JP3314958B2 - 半導体光エネルギー変換装置 - Google Patents
半導体光エネルギー変換装置Info
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- JP3314958B2 JP3314958B2 JP24370992A JP24370992A JP3314958B2 JP 3314958 B2 JP3314958 B2 JP 3314958B2 JP 24370992 A JP24370992 A JP 24370992A JP 24370992 A JP24370992 A JP 24370992A JP 3314958 B2 JP3314958 B2 JP 3314958B2
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- insulating film
- solar cell
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する半導体光エネルギー変換装置に関す
る。
ルギーに変換する半導体光エネルギー変換装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】昨今の地球環境問題に対する関心の高ま
りとともに、太陽エネルギーの有効利用が叫ばれるよう
になってきた。例えば太陽電池は、太陽光エネルギーを
効率よく電気エネルギーに変換する装置として期待され
ており、現在使用されているものは、主として単結晶シ
リコンを用いるｐｎ接合太陽電池とアモルファス・シリ
コンを用いるｐｉｎ接合太陽電池である。単結晶シリコ
ンを用いたｐｎ接合太陽電池では２０％を越える効率の
ものが発表されており、またｐｉｎ接合を用いたアモル
ファス・シリコン太陽電池においても１２％程度の効率
のものが作製されている。しかし、一般の電力用として
実用化するためには、さらなる効率の向上とともに、コ
ストの大幅な低減が必要である。このような太陽電池の
候補の一つとして、表面バリア型のＭＩＳ接合太陽電池
が考えられている。この太陽電池は接合形成が容易で、
多結晶薄膜、アモルファス薄膜、粒状膜のような安価な
半導体材料を利用することが可能であり、コストの大幅
な低減が期待される。しかしながら、ＭＩＳ接合太陽電
池では接合形成のためにＰｔなどの金属薄膜が表面に蒸
着されており、効率が低下するという問題がある。そこ
で、Ｐｔなどの超微細な金属アイランドを施した全く新
しいタイプの太陽電池が提案されている（特開昭６２−
７６１６６）。この太陽電池開回路光電圧Ｖｏｃは０．
６３〜０．６８Ｖと、通常のｐｎ接合シリコン太陽電池
と比較してかなり高くなっており、効率の向上が期待さ
れる。
りとともに、太陽エネルギーの有効利用が叫ばれるよう
になってきた。例えば太陽電池は、太陽光エネルギーを
効率よく電気エネルギーに変換する装置として期待され
ており、現在使用されているものは、主として単結晶シ
リコンを用いるｐｎ接合太陽電池とアモルファス・シリ
コンを用いるｐｉｎ接合太陽電池である。単結晶シリコ
ンを用いたｐｎ接合太陽電池では２０％を越える効率の
ものが発表されており、またｐｉｎ接合を用いたアモル
ファス・シリコン太陽電池においても１２％程度の効率
のものが作製されている。しかし、一般の電力用として
実用化するためには、さらなる効率の向上とともに、コ
ストの大幅な低減が必要である。このような太陽電池の
候補の一つとして、表面バリア型のＭＩＳ接合太陽電池
が考えられている。この太陽電池は接合形成が容易で、
多結晶薄膜、アモルファス薄膜、粒状膜のような安価な
半導体材料を利用することが可能であり、コストの大幅
な低減が期待される。しかしながら、ＭＩＳ接合太陽電
池では接合形成のためにＰｔなどの金属薄膜が表面に蒸
着されており、効率が低下するという問題がある。そこ
で、Ｐｔなどの超微細な金属アイランドを施した全く新
しいタイプの太陽電池が提案されている（特開昭６２−
７６１６６）。この太陽電池開回路光電圧Ｖｏｃは０．
６３〜０．６８Ｖと、通常のｐｎ接合シリコン太陽電池
と比較してかなり高くなっており、効率の向上が期待さ
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微細な
金属アイランドを使用しているため、ＭＩＳ接合太陽電
池同様に、その金属により太陽光が吸収・反射され、効
率の低下が起こる。
金属アイランドを使用しているため、ＭＩＳ接合太陽電
池同様に、その金属により太陽光が吸収・反射され、効
率の低下が起こる。
【０００４】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、微細な金属アイランドを使用せず
に、効率が高く、コストの大幅な低減がはかれる新規な
半導体光エネルギー変換装置を提供することを目的とす
る。
めになされたもので、微細な金属アイランドを使用せず
に、効率が高く、コストの大幅な低減がはかれる新規な
半導体光エネルギー変換装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、内部に接合を有さない半導体、該半導体の光入射
面に設けた絶縁性膜、該絶縁性膜に設けた金属酸化物光
透過性導電物質、及び前記半導体の他側面にオーミック
性接合された導体を備え、前記光透過性物質を通して前
記半導体へ光を入射させて電気エネルギーを得る半導体
光エネルギー変換装置において、前記絶縁性膜が微小な
細孔及び／または微小な溝を有するとともに、該微小な
細孔の径が５０〜１００Å、該微小な溝の幅が５０〜１
００Åであり、該細孔及び／または溝を介して前記半導
体と光透過性導電物質が直接接合することを特徴とする
半導体光エネルギー変換装置である。
明は、内部に接合を有さない半導体、該半導体の光入射
面に設けた絶縁性膜、該絶縁性膜に設けた金属酸化物光
透過性導電物質、及び前記半導体の他側面にオーミック
性接合された導体を備え、前記光透過性物質を通して前
記半導体へ光を入射させて電気エネルギーを得る半導体
光エネルギー変換装置において、前記絶縁性膜が微小な
細孔及び／または微小な溝を有するとともに、該微小な
細孔の径が５０〜１００Å、該微小な溝の幅が５０〜１
００Åであり、該細孔及び／または溝を介して前記半導
体と光透過性導電物質が直接接合することを特徴とする
半導体光エネルギー変換装置である。
【０００６】
【作用】本発明における微小な細孔及び／または微小な
溝は、開回路光電圧Ｖｏｃを低下させることなく電流を
通す働きをする。
溝は、開回路光電圧Ｖｏｃを低下させることなく電流を
通す働きをする。
【０００７】図１は、本発明の一実施例による半導体光
エネルギー変換装置を示す断面図である。図において、
３は半導体２の光入射面に接合された絶縁性膜であり、
半導体２と光透過性導電物質４との間の通電性を保持す
るために設けられる微小な細孔及び／または微小な溝６
を有する。この細孔の径、溝の幅を５０〜１００Åに規
定することにより、開回路光電圧Ｖｏｃを低下させるこ
となく容易に光照射により発生した電荷の移動を行わせ
ることができる。
エネルギー変換装置を示す断面図である。図において、
３は半導体２の光入射面に接合された絶縁性膜であり、
半導体２と光透過性導電物質４との間の通電性を保持す
るために設けられる微小な細孔及び／または微小な溝６
を有する。この細孔の径、溝の幅を５０〜１００Åに規
定することにより、開回路光電圧Ｖｏｃを低下させるこ
となく容易に光照射により発生した電荷の移動を行わせ
ることができる。
【０００８】本発明における半導体の例としては、例え
ば、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＡｓxＰ1-x，Ｉｎ
Ｐ，ＡｌＡｓ，ＡｌＰ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＣｄＳ，
Ｃｕ2Ｓ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳｅ，Ｚｎ3Ｐ2，ＭｏＴｅ2，
ＭｏＳｅ2，ＭｏＳ2，ＷＴｅ2，ＷＳｅ2，ＷＳ2，Ｆｅ
Ｓ2，ＲｕＳ2，ＦｅＰＳ3，ＺｒＴｅ2，ＺｒＳ2，Ｃｕ
ＩｎＳ2，ＣｕＩｎＳｅ2などが挙げられる。
ば、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＡｓxＰ1-x，Ｉｎ
Ｐ，ＡｌＡｓ，ＡｌＰ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＣｄＳ，
Ｃｕ2Ｓ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳｅ，Ｚｎ3Ｐ2，ＭｏＴｅ2，
ＭｏＳｅ2，ＭｏＳ2，ＷＴｅ2，ＷＳｅ2，ＷＳ2，Ｆｅ
Ｓ2，ＲｕＳ2，ＦｅＰＳ3，ＺｒＴｅ2，ＺｒＳ2，Ｃｕ
ＩｎＳ2，ＣｕＩｎＳｅ2などが挙げられる。
【０００９】この素子の構成は基本的にはＭＩＳ型太陽
電池に類似しており、従来のｐｎ，ｐｉｎ接合等の高価
・複雑な工程を行う必要がなく、コストの低減が図れ
る。さらにまた、ｐｎ，ｐｉｎ接合を有する太陽電池で
は、光入射面に存在するｐ層ないしはｎ層におけるキヤ
リアの再結合が光電流を減少させるという問題があった
が、本発明の半導体では光入射面にこのようなｐ層ある
いはｎ層は存在せず、大きな光電流が得られる。
電池に類似しており、従来のｐｎ，ｐｉｎ接合等の高価
・複雑な工程を行う必要がなく、コストの低減が図れ
る。さらにまた、ｐｎ，ｐｉｎ接合を有する太陽電池で
は、光入射面に存在するｐ層ないしはｎ層におけるキヤ
リアの再結合が光電流を減少させるという問題があった
が、本発明の半導体では光入射面にこのようなｐ層ある
いはｎ層は存在せず、大きな光電流が得られる。
【００１０】絶縁性膜に５０〜１００Å径の細孔及び／
または５０〜１００Åの幅を有する溝を設ける方法とし
ては、例えば、ゾル−ゲル法、多孔質膜を用いたエッチ
ング法、また場合によっては従来より知られているフォ
トレジスト法、Ｘ線レジスト法、電子線レジスト法等を
用いることができる。
または５０〜１００Åの幅を有する溝を設ける方法とし
ては、例えば、ゾル−ゲル法、多孔質膜を用いたエッチ
ング法、また場合によっては従来より知られているフォ
トレジスト法、Ｘ線レジスト法、電子線レジスト法等を
用いることができる。
【００１１】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれにより限定されるものではない。
るが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【００１２】実施例１ 厚さ０．５ｍｍのｎ型シリコン単結晶（ｎ−Ｓｉ）ウエ
ーハー（ドナー濃度約１×１０16ｃｍ-3）のエッチング
を、フッ化水素酸、硝酸及び少量の臭素を含むエッチン
グ溶液（ＣＰＤ−２）で行った。続いて、ポリビニルピ
ロリドン（Ｍｗ＝１２０×１０4）１ｇ、エチルシリケ
ート２ｇ、エタノール５０ｇを混合した溶液に１Ｎ塩酸
をピペットで２滴滴下し、ディップコーティング用溶液
の調製を行った。調製された溶液を４８時間室温で放置
し、その後、先にエッチングしたシリコン単結晶上にデ
ィップコーティングを行った。さらに室温で１９２時間
放置し、ポリビニルピロリドンを含有したＳｉＯ2膜の
作製を行った。得られたＳｉＯ2の膜厚は４０Åであっ
た。続いて、ＳｉＯ2膜付きシリコン単結晶を電気炉の
中にいれ、６００℃で焼成する事により、ポリビニルピ
ロリドンの除去を行った。その結果、５０Å程度の細孔
径を有するＳｉＯ2膜が得られた。続いて、この上に酸
化インジウム錫（ＩＴＯ）を５，０００Å蒸着した。こ
の上にマスクを用いて金を網状に蒸着し、ここに銀ペー
ストを用いて銅線を結合させた。上記の酸化インジウム
錫は光透過性導電物質である。
ーハー（ドナー濃度約１×１０16ｃｍ-3）のエッチング
を、フッ化水素酸、硝酸及び少量の臭素を含むエッチン
グ溶液（ＣＰＤ−２）で行った。続いて、ポリビニルピ
ロリドン（Ｍｗ＝１２０×１０4）１ｇ、エチルシリケ
ート２ｇ、エタノール５０ｇを混合した溶液に１Ｎ塩酸
をピペットで２滴滴下し、ディップコーティング用溶液
の調製を行った。調製された溶液を４８時間室温で放置
し、その後、先にエッチングしたシリコン単結晶上にデ
ィップコーティングを行った。さらに室温で１９２時間
放置し、ポリビニルピロリドンを含有したＳｉＯ2膜の
作製を行った。得られたＳｉＯ2の膜厚は４０Åであっ
た。続いて、ＳｉＯ2膜付きシリコン単結晶を電気炉の
中にいれ、６００℃で焼成する事により、ポリビニルピ
ロリドンの除去を行った。その結果、５０Å程度の細孔
径を有するＳｉＯ2膜が得られた。続いて、この上に酸
化インジウム錫（ＩＴＯ）を５，０００Å蒸着した。こ
の上にマスクを用いて金を網状に蒸着し、ここに銀ペー
ストを用いて銅線を結合させた。上記の酸化インジウム
錫は光透過性導電物質である。
【００１３】一方、このｎ−Ｓｉウエーハーの裏面に、
インジウム・ガリウム合金でオーミック性接合された導
体を形成し、銀ペーストで銅線を結合させた。
インジウム・ガリウム合金でオーミック性接合された導
体を形成し、銀ペーストで銅線を結合させた。
【００１４】このようにして作製した太陽電池につい
て、上記の２本の銅線を可変抵抗を介してつなぎ、３０
０Ｗハロゲンランプを光源として矢印イより光照射しな
がら光電流−電圧特性を測定したところ、図２に示すよ
うに、閉回路光電流２５ｍＡｃｍ-2、開回路光電圧０．
６０Ｖ、曲線因子０．６７を得、また光電流は２００時
間以上安定であった。
て、上記の２本の銅線を可変抵抗を介してつなぎ、３０
０Ｗハロゲンランプを光源として矢印イより光照射しな
がら光電流−電圧特性を測定したところ、図２に示すよ
うに、閉回路光電流２５ｍＡｃｍ-2、開回路光電圧０．
６０Ｖ、曲線因子０．６７を得、また光電流は２００時
間以上安定であった。
【００１５】実施例２ 実施例１で用いたものと同じｎ−Ｓｉウエーハーを実施
例１と同様の方法でエッチング溶液（ＣＰＤ−２）を用
いてエッチングし、続いて、水蒸気を含む酸素気流下４
００℃で１時間加熱して表面に薄い酸化膜を生成させ
た。この上に金を約１００Åの厚さに蒸着し、１０％フ
ッ化水素水溶液に約３０秒浸漬した。これにより、金薄
膜中に存在する微小な割れ目（幅５０〜１００Å）の部
分において、Ｓｉ上の酸化物が取り除かれた。さらに王
水中に約８時間浸漬して表面の金を取り除いた。続い
て、実施例１と同様な方法で光透過性物質及びオーミッ
ク性接合された導体の形成を行い太陽電池を完成させ
た。このようにして作製された太陽電池の特性は、閉回
路光電流２３ｍＡｃｍ-2、開回路光電圧０．５６Ｖ、曲
線因子０．６３であり、また光電流は２００時間以上安
定であった。
例１と同様の方法でエッチング溶液（ＣＰＤ−２）を用
いてエッチングし、続いて、水蒸気を含む酸素気流下４
００℃で１時間加熱して表面に薄い酸化膜を生成させ
た。この上に金を約１００Åの厚さに蒸着し、１０％フ
ッ化水素水溶液に約３０秒浸漬した。これにより、金薄
膜中に存在する微小な割れ目（幅５０〜１００Å）の部
分において、Ｓｉ上の酸化物が取り除かれた。さらに王
水中に約８時間浸漬して表面の金を取り除いた。続い
て、実施例１と同様な方法で光透過性物質及びオーミッ
ク性接合された導体の形成を行い太陽電池を完成させ
た。このようにして作製された太陽電池の特性は、閉回
路光電流２３ｍＡｃｍ-2、開回路光電圧０．５６Ｖ、曲
線因子０．６３であり、また光電流は２００時間以上安
定であった。
【００１６】実施例３ 実施例２と同様な方法でＳｉＯ2膜付きｎ−Ｓｉウエー
ハーの作製を行った。続いて、1,2,3,4,5-ペンタフェニ
ルシクロペンタジエンを５０Åの膜厚に蒸着し、さらに
電気炉の中にいれ２００℃で結晶化を進行させた。得ら
れた蒸着膜は５０〜１００Åの微小な細孔を有してい
た。このようにして得られた素子を１０％フッ化水素水
溶液に約３０秒浸漬し、微小な細孔部分に存在するシリ
コンウエーハー上の酸化物を取り除いた。さらにニトロ
ベンゼンに浸漬することにより、1,2,3,4,5-ペンタフェ
ニルシクロペンタジエンを取り除き、微小な細孔を有す
るＳｉＯ2膜付きｎ−Ｓｉウエーハーを作製した。続い
て、実施例１と同様な方法で光透過性物質及びオーミッ
ク性接合された導体の形成を行い太陽電池を完成させ
た。このようにして作製された太陽電池の特性は、閉回
路光電流２４ｍＡｃｍ-2、開回路光電圧０．５４Ｖ、曲
線因子０．６２であり、また光電流は２００時間以上安
定であった。
ハーの作製を行った。続いて、1,2,3,4,5-ペンタフェニ
ルシクロペンタジエンを５０Åの膜厚に蒸着し、さらに
電気炉の中にいれ２００℃で結晶化を進行させた。得ら
れた蒸着膜は５０〜１００Åの微小な細孔を有してい
た。このようにして得られた素子を１０％フッ化水素水
溶液に約３０秒浸漬し、微小な細孔部分に存在するシリ
コンウエーハー上の酸化物を取り除いた。さらにニトロ
ベンゼンに浸漬することにより、1,2,3,4,5-ペンタフェ
ニルシクロペンタジエンを取り除き、微小な細孔を有す
るＳｉＯ2膜付きｎ−Ｓｉウエーハーを作製した。続い
て、実施例１と同様な方法で光透過性物質及びオーミッ
ク性接合された導体の形成を行い太陽電池を完成させ
た。このようにして作製された太陽電池の特性は、閉回
路光電流２４ｍＡｃｍ-2、開回路光電圧０．５４Ｖ、曲
線因子０．６２であり、また光電流は２００時間以上安
定であった。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導
体、該半導体の光入射面に設けた絶縁性膜、該絶縁性膜
上に設けた光透過性導電物質、及び前記半導体の他面側
にオーミック性接合された導体を備え、前記光透過性導
電物質を通して前記半導体へ光を入射させて電気エネル
ギーを得る半導体光エネルギー変換装置において、半導
体の光入射面部に設けた絶縁性膜に微小な細孔および／
または微小な溝を設けたことにより、半導体の劣化を抑
えて寿命を長くでき、さらに大きな光電変換効率を得ら
れる半導体光エネルギー変換装置を提供できる。
体、該半導体の光入射面に設けた絶縁性膜、該絶縁性膜
上に設けた光透過性導電物質、及び前記半導体の他面側
にオーミック性接合された導体を備え、前記光透過性導
電物質を通して前記半導体へ光を入射させて電気エネル
ギーを得る半導体光エネルギー変換装置において、半導
体の光入射面部に設けた絶縁性膜に微小な細孔および／
または微小な溝を設けたことにより、半導体の劣化を抑
えて寿命を長くでき、さらに大きな光電変換効率を得ら
れる半導体光エネルギー変換装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施例による半導体光エネルギー変
換装置の断面図である。
換装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係わる電流−電圧曲線の測
定結果を示すグラフである。
定結果を示すグラフである。
１ オーミック接合された導体 ２ 半導体 ３ 絶縁性膜 ４ 光透過性物質 ５ 可変抵抗 ６ 微小な細孔および／または微小な溝
フロントページの続き (72)発明者 錦谷 禎範 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本 石油株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 黒田 信行 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本 石油株式会社中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−283078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−90177（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 内部に接合を有さない半導体、該半導体
の光入射面に設けた絶縁性膜、該絶縁性膜に設けた金属
酸化物光透過性導電物質、及び前記半導体の他側面にオ
ーミック性接合された導体を備え、前記光透過性物質を
通して前記半導体へ光を入射させて電気エネルギーを得
る半導体光エネルギー変換装置において、前記絶縁性膜
が微小な細孔及び／または微小な溝を有するとともに、
該微小な細孔の径が５０〜１００Å、該微小な溝の幅が
５０〜１００Åであり、該細孔及び／または溝を介して
前記半導体と光透過性導電物質が直接接合することを特
徴とする半導体光エネルギー変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24370992A JP3314958B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 半導体光エネルギー変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24370992A JP3314958B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 半導体光エネルギー変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697472A JPH0697472A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3314958B2 true JP3314958B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=17107820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24370992A Expired - Fee Related JP3314958B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 半導体光エネルギー変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3314958B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP24370992A patent/JP3314958B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0697472A (ja) | 1994-04-08 |
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| S533 | Written request for registration of change of name |
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