JPH05259486A - 光電材料 - Google Patents
光電材料Info
- Publication number
- JPH05259486A JPH05259486A JP4108120A JP10812092A JPH05259486A JP H05259486 A JPH05259486 A JP H05259486A JP 4108120 A JP4108120 A JP 4108120A JP 10812092 A JP10812092 A JP 10812092A JP H05259486 A JPH05259486 A JP H05259486A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- phthalocyanine
- titanium oxide
- photoelectric material
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 有機半導体であるフタロシアニン類を用いて
光伝導度を改善するとともに機械的強度を向上した光電
材料を提供する。 【構成】フタロシアニン薄膜3と酸化チタン薄膜4とを
それぞれの厚み10〜1000Åで交互に積層した光電
材料である。
光伝導度を改善するとともに機械的強度を向上した光電
材料を提供する。 【構成】フタロシアニン薄膜3と酸化チタン薄膜4とを
それぞれの厚み10〜1000Åで交互に積層した光電
材料である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光電材料に関し、光セ
ンサ、感光体、光学フィルタ、調光材料に利用される。
ンサ、感光体、光学フィルタ、調光材料に利用される。
【0002】
【従来の技術】Si,Ge,GaAs等のいわゆる無機
半導体材料は、例えばメモリ材料、半導体レーザの材料
として広く利用されており、一方、有機物質からなる有
機半導体材料も、例えば感光体、色素体等に利用されて
いる。そして、この種の有機半導体材料は、芳香族化合
物、分子化合物等とその種類は豊富であり、しかも化合
物特有の光電効果を示すので、無機半導体材料と同じく
光電材料としての用途が考えられる。特に、有機半導体
材料であるフタロシアニン類の光電材料としての応用が
試みられている(例えば、J.Simon and
J.J.Andre,Molecular Semic
onductors,Springer−Verla
g,1985参照)。
半導体材料は、例えばメモリ材料、半導体レーザの材料
として広く利用されており、一方、有機物質からなる有
機半導体材料も、例えば感光体、色素体等に利用されて
いる。そして、この種の有機半導体材料は、芳香族化合
物、分子化合物等とその種類は豊富であり、しかも化合
物特有の光電効果を示すので、無機半導体材料と同じく
光電材料としての用途が考えられる。特に、有機半導体
材料であるフタロシアニン類の光電材料としての応用が
試みられている(例えば、J.Simon and
J.J.Andre,Molecular Semic
onductors,Springer−Verla
g,1985参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、フタロシア
ニン類は、可視光に対して感応するバンドギャップを有
しているが、光伝導度が比較的低いために、例えば太陽
電池に利用してもその変換効率は低く、実用的ではな
い。また、フタロシアニン類を電子写真感光体に応用す
る場合にも、光伝導度を高めて電荷輸送効率を向上させ
ることが重要な課題になっている。
ニン類は、可視光に対して感応するバンドギャップを有
しているが、光伝導度が比較的低いために、例えば太陽
電池に利用してもその変換効率は低く、実用的ではな
い。また、フタロシアニン類を電子写真感光体に応用す
る場合にも、光伝導度を高めて電荷輸送効率を向上させ
ることが重要な課題になっている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の光電材料は、フタロシアニン薄膜と酸化チタン薄膜
とがそれぞれの厚み10〜1000Åで交互に積層され
たものである。
載の光電材料は、フタロシアニン薄膜と酸化チタン薄膜
とがそれぞれの厚み10〜1000Åで交互に積層され
たものである。
【0005】本発明に係る請求項2記載の光電材料は、
フタロシアニン薄膜と酸化チタン薄膜のそれぞれの厚み
が50〜600Åで交互に積層されたものである。
フタロシアニン薄膜と酸化チタン薄膜のそれぞれの厚み
が50〜600Åで交互に積層されたものである。
【0006】
【作用】半導体の性質を有するフタロシアニン薄膜と酸
化チタン薄膜とが所定厚みの範囲で交互に積層されてい
るので、例えば光励起によりフタロシアニン薄膜層に発
生した電子・正孔対のうちの電子のみが有効に電子親和
力の大きな酸化チタン層へ移動し、正孔がフタロシアニ
ン層内に留まる。この電荷分離により、電子・正孔の再
結合を抑制できるとともに電子の移動度の大きな酸化チ
タン層で電子を輸送するので、光電材料としての光伝導
度が向上する。また、フタロシアニン薄膜と酸化チタン
薄膜が交互に積層されているので、機械的強度の弱いフ
タロシアニン薄膜の欠点を酸化チタン薄膜層が補うこと
ができるので、耐久性が向上する。
化チタン薄膜とが所定厚みの範囲で交互に積層されてい
るので、例えば光励起によりフタロシアニン薄膜層に発
生した電子・正孔対のうちの電子のみが有効に電子親和
力の大きな酸化チタン層へ移動し、正孔がフタロシアニ
ン層内に留まる。この電荷分離により、電子・正孔の再
結合を抑制できるとともに電子の移動度の大きな酸化チ
タン層で電子を輸送するので、光電材料としての光伝導
度が向上する。また、フタロシアニン薄膜と酸化チタン
薄膜が交互に積層されているので、機械的強度の弱いフ
タロシアニン薄膜の欠点を酸化チタン薄膜層が補うこと
ができるので、耐久性が向上する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図1は本発明に係る光電材料を示してい
る。光電材料1は、例えばガラス等からなる基板2上に
半導体の性質を有するフタロシアニン薄膜3と、同じく
半導体の性質を有する酸化チタン薄膜4が交互に積層さ
れたものである。図面では、フタロシアニン薄膜3と酸
化チタン薄膜4とが交互に3段に積層したものを示して
いる。酸化チタン薄膜4のバンドギャップ(Eg1)は
約3.2eV、フタロシアニン薄膜3のバンドギャップ
(Eg0)は約2.0eVである。従って、酸化チタン
薄膜4は可視光の感度はないが、フタロシアニン薄膜3
は可視光に対し感度がある半導体材料である。
して説明する。図1は本発明に係る光電材料を示してい
る。光電材料1は、例えばガラス等からなる基板2上に
半導体の性質を有するフタロシアニン薄膜3と、同じく
半導体の性質を有する酸化チタン薄膜4が交互に積層さ
れたものである。図面では、フタロシアニン薄膜3と酸
化チタン薄膜4とが交互に3段に積層したものを示して
いる。酸化チタン薄膜4のバンドギャップ(Eg1)は
約3.2eV、フタロシアニン薄膜3のバンドギャップ
(Eg0)は約2.0eVである。従って、酸化チタン
薄膜4は可視光の感度はないが、フタロシアニン薄膜3
は可視光に対し感度がある半導体材料である。
【0008】なお、フタロシアニン薄膜3の材料は、金
属フタロシアニンMPcと、金属を含まないフタロシア
ニンPcH2とがあるがいずれを用いてもよい。金属フ
タロシアニンとしては、例えばPcZn,PcCu,P
cNi,PcCo,PcFe,PcMn等が用いられ
る。
属フタロシアニンMPcと、金属を含まないフタロシア
ニンPcH2とがあるがいずれを用いてもよい。金属フ
タロシアニンとしては、例えばPcZn,PcCu,P
cNi,PcCo,PcFe,PcMn等が用いられ
る。
【0009】また、フタロシアニン薄膜3と酸化チタン
薄膜4の厚みは、10〜1000Åの範囲になされ、好
ましくは50Å〜600Åになされる。この厚みの限定
は、光電材料1において光励起により発生された電子・
正孔対のキャリアを光伝導度の向上に有効に寄与させる
とともに、光電材料1の機械的強度を向上させるためで
ある。特に、フタロシアニン薄膜3の厚みが厚くなりす
ぎると、電荷分離が有効に作用しなかったり、機械的強
度が十分でなくなるからである。
薄膜4の厚みは、10〜1000Åの範囲になされ、好
ましくは50Å〜600Åになされる。この厚みの限定
は、光電材料1において光励起により発生された電子・
正孔対のキャリアを光伝導度の向上に有効に寄与させる
とともに、光電材料1の機械的強度を向上させるためで
ある。特に、フタロシアニン薄膜3の厚みが厚くなりす
ぎると、電荷分離が有効に作用しなかったり、機械的強
度が十分でなくなるからである。
【0010】しかして、例えば光励起によりフタロシア
ニン薄膜3層に電子・正孔対のキャリアを発生させる
と、酸化チタン薄膜4層の大きな電子親和力の作用によ
り、電子は酸化チタン4側に移動する。このとき、正孔
は高いポテンシャルのために、フタロシアニン薄膜3層
に留まることになる。このようにして、電子と正孔とが
空間分離されるので、電子、正孔の再結合を抑制でき、
キャリアの寿命を長くすることができる。このとき、酸
化チタン薄膜4の材料として、移動度の大きな材料を選
ぶと、光電材料1の面内における光伝導を飛躍的に向上
できることになる。
ニン薄膜3層に電子・正孔対のキャリアを発生させる
と、酸化チタン薄膜4層の大きな電子親和力の作用によ
り、電子は酸化チタン4側に移動する。このとき、正孔
は高いポテンシャルのために、フタロシアニン薄膜3層
に留まることになる。このようにして、電子と正孔とが
空間分離されるので、電子、正孔の再結合を抑制でき、
キャリアの寿命を長くすることができる。このとき、酸
化チタン薄膜4の材料として、移動度の大きな材料を選
ぶと、光電材料1の面内における光伝導を飛躍的に向上
できることになる。
【0011】また、フタロシアニン薄膜3と酸化チタン
薄膜4が交互に積層されているので、機械的強度の弱い
フタロシアニン薄膜3の欠点を酸化チタン薄膜4層が補
うことができるので、機械的強度が向上し、耐久性が向
上する。
薄膜4が交互に積層されているので、機械的強度の弱い
フタロシアニン薄膜3の欠点を酸化チタン薄膜4層が補
うことができるので、機械的強度が向上し、耐久性が向
上する。
【0012】上記構成からなる光電材料1を作製するに
は、例えば、電子銃蒸着、スパッタ、モレキュラービー
ムエピタキシー(MBE)、イオンクラスタービーム法
などが用いられるが、MBEによると、純度、結晶の成
長速度等を正確に制御できるので、多層化するには特に
好ましい。また、酸化チタン薄膜4層の形成ではチタン
金属を酸素雰囲気下で蒸発し、基板2を適当な温度に加
熱しチタン金属と酸素を反応させてる反応蒸着方法で作
製しても良いし、酸化物源を蒸発させても良い。
は、例えば、電子銃蒸着、スパッタ、モレキュラービー
ムエピタキシー(MBE)、イオンクラスタービーム法
などが用いられるが、MBEによると、純度、結晶の成
長速度等を正確に制御できるので、多層化するには特に
好ましい。また、酸化チタン薄膜4層の形成ではチタン
金属を酸素雰囲気下で蒸発し、基板2を適当な温度に加
熱しチタン金属と酸素を反応させてる反応蒸着方法で作
製しても良いし、酸化物源を蒸発させても良い。
【0013】次に、フタロシアニン薄膜3及び酸化チタ
ン薄膜4を作製する材料として、銅フタロシアニンPc
Cu及びTi金属を用いた場合の具体的な実験結果につ
いて説明する。銅フタロシアニンPcCuをカーボンル
ツボに入れ、Ti金属をモリブデンルッボに入れそれぞ
れ加熱蒸発させる。蒸発時の真空度は2×10−6to
rrとして、Ti金属を蒸発の際には酸素を導入し2×
10−4torrとする。積層するための基板2の温度
は200°Cにした。基板材料は以下に述べる測定目的
により、ガラス、石英、シリコンを用いた。そして、蒸
発源のそれぞれに取り付けたシャッターの開閉によりC
uPc及びTiOxを交互に蒸着して積層した。全体の
厚みは約1000Å〜2000Åとして、PcCuとT
iOxの各厚みは等しくなるようにモニターした。
ン薄膜4を作製する材料として、銅フタロシアニンPc
Cu及びTi金属を用いた場合の具体的な実験結果につ
いて説明する。銅フタロシアニンPcCuをカーボンル
ツボに入れ、Ti金属をモリブデンルッボに入れそれぞ
れ加熱蒸発させる。蒸発時の真空度は2×10−6to
rrとして、Ti金属を蒸発の際には酸素を導入し2×
10−4torrとする。積層するための基板2の温度
は200°Cにした。基板材料は以下に述べる測定目的
により、ガラス、石英、シリコンを用いた。そして、蒸
発源のそれぞれに取り付けたシャッターの開閉によりC
uPc及びTiOxを交互に蒸着して積層した。全体の
厚みは約1000Å〜2000Åとして、PcCuとT
iOxの各厚みは等しくなるようにモニターした。
【0014】先ず、第1の実験結果は、作製後の光電材
料1を原子間力顕微鏡で測定した結果であり(写真省
略)、この測定結果によると薄膜各層が100Åオーダ
ーの周期からなる多層膜が作製されているのが確認でき
た。すなわち、シリコン基板を用いて、このシリコン基
板上にPcCu,TiOxの順で約100Åの厚さで交
互に3回繰り返し積層し、タリステップによる膜厚測定
では全体の厚みが約700Åであったときの、多層膜の
端部を確認すると、TiOx層上のPcCu層が比較的
剥がれやすく3段構造に観測され、また、一部にPcC
u層上のTiOxの界面を見ることができた。
料1を原子間力顕微鏡で測定した結果であり(写真省
略)、この測定結果によると薄膜各層が100Åオーダ
ーの周期からなる多層膜が作製されているのが確認でき
た。すなわち、シリコン基板を用いて、このシリコン基
板上にPcCu,TiOxの順で約100Åの厚さで交
互に3回繰り返し積層し、タリステップによる膜厚測定
では全体の厚みが約700Åであったときの、多層膜の
端部を確認すると、TiOx層上のPcCu層が比較的
剥がれやすく3段構造に観測され、また、一部にPcC
u層上のTiOxの界面を見ることができた。
【0015】また、これらPcCu/TiOx多層膜の
X線回折測定でPcCuのα相の回折ピークが観測さ
れ、多層化においてもPcCuの結晶構造が保存されて
いることが確認された。なお、TiOx薄膜は顕著な回
折ピークは観測されず非晶質的であり、光学測定からそ
のバンドギャップは約3.2eVであった。
X線回折測定でPcCuのα相の回折ピークが観測さ
れ、多層化においてもPcCuの結晶構造が保存されて
いることが確認された。なお、TiOx薄膜は顕著な回
折ピークは観測されず非晶質的であり、光学測定からそ
のバンドギャップは約3.2eVであった。
【0016】第2の実験結果は、図2に示すように、石
英を基板としたときの、各層200Åで5回繰り返しの
PcCu/TiOx多層膜の吸収スペクトル(実線で示
している。)である。同図には、対照データとして20
00Å厚のPcCuの単膜の吸収スペクトル(破線で示
している。)も示している。図2からは、PcCu/T
iOx多層膜においても、PcCuの特徴的な吸収特性
が、特に約2.5eV以下のエネルギーにおいて同じ様
に現れることが確認される。
英を基板としたときの、各層200Åで5回繰り返しの
PcCu/TiOx多層膜の吸収スペクトル(実線で示
している。)である。同図には、対照データとして20
00Å厚のPcCuの単膜の吸収スペクトル(破線で示
している。)も示している。図2からは、PcCu/T
iOx多層膜においても、PcCuの特徴的な吸収特性
が、特に約2.5eV以下のエネルギーにおいて同じ様
に現れることが確認される。
【0017】第3の実験結果は、光伝導の光強度依存性
についてのデータであり、キセノンランプ光を赤色フィ
ルターして2.1eV以下のエネルギーを有する光(光
量は最大で約100mW/cm2)を照射して、試料の
光伝導度を測定した。測定結果は図3に示している。
についてのデータであり、キセノンランプ光を赤色フィ
ルターして2.1eV以下のエネルギーを有する光(光
量は最大で約100mW/cm2)を照射して、試料の
光伝導度を測定した。測定結果は図3に示している。
【0018】なお、この照射する光のエネルギーはTi
Oxのバンドギャップよりも小さい値であるので、Ti
Oxを励起することができない。このため光伝導度の計
算では膜厚をPcCu層の厚みとした。また、基板には
ガラス基板(コーニング社型式7059)を用いた。試
料には各層200Åの厚みで交互に5回繰り返し積層
したPcCu/TiOx多層膜(測定値は、図3におい
て●で示している。)、試料には各層100Åの厚み
で交互に10回繰り返し積層したPcCu/TiOx多
層膜(測定値は、図3において○で示している。)、及
び試料には対照データとしてPcCuの2000Å厚
の単膜(測定値は、図3において△で示している。)を
それぞれ用いた。そして、光伝導度を測定するにあたっ
て、幅約3mmの試料にCu線を1mm間隔で銀ペース
トにて取り付けた。測定電圧は10Vでオーミック性を
確認した上で測定した。しかして、図3において、多層
膜である試料及びの光伝導度が単膜である試料に
比べて大きく、光強度依存性の傾きも大きいことが確認
された。
Oxのバンドギャップよりも小さい値であるので、Ti
Oxを励起することができない。このため光伝導度の計
算では膜厚をPcCu層の厚みとした。また、基板には
ガラス基板(コーニング社型式7059)を用いた。試
料には各層200Åの厚みで交互に5回繰り返し積層
したPcCu/TiOx多層膜(測定値は、図3におい
て●で示している。)、試料には各層100Åの厚み
で交互に10回繰り返し積層したPcCu/TiOx多
層膜(測定値は、図3において○で示している。)、及
び試料には対照データとしてPcCuの2000Å厚
の単膜(測定値は、図3において△で示している。)を
それぞれ用いた。そして、光伝導度を測定するにあたっ
て、幅約3mmの試料にCu線を1mm間隔で銀ペース
トにて取り付けた。測定電圧は10Vでオーミック性を
確認した上で測定した。しかして、図3において、多層
膜である試料及びの光伝導度が単膜である試料に
比べて大きく、光強度依存性の傾きも大きいことが確認
された。
【0019】なお、上記基板2は、上記したガラス材の
他に、有機高分子フィルム、結晶体等のいずれでも良
く、特に光透過性基板を用いると、調光材料の用途して
本光電材料1を用いることができる。また、上記実施例
では、基板2上にフタロシアニン薄膜3,酸化チタン薄
膜4を順次積層しているが、それとは積層順を逆にして
酸化チタン薄膜4,フタロシアニン薄膜3を順次積層す
ることができるのは勿論である。
他に、有機高分子フィルム、結晶体等のいずれでも良
く、特に光透過性基板を用いると、調光材料の用途して
本光電材料1を用いることができる。また、上記実施例
では、基板2上にフタロシアニン薄膜3,酸化チタン薄
膜4を順次積層しているが、それとは積層順を逆にして
酸化チタン薄膜4,フタロシアニン薄膜3を順次積層す
ることができるのは勿論である。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、フ
タロシアニン薄膜と酸化チタン薄膜とをそれぞれ10〜
1000Åの厚みで交互に積層しているので、光励起に
よりフタロシアニン薄膜層で発生した電子キャリアを酸
化チタン薄膜層側に移動させ、正孔キャリアをフタロシ
アニン薄膜層内に留めて電荷分離させることができる。
従って、電子・正孔の再結合を低く抑えることができ、
かつ酸化チタン層で電子輸送ができて、光電材料として
の光伝導度を改善できる。また、フタロシアニン薄膜に
酸化物である酸化チタン薄膜とを積層した構造であるの
で、機械強度が向上し、耐久性が向上する。
タロシアニン薄膜と酸化チタン薄膜とをそれぞれ10〜
1000Åの厚みで交互に積層しているので、光励起に
よりフタロシアニン薄膜層で発生した電子キャリアを酸
化チタン薄膜層側に移動させ、正孔キャリアをフタロシ
アニン薄膜層内に留めて電荷分離させることができる。
従って、電子・正孔の再結合を低く抑えることができ、
かつ酸化チタン層で電子輸送ができて、光電材料として
の光伝導度を改善できる。また、フタロシアニン薄膜に
酸化物である酸化チタン薄膜とを積層した構造であるの
で、機械強度が向上し、耐久性が向上する。
【図1】本発明に係る光電材料を示す図である。
【図2】本発明に係る光電材料の吸収スペクトルを示す
図である。
図である。
【図3】本発明に係る光電材料の光伝導の光強度依存性
を示す図である。
を示す図である。
1…光電材料 2…基板 3…フタロシアニン薄膜 4
…酸化チタン薄膜
…酸化チタン薄膜
Claims (2)
- 【請求項1】 フタロシアニン薄膜と酸化チタン薄膜と
がそれぞれの厚み10〜1000Åで交互に積層された
ことを特徴とする光電材料。 - 【請求項2】 それぞれの厚みが50〜600Åで交互
に積層された請求項1記載の光電材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4108120A JPH05259486A (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 光電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4108120A JPH05259486A (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 光電材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05259486A true JPH05259486A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=14476435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4108120A Pending JPH05259486A (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 光電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05259486A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021085047A1 (ja) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光電変換素子、電子デバイスおよび発光装置 |
-
1992
- 1992-03-13 JP JP4108120A patent/JPH05259486A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021085047A1 (ja) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光電変換素子、電子デバイスおよび発光装置 |
| JPWO2021085047A1 (ja) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | ||
| US20220216440A1 (en) * | 2019-10-31 | 2022-07-07 | Panasonic intellectual property Management co., Ltd | Photoelectric conversion element, electronic device, and light-emitting device |
| US12101949B2 (en) | 2019-10-31 | 2024-09-24 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photoelectric conversion element, electronic device, and light-emitting device |
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