JP2000243994A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- 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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 有用な光電変換素子を提供する。
【解決手段】 この光電変換素子は、入射光に感応して
キャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子にお
いて、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型Ｃｕ2Ｏ領域１ｐ
及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備えており、光電変換効率
を向上させることができる。
キャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子にお
いて、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型Ｃｕ2Ｏ領域１ｐ
及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備えており、光電変換効率
を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光センサや太陽電
池等の光電変換素子に関する。
池等の光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池や光センサは、入射光に感応し
てキャリアを発生するｐｎ接合を備えている。ｐ型の単
結晶半導体からなる亜酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）を用いた太陽
電池は、「Solar Cells, 3 (1981) pp.73-80」に記載さ
れている。ｐ型亜酸化銅と共にｐｎ接合を構成するｎ型
半導体としてはＳｎＯ2が知られている。
てキャリアを発生するｐｎ接合を備えている。ｐ型の単
結晶半導体からなる亜酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）を用いた太陽
電池は、「Solar Cells, 3 (1981) pp.73-80」に記載さ
れている。ｐ型亜酸化銅と共にｐｎ接合を構成するｎ型
半導体としてはＳｎＯ2が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ｐ
ｎ接合の光電変換効率は十分ではなく、更に高品質の光
電変換素子が求められている。本発明は、このような課
題に鑑みてなされたものであり、従来に比して更に有用
なｐｎ接合を有する光電変換素子を提供することを目的
とする。
ｎ接合の光電変換効率は十分ではなく、更に高品質の光
電変換素子が求められている。本発明は、このような課
題に鑑みてなされたものであり、従来に比して更に有用
なｐｎ接合を有する光電変換素子を提供することを目的
とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光電変換素子は、入射光に感応してキ
ャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子におい
て、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型Ｃｕ2Ｏ領域及びｎ
型ＴｉＯ2領域を備えることを特徴とする。このｐｎ接
合は、従来のｐ型Ｃｕ2Ｏ／ｎ型ＳｎＯ2構造のｐｎ接合
に比して光電変換効率を向上させることが可能となる。
め、本発明に係る光電変換素子は、入射光に感応してキ
ャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子におい
て、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型Ｃｕ2Ｏ領域及びｎ
型ＴｉＯ2領域を備えることを特徴とする。このｐｎ接
合は、従来のｐ型Ｃｕ2Ｏ／ｎ型ＳｎＯ2構造のｐｎ接合
に比して光電変換効率を向上させることが可能となる。
【０００５】勿論、ｐｎ接合自体の形状としては種々の
もの、例えば、櫛歯状のものや同一平面内において隣接
するもの等が考えられるが、ｎ型ＴｉＯ2領域及びｐ型
Ｃｕ2Ｏ領域が、その厚み方向に隣接するように透明基
板上に順次積層されている場合には、透明基板に容易に
これらを形成することができると共に、透明基板を介し
てｐｎ接合に光を入射させた場合に接合面の面積を最大
とすることができるので、光電変換効率を高くすること
ができる。
もの、例えば、櫛歯状のものや同一平面内において隣接
するもの等が考えられるが、ｎ型ＴｉＯ2領域及びｐ型
Ｃｕ2Ｏ領域が、その厚み方向に隣接するように透明基
板上に順次積層されている場合には、透明基板に容易に
これらを形成することができると共に、透明基板を介し
てｐｎ接合に光を入射させた場合に接合面の面積を最大
とすることができるので、光電変換効率を高くすること
ができる。
【０００６】また、本光電変換素子は、ｎ型ＴｉＯ2領
域と透明基板との間に介在しｎ型ＴｉＯ2領域に電位を
与える電極層と、ｎ型ＴｉＯ2領域と電極層との間に介
在するＳｎ添加のＺｎＳ領域とを備えることが好まし
い。このＺｎＳ領域の介在によって、光電変換効率を更
に向上させることができる。
域と透明基板との間に介在しｎ型ＴｉＯ2領域に電位を
与える電極層と、ｎ型ＴｉＯ2領域と電極層との間に介
在するＳｎ添加のＺｎＳ領域とを備えることが好まし
い。このＺｎＳ領域の介在によって、光電変換効率を更
に向上させることができる。
【０００７】更に、本光電変換素子のｐ型Ｃｕ2Ｏ領域
は二価の金属元素を含有することが好ましい。二価の金
属元素としては、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃａが好適なものとして
列挙される。
は二価の金属元素を含有することが好ましい。二価の金
属元素としては、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃａが好適なものとして
列挙される。
【０００８】また、ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域及びｎ型ＴｉＯ2領
域は多結晶であることが好ましい。
域は多結晶であることが好ましい。
【０００９】なお、ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域及びｎ型ＴｉＯ2領
域は、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反応性スパッタ法
を用いて形成することも可能であると考えられるが、特
に、こららの領域が加熱した基板にそれぞれの原材料を
噴霧することによって形成される場合、所謂スプレー熱
分解法によって形成される場合には、その効果が顕著で
ある。
域は、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反応性スパッタ法
を用いて形成することも可能であると考えられるが、特
に、こららの領域が加熱した基板にそれぞれの原材料を
噴霧することによって形成される場合、所謂スプレー熱
分解法によって形成される場合には、その効果が顕著で
ある。
【００１０】
【発明の実施の形態】 以下、実施の形態に係る光電変
換素子について説明する。同一要素には同一符号を用
い、重複する説明は省略する。
換素子について説明する。同一要素には同一符号を用
い、重複する説明は省略する。
【００１１】図１は光電変換素子の縦断面構成を示す説
明図である。光電変換素子は、透明基板１ｔ上に順次形
成された第１電極層１ｅ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導
体層１ｐ及び第２電極層２ｅを備えている。ｐ型半導体
層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは、その境界にヘテロ接合
のｐｎ接合を構成している。このｐｎ接合に、透明基板
１ｔを介して紫外から青色域（３００〜５００ｎｍ）の
光が入射すると、入射光に感応して正孔／電子対（キャ
リア）が発生する。発生したそれぞれのキャリアは電極
層１ｅ，２ｅに設けられた電極パッド１ｐｄ，２ｐｄを
介して光電流として外部に取り出される。なお、ｐ型半
導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎの結晶状態は多結晶で
ある。
明図である。光電変換素子は、透明基板１ｔ上に順次形
成された第１電極層１ｅ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導
体層１ｐ及び第２電極層２ｅを備えている。ｐ型半導体
層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは、その境界にヘテロ接合
のｐｎ接合を構成している。このｐｎ接合に、透明基板
１ｔを介して紫外から青色域（３００〜５００ｎｍ）の
光が入射すると、入射光に感応して正孔／電子対（キャ
リア）が発生する。発生したそれぞれのキャリアは電極
層１ｅ，２ｅに設けられた電極パッド１ｐｄ，２ｐｄを
介して光電流として外部に取り出される。なお、ｐ型半
導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎの結晶状態は多結晶で
ある。
【００１２】この光電変換素子に透明基板１ｔを介して
光を照射すると、従来のＣｕ2Ｏ／ＳｎＯ2構造の光電変
換素子よりも大きな短絡電流、すなわち光電変換効率を
得ることができる。更に、Ｔｉは、例えばＣｄ等に比較
して、その安全性が高いので、これを用いた本光電変換
素子は、使用後の廃棄処理容易性の観点からも有用性を
有する。
光を照射すると、従来のＣｕ2Ｏ／ＳｎＯ2構造の光電変
換素子よりも大きな短絡電流、すなわち光電変換効率を
得ることができる。更に、Ｔｉは、例えばＣｄ等に比較
して、その安全性が高いので、これを用いた本光電変換
素子は、使用後の廃棄処理容易性の観点からも有用性を
有する。
【００１３】ここで、透明基板１ｔを介して入射光をｐ
ｎ接合まで到達させるためには、透明基板１ｔ、第１電
極層１ｅ及びｎ型半導体層１ｎのエネルギーバンドギャ
ップは、入射光のエネルギー（波長に反比例）よりも大
きく（入射光に対して透明）、その厚みが薄いことが好
ましい。
ｎ接合まで到達させるためには、透明基板１ｔ、第１電
極層１ｅ及びｎ型半導体層１ｎのエネルギーバンドギャ
ップは、入射光のエネルギー（波長に反比例）よりも大
きく（入射光に対して透明）、その厚みが薄いことが好
ましい。
【００１４】入射光の波長は３００〜５００ｎｍであ
る。したがって、上記観点から、各要素の材料／エネル
ギーバンドギャップは以下の通り設定される。
る。したがって、上記観点から、各要素の材料／エネル
ギーバンドギャップは以下の通り設定される。
【００１５】
【表１】 上述のように、光透過の観点からは各要素の厚みは薄い
ことが望ましいが、薄すぎる場合には機械的強度が劣化
し、また、該当する要素がｐｎ接合を構成する場合には
光の吸収効率が低下する。したがって、これらの観点か
ら、各要素の厚みの好適な範囲／厚みの更に好適な範囲
は以下の通り設定される。
ことが望ましいが、薄すぎる場合には機械的強度が劣化
し、また、該当する要素がｐｎ接合を構成する場合には
光の吸収効率が低下する。したがって、これらの観点か
ら、各要素の厚みの好適な範囲／厚みの更に好適な範囲
は以下の通り設定される。
【００１６】
【表２】 また、第２電極層２ｅの材料としては、下地の層とオー
ミック接触をとるものであれば、そのエネルギーバンド
ギャップは無関係であるため、他のオーミック電極材
料、例えば、Ｐｔ，Ｐｄ等を用いることができる。な
お、上記光電変換素子が透過型ではない場合、すなわ
ち、第２電極層２ｅ側から光が入射する場合は、その材
料はエネルギーバンドギャップの観点から第１電極層１
ｅと同様の制限を受けるので、これと同様の材料を用い
ることができる。
ミック接触をとるものであれば、そのエネルギーバンド
ギャップは無関係であるため、他のオーミック電極材
料、例えば、Ｐｔ，Ｐｄ等を用いることができる。な
お、上記光電変換素子が透過型ではない場合、すなわ
ち、第２電極層２ｅ側から光が入射する場合は、その材
料はエネルギーバンドギャップの観点から第１電極層１
ｅと同様の制限を受けるので、これと同様の材料を用い
ることができる。
【００１７】なお、第１電極層１ｅの材料としてはＩＴ
Ｏに代えて、入射光に対して透明な材料、例えば、Ｓｎ
Ｏ2等を用いることができる。
Ｏに代えて、入射光に対して透明な材料、例えば、Ｓｎ
Ｏ2等を用いることができる。
【００１８】透明基板１ｔの材料としては、ソーダガラ
スの他に紫外光を透過するものとして、石英ガラス等を
用いることができる。
スの他に紫外光を透過するものとして、石英ガラス等を
用いることができる。
【００１９】ｐ型及びｎ型半導体層１ｐ，１ｎに添加さ
れる添加物（ドーパント）としては、種々のものが考え
られる。各半導体層の添加物は、以下に示す添加物群
（添加物１，添加物２，・・・）から選択される。勿
論、各層１ｐ．１ｎが無添加の場合においても光電変換
は行われる。
れる添加物（ドーパント）としては、種々のものが考え
られる。各半導体層の添加物は、以下に示す添加物群
（添加物１，添加物２，・・・）から選択される。勿
論、各層１ｐ．１ｎが無添加の場合においても光電変換
は行われる。
【００２０】
【表３】 ここで、ｐ型半導体層１ｐは二価の金属元素を含有する
ことが好ましい。二価の金属元素としては、Ｚｎ，Ｍ
ｇ，Ｃａが好適なものとして列挙される。
ことが好ましい。二価の金属元素としては、Ｚｎ，Ｍ
ｇ，Ｃａが好適なものとして列挙される。
【００２１】また、本光電変換素子は、ｎ型半導体層１
ｎと第１電極層１ｅとの間に介在する緩衝層を備えるこ
ととしてもよい。
ｎと第１電極層１ｅとの間に介在する緩衝層を備えるこ
ととしてもよい。
【００２２】図２はこのような光電変換素子の縦断面構
成を示す説明図である。ｎ型半導体層１ｎと第１電極層
１ｅとの間には緩衝層１ｂが介在しており、緩衝層１ｂ
はＳｎ添加のＺｎＳからなる。緩衝層１ｂの介在によっ
て、光電変換効率を更に向上させることができる。
成を示す説明図である。ｎ型半導体層１ｎと第１電極層
１ｅとの間には緩衝層１ｂが介在しており、緩衝層１ｂ
はＳｎ添加のＺｎＳからなる。緩衝層１ｂの介在によっ
て、光電変換効率を更に向上させることができる。
【００２３】以上、説明したように、上記光電変換素子
は、入射光に感応してキャリアを発生するｐｎ接合を備
えた光電変換素子において、ｐｎ接合は互いに隣接した
ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備え
る。このｐｎ接合は、従来のｐ型Ｃｕ2Ｏ／ｎ型ＳｎＯ2
構造のｐｎ接合に比して光電変換効率を向上させること
ができる。
は、入射光に感応してキャリアを発生するｐｎ接合を備
えた光電変換素子において、ｐｎ接合は互いに隣接した
ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備え
る。このｐｎ接合は、従来のｐ型Ｃｕ2Ｏ／ｎ型ＳｎＯ2
構造のｐｎ接合に比して光電変換効率を向上させること
ができる。
【００２４】また、ｎ型ＴｉＯ2領域１ｎ及びｐ型Ｃｕ2
Ｏ領域１ｐが、その厚み方向に隣接するように透明基板
１ｔ上に順次積層されているので、透明基板１ｔに容易
にこれらを形成することができると共に、透明基板１ｔ
を介してｐｎ接合に光を入射させた場合には、接合面の
面積を最大とすることができるので、光電変換効率を高
くすることができる。なお、ｐｎ接合自体の形状として
は、上記層構造のものの他に、例えば、櫛歯状のものや
同一平面内において隣接するもの等が考えられる。
Ｏ領域１ｐが、その厚み方向に隣接するように透明基板
１ｔ上に順次積層されているので、透明基板１ｔに容易
にこれらを形成することができると共に、透明基板１ｔ
を介してｐｎ接合に光を入射させた場合には、接合面の
面積を最大とすることができるので、光電変換効率を高
くすることができる。なお、ｐｎ接合自体の形状として
は、上記層構造のものの他に、例えば、櫛歯状のものや
同一平面内において隣接するもの等が考えられる。
【００２５】更に、上記光電変換素子は、ｎ型ＴｉＯ2
領域１ｎと透明基板１ｔとの間に介在しｎ型ＴｉＯ2領
域１ｎに電位を与える電極層１ｅと、ｎ型ＴｉＯ2領域
１ｎと電極層１ｅとの間に介在するＳｎ添加のＺｎＳ領
域１ｂとを備えており、このＺｎＳ領域の介在によっ
て、光電変換効率を更に向上させることができる。
領域１ｎと透明基板１ｔとの間に介在しｎ型ＴｉＯ2領
域１ｎに電位を与える電極層１ｅと、ｎ型ＴｉＯ2領域
１ｎと電極層１ｅとの間に介在するＳｎ添加のＺｎＳ領
域１ｂとを備えており、このＺｎＳ領域の介在によっ
て、光電変換効率を更に向上させることができる。
【００２６】なお、上記ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域１ｐ及びｎ型
ＴｉＯ2領域１ｎは、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反
応性スパッタ法を用いて形成することも可能であると考
えられるが、特に、こららの領域が加熱した基板にそれ
ぞれの原材料を噴霧することによって形成される場合、
所謂スプレー熱分解法（特開平１０−２６５９６０号公
報）によって形成される場合には、その効果が顕著であ
る。以下、スプレー熱分解法を用いた上記光電変換素子
の製造方法及び有用性について実施例と共に説明する。
ＴｉＯ2領域１ｎは、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反
応性スパッタ法を用いて形成することも可能であると考
えられるが、特に、こららの領域が加熱した基板にそれ
ぞれの原材料を噴霧することによって形成される場合、
所謂スプレー熱分解法（特開平１０−２６５９６０号公
報）によって形成される場合には、その効果が顕著であ
る。以下、スプレー熱分解法を用いた上記光電変換素子
の製造方法及び有用性について実施例と共に説明する。
【００２７】
【実施例】（実験条件）図１及び図２に示した光電変換
素子を作製した。 （共通条件）以下の実施例における共通条件は以下の通
りである。
素子を作製した。 （共通条件）以下の実施例における共通条件は以下の通
りである。
【００２８】第１電極層１ｅ（ＩＴＯ）及び透明基板１
ｔ（ソーダガラス）は、透明基板１ｔ上に第１電極層１
ｅが形成されているものを用いた（松崎真空（株）社
製、シート抵抗１０Ω／□以下）。第２電極層２ｅ（Ａ
ｕ）は、真空蒸着法を用いて形成した。
ｔ（ソーダガラス）は、透明基板１ｔ上に第１電極層１
ｅが形成されているものを用いた（松崎真空（株）社
製、シート抵抗１０Ω／□以下）。第２電極層２ｅ（Ａ
ｕ）は、真空蒸着法を用いて形成した。
【００２９】すなわち、図１に示した光電変換素子を製
造する場合は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成
したものに、順次、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体層１
ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１ｐ
ｄ，２ｐｄを形成した。
造する場合は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成
したものに、順次、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体層１
ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１ｐ
ｄ，２ｐｄを形成した。
【００３０】図２に示した光電変換素子を製造する場合
は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成したもの
に、順次、緩衝層１ｂ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体
層１ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１
ｐｄ，２ｐｄを形成した。
は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成したもの
に、順次、緩衝層１ｂ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体
層１ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１
ｐｄ，２ｐｄを形成した。
【００３１】スプレー熱分解法は、加熱した基板に液体
である原材料（溶媒＋原料＋添加物原料）をノズルの噴
霧口を介して噴霧する方法である。原材料は、溶媒に原
料及び添加物原料を混合／溶解させることにより製造す
る。以下の実施例及び比較例において、無添加Ｃｕ
2Ｏ、Ｃａ添加Ｃｕ2Ｏ、Ｍｇ添加Ｃｕ2Ｏ、Ｚｎ添加Ｃ
ｕ2Ｏ、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｓｎ添加ＺｎＳは
スプレー熱分解法を用いて形成した。これらの形成条件
を以下に示す。
である原材料（溶媒＋原料＋添加物原料）をノズルの噴
霧口を介して噴霧する方法である。原材料は、溶媒に原
料及び添加物原料を混合／溶解させることにより製造す
る。以下の実施例及び比較例において、無添加Ｃｕ
2Ｏ、Ｃａ添加Ｃｕ2Ｏ、Ｍｇ添加Ｃｕ2Ｏ、Ｚｎ添加Ｃ
ｕ2Ｏ、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｓｎ添加ＺｎＳは
スプレー熱分解法を用いて形成した。これらの形成条件
を以下に示す。
【００３２】
【表４】
【００３３】
【表５】
【００３４】
【表６】
【００３５】
【表７】
【００３６】
【表８】
【００３７】
【表９】
【００３８】
【表１０】
【００３９】
【表１１】 以下、各実施例について説明する。 （実施例１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎの
材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光電変
換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （比較例１−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＳｎＯ2 （比較例１−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＯ （比較例１−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＳ （実施例２−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｃａ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｍｇ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｚｎ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例３−１）ｐ型半導体層１ｐ、ｎ型半導体層１ｎ
及び緩衝層１ｂの材料が以下に示される光電変換素子を
製造した。光電変換素子の構造は図２に示したものであ
る。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ （実施例３−２）ｐ型半導体層１ｐ、ｎ型半導体層１ｎ
及び緩衝層１ｂの材料が以下に示される光電変換素子を
製造した。光電変換素子の構造は図２に示したものであ
る。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｚｎ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ （評価及び結果）上記光電変換素子にＡＭ−１．５，１
００ｍＷ／ｃｍ2の光を透明基板１ｔ側から照射し、電
極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間を流れる電流（短絡電流）及
び電極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間の電圧（開放電圧）を測
定した。光電変換効率に比例する短絡電流／開放電圧は
以下の通りである。
材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光電変
換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （比較例１−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＳｎＯ2 （比較例１−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＯ （比較例１−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＳ （実施例２−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｃａ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｍｇ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｚｎ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例３−１）ｐ型半導体層１ｐ、ｎ型半導体層１ｎ
及び緩衝層１ｂの材料が以下に示される光電変換素子を
製造した。光電変換素子の構造は図２に示したものであ
る。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ （実施例３−２）ｐ型半導体層１ｐ、ｎ型半導体層１ｎ
及び緩衝層１ｂの材料が以下に示される光電変換素子を
製造した。光電変換素子の構造は図２に示したものであ
る。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｚｎ添加Ｃｕ2Ｏ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ （評価及び結果）上記光電変換素子にＡＭ−１．５，１
００ｍＷ／ｃｍ2の光を透明基板１ｔ側から照射し、電
極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間を流れる電流（短絡電流）及
び電極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間の電圧（開放電圧）を測
定した。光電変換効率に比例する短絡電流／開放電圧は
以下の通りである。
【００４０】
【表１２】 この実験結果に示されるように、実施例１に係る光電変
換素子は、入射光に感応してキャリアを発生するｐｎ接
合を備えた光電変換素子において、ｐｎ接合は互いに隣
接したｐ型Ｃｕ2Ｏ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを
備えており、比較例１−１に係るｐ型Ｃｕ2Ｏ／ｎ型Ｓ
ｎＯ2構造のｐｎ接合に比して光電変換効率が向上して
いることが分かる。また、実施例１に係る光電変換素子
は他の比較例１−２，１−３に係る光電変換素子と比較
しても、その光電変換効率が向上している。
換素子は、入射光に感応してキャリアを発生するｐｎ接
合を備えた光電変換素子において、ｐｎ接合は互いに隣
接したｐ型Ｃｕ2Ｏ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを
備えており、比較例１−１に係るｐ型Ｃｕ2Ｏ／ｎ型Ｓ
ｎＯ2構造のｐｎ接合に比して光電変換効率が向上して
いることが分かる。また、実施例１に係る光電変換素子
は他の比較例１−２，１−３に係る光電変換素子と比較
しても、その光電変換効率が向上している。
【００４１】また、ｐ型半導体層１ｐが二価の金属元
素、特にＣａ（実施例２−１）、Ｍｇ（実施例２−
２）、Ｚｎ（実施例２−３）を含む場合には、光電変換
効率が実施例１のものに比較して更に増加している。
素、特にＣａ（実施例２−１）、Ｍｇ（実施例２−
２）、Ｚｎ（実施例２−３）を含む場合には、光電変換
効率が実施例１のものに比較して更に増加している。
【００４２】更に、光電変換素子が、ｎ型ＴｉＯ2領域
１ｎと電極層１ｅとの間に介在するＳｎ添加のＺｎＳ領
域１ｂを備えいる場合（実施例３−１）には、実施例１
のものに比較して光電変換効率を向上させることができ
た。
１ｎと電極層１ｅとの間に介在するＳｎ添加のＺｎＳ領
域１ｂを備えいる場合（実施例３−１）には、実施例１
のものに比較して光電変換効率を向上させることができ
た。
【００４３】特に、光電変換素子が、ｎ型ＴｉＯ2領域
１ｎと電極層１ｅとの間にＳｎ添加のＺｎＳ領域１ｂを
備えおり、且つ、そのｐ型半導体層１ｐに二価の金属元
素（Ｃａ）を含有している場合（実施例３−２）には、
最も光電変換効率を向上させることができた。
１ｎと電極層１ｅとの間にＳｎ添加のＺｎＳ領域１ｂを
備えおり、且つ、そのｐ型半導体層１ｐに二価の金属元
素（Ｃａ）を含有している場合（実施例３−２）には、
最も光電変換効率を向上させることができた。
【００４４】図３は、実施例３−２に係る光電変換素子
の電圧（Ｖ）／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ
である。太線は光を照射した場合の特性を示し、細線は
光を照射しない場合の特性を示す。
の電圧（Ｖ）／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ
である。太線は光を照射した場合の特性を示し、細線は
光を照射しない場合の特性を示す。
【００４５】図４は、実施例３−２に係る光電変換素子
の波長（ｎｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ
である。この測定においては、分光感度測定装置（日本
分光株式会社製：ＥＰ−２５ＢＸを用いた。このグラフ
から、この光電変換素子は３００〜５００ｎｍの波長の
光に感度を有することが分かる。
の波長（ｎｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ
である。この測定においては、分光感度測定装置（日本
分光株式会社製：ＥＰ−２５ＢＸを用いた。このグラフ
から、この光電変換素子は３００〜５００ｎｍの波長の
光に感度を有することが分かる。
【００４６】図５は、実施例３−２に係る光電変換素子
のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。この測定に
おいては、理学電気株式会社製のＭｉｎｉＦＬｅｘ（商
品名）を用いた。このグラフから、ｐ型半導体層１ｐ及
びｎ型半導体層１ｎは、それぞれ多結晶Ｃｕ2Ｏ及び多
結晶ＴｉＯ2であることが確認できた。
のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。この測定に
おいては、理学電気株式会社製のＭｉｎｉＦＬｅｘ（商
品名）を用いた。このグラフから、ｐ型半導体層１ｐ及
びｎ型半導体層１ｎは、それぞれ多結晶Ｃｕ2Ｏ及び多
結晶ＴｉＯ2であることが確認できた。
【００４７】
【発明の効果】本発明の光電変換素子は、ｐ型Ｃｕ2Ｏ
領域及びｎ型ＴｉＯ2領域を備えているので、光電変換
効率等の有用性を向上させることができる。
領域及びｎ型ＴｉＯ2領域を備えているので、光電変換
効率等の有用性を向上させることができる。
【図１】光電変換素子の縦断面構成を示す説明図。
【図２】別の形態に係る光電変換素子の縦断面構成を示
す説明図
す説明図
【図３】実施例３−２に係る光電変換素子の電圧（Ｖ）
／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ。
／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ。
【図４】実施例３−２に係る光電変換素子の波長（ｎ
ｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ。
ｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ。
【図５】実施例３−２に係る光電変換素子のＸ線回折ス
ペクトルを示すグラフ。
ペクトルを示すグラフ。
１ｐ…ｐ型Ｃｕ2Ｏ、１ｎ…ｎ型ＴｉＯ2領域、１ｂ…緩
衝層、１ｔ…透明基板。
衝層、１ｔ…透明基板。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F049 MA02 MB01 MB12 NA01 PA04 PA07 PA15 SE04 5F051 AA07 AA16 CB12 CB15 DA03 FA04
Claims (6)
- 【請求項１】 入射光に感応してキャリアを発生するｐ
ｎ接合を備えた光電変換素子において、前記ｐｎ接合は
互いに隣接したｐ型Ｃｕ2Ｏ領域及びｎ型ＴｉＯ2領域を
備えることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 前記ｎ型ＴｉＯ2領域及び前記ｐ型Ｃｕ2
Ｏ領域は、その厚み方向に隣接するように透明基板上に
順次積層されていることを特徴とする請求項１に記載の
光電変換素子。 - 【請求項３】 前記ｎ型ＴｉＯ2領域と前記透明基板と
の間に介在し前記ｎ型ＴｉＯ2領域に電位を与える電極
層と、前記ｎ型ＴｉＯ2領域と前記電極層との間に介在
するＳｎ添加のＺｎＳ領域とを備えることを特徴とする
請求項２に記載の光電変換素子。 - 【請求項４】 前記ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域は二価の金属元素
を含有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換
素子。 - 【請求項５】 前記ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域及び前記ｎ型Ｔｉ
Ｏ2領域は多結晶であることを特徴とする請求項１に記
載の光電変換素子。 - 【請求項６】 前記ｐ型Ｃｕ2Ｏ領域及びｎ型ＴｉＯ2領
域は、加熱した基板にそれぞれの原材料を噴霧すること
によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の
光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11046570A JP2000243994A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11046570A JP2000243994A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000243994A true JP2000243994A (ja) | 2000-09-08 |
Family
ID=12750988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11046570A Pending JP2000243994A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000243994A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103966A1 (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Bridgestone Corporation | Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ膜の成膜方法及び太陽電池 |
| JP2007013098A (ja) * | 2005-06-01 | 2007-01-18 | Bridgestone Corp | 太陽電池 |
| CN111640581A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-08 | 扬州大学 | 一种n-Cu2O/TiO2纳米棒阵列PEC型光电探测器的制备方法 |
| JP2021082653A (ja) * | 2019-11-15 | 2021-05-27 | 富士通株式会社 | スイッチ素子及びスイッチ素子の製造方法 |
| WO2023281761A1 (ja) * | 2021-07-09 | 2023-01-12 | 株式会社 東芝 | 太陽電池、太陽電池の製造方法、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム |
| US11557688B2 (en) | 2018-01-29 | 2023-01-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solar cell, multi-junction solar cell, solar cell module, and solar power generation system |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP11046570A patent/JP2000243994A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103966A1 (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Bridgestone Corporation | Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ膜の成膜方法及び太陽電池 |
| JP2007013098A (ja) * | 2005-06-01 | 2007-01-18 | Bridgestone Corp | 太陽電池 |
| US11557688B2 (en) | 2018-01-29 | 2023-01-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solar cell, multi-junction solar cell, solar cell module, and solar power generation system |
| JP2021082653A (ja) * | 2019-11-15 | 2021-05-27 | 富士通株式会社 | スイッチ素子及びスイッチ素子の製造方法 |
| CN111640581A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-08 | 扬州大学 | 一种n-Cu2O/TiO2纳米棒阵列PEC型光电探测器的制备方法 |
| WO2023281761A1 (ja) * | 2021-07-09 | 2023-01-12 | 株式会社 東芝 | 太陽電池、太陽電池の製造方法、多接合型太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽光発電システム |
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