JP7010843B2 - 半導体固体電池 - Google Patents
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Description
SiO2の場合3.0~5.0、Al2O3の場合7.0~10.0、SiONの場合5.0~9.0、Si3N4の場合6.5~9.0、AlNの場合7.5~10.5、HfO2の場合22.0~26.0、シリコーン樹脂の場合2.0~4.0。
Nd :伝導帯のキャリア密度、No :最近接ホッピング伝導帯のキャリア密度
μb :伝導帯のキャリア移動度、 μh :最近接ホッピング伝導帯のキャリア移動度
Ea :準位と伝導帯下端のエネルギー差、q:電気素量、
ε :準位での近接キャリアトラップ間の電子の平均活性化エネルギー。
(実施例1~7)
P型半導体として、P型BaSi2層を用意した。また、N型半導体としてN型WO3層を用意した。また、第一の絶縁層としてSiO2層を用意した。
実施例2~実施例5にかかる半導体固体電池に対し、表2に示す第二の絶縁層および第三の絶縁層を設けた。第二の絶縁層および第三の絶縁層は、SiO2層とし、膜密度95%、比誘電率3.8に統一した。また、電極層はAl層で統一した。
P型半導体として、P型BaSi2層を用意した。また、N型半導体としてN型BaSi2層を用意した。また、第一の絶縁層としてSi3N4層を用意した。
実施例17~実施例20にかかる半導体固体電池に対し、表5に示す第二の絶縁層および第三の絶縁層を設けた。第二の絶縁層および第三の絶縁層は、Si3N4層とし、膜密度93%、比誘電率7.5に統一した。また、電極層はAl層で統一した。
P型半導体として、Poly-Si(多結晶シリコン)を用意した。また、N型半導体としてN型BaSi2層を用意した。また、第一の絶縁層としてSiO2層を用意した。
実施例32~実施例35にかかる半導体固体電池に対し、表8に示す第二の絶縁層および第三の絶縁層を設けた。第二の絶縁層および第三の絶縁層は、SiO2層とし、膜密度95%、比誘電率3.8に統一した。また、電極層はAl層で統一した。
P型半導体として、Ni欠損を導入したP型NiO層を用意した。また、N型半導体としてO欠損を導入したN型TiO2層を用意した。また、第一の絶縁層としてSiON層を用意した。
実施例46~実施例52にかかる半導体固体電池に対し、表11に示す第二の絶縁層および第三の絶縁層を設けた。第二の絶縁層および第三の絶縁層は、SiON層とし、膜密度90%、比誘電率7.3に統一した。また、電極層はTiO2層側の負電極としてAu/Ti、NiO層側の正電極としてITOで統一した。
次のようにして、金属酸化物半導体材料と絶縁材料を混合した薄膜を用いて、半導体固体電池を作製した。脂肪酸チタンとシリコーンオイルを溶媒に混合して撹拌し作製した塗布液をスピンコートし、充電層(1μm)を形成した。乾燥した後に350℃で30分加熱し、TiO2とシリコーンの混合膜を得た。さらに、波長254nm、強度20mW/cm2の紫外線照射を約40分間行い、捕獲準位を導入した。充電層の上部にブロック層NiO(150nm)を成膜した。正負電極共にITOを使用し、充電層やブロック層の面積は4cm2とした。こうして、比較例1としての半導体固体電池を作製した。
P型半導体として、Fe/Siの組成比を制御したP型β-FeSi2層を用意した。また、N型半導体としてN型TiO2層を用意した。また、第一の絶縁層としてHfO2層を用意した。
P型半導体として、P型a-Si:Hを用意した。また、N型半導体としてN型TiO2層を用意した。また、第一の絶縁層としてHfO2層を用意した。
実施例4のN型半導体層を実施例49のN型半導体層に置き換えた半導体固体電池を実施例75として作製した。また、実施例4のP型半導体層を実施例49のP型半導体層に置き換えた半導体固体電池を実施例76として作製した。
以下に本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] N型半導体とP型半導体との間に第一の絶縁層を設けた半導体固体電池。
[2] 前記第一の絶縁層は膜厚が3nm以上30μm以下、かつ比誘電率が50以下である[1]記載の半導体固体電池。
[3] 前記第一の絶縁層の比誘電率が10以下である[2]に記載の半導体固体電池。
[4] 前記第一の絶縁層は膜密度が真密度の60%以上である[1]ないし[3]のいずれか1つに記載の半導体固体電池。
[5] 前記N型半導体および前記P型半導体の少なくとも一方は、金属シリサイド、金属酸化物、アモルファスシリコン、結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンからなる群より選ばれる1種からなる[1]ないし[4]のいずれか1つに記載の半導体固体電池。
[6] 前記N型半導体または前記P型半導体は、電子または正孔の捕獲準位を導入している[1]ないし[5]のいずれか1つに記載の半導体固体電池。
[7] 前記N型半導体は、前記N型半導体におけるバンドギャップを100としたとき、50以上90以下の範囲に前記電子の捕獲準位が導入されている[6]に記載の半導体固体電池。
[8] 前記P型半導体は、前記P型半導体におけるバンドギャップを100としたとき、10以上50以下の範囲に前記正孔の捕獲準位が導入されている[6]又は[7]に記載の半導体固体電池。
[9] 前記N型半導体および前記P型半導体にそれぞれ電極が設けられている[1]ないし[8]のいずれか1つに記載の半導体固体電池。
[10] 前記N型半導体と前記電極との間に第二の絶縁層が設けられている、または前記P型半導体と前記電極との間に第三の絶縁層が設けられている、または前記N型半導体と前記電極との間に前記第二の絶縁層が設けられていると共に前記P型半導体と前記電極との間に前記第三の絶縁層とのが設けられている[9]記載の半導体固体電池。
[11] 前記第二の絶縁層および前記第三の絶縁層の少なくとも一方は膜厚が30nm以下、かつ比誘電率が50以下である[10]に記載の半導体固体電池。
[12] 前記第二の絶縁層および前記第三の絶縁層の少なくとも一方の比誘電率が10以下である[11]に記載の半導体固体電池。
Claims (9)
- N型半導体とP型半導体との間に第一の絶縁層を設けた、前記第一の絶縁層は膜厚が3nm以上30μm以下、かつ比誘電率が10以下であり、前記第一の絶縁層は金属酸化物、金属窒化物、絶縁性樹脂から選ばれる1種または2種以上であり、前記N型半導体または前記P型半導体は10 17 cm -3 ~10 22 cm -3 の範囲内の電子または正孔の捕獲準位を導入している半導体固体電池。
- 前記第一の絶縁層は膜密度が真密度の60%以上である請求項1に記載の半導体固体電池。
- 前記N型半導体および前記P型半導体の少なくとも一方は、金属シリサイド、金属酸化物、アモルファスシリコン、結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンからなる群より選ばれる1種からなる請求項1又は2に記載の半導体固体電池。
- 前記N型半導体は、前記N型半導体におけるバンドギャップを100としたとき、50以上90以下の範囲に前記電子の捕獲準位が導入されている請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の半導体固体電池。
- 前記P型半導体は、前記P型半導体におけるバンドギャップを100としたとき、10以上50以下の範囲に前記正孔の捕獲準位が導入されている請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の半導体固体電池。
- 前記N型半導体および前記P型半導体にそれぞれ電極が設けられている請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の半導体固体電池。
- 前記N型半導体と前記電極との間に第二の絶縁層が設けられている、または前記P型半導体と前記電極との間に第三の絶縁層が設けられている、または前記N型半導体と前記電極との間に前記第二の絶縁層が設けられていると共に前記P型半導体と前記電極との間に前記第三の絶縁層が設けられている請求項6記載の半導体固体電池。
- 前記第二の絶縁層および前記第三の絶縁層の少なくとも一方は膜厚が30nm以下、かつ比誘電率が50以下である請求項7に記載の半導体固体電池。
- 前記第二の絶縁層および前記第三の絶縁層の少なくとも一方の比誘電率が10以下である請求項8に記載の半導体固体電池。
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