10原子%以下であることが好ましく、0.2原子%以上2原子%以下であることがより好ましい。半導体コア1中の中間バンドを形成する不純物の含有量が半導体コア1全体の0.1原子%以上10原子%以下である場合、特に0.2原子%以上2原子%以下である場合には、光の入射により半導体コア1でのキャリア生成効率をより向上させることができる。   The content of impurities forming the intermediate band in the semiconductor core 1 is preferably 0.1 atomic percent or more and 10 atomic percent or less of the entire semiconductor core 1, and is 0.2 atomic percent or more and 2 atomic percent or less. Is more preferable. When the content of impurities forming the intermediate band in the semiconductor core 1 is 0.1 atomic percent or more and 10 atomic percent or less of the entire semiconductor core 1, particularly when the content is 0.2 atomic percent or more and 2 atomic percent or less. The carrier generation efficiency in the semiconductor core 1 can be further improved by the incidence of light.

<半導体シェル>
半導体シェル2としては、半導体シェル2のバンドギャップが半導体コア1のバンドギャップよりも狭い半導体が用いられる。これにより、コアシェル粒子3に光が入射することにより半導体コア1で発生したキャリアを半導体シェル2に流出させることができる。なお、半導体シェル2は半導体であるため、半導体シェル2自身も光の入射によってキャリアを発生する。
<Semiconductor shell>
As the semiconductor shell 2, a semiconductor whose band gap of the semiconductor shell 2 is narrower than that of the semiconductor core 1 is used. Thus, carriers generated in the semiconductor core 1 when light enters the core-shell particles 3 can flow out to the semiconductor shell 2. Since the semiconductor shell 2 is a semiconductor, the semiconductor shell 2 itself generates carriers by the incidence of light.

半導体シェル2の伝導帯下端および価電子帯上端が、それぞれ、半導体コア1を構成する半導体の伝導帯下端および価電子帯上端よりも中間バンド側に位置することが好ましい。これにより、光が入射することにより半導体コア1で発生したキャリアを半導体シェル2に流出させやすくなるとともに、半導体シェル2から半導体コア1にキャリアが逆流するのを効果的に抑止することができる。そのため、光が入射することにより半導体コア1で発生したキャリアをより多く半導体シェル2を通して外部に取り出すことができるため、コアシェル粒子3を用いて作製された光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。   The lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor shell 2 are preferably positioned closer to the intermediate band than the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor constituting the semiconductor core 1. This makes it easy for carriers generated in the semiconductor core 1 to flow out to the semiconductor shell 2 due to the incidence of light, and effectively prevents carriers from flowing back from the semiconductor shell 2 to the semiconductor core 1. Therefore, more carriers generated in the semiconductor core 1 when light enters can be taken out to the outside through the semiconductor shell 2, so that the photoelectric conversion of the photoelectric conversion element having the photoelectric conversion layer manufactured using the core-shell particles 3 Efficiency can be improved.

半導体シェル2は、Cuと、GaおよびInの少なくとも一方と、SおよびSeの少なくとも一方とを含む半導体であることが好ましい。たとえば、CuGa1-x2Inx22-2y2Se2y2(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の式で表わされる半導体であることがより好ましく、CuGaS2、CuInS2、CuGa1-x2Inx22(0<x2<1)、およびCuGaS2-2y2Se2y2(0<y2<1)からなる群から選択された少なくとも1つの式で表わされる半導体であることが特に好ましい。これらの半導体は直接遷移型半導体であるため、発光効率が高い。また、特に、半導体コア1として、銅(Cu)と、ガリウム(Ga)およびインジウム(In)の少なくとも一方と、硫黄(S)およびセレン(Se)の少なくとも一方とを含む半導体を用いる場合には、半導体コア1と第1半導体シェル2との界面において格子不整合が起こりにくいため、界面におけるキャリア再結合を著しく抑制することができる。したがって、光が入射することにより半導体コア1および半導体シェル2で発生したキャリアをより多く外部に取り出すことができるため、本発明のコアシェル粒子3を用いて作製された光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率をより向上させることができる。なお、半導体シェル2には、半導体コア1のように中間バンドを形成する必要がないため、中間バンドを形成するための不純物の添加は不要である。 The semiconductor shell 2 is preferably a semiconductor containing Cu, at least one of Ga and In, and at least one of S and Se. For example, CuGa 1-x2 In x2 S is more preferably a semiconductor represented by the formula 2-2y2 Se 2y2 (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1), CuGaS 2, CuInS 2, CuGa 1-x2 The semiconductor is particularly preferably a semiconductor represented by at least one formula selected from the group consisting of In x2 S 2 (0 <x2 <1) and CuGaS 2-2y2 Se 2y2 (0 <y2 <1). Since these semiconductors are direct transition semiconductors, their light emission efficiency is high. In particular, when a semiconductor containing copper (Cu), at least one of gallium (Ga) and indium (In), and at least one of sulfur (S) and selenium (Se) is used as the semiconductor core 1. Since the lattice mismatch hardly occurs at the interface between the semiconductor core 1 and the first semiconductor shell 2, carrier recombination at the interface can be remarkably suppressed. Therefore, since more carriers generated in the semiconductor core 1 and the semiconductor shell 2 can be taken out by the incidence of light, the photoelectric conversion element having the photoelectric conversion layer manufactured using the core-shell particles 3 of the present invention. The photoelectric conversion efficiency can be further improved. Since it is not necessary to form an intermediate band in the semiconductor shell 2 unlike the semiconductor core 1, it is not necessary to add an impurity for forming the intermediate band.

半導体コア1を構成する半導体および半導体シェル2が、それぞれ、CuGa1-x1Inx12-2y1Se2y1(0≦x1≦1、0≦y1≦1)およびCuGa1-x2Inx22-2y2Se2y2(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の式で表わされる半導体である場合には、半導体シェル2は、半導体コア1を構成する半導体よりもInおよび/またはSeの含有比率(原子%)が高い(x2>x1および/またはy2>y1)ことが好ましい。この場合には、半導体シェル2のバンドギャップが半導体コア1を構成する半導体のバンドギャップよりも狭くなり、かつ半導体シェル2の伝導帯下端および価電子帯上端がそれぞれ半導体コア1を構成する半導体の伝導帯下端および価電子帯上端よりも中間バンド側に位置するため、半導体コア1で発生したキャリアが半導体シェル2に流出しやすくなるとともに、半導体シェル2から半導体コア1へのキャリアの逆流もより効果的に抑止することができる。 The semiconductor constituting the semiconductor core 1 and the semiconductor shell 2 are CuGa 1-x1 In x1 S 2-2y1 Se 2y1 (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and CuGa 1-x2 In x2 S 2−, respectively. In the case of a semiconductor represented by the formula 2y2 Se 2y2 (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1), the content ratio of In and / or Se is higher in the semiconductor shell 2 than in the semiconductor constituting the semiconductor core 1. (Atom%) is preferably high (x2> x1 and / or y2> y1). In this case, the band gap of the semiconductor shell 2 is narrower than the band gap of the semiconductor constituting the semiconductor core 1, and the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor shell 2 are each of the semiconductor constituting the semiconductor core 1. Since it is located on the intermediate band side from the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band, the carriers generated in the semiconductor core 1 are likely to flow out to the semiconductor shell 2, and the backflow of carriers from the semiconductor shell 2 to the semiconductor core 1 is further increased. It can be effectively deterred.

<光電変換機構>
図2に、本発明のコアシェル粒子3の半導体コア1と半導体シェル2とのバンドギャップの相関図の好ましい一例を示す。ここで、半導体シェル2のバンドギャップ2aは、半導体コア1を構成する半導体のバンドギャップ1aよりも狭く、かつ半導体シェル2の伝導帯下端および価電子帯上端がそれぞれ半導体コア1を構成する半導体の伝導帯下端および価電子帯上端よりも中間バンド4a側に位置している。
<Photoelectric conversion mechanism>
FIG. 2 shows a preferred example of a band gap correlation diagram between the semiconductor core 1 and the semiconductor shell 2 of the core-shell particle 3 of the present invention. Here, the band gap 2 a of the semiconductor shell 2 is narrower than the band gap 1 a of the semiconductor constituting the semiconductor core 1, and the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor shell 2 are each of the semiconductor constituting the semiconductor core 1. It is located closer to the intermediate band 4a than the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band.

図2に示すように、半導体コア1を構成する半導体のバンドギャップエネルギよりも小さいエネルギを有する光5(長波長の光)が半導体コア1に入射した場合には、光5のエネルギを吸収することによって励起された半導体コア1を構成する半導体中の電子は、まず、半導体コア1を構成する半導体の価電子帯に正孔を放出して、半導体コア1を構成する半導体に添加された不純物によって形成された中間バンド4aに励起される。   As shown in FIG. 2, when light 5 (long wavelength light) having energy smaller than the band gap energy of the semiconductor constituting the semiconductor core 1 is incident on the semiconductor core 1, the energy of the light 5 is absorbed. The electrons in the semiconductor constituting the semiconductor core 1 excited by this release holes first into the valence band of the semiconductor constituting the semiconductor core 1 and are added to the semiconductor constituting the semiconductor core 1. Is excited by the intermediate band 4a formed by the above.

次に、半導体コア1を構成する半導体のバンドギャップエネルギよりも小さいエネルギを有する光5(長波長の光)がさらに半導体コア1に入射されると、中間バンドに位置する電子が、光5からさらにエネルギを吸収して、半導体コア1を構成する半導体の伝導帯まで励起される。   Next, when light 5 (long wavelength light) having energy smaller than the band gap energy of the semiconductor constituting the semiconductor core 1 is further incident on the semiconductor core 1, electrons located in the intermediate band are emitted from the light 5. Furthermore, energy is absorbed and excited to the conduction band of the semiconductor constituting the semiconductor core 1.

半導体コア1を構成する半導体の伝導帯まで励起された電子および当該半導体の価電子帯の正孔は、それぞれ、半導体コア1に隣接する低バンドギャップの半導体シェル2の伝導帯および価電子帯に流出する。そして、これらの流出した電子および正孔が半導体シェル2を通して外部に取り出されるとともに、光5よりも短波長の光の入射によって半導体シェル2自身においても電子および正孔が発生し、これらの電子および正孔が外部に取り出される。これにより、本発明のコアシェル粒子3を用いて光電変換層が形成された光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。   The electrons excited to the conduction band of the semiconductor constituting the semiconductor core 1 and the holes in the valence band of the semiconductor are respectively in the conduction band and valence band of the low-bandgap semiconductor shell 2 adjacent to the semiconductor core 1. leak. Then, these leaked electrons and holes are taken out through the semiconductor shell 2, and electrons and holes are also generated in the semiconductor shell 2 itself by the incidence of light having a wavelength shorter than that of the light 5. Holes are extracted outside. Thereby, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion layer was formed using the core-shell particle 3 of the present invention can be improved.

<コアシェル粒子の製造方法>
以下、図3(a)および図3(b)の模式的断面図を参照して、本発明のコアシェル粒子3の製造方法の一例について説明する。まず、図3(a)に示すように、半導体コア1を作製する。ここで、半導体コア1は、たとえば、半導体コア1を構成する半導体および不純物の原料粉末を所定の液相中で反応させ、精製することによって沈殿させた、沈殿物として得ることができる。
<Method for producing core-shell particles>
Hereinafter, an example of the method for producing the core-shell particle 3 of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. First, as shown in FIG. 3A, the semiconductor core 1 is manufactured. Here, the semiconductor core 1 can be obtained, for example, as a precipitate that is precipitated by reacting and purifying the semiconductor constituting the semiconductor core 1 and impurity raw material powder in a predetermined liquid phase.

次に、図3(b)に示すように、半導体コア1の表面を半導体シェル2で被覆する。半導体シェル2による半導体コア1の表面の被覆は、たとえば、半導体シェル2の原料粉末を所定の液相中で反応させた液を、上記の半導体コア1の沈殿物の分散液に加え、その後精製して沈殿させることにより行なうことができる。すなわち、この沈殿物が、半導体コア1の表面が半導体シェル2で被覆された粒子となる。   Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the semiconductor core 1 is covered with the semiconductor shell 2. The coating of the surface of the semiconductor core 1 with the semiconductor shell 2 is performed, for example, by adding a liquid obtained by reacting the raw material powder of the semiconductor shell 2 in a predetermined liquid phase to the above-described dispersion of the precipitate of the semiconductor core 1. And can be precipitated. That is, the precipitate becomes particles in which the surface of the semiconductor core 1 is covered with the semiconductor shell 2.

図4に、半導体シェル2がCuGa1-x2Inx22-2y2Se2y2(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の式で表わされる半導体から構成されるときの半導体シェル2の組成の変化による格子定数とバンドギャップエネルギとの変化を示す。図4に示すように、半導体シェル2の組成をCuGaS2、CuGaSe2、CuInS2およびCuInSe2と変化させることによって、半導体シェル2のバンドギャップエネルギを、CuGaS2(2.43eV)、CuGaSe2(1.68eV)、CuInS2(1.53eV)およびCuInSe2(1.04eV)と順次小さくしていくことができる。 4, the composition of the semiconductor shell 2 when the semiconductor shell 2 is composed of a semiconductor represented by the formula CuGa 1-x2 In x2 S 2-2y2 Se 2y2 (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1) The change of the lattice constant and band gap energy by the change of is shown. As shown in FIG. 4, by changing the composition of the semiconductor shell 2 to CuGaS 2 , CuGaSe 2 , CuInS 2 and CuInSe 2 , the band gap energy of the semiconductor shell 2 is changed to CuGaS 2 (2.43 eV), CuGaSe 2 ( 1.68 eV), CuInS 2 (1.53 eV), and CuInSe 2 (1.04 eV) can be sequentially reduced.

なお、図4の斜線部分が、半導体シェル2がCuGa1-x2Inx22-2y2Se2y2(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の式で表わされる半導体から構成されるときに、半導体シェル2が取り得る格子定数とバンドギャップエネルギの範囲を示している。 Note that when the hatched portion in FIG. 4, the semiconductor shell 2 is composed of a semiconductor represented by the formula CuGa 1-x2 In x2 S 2-2y2 Se 2y2 (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1) The range of the lattice constant and the band gap energy that the semiconductor shell 2 can take is shown.

<光電変換層および光電変換素子>
図5に、本発明の光電変換素子の一例の模式的な断面図を示す。図5に示すように、本発明の光電変換素子の一例は、光電変換層15と、光電変換層15の受光面側の表面上に設けられたバッファ層13と、バッファ層13の受光面側の表面上に設けられた透明電極層14と、光電変換層15の裏面側に設けられた裏面側電極11とを備えている。
<Photoelectric conversion layer and photoelectric conversion element>
In FIG. 5, typical sectional drawing of an example of the photoelectric conversion element of this invention is shown. As shown in FIG. 5, an example of the photoelectric conversion element of the present invention includes a photoelectric conversion layer 15, a buffer layer 13 provided on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 15, and a light receiving surface side of the buffer layer 13. The transparent electrode layer 14 provided on the front surface and the back side electrode 11 provided on the back side of the photoelectric conversion layer 15 are provided.

光電変換層15は、半導体シェル2中に複数の半導体コア1が埋設された構造を有している。ここで、光電変換層15は、たとえば、上記のようにして製造されたコアシェル粒子3を所定の液中で分散させた分散液を作製し、当該分散液を裏面側電極11の表面上に塗布して乾燥させ、その後、焼結することによりコアシェル粒子3の半導体シェル2同士を結合させることによって形成することができる。   The photoelectric conversion layer 15 has a structure in which a plurality of semiconductor cores 1 are embedded in the semiconductor shell 2. Here, the photoelectric conversion layer 15 is prepared, for example, by preparing a dispersion in which the core-shell particles 3 manufactured as described above are dispersed in a predetermined liquid, and applying the dispersion on the surface of the back-side electrode 11. It can be formed by bonding the semiconductor shells 2 of the core-shell particles 3 by drying and then sintering.

光電変換層15の厚さは、0.5μm以上10μm以下であることが好ましく、1μm以上4μm以下であることがより好ましい。光電変換層15の厚さが0.5μm以上10μm以下である場合、特に1μm以上4μm以下である場合には、半導体コア1から半導体シェル2へと流出したキャリアを効率的に電極で収集することができるため、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。   The thickness of the photoelectric conversion layer 15 is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 4 μm or less. When the thickness of the photoelectric conversion layer 15 is 0.5 μm or more and 10 μm or less, particularly when the thickness is 1 μm or more and 4 μm or less, carriers that have flowed from the semiconductor core 1 to the semiconductor shell 2 are efficiently collected by the electrodes. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.

また、バッファ層13は、たとえば、光電変換層15の表面上に硫化亜鉛(ZnS、または、ZnS(O,OH))をスパッタリング法またはCBD(Chemical Bath Deposition)法により積層することにより形成することができる。また、透明電極層14は、たとえば、バッファ層13の表面上に酸化亜鉛(ZnO)をスパッタリング法により積層することにより形成することができる。なお、裏面側電極11としては、たとえばモリブデン(Mo)等の金属を用いることができる。   The buffer layer 13 is formed by, for example, laminating zinc sulfide (ZnS or ZnS (O, OH)) on the surface of the photoelectric conversion layer 15 by a sputtering method or a CBD (Chemical Bath Deposition) method. Can do. The transparent electrode layer 14 can be formed, for example, by laminating zinc oxide (ZnO) on the surface of the buffer layer 13 by a sputtering method. In addition, as the back surface side electrode 11, metals, such as molybdenum (Mo), can be used, for example.

図5に示す光電変換素子の受光面側から光電変換層15に光が入射した際に、入射光のうち長波長の光は、半導体コア1において中間バンドを介したキャリアの発生に用いられ、入射光のうち短波長の光は、半導体シェル2に入射することによって半導体シェル2におけるキャリアの発生に用いられる。そして、長波長の光が入射することによって半導体コア1で発生したキャリアは、半導体シェル2を通って、裏面側電極11および透明電極層14から取り出される。また、短波長の光が入射することによって半導体シェル2で発生したキャリアも、裏面側電極11および透明電極層14から取り出される。これにより、本発明のコアシェル粒子3を用いて光電変換層を形成した場合には、半導体コア1における中間バンドを介したキャリア生成効率が高く、また、半導体コア1で発生したキャリアを効果的に半導体シェル2の方向に取り出すことができるため、中間バンドを有する半導体コア1におけるキャリア再結合を抑制することができ、光電変換素子の光電変換効率を高くすることができる。   When light is incident on the photoelectric conversion layer 15 from the light receiving surface side of the photoelectric conversion element shown in FIG. 5, long wavelength light of the incident light is used for generation of carriers through the intermediate band in the semiconductor core 1. Of the incident light, light having a short wavelength is used to generate carriers in the semiconductor shell 2 by entering the semiconductor shell 2. Then, carriers generated in the semiconductor core 1 due to incidence of long wavelength light are taken out from the back surface side electrode 11 and the transparent electrode layer 14 through the semiconductor shell 2. Further, the carriers generated in the semiconductor shell 2 by the incidence of short-wavelength light are also taken out from the back surface side electrode 11 and the transparent electrode layer 14. Thereby, when the photoelectric conversion layer is formed using the core-shell particles 3 of the present invention, the carrier generation efficiency through the intermediate band in the semiconductor core 1 is high, and the carriers generated in the semiconductor core 1 are effectively removed. Since it can take out in the direction of the semiconductor shell 2, the carrier recombination in the semiconductor core 1 which has an intermediate | middle band can be suppressed, and the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element can be made high.

図6に、半導体シェル2のバンドギャップが半導体コア1のバンドギャップよりも狭いときの光電変換層15のバンドギャップと、当該光電変換層15中を移動するキャリアのエネルギとの関係を示す。図7に、半導体シェル2のバンドギャップと半導体コア1のバンドギャップとが同一の広さであるときの光電変換層15のバンドギャップと、当該光電変換層15中を移動するキャリアのエネルギとの関係を示す。なお、図6および図7において、実線が半導体コア1がある箇所のバンドギャップを示し、破線が半導体コア1がない箇所のバンドギャップを示し、1点鎖線がキャリアのエネルギを示す。   FIG. 6 shows the relationship between the band gap of the photoelectric conversion layer 15 when the band gap of the semiconductor shell 2 is narrower than the band gap of the semiconductor core 1 and the energy of carriers moving in the photoelectric conversion layer 15. FIG. 7 shows the relationship between the band gap of the photoelectric conversion layer 15 when the band gap of the semiconductor shell 2 and the band gap of the semiconductor core 1 are the same, and the energy of carriers moving through the photoelectric conversion layer 15. Show the relationship. 6 and 7, the solid line indicates the band gap where the semiconductor core 1 is present, the broken line indicates the band gap where the semiconductor core 1 is not present, and the one-dot chain line indicates the carrier energy.

図6に示すように、半導体シェル2のバンドギャップが半導体コア1のバンドギャップよりも狭いときの光電変換層15においては、半導体コア1に起因するバンドギャップエネルギが大きくなっている箇所が局所的に存在していることから、光電変換層15中を移動するキャリアは、半導体コア1に捕捉されにくくなっている。一方、図7に示すように、半導体シェル2のバンドギャップと半導体コア1のバンドギャップとが同一の広さであるときの光電変換層15においては、半導体コア1に起因するバンドギャップエネルギが大きくなっている箇所が局所的に存在していないことから、光電変換層15中を移動するキャリアは、図6に示す場合と比較して半導体コア1に捕捉されやすい。   As shown in FIG. 6, in the photoelectric conversion layer 15 when the band gap of the semiconductor shell 2 is narrower than the band gap of the semiconductor core 1, the portion where the band gap energy due to the semiconductor core 1 is large is localized. Therefore, carriers moving through the photoelectric conversion layer 15 are not easily captured by the semiconductor core 1. On the other hand, as shown in FIG. 7, in the photoelectric conversion layer 15 when the band gap of the semiconductor shell 2 and the band gap of the semiconductor core 1 are the same width, the band gap energy caused by the semiconductor core 1 is large. Since the part which has become does not exist locally, the carrier which moves in the photoelectric converting layer 15 is easy to be capture | acquired by the semiconductor core 1 compared with the case where it shows in FIG.

したがって、半導体シェル2のバンドギャップを半導体コア1のバンドギャップよりも狭くすることによって、半導体コア1で発生したキャリアの半導体シェル2への輸送を円滑にできるだけでなく、半導体シェル2から光電変換素子の外部に取り出すまでの輸送も円滑に行なうことができる。   Accordingly, by making the band gap of the semiconductor shell 2 narrower than the band gap of the semiconductor core 1, not only can the carriers generated in the semiconductor core 1 be transported smoothly to the semiconductor shell 2, but also the photoelectric conversion element from the semiconductor shell 2 It is possible to carry out transportation smoothly until it is taken out.

以下、本発明のコアシェル粒子、光電変換層および光電変換素子のより具体的な一例について実施例の欄で説明するが、本発明は、実施例の構成に限定されないことは言うまでもない。   Hereinafter, specific examples of the core-shell particles, the photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion element of the present invention will be described in the Examples section, but it is needless to say that the present invention is not limited to the configurations of the Examples.

<半導体コアの作製>
まず、図8の模式的側面図に示すように、アルゴン雰囲気中で、フラスコ26に、0.5mmol(ミリモル)のCuCl、0.47mmolのGaCl3、1mmolのS、0.03molのビス(2,4−ペンタンジオナト)すず(IV)ジクロリド、および濃度70%のオレイルアミン15mlを入れて、半導体コア作製用の溶液20を作製した。
<Fabrication of semiconductor core>
First, as shown in the schematic side view of FIG. 8, in an argon atmosphere, 0.5 mmol (mmol) of CuCl, 0.47 mmol of GaCl 3 , 1 mmol of S, 0.03 mol of bis (2 , 4-pentanedionato) tin (IV) dichloride and 15 ml of oleylamine with a concentration of 70% were added to prepare a solution 20 for preparing a semiconductor core.

次に、フラスコ26をマントルヒーター24に設置し、冷却器21を介してシュレンクライン(図示せず)に接続した。このとき、フラスコ26中には、大気が入らないようにした。   Next, the flask 26 was installed in the mantle heater 24 and connected to a Schlenk line (not shown) via the cooler 21. At this time, air was prevented from entering the flask 26.

次に、シュレンクラインに接続された真空ポンプと窒素ガス供給管とを用いて、フラスコ26の真空引きと窒素雰囲気への置換とを交互に3回繰り返した。   Next, evacuation of the flask 26 and replacement with a nitrogen atmosphere were alternately repeated three times using a vacuum pump and a nitrogen gas supply pipe connected to the Schlenk line.

次に、マグネチックスターラー23にて溶液20を攪拌しながら、温度計22を見ながら、溶液20の温度が130℃となるまでマントルヒーター24を用いて昇温し、その状態で、1時間保持した。   Next, while stirring the solution 20 with the magnetic stirrer 23, while watching the thermometer 22, the temperature of the solution 20 is raised using the mantle heater 24 until it reaches 130 ° C., and kept in that state for 1 hour. did.

次に、マントルヒーター24を用いて、溶液20の温度を2.5℃/分程度の昇温速度でゆっくりと265℃まで昇温し、その状態で、1.5時間保持した。これにより、溶液20中で半導体コアが成長した。その後、フラスコ26をウォーターバス(図示せず)に浸漬して、急冷した。   Next, using the mantle heater 24, the temperature of the solution 20 was slowly raised to 265 ° C. at a heating rate of about 2.5 ° C./min, and kept in that state for 1.5 hours. Thereby, the semiconductor core grew in the solution 20. Thereafter, the flask 26 was immersed in a water bath (not shown) and rapidly cooled.

次に、フラスコ26に、オレイルアミン1ml、トルエンおよびエタノールをこの順に加え、遠心分離し、上澄み液を捨てることにより、精製を行なった。この精製を3回繰り返した。これにより、CuGaS2の式で表わされる半導体と当該半導体のバンドギャップに中間バンドを形成する不純物であるSnとからなるCuGaS2:Snの式で表わされる半導体コアが沈殿物として得られた。このようにして得られた半導体コアの平均粒径を透過型電子顕微鏡を用いて算出したところ、11nmであることが確認された。 Next, purification was performed by adding 1 ml of oleylamine, toluene and ethanol in this order to the flask 26, centrifuging, and discarding the supernatant. This purification was repeated three times. Thus, a Sn as an impurity for forming the intermediate band to the band gap of the semiconductor and the semiconductor of the formula of CuGaS 2 CuGaS 2: semiconductor core of the formula of Sn was obtained as a precipitate. When the average particle size of the semiconductor core thus obtained was calculated using a transmission electron microscope, it was confirmed to be 11 nm.

<半導体シェルの作製>
まず、アルゴン雰囲気中で、0.5mmolのCuCl、0.5mmolのGaCl3および1mmolのSを、濃度70%のオレイルアミン15ml中に溶解させることによって、半導体シェル作製用の溶液を作製した。
<Production of semiconductor shell>
First, a solution for producing a semiconductor shell was prepared by dissolving 0.5 mmol of CuCl, 0.5 mmol of GaCl 3 and 1 mmol of S in 15 ml of oleylamine having a concentration of 70% in an argon atmosphere.

次に、上記のようにして沈殿物として得られた半導体コアにオレイルアミンを加えることによって、オレイルアミン中に半導体コアを分散させた分散液Aを作製し、分散液Aをシリンジに移した。   Next, oleylamine was added to the semiconductor core obtained as a precipitate as described above to prepare dispersion A in which the semiconductor core was dispersed in oleylamine, and the dispersion A was transferred to a syringe.

次に、分散液Aをフラスコに入れて、当該フラスコをマントルヒーターに設置し、シュレンクラインに接続した。次に、シュレンクラインに接続された真空ポンプと窒素ガス供給管とを用いて、フラスコの真空引きと窒素雰囲気への置換とを交互に3回繰り返した。   Next, Dispersion A was placed in a flask, and the flask was placed on a mantle heater and connected to a Schlenk line. Next, using a vacuum pump connected to the Schlenk line and a nitrogen gas supply pipe, evacuation of the flask and replacement with a nitrogen atmosphere were alternately repeated three times.

次に、上記のようにして作製した半導体シェル作製用の溶液を、マントルヒーターによって265℃に加熱された分散液Aが入ったフラスコ内に滴下し、その後、フラスコ内の溶液の温度を室温(25℃)に戻した。   Next, the solution for producing the semiconductor shell produced as described above is dropped into the flask containing the dispersion A heated to 265 ° C. by a mantle heater, and then the temperature of the solution in the flask is set to room temperature ( 25 ° C).

次に、フラスコに、オレイルアミン1ml、トルエンおよびエタノールをこの順に加えて、遠心分離し、上澄み液を捨てることにより、精製を行なった。この精製を3回繰り返した。これにより、CuGaS2:Snの式で表わされる半導体コアの表面にCuGaS2の式で表わされる半導体シェルが形成された構造の粒子(CuGaS2:Sn/CuGaS2)が沈殿物として得られた。 Next, 1 ml of oleylamine, toluene and ethanol were added to the flask in this order, followed by centrifugation, and purification was performed by discarding the supernatant. This purification was repeated three times. Thus, CuGaS 2: particle structure semiconductor shell is formed of the formula in CuGaS 2 on the surface of the semiconductor core of the formula of Sn (CuGaS 2: Sn / CuGaS 2) was obtained as a precipitate.

なお、(i)GaCl3の少なくとも一部のInCl3等への置換、(ii)Sの少なくとも一部のSeへの置換、ならびに(iii)上記の(i)および(ii)の双方のいずれか1つを行なうことによって、半導体シェルのバンドギャップを半導体コアのバンドギャップよりも狭くすることができる。すなわち、CuGaS2のGaの一部がInに置換した場合には、半導体シェルの伝導帯の下端を半導体コアの中間バンド側にシフトさせることができ、CuGaS2のSの一部がSeに置換した場合には、半導体シェルの価電子帯の上端を半導体コアの中間バンド側にシフトさせることができる。これにより、光の入射により半導体コアで発生したキャリアを半導体シェルに円滑に流出させることができるとともに半導体シェルから半導体コアにキャリアが逆流しにくくなる。 In addition, (i) substitution of at least part of GaCl 3 with InCl 3 or the like, (ii) substitution of at least part of S with Se, and (iii) any of both (i) and (ii) above By performing one of these, the band gap of the semiconductor shell can be made narrower than the band gap of the semiconductor core. That is, when a part of Ga in CuGaS 2 is replaced with In, the lower end of the conduction band of the semiconductor shell can be shifted to the intermediate band side of the semiconductor core, and a part of S in CuGaS 2 is replaced with Se. In this case, the upper end of the valence band of the semiconductor shell can be shifted to the intermediate band side of the semiconductor core. As a result, carriers generated in the semiconductor core due to the incidence of light can smoothly flow out to the semiconductor shell, and carriers do not easily flow back from the semiconductor shell to the semiconductor core.

<半導体微粒子の作製>
まず、図9の模式的側面図に示すように、アルゴン雰囲気中で、フラスコ26に、0.5mmol(ミリモル)のCuCl、0.5mmolのGaCl3、1mmolのS、および濃度70%のオレイルアミン15mlを入れて、半導体微粒子作製用の溶液30を作製した。
<Preparation of semiconductor fine particles>
First, as shown in the schematic side view of FIG. 9, in an argon atmosphere, a flask 26 was charged with 0.5 mmol (mmol) CuCl, 0.5 mmol GaCl 3 , 1 mmol S, and oleylamine 15 ml with a concentration of 70%. Then, a solution 30 for producing semiconductor fine particles was produced.

次に、フラスコ26をマントルヒーター24に設置し、冷却器21を介してシュレンクライン(図示せず)に接続した。このとき、フラスコ26中には、大気が入らないようにした。   Next, the flask 26 was installed in the mantle heater 24 and connected to a Schlenk line (not shown) via the cooler 21. At this time, air was prevented from entering the flask 26.

次に、シュレンクラインに接続された真空ポンプと窒素ガス供給管とを用いて、フラスコ26の真空引きと窒素雰囲気への置換とを交互に3回繰り返した。   Next, evacuation of the flask 26 and replacement with a nitrogen atmosphere were alternately repeated three times using a vacuum pump and a nitrogen gas supply pipe connected to the Schlenk line.

次に、マグネチックスターラー23にて溶液30を攪拌しながら、温度計22を見ながら、溶液30の温度が130℃となるまでマントルヒーター24を用いて昇温し、その状態で、1時間保持した。   Next, while stirring the solution 30 with the magnetic stirrer 23, while watching the thermometer 22, the temperature of the solution 30 is increased using the mantle heater 24 until it reaches 130 ° C., and this state is maintained for 1 hour. did.

次に、マントルヒーター24を用いて、溶液30の温度を2.5℃/分程度の昇温速度でゆっくりと265℃まで昇温し、その状態で、1.5時間保持した。これにより、溶液20中で半導体微粒子が成長した。その後、フラスコ26をウォーターバス(図示せず)に浸漬して、急冷した。   Next, using the mantle heater 24, the temperature of the solution 30 was slowly raised to 265 ° C. at a heating rate of about 2.5 ° C./min, and kept in that state for 1.5 hours. Thereby, semiconductor fine particles grew in the solution 20. Thereafter, the flask 26 was immersed in a water bath (not shown) and rapidly cooled.

次に、フラスコ26に、オレイルアミン1ml、トルエンおよびエタノールをこの順に加え、遠心分離し、上澄み液を捨てることにより、精製を行なった。この精製を3回繰り返した。これにより、CuGaS2の式で表わされる半導体微粒子が沈殿物として得られた。 Next, purification was performed by adding 1 ml of oleylamine, toluene and ethanol in this order to the flask 26, centrifuging, and discarding the supernatant. This purification was repeated three times. Thereby, the semiconductor fine particle represented by the formula of CuGaS 2 was obtained as a precipitate.

<光電変換素子の作製>
以下、図10(a)〜図10(c)の模式的断面図を参照して、実施例の光電変換素子の製造方法について説明する。まず、図10(a)に示すように、ガラス基板41上に、たとえばスパッタリング法または蒸着法により、Mo膜42を積層する。
<Production of photoelectric conversion element>
Hereinafter, with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 10A to 10C, a method for manufacturing the photoelectric conversion element of the example will be described. First, as shown in FIG. 10A, a Mo film 42 is laminated on a glass substrate 41 by, for example, sputtering or vapor deposition.

次に、上記のようにして作製した半導体微粒子51をトルエン中に分散させた分散液CをMo膜42上に塗布して乾燥させることにより第1半導体層前駆体43を形成する。   Next, the first semiconductor layer precursor 43 is formed by applying the dispersion liquid C in which the semiconductor fine particles 51 produced as described above are dispersed in toluene on the Mo film 42 and drying it.

次に、上記のようにして作製した半導体シェル2によって被覆された半導体コア1をトルエン中に分散させた分散液Bを第1半導体層前駆体43上に塗布して乾燥させることにより第2半導体層前駆体44を形成する。ここで、分散液Bと分散液Cとの混合液を用いて第2半導体層前駆体44を形成してもよい。この場合には、分散液C中の半導体微粒子51の粒子サイズを分散液B中のコアシェル粒子3の粒子サイズよりも小さくすることによって、第2半導体層前駆体44の焼結後の光電変換層15におけるボイドの形成を抑制することができる。   Next, the dispersion B, in which the semiconductor core 1 covered with the semiconductor shell 2 manufactured as described above is dispersed in toluene, is applied onto the first semiconductor layer precursor 43 and dried to thereby form the second semiconductor. A layer precursor 44 is formed. Here, the second semiconductor layer precursor 44 may be formed using a mixed liquid of the dispersion B and the dispersion C. In this case, by making the particle size of the semiconductor fine particles 51 in the dispersion C smaller than the particle size of the core-shell particles 3 in the dispersion B, the photoelectric conversion layer after the second semiconductor layer precursor 44 is sintered. 15 can be suppressed.

次に、上記のようにして作製した分散液Cを第2半導体層前駆体44上に塗布して乾燥させることにより第3半導体層前駆体45を形成する。   Next, the dispersion liquid C produced as described above is applied onto the second semiconductor layer precursor 44 and dried to form the third semiconductor layer precursor 45.

次に、硫化水素(H2S)またはセレン(Se)雰囲気で、第1半導体層前駆体43、第2半導体層前駆体44および第3半導体層前駆体45を焼結することによって、これらの前駆体中における半導体微粒子51同士またはコアシェル粒子3同士を結合させることができる。これにより、図10(b)に示すように、Mo膜42上に、第1半導体層前駆体43中の半導体微粒子51が焼結してなる第1半導体層43aと、第2半導体層前駆体44中のコアシェル粒子3が焼結してなる光電変換層15と、第3半導体層前駆体45中の半導体微粒子51が焼結してなる第3半導体層45aとがこの順序に積層して形成される。なお、光電変換層15は、半導体シェル2中に複数の半導体コア1が埋設された構造を有している。 Next, by sintering the first semiconductor layer precursor 43, the second semiconductor layer precursor 44, and the third semiconductor layer precursor 45 in a hydrogen sulfide (H 2 S) or selenium (Se) atmosphere, The semiconductor fine particles 51 or the core-shell particles 3 in the precursor can be bonded to each other. Thus, as shown in FIG. 10B, the first semiconductor layer 43a formed by sintering the semiconductor fine particles 51 in the first semiconductor layer precursor 43 on the Mo film 42, and the second semiconductor layer precursor. The photoelectric conversion layer 15 formed by sintering the core-shell particles 3 in 44 and the third semiconductor layer 45a formed by sintering the semiconductor fine particles 51 in the third semiconductor layer precursor 45 are laminated in this order. Is done. The photoelectric conversion layer 15 has a structure in which a plurality of semiconductor cores 1 are embedded in the semiconductor shell 2.

次に、図10(c)に示すように、第3半導体層45a上にバッファ層46を形成する。ここで、バッファ層46のバンドギャップエネルギは、第3半導体層45aのバンドギャップエネルギよりも大きいことが好ましい。また、バッファ層46の伝導帯の下端は第3半導体層45aの伝導帯の下端よりも高エネルギ側に位置しており、かつバッファ層46の価電子帯の上端は第3半導体層45aの価電子帯の上端よりも低エネルギ側に位置している若しくは第3半導体層45aの価電子帯の上端に一致していることが好ましい。これらの場合には、光電変換素子の開放電圧を大きくすることができる。   Next, as shown in FIG. 10C, the buffer layer 46 is formed on the third semiconductor layer 45a. Here, the band gap energy of the buffer layer 46 is preferably larger than the band gap energy of the third semiconductor layer 45a. The lower end of the conduction band of the buffer layer 46 is located on the higher energy side than the lower end of the conduction band of the third semiconductor layer 45a, and the upper end of the valence band of the buffer layer 46 is the valence of the third semiconductor layer 45a. It is preferable that it is located on the lower energy side of the upper end of the electron band or coincides with the upper end of the valence band of the third semiconductor layer 45a. In these cases, the open circuit voltage of the photoelectric conversion element can be increased.

なお、バッファ層46としては、たとえばCBD法によって、ZnS膜を積層することができる。ZnS膜中には、酸素(O)および/または水酸基(OH)等が含まれていてもよい。   As the buffer layer 46, a ZnS film can be laminated by, for example, the CBD method. The ZnS film may contain oxygen (O) and / or hydroxyl group (OH).

次に、バッファ層46上に、高抵抗層47および透明導電層48をこの順序で積層する。ここで、高抵抗層47としては、たとえばスパッタリング法により、高抵抗ZnO層を形成することができる。また、透明導電層48としては、たとえばスパッタリング法により、ITO(Indium Tin Oxide)層、ZnO層、またはZnOにアルミニウム(Al)および/またはボロン(B)等の不純物をドープした層を形成することができる。   Next, the high resistance layer 47 and the transparent conductive layer 48 are laminated on the buffer layer 46 in this order. Here, as the high resistance layer 47, a high resistance ZnO layer can be formed by sputtering, for example. Further, as the transparent conductive layer 48, an ITO (Indium Tin Oxide) layer, a ZnO layer, or a layer in which ZnO is doped with impurities such as aluminum (Al) and / or boron (B) is formed by, for example, sputtering. Can do.

その後、透明導電層48の表面上に、銀ペーストまたはアルミニウムペーストをスクリーン印刷した後に焼成することによって、受光面側電極49を形成する。これにより、実施例の光電変換素子が作製される。   Thereafter, a silver paste or an aluminum paste is screen-printed on the surface of the transparent conductive layer 48 and then fired to form the light-receiving surface side electrode 49. Thereby, the photoelectric conversion element of an Example is produced.

<まとめ>
本発明は、半導体コアと半導体コアの表面上に設けられた半導体シェルとを備え、半導体コアは、半導体と半導体のバンドギャップ中に中間バンドを形成する不純物とを含むコアシェル粒子である。このような構成とすることにより、半導体コアへの長波長の光の入射により中間バンドを介した電子励起を利用して発生したキャリアと、短波長の光の入射により半導体シェルで発生したキャリアとを半導体シェルを通して外部に取り出すことができるため、本発明のコアシェル粒子を用いて作製された光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。
<Summary>
The present invention includes a semiconductor core and a semiconductor shell provided on the surface of the semiconductor core, and the semiconductor core is a core-shell particle including a semiconductor and an impurity that forms an intermediate band in the band gap of the semiconductor. With such a configuration, carriers generated using electronic excitation via an intermediate band due to incidence of long-wavelength light on the semiconductor core and carriers generated in the semiconductor shell due to incidence of short-wavelength light Thus, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element having the photoelectric conversion layer produced using the core-shell particles of the present invention can be improved.

ここで、本発明のコアシェル粒子においては、第1半導体シェルの伝導帯下端および価電子帯上端が、それぞれ、半導体コアの伝導帯下端および価電子帯上端よりも中間バンド側に位置していることが好ましい。このような構成とすることにより、光が入射することにより半導体コアで発生したキャリアを半導体シェルに流出させやすくなるとともに、半導体シェルから半導体コアにキャリアが逆流するのを効果的に抑止することができる。そのため、本発明のコアシェル粒子を用いて作製された光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。   Here, in the core-shell particles of the present invention, the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the first semiconductor shell are located closer to the intermediate band side than the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor core, respectively. Is preferred. By adopting such a configuration, it becomes easier for carriers generated in the semiconductor core to flow out to the semiconductor shell due to the incidence of light, and effectively prevent the carriers from flowing back from the semiconductor shell to the semiconductor core. it can. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer produced using the core-shell particles of the present invention can be improved.

また、本発明のコアシェル粒子において、半導体コアの半導体は、銅と、ガリウムおよびインジウムの少なくとも一方と、硫黄およびセレンの少なくとも一方とを含み、半導体コアの不純物は、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、チタン、鉄およびクロムからなる群から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。このような構成とすることにより、光の入射による半導体コアでのキャリア生成効率をより向上させることができる。   In the core-shell particle of the present invention, the semiconductor core semiconductor includes copper, at least one of gallium and indium, and at least one of sulfur and selenium, and the semiconductor core impurity includes carbon, silicon, germanium, titanium, It is preferable to include at least one selected from the group consisting of iron and chromium. With such a configuration, the carrier generation efficiency in the semiconductor core due to the incidence of light can be further improved.

また、本発明のコアシェル粒子において、半導体シェルは、銅と、ガリウムおよびインジウムの少なくとも一方と、硫黄およびセレンの少なくとも一方とを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、半導体コアと半導体シェルとの界面における界面準位密度を低減してキャリアの再結合を抑制し、光の入射による半導体コアでのキャリアの生成効率および半導体コアから半導体シェルへのキャリア取り出し効率を向上させることができる。   In the core-shell particle of the present invention, the semiconductor shell preferably contains copper, at least one of gallium and indium, and at least one of sulfur and selenium. With such a configuration, the interface state density at the interface between the semiconductor core and the semiconductor shell is reduced to suppress carrier recombination, and the efficiency of carrier generation in the semiconductor core due to light incidence and the semiconductor core Carrier extraction efficiency to the semiconductor shell can be improved.

また、本発明のコアシェル粒子において、半導体シェルは、半導体コアよりもインジウムまたはセレンの含有比率が高いことが好ましい。このような構成とすることにより、半導体シェルのバンドギャップが半導体コアを構成する半導体のバンドギャップよりも狭くなり、かつ半導体シェルの伝導帯下端および価電子帯上端がそれぞれ半導体コアを構成する半導体の伝導帯下端および価電子帯上端よりも中間バンド側に位置するため、半導体コアで発生したキャリアが半導体シェルに流出しやすくなるとともに、半導体シェルから半導体コアへのキャリアの逆流もより効果的に抑止することができる。   In the core-shell particles of the present invention, the semiconductor shell preferably has a higher content ratio of indium or selenium than the semiconductor core. By adopting such a configuration, the band gap of the semiconductor shell is narrower than the band gap of the semiconductor constituting the semiconductor core, and the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor shell are each of the semiconductor constituting the semiconductor core. Because it is located on the middle band side from the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band, carriers generated in the semiconductor core are likely to flow out to the semiconductor shell, and the backflow of carriers from the semiconductor shell to the semiconductor core is more effectively suppressed. can do.

また、本発明は、半導体コアと半導体コアの周囲を取り囲むようにして設けられた半導体シェルとを備え、半導体コアは、半導体と半導体のバンドギャップ中に中間バンドを形成する不純物とを含む光電変換層である。このような構成とすることにより、半導体コアへの長波長の光の入射により中間バンドを介した電子励起を利用して発生したキャリアと、短波長の光の入射により半導体シェルで発生したキャリアとを半導体シェルを通して外部に取り出すことができるため、本発明の光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。   The present invention also includes a semiconductor core and a semiconductor shell provided so as to surround the semiconductor core, and the semiconductor core includes a semiconductor and an impurity that forms an intermediate band in the semiconductor band gap. Is a layer. With such a configuration, carriers generated using electronic excitation via an intermediate band due to incidence of long-wavelength light on the semiconductor core and carriers generated in the semiconductor shell due to incidence of short-wavelength light Thus, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element having the photoelectric conversion layer of the present invention can be improved.

また、本発明の光電変換層において、半導体シェルのバンドギャップは、半導体コアのバンドギャップよりも狭いことが好ましい。このような構成とすることにより、半導体コアで発生したキャリアの半導体シェルへの輸送を円滑にできるだけでなく、半導体シェルから光電変換素子の外部に取り出すまでの輸送も円滑に行なうことができる。   In the photoelectric conversion layer of the present invention, the band gap of the semiconductor shell is preferably narrower than the band gap of the semiconductor core. With such a configuration, not only can the carrier generated in the semiconductor core be smoothly transported to the semiconductor shell, but also the transport from the semiconductor shell to the outside of the photoelectric conversion element can be performed smoothly.

また、本発明の光電変換層において、半導体シェルの伝導帯下端および価電子帯上端が、それぞれ、半導体コアの伝導帯下端および価電子帯上端よりも中間バンド側に位置することが好ましい。このような構成とすることにより、光が入射することにより半導体コアで発生したキャリアを半導体シェルに流出させやすくなるとともに、半導体シェルから半導体コアにキャリアが逆流するのを効果的に抑止することができる。そのため、本発明の光電変換層を有する光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。   In the photoelectric conversion layer of the present invention, it is preferable that the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor shell are positioned closer to the intermediate band than the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band of the semiconductor core, respectively. By adopting such a configuration, it becomes easier for carriers generated in the semiconductor core to flow out to the semiconductor shell due to the incidence of light, and effectively prevent the carriers from flowing back from the semiconductor shell to the semiconductor core. it can. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element having the photoelectric conversion layer of the present invention can be improved.

さらに、本発明は、上記の光電変換層と、光電変換層の表面上に設けられた電極とを含む光電変換素子である。このような構成とすることにより、半導体コアへの長波長の光の入射により中間バンドを介した電子励起を利用して発生したキャリアと、短波長の光の入射により半導体シェルで発生したキャリアとを半導体シェルを通して電極から外部に取り出すことができるため、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。   Furthermore, this invention is a photoelectric conversion element containing said photoelectric conversion layer and the electrode provided on the surface of the photoelectric conversion layer. With such a configuration, carriers generated using electronic excitation via an intermediate band due to incidence of long-wavelength light on the semiconductor core and carriers generated in the semiconductor shell due to incidence of short-wavelength light Can be taken out from the electrode through the semiconductor shell, so that the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、コアシェル粒子、光電変換層および光電変換素子に利用することができ、特に、太陽電池用のコアシェル粒子、太陽電池用の光電変換層、およびこれらを用いた太陽電池に好適に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for core-shell particles, photoelectric conversion layers, and photoelectric conversion elements, and is particularly preferably used for core-shell particles for solar cells, photoelectric conversion layers for solar cells, and solar cells using these. be able to.

1 半導体コア、1a 半導体コアを構成する半導体のバンドギャップ、2 半導体シェル、2a 半導体シェルのバンドギャップ、3 コアシェル粒子、4a 中間バンド、5 光、11 裏面側電極、13 バッファ層、14 透明電極層、15 光電変換層、20,30 溶液、21 冷却器、22 温度計、23 マグネチックスターラー、24 マントルヒーター、26 フラスコ、41 ガラス基板、42 Mo膜、43 第1半導体層前駆体、43a 第1半導体層、44 第2半導体層前駆体、45 第3半導体層前駆体、45a 第3半導体層、46 バッファ層、47 高抵抗層、48 透明導電層、49 受光面側電極、51 半導体微粒子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor core, 1a The band gap of the semiconductor which comprises a semiconductor core, 2 Semiconductor shell, 2a The band gap of a semiconductor shell, 3 Core shell particle | grains, 4a Intermediate band, 5 Light, 11 Back side electrode, 13 Buffer layer, 14 Transparent electrode layer , 15 photoelectric conversion layer, 20, 30 solution, 21 cooler, 22 thermometer, 23 magnetic stirrer, 24 mantle heater, 26 flask, 41 glass substrate, 42 Mo film, 43 first semiconductor layer precursor, 43a first Semiconductor layer, 44 Second semiconductor layer precursor, 45 Third semiconductor layer precursor, 45a Third semiconductor layer, 46 Buffer layer, 47 High resistance layer, 48 Transparent conductive layer, 49 Light receiving surface side electrode, 51 Semiconductor fine particles.

Claims (13)

半導体コアと、
前記半導体コアの表面上に設けられた半導体シェルと、を備え、
前記半導体コアは、Cuと、GaおよびInの少なくとも一方と、SおよびSeの少なくとも一方とを含む第1半導体と、前記第1半導体のバンドギャップ中に中間バンドを形成する不純物とを含み、
前記半導体シェルは、Cuと、GaおよびInの少なくとも一方と、SおよびSeの少なくとも一方とを含む第2半導体を含む、コアシェル粒子。
A semiconductor core;
A semiconductor shell provided on the surface of the semiconductor core,
The semiconductor core is seen containing a Cu, at least one of Ga and In, and the first semiconductor and at least one of S and Se, an impurity for forming the intermediate band in the band gap of the first semiconductor,
The semiconductor shell, Cu and, at least one of Ga and In, including a second semiconductor containing at least one of S and Se, core-shell particles.
前記第2半導体のバンドギャップは、前記第1半導体のバンドギャップよりも狭い、請求項1に記載のコアシェル粒子。2. The core-shell particle according to claim 1, wherein a band gap of the second semiconductor is narrower than a band gap of the first semiconductor. 前記第2半導体の伝導帯下端は、前記第1半導体の伝導帯下端よりも前記中間バンド側に位置する、請求項1または請求項2に記載のコアシェル粒子。3. The core-shell particle according to claim 1, wherein a lower end of the conduction band of the second semiconductor is located closer to the intermediate band than a lower end of the conduction band of the first semiconductor. 前記第2半導体の価電子帯上端は、前記第1半導体の価電子帯上端よりも前記中間バンド側に位置する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。The core-shell particle according to any one of claims 1 to 3, wherein an upper end of the valence band of the second semiconductor is located closer to the intermediate band than an upper end of the valence band of the first semiconductor. 前記不純物の濃度は、0.1原子%以上10原子%以下である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。The core-shell particle according to any one of claims 1 to 4, wherein a concentration of the impurity is 0.1 atomic percent or more and 10 atomic percent or less. 前記不純物は、C、Si、Ge、Ti、FeおよびCrからなる群から選択された少なくとも1種を含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。The core-shell particle according to any one of claims 1 to 5, wherein the impurity includes at least one selected from the group consisting of C, Si, Ge, Ti, Fe, and Cr. 前記不純物は、Snを含む、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。The core-shell particle according to any one of claims 1 to 6, wherein the impurity includes Sn. 前記第1半導体は、直接遷移型半導体である、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。The core-shell particle according to any one of claims 1 to 7, wherein the first semiconductor is a direct transition semiconductor. 前記第1半導体に含まれる(Ga原子%/In原子%)は、前記第2半導体に含まれる(Ga原子%/In原子%)よりも大きい、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。9. The method according to claim 1, wherein (Ga atom% / In atom%) contained in the first semiconductor is larger than (Ga atom% / In atom%) contained in the second semiconductor. The core-shell particle described in 1. 前記第1半導体に含まれる(S原子%/Se原子%)は、前記第2半導体に含まれる(S原子%/Se原子%)よりも大きい、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。10. The semiconductor device according to claim 1, wherein (S atom% / Se atom%) contained in the first semiconductor is larger than (S atom% / Se atom%) contained in the second semiconductor. The core-shell particle described in 1. 前記第2半導体は、前記第1半導体よりもInまたはSeの含有比率が高い、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のコアシェル粒子。11. The core-shell particle according to claim 1, wherein the second semiconductor has a higher content ratio of In or Se than the first semiconductor. 請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載のコアシェル粒子を含む、光電変換層。The photoelectric converting layer containing the core-shell particle of any one of Claims 1-11. 請求項12に記載の光電変換層と、The photoelectric conversion layer according to claim 12,
前記光電変換層と電気的に接続された電極とを含む、光電変換素子。A photoelectric conversion element comprising an electrode electrically connected to the photoelectric conversion layer.
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