JP2001015785A - 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
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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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ＣｕＯ領域１ｐ及
びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備えており、有用性を向上さ
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ＣｕＯ領域１ｐ及
びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備えており、有用性を向上さ
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太陽電池は、例えば、「Solar Cell
s, 3 (1981) pp.73-80」に記載され、光センサは特開昭
５９−１７２７８３号公報に記載されている。
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太陽電池は、例えば、「Solar Cell
s, 3 (1981) pp.73-80」に記載され、光センサは特開昭
５９−１７２７８３号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献においては、Ｃｕ2Ｏ（亜酸化銅）の形成時に不安定
なＣｕＯ（酸化銅）が僅かに形成されるとしているが、
実際にＣｕＯを用いた場合の好適な光電変換素子につい
ては開示されていない。本発明は、このような課題に鑑
みてなされたものであり、ＣｕＯを用いた光電変換素子
を提供することを目的とする。
献においては、Ｃｕ2Ｏ（亜酸化銅）の形成時に不安定
なＣｕＯ（酸化銅）が僅かに形成されるとしているが、
実際にＣｕＯを用いた場合の好適な光電変換素子につい
ては開示されていない。本発明は、このような課題に鑑
みてなされたものであり、ＣｕＯを用いた光電変換素子
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ＣｕＯ（酸化銅）領
域及びｎ型ＴｉＯ2（酸化チタン）領域を備えることを
特徴とする。これらからなるｐｎ接合は、十分な光電変
換効率を有する。
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ＣｕＯ（酸化銅）領
域及びｎ型ＴｉＯ2（酸化チタン）領域を備えることを
特徴とする。これらからなるｐｎ接合は、十分な光電変
換効率を有する。
【０００５】このような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ＣｕＯ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、透明基板上にこ
れらを容易に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。
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ＣｕＯ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、透明基板上にこ
れらを容易に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】更に、ｐ型ＣｕＯ領域は厚み方向に抵抗率
分布を有し、ｐ型ＣｕＯ領域の抵抗率は、ｎ型ＴｉＯ2
領域側の方がこれと逆側よりも高くなるように設定され
ていることが好ましい。
分布を有し、ｐ型ＣｕＯ領域の抵抗率は、ｎ型ＴｉＯ2
領域側の方がこれと逆側よりも高くなるように設定され
ていることが好ましい。
【０００７】また、ｐ型ＣｕＯ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。
【０００８】なお、ｐ型ＣｕＯ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。
【０００９】
【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。
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。
【００１０】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を介して紫外域（３００〜４００ｎｍ）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１
ｐ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を介して紫外域（３００〜４００ｎｍ）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１
ｐ及びｎ型半導体層１ｎの結晶状態は多結晶である。
【００１１】ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは
製造時の添加物濃度（不純物濃度）又は成長温度を調整
することによって厚み方向に抵抗率分布を持たせても良
い。すなわち、ｐ型半導体層１ｐは厚み方向に抵抗率分
布を有し、ｐ型半導体層１ｐの抵抗率は、ｎ型半導体層
１ｎ側の方がこれと逆側よりも高くなるように設定され
ている。成長温度が低温であるほど、形成される層の抵
抗率は高くなる傾向にあるため、ｐ型半導体層１ｐの製
造時においては、ｐ型半導体層１ｐのｎ型ＴｉＯ2領域
側を低温（例えば２６０℃）で形成した後、これと逆側
を高温（例えば２８０℃）で形成する。これらの例示さ
れる成長温度でｐ型半導体層１ｐを形成した場合、低温
時及び高温時にそれぞれ形成される層のシート抵抗は
２．２×１０6Ω／□、５．４×１０5Ω／□であった。
なお、これらの温度はそれぞれ第１成長温度及び第２成
長温度とする。
製造時の添加物濃度（不純物濃度）又は成長温度を調整
することによって厚み方向に抵抗率分布を持たせても良
い。すなわち、ｐ型半導体層１ｐは厚み方向に抵抗率分
布を有し、ｐ型半導体層１ｐの抵抗率は、ｎ型半導体層
１ｎ側の方がこれと逆側よりも高くなるように設定され
ている。成長温度が低温であるほど、形成される層の抵
抗率は高くなる傾向にあるため、ｐ型半導体層１ｐの製
造時においては、ｐ型半導体層１ｐのｎ型ＴｉＯ2領域
側を低温（例えば２６０℃）で形成した後、これと逆側
を高温（例えば２８０℃）で形成する。これらの例示さ
れる成長温度でｐ型半導体層１ｐを形成した場合、低温
時及び高温時にそれぞれ形成される層のシート抵抗は
２．２×１０6Ω／□、５．４×１０5Ω／□であった。
なお、これらの温度はそれぞれ第１成長温度及び第２成
長温度とする。
【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、十分な短絡電流、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、十分な短絡電流、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３００〜４００ｎｍ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】
【００１６】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。
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。
【００１７】
【表２】
【００１８】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、Ａｇ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de）等を用いることができる。
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、Ａｇ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de）等を用いることができる。
【００１９】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１ｅ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。
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１ｅ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。
【００２０】なお、第１電極層１ｅの材料としてはＳｎ
Ｏ2に代えて、入射光に対して透明な材料、例えば、Ｉ
ＴＯ等を用いることができる。
Ｏ2に代えて、入射光に対して透明な材料、例えば、Ｉ
ＴＯ等を用いることができる。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】
【表３】
【００２４】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。
【００２５】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ＺｎＳ又はＳｎ添加のＺｎＳからなる。光電変換効率
の点でＳｎを添加した方が有効である。
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ＺｎＳ又はＳｎ添加のＺｎＳからなる。光電変換効率
の点でＳｎを添加した方が有効である。
【００２６】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ＣｕＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備え
る。このｐｎ接合は、紫外域で不透明性を有する半導体
材料から構成されており、十分な光電変換効率を有す
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ＣｕＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備え
る。このｐｎ接合は、紫外域で不透明性を有する半導体
材料から構成されており、十分な光電変換効率を有す
る。
【００２７】また、ｎ型ＴｉＯ2領域１ｎ及びｐ型Ｃｕ
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。
【００２８】なお、上記ｐ型ＣｕＯ領域１ｐ及びｎ型Ｔ
ｉＯ2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。
ｉＯ2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。
【００２９】
【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。
素子を作製した。
【００３０】（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。第１電極層１ｅ（フッ素添加Ｓ
ｎＯ2）及び透明基板１ｔ（ソーダガラス）は、透明基
板１ｔ上に第１電極層１ｅが形成されているもの（ＦＴ
Ｏとする）を用いた（日本板硝子（株）社製、シート抵
抗１２Ω／□以下）。第２電極層２ｅ（Ａｕ）は、真空
蒸着法を用いて形成した。
件は以下の通りである。第１電極層１ｅ（フッ素添加Ｓ
ｎＯ2）及び透明基板１ｔ（ソーダガラス）は、透明基
板１ｔ上に第１電極層１ｅが形成されているもの（ＦＴ
Ｏとする）を用いた（日本板硝子（株）社製、シート抵
抗１２Ω／□以下）。第２電極層２ｅ（Ａｕ）は、真空
蒸着法を用いて形成した。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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、以下の材料はス
プレー熱分解法を用いて形成した。
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、以下の材料はス
プレー熱分解法を用いて形成した。
【００３４】
【表４】 これらの形成条件を以下に示す。
【００３５】
【表５】
【００３６】
【表６】
【００３７】
【表７】
【００３８】
【表８】
【００３９】
【表９】
【００４０】
【表１０】
【００４１】
【表１１】
【００４２】
【表１２】
【００４３】
【表１３】
【００４４】
【表１４】 以下、各実施例について説明する。
【００４５】（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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
【００４６】（比較例１−１）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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＳｎＯ2
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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＳｎＯ2
【００４７】（比較例１−２）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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＯ
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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＯ
【００４８】（比較例１−３）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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＳ（上記Ｓｎ添加ＺｎＳ製造法
において添加物原料を用いないで製造）
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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＳ（上記Ｓｎ添加ＺｎＳ製造法
において添加物原料を用いないで製造）
【００４９】（実施例２−１）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：Ｃｒ添加ＣｕＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
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：Ｃｒ添加ＣｕＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
【００５０】（実施例２−２）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：Ａｌ添加ＣｕＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
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：Ａｌ添加ＣｕＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
【００５１】（実施例２−３）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：Ｆｅ添加ＣｕＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
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：Ｆｅ添加ＣｕＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
【００５２】（実施例３−１）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ＣｕＯ（抵抗率分布有） ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
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ＣｕＯ（抵抗率分布有） ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2
【００５３】（実施例４−１）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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ
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ＣｕＯ（抵抗率分布無） ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ
【００５４】（評価及び結果）上記光電変換素子にＡＭ
−１．５，１４０ｍＷ／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。
−１．５，１４０ｍＷ／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。
【００５５】
【表１５】
【００５６】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ＣｕＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ
2領域１ｎを備えており、比較例１−１，１−２，１−
３に係る光電変換素子と比較して、その光電変換効率が
向上している。
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ＣｕＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ
2領域１ｎを備えており、比較例１−１，１−２，１−
３に係る光電変換素子と比較して、その光電変換効率が
向上している。
【００５７】また、ｐ型半導体層１ｐに三価の金属元素
Ｃｒ（実施例２−１）、Ａｌ（実施例２−２）、Ｆｅ
（実施例２−３）を添加して作製した光電変換素子と実
施例１に係る光電変換素子の暗電流（光を遮断して、−
１．０Ｖの電圧を印加した場合の電極パッド１ｐｄ，２
ｐｄ間を流れる電流（μＡ／ｃｍ2））を表１６に示
す。
Ｃｒ（実施例２−１）、Ａｌ（実施例２−２）、Ｆｅ
（実施例２−３）を添加して作製した光電変換素子と実
施例１に係る光電変換素子の暗電流（光を遮断して、−
１．０Ｖの電圧を印加した場合の電極パッド１ｐｄ，２
ｐｄ間を流れる電流（μＡ／ｃｍ2））を表１６に示
す。
【００５８】
【表１６】
【００５９】表１５及び表１６に示すように、短絡光電
流が小さくなり、開放電圧が大きくなった。また、暗電
流が小さくなった。したがって、光電変換効率は小さく
なったが、光センサとしては暗電流が小さくなったこと
から、より微弱な紫外光をも検出することが可能となっ
た。
流が小さくなり、開放電圧が大きくなった。また、暗電
流が小さくなった。したがって、光電変換効率は小さく
なったが、光センサとしては暗電流が小さくなったこと
から、より微弱な紫外光をも検出することが可能となっ
た。
【００６０】ｐ型ＣｕＯ領域１ｐは厚み方向に抵抗率分
布を有し、ｐ型ＣｕＯ領域１ｐの抵抗率は、ｎ型ＴｉＯ
2領域１ｎ側の方がこれと逆側よりも高くなるように設
定されている場合（実施例３−１）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。
布を有し、ｐ型ＣｕＯ領域１ｐの抵抗率は、ｎ型ＴｉＯ
2領域１ｎ側の方がこれと逆側よりも高くなるように設
定されている場合（実施例３−１）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。
【００６１】なお、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
備えている場合（実施例４−１）には、光電変換効率が
実施例１のものに比較して増加している。
１ｎと電極層１ｅとの間にＳｎ添加のＺｎＳ領域１ｂを
備えている場合（実施例４−１）には、光電変換効率が
実施例１のものに比較して増加している。
【００６２】図３は、実施例１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。
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。
【００６３】図４は、実施例１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：ＣＥＰ−２５ＢＸ）を用いた。このグラフ
から、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍの波長の
光に感度を有することが分かる。
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：ＣＥＰ−２５ＢＸ）を用いた。このグラフ
から、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍの波長の
光に感度を有することが分かる。
【００６４】図５は、実施例２−３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。
【００６５】図６は、実施例２−３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：ＣＥＰ−２５ＢＸ）を用いた。
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：ＣＥＰ−２５ＢＸ）を用いた。
【００６６】図７は、実施例４−１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。
【００６７】図８は、実施例４−1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：ＣＥＰ−２５ＢＸ）を用いた。このグ
ラフから、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍ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：ＣＥＰ−２５ＢＸ）を用いた。このグ
ラフから、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍの波
長の光に感度を有することが分かる。
【００６８】図９は、実施例４−１に係る光電変換素子
のＸ線回折スペクトル（図中Ａで示す）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Ｍｉ
ＣｕＦｌｅｘ（商品名）を用いた。Ｘ線回折スペクトル
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ＣｕＯ及び多結晶ＴｉＯ2であることが確認
できた。なお、図中のＢはガラス基板上にＦ添加ＳｎＯ
2層のみを形成した場合のＸ線回折スペクトルを示す。
のＸ線回折スペクトル（図中Ａで示す）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Ｍｉ
ＣｕＦｌｅｘ（商品名）を用いた。Ｘ線回折スペクトル
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ＣｕＯ及び多結晶ＴｉＯ2であることが確認
できた。なお、図中のＢはガラス基板上にＦ添加ＳｎＯ
2層のみを形成した場合のＸ線回折スペクトルを示す。
【００６９】
【発明の効果】本発明の光電変換素子は、ｐ型ＣｕＯ及
びｎ型ＴｉＯ2というこれまでにない材料の組み合わせ
から構成された光電変換素子として利用できる。これは
光電変換効率等を向上可能でなものであり、光電変換素
子として有用性あるものとなった。
びｎ型ＴｉＯ2というこれまでにない材料の組み合わせ
から構成された光電変換素子として利用できる。これは
光電変換効率等を向上可能でなものであり、光電変換素
子として有用性あるものとなった。
【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１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。
流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ。
【図４】実施例１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。
量子効率（％）との関係を示すグラフ。
【図５】実施例２−３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６】実施例２−３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７】実施例４−１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８】実施例４−１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９】実施例４−１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ＣｕＯ、１ｎ…ｎ型ＴｉＯ2領域、１ｂ…緩
衝層、１ｔ…透明基板。
衝層、１ｔ…透明基板。
Claims (5)
- 【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ＣｕＯ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Ｃｕ
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ｐ型ＣｕＯ領域は厚み方向に抵抗率
分布を有し、前記ｐ型ＣｕＯ領域の抵抗率は、前記ｎ型
ＴｉＯ2領域側の方がこれと逆側よりも高くなるように
設定されてい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ＣｕＯ領域及び前記ｎ型ＴｉＯ
2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５】 前記ｐ型ＣｕＯ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 |
|---|---|---|---|
| JP18771799A JP3505106B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18771799A JP3505106B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 光電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001015785A true JP2001015785A (ja) | 2001-01-19 |
| JP3505106B2 JP3505106B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=16210951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18771799A Expired - Fee Related JP3505106B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3505106B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004047187A1 (ja) * | 2002-11-15 | 2004-06-03 | Zenji Hiroi | 光センサー |
| TWI399870B (zh) * | 2009-09-24 | 2013-06-21 | Univ Nat Central | Ultraviolet light photovoltaic element and manufacturing method thereof |
| JP2014106976A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Young Lighting Technology Inc | タッチ装置の製造方法 |
| CN107604333A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-01-19 | 广东工业大学 | 一种半导体薄膜材料 |
| WO2019146119A1 (ja) * | 2018-01-29 | 2019-08-01 | 株式会社 東芝 | 太陽電池、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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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101703520B1 (ko) * | 2011-07-29 | 2017-02-07 | 한국산업기술대학교 산학협력단 | 태양전지의 제조방법 |
-
1999
- 1999-07-01 JP JP18771799A patent/JP3505106B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN107604333A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-01-19 | 广东工业大学 | 一种半导体薄膜材料 |
| CN107604333B (zh) * | 2017-09-18 | 2020-03-10 | 广东工业大学 | 一种半导体薄膜材料 |
| WO2019146119A1 (ja) * | 2018-01-29 | 2019-08-01 | 株式会社 東芝 | 太陽電池、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 |
| JPWO2019146119A1 (ja) * | 2018-01-29 | 2020-02-06 | 株式会社東芝 | 太陽電池、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 |
| US11563132B2 (en) | 2018-01-29 | 2023-01-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solar cell, multi-junction solar cell, solar cell module, and photovoltaic system |
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