[发明专利]纳米粒子材料的制造方法、纳米粒子材料以及光电转换器件

说明书

技术领域

本发明涉及纳米粒子材料的制造方法、纳米粒子材料以及光电转换器件，更详细而言涉及超微粒子表面被表面活性剂覆盖的纳米粒子材料、纳米粒子材料以及使用该纳米粒子材料的太阳能电池等光电转换器件。

背景技术

作为粒径为10nm以下的超微粒子的量子点由于载流子(电子、空穴)约束性优异，由此能够容易地通过电子-空穴的再结合而生成激子。因此可以期待来自自由激子的发光，能够实现发光效率高且发光光谱尖锐的发光。此外，对量子点可以在利用量子尺寸效果的宽波长范围内进行控制，因此其在半导体激光器、发光二极管(LED)等发光器件中的应用受到瞩目。

然而，胶体量子点是在液相中化学合成的，通常为了使量子点不相互凝聚，对表面用表面活性剂的有机分子进行覆盖。即，胶体量子点因有机分子引起的表面活性剂低导电性而导致电位势垒大，因此，具有介由载流子(空穴和电子)的光电转换效率低这样的缺点。

此外，在使用导电性高分子、金属系材料作为表面活性剂时，通过施加电压而注入至电极的载流子，从阳极向阴极或从阴极向阳极地在表面活性剂中通过，难以将上述载流子效率良好地约束在量子点内。

图10是假设使用导电性表面活性剂的光电转换器件的示意图。

就该光电转换器件而言，量子点层105介于形成在阳极101上面的空穴输送层102和形成在阴极103下面的电子输送层104之间。并且，为了使由芯部106和壳部107构成的量子点108不相互凝聚，该量子点层105的表面覆盖有导电性表面活性剂109。即，量子点层105具有排列设置多个量子点108的层叠结构，导电性表面活性剂109介于量子点108之间。

在阳极101和阴极103之间施加电压时，空穴注入至阳极101，电子注入至阴极103。而且，如箭头a和箭头b所示，作为载流子的空穴和电子在导电性表面活性剂109中通过而不被约束于量子点108内，空穴沿阴极103的方向输送，电子沿阳极101的方向输送。即，在使用导电性表面活性剂109时，载流子变得仅进行通电，无法将载流子约束于量子点108内。

因此，对设法使用具有空穴输送性和电子输送性这两种配体的表面活性剂的技术进行研究开发。

例如，在专利文献1中提出了一种纳米粒子发光材料，其具有在量子点表面局部存在且至少由2种配体构成的表面活性剂，在上述配体中至少1种是空穴输送性配体，至少1种是电子输送性配体。

在该专利文献1中，通过使具有电子输送的配体和具有空穴输送功能的配体这两种均配位在纳米粒子表面，从而能够抑制配体间的电荷输送，由此实现提高向纳米粒子内注入电荷的效率。

此外，在专利文献1中，通过以下方法制造纳米粒子发光材料。

首先，在被TOPO覆盖表面的CdSe纳米粒子的甲苯分散液中加入甲醇进行搅拌，其后进行离心分离，生成CdSe纳米粒子。然后，去除上清液后，使沉淀的CdSe纳米粒子干燥，然后加入氯仿，从而得到CdSe纳米粒子的氯仿溶液。接着，分别加入含有空穴输送性配体的表面活性剂(例如，α-NPD衍生物)和电子输送性配体(例如，BPhen)，在室温遮光条件下，在氮气氛中搅拌规定时间，进行配体置换操作。其后，加入甲醇，生成沉淀物，去除上清，得到粉末。数次重复该操作，纯化粉末，在最终沉淀物中加入氯仿，由此得到纳米粒子发光材料的透明氯仿溶液。

即，在空穴输送性配体和电子输送性配体共存的溶液中进行配体置换时，被置换的无用配体漂浮于溶液中。因此，若直接使用该溶液制作薄膜，则上述无用配体存在于膜中，由此可能损害功能。

因此，在专利文献1中，将添加不良溶剂(例如，甲醇)生成沉淀物、除去上清液而去除无用配体这样的一系列操作进行多次重复，由此完全去除无用配体(漂浮物)，其后，使之分散于分散溶剂中而得到纳米粒子分散溶液。

专利文献

专利文献1：日本特开2008-214363号公报(权利要求1、第0078段、第0079段)

发明内容

然而，在专利文献1中，如上所述将添加不良溶剂→生成沉淀物→除去上清液的工序进行多次重复，所以在所述工序中配位于纳米粒子表面的表面活性剂发生剥离，其结果是，表面覆盖率下降，表面缺陷的钝化变得并非不充分，存在空穴和电子在纳米粒子表面发生再结合的可能。