JP2002299654A - 光起電力素子 - Google Patents
光起電力素子Info
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- 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
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｇｅ基板上に形成され且つ受光面にテクスチ
ャーを形成することにより光電変換効率を高めた表裏面
電極型または裏面電極型の光起電力素子を提供する。 【解決手段】 Ｇｅ基板上に形成され、受光面および裏
面のうち少なくとも裏面に電極を備えた光起電力素子に
おいて、Ｇｅ基板上に、ＳｉXＧｅ1-X中間層と、受光面
を構成するＳｉ層とがこの順で積層しており、上記Ｓｉ
層は、受光面が凹凸状のテクスチャー構造を有し、上記
ＳｉXＧｅ1-X中間層は、上記Ｘの値が、上記Ｇｅ基板と
の界面における０から上記Ｓｉ層との界面における１ま
で、上記中間層の厚さ方向に沿って増加していることを
特徴とする。
ャーを形成することにより光電変換効率を高めた表裏面
電極型または裏面電極型の光起電力素子を提供する。 【解決手段】 Ｇｅ基板上に形成され、受光面および裏
面のうち少なくとも裏面に電極を備えた光起電力素子に
おいて、Ｇｅ基板上に、ＳｉXＧｅ1-X中間層と、受光面
を構成するＳｉ層とがこの順で積層しており、上記Ｓｉ
層は、受光面が凹凸状のテクスチャー構造を有し、上記
ＳｉXＧｅ1-X中間層は、上記Ｘの値が、上記Ｇｅ基板と
の界面における０から上記Ｓｉ層との界面における１ま
で、上記中間層の厚さ方向に沿って増加していることを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の光起電力
効果を利用した光起電力素子に関し、特に熱光起電力変
換(thermophotovoltaic energy conversion)を利用した
熱光発電(ＴＰＶ発電)用に適した光起電力素子に関す
る。
効果を利用した光起電力素子に関し、特に熱光起電力変
換(thermophotovoltaic energy conversion)を利用した
熱光発電(ＴＰＶ発電)用に適した光起電力素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体の光起電力効果を利用した
光起電力素子として、一般的には太陽電池が知られてお
り、光電変換効率を高めるために種々の提案がなされて
いる。例えば、特開平10-229210号公報には、Ｓｉ基板
上に形成された太陽電池の受光面に凹凸からなるテクス
チャー構造を設け、入射光の多重反射による「光閉じ込
め効果」を利用して光吸収率を高めることにより、光電
変換効率を高めることが提案されている。
光起電力素子として、一般的には太陽電池が知られてお
り、光電変換効率を高めるために種々の提案がなされて
いる。例えば、特開平10-229210号公報には、Ｓｉ基板
上に形成された太陽電池の受光面に凹凸からなるテクス
チャー構造を設け、入射光の多重反射による「光閉じ込
め効果」を利用して光吸収率を高めることにより、光電
変換効率を高めることが提案されている。
【０００３】しかし、上記のような一般の太陽電池に用
いられているＳｉはバンドギャップ(Ｅｇ)が１.１２ｅ
Ｖと広いため、実用的な光起電力効果を発揮できるのは
波長１.１μｍ以下の短波長側の光に対してのみであ
り、ＴＰＶ発電用の光起電力素子としては、温度１００
０℃〜１７００℃程度に熱せられた発光体から輻射され
る波長１.４〜１.７μｍの長波長側の光に対して光起電
力効果を発揮する必要がある。
いられているＳｉはバンドギャップ(Ｅｇ)が１.１２ｅ
Ｖと広いため、実用的な光起電力効果を発揮できるのは
波長１.１μｍ以下の短波長側の光に対してのみであ
り、ＴＰＶ発電用の光起電力素子としては、温度１００
０℃〜１７００℃程度に熱せられた発光体から輻射され
る波長１.４〜１.７μｍの長波長側の光に対して光起電
力効果を発揮する必要がある。
【０００４】そのためには、０.５〜０.７ｅＶの狭いバ
ンドギャップ(Ｅｇ)を有する半導体材料を用いる必要が
ある。そのような材料として、化合物半導体としてはＧ
ａＳｂ(Ｅｇ＝０.７２ｅＶ)、ＩｎＧａＡｓ(Ｅｇ＝０.
６０ｅＶ)等が適しており、元素半導体としてはＧｅ(Ｅ
ｇ＝０.６６ｅＶ)が適している。特にＧｅは化合物半導
体に比べて低コストで安定して高品質のものが得られる
点で有利であり、Ｇｅ基板を用いたＴＰＶ発電用光起電
力素子の実用化が望まれている。
ンドギャップ(Ｅｇ)を有する半導体材料を用いる必要が
ある。そのような材料として、化合物半導体としてはＧ
ａＳｂ(Ｅｇ＝０.７２ｅＶ)、ＩｎＧａＡｓ(Ｅｇ＝０.
６０ｅＶ)等が適しており、元素半導体としてはＧｅ(Ｅ
ｇ＝０.６６ｅＶ)が適している。特にＧｅは化合物半導
体に比べて低コストで安定して高品質のものが得られる
点で有利であり、Ｇｅ基板を用いたＴＰＶ発電用光起電
力素子の実用化が望まれている。
【０００５】本出願人は、特願平2000-105408号におい
て、Ｇｅ基板上に形成した裏面電極型光起電力素子を提
案した。上記出願の発明においては、自由表面、特に受
光面におけるキャリアの再結合を防止するために、下記
(1)〜(4)の手段を用いた。 (1)受光面を低欠陥の保護膜あるいはＳｉ酸化膜で被覆
する。 (2)受光面の未結合手に水素またはハロゲンを結合させ
て実質的に未結合手を減少させる。
て、Ｇｅ基板上に形成した裏面電極型光起電力素子を提
案した。上記出願の発明においては、自由表面、特に受
光面におけるキャリアの再結合を防止するために、下記
(1)〜(4)の手段を用いた。 (1)受光面を低欠陥の保護膜あるいはＳｉ酸化膜で被覆
する。 (2)受光面の未結合手に水素またはハロゲンを結合させ
て実質的に未結合手を減少させる。
【０００６】(3)受光面の直近手前に高不純物層を形成
して受光面へのキャリア移動に対するバリアとする。 (4)上記(1)のＳｉ酸化膜を形成するために受光面をＳｉ
で形成し、Ｇｅ基板との間に傾斜組成のＳｉＧｅ混晶層
を介在させてヘテロ接合によるバンドの不連続（ノッチ
やギャップ）を緩和し、Ｓｉ層内で発生したキャリアの
裏面側への移動を促進する。
して受光面へのキャリア移動に対するバリアとする。 (4)上記(1)のＳｉ酸化膜を形成するために受光面をＳｉ
で形成し、Ｇｅ基板との間に傾斜組成のＳｉＧｅ混晶層
を介在させてヘテロ接合によるバンドの不連続（ノッチ
やギャップ）を緩和し、Ｓｉ層内で発生したキャリアの
裏面側への移動を促進する。
【０００７】上記提案は、発生したキャリアの自由表面
（受光面）における再結合を防止することにより光電変
換効率を高める。一方、キャリア発生自体を促進するこ
とも、光電変換効率を向上させる上で極めて重要であ
る。キャリア発生量を増加させるには、照射された光を
効率よく吸収する必要がある。この観点で、前記特開平
10−229210号公報記載のＳｉ基板上に形成した光起電力
素子（太陽電池）のように、受光面に凹凸上のテクスチ
ャーを設けることができれば非常に効果的である。
（受光面）における再結合を防止することにより光電変
換効率を高める。一方、キャリア発生自体を促進するこ
とも、光電変換効率を向上させる上で極めて重要であ
る。キャリア発生量を増加させるには、照射された光を
効率よく吸収する必要がある。この観点で、前記特開平
10−229210号公報記載のＳｉ基板上に形成した光起電力
素子（太陽電池）のように、受光面に凹凸上のテクスチ
ャーを設けることができれば非常に効果的である。
【０００８】しかし、Ｇｅ基板上に形成した光起電力素
子に受光面のテクスチャー形成を行うことはこれまで実
現されていない。テクスチャー形成のための加工は、結
晶に損傷を及ぼさないように、機械的な加工は用いず
に、選択エッチングで行わなければならない。しかし、
これまでＳｉの選択エッチング液はあったが、Ｇｅの選
択エッチング液はないため、Ｇｅ基板を用いた光起電力
素子にテクスチャーを形成することはできなかった。
子に受光面のテクスチャー形成を行うことはこれまで実
現されていない。テクスチャー形成のための加工は、結
晶に損傷を及ぼさないように、機械的な加工は用いず
に、選択エッチングで行わなければならない。しかし、
これまでＳｉの選択エッチング液はあったが、Ｇｅの選
択エッチング液はないため、Ｇｅ基板を用いた光起電力
素子にテクスチャーを形成することはできなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｇｅ基板上
に形成され且つ受光面にテクスチャーを形成することに
より光電変換効率を高めた表裏面電極型または裏面電極
型の光起電力素子を提供することを目的とする。
に形成され且つ受光面にテクスチャーを形成することに
より光電変換効率を高めた表裏面電極型または裏面電極
型の光起電力素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の光起電力素子は、Ｇｅ基板上に形成さ
れ、受光面および裏面のうち少なくとも裏面に電極を備
えた光起電力素子において、Ｇｅ基板上に、ＳｉXＧｅ
1-X中間層と、受光面を構成するＳｉ層とがこの順で積
層しており、上記Ｓｉ層は、受光面が凹凸状のテクスチ
ャー構造を有し、上記ＳｉXＧｅ1-X中間層は、上記Ｘの
値が、上記Ｇｅ基板との界面における０から上記Ｓｉ層
との界面における１まで、上記中間層の厚さ方向に沿っ
て増加していることを特徴とする。
めに、本発明の光起電力素子は、Ｇｅ基板上に形成さ
れ、受光面および裏面のうち少なくとも裏面に電極を備
えた光起電力素子において、Ｇｅ基板上に、ＳｉXＧｅ
1-X中間層と、受光面を構成するＳｉ層とがこの順で積
層しており、上記Ｓｉ層は、受光面が凹凸状のテクスチ
ャー構造を有し、上記ＳｉXＧｅ1-X中間層は、上記Ｘの
値が、上記Ｇｅ基板との界面における０から上記Ｓｉ層
との界面における１まで、上記中間層の厚さ方向に沿っ
て増加していることを特徴とする。
【００１１】本発明によれば、Ｇｅ基板上に形成した光
起電力素子において、受光面をＳｉにより形成したの
で、選択エッチングを用いて受光面のテクスチャーを形
成することが可能になり、入射光の多重反射による光閉
じ込め効果により光吸収率が向上し、高い光電変換効率
が得られる。更に、ＳｉXＧｅ1-XはＧｅよりもバンドギ
ャップが広いため、Ｇｅ中で発生したキャリアが受光面
側へ移動することを防ぐ「窓層」として作用するため、
受光面に存在する欠陥による再結合損失が低減し、光電
変換効率が更に向上する。
起電力素子において、受光面をＳｉにより形成したの
で、選択エッチングを用いて受光面のテクスチャーを形
成することが可能になり、入射光の多重反射による光閉
じ込め効果により光吸収率が向上し、高い光電変換効率
が得られる。更に、ＳｉXＧｅ1-XはＧｅよりもバンドギ
ャップが広いため、Ｇｅ中で発生したキャリアが受光面
側へ移動することを防ぐ「窓層」として作用するため、
受光面に存在する欠陥による再結合損失が低減し、光電
変換効率が更に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】〔実施形態１〕図１に、本発明に
よる裏面電極型のＧｅ光起電力素子の断面構造の一例を
示す。図示したＧｅ光起電力素子１０は、図中で上から
順に、受光面Ａを構成するＳｉ層１、ＳｉXＧｅ1-X中間
層２(0≦Ｘ≦1)、Ｇｅ基板３が積層した構造である。Ｓ
ｉ層１、ＳｉXＧｅ1-X中間層、Ｇｅ基板は、全てｐ型
か、あるいは全てｎ型に揃える。Ｇｅ基板３は、裏面Ｂ
側にエミッタ層４および裏面電界層５が交互に形成され
ており、エミッタ層４および裏面電界層５の表面にそれ
ぞれ負電極６および正電極７が設けてある。
よる裏面電極型のＧｅ光起電力素子の断面構造の一例を
示す。図示したＧｅ光起電力素子１０は、図中で上から
順に、受光面Ａを構成するＳｉ層１、ＳｉXＧｅ1-X中間
層２(0≦Ｘ≦1)、Ｇｅ基板３が積層した構造である。Ｓ
ｉ層１、ＳｉXＧｅ1-X中間層、Ｇｅ基板は、全てｐ型
か、あるいは全てｎ型に揃える。Ｇｅ基板３は、裏面Ｂ
側にエミッタ層４および裏面電界層５が交互に形成され
ており、エミッタ層４および裏面電界層５の表面にそれ
ぞれ負電極６および正電極７が設けてある。
【００１３】本発明の第一の特徴として、Ｓｉ層１の受
光面Ａは選択エッチングによりピラミッド状の凹凸から
なるテクスチャーが形成されている。これにより、入射
光の多重反射による光閉じ込め効果が得られ、光吸収率
が高まって光電変換効率が向上する。本発明の第二の特
徴は、Ｇｅ基板３とＳｉ層１との間にＳｉXＧｅ1-X中間
層２を介在させたことである。このＳｉXＧｅ1-X中間層
２は、Ｇｅ基板３に対してバンドギャップが大きいた
め、Ｇｅ基板３内で発生したキャリアが受光面Ａ側へ移
動するのを防止する窓層として作用する。これにより、
受光面Ａでのキャリア再結合による光電変換効率の低下
が防止される。
光面Ａは選択エッチングによりピラミッド状の凹凸から
なるテクスチャーが形成されている。これにより、入射
光の多重反射による光閉じ込め効果が得られ、光吸収率
が高まって光電変換効率が向上する。本発明の第二の特
徴は、Ｇｅ基板３とＳｉ層１との間にＳｉXＧｅ1-X中間
層２を介在させたことである。このＳｉXＧｅ1-X中間層
２は、Ｇｅ基板３に対してバンドギャップが大きいた
め、Ｇｅ基板３内で発生したキャリアが受光面Ａ側へ移
動するのを防止する窓層として作用する。これにより、
受光面Ａでのキャリア再結合による光電変換効率の低下
が防止される。
【００１４】ＳｉXＧｅ1-X中間層２は、Ｘの値がＧｅ基
板３との界面で０、Ｓｉ層１との界面で１であり、中間
層２の厚さ方向に沿って０から１まで増加する傾斜組成
を有する。これにより、Ｓｉ層１とＧｅ基板３との格子
定数差に起因する格子欠陥の発生を防止できる。図１の
構造における各部半導体の構成の典型例は下記のとおり
である。
板３との界面で０、Ｓｉ層１との界面で１であり、中間
層２の厚さ方向に沿って０から１まで増加する傾斜組成
を有する。これにより、Ｓｉ層１とＧｅ基板３との格子
定数差に起因する格子欠陥の発生を防止できる。図１の
構造における各部半導体の構成の典型例は下記のとおり
である。
【００１５】 ｐ型Ｓｉ層１ :厚さ 10μm、 ドープ濃度１×1017cm-3 ｐ型ＳｉXＧｅ1-X中間層２ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1017cm-3 ｐ型Ｇｅ層(基板)３ :厚さ150μm、 ドープ濃度１×1017cm-3 ｎ+型Ｇｅ層(エミッタ層)４ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｐ+型Ｇｅ層(裏面電界層)５ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 上記のｐ型Ｓｉ層１の受光面Ａに選択エッチングを行
い、テクスチャーを形成することができる。
い、テクスチャーを形成することができる。
【００１６】受光面にテクスチャーを形成したサンプル
およびテクスチャー形成後更に反射防止膜を形成したサ
ンプルについて、波長400nm〜1200nmの光に対する平均
反射率を計算した。なお、比較例として、本発明による
テクスチャーを形成しないサンプルについても反射率を
計算した。本発明例および比較例の計算結果をまとめて
表１に示す。
およびテクスチャー形成後更に反射防止膜を形成したサ
ンプルについて、波長400nm〜1200nmの光に対する平均
反射率を計算した。なお、比較例として、本発明による
テクスチャーを形成しないサンプルについても反射率を
計算した。本発明例および比較例の計算結果をまとめて
表１に示す。
【００１７】
【表１】 表１に示したように、受光面にテクスチャーを形成した
本発明例ＡおよびＢは、テクスチャーを形成しない比較
例Ｃ、Ｄ、Ｅに比べて受光面の反射率が大幅に低下して
おり、これにより光吸収率が著しく高まる。
本発明例ＡおよびＢは、テクスチャーを形成しない比較
例Ｃ、Ｄ、Ｅに比べて受光面の反射率が大幅に低下して
おり、これにより光吸収率が著しく高まる。
【００１８】特に、本発明のテクスチャー形成による反
射率低減効果は、従来の反射防止膜と併用した場合に最
も顕著に現れる。すなわち、従来の反射防止膜のみを用
いた場合は、反射防止膜を２層形成した比較例Ｅでも反
射率は３.５４％であるのに対して、同等の２層反射防
止膜と本発明のテクスチャー形成とを併用した発明例Ｂ
は、０.１４％と極めて低い反射率が達成される。更に
本発明によれば、テクスチャーの光閉じ込め効果によ
り、単に反射率の低減から予測される以上の光電変換効
率の向上が期待できる。
射率低減効果は、従来の反射防止膜と併用した場合に最
も顕著に現れる。すなわち、従来の反射防止膜のみを用
いた場合は、反射防止膜を２層形成した比較例Ｅでも反
射率は３.５４％であるのに対して、同等の２層反射防
止膜と本発明のテクスチャー形成とを併用した発明例Ｂ
は、０.１４％と極めて低い反射率が達成される。更に
本発明によれば、テクスチャーの光閉じ込め効果によ
り、単に反射率の低減から予測される以上の光電変換効
率の向上が期待できる。
【００１９】また、反射防止膜は併用せずに本発明のテ
クスチャー形成のみによる効果を見ても、テクスチャー
も反射防止膜もない比較例Ｃの反射率３７.４１％に対
して、テクスチャーは形成し反射防止膜は形成していな
い発明例Ａは反射率が１２.００％まで低下している。
この場合にも、本発明によれば、テクスチャーの光閉じ
込め効果により、単に反射率の低減から予測される以上
の光電変換効率の向上が期待できる。
クスチャー形成のみによる効果を見ても、テクスチャー
も反射防止膜もない比較例Ｃの反射率３７.４１％に対
して、テクスチャーは形成し反射防止膜は形成していな
い発明例Ａは反射率が１２.００％まで低下している。
この場合にも、本発明によれば、テクスチャーの光閉じ
込め効果により、単に反射率の低減から予測される以上
の光電変換効率の向上が期待できる。
【００２０】このように、本発明により受光面にテクス
チャーを形成することにより、反射防止膜では得られな
い顕著な反射率低減効果すなわち光吸収率向上効果が得
られる。本発明によれば更に、テクスチャーによる光吸
収率の向上効果に加えて、Ｓｉ XＧｅ1-X中間層(０≦Ｘ
≦１)を設けたことにより受光面での再結合損失を低減
できる。光照射により発生したキャリアの再結合は、半
導体内部ではキャリアの寿命時間(バルクライフタイム)
で評価され、半導体表面ではキャリア消失速度（表面再
結合速度）で評価される。
チャーを形成することにより、反射防止膜では得られな
い顕著な反射率低減効果すなわち光吸収率向上効果が得
られる。本発明によれば更に、テクスチャーによる光吸
収率の向上効果に加えて、Ｓｉ XＧｅ1-X中間層(０≦Ｘ
≦１)を設けたことにより受光面での再結合損失を低減
できる。光照射により発生したキャリアの再結合は、半
導体内部ではキャリアの寿命時間(バルクライフタイム)
で評価され、半導体表面ではキャリア消失速度（表面再
結合速度）で評価される。
【００２１】一般に、半導体基板の自由表面には未結合
手が多数存在するため、必然的に欠陥密度が高くなる。
したがって、半導体基板内で発生したキャリアのうち裏
面電極側へ移動せず自由表面である受光面に移動したキ
ャリアは、受光面の欠陥に捕捉されて再結合により消失
してしまい、光電変換効率の損失が生じる。半導体基板
の受光面における表面再結合速度と変換効率の関係につ
いて、シミュレーション計算した一例を図２に示す。図
２(1)が計算結果を示すグラフであり、図２(2)は計算に
用いたモデル構造を示す。計算の前提とした諸条件は下
記のとおりである。
手が多数存在するため、必然的に欠陥密度が高くなる。
したがって、半導体基板内で発生したキャリアのうち裏
面電極側へ移動せず自由表面である受光面に移動したキ
ャリアは、受光面の欠陥に捕捉されて再結合により消失
してしまい、光電変換効率の損失が生じる。半導体基板
の受光面における表面再結合速度と変換効率の関係につ
いて、シミュレーション計算した一例を図２に示す。図
２(1)が計算結果を示すグラフであり、図２(2)は計算に
用いたモデル構造を示す。計算の前提とした諸条件は下
記のとおりである。
【００２２】(計算条件) 光起電力素子：ｎ+／ｐ／ｐ+構造Ｇｅ光起電力素子 半導体層の構成(図２参照)： ｐ型Ｇｅ基板：ドープ濃度１×１０17cm-3、厚さ３５０
μm ｎ+型Ｇｅ層 ：ドープ濃度１×１０19cm-3、厚さ０.３
μm ｐ+型Ｇｅ層 ：ドープ濃度１×１０19cm-3、厚さ２μm Ｍ：負電極、Ｎ：正電極 図２(1)のグラフに示したように、光電変換効率(縦軸)
は、受光面側での表面再結合速度(横軸)が特定範囲で増
加すると、大幅に低下する。
μm ｎ+型Ｇｅ層 ：ドープ濃度１×１０19cm-3、厚さ０.３
μm ｐ+型Ｇｅ層 ：ドープ濃度１×１０19cm-3、厚さ２μm Ｍ：負電極、Ｎ：正電極 図２(1)のグラフに示したように、光電変換効率(縦軸)
は、受光面側での表面再結合速度(横軸)が特定範囲で増
加すると、大幅に低下する。
【００２３】本発明においては、図１に示したようにＧ
ｅ基板３と受光面側のＳｉ層１との間にＳｉXＧｅ1-X中
間層２が介在しており、ＳｉXＧｅ1-XがＧｅよりも広い
バンドギャップを持つため、Ｇｅ基板３内で発生したキ
ャリアがＳｉ層１側へ移動することが防止される。これ
により、受光面でのキャリア再結合による損失の発生が
回避され、安定して高い光電変換効率を得ることができ
る。
ｅ基板３と受光面側のＳｉ層１との間にＳｉXＧｅ1-X中
間層２が介在しており、ＳｉXＧｅ1-XがＧｅよりも広い
バンドギャップを持つため、Ｇｅ基板３内で発生したキ
ャリアがＳｉ層１側へ移動することが防止される。これ
により、受光面でのキャリア再結合による損失の発生が
回避され、安定して高い光電変換効率を得ることができ
る。
【００２４】〔実施形態２〕図３に、本発明による表裏
面電極型のＧｅ光起電力素子の断面構造の一例を示す。
図示したＧｅ光起電力素子２０は、ｐ型Ｇｅ基板３上に
ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間層２(0≦Ｘ≦1)を介して受光面
Ａを構成するｎ+型Ｓｉ層１が積層している。Ｇｅ基板
３の最上部はｎ+型Ｇｅエミッタ層４として、Ｇｅ基板
３の最下部はｐ+型Ｇｅ裏面電界層５として、それぞれ
形成されている。エミッタ層４の上面からＳｉXＧｅ1-X
中間層２およびＳｉ層１を貫通して負電極６が形成され
ており、裏面電界層５の下面には正電極７が形成されて
いる。
面電極型のＧｅ光起電力素子の断面構造の一例を示す。
図示したＧｅ光起電力素子２０は、ｐ型Ｇｅ基板３上に
ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間層２(0≦Ｘ≦1)を介して受光面
Ａを構成するｎ+型Ｓｉ層１が積層している。Ｇｅ基板
３の最上部はｎ+型Ｇｅエミッタ層４として、Ｇｅ基板
３の最下部はｐ+型Ｇｅ裏面電界層５として、それぞれ
形成されている。エミッタ層４の上面からＳｉXＧｅ1-X
中間層２およびＳｉ層１を貫通して負電極６が形成され
ており、裏面電界層５の下面には正電極７が形成されて
いる。
【００２５】実施形態１と同様に、受光面Ａのテクスチ
ャーによる光吸収率向上効果およびＳｉXＧｅ1-X層の介
在によるキャリア再結合損失防止効果が得られ、それに
より光電変換効率が向上する。本実施形態においては更
に、受光面側電極６の厚さが大きいため、それを取り囲
むＳｉ層１（ｎ+型）、中間層２（ｎ+型）、エミッタ−
層４（ｎ+型）との接触面積が大きくなり、抵抗損失が
低減するという利点がある。
ャーによる光吸収率向上効果およびＳｉXＧｅ1-X層の介
在によるキャリア再結合損失防止効果が得られ、それに
より光電変換効率が向上する。本実施形態においては更
に、受光面側電極６の厚さが大きいため、それを取り囲
むＳｉ層１（ｎ+型）、中間層２（ｎ+型）、エミッタ−
層４（ｎ+型）との接触面積が大きくなり、抵抗損失が
低減するという利点がある。
【００２６】図３の構造における各部半導体の構成の典
型例は下記のとおりである。 ｎ+型Ｓｉ層１ :厚さ ５μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間層２ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｐ型Ｇｅ層(基板)３ :厚さ300μm、 ドープ濃度１×1017cm-3 ｎ+型Ｇｅ層(エミッタ層)４ :厚さ0.1μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｐ+型Ｇｅ層(裏面電界層)５ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 〔実施形態３〕図４に、本発明による表裏面電極型のＧ
ｅ光起電力素子の断面構造の他の例を示す。図示したＧ
ｅ光起電力素子３０は、ｐ型Ｇｅ基板３上にｎ+型ＳｉX
Ｇｅ1- X中間層２(0≦Ｘ≦1)を介して受光面Ａを構成す
るｎ+型Ｓｉ層１が積層している。Ｇｅ基板の最下部は
ｐ+型Ｇｅ裏面電界層５として形成されている。裏面電
界層５の下面には正電極７が形成されている。負電極６
はＳｉ層１上に形成されている。本実施形態ではｎ+型
ＳｉXＧｅ1-X中間層２がエミッタ−層としても機能す
る。
型例は下記のとおりである。 ｎ+型Ｓｉ層１ :厚さ ５μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間層２ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｐ型Ｇｅ層(基板)３ :厚さ300μm、 ドープ濃度１×1017cm-3 ｎ+型Ｇｅ層(エミッタ層)４ :厚さ0.1μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｐ+型Ｇｅ層(裏面電界層)５ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 〔実施形態３〕図４に、本発明による表裏面電極型のＧ
ｅ光起電力素子の断面構造の他の例を示す。図示したＧ
ｅ光起電力素子３０は、ｐ型Ｇｅ基板３上にｎ+型ＳｉX
Ｇｅ1- X中間層２(0≦Ｘ≦1)を介して受光面Ａを構成す
るｎ+型Ｓｉ層１が積層している。Ｇｅ基板の最下部は
ｐ+型Ｇｅ裏面電界層５として形成されている。裏面電
界層５の下面には正電極７が形成されている。負電極６
はＳｉ層１上に形成されている。本実施形態ではｎ+型
ＳｉXＧｅ1-X中間層２がエミッタ−層としても機能す
る。
【００２７】本実施形態においても実施形態１と同様
に、受光面Ａのテクスチャーによる光吸収率向上効果お
よびＳｉXＧｅ1-X層の介在によるキャリア再結合損失防
止効果が得られ、それにより光電変換効率が向上する。
更に、本実施形態においては、ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間
層２は、実施形態１、２と同様に窓層および格子欠陥防
止層として機能するだけでなく、上記のように同時にエ
ミッタ−層としても機能する。これにより、実施形態
１、２のようにＧｅ基板３内にエミッタ−層４を形成す
る処理が必要ないため、プロセスを簡略化して低コスト
化できるという利点がある。
に、受光面Ａのテクスチャーによる光吸収率向上効果お
よびＳｉXＧｅ1-X層の介在によるキャリア再結合損失防
止効果が得られ、それにより光電変換効率が向上する。
更に、本実施形態においては、ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間
層２は、実施形態１、２と同様に窓層および格子欠陥防
止層として機能するだけでなく、上記のように同時にエ
ミッタ−層としても機能する。これにより、実施形態
１、２のようにＧｅ基板３内にエミッタ−層４を形成す
る処理が必要ないため、プロセスを簡略化して低コスト
化できるという利点がある。
【００２８】図４の構造における各部半導体の構成の典
型例は下記のとおりである。 ｎ+型Ｓｉ層１ :厚さ ５μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間層２ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｐ型Ｇｅ層(基板)３ :厚さ300μm、 ドープ濃度１×1017cm-3 ｐ+型Ｇｅ層(裏面電界層)５ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3
型例は下記のとおりである。 ｎ+型Ｓｉ層１ :厚さ ５μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｎ+型ＳｉXＧｅ1-X中間層２ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3 ｐ型Ｇｅ層(基板)３ :厚さ300μm、 ドープ濃度１×1017cm-3 ｐ+型Ｇｅ層(裏面電界層)５ :厚さ １μm、 ドープ濃度１×1019cm-3
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｇｅ基板上に形成され且つ受光面にテクスチャーを形成
することにより光電変換効率を高めた表裏面電極型また
は裏面電極型の光起電力素子が提供される。
Ｇｅ基板上に形成され且つ受光面にテクスチャーを形成
することにより光電変換効率を高めた表裏面電極型また
は裏面電極型の光起電力素子が提供される。
【図１】図１は、本発明による裏面電極型Ｇｅ光起電力
素子の一例を示す断面図である。
素子の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、光電変換効率に及ぼす受光面での表面
再結合速度の影響についてのシミュレーション計算結果
の一例を示すグラフである。
再結合速度の影響についてのシミュレーション計算結果
の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明による表裏面電極型Ｇｅ光起電
力素子の一例を示す断面図である。
力素子の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明による表裏面電極型Ｇｅ光起電
力素子の他の例を示す断面図である。
力素子の他の例を示す断面図である。
１…テクスチャー構造を有する受光面を構成するＳｉ層 ２…ＳｉXＧｅ1-X中間層 ３…Ｇｅ基板 ４…エミッタ−層 ５…裏面電界層 ６…負電極 ７…正電極 １０、２０、３０…本発明による光起電力素子 Ａ…受光面 Ｂ…裏面
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｇｅ基板上に形成され、受光面および裏
面のうち少なくとも裏面に電極を備えた光起電力素子に
おいて、 Ｇｅ基板上に、ＳｉXＧｅ1-X中間層と、受光面を構成す
るＳｉ層とがこの順で積層しており、 上記Ｓｉ層は、受光面が凹凸状のテクスチャー構造を有
し、 上記ＳｉXＧｅ1-X中間層は、上記Ｘの値が、上記Ｇｅ基
板との界面における０から上記Ｓｉ層との界面における
１まで、上記中間層の厚さ方向に沿って増加しているこ
とを特徴とする光起電力素子。 - 【請求項２】 前記Ｇｅ基板に対して、前記ＳｉXＧｅ
1-X中間層および前記Ｓｉ層が反対導電型であることを
特徴とする請求項１記載の光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001096816A JP2002299654A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001096816A JP2002299654A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 光起電力素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002299654A true JP2002299654A (ja) | 2002-10-11 |
Family
ID=18950687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001096816A Pending JP2002299654A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002299654A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7538328B1 (en) * | 2008-02-05 | 2009-05-26 | Panalytical B.V. | Imaging detector |
| JP2010219495A (ja) * | 2009-02-18 | 2010-09-30 | Nagaoka Univ Of Technology | 太陽電池用透明部材および太陽電池 |
| CN102610686A (zh) * | 2012-03-28 | 2012-07-25 | 星尚光伏科技（苏州）有限公司 | 一种背接触晶体硅太阳能电池及其制作工艺 |
| WO2012117871A1 (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-07 | シャープ株式会社 | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 |
| JP2018050032A (ja) * | 2016-09-19 | 2018-03-29 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 太陽電池及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-03-29 JP JP2001096816A patent/JP2002299654A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7538328B1 (en) * | 2008-02-05 | 2009-05-26 | Panalytical B.V. | Imaging detector |
| EP2088625A3 (en) * | 2008-02-05 | 2011-07-27 | Panalytical B.V. | Imaging detector |
| JP2010219495A (ja) * | 2009-02-18 | 2010-09-30 | Nagaoka Univ Of Technology | 太陽電池用透明部材および太陽電池 |
| WO2012117871A1 (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-07 | シャープ株式会社 | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 |
| JP2012182287A (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-20 | Sharp Corp | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 |
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| JP2018050032A (ja) * | 2016-09-19 | 2018-03-29 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 太陽電池及びその製造方法 |
| US10686087B2 (en) | 2016-09-19 | 2020-06-16 | Lg Electronics Inc. | Solar cell and method for manufacturing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060214 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060620 |