DE2120031A1 - Photoelektrischer Wandler - Google Patents

Photoelektrischer Wandler

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DE2120031A1 DE19712120031 DE2120031A DE2120031A1 DE 2120031 A1 DE2120031 A1 DE 2120031A1 DE 19712120031 DE19712120031 DE 19712120031 DE 2120031 A DE2120031 A DE 2120031A DE 2120031 A1 DE2120031 A1 DE 2120031A1
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Description

Patentanwälte
DipL-ing. Leinweber
Dipi.-ing. Zimmormann
München 2, Rosental 7
Tel. 260 3989
April
MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka/Japan
pho to e1ektriseher_Wandler
Die Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Wandler.
Als photoelektrische Wandler sind gemeinhin Photoleitzellen und Solarzellen (photoSpannungszellen) entwickelt worden, bei denen Halbleiter verwendet werden.
Diese Zellen sind jedoch insofern mit einem Mangel behaftet, als sich bei ihnen kein sehr hoher Wirkungsgrad erzielen läßt. So hat beispielsweise eine Solarzelle mit Silicium einen Wirkungsgrad von etwa 24 Prozent und eine Solarzelle mit Galliumarsenid einen solchen von etwa 28 Prozent. Bei Verwendung der bekannten Elemente als Leistungsquelle muß man also eine beträchtliche Anzahl von fjolarzellen vorsehen.
Die Erfindung hat unter anderem zur Aufgabe, einen photoelektrischen Wandler mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen.
Durch die Erfindung wird ein photoelektrischer Wandler
ge schaffin
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geschaffen, bestehend aus einem. Halbleiterkörper, der eine gleichrichtende Sperrschicht einbegreift unA in der Nähe dieser gleichrichtenden Sperrschicht Kit einem tiefe Energieniveaus erzeugenden Störstoff dotiert ist, und aus Elektroden, die zu beiden Seiten der gleichrichtenden Sperrschicht auf dem Halbleiterkörper vorgesehen sind, wobei dieser Wandler eine um das Zehnfache bessere Leistungsfähigkeit hat als der bekannte Wandler.
Die Erfindung soll nun anhand der beigegebenen Zeichnungen beschrieben werden» In den Zeichnungen zeigen;
Figur 1 eine Querschnittsansieht einer Solarzelle;
^ Figur 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform
des erfindungsgemä&en photoelektrischen Wandlers} und
Figur 3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführung sfοrm des photoelektrischen Wandlers.
Als Beispiel für photoelektrisohe Wandler soll"zunächst eine Solarzelle erläutert werden. Bei der Anordnung der Figur 1 dient Silicium als Halbleitergrundmaterial, und die Bezugszahlen 1 und 2 bezeichnen hier p-Silicium beziehungsweise n-Silicium, während mit der Bezugszahl 3 ein pn-übergang und mit den Bezugszahlen 4 und 5 obere Elektroden beziehungsweise eine untere Elektrode bezeichnet sind. Es sind Vorkehrungen getroffen, die eine Bestrahlung mit einem Lichtbündel von der oberen Seite gestatten. Erfolgt k eine Bestrahlung mit Photonen, deren Energien die Breite des verbotenen Bandes des Halbleiters nicht unterschreiten, so können Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband gehoben werden, und es wird eine elektromotorische Kraft erzeugt.
Der Wirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis der Ausgangsenergie zur Eingangsenergie und beläuft sich für gewöhnlich auf 20 bis 30 Prozent. Eine gleichrichtende Sperrschicht bedeutet in diesem Zusammenhang einen pn-übergang, einen Metall-Halbleiterübergang und dergleichen. Weiterhin ist unter einem tiefe Energieniveaus erzeugenden Störstoff ein Fremdstoff zu verstehen, der im verbotenen Band ein tiefee Energieniveau erzeugt und bei dem die Wahrscheinlichkeit für eine Rekombination größer ist als die
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für das Einfangen freier Ladungsträger, wie "beispielsweise Eisen, Kupfer, Gold, Mangan und Nickel.
Es soll nun eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. In Figur 2 ist ein Metall-Halbleiterübergang dargestellt, bei dem p-Silicium verwendet ist. Mit der Bezugszahl 6 ist hier das p-Silicium bezeichnet, mit der Bezugszahl 7 eine Metallelektrode aus Niob, mit der Bezugszahl 8 ein Metall-Halbleiterübergang, mit der Bezugszahl 9 ein mit einem tiefe Energieniveaus erzeugenden Störstoff stark dotierter Bereich und mit der Bezugszahl 10 eine Metallelektrode. Das in Figur 2 gezeigte Element kann wie folgt hergestellt werden. Zunächst wird ein plättchen eines p-SiIicium-Einkristalls in einer oxidierenden Atmosphäre aufoxidiert, um auf der Oberfläche eine Oxidschicht zu bilden. Hierauf wird die Siliciumoxidschicht auf der einen Seite nach einem Ätzverfahren entfernt, und ein tiefe Energieniveaus erzeugender Störstoff, in diesem Fall Kupfer, wird auf die freigelegte Oberfläche aufgedampft. Dann wird das Plättchen zum Diffundieren des Störstoffs in einer indifferenten Atmosphäre erhitzt. Die Kupfer-Fremdatome diffundieren durch den SLliciumkörper und bleiben zumeist in der Nähe der gegenüberliegenden Grenzfläche SLIiciumoxid/Silicium haften, wodurch der Bereich 9 der Figur 2 gebildet wird. Die Siliciumoxidschicht wird dann entfernt, worauf eine dünne Schicht Niob aufgestäubt wird, das als Elektrode auf der Auf treff sei te des Lichts dienen soll, während auf die andere Seite Gold oder Gallium als Elektrode auflegiert wird. Für Probestücke, die in dieser Weise, jedoch unter Einhaltung unterschiedlicher Diffusionsbedingungen hergestellt worden waren, wurden bei einer gleichbleibenden Beleuchtungsstärke bei einer Wellenlänge von 1000 mu die folgenden Leerlauf spannungen erhalten!
Tabelle 1
Leerlauf spannung
0,30 mV 0,95 mV 2,6 mV 2,6 mV 6,5 mV 09846/1650 Wie
Probestück
Nummer		 Kupferdiffusion
1 keine Diffusion
2 800°C, 60 min
3 1000°C, 10 min
4 1000°C, 30 min
5 100O0C, 180 min
- 4 - 2 ι / U U 3 1
7/ie aus der Tabelle hervorgeht, wird der Wirkungsgrad der photoelektrischen Energieumwandlung durch Eindiffundieren von Kupfer erhöht.
Es soll nun eine andere Ausführungsform beschrieben werden, bei der ein pn-übergang vorgesehen ist. In Figur 3 ist ein Element mit einem solchen pn-übergang gezeigt, bestehend aus ρ-Silicium 11, n-Silicium 12, einem dazwischen vorgesehenen pntfbergang 13, einem mit einem tiefe Energieniveaus erzeugenden Störstoff stark dotierten Bereich 14 sowie einer oberen und unteren Elektrode 15 beziehungsweise 16. Elemente mit diesem Aufbau können nach einem bekannten Diffusionsverfahren hergestellt sein. Die Photo Spannungskenndaten "bei gleichbleibender Beleuchtungsstärke bei einer Y/ellenlänge von 1000 mu sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Probestück Kupferdiffusion Leerlaufspannung
Nummer
1 keine Diffusion 4,0 mV
2 800°C, 60 min 11 mV
3 1000°C, 10 min 35 mV
4 1000°C, 30 min 34 mV
5 1000°C, 180 min 120 mV
Auch in diesem Fall wird die Leistungsfähigkeit des photoelektrischen Wandlers durch Kupferdiffusion erhöht.
Im obigen wurde davon ausgegangen, daß als Halbleitermaterial Silicium vorgesehen ist, doch kann es sich bei dem Halbleiter stattdessen auch um GaAs, CdTe, Ge, InP, AlSb, GaP, CdS usw. handeln.
Wie aus der obigen Beschreibung zu entnehmen ist, weist der erfindungsgemäße photoelektrische Wandler einen höheren Wirkungsgrad auf als bekannte photoelektrische Wandler und liefert folglich bei kleinerer Oberfläche einen stärkeren Strom als diese. Im Rahmen der Erfindung können daher kleinere und leichtere Elemente geschaffen werden.
Patentansprüche
-09846M6FG
ORIGINAL INSPECTED

Claims (2)

  1. Patentansprüche
    fIyPhotoelektrisches Wandlerelement mit einem eine gleichrichtende Sperrschicht aufweisenden Halbleiterkörper und zu beiden Seiten der gleichrichtenden Sperrschicht auf dem Halbleiterkörper vorgesehenen Elektroden, das bei einer Bestrahlung mit einem Lichtbündel in einem die Sperrschicht einbegreifenden Bereich zur Umwandlung einer optischen Größe in eine elektrische Größe betätigbar ist, gekennzeichnet durch eine starke Dotierung des Halbleiterkörpers (6, 9i 11» 14) in cLer Nähe der gleichrichtenden Sperrschicht (85 13) mit einem tiefe Energieniveaus erzeugenden Störstoff.
  2. 2. Photoelektrisches Wandlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der gleichrichtenden Sperrschicht (I3) um einen pn-übergang und bei dem tiefe Energieniveaus erzeugenden Störstoff um Kupfer, Gold, Eisen, Nickel oder Mangan handelt.
    3· Photoelektrisches Wandlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der gleichrichtenden Sperrschicht (θ) um einen Metall-Halbleiterübergang und bei dem tiefe Energieniveaus erzeugenden Störstoff um Kupfer, Gold, Eisen, Nickel oder Mangan handelt.
    109846/1650
    Leerseite
DE19712120031 1970-04-24 1971-04-23 Photoelektrischer Wandler Pending DE2120031A1 (de)

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CA (1) CA929258A (de)
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GB (1) GB1351617A (de)
NL (1) NL155987B (de)

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FR2086311A1 (de) 1971-12-31
NL155987B (nl) 1978-02-15
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US3928865A (en) 1975-12-23
GB1351617A (en) 1974-05-01
JPS4919957B1 (de) 1974-05-21
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