JP2647969B2 - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- JP2647969B2 JP2647969B2 JP1157365A JP15736589A JP2647969B2 JP 2647969 B2 JP2647969 B2 JP 2647969B2 JP 1157365 A JP1157365 A JP 1157365A JP 15736589 A JP15736589 A JP 15736589A JP 2647969 B2 JP2647969 B2 JP 2647969B2
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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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は光エネルギーを電気エネルギーに変換する光
起電力装置に関する。
起電力装置に関する。
（ロ）従来の技術 非晶質シリコン、非晶質シリコンカーバイド等の非晶
質半導体を用いた光起電力装置は、製造コストの低減化
の可能性を有するものとして注目され、また、米国特許
第4,281,208号に示されている如く１枚の基板から電
卓、腕時計等の小型電子機器を動作させるための電圧を
得ることができることから、現在、当該小型電子機器の
電源として実用化されている。
質半導体を用いた光起電力装置は、製造コストの低減化
の可能性を有するものとして注目され、また、米国特許
第4,281,208号に示されている如く１枚の基板から電
卓、腕時計等の小型電子機器を動作させるための電圧を
得ることができることから、現在、当該小型電子機器の
電源として実用化されている。
このような非晶質半導体を用いた光起電力装置の基本
構成は、pin接合であり、発電に寄与する電子及び正孔
対からなる光キャリアは、主として光活性層であるｉ型
（真性）層での光吸収に基く光電変換にて形成され、ｐ
型層及びｎ型層に移動して、これらｐ型層及びｎ型層に
連なる集電極により集電される。従って、入射した光エ
ネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換して出力した
かを示す光電変換効率は、光活性層にて発生した光キャ
リアをいかにして有効に取り出すかに大きく左右され
る。
構成は、pin接合であり、発電に寄与する電子及び正孔
対からなる光キャリアは、主として光活性層であるｉ型
（真性）層での光吸収に基く光電変換にて形成され、ｐ
型層及びｎ型層に移動して、これらｐ型層及びｎ型層に
連なる集電極により集電される。従って、入射した光エ
ネルギーをどれだけ電気エネルギーに変換して出力した
かを示す光電変換効率は、光活性層にて発生した光キャ
リアをいかにして有効に取り出すかに大きく左右され
る。
（ハ）発明が解決しようとする課題 このために、従来では、ｉ型層での光吸収を多くする
ことにより多くの光キャリアを取り出すようにしている
が、多くの光キャリアを発生させたとしても、これを取
り出すことができなければ、光電変換効率を向上させる
ことができず、光起電力装置の出力特性を向上させるこ
とはできない。
ことにより多くの光キャリアを取り出すようにしている
が、多くの光キャリアを発生させたとしても、これを取
り出すことができなければ、光電変換効率を向上させる
ことができず、光起電力装置の出力特性を向上させるこ
とはできない。
そこで、本発明は、半導体光活性層にて発生した光キ
ャリアの全てを有効に分離して移動させ、出力として取
り出すことにある。
ャリアの全てを有効に分離して移動させ、出力として取
り出すことにある。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、光照射により光キャリアを発生する半導体
光活性層を備える光起電力装置において、上記半導体光
活性層中の光吸収量の増減に沿って、該層中の電界分布
特性が略比例して増減することを特徴とする。
光活性層を備える光起電力装置において、上記半導体光
活性層中の光吸収量の増減に沿って、該層中の電界分布
特性が略比例して増減することを特徴とする。
（ホ）作用 半導体層中のキャリアの再結合量Ｒは、一般に下記の
関係式で表されるショックレーリード型再結合として知
られている。
関係式で表されるショックレーリード型再結合として知
られている。
尚、同式において、ｐ、ｎ及びniは各々正孔、電子及
び真性電荷密度を示す。
び真性電荷密度を示す。
ところで、光起電力装置においては、強い光が照射さ
れるために、ｐ、ｎ≫niであり、上記関係式は、 の近似式にて表すことができる。
れるために、ｐ、ｎ≫niであり、上記関係式は、 の近似式にて表すことができる。
従って、この近似式から分かるように、キャリアの再
結合を減少されるためには、入射光により発生した電子
及び正孔をできるだけ早く分離することが重要である。
結合を減少されるためには、入射光により発生した電子
及び正孔をできるだけ早く分離することが重要である。
この電子と正孔の分離を行うのがｉ型層の内部電界で
あり、この値は光起電力装置を構成する材料、ドープ量
及びｉ型層の膜厚により決定される。
あり、この値は光起電力装置を構成する材料、ドープ量
及びｉ型層の膜厚により決定される。
そこで、本発明では、光吸収量と電界分布特性とを略
比例させることにより、発生した光キャリアの全てにお
いて、電子及び正孔の再結合を減少させることにより、
発生した光キャリアの略全てを取り出すものである。
比例させることにより、発生した光キャリアの全てにお
いて、電子及び正孔の再結合を減少させることにより、
発生した光キャリアの略全てを取り出すものである。
（ヘ）実施例 第１図は本発明の典型的実施例の光起電力装置を示す
断面図であり、ガラス、耐熱性プラスチック等の透光性
絶縁材料からなる基板１上に、ITO、SnO2等の透光性導
電酸化物（TCO）からなる透明電極膜２、アモルファス
シリコン、アモルファスシリコンカーバイド等からなる
ｐ型層３、光活性層であるｉ型層４及びｎ型層５、更に
Al、Ag等の金属からなる背面電極膜６を、この順序で積
層したものである。
断面図であり、ガラス、耐熱性プラスチック等の透光性
絶縁材料からなる基板１上に、ITO、SnO2等の透光性導
電酸化物（TCO）からなる透明電極膜２、アモルファス
シリコン、アモルファスシリコンカーバイド等からなる
ｐ型層３、光活性層であるｉ型層４及びｎ型層５、更に
Al、Ag等の金属からなる背面電極膜６を、この順序で積
層したものである。
この構成において、本発明の特徴は、ｉ型層４におけ
る光吸収量及び電界分布特性の関係にある。即ち、ｉ型
層４中の上記各特性が、略比例していることにある。
る光吸収量及び電界分布特性の関係にある。即ち、ｉ型
層４中の上記各特性が、略比例していることにある。
第２図は、ｉ型層４における光吸収量及び電界分布特
性を示している。尚、この特性図は、ｉ型層４における
ｐ型層３との界面からの深さを横軸として示したもので
ある。
性を示している。尚、この特性図は、ｉ型層４における
ｐ型層３との界面からの深さを横軸として示したもので
ある。
この実施例においては、ｉ型層４の光吸収量は、ｐ型
層３との界面から深くなるに連れ一旦急激に減少した後
約1500Åから約7000Åの深さまでは緩やかに減少する。
そして約7000Åからｎ型層５との界面までは急激に増加
している。また、ｉ型層４中の電界分布も、この光吸収
量の増減に略比例するように増減する。
層３との界面から深くなるに連れ一旦急激に減少した後
約1500Åから約7000Åの深さまでは緩やかに減少する。
そして約7000Åからｎ型層５との界面までは急激に増加
している。また、ｉ型層４中の電界分布も、この光吸収
量の増減に略比例するように増減する。
ところで、ｉ型層４中の光吸収量は、第３図に示すよ
うに、ｉ型層４を周知のプラズマCVD法にて形成する時
に用いられる原料ガスのHeによる希釈量を変化させるこ
とにより任意に制御することができる。
うに、ｉ型層４を周知のプラズマCVD法にて形成する時
に用いられる原料ガスのHeによる希釈量を変化させるこ
とにより任意に制御することができる。
第１表は、この第１実施例の光起電力装置の形成方法
を示している。尚、この装置は周知のプラズマCVD法に
より形成される。
を示している。尚、この装置は周知のプラズマCVD法に
より形成される。
第４図及び第２表は、第１実施例のＩ−Ｖ特性及び各
種出力特性を示している。尚、第４図において、破線は
従来例を示しており、この従来例は、ｉ型層４の光吸収
量を何ら考慮せずに形成したものである。
種出力特性を示している。尚、第４図において、破線は
従来例を示しており、この従来例は、ｉ型層４の光吸収
量を何ら考慮せずに形成したものである。
これら図及び表から明らかなように、光起電力装置の
各種特性は向上している。
各種特性は向上している。
一方、第５図は、第２実施例を示しており、この実施
例では、ｉ型層４の光吸収量に合わせて電界分布特性を
変化させたものであり、具体的には、ｐ型層３から遠ざ
かる程小さくなる光吸収量に略比例するように、電界分
布特性もｐ型層３から遠ざかるにつれて小さくなるよう
にしたものである。即ち、ｉ型層４の光吸収量をｐ型層
３から膜厚方向に沿って減少するに従って、電界分布特
性もｐ型層３から膜厚方向に向かって減少するようにし
ている。尚、この特性図も、ｉ型層４におけるｐ型層３
との界面からの深さを横軸として示したものである。
例では、ｉ型層４の光吸収量に合わせて電界分布特性を
変化させたものであり、具体的には、ｐ型層３から遠ざ
かる程小さくなる光吸収量に略比例するように、電界分
布特性もｐ型層３から遠ざかるにつれて小さくなるよう
にしたものである。即ち、ｉ型層４の光吸収量をｐ型層
３から膜厚方向に沿って減少するに従って、電界分布特
性もｐ型層３から膜厚方向に向かって減少するようにし
ている。尚、この特性図も、ｉ型層４におけるｐ型層３
との界面からの深さを横軸として示したものである。
このために、ｉ型層４の誘電率が第６図に示すように
炭素（Ｃ）の添加量に応じて変化することに着目し、ｉ
型層４中のＣの添加量を変化させて誘電率を調整し、該
層４中の電界分布特性を制御している。
炭素（Ｃ）の添加量に応じて変化することに着目し、ｉ
型層４中のＣの添加量を変化させて誘電率を調整し、該
層４中の電界分布特性を制御している。
第３表は、この第２実施例の光起電力装置の形成方法
を示している。
を示している。
第７図及び第４表は、第１実施例のＩ−Ｖ特性及び各
種出力特性を示している。尚、第７図において、破線は
従来例を示しており、この従来例は、ｉ型層４の光吸収
量を何ら考慮せずに形成したものである。
種出力特性を示している。尚、第７図において、破線は
従来例を示しており、この従来例は、ｉ型層４の光吸収
量を何ら考慮せずに形成したものである。
これら図及び表から明らかなように、光起電力装置の
各種特性は向上している。
各種特性は向上している。
（ト）発明の効果 本発明によれば、光照射により光キャリアを発生する
半導体光活性層を備える光起電力装置において、上記半
導体光活性層中の光吸収量の増減に沿って、該層中の電
界分布特性が略比例して増減するようにしたので、光照
射により発生した電子及び正孔からなる光キャリアの全
てを実質的に素早く分離して再結合を防止することがで
き、従って、光起電力装置の出力特性を向上させること
ができる。
半導体光活性層を備える光起電力装置において、上記半
導体光活性層中の光吸収量の増減に沿って、該層中の電
界分布特性が略比例して増減するようにしたので、光照
射により発生した電子及び正孔からなる光キャリアの全
てを実質的に素早く分離して再結合を防止することがで
き、従って、光起電力装置の出力特性を向上させること
ができる。
第１図は本発明の典型的実施例を示す断面図、第２図は
第１実施例のｉ型層の光吸収特性及び電界分布特性を示
す特性図、第３図はHeによる希釈量とｉ型層の光吸収係
数との関係を示す特性図、第４図は第１実施例のＩ−Ｖ
特性を示す特性図、第５図は第２実施例のｉ型層の光吸
収特性及び電界分布特性を示す特性図、第６図はｉ型層
中のＣの濃度とｉ型層の比誘電率との関係を示す特性
図、第７図は第２実施例のＩ−Ｖ特性を示す特性図を示
している。
第１実施例のｉ型層の光吸収特性及び電界分布特性を示
す特性図、第３図はHeによる希釈量とｉ型層の光吸収係
数との関係を示す特性図、第４図は第１実施例のＩ−Ｖ
特性を示す特性図、第５図は第２実施例のｉ型層の光吸
収特性及び電界分布特性を示す特性図、第６図はｉ型層
中のＣの濃度とｉ型層の比誘電率との関係を示す特性
図、第７図は第２実施例のＩ−Ｖ特性を示す特性図を示
している。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−4083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−183976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−283076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−220582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−84076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−258975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−220478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−88377（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−79672（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】光照射により光キャリアを発生する半導体
光活性層を備える光起電力装置において、上記半導体光
活性層中の光吸収量の増減に沿って、該層中の電界分布
特性が略比例して増減することを特徴とする光起電力装
置。 - 【請求項２】上記光吸収量は、上記半導体光活性層中の
光吸収係数が変化されることにより調整されていること
を特徴とする請求項１記載の光起電力装置。 - 【請求項３】上記電界分布特性は、上記半導体光活性層
中の誘電率が変化されることにより調整されていること
を特徴とする請求項１記載の光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157365A JP2647969B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157365A JP2647969B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0322571A JPH0322571A (ja) | 1991-01-30 |
| JP2647969B2 true JP2647969B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=15648066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1157365A Expired - Fee Related JP2647969B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647969B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105764172A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-13 | 安徽省蚌埠华益导电膜玻璃有限公司 | 除霜除雾ito玻璃基板的制备方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4342044A (en) * | 1978-03-08 | 1982-07-27 | Energy Conversion Devices, Inc. | Method for optimizing photoresponsive amorphous alloys and devices |
| JPS5688377A (en) * | 1979-12-19 | 1981-07-17 | Mitsubishi Electric Corp | Solar battery and manufacture thereof |
| JPS58220478A (ja) * | 1982-06-17 | 1983-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アモルフアス光電変換素子 |
| JPS60258975A (ja) * | 1984-06-05 | 1985-12-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
| JPS61183976A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-16 | Sharp Corp | 光電変換素子 |
| JP2592809B2 (ja) * | 1986-09-26 | 1997-03-19 | キヤノン株式会社 | 光起電力素子の製造方法 |
| JPS63220582A (ja) * | 1987-03-10 | 1988-09-13 | Sharp Corp | 光起電力装置 |
| JPS63283076A (ja) * | 1987-05-14 | 1988-11-18 | Fuji Electric Co Ltd | 光電変換素子 |
| JPS644083A (en) * | 1987-06-25 | 1989-01-09 | Sanyo Electric Co | Photovoltaic device |
-
1989
- 1989-06-20 JP JP1157365A patent/JP2647969B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105764172A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-13 | 安徽省蚌埠华益导电膜玻璃有限公司 | 除霜除雾ito玻璃基板的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0322571A (ja) | 1991-01-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080509 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090509 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |