量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体
【課題】太陽光が有するプロファイルにほぼ一致した発光スペクトルプロファイルを有し、発熱量が小さく、コンパクトなソーラーシミュレータ、及び量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体を提供すること。
【解決手段】量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される各層から構成され、ＬＥＤの光出力方向に向かって、半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、各層の中では、ＬＥＤの光出力方向に向かって、粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、上記各層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が上記半導体ナノ導体粒子の発光スペクトルの半値幅以下であることを特徴とする。
【解決手段】量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される各層から構成され、ＬＥＤの光出力方向に向かって、半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、各層の中では、ＬＥＤの光出力方向に向かって、粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、上記各層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が上記半導体ナノ導体粒子の発光スペクトルの半値幅以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体に関する。さらに詳しくは、半導体ナノ結晶粒子による量子ドットを利用した、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ないコンパクトなソーラーシミュレータ及び量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池の特性評価をするに際しては、いわゆる基準太陽光が使用されている。しかしながら、基準太陽光は自然光であり、天候に左右され、実際に基準太陽光を採用することは非常に困難である。そこで、いわゆるソーラーシミュレータ（擬似太陽光照射装置）を用いて、太陽電池の特性評価を行う室内評価方法が普及している。
【０００３】
ソーラーシミュレータには、基準太陽光の放射照度とのスペクトル合致度、照射面内の放射照度のムラ、照射面での放射照度の時間安定性が要求されており、その評価基準として、日本工業規格（ＪＩＳ）、国際電気標準規格（ＩＥＣ）により、それぞれ等級Ａ、Ｂ、Ｃが規定されている。
【０００４】
ソーラーシミュレータに要求される上記特性の中でも、基準太陽光とのスペクトル合致度は、特に重要である。例えば、結晶系太陽電池測定用ソーラーシミュレーター（ＪＩＳ Ｃ８９１２）では、４００〜１１００ｎｍの波長帯で１００ｎｍごとのスペクトル合致度が、０．７５〜１．２５の範囲であれば等級Ａ、０．６〜１．４の範囲であれば等級Ｂ、０．４〜２．０の範囲であれば、等級Ｃと定められている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２）。
【０００５】
また、アモルファス太陽電池測定用ソーラーシミュレータ（ＪＩＳ Ｃ８９３３）では、３５０〜７５０ｎｍの波長帯で５０ｎｍごとのスペクトル合致度が、０．７５〜１．２５の範囲であれば等級Ａ、０．６〜１．４の範囲であれば等級Ｂ、０．４〜２．０の範囲であれば、等級Ｃと定められている（例えば、非特許文献３）。
【０００６】
ところで、ソーラーシミュレータの光源として、キセノンランプやハロゲンランプを使用したソーラーシミュレータが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されたソーラーシミュレータに使用されているキセノンランプは８００〜１０００ｎｍの、近赤外領域において、鋭い輝線ピークを有しており、基準太陽光スペクトルに合致させるために干渉フィルターでその強度を抑制する必要がある。また、キセノンランプの可視光領域とハロゲンランプの赤外領域を混合して基準太陽光に合致させたソーラーシミュレータが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されたソーラーシミュレータは、いずれもハロゲンランプ、キセノンランプの発光効率が非常に悪く、投入されたエネルギーの大部分が熱エネルギーとなって放出されるため、冷却が必要になる。そこで、異なる発光スペクトル特性を有する複数種類のＬＥＤを使用して光の合成スペクトルにより、基準太陽光に近似させたソーラーシミュレータが提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２５１８８７号公報
【特許文献２】特開２００２−４８７０４号公報
【特許文献３】特開２００４−１６６５１１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】結晶系太陽電池測定用ソーラーシミュレータ（ＪＩＳ Ｃ ８９１２）
【非特許文献２】ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＤＥＶＩＣＥ-Ｐａｒｔ９：Ｓｏｌａｒ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ（ＩＥＣ）
【非特許文献３】アモルファス太陽電池測定用ソーラーシミュレータ（ＪＩＳ Ｃ ８９３３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３に開示されたソーラーシミュレータにおいては、異なる発光スペクトルのＬＥＤを並べて使用するために、合成する光の数に必要なＬＥＤが必要となるため、ＬＥＤの大きさに比例して面内均一性が低下してしまうという問題点を有する。また、特許文献３に開示されたソーラーシミュレータは、各ＬＥＤから発光された光を混合する光混合部を設ける必要があり、また、多品種かつ多数のＬＥＤが必要となってしまうという不都合を有する。さらに、上記ソーラーシミュレータは、ＬＥＤの設置面積が大きいために照射強度のムラが生じ易いという問題を有するため、各ＬＥＤから発光された光をさらに集光させる光集光部を設けせざるを得ず、結局大掛かりなソーラーシミュレータとなってしまうという問題点を有する。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ない、コンパクトなソーラーシミュレータ及び量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、以上の状況に鑑み、半導体ナノ結晶粒子を含む複数の各層からなり、各層の積層順序及び隣接する各層に含まれる半導体ナノ結晶の発光スペクトルのピーク間の波長差が制御された量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えた量子ドット太陽光ＬＥＤを用いることによって、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ない、コンパクトなソーラーシミュレータが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。
【００１３】
（１） 半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、
上記量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、
上記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、
上記半導体ナノ結晶粒子を含む層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、
上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、
上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下であることを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１４】
（２） 上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）から選ばれるいずれかであることを特徴とする（１）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１５】
（３） 上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であることを特徴とする（１）又は（２）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１６】
（４） 上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であり、上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）であり、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛（ＰｂＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の順に積層することを特徴とする（１）〜（３）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１７】
（５） 上記発光スペクトルのピーク波長の差が１０〜２００ｎｍであり、
上記発光スペクトルのピーク波長の半値幅が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする（１）〜（４）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１８】
（６） （１）〜（５）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えたことを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【００１９】
（７） 上記量子ドット太陽光ＬＥＤは、電流注入型であることを特徴とする（６）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【００２０】
（８） 上記量子ドット太陽光ＬＥＤは、光励起型であることを特徴とする（６）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【００２１】
（９） （６）〜（８）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたことを特徴とするソーラーシミュレータ。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ないコンパクトなソーラーシミュレータ及び量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】発光スペクトルプロファイルのシミュレーション結果（半値幅４０ｎｍ、ピーク波長間隔２５ｎｍ）
【図２】発光スペクトルプロファイルのシミュレーション結果（半値幅４０ｎｍ、ピーク波長間隔４０ｎｍ）
【図３】発光スペクトルプロファイルのシミュレーション結果（半値幅４０ｎｍ、ピーク波長間隔５０ｎｍ）
【図４】市販のソーラーシミュレータの発光スペクトルのプロファイルを示したグラフである。
【図５】量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の断面図である。
【図６】電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤの概略図である。
【図７】光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤの概略図である。
【図８】ソーラーシミュレータの断面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に係るソーラーシミュレータは、量子ドット太陽光ＬＥＤを備えており、この量子ドット太陽光ＬＥＤは、半導体ナノ結晶粒子を含有する層が積層された量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えている。ここで、本発明に係るソーラーシミュレータの技術的特徴は、量子ドット太陽光ＬＥＤを構成する量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体にあるので、まず、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体について説明し、量子ドット太陽光ＬＥＤ及びこの量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたソーラーシミュレータについて説明する。
【００２５】
＜量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体＞
本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、上記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、上記半導体ナノ結晶粒子を含む各層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下であることを特徴とする。以下、詳細に説明する。
【００２６】
半導体ナノ結晶粒子を含む層（以下、「半導体ナノ結晶粒子層」）の半導体ナノ結晶粒子は、いわゆる半導体結晶から構成される粒子である。半導体には、単元素半導体及び化合物半導体が含まれる。
【００２７】
単元素半導体としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）を使用することができる。化合物半導体としては、ＩＩ−ＶＩ族の元素の組み合わせからなる化合物、ＩＩＩ−Ｖ族の元素の組み合わせからなる化合物、ＩＶ−ＶＩ族の元素の組み合わせからなる化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族の元素の組み合せからなる化合物を化合物半導体として使用することができる。
【００２８】
半導体結晶としては、具体的にシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレンマグネシウム（ＭｇＳｅ）、テルルマグネシウム（ＭｇＴｅ）、酸化水銀（ＨｇＯ）硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒素化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモンアルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモンガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒素化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモンインジウム（ＩｎＳｂ）、窒化タリウム（ＴｌＮ）、リン化タリウム（ＴｌＰ）、砒素化タリウム（ＴｌＡｓ）、アンチモンタリウム（ＴｌＳｂ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＰｂＴｅ）、銅インジウムセレン（ＣｕＩｎＳｅ２）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）、銅インジウムガリウムセレン（ＣｕＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｓｅ２）を例示することができる。
【００２９】
これらの半導体結晶のうち、１０ｎｍ以下の粒子サイズにした際の発光スペクトルの波長の観点から、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムを用いることが好ましい。
【００３０】
半導体ナノ結晶は、粒子サイズが１０ｎｍ程度になると、量子サイズ効果が発現する。このようなナノ粒子は量子ドットと呼ばれ、主に半導体において、原子が数百個から数千個集まった１０ｎｍ程度以下の小さな結晶である。
【００３１】
電子は閉じこめられる領域が小さくなると電子の状態密度は離散化するという量子効果により禁制帯幅（バンドギャップ）が大きくなる。言い換えると、組成が同じ半導体でも粒子径が小さくなると半導体のバンドギャップが大きくなる。
【００３２】
量子ドットは、構成元素、組成が同一な材料について粒子径を１０ｎｍ以下で変化させることによりバンドギャップを制御することができる。光学特性では粒子径が小さくなれば吸収波長、発光波長とも短波長化する。すなわち、粒子径を小さくすればバンドギャップは大きくなり、吸収波長、発光波長とも短波長化する。これは、発光デバイス作製にとって、有効な制御手段となる。すなわち、粒子径を変えるだけで発光波長が連続的に異なる量子ドットを作製することが可能となる。
【００３３】
また、量子ドットの発光は半導体のバンド間遷移に基づいているため発光ピークが急峻であることも特長である。上記２つの事実から、発光波長が連続的に異なることと発光ピークが急峻であることの２つの特長を持った複数の半導体ナノ結晶を発光させることにより、可視光線の全域に渡って、自然光（太陽光）と同一の連続したスペクトルを実現できる。
【００３４】
波長が異なる急峻な発光ピークからブロードな太陽光プロファイルが実現できる状況のシミュレーション結果は以下のようになる。
【００３５】
まず、可視光領域の３００ｎｍから１１００ｎｍでの複数の発光スペクトルの和である混合発光スペクトルについて、発光スペクトルはガウス分布に従うものとし、また、各発光スペクトルの半値幅を４０ｎｍ、ピーク波長の間隔を２５ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍとした。間隔２５ｎｍの結果を図１、間隔４０ｎｍの結果を図２、間隔５０ｎｍの結果を図３に示す。
【００３６】
図１よりピーク波長間隔が発光ピークの半値幅４０ｎｍより小さい２５ｎｍでは太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルを得ることが可能である。図２よりピーク波長間隔が発光ピークの半値幅４０ｎｍと同じ４０ｎｍでは太陽光スペクトルのプロファイルとほぼ同等のプロファイルを得ることが可能である。図３よりピーク波長間隔が発光ピークの半値幅４０ｎｍより大きな５０ｎｍでは太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになることが分かる。
【００３７】
キセノンランプを用いたスペクトル合致度が等級Ａのソーラーシミュレータのスペクトルを図４に示す。図１、図２の状況は、キセノンランプの図４に比較して、太陽光のスペクトルにより合致している。
【００３８】
量子ドットである半導体ナノ結晶粒子は、原料物質の加熱や冷却等の時間に対応するいわゆる反応時間を調整することによって得ることができる。反応時間は、半導体ナノ結晶粒子の粒径との関係から適宜決定することができる。半導体ナノ結晶粒子は、その粒径によって、発光スペクトルのピーク波長が異なるので、反応時間を調整することによって、異なる光学的特性を有する複数の半導体ナノ結晶粒子を得ることができる。
【００３９】
例えば、半導体ナノ結晶がセレン化カドミウム結晶である場合は、反応時間を調整することにより、その粒径が１〜８ｎｍの範囲であるセレン化カドミウム結晶粒子を得ることができる。セレン化カドミウム結晶粒子の発光スペクトルのピーク波長は、その粒径に依存するので、セレン化カドミウム結晶粒子の粒径を変化させることにより、発光スペクトルのピーク波長が異なるセレン化カドミウム結晶粒子を得ることができる。
【００４０】
なお、上記量子ドットである半導体ナノ結晶粒子は、市販されているので、所望の粒径を有する半導体ナノ結晶粒子を購入することにより容易に入手することができる。
【００４１】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、上記半導体ナノ結晶層から構成されている。各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚は、量子ドットである半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルに影響を及ぼすものでなければ、特に制限されるものではない。しかしながら、電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤの場合は量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体に電流を流すため薄い方が望ましい。量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の厚みは５０〜１００ｎｍが望ましく、各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚を５．０〜１０．０ｎｍとすることが好ましい。量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の厚みは１００〜２００ｎｍ、好ましくは１２０〜１６０ｎｍが望ましく、各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚を１〜１０ｎｍとすることが好ましい。一方、光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤの場合は電流を流さないため特に制限されるものではない。各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚が、上記範囲にあることにより各層から発生する発光スペクトルに影響を与えることなく、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を使用用途に応じた厚みとすることができるため好ましい。
【００４２】
各半導体ナノ結晶粒子層における半導体ナノ結晶粒子の含有量は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の発光スペクトルプロファイルが、太陽光の有するプロファイルと一致するように決定されるものである。
【００４３】
半導体ナノ結晶粒子層の形成方法は、後述する溶液に半導体ナノ結晶を混合し、この混合液からなる塗布液を塗布することにより行うことが望ましい。
【００４４】
上記塗布液の塗布方法は、特に限定されないが、例えばスピンコーターを用いる方法が挙げられる。
【００４５】
上記塗布方法により、形成された皮膜は、乾燥手段により乾燥され半導体ナノ結晶粒子層となる。
【００４６】
複数積層された半導体ナノ結晶粒子層の各層において量子サイズ効果が発揮され、各層より発生する発光スペクトルが重なり合うことにより、ブロード化された発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００４７】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、上記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、上記半導体ナノ結晶粒子を含む各層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下である。上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子としては、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムから選ばれるいずれかであることが好ましい。また、上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子としては、硫化鉛であることが好ましい。さらに、上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛であり、上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムであり、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの順に積層することがより好ましい。
【００４８】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ結晶粒子層を上記のように順次積層することにより、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムから発生する波長は、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの順に短波長となることから、硫化鉛の層からの発光はテルル化カドミウムの層、セレン化カドミウムの層、硫化カドミウムの層には吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。
【００４９】
同じように、テルル化カドミウムの層からの発光はセレン化カドミウムの層、硫化カドミウムの層には吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。さらには、セレン化カドミウムの層からの発光は硫化カドミウムの層には吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。また、同じ化合物の層においては粒径の小さい半導体ナノ結晶から発生する短波長の発光が粒径の大きい半導体ナノ結晶に吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。
【００５０】
つまり、本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体においては、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ結晶粒子層とその積層順を緻密に制御し、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の発光効率が低下することを防止し、さらには発熱量を小さくしているものである。
【００５１】
さらに、本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する各層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下となって積層されていることを特徴としている。
【００５２】
隣接する各半導体ナノ結晶粒子層間において、これらの発光スペクトルピーク波長の差を各半導体ナノ結晶粒子層の発光ピークの半値幅以下となるように調整することによって、各半導体ナノ結晶粒子層が発生する発光スペクトルのピークが近づき、重なり合うことになる。このように本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体においては、隣接する各半導体ナノ結晶粒子層間の発光スペクトルのピーク波長とその半値幅を制御することにより、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体が発生する発光スペクトルを滑らかにブロード化することができる。その結果、本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、太陽光が発生する発光スペクトルにほぼ一致した発光スペクトルプロファイルを発生することができる。
【００５３】
一方、隣接する各半導体ナノ結晶粒子層間において、これらの発光スペクトルのピーク波長の差を各半導体ナノ結晶粒子層の発光スペクトルのピークの半値幅を超えるように調整した場合には、各半導体ナノ結晶粒子層が発生する発光スペクトルのピークが近づくことができず、隣接する各半導体ナノ結晶粒子層から発生される発光スペクトルは十分な重なりにはならない。このため、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体が発生する発光スペクトルは、ブロード化することができない。
【００５４】
このように本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体においては、各層より発生する波長が合成されることにより、可視光線の全域に亘ってブロード化され、太陽光が有するプロファイルに一致した発光スペクトルプロファイルを形成することができる。
【００５５】
例えば、硫化カドミウム結晶粒子を使用し、その粒径がおよそ１．０〜６．０ｎｍの範囲にあり、このなかで特定の粒径を有する硫化カドミウム結晶粒子の粒径を変えて複数作製し、これらの粒径の異なる硫化カドミウム結晶粒子を含有する層を順次積層することにより、３２５〜４２５ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。この硫化カドミウム結晶粒子層においては、隣接する各層における発光ピーク波長の間隔を２５ｎｍに設定し、かつ各硫化カドミウム結晶の発光ピーク波長の半値幅が４０ｎｍとなるように設定している。発光スペクトルピーク波長の間隔を発光ピーク波長の半値幅より小さくなるように設定することにより、各硫化カドミウム結晶粒子層から発光される発光スペクトルが重なりあって、滑らかにブロード化した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５６】
また、セレン化カドミウム結晶粒子を使用し、その粒径がおよそ１．０〜８．０ｎｍの範囲にあり、このなかで特定の粒径を有するセレン化カドミウム結晶粒子の粒径を変えて複数作製し、これらの粒径の異なるセレン化カドミウム結晶粒子を含有する層を順次積層することにより、４５０〜６５０ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。このセレン化カドミウム結晶粒子層においては、隣接する各層における発光ピーク波長の間隔を２５ｎｍに設定し、かつ各セレン化カドミウム結晶の発光ピーク波長の半値幅が４０ｎｍとなるように設定している。発光ピーク波長の間隔を発光ピーク波長の半値幅より小さくなるように設定することにより、各セレン化カドミウム結晶粒子層から発光される発光スペクトルが重なりあって、滑らかにブロード化した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５７】
さらに、テルル化カドミウム結晶粒子を使用し、その粒径がおよそ３．０〜９．０ｎｍの範囲にあり、このなかで特定の粒径を有するテルル化カドミウム結晶粒子の粒径を変えて複数作製し、これらの粒径の異なるテルル化カドミウム結晶粒子を含有する層を順次積層することにより、６７５〜７５０ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。このテルル化カドミウム結晶粒子層においては、隣接する各層における発光ピーク波長の間隔を２５ｎｍに設定し、かつ各テルル化カドミウム結晶の発光ピーク波長の半値幅が４０ｎｍとなるように設定している。発光ピーク波長の間隔を発光ピーク波長の半値幅より小さくなるように設定することにより、各テルル化カドミウム結晶粒子層から発光される発光スペクトルが重なりあって、滑らかにブロード化した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５８】
同様にして、半導体ナノ結晶粒子層に硫化鉛結晶を使用した場合には、８００〜１１００ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。そして、上記の各半導体ナノ結晶粒子層を積層することによって、３００〜１１００ｎｍの広範囲に亘って滑らかにブロード化しており、太陽光が有するプロファイルにほぼ一致した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５９】
＜量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体＞
本発明に係る量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体について、図面を参照しながら、具体的に説明する。図５は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の実施形態を具体的に示した断面図である。図５に示すように、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、半導体ナノ結晶化合物の種類ごとに複数積層されており、これらの化合物は、具体的に硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムのうち少なくとも２種類であり、その積層順は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの前後関係を維持している。また、同じ化合物の層内では、ＬＥＤの光出力方向に向かって半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されている。
【００６０】
＜量子ドット太陽光ＬＥＤ＞
本発明に係る量子ドット太陽光ＬＥＤは、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えたことを特徴としている。太陽光ＬＥＤには、電流注入型と光励起型のタイプがある。以下に説明する。
【００６１】
（電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤ）
電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤ２の構成について図６を用いて説明する。透明導電膜２８を有する基板２９の上に、正孔注入層２７、正孔輸送層２６、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体２５、正孔阻止層２４、電子輸送層２３、電子注入層２２、電極２１を積層した構造になっている。
【００６２】
透明導電膜はＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ２Ｏ３）、ＳｎＯ２、ＡＺＯ（ＡｌＺｎＯ）、ＧＺＯ(ＧａＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎＺｎＯ）のいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法はスパッタ法や塗布法でよい。
【００６３】
基板２９は、透明であればガラス基板、樹脂基板でよい。正孔注入層２７は、ポリアニリン、ポリピロール、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。正孔輸送層２６は、ＴＰＤ、トリフェニル四重体、α−ＮＰＤ、ＴＡＣＰのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。
【００６４】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体２５を構成する半導体ナノ結晶層は、化合物の種類ごとに複数積層されており、これらの化合物は、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムのうち少なくとも２種類であり、その積層順は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの前後関係を維持している。また、同じ化合物の層内では、半導体ナノ結晶を粒子径の大きなものから小さなものに光出力方向に順次積層すればよい。各半導体ナノ結晶群はｐｏｌｙｉｓｏｂｕｔｙｌｅｎｅ、１，７−ｄｉａｍｉｎｏｈｅｐｔａｎｅ、カルバゾール等の架橋分子の混合液であればよい。作製方法はスピンコーターによる塗布が望ましい。
【００６５】
各半導体ナノ結晶の発光ピークの半値幅が１０ｎｍから２００ｎｍの間で望ましくは２０ｎｍから１００ｎｍであればよい。各半導体ナノ結晶の発光ピークの波長差が５ｎｍから２００ｎｍの間で望ましくは１０ｎｍから１００ｎｍであればよい。正孔阻止層２４は、ＴＡＺ、バンクプロイン（ＢＣＰ）、Ｂｐｈｅｎ、ＰＣＢＩのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。
【００６６】
電子輸送層２３は、トリアゾール誘導体、シロール誘導体、オキサゾール誘導体（ＰＢＯ）、オキサゾール誘導体（ＯＸＯ−７）、ボロン誘導体、Ａｌｑ３のいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。
【００６７】
電子注入層２２はＡｌｑ３でよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。電極２１は、仕事関数の小さなＣｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、それらの合金であるＡｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ａｇのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法はスパッタ法、蒸着法、塗布法等でよい。
【００６８】
上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤの透明導電膜側に＋、電極側に−の電圧を印加して、電流を流すことにより半導体ナノ結晶層に電子輸送層側から電子が注入され、正孔輸送層側から正孔が注入される。
【００６９】
半導体ナノ結晶層に注入された電子と正孔は架橋分子を経由して拡散し、半導体ナノ結晶中で電子と正孔が再結合して半導体ナノ結晶のバンドギャップエネルギーに相当する波長の発光が起こる。
【００７０】
（光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤ）
光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤ３の構成について図７を用いて説明する。短波長発光デバイスチップ３３を搭載したリフレクター３４の中でＩｎ添加ＧａＮ発光デバイスチップ３３を包含して樹脂層３２があり、樹脂層３２の上に半導体ナノ結晶を粒子径の大きなものから小さなものに光出力方向に順次積層した量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体３１を積層した構造になっている。
【００７１】
短波長発光デバイスチップ３３は２００ｎｍから５００ｎｍの間に発光ピークを持つＺｎＯ、ＡｌＮ、Ａｌ添加ＧａＮ、ＧａＮ、Ｉｎ添加ＧａＮでよい。リフレクター３４は可視光の反射率が大きく、耐環境性に優れたものであればよい。樹脂３２は絶縁性で光劣化に強く、可視光領域の透過率が高く、熱安定性がよいエポキシ樹脂、シリコーン樹脂でよい。
【００７２】
量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体３１を構成する半導体ナノ結晶層は、化合物の種類ごとに複数積層されており、これらの化合物は、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムのうち少なくとも２種類であり、その積層順は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの順に積層されている。また、同じ化合物の層内では、半導体ナノ結晶を粒子径の大きなものから小さなものに光出力方向に順次積層すればよい。各半導体ナノ結晶群はシリコーン樹脂との混合体であればよい。作製方法はスピンコーターによる塗布が望ましい。
【００７３】
上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤの短波長ＬＥＤチップに電圧を印加して、電流を流すことにより短波長ＬＥＤチップが発光し、短波長光の一部は樹脂層、半導体ナノ結晶粒子層を通過して量子ドット太陽光ＬＥＤ外に放出される。
【００７４】
残りの短波長光の多くは半導体ナノ結晶粒子層内の半導体ナノ結晶粒子に吸収される。短波長光を吸収した半導体ナノ結晶粒子中では電子と正孔が光励起され再び再結合して半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップエネルギーに相当する波長の発光が起こる。
【００７５】
＜ソーラーシミュレータ＞
本発明のソーラーシミュレータは、上記量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたことを特徴とするものである。電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたソーラーシミュレータは、電流注入型ソーラーシミュレータとなり、光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたソーラーシミュレータは、光励起型ソーラーシミュレータとなる。図７にソーラーシミュレータの概略図を示した。
【００７６】
図８に示すように、ソーラーシミュレータ４は、量子ドット太陽光ＬＥＤを二次元に配置した量子ドット太陽光ＬＥＤアレイ４１の前面に拡散板４２が配置され、量子ドット太陽光ＬＥＤアレイ４１に対向して試料台４３が配置されて構成されている。試料台４３の上に試料４４を置く構造を採用している。
【００７７】
従来のソーラーシミュレータには発光効率が非常に悪いハロゲンランプやキセノンランプが使用されているため、投入されたエネルギーの大部分が熱エネルギーとなって放出されるため、冷却が必要になるが、本発明のソーラーシミュレータはＬＥＤを使用しているため発熱量が小さく電力使用量も少ない。さらに、従来のソーラーシミュレータには必要な、光源からの光をレンズによる集光や平行光線化するための光学系が不要なため装置が非常にコンパクトになる。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００７９】
＜実施例１＞
［電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの製造］
（ＣｄＳナノ結晶の合成）
Ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｎｅ−ｏｘｉｄｅ（ＴＯＰＯ）とＨｅｘａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ（ＨＤＡ）を混合した配位溶媒をフラスコ中で３００℃に加熱した後、ＣｄＳナノ結晶の原料であるＤｉｍｅｔｈｙｌ−ＣａｄｍｉｕｍとＴｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｉｙ Ｓｕｌｆｉｄｅの混合希釈溶液を注射器で素早く注入し、一度２００℃に冷却後、２４０℃に保持した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＣｄＳ１、合成液ＣｄＳ２のように名称を付け計５個の液を得た。これらの計５個の合成液のうち合成液ＣｄＳ１はＣｄＳの粒子径がおよそ１．７ｎｍであり、合成液ＣｄＳ５はおよそ４．５ｎｍとなっている。
【００８０】
（ＣｄＳｅナノ結晶の合成）
Ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｎｅ−ｏｘｉｄｅ（ＴＯＰＯ）とＨｅｘａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ（ＨＤＡ）を混合した配位溶媒をフラスコ中で３００℃に加熱した後、ＣｄＳｅナノ結晶の原料であるＤｉｍｅｔｈｙｌ−ＣａｄｍｉｕｍとＴｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ−Ｓｅｌｅｎｉｄｅの混合希釈溶液を注射器で素早く注入し、一度２００℃に冷却後、２４０℃に保持した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＣｄＳｅ１、合成液ＣｄＳｅ２のように名称を付け計９個の液を得た。これらの計９個の合成液のうち合成液ＣｄＳｅ１はＣｄＳｅの粒子径がおよそ１．８ｎｍであり、合成液の付番が上がるにつれて粒子径が大きくなり、合成液９はおよそ７．０ｎｍとなっている。
【００８１】
（ＣｄＴｅナノ結晶の合成）
Ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｎｅ−ｏｘｉｄｅ（ＴＯＰＯ）とＨｅｘａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ（ＨＤＡ）を混合した配位溶媒をフラスコ中で３００℃に加熱した後、ＣｄＴｅナノ結晶の原料であるＤｉｍｅｔｈｙｌ−ＣａｄｍｉｕｍとＴｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ−Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅの混合希釈溶液を注射器で素早く注入し、一度２００℃に冷却後、２４０℃に保持した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＣｄＴｅ１、合成液ＣｄＴｅ２のように名称を付け計４個の液を得た。これらの計４個の合成液のうち合成液ＣｄＴｅ１はＣｄＴｅの粒子径がおよそ５．０ｎｍであり、合成液の付番が上がるにつれて粒子径が大きくなり、合成液ＣｄＴｅ４はおよそ９．０ｎｍとなっている。
【００８２】
（ＰｂＳナノ結晶の合成）
酢酸鉛（ＰｂＡｃ）をオレイン酸（ＯＡ）と１−ｏｃｔａｄｅｃｅｎｅ（ＯＤＥ）を混合した配位溶媒を含むフラスコ中で１００℃に加熱した後、１５０℃に昇温してＴｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｉｙ Ｓｕｌｆｉｄｅと１−ｏｃｔａｄｅｃｅｎｅ（ＯＤＥ）の混合希釈溶液を注射器で素早く注入した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＰｂＳ１、合成液ＰｂＳ２のように名称を付け計４個の液を得た。これらの計４個の合成液のうち合成液ＰｂＳ１はＰｂＳの粒子径がおよそ２．０ｎｍであり、合成液の付番が上がるにつれて粒子径が大きくなり、合成液ＰｂＳ４はおよそ３．２ｎｍとなっている。
【００８３】
（ナノ結晶の精製）
ＣｄＳ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＣｄＳ１に、脱水メタノールを加えて遠心分離後、上澄み液を除去し、沈殿成分にトルエンを加えて遠心分離後、上澄み成分を精製液ＣｄＳ１とした。合成液ＣｄＳ２〜合成液ＣｄＳ５についても同じ操作を行い、精製液ＣｄＳ２〜精製液ＣｄＳ５を得た。
【００８４】
ＣｄＳｅ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＣｄＳｅ１〜合成液ＣｄＳｅ９についても同じ操作を行い、精製液ＣｄＳｅ１〜精製液ＣｄＳｅ９を得た。ＣｄＴｅ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＣｄＴｅ１〜合成液ＣｄＴｅ４についても同じ操作を行い、精製液ＣｄＴｅ１〜精製液ＣｄＴｅ４を得た。ＰｂＳ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＰｂＳ１〜合成液ＰｂＳ４についても同じ操作を行い、精製液ＰｂＳ１〜精製液ＰｂＳ４を得た。
【００８５】
なお、本実施例で製造されるＣｄＳ半導体ナノ結晶トルエン分散液、ＣｄＳｅ半導体ナノ結晶トルエン分散液、ＰｂＳ半導体ナノ結晶トルエン分散液はエヴィデントテクノロジー社（米国）、ＮＮ−ラボズ社（米国）、ＮＡＮＯＣＯ社（英国）より購入することができる。このようにして作製した精製液を表１に例示する。
【００８６】
【表１】
【００８７】
（電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤの作製）
ＩＴＯ透明導電膜を有するガラス基板の上に、正孔注入層であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコーターで塗布し、加熱乾燥した。つぎに、正孔輸送層であるＴＰＤを真空蒸着法で作製した。
【００８８】
半導体ナノ結晶層は、光取り出し方向がＩＴＯ透明導電膜方向であるため、次のように作製した。精製液ＣｄＳ１〜精製液ＣｄＳ５、精製液ＣｄＳｅ１〜精製液ＣｄＳｅ９、精製液ＣｄＴｅ１〜精製液ＣｄＴｅ４、精製液ＰｂＳ１〜精製液ＰｂＳ４のそれぞれの精製液について１，７−ｄｉａｍｉｎｏｈｅｐｔａｎｅの架橋分子の混合液を作製した。この混合液は精製液と同じ付番とした。すなわち精製液ＣｄＳ１から混合液ＣｄＳ１のような対応となっている。
【００８９】
続いて、正孔輸送層の上に混合液ＣｄＳ１〜混合液ＣｄＳ５の塗布を行った。まず、正孔輸送層の上に混合液ＣｄＳ１をスピンコーターで塗布し、加熱乾燥後、混合液ＣｄＳ２をＣｄＳ１塗布・乾燥膜上にスピンコーターで塗布し、順次付番の大きい混合液をスピンコーターで塗布した。
【００９０】
次に、混合液ＣｄＳｅ１〜混合液ＣｄＳｅ９の塗布を行った。まず、塗布済みのＣｄＳ５塗布・乾燥膜上にスピンコーターで混合液ＣｄＳｅ１を塗布・乾燥した。次ぎにＣｄＳｅ１塗布・乾燥膜上に混合液ＣｄＳｅ２を塗布・乾燥した。このように順次付番の大きい混合液をスピンコーターで塗布した。
【００９１】
次に、混合液ＣｄＴｅ１〜混合液ＣｄＴｅ４の塗布を行った。まず、塗布済みのＣｄＳｅ９塗布・乾燥膜上にスピンコーターで混合液ＣｄＴｅ１を塗布・乾燥した。次ぎにＣｄＴｅ１塗布・乾燥膜の上に混合液ＣｄＴｅ２を塗布・乾燥した。このように順次付番の大きい混合液をスピンコーターで塗布した。
【００９２】
次に、混合液ＰｂＳ１〜混合液ＰｂＳ４の塗布を行った。まず、塗布済みのＣｄＴｅ４塗布・乾燥膜上にスピンコーターで混合液ＰｂＳ１を塗布・乾燥した。次ぎにＰｂＳ１塗布・乾燥膜上に混合液ＰｂＳ２を塗布・乾燥した。最後にＰｂＳ３塗布・乾燥膜上に混合液ＰｂＳ４をスピンコーターで塗布・乾燥した。
【００９３】
各混合液における発光ピーク波長は以下のような対応となっており、各波長の間隔は２５ｎｍである。混合液ＣｄＳ１〜混合液ＣｄＳ５については、付番が上がるに従って３２５ｎｍ、３５０ｎｍ、３７５ｎｍ、４００ｎｍ、４２５ｎｍ、となっている。
【００９４】
混合液ＣｄＳｅ１〜混合液ＣｄＳｅ９については、付番が上がるに従って４５０ｎｍ、４７５ｎｍ、５００ｎｍ、５２５ｎｍ、５５０ｎｍ、５７５ｎｍ、６００ｎｍ、６２５ｎｍ、６５０ｎｍとなっている。
【００９５】
混合液ＣｄＴｅ１〜混合液ＣｄＴｅ４については、付番が上がるに従って６７５ｎｍ、７００ｎｍ、７２５ｎｍ、７５０ｎｍとなっている。
【００９６】
混合液ＰｂＳ１〜混合液ＰｂＳ４については、付番が上がるに従って８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、１１００ｎｍとなっている。
【００９７】
また、各発光ピークの半値幅が４０ｎｍになるように遠心分離操作を行った。ＰｂＳの発光ピークの半値幅は１５０ｎｍになるように遠心分離操作を行った。正孔阻止層と電子輸送層は、トリアゾール誘導体であるＴＡＺを真空蒸着法で作製した。つぎに、電子注入層であるＡｌｑ３を真空蒸着法で作製した。
【００９８】
最後に、Ｍｇ：Ａｇ／Ａｇ電極を真空蒸着法で作製した。上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤの透明導電膜側に＋、電極側に−の電圧を印加して、電流を流すことによりＩＴＯ透明導電膜方向に発光させた。発光スペクトルは分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）でスペクトルのプロファイルを確認した。ＣｄＳ、ＳｄＳｅ、ＣｄＴｅの発光スペクトルの半値幅を４０ｎｍ、ピーク波長の間隔を２５ｎｍ、ＰｂＳの発光スペクトルの半値幅を１５０ｎｍ、ピーク波長の間隔を１００ｎｍとした場合、太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルが得られた。
【００９９】
（ソーラーシミュレータの作製）
量子ドット太陽光ＬＥＤを２次元面に配置して２次元ＬＥＤアレイを作製した。次に２次元ＬＥＤアレイを照射面に対向して設置した。市販のソーラーシミュレータ（高さ１１０ｃｍ、幅４０ｃｍ、奥行き４５ｃｍ）に比べてコンパクト（高さ２０ｃｍ、幅２０ｃｍ、奥行き２０ｃｍ）で、発熱が少ないため冷却装置は不要であった。
ソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルを得ることができた。
【０１００】
＜実施例２＞
［光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータ］
（量子ドット太陽光ＬＥＤの作製）
リフレクターの中に発光ピーク波長が３６５ｎｍのＩｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップを接着させた後、リフレクター内の電極とＩｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップの電極をワイヤーボンディングで接続した。
【０１０１】
つぎに、シリコーン樹脂をリフレクター内でＩｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップを包含する程度に注入する。また、樹脂面をできるだけ平坦にしておいた。
【０１０２】
実施例１で作製した精製液ＣｄＳ４〜ＣｄＳ５、精製液ＣｄＳｅ１〜ＣｄＳｅ９、精製液ＣｄＴｅ１〜精製液ＣｄＴｅ４、精製液ＰｂＳ１〜精製液ＰｂＳ４のそれぞれについて、シリコーン樹脂との混合液を作製した。この混合液は精製液と同じ付番とした。すなわち精製液ＣｄＳ１から混合液ＣｄＳ１のような対応となっている。
【０１０３】
続いて、Ｉｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップを包含したシリコーン樹脂の上に、実施例１と逆の順番に混合液をスピンコートして塗布し、加熱乾燥した。このようにして形成した各層における発光ピーク波長、各波長の間隔、各発光ピークの半値幅は実施例１と同じである。
【０１０４】
上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤに電圧を印加して、電流を流すことにより発光させた。発光スペクトルは分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）でスペクトルのプロファイルを確認した。ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅの発光スペクトルの半値幅を４０ｎｍ、ピーク波長の間隔を２５ｎｍ、ＰｂＳの発光スペクトルの半値幅を１５０ｎｍ、ピーク波長の間隔を１００ｎｍとした場合、太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルが得られた。
【０１０５】
（ソーラーシミュレータの作製）
量子ドット太陽光ＬＥＤを２次元面に配置して２次元ＬＥＤアレイを作製した。次に２次元ＬＥＤアレイを照射面に対向して設置した。実施例１と同様に市販のソーラーシミュレータに比べて発熱量が小さくコンパクトであった。
【０１０６】
ソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルを得ることができた。
【０１０７】
＜比較例１＞
実施例１で作製した２２個の混合液をすべて混合し、この混合液をスピンコーターで正孔輸送層の上に塗布した以外は、実施例１と同じ操作で電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例１に比較し強度がおよそ２０％低下した。
【０１０８】
＜比較例２＞
実施例２で作製したＣｄＳ１〜３を除く１９個の混合液をすべて混合し、この混合液をスピンコーターで塗布した以外は、実施例２と同じ操作で光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例２に比較し強度がおよそ２０％低下した。
【０１０９】
＜比較例３＞
実施例１で作製した２２個の混合液の塗布の順番を逆にして、スピンコーターで塗布した以外は、実施例１と同じ操作で電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例に比較し強度がおよそ４０％低下した。
【０１１０】
＜比較例４＞
実施例２で作製したＣｄＳ１〜３を除く２０個の混合液の塗布の順番を逆にして、スピンコーターで塗布した以外は、実施例２と同じ操作で光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例２に比較し強度がおよそ４０％低下した。
【０１１１】
＜比較例５＞
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ粒子樹脂層に含まれる硫化鉛の発光スペクトルのピーク波長の間隔を２００ｎｍ、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウム結晶の発光スペクトルのピーク波長の間隔を５０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。
【０１１２】
電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルに対して±２０％の周期的変動があり、太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになった。
【０１１３】
＜比較例６＞
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ粒子樹脂層に含まれる硫化鉛の発光スペクトルのピーク波長の間隔を２００ｎｍ、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウム結晶の発光スペクトルのピーク波長の間隔を５０ｎｍとした以外は、実施例２と同様にして光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。
【０１１４】
光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルに対して±２０％の周期的変動があり、太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになった。
【０１１５】
＜比較例７＞
市販のソーラーシミュレータ（セリック製）の特性を評価した。ソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、８００ｎｍより長波長領域でキセノンランプによる鋭い輝線スペクトルがみられ、太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになった。
【符号の説明】
【０１１６】
２ 電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤ
２１ 電極
２２ 電子注入層
２３ 電子輸送層
２４ 正孔阻止層
２５ 量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体
２６ 正孔輸送層
２７ 正孔注入層
２８ 透明導電膜
２９ 基板
３ 光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤ
３１ 量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体
３２ 樹脂層
３３ 短波長発光デバイスチップ
３４ リフレクター
４ ソーラーシミュレータ
４１ 量子ドット太陽光ＬＥＤアレイ
４２ 拡散板
４３ 試料台
４４ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体に関する。さらに詳しくは、半導体ナノ結晶粒子による量子ドットを利用した、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ないコンパクトなソーラーシミュレータ及び量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池の特性評価をするに際しては、いわゆる基準太陽光が使用されている。しかしながら、基準太陽光は自然光であり、天候に左右され、実際に基準太陽光を採用することは非常に困難である。そこで、いわゆるソーラーシミュレータ（擬似太陽光照射装置）を用いて、太陽電池の特性評価を行う室内評価方法が普及している。
【０００３】
ソーラーシミュレータには、基準太陽光の放射照度とのスペクトル合致度、照射面内の放射照度のムラ、照射面での放射照度の時間安定性が要求されており、その評価基準として、日本工業規格（ＪＩＳ）、国際電気標準規格（ＩＥＣ）により、それぞれ等級Ａ、Ｂ、Ｃが規定されている。
【０００４】
ソーラーシミュレータに要求される上記特性の中でも、基準太陽光とのスペクトル合致度は、特に重要である。例えば、結晶系太陽電池測定用ソーラーシミュレーター（ＪＩＳ Ｃ８９１２）では、４００〜１１００ｎｍの波長帯で１００ｎｍごとのスペクトル合致度が、０．７５〜１．２５の範囲であれば等級Ａ、０．６〜１．４の範囲であれば等級Ｂ、０．４〜２．０の範囲であれば、等級Ｃと定められている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２）。
【０００５】
また、アモルファス太陽電池測定用ソーラーシミュレータ（ＪＩＳ Ｃ８９３３）では、３５０〜７５０ｎｍの波長帯で５０ｎｍごとのスペクトル合致度が、０．７５〜１．２５の範囲であれば等級Ａ、０．６〜１．４の範囲であれば等級Ｂ、０．４〜２．０の範囲であれば、等級Ｃと定められている（例えば、非特許文献３）。
【０００６】
ところで、ソーラーシミュレータの光源として、キセノンランプやハロゲンランプを使用したソーラーシミュレータが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されたソーラーシミュレータに使用されているキセノンランプは８００〜１０００ｎｍの、近赤外領域において、鋭い輝線ピークを有しており、基準太陽光スペクトルに合致させるために干渉フィルターでその強度を抑制する必要がある。また、キセノンランプの可視光領域とハロゲンランプの赤外領域を混合して基準太陽光に合致させたソーラーシミュレータが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されたソーラーシミュレータは、いずれもハロゲンランプ、キセノンランプの発光効率が非常に悪く、投入されたエネルギーの大部分が熱エネルギーとなって放出されるため、冷却が必要になる。そこで、異なる発光スペクトル特性を有する複数種類のＬＥＤを使用して光の合成スペクトルにより、基準太陽光に近似させたソーラーシミュレータが提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２５１８８７号公報
【特許文献２】特開２００２−４８７０４号公報
【特許文献３】特開２００４−１６６５１１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】結晶系太陽電池測定用ソーラーシミュレータ（ＪＩＳ Ｃ ８９１２）
【非特許文献２】ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＤＥＶＩＣＥ-Ｐａｒｔ９：Ｓｏｌａｒ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ（ＩＥＣ）
【非特許文献３】アモルファス太陽電池測定用ソーラーシミュレータ（ＪＩＳ Ｃ ８９３３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３に開示されたソーラーシミュレータにおいては、異なる発光スペクトルのＬＥＤを並べて使用するために、合成する光の数に必要なＬＥＤが必要となるため、ＬＥＤの大きさに比例して面内均一性が低下してしまうという問題点を有する。また、特許文献３に開示されたソーラーシミュレータは、各ＬＥＤから発光された光を混合する光混合部を設ける必要があり、また、多品種かつ多数のＬＥＤが必要となってしまうという不都合を有する。さらに、上記ソーラーシミュレータは、ＬＥＤの設置面積が大きいために照射強度のムラが生じ易いという問題を有するため、各ＬＥＤから発光された光をさらに集光させる光集光部を設けせざるを得ず、結局大掛かりなソーラーシミュレータとなってしまうという問題点を有する。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ない、コンパクトなソーラーシミュレータ及び量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、以上の状況に鑑み、半導体ナノ結晶粒子を含む複数の各層からなり、各層の積層順序及び隣接する各層に含まれる半導体ナノ結晶の発光スペクトルのピーク間の波長差が制御された量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えた量子ドット太陽光ＬＥＤを用いることによって、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ない、コンパクトなソーラーシミュレータが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。
【００１３】
（１） 半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、
上記量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、
上記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、
上記半導体ナノ結晶粒子を含む層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、
上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、
上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下であることを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１４】
（２） 上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）から選ばれるいずれかであることを特徴とする（１）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１５】
（３） 上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であることを特徴とする（１）又は（２）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１６】
（４） 上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であり、上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）であり、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛（ＰｂＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の順に積層することを特徴とする（１）〜（３）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１７】
（５） 上記発光スペクトルのピーク波長の差が１０〜２００ｎｍであり、
上記発光スペクトルのピーク波長の半値幅が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする（１）〜（４）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【００１８】
（６） （１）〜（５）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えたことを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【００１９】
（７） 上記量子ドット太陽光ＬＥＤは、電流注入型であることを特徴とする（６）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【００２０】
（８） 上記量子ドット太陽光ＬＥＤは、光励起型であることを特徴とする（６）記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【００２１】
（９） （６）〜（８）いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたことを特徴とするソーラーシミュレータ。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、太陽光スペクトルとほぼ同一のプロファイルを有し、発熱量が小さく、照射面内の放射照度のむらが少ないコンパクトなソーラーシミュレータ及び量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】発光スペクトルプロファイルのシミュレーション結果（半値幅４０ｎｍ、ピーク波長間隔２５ｎｍ）
【図２】発光スペクトルプロファイルのシミュレーション結果（半値幅４０ｎｍ、ピーク波長間隔４０ｎｍ）
【図３】発光スペクトルプロファイルのシミュレーション結果（半値幅４０ｎｍ、ピーク波長間隔５０ｎｍ）
【図４】市販のソーラーシミュレータの発光スペクトルのプロファイルを示したグラフである。
【図５】量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の断面図である。
【図６】電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤの概略図である。
【図７】光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤの概略図である。
【図８】ソーラーシミュレータの断面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に係るソーラーシミュレータは、量子ドット太陽光ＬＥＤを備えており、この量子ドット太陽光ＬＥＤは、半導体ナノ結晶粒子を含有する層が積層された量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えている。ここで、本発明に係るソーラーシミュレータの技術的特徴は、量子ドット太陽光ＬＥＤを構成する量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体にあるので、まず、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体について説明し、量子ドット太陽光ＬＥＤ及びこの量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたソーラーシミュレータについて説明する。
【００２５】
＜量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体＞
本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、上記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、上記半導体ナノ結晶粒子を含む各層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下であることを特徴とする。以下、詳細に説明する。
【００２６】
半導体ナノ結晶粒子を含む層（以下、「半導体ナノ結晶粒子層」）の半導体ナノ結晶粒子は、いわゆる半導体結晶から構成される粒子である。半導体には、単元素半導体及び化合物半導体が含まれる。
【００２７】
単元素半導体としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）を使用することができる。化合物半導体としては、ＩＩ−ＶＩ族の元素の組み合わせからなる化合物、ＩＩＩ−Ｖ族の元素の組み合わせからなる化合物、ＩＶ−ＶＩ族の元素の組み合わせからなる化合物、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族の元素の組み合せからなる化合物を化合物半導体として使用することができる。
【００２８】
半導体結晶としては、具体的にシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレンマグネシウム（ＭｇＳｅ）、テルルマグネシウム（ＭｇＴｅ）、酸化水銀（ＨｇＯ）硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒素化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモンアルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモンガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒素化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモンインジウム（ＩｎＳｂ）、窒化タリウム（ＴｌＮ）、リン化タリウム（ＴｌＰ）、砒素化タリウム（ＴｌＡｓ）、アンチモンタリウム（ＴｌＳｂ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＰｂＴｅ）、銅インジウムセレン（ＣｕＩｎＳｅ２）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）、銅インジウムガリウムセレン（ＣｕＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｓｅ２）を例示することができる。
【００２９】
これらの半導体結晶のうち、１０ｎｍ以下の粒子サイズにした際の発光スペクトルの波長の観点から、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムを用いることが好ましい。
【００３０】
半導体ナノ結晶は、粒子サイズが１０ｎｍ程度になると、量子サイズ効果が発現する。このようなナノ粒子は量子ドットと呼ばれ、主に半導体において、原子が数百個から数千個集まった１０ｎｍ程度以下の小さな結晶である。
【００３１】
電子は閉じこめられる領域が小さくなると電子の状態密度は離散化するという量子効果により禁制帯幅（バンドギャップ）が大きくなる。言い換えると、組成が同じ半導体でも粒子径が小さくなると半導体のバンドギャップが大きくなる。
【００３２】
量子ドットは、構成元素、組成が同一な材料について粒子径を１０ｎｍ以下で変化させることによりバンドギャップを制御することができる。光学特性では粒子径が小さくなれば吸収波長、発光波長とも短波長化する。すなわち、粒子径を小さくすればバンドギャップは大きくなり、吸収波長、発光波長とも短波長化する。これは、発光デバイス作製にとって、有効な制御手段となる。すなわち、粒子径を変えるだけで発光波長が連続的に異なる量子ドットを作製することが可能となる。
【００３３】
また、量子ドットの発光は半導体のバンド間遷移に基づいているため発光ピークが急峻であることも特長である。上記２つの事実から、発光波長が連続的に異なることと発光ピークが急峻であることの２つの特長を持った複数の半導体ナノ結晶を発光させることにより、可視光線の全域に渡って、自然光（太陽光）と同一の連続したスペクトルを実現できる。
【００３４】
波長が異なる急峻な発光ピークからブロードな太陽光プロファイルが実現できる状況のシミュレーション結果は以下のようになる。
【００３５】
まず、可視光領域の３００ｎｍから１１００ｎｍでの複数の発光スペクトルの和である混合発光スペクトルについて、発光スペクトルはガウス分布に従うものとし、また、各発光スペクトルの半値幅を４０ｎｍ、ピーク波長の間隔を２５ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍとした。間隔２５ｎｍの結果を図１、間隔４０ｎｍの結果を図２、間隔５０ｎｍの結果を図３に示す。
【００３６】
図１よりピーク波長間隔が発光ピークの半値幅４０ｎｍより小さい２５ｎｍでは太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルを得ることが可能である。図２よりピーク波長間隔が発光ピークの半値幅４０ｎｍと同じ４０ｎｍでは太陽光スペクトルのプロファイルとほぼ同等のプロファイルを得ることが可能である。図３よりピーク波長間隔が発光ピークの半値幅４０ｎｍより大きな５０ｎｍでは太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになることが分かる。
【００３７】
キセノンランプを用いたスペクトル合致度が等級Ａのソーラーシミュレータのスペクトルを図４に示す。図１、図２の状況は、キセノンランプの図４に比較して、太陽光のスペクトルにより合致している。
【００３８】
量子ドットである半導体ナノ結晶粒子は、原料物質の加熱や冷却等の時間に対応するいわゆる反応時間を調整することによって得ることができる。反応時間は、半導体ナノ結晶粒子の粒径との関係から適宜決定することができる。半導体ナノ結晶粒子は、その粒径によって、発光スペクトルのピーク波長が異なるので、反応時間を調整することによって、異なる光学的特性を有する複数の半導体ナノ結晶粒子を得ることができる。
【００３９】
例えば、半導体ナノ結晶がセレン化カドミウム結晶である場合は、反応時間を調整することにより、その粒径が１〜８ｎｍの範囲であるセレン化カドミウム結晶粒子を得ることができる。セレン化カドミウム結晶粒子の発光スペクトルのピーク波長は、その粒径に依存するので、セレン化カドミウム結晶粒子の粒径を変化させることにより、発光スペクトルのピーク波長が異なるセレン化カドミウム結晶粒子を得ることができる。
【００４０】
なお、上記量子ドットである半導体ナノ結晶粒子は、市販されているので、所望の粒径を有する半導体ナノ結晶粒子を購入することにより容易に入手することができる。
【００４１】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、上記半導体ナノ結晶層から構成されている。各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚は、量子ドットである半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルに影響を及ぼすものでなければ、特に制限されるものではない。しかしながら、電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤの場合は量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体に電流を流すため薄い方が望ましい。量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の厚みは５０〜１００ｎｍが望ましく、各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚を５．０〜１０．０ｎｍとすることが好ましい。量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の厚みは１００〜２００ｎｍ、好ましくは１２０〜１６０ｎｍが望ましく、各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚を１〜１０ｎｍとすることが好ましい。一方、光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤの場合は電流を流さないため特に制限されるものではない。各半導体ナノ結晶粒子層の膜厚が、上記範囲にあることにより各層から発生する発光スペクトルに影響を与えることなく、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を使用用途に応じた厚みとすることができるため好ましい。
【００４２】
各半導体ナノ結晶粒子層における半導体ナノ結晶粒子の含有量は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の発光スペクトルプロファイルが、太陽光の有するプロファイルと一致するように決定されるものである。
【００４３】
半導体ナノ結晶粒子層の形成方法は、後述する溶液に半導体ナノ結晶を混合し、この混合液からなる塗布液を塗布することにより行うことが望ましい。
【００４４】
上記塗布液の塗布方法は、特に限定されないが、例えばスピンコーターを用いる方法が挙げられる。
【００４５】
上記塗布方法により、形成された皮膜は、乾燥手段により乾燥され半導体ナノ結晶粒子層となる。
【００４６】
複数積層された半導体ナノ結晶粒子層の各層において量子サイズ効果が発揮され、各層より発生する発光スペクトルが重なり合うことにより、ブロード化された発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００４７】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、上記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、上記半導体ナノ結晶粒子を含む各層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下である。上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子としては、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムから選ばれるいずれかであることが好ましい。また、上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子としては、硫化鉛であることが好ましい。さらに、上記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛であり、上記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムであり、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの順に積層することがより好ましい。
【００４８】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ結晶粒子層を上記のように順次積層することにより、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムから発生する波長は、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの順に短波長となることから、硫化鉛の層からの発光はテルル化カドミウムの層、セレン化カドミウムの層、硫化カドミウムの層には吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。
【００４９】
同じように、テルル化カドミウムの層からの発光はセレン化カドミウムの層、硫化カドミウムの層には吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。さらには、セレン化カドミウムの層からの発光は硫化カドミウムの層には吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。また、同じ化合物の層においては粒径の小さい半導体ナノ結晶から発生する短波長の発光が粒径の大きい半導体ナノ結晶に吸収されないため、発光効率が低下することが防止される。
【００５０】
つまり、本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体においては、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ結晶粒子層とその積層順を緻密に制御し、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の発光効率が低下することを防止し、さらには発熱量を小さくしているものである。
【００５１】
さらに、本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する各層間において、上記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下となって積層されていることを特徴としている。
【００５２】
隣接する各半導体ナノ結晶粒子層間において、これらの発光スペクトルピーク波長の差を各半導体ナノ結晶粒子層の発光ピークの半値幅以下となるように調整することによって、各半導体ナノ結晶粒子層が発生する発光スペクトルのピークが近づき、重なり合うことになる。このように本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体においては、隣接する各半導体ナノ結晶粒子層間の発光スペクトルのピーク波長とその半値幅を制御することにより、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体が発生する発光スペクトルを滑らかにブロード化することができる。その結果、本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、太陽光が発生する発光スペクトルにほぼ一致した発光スペクトルプロファイルを発生することができる。
【００５３】
一方、隣接する各半導体ナノ結晶粒子層間において、これらの発光スペクトルのピーク波長の差を各半導体ナノ結晶粒子層の発光スペクトルのピークの半値幅を超えるように調整した場合には、各半導体ナノ結晶粒子層が発生する発光スペクトルのピークが近づくことができず、隣接する各半導体ナノ結晶粒子層から発生される発光スペクトルは十分な重なりにはならない。このため、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体が発生する発光スペクトルは、ブロード化することができない。
【００５４】
このように本発明の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体においては、各層より発生する波長が合成されることにより、可視光線の全域に亘ってブロード化され、太陽光が有するプロファイルに一致した発光スペクトルプロファイルを形成することができる。
【００５５】
例えば、硫化カドミウム結晶粒子を使用し、その粒径がおよそ１．０〜６．０ｎｍの範囲にあり、このなかで特定の粒径を有する硫化カドミウム結晶粒子の粒径を変えて複数作製し、これらの粒径の異なる硫化カドミウム結晶粒子を含有する層を順次積層することにより、３２５〜４２５ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。この硫化カドミウム結晶粒子層においては、隣接する各層における発光ピーク波長の間隔を２５ｎｍに設定し、かつ各硫化カドミウム結晶の発光ピーク波長の半値幅が４０ｎｍとなるように設定している。発光スペクトルピーク波長の間隔を発光ピーク波長の半値幅より小さくなるように設定することにより、各硫化カドミウム結晶粒子層から発光される発光スペクトルが重なりあって、滑らかにブロード化した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５６】
また、セレン化カドミウム結晶粒子を使用し、その粒径がおよそ１．０〜８．０ｎｍの範囲にあり、このなかで特定の粒径を有するセレン化カドミウム結晶粒子の粒径を変えて複数作製し、これらの粒径の異なるセレン化カドミウム結晶粒子を含有する層を順次積層することにより、４５０〜６５０ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。このセレン化カドミウム結晶粒子層においては、隣接する各層における発光ピーク波長の間隔を２５ｎｍに設定し、かつ各セレン化カドミウム結晶の発光ピーク波長の半値幅が４０ｎｍとなるように設定している。発光ピーク波長の間隔を発光ピーク波長の半値幅より小さくなるように設定することにより、各セレン化カドミウム結晶粒子層から発光される発光スペクトルが重なりあって、滑らかにブロード化した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５７】
さらに、テルル化カドミウム結晶粒子を使用し、その粒径がおよそ３．０〜９．０ｎｍの範囲にあり、このなかで特定の粒径を有するテルル化カドミウム結晶粒子の粒径を変えて複数作製し、これらの粒径の異なるテルル化カドミウム結晶粒子を含有する層を順次積層することにより、６７５〜７５０ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。このテルル化カドミウム結晶粒子層においては、隣接する各層における発光ピーク波長の間隔を２５ｎｍに設定し、かつ各テルル化カドミウム結晶の発光ピーク波長の半値幅が４０ｎｍとなるように設定している。発光ピーク波長の間隔を発光ピーク波長の半値幅より小さくなるように設定することにより、各テルル化カドミウム結晶粒子層から発光される発光スペクトルが重なりあって、滑らかにブロード化した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５８】
同様にして、半導体ナノ結晶粒子層に硫化鉛結晶を使用した場合には、８００〜１１００ｎｍの発光スペクトルを有する半導体ナノ結晶粒子層を得ることができる。そして、上記の各半導体ナノ結晶粒子層を積層することによって、３００〜１１００ｎｍの広範囲に亘って滑らかにブロード化しており、太陽光が有するプロファイルにほぼ一致した発光スペクトルプロファイルを得ることができる。
【００５９】
＜量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体＞
本発明に係る量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体について、図面を参照しながら、具体的に説明する。図５は、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の実施形態を具体的に示した断面図である。図５に示すように、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、半導体ナノ結晶化合物の種類ごとに複数積層されており、これらの化合物は、具体的に硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムのうち少なくとも２種類であり、その積層順は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの前後関係を維持している。また、同じ化合物の層内では、ＬＥＤの光出力方向に向かって半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されている。
【００６０】
＜量子ドット太陽光ＬＥＤ＞
本発明に係る量子ドット太陽光ＬＥＤは、上記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えたことを特徴としている。太陽光ＬＥＤには、電流注入型と光励起型のタイプがある。以下に説明する。
【００６１】
（電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤ）
電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤ２の構成について図６を用いて説明する。透明導電膜２８を有する基板２９の上に、正孔注入層２７、正孔輸送層２６、量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体２５、正孔阻止層２４、電子輸送層２３、電子注入層２２、電極２１を積層した構造になっている。
【００６２】
透明導電膜はＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ２Ｏ３）、ＳｎＯ２、ＡＺＯ（ＡｌＺｎＯ）、ＧＺＯ(ＧａＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎＺｎＯ）のいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法はスパッタ法や塗布法でよい。
【００６３】
基板２９は、透明であればガラス基板、樹脂基板でよい。正孔注入層２７は、ポリアニリン、ポリピロール、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。正孔輸送層２６は、ＴＰＤ、トリフェニル四重体、α−ＮＰＤ、ＴＡＣＰのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。
【００６４】
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体２５を構成する半導体ナノ結晶層は、化合物の種類ごとに複数積層されており、これらの化合物は、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムのうち少なくとも２種類であり、その積層順は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの前後関係を維持している。また、同じ化合物の層内では、半導体ナノ結晶を粒子径の大きなものから小さなものに光出力方向に順次積層すればよい。各半導体ナノ結晶群はｐｏｌｙｉｓｏｂｕｔｙｌｅｎｅ、１，７−ｄｉａｍｉｎｏｈｅｐｔａｎｅ、カルバゾール等の架橋分子の混合液であればよい。作製方法はスピンコーターによる塗布が望ましい。
【００６５】
各半導体ナノ結晶の発光ピークの半値幅が１０ｎｍから２００ｎｍの間で望ましくは２０ｎｍから１００ｎｍであればよい。各半導体ナノ結晶の発光ピークの波長差が５ｎｍから２００ｎｍの間で望ましくは１０ｎｍから１００ｎｍであればよい。正孔阻止層２４は、ＴＡＺ、バンクプロイン（ＢＣＰ）、Ｂｐｈｅｎ、ＰＣＢＩのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。
【００６６】
電子輸送層２３は、トリアゾール誘導体、シロール誘導体、オキサゾール誘導体（ＰＢＯ）、オキサゾール誘導体（ＯＸＯ−７）、ボロン誘導体、Ａｌｑ３のいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。
【００６７】
電子注入層２２はＡｌｑ３でよい。作製方法は真空蒸着法、スピンコーター等による塗布法が望ましい。電極２１は、仕事関数の小さなＣｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、それらの合金であるＡｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ａｇのいずれか一種類もしくはそれらの組み合わせでよい。作製方法はスパッタ法、蒸着法、塗布法等でよい。
【００６８】
上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤの透明導電膜側に＋、電極側に−の電圧を印加して、電流を流すことにより半導体ナノ結晶層に電子輸送層側から電子が注入され、正孔輸送層側から正孔が注入される。
【００６９】
半導体ナノ結晶層に注入された電子と正孔は架橋分子を経由して拡散し、半導体ナノ結晶中で電子と正孔が再結合して半導体ナノ結晶のバンドギャップエネルギーに相当する波長の発光が起こる。
【００７０】
（光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤ）
光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤ３の構成について図７を用いて説明する。短波長発光デバイスチップ３３を搭載したリフレクター３４の中でＩｎ添加ＧａＮ発光デバイスチップ３３を包含して樹脂層３２があり、樹脂層３２の上に半導体ナノ結晶を粒子径の大きなものから小さなものに光出力方向に順次積層した量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体３１を積層した構造になっている。
【００７１】
短波長発光デバイスチップ３３は２００ｎｍから５００ｎｍの間に発光ピークを持つＺｎＯ、ＡｌＮ、Ａｌ添加ＧａＮ、ＧａＮ、Ｉｎ添加ＧａＮでよい。リフレクター３４は可視光の反射率が大きく、耐環境性に優れたものであればよい。樹脂３２は絶縁性で光劣化に強く、可視光領域の透過率が高く、熱安定性がよいエポキシ樹脂、シリコーン樹脂でよい。
【００７２】
量子ドット太陽光ＬＥＤ積層体３１を構成する半導体ナノ結晶層は、化合物の種類ごとに複数積層されており、これらの化合物は、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムのうち少なくとも２種類であり、その積層順は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウムの順に積層されている。また、同じ化合物の層内では、半導体ナノ結晶を粒子径の大きなものから小さなものに光出力方向に順次積層すればよい。各半導体ナノ結晶群はシリコーン樹脂との混合体であればよい。作製方法はスピンコーターによる塗布が望ましい。
【００７３】
上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤの短波長ＬＥＤチップに電圧を印加して、電流を流すことにより短波長ＬＥＤチップが発光し、短波長光の一部は樹脂層、半導体ナノ結晶粒子層を通過して量子ドット太陽光ＬＥＤ外に放出される。
【００７４】
残りの短波長光の多くは半導体ナノ結晶粒子層内の半導体ナノ結晶粒子に吸収される。短波長光を吸収した半導体ナノ結晶粒子中では電子と正孔が光励起され再び再結合して半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップエネルギーに相当する波長の発光が起こる。
【００７５】
＜ソーラーシミュレータ＞
本発明のソーラーシミュレータは、上記量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたことを特徴とするものである。電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたソーラーシミュレータは、電流注入型ソーラーシミュレータとなり、光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたソーラーシミュレータは、光励起型ソーラーシミュレータとなる。図７にソーラーシミュレータの概略図を示した。
【００７６】
図８に示すように、ソーラーシミュレータ４は、量子ドット太陽光ＬＥＤを二次元に配置した量子ドット太陽光ＬＥＤアレイ４１の前面に拡散板４２が配置され、量子ドット太陽光ＬＥＤアレイ４１に対向して試料台４３が配置されて構成されている。試料台４３の上に試料４４を置く構造を採用している。
【００７７】
従来のソーラーシミュレータには発光効率が非常に悪いハロゲンランプやキセノンランプが使用されているため、投入されたエネルギーの大部分が熱エネルギーとなって放出されるため、冷却が必要になるが、本発明のソーラーシミュレータはＬＥＤを使用しているため発熱量が小さく電力使用量も少ない。さらに、従来のソーラーシミュレータには必要な、光源からの光をレンズによる集光や平行光線化するための光学系が不要なため装置が非常にコンパクトになる。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００７９】
＜実施例１＞
［電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの製造］
（ＣｄＳナノ結晶の合成）
Ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｎｅ−ｏｘｉｄｅ（ＴＯＰＯ）とＨｅｘａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ（ＨＤＡ）を混合した配位溶媒をフラスコ中で３００℃に加熱した後、ＣｄＳナノ結晶の原料であるＤｉｍｅｔｈｙｌ−ＣａｄｍｉｕｍとＴｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｉｙ Ｓｕｌｆｉｄｅの混合希釈溶液を注射器で素早く注入し、一度２００℃に冷却後、２４０℃に保持した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＣｄＳ１、合成液ＣｄＳ２のように名称を付け計５個の液を得た。これらの計５個の合成液のうち合成液ＣｄＳ１はＣｄＳの粒子径がおよそ１．７ｎｍであり、合成液ＣｄＳ５はおよそ４．５ｎｍとなっている。
【００８０】
（ＣｄＳｅナノ結晶の合成）
Ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｎｅ−ｏｘｉｄｅ（ＴＯＰＯ）とＨｅｘａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ（ＨＤＡ）を混合した配位溶媒をフラスコ中で３００℃に加熱した後、ＣｄＳｅナノ結晶の原料であるＤｉｍｅｔｈｙｌ−ＣａｄｍｉｕｍとＴｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ−Ｓｅｌｅｎｉｄｅの混合希釈溶液を注射器で素早く注入し、一度２００℃に冷却後、２４０℃に保持した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＣｄＳｅ１、合成液ＣｄＳｅ２のように名称を付け計９個の液を得た。これらの計９個の合成液のうち合成液ＣｄＳｅ１はＣｄＳｅの粒子径がおよそ１．８ｎｍであり、合成液の付番が上がるにつれて粒子径が大きくなり、合成液９はおよそ７．０ｎｍとなっている。
【００８１】
（ＣｄＴｅナノ結晶の合成）
Ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｎｅ−ｏｘｉｄｅ（ＴＯＰＯ）とＨｅｘａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ（ＨＤＡ）を混合した配位溶媒をフラスコ中で３００℃に加熱した後、ＣｄＴｅナノ結晶の原料であるＤｉｍｅｔｈｙｌ−ＣａｄｍｉｕｍとＴｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ−Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅの混合希釈溶液を注射器で素早く注入し、一度２００℃に冷却後、２４０℃に保持した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＣｄＴｅ１、合成液ＣｄＴｅ２のように名称を付け計４個の液を得た。これらの計４個の合成液のうち合成液ＣｄＴｅ１はＣｄＴｅの粒子径がおよそ５．０ｎｍであり、合成液の付番が上がるにつれて粒子径が大きくなり、合成液ＣｄＴｅ４はおよそ９．０ｎｍとなっている。
【００８２】
（ＰｂＳナノ結晶の合成）
酢酸鉛（ＰｂＡｃ）をオレイン酸（ＯＡ）と１−ｏｃｔａｄｅｃｅｎｅ（ＯＤＥ）を混合した配位溶媒を含むフラスコ中で１００℃に加熱した後、１５０℃に昇温してＴｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｉｙ Ｓｕｌｆｉｄｅと１−ｏｃｔａｄｅｃｅｎｅ（ＯＤＥ）の混合希釈溶液を注射器で素早く注入した。保持時間を変えて取り出し、保持時間の短い方から、順次合成液ＰｂＳ１、合成液ＰｂＳ２のように名称を付け計４個の液を得た。これらの計４個の合成液のうち合成液ＰｂＳ１はＰｂＳの粒子径がおよそ２．０ｎｍであり、合成液の付番が上がるにつれて粒子径が大きくなり、合成液ＰｂＳ４はおよそ３．２ｎｍとなっている。
【００８３】
（ナノ結晶の精製）
ＣｄＳ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＣｄＳ１に、脱水メタノールを加えて遠心分離後、上澄み液を除去し、沈殿成分にトルエンを加えて遠心分離後、上澄み成分を精製液ＣｄＳ１とした。合成液ＣｄＳ２〜合成液ＣｄＳ５についても同じ操作を行い、精製液ＣｄＳ２〜精製液ＣｄＳ５を得た。
【００８４】
ＣｄＳｅ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＣｄＳｅ１〜合成液ＣｄＳｅ９についても同じ操作を行い、精製液ＣｄＳｅ１〜精製液ＣｄＳｅ９を得た。ＣｄＴｅ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＣｄＴｅ１〜合成液ＣｄＴｅ４についても同じ操作を行い、精製液ＣｄＴｅ１〜精製液ＣｄＴｅ４を得た。ＰｂＳ／ＴＯＰＯ系分散液の合成液ＰｂＳ１〜合成液ＰｂＳ４についても同じ操作を行い、精製液ＰｂＳ１〜精製液ＰｂＳ４を得た。
【００８５】
なお、本実施例で製造されるＣｄＳ半導体ナノ結晶トルエン分散液、ＣｄＳｅ半導体ナノ結晶トルエン分散液、ＰｂＳ半導体ナノ結晶トルエン分散液はエヴィデントテクノロジー社（米国）、ＮＮ−ラボズ社（米国）、ＮＡＮＯＣＯ社（英国）より購入することができる。このようにして作製した精製液を表１に例示する。
【００８６】
【表１】
【００８７】
（電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤの作製）
ＩＴＯ透明導電膜を有するガラス基板の上に、正孔注入層であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコーターで塗布し、加熱乾燥した。つぎに、正孔輸送層であるＴＰＤを真空蒸着法で作製した。
【００８８】
半導体ナノ結晶層は、光取り出し方向がＩＴＯ透明導電膜方向であるため、次のように作製した。精製液ＣｄＳ１〜精製液ＣｄＳ５、精製液ＣｄＳｅ１〜精製液ＣｄＳｅ９、精製液ＣｄＴｅ１〜精製液ＣｄＴｅ４、精製液ＰｂＳ１〜精製液ＰｂＳ４のそれぞれの精製液について１，７−ｄｉａｍｉｎｏｈｅｐｔａｎｅの架橋分子の混合液を作製した。この混合液は精製液と同じ付番とした。すなわち精製液ＣｄＳ１から混合液ＣｄＳ１のような対応となっている。
【００８９】
続いて、正孔輸送層の上に混合液ＣｄＳ１〜混合液ＣｄＳ５の塗布を行った。まず、正孔輸送層の上に混合液ＣｄＳ１をスピンコーターで塗布し、加熱乾燥後、混合液ＣｄＳ２をＣｄＳ１塗布・乾燥膜上にスピンコーターで塗布し、順次付番の大きい混合液をスピンコーターで塗布した。
【００９０】
次に、混合液ＣｄＳｅ１〜混合液ＣｄＳｅ９の塗布を行った。まず、塗布済みのＣｄＳ５塗布・乾燥膜上にスピンコーターで混合液ＣｄＳｅ１を塗布・乾燥した。次ぎにＣｄＳｅ１塗布・乾燥膜上に混合液ＣｄＳｅ２を塗布・乾燥した。このように順次付番の大きい混合液をスピンコーターで塗布した。
【００９１】
次に、混合液ＣｄＴｅ１〜混合液ＣｄＴｅ４の塗布を行った。まず、塗布済みのＣｄＳｅ９塗布・乾燥膜上にスピンコーターで混合液ＣｄＴｅ１を塗布・乾燥した。次ぎにＣｄＴｅ１塗布・乾燥膜の上に混合液ＣｄＴｅ２を塗布・乾燥した。このように順次付番の大きい混合液をスピンコーターで塗布した。
【００９２】
次に、混合液ＰｂＳ１〜混合液ＰｂＳ４の塗布を行った。まず、塗布済みのＣｄＴｅ４塗布・乾燥膜上にスピンコーターで混合液ＰｂＳ１を塗布・乾燥した。次ぎにＰｂＳ１塗布・乾燥膜上に混合液ＰｂＳ２を塗布・乾燥した。最後にＰｂＳ３塗布・乾燥膜上に混合液ＰｂＳ４をスピンコーターで塗布・乾燥した。
【００９３】
各混合液における発光ピーク波長は以下のような対応となっており、各波長の間隔は２５ｎｍである。混合液ＣｄＳ１〜混合液ＣｄＳ５については、付番が上がるに従って３２５ｎｍ、３５０ｎｍ、３７５ｎｍ、４００ｎｍ、４２５ｎｍ、となっている。
【００９４】
混合液ＣｄＳｅ１〜混合液ＣｄＳｅ９については、付番が上がるに従って４５０ｎｍ、４７５ｎｍ、５００ｎｍ、５２５ｎｍ、５５０ｎｍ、５７５ｎｍ、６００ｎｍ、６２５ｎｍ、６５０ｎｍとなっている。
【００９５】
混合液ＣｄＴｅ１〜混合液ＣｄＴｅ４については、付番が上がるに従って６７５ｎｍ、７００ｎｍ、７２５ｎｍ、７５０ｎｍとなっている。
【００９６】
混合液ＰｂＳ１〜混合液ＰｂＳ４については、付番が上がるに従って８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、１１００ｎｍとなっている。
【００９７】
また、各発光ピークの半値幅が４０ｎｍになるように遠心分離操作を行った。ＰｂＳの発光ピークの半値幅は１５０ｎｍになるように遠心分離操作を行った。正孔阻止層と電子輸送層は、トリアゾール誘導体であるＴＡＺを真空蒸着法で作製した。つぎに、電子注入層であるＡｌｑ３を真空蒸着法で作製した。
【００９８】
最後に、Ｍｇ：Ａｇ／Ａｇ電極を真空蒸着法で作製した。上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤの透明導電膜側に＋、電極側に−の電圧を印加して、電流を流すことによりＩＴＯ透明導電膜方向に発光させた。発光スペクトルは分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）でスペクトルのプロファイルを確認した。ＣｄＳ、ＳｄＳｅ、ＣｄＴｅの発光スペクトルの半値幅を４０ｎｍ、ピーク波長の間隔を２５ｎｍ、ＰｂＳの発光スペクトルの半値幅を１５０ｎｍ、ピーク波長の間隔を１００ｎｍとした場合、太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルが得られた。
【００９９】
（ソーラーシミュレータの作製）
量子ドット太陽光ＬＥＤを２次元面に配置して２次元ＬＥＤアレイを作製した。次に２次元ＬＥＤアレイを照射面に対向して設置した。市販のソーラーシミュレータ（高さ１１０ｃｍ、幅４０ｃｍ、奥行き４５ｃｍ）に比べてコンパクト（高さ２０ｃｍ、幅２０ｃｍ、奥行き２０ｃｍ）で、発熱が少ないため冷却装置は不要であった。
ソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルを得ることができた。
【０１００】
＜実施例２＞
［光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータ］
（量子ドット太陽光ＬＥＤの作製）
リフレクターの中に発光ピーク波長が３６５ｎｍのＩｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップを接着させた後、リフレクター内の電極とＩｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップの電極をワイヤーボンディングで接続した。
【０１０１】
つぎに、シリコーン樹脂をリフレクター内でＩｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップを包含する程度に注入する。また、樹脂面をできるだけ平坦にしておいた。
【０１０２】
実施例１で作製した精製液ＣｄＳ４〜ＣｄＳ５、精製液ＣｄＳｅ１〜ＣｄＳｅ９、精製液ＣｄＴｅ１〜精製液ＣｄＴｅ４、精製液ＰｂＳ１〜精製液ＰｂＳ４のそれぞれについて、シリコーン樹脂との混合液を作製した。この混合液は精製液と同じ付番とした。すなわち精製液ＣｄＳ１から混合液ＣｄＳ１のような対応となっている。
【０１０３】
続いて、Ｉｎ添加ＧａＮ発光ダイオードチップを包含したシリコーン樹脂の上に、実施例１と逆の順番に混合液をスピンコートして塗布し、加熱乾燥した。このようにして形成した各層における発光ピーク波長、各波長の間隔、各発光ピークの半値幅は実施例１と同じである。
【０１０４】
上記構成で作製した量子ドット太陽光ＬＥＤに電圧を印加して、電流を流すことにより発光させた。発光スペクトルは分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）でスペクトルのプロファイルを確認した。ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅの発光スペクトルの半値幅を４０ｎｍ、ピーク波長の間隔を２５ｎｍ、ＰｂＳの発光スペクトルの半値幅を１５０ｎｍ、ピーク波長の間隔を１００ｎｍとした場合、太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルが得られた。
【０１０５】
（ソーラーシミュレータの作製）
量子ドット太陽光ＬＥＤを２次元面に配置して２次元ＬＥＤアレイを作製した。次に２次元ＬＥＤアレイを照射面に対向して設置した。実施例１と同様に市販のソーラーシミュレータに比べて発熱量が小さくコンパクトであった。
【０１０６】
ソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルと同等のプロファイルを得ることができた。
【０１０７】
＜比較例１＞
実施例１で作製した２２個の混合液をすべて混合し、この混合液をスピンコーターで正孔輸送層の上に塗布した以外は、実施例１と同じ操作で電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例１に比較し強度がおよそ２０％低下した。
【０１０８】
＜比較例２＞
実施例２で作製したＣｄＳ１〜３を除く１９個の混合液をすべて混合し、この混合液をスピンコーターで塗布した以外は、実施例２と同じ操作で光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例２に比較し強度がおよそ２０％低下した。
【０１０９】
＜比較例３＞
実施例１で作製した２２個の混合液の塗布の順番を逆にして、スピンコーターで塗布した以外は、実施例１と同じ操作で電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例に比較し強度がおよそ４０％低下した。
【０１１０】
＜比較例４＞
実施例２で作製したＣｄＳ１〜３を除く２０個の混合液の塗布の順番を逆にして、スピンコーターで塗布した以外は、実施例２と同じ操作で光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。作製した光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの発光スペクトルを分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）で測定した結果、実施例２に比較し強度がおよそ４０％低下した。
【０１１１】
＜比較例５＞
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ粒子樹脂層に含まれる硫化鉛の発光スペクトルのピーク波長の間隔を２００ｎｍ、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウム結晶の発光スペクトルのピーク波長の間隔を５０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。
【０１１２】
電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルに対して±２０％の周期的変動があり、太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになった。
【０１１３】
＜比較例６＞
量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を構成する各半導体ナノ粒子樹脂層に含まれる硫化鉛の発光スペクトルのピーク波長の間隔を２００ｎｍ、テルル化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウム結晶の発光スペクトルのピーク波長の間隔を５０ｎｍとした以外は、実施例２と同様にして光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータを作製した。
【０１１４】
光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤを用いたソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、ソーラーシミュレータのプロファイルは太陽光スペクトルのプロファイルに対して±２０％の周期的変動があり、太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになった。
【０１１５】
＜比較例７＞
市販のソーラーシミュレータ（セリック製）の特性を評価した。ソーラーシミュレータの照射面に分光放射計（相馬光学製 太陽分光放射計Ｓ−２４４０）をおいてスペクトルを観察しながら電流を調整して３００ｎｍ〜１１００ｎｍの標準太陽光強度である７５ｍＷ／ｃｍ２にあわせた。そのとき、８００ｎｍより長波長領域でキセノンランプによる鋭い輝線スペクトルがみられ、太陽光スペクトルのプロファイルを大まかに反映しているが、異なるプロファイルになった。
【符号の説明】
【０１１６】
２ 電流注入型量子ドット太陽光ＬＥＤ
２１ 電極
２２ 電子注入層
２３ 電子輸送層
２４ 正孔阻止層
２５ 量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体
２６ 正孔輸送層
２７ 正孔注入層
２８ 透明導電膜
２９ 基板
３ 光励起型量子ドット太陽光ＬＥＤ
３１ 量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体
３２ 樹脂層
３３ 短波長発光デバイスチップ
３４ リフレクター
４ ソーラーシミュレータ
４１ 量子ドット太陽光ＬＥＤアレイ
４２ 拡散板
４３ 試料台
４４ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、
前記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、
前記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、
前記半導体ナノ結晶粒子を含む各層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、
前記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、
前記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下であることを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項２】
前記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）から選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項３】
前記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であることを特徴とする請求項１又は２記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項４】
前記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であり、前記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）であり、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛（ＰｂＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の順に積層することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項５】
前記発光スペクトルのピーク波長の差が１０〜２００ｎｍであり、
前記発光スペクトルのピーク波長の半値幅が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えたことを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【請求項７】
前記量子ドット太陽光ＬＥＤは、電流注入型であることを特徴とする請求項６記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【請求項８】
前記量子ドット太陽光ＬＥＤは、光励起型であることを特徴とする請求項６記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【請求項９】
請求項６〜８いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたことを特徴とするソーラーシミュレータ。
【請求項１】
半導体ナノ結晶粒子を含む層を複数備えた量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体であって、
前記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体は、ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子及びＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子から選ばれる半導体ナノ結晶粒子の種類ごとに形成される半導体ナノ結晶粒子を含む各層から構成され、
前記半導体ナノ結晶粒子を含む層は、ＬＥＤの光出力方向に向かって、当該層に含まれる半導体ナノ結晶粒子のバンドギャップが小さいものから大きいものとなるように順次積層されており、
前記半導体ナノ結晶粒子を含む各層の中では、粒径の異なる半導体ナノ結晶粒子がＬＥＤの光出力方向に向かって、当該半導体ナノ結晶粒子の粒径が大きいものを含む層から小さいものを含む層となるように順次積層されており、
前記量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体の隣接する半導体ナノ結晶粒子を含む層間において、
前記半導体ナノ結晶粒子に起因する発光スペクトルのピーク波長の差が各半導体ナノ結晶粒子を含む層に含まれる半導体ナノ結晶粒子の発光スペクトルのピークの半値幅以下であることを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項２】
前記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）から選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項３】
前記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であることを特徴とする請求項１又は２記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項４】
前記ＩＶ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子が硫化鉛（ＰｂＳ）であり、前記ＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ結晶粒子がテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）であり、ＬＥＤの光出力方向に向かって、硫化鉛（ＰｂＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の順に積層することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項５】
前記発光スペクトルのピーク波長の差が１０〜２００ｎｍであり、
前記発光スペクトルのピーク波長の半値幅が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ用積層体を備えたことを特徴とする量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【請求項７】
前記量子ドット太陽光ＬＥＤは、電流注入型であることを特徴とする請求項６記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【請求項８】
前記量子ドット太陽光ＬＥＤは、光励起型であることを特徴とする請求項６記載の量子ドット太陽光ＬＥＤ。
【請求項９】
請求項６〜８いずれか記載の量子ドット太陽光ＬＥＤを備えたことを特徴とするソーラーシミュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０４６０９（Ｐ２０１２−２０４６０９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７８５８（Ｐ２０１１−６７８５８）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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