JP6123925B2 - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6123925B2 JP6123925B2 JP2016018635A JP2016018635A JP6123925B2 JP 6123925 B2 JP6123925 B2 JP 6123925B2 JP 2016018635 A JP2016018635 A JP 2016018635A JP 2016018635 A JP2016018635 A JP 2016018635A JP 6123925 B2 JP6123925 B2 JP 6123925B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- amorphous silicon
- layer
- silicon layer
- conversion device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- 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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
図1および図2は、本実施の形態の量子ドット型の光電変換装置(光電変換素子、太陽電池)の構成を示す断面図である。
図3に示すように、半導体原子1個についてのHOMO(最高占有分子軌道:Highest Occupied Molecular Orbital)およびLUMO(最低非占有分子軌道:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)は、分子、クラスター、ナノ結晶粒、バルクと原子の集合数が増加するにしたがって、分離し、バルクにおいては、各軌道が連続し、伝導帯および価電子帯となる。逆に言えば、バルク状態の半導体の塊を、粒子レベルを経て原子レベルまで小さくするとバンドギャップ(Band gap、禁止帯、禁制帯)Egが大きくなる。図3において、縦軸はエネルギーを示し、原子、分子、クラスター、ナノ結晶粒の「バルクの粒径(nm)および原子数」の関係は、それぞれ例えば、「0.1nm以下、原子数1個」、「0.2nm以下、原子数2個」、「1nm未満、原子数10個以下」、「1nm以上20nm以下、原子数102個以上104個以下」、「1000nm以上、原子数1023個以上」である。
図4(A)に示すように、バルクの半導体においては、キャリア(電子)は、光エネルギー(E=hν=hc/λ、h:プランク定数、ν:振動数、c:光の速さ、λ:波長)を受け、価電子帯に遷移し、電気エネルギーとして取り出される。ここで、バンドギャップEgより光エネルギーhνが2倍以上大きい場合(hν>2Eg)、キャリアは価電子帯の上部まで遷移するものの、Egを超えた余分なエネルギーは速やかに格子系に熱として移動して、より安定的な価電子帯の下部まで移動する。つまり、Egを超えたエネルギーは熱として失われる。したがって、1つの光子によって1つのキャリアしか生成できない。なお、励起された電子に対しホールは残存するため、これらの対をエキシトン(exciton、励起子)という。
例えば、図5に示すように、量子ドットdを薄膜を介して3次元的に規則正しく配置させる(3次元的な周期性を持たせる)ことにより、量子ドット(量子井戸)間で相互作用が生じ、ミニバンドが形成される。即ち、図6に示すように、トンネル効果により量子井戸間にミニバンドが生じ、励起されたキャリアを、ミニバンドを通じて高速に外部に取り出すことができる。よって、キャリアの再結合による損失を低減でき、光電変換効率を向上させることができる。また、図7に示すように、前述の複数エキシトン生成効果により生じた遷移電子や、ミニバンド間における遷移電子などもミニバンドを介して効率良く取り出すことができる。なお、図7に示すように、電子のみならず、下側の量子井戸中に残存するホールも取り出すことができる。このように、量子ドットに3次元的な周期性を持たせた構造を超格子(SL:supper lattice)又は多重量子井戸(MQW:Multi-Quantum Well)構造という。
本実施の形態の光電変換装置のi層に水素原子(H)を含有させてもよい。好ましくは、i層中のシリコン原子に対する水素原子の割合(H/Si)を、5%以上20%以下とする。このように、水素原子を含有させることにより、i層中のダングリングボンドが水素原子により終端され、キャリアのトラップを防止することができる。
図11は、本実施の形態の光電変換装置の他の構成を示す断面図である。ここでは、いわゆる、タンデム型の光電変換装置について説明する。
本実施の形態においては、上記実施の形態1で説明した光電変換装置の製造方法について説明するとともに、その構成をより明確にする。図13および図14は、本実施の形態の光電変換装置の製造工程を示す断面図である。
実施の形態2で説明した半導体の前駆体液(溶液プロセス)を用いた場合、種々の光電変換装置を形成することができる。即ち、実施の形態2においては、シリコンの量子ドットとシリコンの前駆体液のような同一の元素材料を組み合わせたが、異なる元素材料(第1、第2半導体)を組み合わせてもよい。
このように、量子ドットとマトリクス層において種々の材料の組み合わせを選択可能とすることで、特性の良好な光電変換装置とすることができる。また、前述の特許文献1に記載の製造工程においては、1100℃以上の高温処理が必要であり、使用できる基板や電極材料に制限が生じる。これに対し、上記実施の形態2および3に記載の溶液プロセスによれば、低温プロセスが可能であり、耐熱性の低い基板などを使用することができる。よって、抵コストで生産性の高い装置の製造が可能となる。また、上記実施の形態によれば、従来の半導体集積回路や従来の光電変換装置のプロセスと親和性が良く、これらの回路や装置と、同一基板上に混載し、多機能のシステムとすることもできる。なお、図17に示すマトリクス層の材料の他、溶液プロセス以外の成膜方法によれば、前述のCdTe、GaA、InP、GaPなどをマトリクス層として用いることができる。
上記光電変換装置は、各種電子機器に組み込むことができる。適用できる電子機器に制限はないがその一例について説明する。
Claims (2)
- 光電変換装置であって、
p型の第1のアモルファスシリコン層と、n型の第2のアモルファスシリコン層と、前記第1のアモルファスシリコン層と前記第2のアモルファスシリコン層との間に配置されたi型の第3のアモルファスシリコン層と、を有する第1の光電変換装置と、
p型の第4のアモルファスシリコン層と、n型の第5のアモルファスシリコン層と、前記第4のアモルファスシリコン層と前記第5のアモルファスシリコン層との間に配置されたi型の第6のアモルファスシリコン層と、を有する第2の光電変換装置と、
前記第2のアモルファスシリコン層と前記第4のアモルファスシリコン層との間に配置された電極層と、を含み、
前記第3のアモルファスシリコン層は、複数の第1のナノ結晶粒を含み、
前記第6のアモルファスシリコン層は、複数の第2のナノ結晶粒を含み、
前記第1のナノ結晶粒および前記第2のナノ結晶粒の少なくとも一方はシリコン以外の材料でできており、
前記第1のナノ結晶粒のバンドギャップは、前記第2のナノ結晶粒のバンドギャップよりも大きく、
前記第1の光電変換装置は、前記第2の光電変換装置よりも光の入射側に配置されていることを特徴とする光電変換装置。 - 前記第3のアモルファスシリコン層における第1のナノ結晶粒以外のアモルファスシリコン層のバンドギャップは、前記第1のナノ結晶粒のバンドギャップよりも大きく、
前記第6のアモルファスシリコン層における第2のナノ結晶粒以外のアモルファスシリコン層のバンドギャップは、前記第2のナノ結晶粒のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016018635A JP6123925B2 (ja) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016018635A JP6123925B2 (ja) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | 光電変換装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014128901A Division JP5880629B2 (ja) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016066825A JP2016066825A (ja) | 2016-04-28 |
JP6123925B2 true JP6123925B2 (ja) | 2017-05-10 |
Family
ID=55804353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016018635A Expired - Fee Related JP6123925B2 (ja) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6123925B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61120480A (ja) * | 1984-11-16 | 1986-06-07 | Hitachi Ltd | 光電変換装置 |
US20070137693A1 (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Forrest Stephen R | Intermediate-band photosensitive device with quantum dots having tunneling barrier embedded in inorganic matrix |
JP5880629B2 (ja) * | 2014-06-24 | 2016-03-09 | セイコーエプソン株式会社 | 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 |
-
2016
- 2016-02-03 JP JP2016018635A patent/JP6123925B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016066825A (ja) | 2016-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5423952B2 (ja) | 光電変換装置および電子機器 | |
JP2010067801A (ja) | 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 | |
JP2010067802A (ja) | 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 | |
JP2010067803A (ja) | 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 | |
US8373060B2 (en) | Semiconductor grain microstructures for photovoltaic cells | |
US9123844B2 (en) | Semiconductor grain and oxide layer for photovoltaic cells | |
US20110203650A1 (en) | Optical converter device and electronic equipment including the optical converter device | |
US20090071539A1 (en) | Solar cell manufactured using amorphous and nanocrystalline silicon composite thin film, and process for manufacturing the same | |
Deng et al. | Optical design in perovskite solar cells | |
JP2014212322A (ja) | 半導体材料を用いた薄膜光電材料のための方法及び構造 | |
JP2010118491A (ja) | 光電変換装置および電子機器 | |
CN102308393A (zh) | 包含第ⅳ-ⅵ族半导体核-壳纳米晶的光伏电池 | |
CN103782394B (zh) | 太阳能电池和该太阳能电池的制造方法 | |
CN101336489B (zh) | 光伏电池 | |
JP5880629B2 (ja) | 光電変換装置、電子機器、光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 | |
JP2010129579A (ja) | 光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 | |
JP2010258194A (ja) | 光電変換装置の製造方法 | |
JP2010103335A (ja) | 光電変換装置の製造方法、電子機器の製造方法、光電変換装置および電子機器 | |
JP2011187646A (ja) | 光学変換装置及び同装置を含む電子機器 | |
JP6123925B2 (ja) | 光電変換装置 | |
JP2010206061A (ja) | 光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 | |
JP5720837B2 (ja) | 光学変換装置及び同装置を含む電子機器 | |
JP2010219413A (ja) | 光電変換装置の製造方法および電子機器の製造方法 | |
CN205609554U (zh) | 硅基异质接面太阳能电池 | |
Zhang et al. | Development and prospect of nanoarchitectured solar cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160302 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160302 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170307 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170320 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6123925 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |