[发明专利]光电转换元件、光电转换装置、光电转换元件前体、光的检测方法以及光电转换元件的制造方法

说明书

本发明的光电转换元件依次层叠有：第一层(104)，由包含无机半导体作为主成分的多个粒子或其凝集体或者薄膜构成；第二层(105)，在所述粒子或其凝集体的表面由包含钙钛矿结构体作为主成分的多个粒子或其凝集体或者薄膜构成；和第三层(106A)、(106B)，由包含有机金属络合物作为主成分的多个粒子或其凝集体或者薄膜构成，导带能级按照第一层(104)、第二层(105)、第三层(106A)、(106B)的顺序升高，价带中的第二层(105)的能级高于第三层(106A)、(106B)的能级。

技术领域

本发明涉及光电转换元件、光电转换装置、光电转换元件前体、光的检测方法以及光电转换元件的制造方法。

本申请主张基于2019年2月8日在日本提出申请的特愿2019-021974号的优先权，将其内容援引于此。

背景技术

已知使用雪崩光电二极管、光电倍增管等的光电转换元件来放大光电流的技术。雪崩光电二极管通过在由无机半导体形成的pn结之间以施加反向电压的状态照射光，从而连锁地反复进行产生的电子·空穴与晶格的碰撞、来自于经碰撞的晶格的电子·空穴的产生，而使光电流放大。光电倍增管由多个二极管和内置其的真空管构成，通过对一个二极管进行光照射，从而连锁地反复进行产生的电子与二极管的碰撞、来自于经碰撞的二极管的电子的产生，而使光电流放大。

另一方面，在非专利文献1等中公开了具有无机材料与有机材料的混合结构的光电转换元件。该光电转换元件在氧化钛的表面介由铕而键合有机物，利用使该有机物吸收紫外光而产生的电荷来进行光电流放大。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：ACS Appl.Mater.Interfaces,10,5706-5713(2018)

发明内容

发明所要解决的课题

已知在雪崩光电二极管中，难以检测可见光等微弱的光，另外，光电倍增管仅能得到数倍到数十倍左右的放大率。这些光电转换元件均需要100V以上的高驱动电压，大量产生了暗电流(噪声)，这成为了缺点。

非专利文献1的光电转换元件具有将驱动电压抑制为低水平且将光电流放大的功能，但其响应灵敏度低，难以探测可见光及/或近红外光等微弱的光。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的是提供对于微弱的光信号，能够在将环境负荷抑制为低水平的同时，以高效率、高灵敏度、高速进行响应的光电转换元件、光电转换装置、光电转换元件前体、光的检测方法以及光电转换元件的制造方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明采用了以下的手段。

(1)本发明的一个方式涉及的光电转换元件依次层叠有：第一层，由包含无机半导体作为主成分的多个粒子或其凝集体或者薄膜构成；第二层，在所述粒子或其凝集体的表面由包含钙钛矿结构体作为主成分的多个粒子或其凝集体或者薄膜构成；和第三层，由包含有机金属络合物作为主成分的多个粒子或其凝集体或者薄膜构成，在导带中，前述第二层的能级高于前述第一层的能级，且前述第三层的能级高于前述第二层的能级，价带中的前述第二层的能级高于前述第三层的能级。

其中，优选前述价带中的前述第二层的能级高于前述第一层的能级。

(2)在前述(1)中所述的光电转换元件中，优选前述第二层为价带与导带之间的能量差小于3.1eV的层。

(3)在前述(1)或(2)中任一项所述的光电转换元件中，优选前述第一层及/或前述第三层为价带与导带之间的能量差为3.1eV以上的层。

(4)在前述(1)～(3)中任一项所述的光电转换元件中，优选在价带中，前述第二层与前述第三层的能级差为0.1eV以上。