JP2002368239A - 熱光発電用光電変換素子 - Google Patents
熱光発電用光電変換素子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
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- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＴＰＶ発電システムに適した半導体材料であ
るＧｅ等のIV族半導体を用い、温度上昇時の光電変換効
率を向上させたＴＰＶ発電用光電変換素子を提供する。 【解決手段】 高温の発光体から輻射される光を受け入
れる受光面と、一対の裏面電極を備えた裏面とを有する
熱光発電用光電変換素子において、受光面側高ドーパン
ト層、中間部低ドーパント層および裏面側高ドーパント
層から成る一導電型のIV族半導体基板、および上記裏面
側高ドーパント層の裏面の一箇所または複数箇所に設け
られ、上記IV族半導体よりもエネルギーバンドギャップ
の大きい反対導電型の化合物半導体層を備え、上記裏面
側高ドーパント層と上記化合物半導体層とがｐｎ接合を
構成し、上記一対の裏面電極はそれぞれ上記裏面側高ド
ーパント層および上記化合物半導体層に接続している。
るＧｅ等のIV族半導体を用い、温度上昇時の光電変換効
率を向上させたＴＰＶ発電用光電変換素子を提供する。 【解決手段】 高温の発光体から輻射される光を受け入
れる受光面と、一対の裏面電極を備えた裏面とを有する
熱光発電用光電変換素子において、受光面側高ドーパン
ト層、中間部低ドーパント層および裏面側高ドーパント
層から成る一導電型のIV族半導体基板、および上記裏面
側高ドーパント層の裏面の一箇所または複数箇所に設け
られ、上記IV族半導体よりもエネルギーバンドギャップ
の大きい反対導電型の化合物半導体層を備え、上記裏面
側高ドーパント層と上記化合物半導体層とがｐｎ接合を
構成し、上記一対の裏面電極はそれぞれ上記裏面側高ド
ーパント層および上記化合物半導体層に接続している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱源によって加熱
された発光体からの輻射光を光電変換素子によって電力
に変換する熱光発電装置に好適な光電変換素子に関す
る。
された発光体からの輻射光を光電変換素子によって電力
に変換する熱光発電装置に好適な光電変換素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】化石燃料や可燃性ガスから直接に電気エ
ネルギーを得る技術として、熱光起電力変換(thermopho
tovoltaic energy conversion)による発電すなわち熱光
発電（ＴＰＶ発電）が注目されている。ＴＰＶ発電のし
くみは、熱源からの燃焼熱を発光体（輻射体、エミッ
タ）に与えることにより、その発光体より輻射光を発生
させ、その光を光電変換素子（太陽電池）に照射して電
気エネルギーを得るというものである。ＴＰＶ発電装置
は、可動部分を有しないため、無騒音・無振動システム
を実現することができる。次世代のエネルギー源とし
て、ＴＰＶ発電は、クリーン性、静粛性などの点で優れ
ている。
ネルギーを得る技術として、熱光起電力変換(thermopho
tovoltaic energy conversion)による発電すなわち熱光
発電（ＴＰＶ発電）が注目されている。ＴＰＶ発電のし
くみは、熱源からの燃焼熱を発光体（輻射体、エミッ
タ）に与えることにより、その発光体より輻射光を発生
させ、その光を光電変換素子（太陽電池）に照射して電
気エネルギーを得るというものである。ＴＰＶ発電装置
は、可動部分を有しないため、無騒音・無振動システム
を実現することができる。次世代のエネルギー源とし
て、ＴＰＶ発電は、クリーン性、静粛性などの点で優れ
ている。
【０００３】ＴＰＶ発電では、温度１０００〜１７００
°Ｃの発光体から得られる赤外光が用いられる。発光体
から輻射される波長１．４〜１．７μｍの光を電気に変
換するためには、バンドギャップ（Ｅｇ）の小さい材料
で作製した光電変換素子を用いる必要がある。一般的な
材料であるＳｉ（シリコン）は、１．１ｎｍ以下の波長
の光しか電気に変換することができないため、利用する
ことができない。
°Ｃの発光体から得られる赤外光が用いられる。発光体
から輻射される波長１．４〜１．７μｍの光を電気に変
換するためには、バンドギャップ（Ｅｇ）の小さい材料
で作製した光電変換素子を用いる必要がある。一般的な
材料であるＳｉ（シリコン）は、１．１ｎｍ以下の波長
の光しか電気に変換することができないため、利用する
ことができない。
【０００４】ＴＰＶ発電装置用の光電変換素子として
は、０．５〜０．７ｅＶのバンドギャップ（Ｅｇ）を有
する材料が適している。代表的な材料としてＧａＳｂ
（ガリウムアンチモン，Ｅｇ＝０．７２ｅＶ）、ＩｎＧ
ａＡｓ（インジウムガリウム砒素，Ｅｇ＝０．６０ｅ
Ｖ）、Ｇｅ（ゲルマニウム，Ｅｇ＝０．６６ｅＶ）等が
挙げられる。
は、０．５〜０．７ｅＶのバンドギャップ（Ｅｇ）を有
する材料が適している。代表的な材料としてＧａＳｂ
（ガリウムアンチモン，Ｅｇ＝０．７２ｅＶ）、ＩｎＧ
ａＡｓ（インジウムガリウム砒素，Ｅｇ＝０．６０ｅ
Ｖ）、Ｇｅ（ゲルマニウム，Ｅｇ＝０．６６ｅＶ）等が
挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＴＰＶ発電のエネルギ
ー効率を高め、高価な光電変換素子の使用量を減らし
て、コストを低減する方法として、発光体から発生する
光の強度を増加させる方法がある。光強度を１００倍に
すると、光電変換素子の使用量は１／１００となり、コ
ストを大幅に低減することができ、またエネルギー変換
効率も向上する。
ー効率を高め、高価な光電変換素子の使用量を減らし
て、コストを低減する方法として、発光体から発生する
光の強度を増加させる方法がある。光強度を１００倍に
すると、光電変換素子の使用量は１／１００となり、コ
ストを大幅に低減することができ、またエネルギー変換
効率も向上する。
【０００６】その場合、発生する電流が増大するため、
従来型の光電変換素子では、抵抗損失を減少させるべく
表面側の電極の面積を大幅に増加させる必要がある。し
かし、表面側の電極の面積が増加すると、光電変換素子
に入射する光の量が減少することとなり、光強度の増加
を活かすことができないという弊害が生ずる。
従来型の光電変換素子では、抵抗損失を減少させるべく
表面側の電極の面積を大幅に増加させる必要がある。し
かし、表面側の電極の面積が増加すると、光電変換素子
に入射する光の量が減少することとなり、光強度の増加
を活かすことができないという弊害が生ずる。
【０００７】一方、表面側に電極を有しない裏面電極型
という構造があり、集光型発電システムに用いられてい
る。しかし、この裏面電極型は、キャリアの拡散長が大
きい間接遷移型材料でしか成立せず、実際にはＳｉでの
み成立している。間接遷移型でかつバンドギャップが小
さい材料としてＧｅ（ゲルマニウム）があるが、Ｇｅの
場合、Ｓｉと比較してキャリア寿命が短く、表面でのキ
ャリアの再結合損失が大きい。現在のところ、材料とし
てＧｅを用いるとともに電極構造として裏面電極型を採
用した光電変換素子は実用化されていない。
という構造があり、集光型発電システムに用いられてい
る。しかし、この裏面電極型は、キャリアの拡散長が大
きい間接遷移型材料でしか成立せず、実際にはＳｉでの
み成立している。間接遷移型でかつバンドギャップが小
さい材料としてＧｅ（ゲルマニウム）があるが、Ｇｅの
場合、Ｓｉと比較してキャリア寿命が短く、表面でのキ
ャリアの再結合損失が大きい。現在のところ、材料とし
てＧｅを用いるとともに電極構造として裏面電極型を採
用した光電変換素子は実用化されていない。
【０００８】そこで本出願人は、特願２０００-１０５
４０８号において開示したように、表面でのキャリアの
再結合損失を大幅に低減できる素子構造を備え、ＴＰＶ
発電用に適したＧｅを材料として採用し且つ電極構造と
して裏面電極型を採用することを可能とした光電変換素
子を開発した。しかし、前述のように発光体から発生す
る光強度を増加させると、これに伴い光電変換素子の温
度が上昇する。一般に、半導体の温度が上昇するとキャ
リア濃度が変化し、ｐ層とｎ層とのエネルギーレベル
（擬似フェルミエネルギーレベル）の差が小さくなる。
そのため、光電変換素子の発生電圧が低下し、光電変換
効率が低下するという課題が残されていた。
４０８号において開示したように、表面でのキャリアの
再結合損失を大幅に低減できる素子構造を備え、ＴＰＶ
発電用に適したＧｅを材料として採用し且つ電極構造と
して裏面電極型を採用することを可能とした光電変換素
子を開発した。しかし、前述のように発光体から発生す
る光強度を増加させると、これに伴い光電変換素子の温
度が上昇する。一般に、半導体の温度が上昇するとキャ
リア濃度が変化し、ｐ層とｎ層とのエネルギーレベル
（擬似フェルミエネルギーレベル）の差が小さくなる。
そのため、光電変換素子の発生電圧が低下し、光電変換
効率が低下するという課題が残されていた。
【０００９】本発明は、ＴＰＶ発電システムに適した半
導体材料であるＧｅ等のIV族半導体を用い、温度上昇時
の光電変換効率を向上させたＴＰＶ発電用光電変換素子
を提供することを目的とする。
導体材料であるＧｅ等のIV族半導体を用い、温度上昇時
の光電変換効率を向上させたＴＰＶ発電用光電変換素子
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、第一発明の熱光発電用光電変換素子は、高温の発
光体から輻射される光を受け入れる受光面と、一対の裏
面電極を備えた裏面とを有する熱光発電用光電変換素子
において、受光面側高ドーパント層、中間部低ドーパン
ト層および裏面側高ドーパント層から成る一導電型のIV
族半導体基板、および上記裏面側高ドーパント層の裏面
の一箇所または複数箇所に設けられ、上記IV族半導体よ
りもエネルギーバンドギャップの大きい反対導電型の化
合物半導体層を備え、上記裏面側高ドーパント層と上記
化合物半導体層とがｐｎ接合を構成し、上記一対の裏面
電極はそれぞれ上記裏面側高ドーパント層および上記化
合物半導体層に接続している、ことを特徴とする。
めに、第一発明の熱光発電用光電変換素子は、高温の発
光体から輻射される光を受け入れる受光面と、一対の裏
面電極を備えた裏面とを有する熱光発電用光電変換素子
において、受光面側高ドーパント層、中間部低ドーパン
ト層および裏面側高ドーパント層から成る一導電型のIV
族半導体基板、および上記裏面側高ドーパント層の裏面
の一箇所または複数箇所に設けられ、上記IV族半導体よ
りもエネルギーバンドギャップの大きい反対導電型の化
合物半導体層を備え、上記裏面側高ドーパント層と上記
化合物半導体層とがｐｎ接合を構成し、上記一対の裏面
電極はそれぞれ上記裏面側高ドーパント層および上記化
合物半導体層に接続している、ことを特徴とする。
【００１１】第一発明の上記化合物半導体は、III-V族
化合物半導体、II-VI族化合物半導体およびI-III-VI族
化合物半導体から成る群から選択できる。第一発明の望
ましい一態様においては、上記裏面側高ドーパント層内
の一箇所または複数箇所に上記裏面側高ドーパント層よ
りもドーパント濃度が高い一導電型の第二高ドーパント
層を更に備え、上記第二高ドーパント層と上記化合物半
導体層とがｐｎ接合を構成する。
化合物半導体、II-VI族化合物半導体およびI-III-VI族
化合物半導体から成る群から選択できる。第一発明の望
ましい一態様においては、上記裏面側高ドーパント層内
の一箇所または複数箇所に上記裏面側高ドーパント層よ
りもドーパント濃度が高い一導電型の第二高ドーパント
層を更に備え、上記第二高ドーパント層と上記化合物半
導体層とがｐｎ接合を構成する。
【００１２】上記の目的を達成するために、第二発明の
熱光発電用光電変換素子は、高温の発光体から輻射され
る光を受け入れる受光面と、一対の裏面電極を備えた裏
面とを有する熱光発電用光電変換素子において、受光面
側部分を構成する透明基板、上記透明基板上に形成され
て裏面側の主部を構成し、受光側高ドーパント層、中間
部低ドーパント層および裏面側高ドーパント層から成る
一導電型のIV族半導体層、および上記裏面側高ドーパン
ト層の裏面の一箇所または複数箇所に設けられ、上記主
部のIV族半導体層よりもエネルギーバンドギャップの大
きい半導体から成る反対導電型の第二半導体層、を備
え、上記裏面側高ドーパント層と上記第二半導体層とが
ｐｎ接合を構成し、上記一対の裏面電極はそれぞれ上記
裏面側高ドーパント層および上記第二半導体層に接続し
ている、ことを特徴とする。
熱光発電用光電変換素子は、高温の発光体から輻射され
る光を受け入れる受光面と、一対の裏面電極を備えた裏
面とを有する熱光発電用光電変換素子において、受光面
側部分を構成する透明基板、上記透明基板上に形成され
て裏面側の主部を構成し、受光側高ドーパント層、中間
部低ドーパント層および裏面側高ドーパント層から成る
一導電型のIV族半導体層、および上記裏面側高ドーパン
ト層の裏面の一箇所または複数箇所に設けられ、上記主
部のIV族半導体層よりもエネルギーバンドギャップの大
きい半導体から成る反対導電型の第二半導体層、を備
え、上記裏面側高ドーパント層と上記第二半導体層とが
ｐｎ接合を構成し、上記一対の裏面電極はそれぞれ上記
裏面側高ドーパント層および上記第二半導体層に接続し
ている、ことを特徴とする。
【００１３】第二発明において、上記一導電型のIV族半
導体層の半導体材料は、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ
およびＣＳｉＧｅから成る群から選択でき、これよりも
エネルギーバンドギャップが大きい上記反対導電型の第
二半導体層の半導体材料は、薄膜Ｓｉ、非晶質Ｓｉ、Ｓ
ｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、
ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩ
ｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓ
ＰおよびＧａＩｎＰＳｂから成る群から選択できる。
導体層の半導体材料は、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ
およびＣＳｉＧｅから成る群から選択でき、これよりも
エネルギーバンドギャップが大きい上記反対導電型の第
二半導体層の半導体材料は、薄膜Ｓｉ、非晶質Ｓｉ、Ｓ
ｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、
ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩ
ｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓ
ＰおよびＧａＩｎＰＳｂから成る群から選択できる。
【００１４】上記の目的を達成するために、第三発明の
熱光発電用光電変換素子は、上部電極を備え且つ高温の
発光体から輻射される光を受け入れる受光面と、一対の
裏面電極を備えた裏面とを有する熱光発電用タンデム型
光電変換素子であって、受光面側高ドーパント層、中間
部低ドーパント層および裏面側高ドーパント層から成
り、裏面側単位光電変換素子を構成する一導電型のIV族
半導体基板と、該IV族半導体基板上に積層され、受光面
側単位光電変換素子を構成するIII-Ｖ族化合物半導体層
と、を備え、上記上部電極が上記受光側単位光電変換素
子の一方の電極を構成し、上記一対の裏面電極は上記裏
面側単位光電変換素子の一対の電極を構成すると共に、
これら一対の裏面電極のうちの一方が上記受光側端子光
電変換素子の他方の電極としても兼用される熱光発電用
タンデム型光電変換素子において、上記IV族半導体基板
の上記裏面側高ドーパント層の裏面の一箇所または複数
箇所に、上記IV族半導体よりもエネルギーバンドギャッ
プの大きい反対導電型の化合物半導体層が設けられ、上
記裏面側高ドーパント層と上記化合物半導体層とがｐｎ
接合を構成し、上記一対の裏面電極はそれぞれ上記裏面
側高ドーパント層および上記化合物半導体に接続してい
る、ことを特徴とする。
熱光発電用光電変換素子は、上部電極を備え且つ高温の
発光体から輻射される光を受け入れる受光面と、一対の
裏面電極を備えた裏面とを有する熱光発電用タンデム型
光電変換素子であって、受光面側高ドーパント層、中間
部低ドーパント層および裏面側高ドーパント層から成
り、裏面側単位光電変換素子を構成する一導電型のIV族
半導体基板と、該IV族半導体基板上に積層され、受光面
側単位光電変換素子を構成するIII-Ｖ族化合物半導体層
と、を備え、上記上部電極が上記受光側単位光電変換素
子の一方の電極を構成し、上記一対の裏面電極は上記裏
面側単位光電変換素子の一対の電極を構成すると共に、
これら一対の裏面電極のうちの一方が上記受光側端子光
電変換素子の他方の電極としても兼用される熱光発電用
タンデム型光電変換素子において、上記IV族半導体基板
の上記裏面側高ドーパント層の裏面の一箇所または複数
箇所に、上記IV族半導体よりもエネルギーバンドギャッ
プの大きい反対導電型の化合物半導体層が設けられ、上
記裏面側高ドーパント層と上記化合物半導体層とがｐｎ
接合を構成し、上記一対の裏面電極はそれぞれ上記裏面
側高ドーパント層および上記化合物半導体に接続してい
る、ことを特徴とする。
【００１５】以下、種々の実施形態により、本発明の構
成とそれにより奏される作用効果とを詳細に説明する。
成とそれにより奏される作用効果とを詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】〔実施形態１〕図１に、第一発明
の一実施形態による熱光発電用光電変換素子の構造を断
面図で示す。図示した光電変換素子１００は、高温の発
光体から輻射される光を受け入れる受光面Ｆと、一対の
裏面電極１７、１８を備えた裏面Ｒとを有する。
の一実施形態による熱光発電用光電変換素子の構造を断
面図で示す。図示した光電変換素子１００は、高温の発
光体から輻射される光を受け入れる受光面Ｆと、一対の
裏面電極１７、１８を備えた裏面Ｒとを有する。
【００１７】この光電変換素子１００は、受光面側高ド
ーパント層(ｎ+層)１２Ａ、中間部低ドーパント層(ｎ
層)１２Ｂおよび裏面側高ドーパント層(ｎ+層)１２Ｃか
ら成る一導電型（ｎ型）のIV族半導体基板１２上に作製
されており、裏面側高ドーパント層(ｎ+層)１２Ｃの裏
面１２Ｒの複数箇所(図示した断面では２箇所)に、基板
１２のIV族半導体よりもエネルギーバンドギャップの大
きい反対導電型(ｐ+型)の化合物半導体層１４を備えて
いる。
ーパント層(ｎ+層)１２Ａ、中間部低ドーパント層(ｎ
層)１２Ｂおよび裏面側高ドーパント層(ｎ+層)１２Ｃか
ら成る一導電型（ｎ型）のIV族半導体基板１２上に作製
されており、裏面側高ドーパント層(ｎ+層)１２Ｃの裏
面１２Ｒの複数箇所(図示した断面では２箇所)に、基板
１２のIV族半導体よりもエネルギーバンドギャップの大
きい反対導電型(ｐ+型)の化合物半導体層１４を備えて
いる。
【００１８】裏面側高ドーパント層(ｎ+層)１２Ｃと化
合物半導体層(ｐ+層)１４とがｐｎ接合を構成してい
る。一対の裏面電極１７、１８は、それぞれ裏面側高ド
ーパント層(ｎ+層)１２Ｃおよび化合物半導体層(ｐ+層)
１４に接続している。図示した各層の機能は下記のとお
りである。
合物半導体層(ｐ+層)１４とがｐｎ接合を構成してい
る。一対の裏面電極１７、１８は、それぞれ裏面側高ド
ーパント層(ｎ+層)１２Ｃおよび化合物半導体層(ｐ+層)
１４に接続している。図示した各層の機能は下記のとお
りである。
【００１９】IV族半導体基板１２の受光面側に設けた反
射防止膜１０は、多層光学薄膜であり、光反射損失を低
減すると同時に、IV族基板１２表面の保護膜としても機
能し、反射防止膜１０とIV族基板１２との界面の欠陥を
減少させる。
射防止膜１０は、多層光学薄膜であり、光反射損失を低
減すると同時に、IV族基板１２表面の保護膜としても機
能し、反射防止膜１０とIV族基板１２との界面の欠陥を
減少させる。
【００２０】受光面側高ドーパント層（ｎ+層）１２Ａ
は、欠陥の多い界面（この場合、受光面側の基板表面）
へのキャリアの移動を抑制して、界面での再結合損失を
低減する。
は、欠陥の多い界面（この場合、受光面側の基板表面）
へのキャリアの移動を抑制して、界面での再結合損失を
低減する。
【００２１】中間部低ドーパント層（ｎ層）１２Ｂは、
IV族基板１２の本体であり、発生したキャリアのライフ
タイムが長いＳｉ、Ｇｅを用いることが望ましい。
IV族基板１２の本体であり、発生したキャリアのライフ
タイムが長いＳｉ、Ｇｅを用いることが望ましい。
【００２２】裏面側高ドーパント層（ｎ+層）１２Ｃ
は、欠陥の多い界面（この場合、基板裏面）へのキャリ
アの移動を抑制して、界面での再結合損失を低減すると
同時に、裏面電極１８との接合において界面での抵抗を
減少させることができる。
は、欠陥の多い界面（この場合、基板裏面）へのキャリ
アの移動を抑制して、界面での再結合損失を低減すると
同時に、裏面電極１８との接合において界面での抵抗を
減少させることができる。
【００２３】反対導電型(ｐ+型)の化合物半導体層１４
は、IV族半導体１２よりもエネルギーバンドギャップが
大きく、ドーパント濃度の高い裏面側高ドーパント層
(ｎ+層)１２Ｃと構成するｐｎ接合により、大きな電位
差を得ることができ、光電変換素子１００の発生電圧を
向上させる。
は、IV族半導体１２よりもエネルギーバンドギャップが
大きく、ドーパント濃度の高い裏面側高ドーパント層
(ｎ+層)１２Ｃと構成するｐｎ接合により、大きな電位
差を得ることができ、光電変換素子１００の発生電圧を
向上させる。
【００２４】基板１２の裏面１２Ｒに設けた絶縁膜１６
は、ｎ+層１２Ｃとｐ+層１４とを保護すると同時に、こ
れらｎ+層１２Ｃとｐ+層１４とにそれぞれ接続した裏面
電極１７と１８を相互に絶縁分離する。
は、ｎ+層１２Ｃとｐ+層１４とを保護すると同時に、こ
れらｎ+層１２Ｃとｐ+層１４とにそれぞれ接続した裏面
電極１７と１８を相互に絶縁分離する。
【００２５】本発明の特徴として、ｐｎ接合を構成する
一方の半導体層にエネルギーバンドギャップの大きい材
料（化合物半導体層１４）を用いたことにより、温度上
昇時におけるｐｎ半導体層のエネルギーレベル差（擬似
フェルミエネルギー差）の減少量を低減できる。これに
より、ＴＰＶシステムの発光体（エミッター）の発光強
度を増加させて発電量を増加させることが可能になる。
また、光吸収特性はエネルギーバンドギャップの小さい
IV族基板１２に依存するため、ＴＰＶ発光体から輻射さ
れる赤外光を効率良く吸収できる。
一方の半導体層にエネルギーバンドギャップの大きい材
料（化合物半導体層１４）を用いたことにより、温度上
昇時におけるｐｎ半導体層のエネルギーレベル差（擬似
フェルミエネルギー差）の減少量を低減できる。これに
より、ＴＰＶシステムの発光体（エミッター）の発光強
度を増加させて発電量を増加させることが可能になる。
また、光吸収特性はエネルギーバンドギャップの小さい
IV族基板１２に依存するため、ＴＰＶ発光体から輻射さ
れる赤外光を効率良く吸収できる。
【００２６】図２に、実施形態１の望ましい態様の具体
例として光電変換素子１５０を示す。この素子１５０
は、一導電型のIV族半導体基板１２としてｎ型Ｇｅ基板
を用い、基板１２の裏面に反対導電型の化合物半導体層
１４としてIII-Ｖ族化合物半導体であるｐ+型ＧａＡｓ
層を形成した。図１に示した素子１００の部位に対応す
る部位には同じ参照符号を付した。
例として光電変換素子１５０を示す。この素子１５０
は、一導電型のIV族半導体基板１２としてｎ型Ｇｅ基板
を用い、基板１２の裏面に反対導電型の化合物半導体層
１４としてIII-Ｖ族化合物半導体であるｐ+型ＧａＡｓ
層を形成した。図１に示した素子１００の部位に対応す
る部位には同じ参照符号を付した。
【００２７】図１に示した構造との相違点は、図２の構
造においては裏面側高ドーパント層（ｎ+層）１２Ｃ内
に更にドーパント濃度の高い第二高ドーパント層（ｎ++
層）１２Ｄを設け、これと化合物半導体層１４とにより
ｐｎ接合を構成した点である。これにより発生電圧を更
に増加させ、キャリアを効率的に分離できる。下記に、
個々の部位について具体例を説明する。
造においては裏面側高ドーパント層（ｎ+層）１２Ｃ内
に更にドーパント濃度の高い第二高ドーパント層（ｎ++
層）１２Ｄを設け、これと化合物半導体層１４とにより
ｐｎ接合を構成した点である。これにより発生電圧を更
に増加させ、キャリアを効率的に分離できる。下記に、
個々の部位について具体例を説明する。
【００２８】反射防止膜１０として、ＭｇＦ2/ＺｎＳ多
層膜から成る選択反射膜を用いる。これにより、ＴＰＶ
の発光体から輻射される光のうち、素子１５０により光
電変換できる波長領域の光のみを透過させて素子１５０
に吸収させ、それ以外の不要な光を反射することにより
素子１５０の昇温を抑制する。
層膜から成る選択反射膜を用いる。これにより、ＴＰＶ
の発光体から輻射される光のうち、素子１５０により光
電変換できる波長領域の光のみを透過させて素子１５０
に吸収させ、それ以外の不要な光を反射することにより
素子１５０の昇温を抑制する。
【００２９】ｎ型Ｇｅ基板１２内の各半導体層は下記の
構成である。なお、下記においてＣはキャリア濃度、ｄ
は拡散深さ（基板については厚さ）である。 ・受光面側ｎ+層(12A)：C＝1×1018ｃｍ-3、d＝0.5μｍ ・中間部ｎ層(12B) ：C＝1×1015ｃｍ-3、d＝150μｍ（Ge基板総厚さ） ・裏面側ｎ+層(12C) ：C＝3×1018ｃｍ-3、d＝2μｍ ・裏面側ｎ++層(12D) ：C＝1×1019ｃｍ-3、d＝0.5μｍ
構成である。なお、下記においてＣはキャリア濃度、ｄ
は拡散深さ（基板については厚さ）である。 ・受光面側ｎ+層(12A)：C＝1×1018ｃｍ-3、d＝0.5μｍ ・中間部ｎ層(12B) ：C＝1×1015ｃｍ-3、d＝150μｍ（Ge基板総厚さ） ・裏面側ｎ+層(12C) ：C＝3×1018ｃｍ-3、d＝2μｍ ・裏面側ｎ++層(12D) ：C＝1×1019ｃｍ-3、d＝0.5μｍ
【００３０】 ｐ+ＧａＡｓ層(14) ：C＝2×1018ｃｍ-3、d＝1μｍ 裏面側絶縁膜(16) ：SiNx 裏面電極(17、18) ：Au
【００３１】上記の構成において、裏面側ｎ++層１２Ｄ
は、ＧａＡｓ層１４を基板１２の裏面に形成する際にＧ
ａＡｓのＡｓが基板Ｇｅ中に拡散することにより形成さ
れる。この裏面側ｎ++層１２Ｄとｐ+ＧａＡｓ層１４と
でドーパント濃度の高いｐｎ接合を構成することによ
り、発生電圧を増加させ、キャリアを効率的に分離でき
る。
は、ＧａＡｓ層１４を基板１２の裏面に形成する際にＧ
ａＡｓのＡｓが基板Ｇｅ中に拡散することにより形成さ
れる。この裏面側ｎ++層１２Ｄとｐ+ＧａＡｓ層１４と
でドーパント濃度の高いｐｎ接合を構成することによ
り、発生電圧を増加させ、キャリアを効率的に分離でき
る。
【００３２】なお、IV族半導体基板１２としては、上記
で用いたＧｅも含めて下記の半導体材料を用いることが
できる。 IV族半導体材料 ：Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ
ＳｉＧｅ等。
で用いたＧｅも含めて下記の半導体材料を用いることが
できる。 IV族半導体材料 ：Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ
ＳｉＧｅ等。
【００３３】また、裏面側化合物半導体層１４の化合物
半導体としては、上記で用いたIII-Ｖ族化合物半導体で
あるＧａＡｓも含めて下記の半導体材料を用いることが
できる。 裏面側化合物半導体材料： III-Ｖ族：ＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、Ｉｎ
Ａｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰＡ
ｓ等。 II-VI族：ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等。 I-III-IV族：ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ(Ｇａ,Ｉｎ)Ｓｅ
2等。
半導体としては、上記で用いたIII-Ｖ族化合物半導体で
あるＧａＡｓも含めて下記の半導体材料を用いることが
できる。 裏面側化合物半導体材料： III-Ｖ族：ＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、Ｉｎ
Ａｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰＡ
ｓ等。 II-VI族：ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等。 I-III-IV族：ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ(Ｇａ,Ｉｎ)Ｓｅ
2等。
【００３４】更に、ｐ層とｎ層との組合せは、上記具体
例に限定する必要はなく、逆の組合せにしても同様に本
発明の効果が得られる。
例に限定する必要はなく、逆の組合せにしても同様に本
発明の効果が得られる。
【００３５】加えて、上記具体例においては、ＴＰＶシ
ステムの発光体から輻射される光の波長範囲に適したＧ
ｅ基板１２を用い、裏面電極構造を構成したことによ
り、抵抗損失が増加することなく高い光電変換効率を発
揮できる。また、Ｇｅ基板１２上に、これと格子定数が
近いＧａＡｓ層１４を形成したことにより、格子欠陥の
少ないＧａＡｓ層１４をエピタキシャル成長させること
ができるので、格子欠陥でのキャリア補足による再結合
損失が低減して、高い光電変換効率が得られる。
ステムの発光体から輻射される光の波長範囲に適したＧ
ｅ基板１２を用い、裏面電極構造を構成したことによ
り、抵抗損失が増加することなく高い光電変換効率を発
揮できる。また、Ｇｅ基板１２上に、これと格子定数が
近いＧａＡｓ層１４を形成したことにより、格子欠陥の
少ないＧａＡｓ層１４をエピタキシャル成長させること
ができるので、格子欠陥でのキャリア補足による再結合
損失が低減して、高い光電変換効率が得られる。
【００３６】〔実施形態２〕図３に、第二発明の一実施
形態による熱光発電用光電変換素子の構造を断面図で示
す。図示した光電変換素子２００は、高温の発光体から
輻射される光を受け入れる受光面Ｆと、一対の裏面電極
１７、１８を備えた裏面Ｒとを有する。
形態による熱光発電用光電変換素子の構造を断面図で示
す。図示した光電変換素子２００は、高温の発光体から
輻射される光を受け入れる受光面Ｆと、一対の裏面電極
１７、１８を備えた裏面Ｒとを有する。
【００３７】この素子２００は、受光面側部分が透明基
板２６で構成されており、この透明基板２６上に形成さ
れた一導電型（ｎ型）のIV族半導体層２２が裏面側の主
部を構成する。そして、IV族半導体層２２は、受光側高
ドーパント層２２Ａ、中間部低ドーパント層２２Ｂおよ
び裏面側高ドーパント層２２Ｃから成る。
板２６で構成されており、この透明基板２６上に形成さ
れた一導電型（ｎ型）のIV族半導体層２２が裏面側の主
部を構成する。そして、IV族半導体層２２は、受光側高
ドーパント層２２Ａ、中間部低ドーパント層２２Ｂおよ
び裏面側高ドーパント層２２Ｃから成る。
【００３８】裏面側高ドーパント層２２Ｃの裏面２２Ｒ
の複数箇所（図示した断面では２箇所）に、主部のｎ型
IV族半導体層２２よりもエネルギーバンドギャップの大
きい半導体から成る反対導電型（ｐ+型）の第二半導体
層２４を備えている。
の複数箇所（図示した断面では２箇所）に、主部のｎ型
IV族半導体層２２よりもエネルギーバンドギャップの大
きい半導体から成る反対導電型（ｐ+型）の第二半導体
層２４を備えている。
【００３９】裏面側高ドーパント層（ｎ+層）２２Ｃと
第二半導体層（ｐ+層）２４とがｐｎ接合を構成してい
る。一対の裏面電極１７、１８は、それぞれ裏面側高ド
ーパント層(ｎ+層)２２Ｃおよび第二半導体層(ｐ+層)２
４に接続している。
第二半導体層（ｐ+層）２４とがｐｎ接合を構成してい
る。一対の裏面電極１７、１８は、それぞれ裏面側高ド
ーパント層(ｎ+層)２２Ｃおよび第二半導体層(ｐ+層)２
４に接続している。
【００４０】本実施形態による大きな効果は、実施形態
１と同様の特性向上効果を確保しつつ、実施形態１にお
けるIV族半導体基板に比べて、安価なガラス、プラスチ
ック等の透明基板を用いたことにより、光電変換素子の
コストを大幅に低減できることである。図示した素子２
００の層構成の具体例は下記のとおりである。
１と同様の特性向上効果を確保しつつ、実施形態１にお
けるIV族半導体基板に比べて、安価なガラス、プラスチ
ック等の透明基板を用いたことにより、光電変換素子の
コストを大幅に低減できることである。図示した素子２
００の層構成の具体例は下記のとおりである。
【００４１】選択反射膜２８は、ＭｇＦ2/ＺｎＳ多層膜
から成る選択反射膜とする。これにより、ＴＰＶの発光
体から輻射される光のうち、素子２００により光電変換
できる波長領域の光のみを透過させて素子２００に吸収
させ、それ以外の不要な光を反射することにより素子２
００の昇温を抑制する。
から成る選択反射膜とする。これにより、ＴＰＶの発光
体から輻射される光のうち、素子２００により光電変換
できる波長領域の光のみを透過させて素子２００に吸収
させ、それ以外の不要な光を反射することにより素子２
００の昇温を抑制する。
【００４２】透明基板２６は、半導体層２２を形成する
基板であり、選択反射膜２８を透過してきた光を損失な
く素子２００に伝えるように、ガラス、プラスチック等
の透明度の高い基板を用いる。
基板であり、選択反射膜２８を透過してきた光を損失な
く素子２００に伝えるように、ガラス、プラスチック等
の透明度の高い基板を用いる。
【００４３】反射防止膜２０は、IV族半導体層２２の受
光側高ドーパント層(ｎ+層)２２Ａの表面での光反射損
失を低減させるため多層光学薄膜を用いる。
光側高ドーパント層(ｎ+層)２２Ａの表面での光反射損
失を低減させるため多層光学薄膜を用いる。
【００４４】一導電型の型IV族半導体層２２として、ｎ
型Ｇｅ層を形成する。ｎ型Ｇｅ層２２内の各半導体層は
下記の構成である。なお、下記においてＣはキャリア濃
度、ｄは厚さである。 ・受光面側ｎ+層(22A)：C＝1×1018ｃｍ-3、d＝0.1μｍ ・中間部ｎ層(22B) ：C＝1×1015ｃｍ-3、d＝10μｍ ・裏面側ｎ+層(22C) ：C＝3×1018ｃｍ-3、d＝0.2μｍ
型Ｇｅ層を形成する。ｎ型Ｇｅ層２２内の各半導体層は
下記の構成である。なお、下記においてＣはキャリア濃
度、ｄは厚さである。 ・受光面側ｎ+層(22A)：C＝1×1018ｃｍ-3、d＝0.1μｍ ・中間部ｎ層(22B) ：C＝1×1015ｃｍ-3、d＝10μｍ ・裏面側ｎ+層(22C) ：C＝3×1018ｃｍ-3、d＝0.2μｍ
【００４５】反対導電型の第二半導体層２４としてｐ+
型Ｓｉ薄膜を形成する。 ｐ+Ｓｉ薄膜(24) ：C＝1×1019ｃｍ-3、d＝1μｍ 裏面側絶縁膜(16) ：SiNx 裏面電極(17、18) ：Au
型Ｓｉ薄膜を形成する。 ｐ+Ｓｉ薄膜(24) ：C＝1×1019ｃｍ-3、d＝1μｍ 裏面側絶縁膜(16) ：SiNx 裏面電極(17、18) ：Au
【００４６】上記の構成において、裏面側ｎ+Ｇｅ層２
２Ｃとｐ+Ｓｉ薄膜２４とでドーパント濃度の高いｐｎ
接合を構成することにより、発生電圧を増加させ、キャ
リアを効率的に分離できる。
２Ｃとｐ+Ｓｉ薄膜２４とでドーパント濃度の高いｐｎ
接合を構成することにより、発生電圧を増加させ、キャ
リアを効率的に分離できる。
【００４７】なお、IV族半導体層２２としては、上記で
用いたＧｅも含めて下記の半導体材料を用いることがで
きる。 IV族半導体材料 ：Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ
ＳｉＧｅ等。
用いたＧｅも含めて下記の半導体材料を用いることがで
きる。 IV族半導体材料 ：Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ
ＳｉＧｅ等。
【００４８】また、上記のIV族半導体よりもエネルギー
バンドギャップの大きい第二半導体層２４の半導体材料
としては、上記で用いたＳｉ薄膜も含めて下記の半導体
材料を用いることができる。 第二半導体層材料：非晶質Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＰ、Ｇａ
Ｐ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳ
ｂ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰＳｂ等。
バンドギャップの大きい第二半導体層２４の半導体材料
としては、上記で用いたＳｉ薄膜も含めて下記の半導体
材料を用いることができる。 第二半導体層材料：非晶質Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＰ、Ｇａ
Ｐ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳ
ｂ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰＳｂ等。
【００４９】更に、ｐ層とｎ層との組合せは、上記具体
例に限定する必要はなく、逆の組合せにしても同様に本
発明の効果が得られる。
例に限定する必要はなく、逆の組合せにしても同様に本
発明の効果が得られる。
【００５０】加えて、上記具体例においては、ＴＰＶシ
ステムの発光体から輻射される光の波長範囲に適したＧ
ｅ基板１２を用い、裏面電極構造を構成したことによ
り、抵抗損失が増加することなく高い光電変換効率を発
揮できる。また、Ｇｅ基板１２上に、これと格子定数が
近いＧａＡｓ層１４を形成したことにより、格子欠陥の
少ないＧａＡｓ層１４をエピタキシャル成長させること
ができるので、格子欠陥でのキャリア補足による再結合
損失が低減して、高い光電変換効率が得られる。
ステムの発光体から輻射される光の波長範囲に適したＧ
ｅ基板１２を用い、裏面電極構造を構成したことによ
り、抵抗損失が増加することなく高い光電変換効率を発
揮できる。また、Ｇｅ基板１２上に、これと格子定数が
近いＧａＡｓ層１４を形成したことにより、格子欠陥の
少ないＧａＡｓ層１４をエピタキシャル成長させること
ができるので、格子欠陥でのキャリア補足による再結合
損失が低減して、高い光電変換効率が得られる。
【００５１】〔実施形態３〕図４に、第三発明の一実施
形態による熱光発電用光電変換素子の構造を断面図で示
す。図示したように、本実施形態による光電変換素子３
００は、３端子構造のタンデム型光電変換素子であり、
裏面側単位光電変換素子(下部セル)１５０´として図２
の光電変換素子１５０を用い、その上に化合物半導体か
ら成る受光面側単位光電変換素子（上部セル）３０を積
層した基本構造を有する。ただし、図２の光電変換素子
１５０の受光面の選択反射膜１０は、下部セルとしては
不要なので除外してある。
形態による熱光発電用光電変換素子の構造を断面図で示
す。図示したように、本実施形態による光電変換素子３
００は、３端子構造のタンデム型光電変換素子であり、
裏面側単位光電変換素子(下部セル)１５０´として図２
の光電変換素子１５０を用い、その上に化合物半導体か
ら成る受光面側単位光電変換素子（上部セル）３０を積
層した基本構造を有する。ただし、図２の光電変換素子
１５０の受光面の選択反射膜１０は、下部セルとしては
不要なので除外してある。
【００５２】３端子タンデム型光電変換素子３００は、
上部電極３８を備え且つ高温の発光体から輻射される光
を受け入れる受光面Ｆと、一対の裏面電極１７，１８を
備えた裏面Ｒとを有する。
上部電極３８を備え且つ高温の発光体から輻射される光
を受け入れる受光面Ｆと、一対の裏面電極１７，１８を
備えた裏面Ｒとを有する。
【００５３】下部セル１５０´の主部は、受光面側高ド
ーパント層(n+層)１２Ａ、中間部低ドーパント層(n層)
１２Ｂおよび裏面側高ドーパント層(n+層)１２Ｃから成
る一導電型（ｎ型）のIV族半導体基板１２で構成され
る。
ーパント層(n+層)１２Ａ、中間部低ドーパント層(n層)
１２Ｂおよび裏面側高ドーパント層(n+層)１２Ｃから成
る一導電型（ｎ型）のIV族半導体基板１２で構成され
る。
【００５４】このIV族半導体基板１２上に、バッファ層
３１を介して、上部セルを構成するIII-Ｖ族化合物半導
体層３０が形成されている。すなわち図示の例では、上
部セル３０は、受光面側反対導電型高ドーパント層(ｐ+
型層）３０Ａ、中間部一導電型低ドーパント層(ｎ層)３
０Ｂおよび裏面側一導電型高ドーパント層(ｎ+層)３０
Ｃから構成されている。
３１を介して、上部セルを構成するIII-Ｖ族化合物半導
体層３０が形成されている。すなわち図示の例では、上
部セル３０は、受光面側反対導電型高ドーパント層(ｐ+
型層）３０Ａ、中間部一導電型低ドーパント層(ｎ層)３
０Ｂおよび裏面側一導電型高ドーパント層(ｎ+層)３０
Ｃから構成されている。
【００５５】上部電極３８は上部セル３０の一方の電極
を構成しており、一対の裏面電極１７、１８は下部セル
１２の一対の電極を構成すると共に、これら一対の裏面
電極１７、1８のうちの一方１７が上部セル３０の他方
の電極としても機能する。
を構成しており、一対の裏面電極１７、１８は下部セル
１２の一対の電極を構成すると共に、これら一対の裏面
電極１７、1８のうちの一方１７が上部セル３０の他方
の電極としても機能する。
【００５６】IV族半導体基板１２の裏面側高ドーパント
層(ｎ+層)１２Ｃの裏面１２Ｒの複数箇所(図示の断面で
は２箇所)に、IV族半導体１２よりもエネルギーバンド
ギャップの大きい反対導電型(ｐ+型)の化合物半導体層
１４が設けられていて、一導電型のIV族半導体基板１２
の裏面側高ドーパント層(ｎ+層)１２Ｃと反対導電型の
化合物半導体層(ｐ+層)１４とがｐｎ接合を構成してお
り、一対の裏面電極１７、１８は、それぞれ裏面側高ド
ーパント層(ｎ+層)１２Ｃおよび化合物半導体層(ｐ+
層）１４に接続している。
層(ｎ+層)１２Ｃの裏面１２Ｒの複数箇所(図示の断面で
は２箇所)に、IV族半導体１２よりもエネルギーバンド
ギャップの大きい反対導電型(ｐ+型)の化合物半導体層
１４が設けられていて、一導電型のIV族半導体基板１２
の裏面側高ドーパント層(ｎ+層)１２Ｃと反対導電型の
化合物半導体層(ｐ+層)１４とがｐｎ接合を構成してお
り、一対の裏面電極１７、１８は、それぞれ裏面側高ド
ーパント層(ｎ+層)１２Ｃおよび化合物半導体層(ｐ+
層）１４に接続している。
【００５７】本実施形態による大きな効果は、実施形態
１と同様の特性向上効果、特に高温下での光電変換効率
向上効果に加えて、タンデム型光電変換素子に特有の利
点を同時に達成できることである。
１と同様の特性向上効果、特に高温下での光電変換効率
向上効果に加えて、タンデム型光電変換素子に特有の利
点を同時に達成できることである。
【００５８】すなわち、タンデム型光電変換素子は、光
電変換効果の得られる波長範囲が異なる異種材料の半導
体で形成した複数の単位太陽電池（セル）を積層し、Ｔ
ＰＶシステムの発光体からの輻射光波長分布の広い範囲
を各セルで分担することにより、光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する光電変換効率を高めることができ
る。
電変換効果の得られる波長範囲が異なる異種材料の半導
体で形成した複数の単位太陽電池（セル）を積層し、Ｔ
ＰＶシステムの発光体からの輻射光波長分布の広い範囲
を各セルで分担することにより、光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する光電変換効率を高めることができ
る。
【００５９】これにより、ＴＰＶシステムにおいて、発
光体の光強度を増加させることによるエネルギー変換効
率の向上と、広い波長範囲の光エネルギーを有効に電気
エネルギーに変換できることによるエネルギー変換効率
の向上とを、同時に達成できる。
光体の光強度を増加させることによるエネルギー変換効
率の向上と、広い波長範囲の光エネルギーを有効に電気
エネルギーに変換できることによるエネルギー変換効率
の向上とを、同時に達成できる。
【００６０】本実施形態による光電変換素子の層構成の
具体例は下記のとおりである。なお、下記においてＣは
ドーパント濃度、ｄは厚さである。 上部電極(38)：Au（櫛状の微細電極） 反射防止膜(36)：MgF2/ZnS２層構造 コンタクト層(34)：GaAs（ｄ＝0.1μm） 窓層(32)：GaInP（ｄ＝0.03μm）
具体例は下記のとおりである。なお、下記においてＣは
ドーパント濃度、ｄは厚さである。 上部電極(38)：Au（櫛状の微細電極） 反射防止膜(36)：MgF2/ZnS２層構造 コンタクト層(34)：GaAs（ｄ＝0.1μm） 窓層(32)：GaInP（ｄ＝0.03μm）
【００６１】 上部セル(30)：GaAs（Eg＝1.42eV） ・上部領域ｐ+層(30A）：C＝2×1018cm-3、ｄ＝0.1μm ・中間領域ｎ層（30B）：C＝1×1017cm-3、ｄ＝3.0μm ・下部領域ｎ+層(30C）：C＝2×1018cm-3、ｄ＝0.1μm バッファ層(31)：ｎ+型GaAs層、C＝5×1018cm-3、ｄ＝2μm
【００６２】 下部セル(12)：Ge（Eg＝0.66eV） ・受光面側ｎ+層(12A) ：C＝1×1018cm-3、ｄ＝0.5μm ・中間部ｎ層（12B) ：C＝1×1015cm-3、ｄ＝150μm(Ge基板総厚さ) ・裏面側ｎ+層(12C) ：C＝3×1018cm-3、ｄ＝2μm ・裏面側ｎ++層(12D) ：C＝1×1019cm-3、ｄ＝0.5μm
【００６３】 裏面化合物半導体層(14)：ｐ+GaAs、C＝2×1018cm-3、ｄ＝1.0μm 裏面絶縁膜(16) ：SiNx膜 裏面電極(17、18) ：Au
【００６４】上記の例では、下部セルの半導体材料とし
てＧｅを用い、上部セルのIII-Ｖ族化合物半導体材料と
してＧａＡｓを用いたことにより、下部セルＧｅ基板上
に上部セルＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させる際
に、両者の格子定数が近いため結晶欠陥の少ない上部セ
ルＧａＡｓ層を形成することができ、上部セル内でのキ
ャリア性結合損失が減少して、高い光電変換効率が得ら
れる。
てＧｅを用い、上部セルのIII-Ｖ族化合物半導体材料と
してＧａＡｓを用いたことにより、下部セルＧｅ基板上
に上部セルＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させる際
に、両者の格子定数が近いため結晶欠陥の少ない上部セ
ルＧａＡｓ層を形成することができ、上部セル内でのキ
ャリア性結合損失が減少して、高い光電変換効率が得ら
れる。
【００６５】ただし、上部セルのIII-Ｖ族化合物半導体
をＧａＡｓに限定する必要は無く、ＡｌＰ、ＧａＰ、Ａ
ｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳ
ｂ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰＳｂ等を用いることが
できる。
をＧａＡｓに限定する必要は無く、ＡｌＰ、ＧａＰ、Ａ
ｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳ
ｂ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰＳｂ等を用いることが
できる。
【００６６】下部セル１２のIV族半導体材料および下部
セル１２の裏面に設ける化合物半導体層１４の材料につ
いては、上記の例に限定する必要はなく、実施形態１に
おいて記載した材料を用いることができる。
セル１２の裏面に設ける化合物半導体層１４の材料につ
いては、上記の例に限定する必要はなく、実施形態１に
おいて記載した材料を用いることができる。
【００６７】また、ｐ層とｎ層との組み合わせは、本実
施例の組み合わせに限定する必要は無く、これと逆の組
み合わせを用いることができる。
施例の組み合わせに限定する必要は無く、これと逆の組
み合わせを用いることができる。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、ＴＰＶ発電システムに
適した半導体材料であるＧｅ等のIV族半導体を用い、温
度上昇時の光電変換効率を向上させたＴＰＶ発電用光電
変換素子が提供される。
適した半導体材料であるＧｅ等のIV族半導体を用い、温
度上昇時の光電変換効率を向上させたＴＰＶ発電用光電
変換素子が提供される。
【図１】図１は、第一発明によりIV族半導体基板上に作
製した熱光発電用光電変換素子を示す断面図である。
製した熱光発電用光電変換素子を示す断面図である。
【図２】図２は、第一発明の望ましい態様による熱光発
電用光電変換素子を示す断面図である。
電用光電変換素子を示す断面図である。
【図３】図３は、第二発明により透明基板上に作製した
熱光発電用光電変換素子を示す断面図である。
熱光発電用光電変換素子を示す断面図である。
【図４】図４は、第三発明によるタンデム構造の熱光発
電用光電変換素子を示す断面図である。
電用光電変換素子を示す断面図である。
１００…第一発明による熱光発電用光電変換素子（IV族
半導体基板上に作製） １５０…第一発明の望ましい態様による熱光発電用光電
変換素子（裏面に化合物半導体層） Ｆ…光電変換素子の受光面 Ｒ…光電変換素子の裏面 １０…反射防止膜（選択反射膜） １２…一導電型（ｎ型）のIV族半導体基板 １２Ａ…受光面側高ドーパント層(ｎ+層) １２Ｂ…中間部低ドーパント層(ｎ層) １２Ｃ…裏面側高ドーパント層(ｎ+層) １２Ｄ…裏面側高ドーパント層(ｎ++層） １４…反対導電型(ｐ+型)の化合物半導体層（ＧａＡｓ
層） １６…裏面絶縁膜 １７，１８…裏面電極 ２００…第二発明による熱光発電用光電変換素子（透明
基板上に作製） ２２…一導電型（ｎ型）のIV族半導体層 ２２Ａ…受光面側高ドーパント層(ｎ+層) ２２Ｂ…中間部低ドーパント層(ｎ層) ２２Ｃ…裏面側高ドーパント層(ｎ+層) ２４…反対導電型（ｐ+型）の第二半導体層 ２６…透明基板 ２８…反射防止膜 ３００…第三発明による熱光発電用光電変換素子（３端
子タンデム型） ３０…タンデム型素子３００の上部セル ３０Ａ…受光面側反対導電型高ドーパント層(ｐ+型層） ３０Ｂ…中間部一導電型低ドーパント層(ｎ層) ３０Ｃ…裏面側一導電型高ドーパント層(ｎ+層) １５０´…タンデム型素子３００の下部セル（素子１５
０に対応） ３１…バッファ層 ３２…窓層 ３４…コンタクト層 ３６…反射防止膜 ３８…上部電極
半導体基板上に作製） １５０…第一発明の望ましい態様による熱光発電用光電
変換素子（裏面に化合物半導体層） Ｆ…光電変換素子の受光面 Ｒ…光電変換素子の裏面 １０…反射防止膜（選択反射膜） １２…一導電型（ｎ型）のIV族半導体基板 １２Ａ…受光面側高ドーパント層(ｎ+層) １２Ｂ…中間部低ドーパント層(ｎ層) １２Ｃ…裏面側高ドーパント層(ｎ+層) １２Ｄ…裏面側高ドーパント層(ｎ++層） １４…反対導電型(ｐ+型)の化合物半導体層（ＧａＡｓ
層） １６…裏面絶縁膜 １７，１８…裏面電極 ２００…第二発明による熱光発電用光電変換素子（透明
基板上に作製） ２２…一導電型（ｎ型）のIV族半導体層 ２２Ａ…受光面側高ドーパント層(ｎ+層) ２２Ｂ…中間部低ドーパント層(ｎ層) ２２Ｃ…裏面側高ドーパント層(ｎ+層) ２４…反対導電型（ｐ+型）の第二半導体層 ２６…透明基板 ２８…反射防止膜 ３００…第三発明による熱光発電用光電変換素子（３端
子タンデム型） ３０…タンデム型素子３００の上部セル ３０Ａ…受光面側反対導電型高ドーパント層(ｐ+型層） ３０Ｂ…中間部一導電型低ドーパント層(ｎ層) ３０Ｃ…裏面側一導電型高ドーパント層(ｎ+層) １５０´…タンデム型素子３００の下部セル（素子１５
０に対応） ３１…バッファ層 ３２…窓層 ３４…コンタクト層 ３６…反射防止膜 ３８…上部電極
Claims (6)
- 【請求項１】 高温の発光体から輻射される光を受け入
れる受光面と、一対の裏面電極を備えた裏面とを有する
熱光発電用光電変換素子において、 受光面側高ドーパント層、中間部低ドーパント層および
裏面側高ドーパント層から成る一導電型のIV族半導体基
板、および上記裏面側高ドーパント層の裏面の一箇所ま
たは複数箇所に設けられ、上記IV族半導体よりもエネル
ギーバンドギャップの大きい反対導電型の化合物半導体
層を備え、 上記裏面側高ドーパント層と上記化合物半導体層とがｐ
ｎ接合を構成し、上記一対の裏面電極はそれぞれ上記裏
面側高ドーパント層および上記化合物半導体層に接続し
ている、ことを特徴とする熱光発電用光電変換素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の光電変換素子において、
上記化合物半導体が、III-V族化合物半導体、II-VI族化
合物半導体およびI-III-VI族化合物半導体から成る群か
ら選択されることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の光電変換素子において、
上記裏面側高ドーパント層内の一箇所または複数箇所に
上記裏面側高ドーパント層よりもドーパント濃度が高い
一導電型の第二高ドーパント層を更に備え、 上記第二高ドーパント層と上記化合物半導体層とがｐｎ
接合を構成することを特徴とする熱光発電用光電変換素
子。 - 【請求項４】 高温の発光体から輻射される光を受け入
れる受光面と、一対の裏面電極を備えた裏面とを有する
熱光発電用光電変換素子において、 受光面側部分を構成する透明基板、 上記透明基板上に形成されて裏面側の主部を構成し、受
光側高ドーパント層、中間部低ドーパント層および裏面
側高ドーパント層から成る一導電型のIV族半導体層、お
よび上記裏面側高ドーパント層の裏面の一箇所または複
数箇所に設けられ、上記主部のIV族半導体層よりもエネ
ルギーバンドギャップの大きい半導体から成る反対導電
型の第二半導体層、を備え、 上記裏面側高ドーパント層と上記第二半導体層とがｐｎ
接合を構成し、 上記一対の裏面電極はそれぞれ上記裏面側高ドーパント
層および上記第二半導体層に接続している、ことを特徴
とする熱光発電用光電変換素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の光電変換素子において、 上記一導電型のIV族半導体層が、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ、
ＳｉＧｅおよびＣＳｉＧｅから成る群から選択された半
導体から成り、且つ上記反対導電型の第二半導体層が、
薄膜Ｓｉ、非晶質Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｌＰ、Ｇ
ａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳ
ｂ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＰおよびＧａＩｎＰＳｂから
成る群から選択された半導体から成る、ことを特徴とす
る熱光発電用光電変換素子。 - 【請求項６】 上部電極を備え且つ高温の発光体から輻
射される光を受け入れる受光面と、一対の裏面電極を備
えた裏面とを有する熱光発電用タンデム型光電変換素子
であって、 受光面側高ドーパント層、中間部低ドーパント層および
裏面側高ドーパント層から成り、裏面側単位光電変換素
子を構成する一導電型のIV族半導体基板と、 該IV族半導体基板上に積層され、受光面側単位光電変換
素子を構成するIII-Ｖ族化合物半導体層と、を備え、 上記上部電極が上記受光側単位光電変換素子の一方の電
極を構成し、上記一対の裏面電極は上記裏面側単位光電
変換素子の一対の電極を構成すると共に、これら一対の
裏面電極のうちの一方が上記受光側端子光電変換素子の
他方の電極としても兼用される熱光発電用タンデム型光
電変換素子において、 上記IV族半導体基板の上記裏面側高ドーパント層の裏面
の一箇所または複数箇所に、上記IV族半導体よりもエネ
ルギーバンドギャップの大きい反対導電型の化合物半導
体層が設けられ、 上記裏面側高ドーパント層と上記化合物半導体層とがｐ
ｎ接合を構成し、 前記一対の裏面電極は、それぞれ上記裏面側高ドーパン
ト層および上記化合物半導体に接続している、ことを特
徴とする熱光発電用タンデム型光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173017A JP2002368239A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | 熱光発電用光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173017A JP2002368239A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | 熱光発電用光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002368239A true JP2002368239A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19014544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001173017A Pending JP2002368239A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | 熱光発電用光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002368239A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006298671A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Ube Ind Ltd | 熱光起電力発電用エミッタ材料 |
| JP2010123859A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Kyocera Corp | 太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法 |
| JP2013077851A (ja) * | 2006-10-27 | 2013-04-25 | Kyocera Corp | 太陽電池素子 |
-
2001
- 2001-06-07 JP JP2001173017A patent/JP2002368239A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006298671A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Ube Ind Ltd | 熱光起電力発電用エミッタ材料 |
| JP2013077851A (ja) * | 2006-10-27 | 2013-04-25 | Kyocera Corp | 太陽電池素子 |
| JP2010123859A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Kyocera Corp | 太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法 |
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