JP4886116B2 - 電界効果型の太陽電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いた電界効果型の太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池が開発されている。
【０００３】
そのＣＩＳ系による化合物半導体は、直接遷移型のエネルギ帯構造を持ち、光吸収係数が大きく、薄膜化に適している。また、その禁止帯が１．０〜２．０ｅＶの範囲にあるため、光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。そして、アモルファスシリコン太陽電池に比して光劣化がないという利点がある。
【０００４】
従来の太陽電池では、そのＣＩＳ系によるｐ型化合物半導体を光吸収層に用いる場合、ＰＮ接合を得るために、その光吸収層に接してｎ型のバッファ層を設けるようにしている。
【０００５】
図２６は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構造を示している。２１はガラス，ポリイミド，カーボンフィルム，セラミックフィルム等からなる基板、２２はＭｏ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃ等からなる裏面電極、２３はＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２等からなる光吸収層、２４はＣｄＳ，ＺｎＳ，ＺｎＯ等からなるバッファ層、２５はＺｎＯ等からなる窓層、２６はＺｎＯＡｌ，ＺＮＯＢ，ＺｎＯＧａ，ＺｎＯＩｎ，ＩＴＯ，ＩＮ２Ｏ３，Ａｇ−Ｉｎ等からなる透明電極、２７はＡｌ，Ａｌ／Ｎｉ，Ａｌ／ＮｉＣｒ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ等からなる補助電極、２８はＳｉ３Ｎ４，Ｔａ２Ｏ５，ＭｇＦ２，Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＭｇＦ２等からなる反射防止膜である。
【０００６】
また、図２７は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構造を示している。図中、図２６と同一符号のものは同じ構成要素を示している。特にこの場合は、光の入射側に設けられる基板１にガラス等の光透過性のあるものを使用する必要がある。
【０００７】
バッファ層４としては、ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＺｎＯなどの多種の化合物半導体を用いることが検討されているが、特に近年の光電変換の高効率化が進んだ太陽電池ではすべてバッファ層４にＣｄＳが用いられている現状である。
【０００８】
ＣｄＳによるバッファ層４の形成方法としては真空蒸着法、スパッタリング法、化学析出法などがあるが、特に光電変換の高効率化が進んだ太陽電池では化学析出法によってバッファ層４を形成するようにしている。
【０００９】
化学析出法は、基材を水溶液中に浸して化学反応によって基材上に膜を形成するものであり、水溶液中のイオンによる膜成長であるために均一でち密な薄膜を形成することができる。化学析出法によってバッファ層４を形成することによって太陽電池の高効率化が図られる理由としては、薄膜化による光の収集効率の改善や膜質の改善などがあげられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いて光電変換効率の高い太陽電池を製造しようとするに際して、ＰＮ接合を得るためにＣｄＳによるバッファ層を化学析出法によって形成させる必要があることである。
【００１１】
したがって、バッファ層を形成させるために製造工程が煩雑になり、またカドミウム化合物（ＣｄＳ）を用いなければならないものになっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いて太陽電池を製造するに際して、製造工程が煩雑になるとともに、カドミウム化合物を用いたバッファ層を何ら設けることなく高効率な光発電を行わせるようにするべく、絶縁層と前記光吸収層の境界部分に取出電極を設けて、透明電極と裏面電極との間に、絶縁層側の光吸収層の表層部分の導電型を反転させるような電圧を印加することにより、光吸収層に入射した光による起電力を裏面電極または透明電極と取出電極から取り出すようにしたＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）タイプによる電界効果型の太陽電池を提供するものである。
【００１３】
ＭＩＳは、金属製の電極に電圧を印加して、絶縁物を介して半導体表面を制御するデバイスの総称である。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳタイプによる電界効果型の太陽電池の一構成例を示している。
【００１５】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたサブストレート型のものを示している。
【００１６】
１はガラス、ポリイミド、カーボンフィルム、セラミックフィルム等からなる基板、２はＭｏ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃ等からなる裏面電極、３（ｎ）はＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２等からなる光吸収層、４はＡｕ、Ｎｉ、Ｐｂ等からなる取出電極、５はＭｇＯ，ａ−ＳｉＮ：Ｈ，ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等からなる絶縁層、６はＺｎＯＡｌ、ＺＮＯＢ、ＺｎＯＧａ、ＺｎＯＩｎ、ＩＴＯ、ＩＮ２Ｏ３、Ａｇ−Ｉｎ等からなる透明電極、７はＡｌ、Ａｌ／Ｎｉ、Ａｌ／ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ等からなる補助電極、８はＳｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ２、Ｔａ２Ｏ５／Ｓ１Ｏ２、ＺｎＳ／ＳｉＯ２、ＺｎＳ／ＭｇＦ２等からなる反射防止膜である。
【００１７】
具体的には、ガラス基板１上に裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。そして、そのＭｏ薄膜上に光吸収層３（ｎ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成し、そのＣｕＩｎＳｅ２薄膜上に取出電極４としてＡｕ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成する。次いで、絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成し、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成する。そして、その上に補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法に形成したうえで、最後に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成する。
【００１８】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００１９】
なお、基板１に可撓性をもたせるためにカーボンフィルムなどの導電性を有するものを用いる場合には、裏面電極２との間に絶縁膜を介在させる必要がある。
【００２０】
取出電極４の形成としては、その他に、光吸収層３（ｎ）上に電極材を一様に成膜したうえで、エッチング等によって必要な形状に加工する方法や、スクリーン印刷による方法などが適用される。
【００２１】
図４は、光吸収層３（ｎ）上にエッチングによって取出電極４をパターン形成したときの太陽電池の構造を示している。
【００２２】
図５〜図９は、その取出電極４のパターンの一例をそれぞれ示している。
【００２３】
そして、この取出電極４は光吸収層３（ｎ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００２４】
このように構成された太陽電池にあって、図２に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、光吸収層３（ｎ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００２５】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００２６】
そして、図３に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型の反転層１０（ｐ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００２７】
このように、本発明によれば、従来のようにｐ型の光吸収層３（ｐ）に接してｎ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｎ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００２８】
図１０は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００２９】
この場合は、光吸収層３（ｎ）の光入射の裏面側に取出電極４が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００３０】
そして、光吸収層３（ｎ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００３１】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００３２】
このように構成された太陽電池にあって、図１１に示すように、裏面電極２と透明電極６との間に、ｎ型の光吸収層３（ｎ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００３３】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００３４】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と透明電極６との間に光起電力が発生する。
【００３５】
図１２は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたサブストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００３６】
ここでは、取出電極４′はＡｌ，Ｍｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等からなっている。他の図１と同一符号のものは、同一の構成要素を示している。
【００３７】
この場合には、具体的には、ガラス基板１上に裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。そして、そのＭｏ薄膜上に光吸収層３（ｐ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成し、そのＣｕＩｎＳｅ２薄膜上に取出電極４′としてＡｌ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成する。次いで、絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成し、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成する。そして、その上に補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法により形成したうえで、最後に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成する。
【００３８】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００３９】
そして、この取出電極４′は光吸収層３（ｐ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００４０】
このように構成された太陽電池にあって、図１３に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００４１】
この状態において、取出電極４′はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００４２】
そして、図１４に示すように、光Ｐが入射して、ｎ型の反転層１０（ｎ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４′に、正孔が裏面電極２に集められて、取出電極４′と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００４３】
このように、本発明によれば、従来のようにｐ型の光吸収層３（ｐ）に接してｎ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｐ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００４４】
図１５は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００４５】
この場合は、光吸収層３（ｐ）の光入射の裏面側に取出電極４′が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００４６】
そして、光吸収層３（ｐ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００４７】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００４８】
このように構成された太陽電池にあって、図１６に示すように、裏面電極２と透明電極６との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００４９】
この状態において、取出電極４′はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００５０】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４′に、正孔が透明電極６に集められて、取出電極４′と透明電極６との間に光起電力が発生する。
【００５１】
図１７は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳによる電界効果型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００５２】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたスーパーストレート型のものを示している。
【００５３】
その構成にあって、光の入射側に設けられる基板１としては透光性のあるガラス等が用いられる。他の図１と同一符号のものは、同一の構成要素を示している。
【００５４】
それは、具体的には、ガラス基板１上に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成し、補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法により形成する。そして、透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成し、その上に絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成する。次いで、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に取出電極４としてＡｕ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成し、その上に光吸収層３（ｎ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成する。最後に、裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。
【００５５】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００５６】
そして、取出電極４は光吸収層３（ｎ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００５７】
このように構成された太陽電池にあって、図１８に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｎ型の光吸収層３（ｎ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００５８】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００５９】
そして、図１９に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型の反転層１０（ｐ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００６０】
このように、本発明によれば、従来のようにｎ型の光吸収層３（ｎ）に接してｐ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｎ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００６１】
図２０は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００６２】
この場合は、光吸収層３（ｎ）の光入射の裏面側に取出電極４が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００６３】
そして、光吸収層３（ｎ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００６４】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００６５】
このように構成された太陽電池にあって、図２１に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｎ型の光吸収層３（ｎ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００６６】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００６７】
このように構成された太陽電池にあって、入射光Ｐが空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と透明電極６との間に光起電力Ｅが発生する。
【００６８】
図２２は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたスーパーストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００６９】
ここでは、取出電極４′はＡｌ，Ｍｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等からなっている。他の図１７と同一符号のものは、同一の構成要素を示している。
【００７０】
それは、具体的には、ガラス基板１上に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成し、補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法により形成する。そして、透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成し、その上に絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成する。次いで、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に取出電極４としてＡｌ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成し、その上に光吸収層３（ｐ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成する。最後に、裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。
【００７１】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００７２】
そして、取出電極４は光吸収層３（ｐ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００７３】
このように構成された太陽電池にあって、図２３に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００７４】
この状態において、取出電極４はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００７５】
そして、光Ｐが入射して、ｐ型の反転層１０（ｐ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００７６】
このように、本発明によれば、従来のようにｐ型の光吸収層３（ｐ）に接してｎ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｐ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００７７】
図２４は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００７８】
この場合は、光吸収層３（ｐ）の光入射の裏面側に取出電極４′が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００７９】
そして、光吸収層３（ｐ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００８０】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００８１】
このように構成された太陽電池にあって、図２５に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００８２】
この状態において、取出電極４はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００８３】
このように構成された太陽電池にあって、入射光Ｐが空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４に、正孔が透明電極６に集められて、取出電極４と透明電極６との間に光起電力Ｅが発生する。
【００８４】
【発明の効果】
以上、本発明による電界効果型の太陽電池は、光吸収層にＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２の何れかによる化合物半導体を用いたものにあって、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力を生じさせるようにしたもので、光吸収層と接してＰＮ接合を得るためにカドミウム化合物などを用いたバッファ層を何ら設ける必要がなく、ＰＮ接合の不良による発電効率の低下をきたすようなことなく高効率な光発電を行わせることができるという利点を有している。
【００８５】
そして、ＰＮ接合を用いないことから、薄膜による大面積の太陽電池の製造に適しているという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第１の構成例を示す正断面図である。
【図２】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図３】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図４】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第２の構成例を示す正断面図である。
【図５】取出電極のパターンの一例を示す図である。
【図６】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図７】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図８】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図９】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図１０】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第３の構成例を示す正断面図である。
【図１１】その第３の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１２】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第４の構成例を示す正断面図である。
【図１３】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１４】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図１５】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第５の構成例を示す正断面図である。
【図１６】その第５の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１７】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第６の構成例を示す正断面図である。
【図１８】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１９】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図２０】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第７の構成例を示す正断面図である。
【図２１】その第７の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２２】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第８の構成例を示す正断面図である。
【図２３】その第８の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２４】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第９の構成例を示す正断面図である。
【図２５】その第９の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２６】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【図２７】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 裏面電極
３（ｎ） ｎ型光吸収層
３（ｐ） ｐ型光吸収層
４ 取出電極
４′ 取出電極
５ 絶縁層
６ 透明電極
７ 補助電極
８ 反射防止膜
【産業上の利用分野】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いた電界効果型の太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いた太陽電池が開発されている。
【０００３】
そのＣＩＳ系による化合物半導体は、直接遷移型のエネルギ帯構造を持ち、光吸収係数が大きく、薄膜化に適している。また、その禁止帯が１．０〜２．０ｅＶの範囲にあるため、光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。そして、アモルファスシリコン太陽電池に比して光劣化がないという利点がある。
【０００４】
従来の太陽電池では、そのＣＩＳ系によるｐ型化合物半導体を光吸収層に用いる場合、ＰＮ接合を得るために、その光吸収層に接してｎ型のバッファ層を設けるようにしている。
【０００５】
図２６は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構造を示している。２１はガラス，ポリイミド，カーボンフィルム，セラミックフィルム等からなる基板、２２はＭｏ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃ等からなる裏面電極、２３はＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２等からなる光吸収層、２４はＣｄＳ，ＺｎＳ，ＺｎＯ等からなるバッファ層、２５はＺｎＯ等からなる窓層、２６はＺｎＯＡｌ，ＺＮＯＢ，ＺｎＯＧａ，ＺｎＯＩｎ，ＩＴＯ，ＩＮ２Ｏ３，Ａｇ−Ｉｎ等からなる透明電極、２７はＡｌ，Ａｌ／Ｎｉ，Ａｌ／ＮｉＣｒ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ等からなる補助電極、２８はＳｉ３Ｎ４，Ｔａ２Ｏ５，ＭｇＦ２，Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＳｉＯ２，ＺｎＳ／ＭｇＦ２等からなる反射防止膜である。
【０００６】
また、図２７は、従来のＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構造を示している。図中、図２６と同一符号のものは同じ構成要素を示している。特にこの場合は、光の入射側に設けられる基板１にガラス等の光透過性のあるものを使用する必要がある。
【０００７】
バッファ層４としては、ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＺｎＯなどの多種の化合物半導体を用いることが検討されているが、特に近年の光電変換の高効率化が進んだ太陽電池ではすべてバッファ層４にＣｄＳが用いられている現状である。
【０００８】
ＣｄＳによるバッファ層４の形成方法としては真空蒸着法、スパッタリング法、化学析出法などがあるが、特に光電変換の高効率化が進んだ太陽電池では化学析出法によってバッファ層４を形成するようにしている。
【０００９】
化学析出法は、基材を水溶液中に浸して化学反応によって基材上に膜を形成するものであり、水溶液中のイオンによる膜成長であるために均一でち密な薄膜を形成することができる。化学析出法によってバッファ層４を形成することによって太陽電池の高効率化が図られる理由としては、薄膜化による光の収集効率の改善や膜質の改善などがあげられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などのＣＩＳ系による化合物半導体を光吸収層に用いて光電変換効率の高い太陽電池を製造しようとするに際して、ＰＮ接合を得るためにＣｄＳによるバッファ層を化学析出法によって形成させる必要があることである。
【００１１】
したがって、バッファ層を形成させるために製造工程が煩雑になり、またカドミウム化合物（ＣｄＳ）を用いなければならないものになっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光吸収層に化合物半導体を用いて太陽電池を製造するに際して、製造工程が煩雑になるとともに、カドミウム化合物を用いたバッファ層を何ら設けることなく高効率な光発電を行わせるようにするべく、絶縁層と前記光吸収層の境界部分に取出電極を設けて、透明電極と裏面電極との間に、絶縁層側の光吸収層の表層部分の導電型を反転させるような電圧を印加することにより、光吸収層に入射した光による起電力を裏面電極または透明電極と取出電極から取り出すようにしたＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）タイプによる電界効果型の太陽電池を提供するものである。
【００１３】
ＭＩＳは、金属製の電極に電圧を印加して、絶縁物を介して半導体表面を制御するデバイスの総称である。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳタイプによる電界効果型の太陽電池の一構成例を示している。
【００１５】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたサブストレート型のものを示している。
【００１６】
１はガラス、ポリイミド、カーボンフィルム、セラミックフィルム等からなる基板、２はＭｏ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃ等からなる裏面電極、３（ｎ）はＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２等からなる光吸収層、４はＡｕ、Ｎｉ、Ｐｂ等からなる取出電極、５はＭｇＯ，ａ−ＳｉＮ：Ｈ，ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等からなる絶縁層、６はＺｎＯＡｌ、ＺＮＯＢ、ＺｎＯＧａ、ＺｎＯＩｎ、ＩＴＯ、ＩＮ２Ｏ３、Ａｇ−Ｉｎ等からなる透明電極、７はＡｌ、Ａｌ／Ｎｉ、Ａｌ／ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ等からなる補助電極、８はＳｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ２、Ｔａ２Ｏ５／Ｓ１Ｏ２、ＺｎＳ／ＳｉＯ２、ＺｎＳ／ＭｇＦ２等からなる反射防止膜である。
【００１７】
具体的には、ガラス基板１上に裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。そして、そのＭｏ薄膜上に光吸収層３（ｎ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成し、そのＣｕＩｎＳｅ２薄膜上に取出電極４としてＡｕ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成する。次いで、絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成し、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成する。そして、その上に補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法に形成したうえで、最後に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成する。
【００１８】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００１９】
なお、基板１に可撓性をもたせるためにカーボンフィルムなどの導電性を有するものを用いる場合には、裏面電極２との間に絶縁膜を介在させる必要がある。
【００２０】
取出電極４の形成としては、その他に、光吸収層３（ｎ）上に電極材を一様に成膜したうえで、エッチング等によって必要な形状に加工する方法や、スクリーン印刷による方法などが適用される。
【００２１】
図４は、光吸収層３（ｎ）上にエッチングによって取出電極４をパターン形成したときの太陽電池の構造を示している。
【００２２】
図５〜図９は、その取出電極４のパターンの一例をそれぞれ示している。
【００２３】
そして、この取出電極４は光吸収層３（ｎ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００２４】
このように構成された太陽電池にあって、図２に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、光吸収層３（ｎ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００２５】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００２６】
そして、図３に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型の反転層１０（ｐ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００２７】
このように、本発明によれば、従来のようにｐ型の光吸収層３（ｐ）に接してｎ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｎ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００２８】
図１０は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００２９】
この場合は、光吸収層３（ｎ）の光入射の裏面側に取出電極４が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００３０】
そして、光吸収層３（ｎ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００３１】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００３２】
このように構成された太陽電池にあって、図１１に示すように、裏面電極２と透明電極６との間に、ｎ型の光吸収層３（ｎ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００３３】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００３４】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と透明電極６との間に光起電力が発生する。
【００３５】
図１２は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたサブストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００３６】
ここでは、取出電極４′はＡｌ，Ｍｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等からなっている。他の図１と同一符号のものは、同一の構成要素を示している。
【００３７】
この場合には、具体的には、ガラス基板１上に裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。そして、そのＭｏ薄膜上に光吸収層３（ｐ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成し、そのＣｕＩｎＳｅ２薄膜上に取出電極４′としてＡｌ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成する。次いで、絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成し、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成する。そして、その上に補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法により形成したうえで、最後に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成する。
【００３８】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００３９】
そして、この取出電極４′は光吸収層３（ｐ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００４０】
このように構成された太陽電池にあって、図１３に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００４１】
この状態において、取出電極４′はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００４２】
そして、図１４に示すように、光Ｐが入射して、ｎ型の反転層１０（ｎ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４′に、正孔が裏面電極２に集められて、取出電極４′と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００４３】
このように、本発明によれば、従来のようにｐ型の光吸収層３（ｐ）に接してｎ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｐ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００４４】
図１５は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたサブストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００４５】
この場合は、光吸収層３（ｐ）の光入射の裏面側に取出電極４′が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００４６】
そして、光吸収層３（ｐ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００４７】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００４８】
このように構成された太陽電池にあって、図１６に示すように、裏面電極２と透明電極６との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その上側に空乏層１１が形成される。
【００４９】
この状態において、取出電極４′はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００５０】
このように構成された太陽電池にあって、入射光が空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４′に、正孔が透明電極６に集められて、取出電極４′と透明電極６との間に光起電力が発生する。
【００５１】
図１７は、本発明によるＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２などからなる化合物半導体を光吸収層として用いたＭＩＳによる電界効果型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００５２】
ここでは、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたスーパーストレート型のものを示している。
【００５３】
その構成にあって、光の入射側に設けられる基板１としては透光性のあるガラス等が用いられる。他の図１と同一符号のものは、同一の構成要素を示している。
【００５４】
それは、具体的には、ガラス基板１上に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成し、補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法により形成する。そして、透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成し、その上に絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成する。次いで、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に取出電極４としてＡｕ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成し、その上に光吸収層３（ｎ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成する。最後に、裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。
【００５５】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００５６】
そして、取出電極４は光吸収層３（ｎ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００５７】
このように構成された太陽電池にあって、図１８に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｎ型の光吸収層３（ｎ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００５８】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００５９】
そして、図１９に示すように、光Ｐが入射して、ｐ型の反転層１０（ｐ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００６０】
このように、本発明によれば、従来のようにｎ型の光吸収層３（ｎ）に接してｐ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｎ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００６１】
図２０は、ｎ型の化合物半導体による光吸収層３（ｎ）を用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００６２】
この場合は、光吸収層３（ｎ）の光入射の裏面側に取出電極４が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００６３】
そして、光吸収層３（ｎ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００６４】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００６５】
このように構成された太陽電池にあって、図２１に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｎ型の光吸収層３（ｎ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｐ型の反転層１０（ｐ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００６６】
この状態において、取出電極４はｐ型の反転層１０（ｐ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００６７】
このように構成された太陽電池にあって、入射光Ｐが空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が透明電極６に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と透明電極６との間に光起電力Ｅが発生する。
【００６８】
図２２は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたスーパーストレート型の太陽電池の一構成例を示している。
【００６９】
ここでは、取出電極４′はＡｌ，Ｍｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等からなっている。他の図１７と同一符号のものは、同一の構成要素を示している。
【００７０】
それは、具体的には、ガラス基板１上に反射防止膜８としてＭｇＦ２薄膜を形成し、補助電極７としてＡｌ薄膜を真空蒸着法により形成する。そして、透明電極６としてＺｎＯ：Ａｌ薄膜をスパッタリングにより形成し、その上に絶縁層５としてａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜をプラズマＣＶＤにより形成する。次いで、そのａ−ＳｉＮ：Ｈ薄膜上に取出電極４としてＡｌ薄膜をマスキングを施しながらの真空蒸着法により形成し、その上に光吸収層３（ｐ）としてＣｕＩｎＳｅ２薄膜を３元蒸着法またはスパッタリング法により形成する。最後に、裏面電極２としてＭｏ薄膜をスパッタリング法により形成する。
【００７１】
補助電極７および反射防止膜８は、これを特に設けなくとも良い。
【００７２】
そして、取出電極４は光吸収層３（ｐ）に対してショットキー接合またはヘテロ接合されている。
【００７３】
このように構成された太陽電池にあって、図２３に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の光入射側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が正電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００７４】
この状態において、取出電極４はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００７５】
そして、光Ｐが入射して、ｐ型の反転層１０（ｐ）を通過して空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が裏面電極２に、正孔が取出電極４に集められて、取出電極４と裏面電極２との間に光起電力Ｅが発生する。
【００７６】
このように、本発明によれば、従来のようにｐ型の光吸収層３（ｐ）に接してｎ型のカドミウム化合物によるバッファ層を何ら設けるようなことなく、光吸収層３（ｐ）にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力Ｅを生じさせることができるようになる。
【００７７】
図２４は、ｐ型の化合物半導体による光吸収層３（ｐ）を用いたスーパーストレート型の太陽電池の他の構成例を示している。
【００７８】
この場合は、光吸収層３（ｐ）の光入射の裏面側に取出電極４′が配されるようにするとともに、裏面電極２との間に絶縁層５を設けるようにしている。
【００７９】
そして、光吸収層３（ｐ）上には透明電極６が形成され、その透明電極６上には補助電極７および反射防止膜８が形成されている。
【００８０】
その具体的な製造に関しては、前述の場合と同様である。
【００８１】
このように構成された太陽電池にあって、図２５に示すように、透明電極６と裏面電極２との間に、ｐ型の光吸収層３（ｐ）の裏面側における表層部分の導電型が反転するような電圧Ｖ（この場合は透明電極６側が負電圧となるような極性にする）を印加すると、その表層部分にｎ型の反転層１０（ｎ）があらわれ、その下側に空乏層１１が形成される。
【００８２】
この状態において、取出電極４はｎ型の反転層１０（ｎ）に対してオーミック接続がとれた状態になる。
【００８３】
このように構成された太陽電池にあって、入射光Ｐが空乏層１１に達すると、そこで電子−正孔対が生成され、そのうちの電子が取出電極４に、正孔が透明電極６に集められて、取出電極４と透明電極６との間に光起電力Ｅが発生する。
【００８４】
【発明の効果】
以上、本発明による電界効果型の太陽電池は、光吸収層にＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２の何れかによる化合物半導体を用いたものにあって、光吸収層にその表層部分の導電型を反転させる電界をかけることによってＰＮ接合を電気的に派生させて、光起電力を生じさせるようにしたもので、光吸収層と接してＰＮ接合を得るためにカドミウム化合物などを用いたバッファ層を何ら設ける必要がなく、ＰＮ接合の不良による発電効率の低下をきたすようなことなく高効率な光発電を行わせることができるという利点を有している。
【００８５】
そして、ＰＮ接合を用いないことから、薄膜による大面積の太陽電池の製造に適しているという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第１の構成例を示す正断面図である。
【図２】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図３】その第１の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図４】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第２の構成例を示す正断面図である。
【図５】取出電極のパターンの一例を示す図である。
【図６】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図７】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図８】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図９】取出電極のパターンの他の例を示す図である。
【図１０】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第３の構成例を示す正断面図である。
【図１１】その第３の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１２】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第４の構成例を示す正断面図である。
【図１３】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１４】その第４の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図１５】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたサブストレート型による太陽電池の第５の構成例を示す正断面図である。
【図１６】その第５の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１７】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第６の構成例を示す正断面図である。
【図１８】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図１９】その第６の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光起電力の発生状態を示す正断面図である。
【図２０】本発明によるｎ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第７の構成例を示す正断面図である。
【図２１】その第７の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２２】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の表面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第８の構成例を示す正断面図である。
【図２３】その第８の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２４】本発明によるｐ型の光吸収層を用いて電圧印加用電極を光入射の裏面側に設けたスーパーストレート型による太陽電池の第９の構成例を示す正断面図である。
【図２５】その第９の構成例における太陽電池に電圧を印加したときの光吸収層の変化状態を示す正断面図である。
【図２６】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたサブストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【図２７】従来の化合物半導体を光吸収層に用いたスーパーストレート型による太陽電池の構成を示す正断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 裏面電極
３（ｎ） ｎ型光吸収層
３（ｐ） ｐ型光吸収層
４ 取出電極
４′ 取出電極
５ 絶縁層
６ 透明電極
７ 補助電極
８ 反射防止膜
Claims (2)
- 裏面電極と、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳ２の何れかによる化合物半導体薄膜からなる光吸収層と、絶縁層と、透明電極とが順次積層された太陽電池において、
前記太陽電池は前記絶縁層と前記光吸収層の境界部分に取出電極を設けてなり、
前記透明電極と前記裏面電極との間に、前記絶縁層側の前記光吸収層の表層部分の導電型を反転させるような電圧を印加することにより、前記光吸収層に入射した光による起電力を前記裏面電極と前記取出電極から取り出すとともに、
前記取出電極は、前記光吸収層がｎ型であるときにはＡｕ、Ｎｉ、Ｐｂの何れかからなり、前記光吸収層がｐ型であるときにはＡｌ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｉｎの何れかからなることを特徴とする電界効果型の太陽電池。 - 裏面電極と、絶縁層と、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳ２の何れかによる化合物半導体薄膜からなる光吸収層と、透明電極とが順次積層された太陽電池において、
前記太陽電池は前記絶縁層と前記光吸収層の境界部分に取出電極を設けてなり、
前記透明電極と前記裏面電極との間に、前記絶縁層側の前記光吸収層の表層部分の導電型を反転させるような電圧を印加することにより、前記光吸収層に入射した光による起電力を前記透明電極と前記取出電極から取り出すとともに、
前記取出電極は、前記光吸収層がｎ型であるときにはＡｕ、Ｎｉ、Ｐｂの何れかからなり、前記光吸収層がｐ型であるときにはＡｌ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｉｎの何れかからなることを特徴とする電界効果型の太陽電池。
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