JPH03200375A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光照射により光電子を生じて発電する太陽電池
に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体のエネルギーギャップ（Ｅｇ　）より大きなエネ
ルギーをもつ光量子を太陽電池のｐｎ接合部に照射する
と、この光量子は吸収されて電流に変換される。従来の
太陽電池はこのような原理に基づいている。また、この
種の太陽電池の効率が最大となるような半導体のＥｇ値
は１．４ｅＶ付近にあることが論理的に確認されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの種の従来の太陽電池は、太陽光成分の
うちＥｇより小さな（長波長）光成分は発電に関与せず
、全く無効となっていた。Ｅｇが１．４ｅＶ程度の上記
の半導体の場合、無効になる光成分はエアマス（ＡＭ）
１の入射光に対して１／３程度である。また、発電効率
を上げるために、出力電圧を高くして薄い半導体を使用
することが考えられるが、このためにはＥｇの大きい材
料が必要とされる。しかし、Ｅｇを大きくすると長波長
成分の無効割合がふえるため、限界があった。

本発明の目的は、Ｅｇより小さな光成分を有効に発電に
作用させ、効率良く電力を取出すことにある。Ｅｇより
小さな光成分を発電に関与させ、発電作用を補うことは
太陽電池の効率向上のために大きな効果がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、金属−高抵抗半導体−オーミックコンタクト
の積層構造を有し、高抵抗半導体の厚さは４μｍ以下で
あり、Ｅｇより高い量子エネルギーの入射光によって半
導体中に励起される光電子、および、Ｅｇより低い量子
エネルギーの入射光によって金属中に励起される光電子
の双方を捕集する構造を有するものである。

すなわち、本発明の要点は、金属−高抵抗半導体のショ
ットキー障壁を利用することと、この高抵抗半導体の厚
みをμｍ程度に薄くして、内部ビルトイン電界を強くす
ることにある。

〔作用〕

このために必要な条件は、Ｅｇが１．４ｅＶのように比
較的大きいことであり、そのために、ショットキー障壁
度が高く、出力電圧を大きくとれる。また、短波長の吸
収長が短いので薄い半導体を使用することができる。こ
れは経済的に極めて有利である。

Ｅｇが１．４ｅＶ程度の半導体の場合、無効になる成分
はＡＭｌの光に対して１／３程度であるので、これを利
用できることは大きなメリットである。Ｅｇより高いも
のも低いものも同時に利用できる太陽電池は従来全く提
案されたことがない。

このために適当な半導体としては、水素化アモルファス
・シリコン、ガリウム砒素、ガリウム砒素・燐等の化合
物などが最も適当である。これらの材料では、高抵抗層
の厚みは１μｍ程度で足りるため材料経済的にすぐれて
いる。また、走行距離が短いので単結晶でなくとも多結
晶状材料でも使用するこができる。さらにＥｇが大きい
ために高温度環境下での使用に適している。

〔実施例〕

具体的な構成例を第１図に示す。研磨したタングステン
板１上にＧａとＡｓとを同時に真空蒸着して、高抵抗Ｇ
ａ　Ａｓ薄層２を作り、その厚さを１〜２μｍとする。

この薄層２の上面に薄＜Ｓｔをイオン注入してオーミッ
クコンタクト３とし、これに対するコンタクト電極４は
ネサ材を真空中で蒸着することにより形成する。ネサ打
倒から光を照射すればＥｇより大きいエネルギーの光は
薄層２内部で吸収されてキャリアを作り、より小さいエ
ネルギーの光はショットキー金属からキャリヤを励起す
る。

この限界エネルギーは、ショットキー障壁の高さで定ま
るが、この値は一般にＥｇの１／２ないし２／３である
ため、Ｅｇだけで定まる従来の太陽電池にくらべ、広い
波長域までを利用しうろことになる。

このデバイスでは、内部のビルトイン電界が従来型では
、はぼＥｇの電位差によって作られるに比し、本願デバ
イスでは上記の通りその１／２ないし２／３程度に低下
する。しかし既に述べた通り本願半導体厚みは十分薄く
できるので、ビルトイン電界は若干低下しても尚キャリ
ヤ収集には十分な大きさを持つことができる。

上記の長波長の光は半導体そのものに対しては吸収なく
通過するので、金属境界面において、キャリヤを励起す
る。一部は金属反射をするがこの内部反射光は、その大
部分が入射面において再反射するので、結局そのほとん
どがキャリヤ励起に有効に使用されることとなる。

このさい、半導体の光学密度（屈折率Ｘ厚さ）を適当に
えらぶことにより、入射面における再反射を最大とする
ように設計すれば、再反射効率を改善することができる
。

以上述べたように、従来のＰＮ接合でなく、ショットキ
ーバリア接合を用いた光励起素子は、Ｅｇよりも長波長
側の光エネルギーをも有効に光電変換できる特長を有し
ており、産業上の効果は大きい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来発電に関与しなかった無効な光成
分の割合を低下させることができるため、太陽電池の最
適設計も大きく変更され、新しい構造を提供することが
可能となる。この結果、太陽放射エネルギーの多くの部
分を無駄なく利用できることになり、その工業上の利益
は大きいものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造を示す断面図である。 １・・・タングステン板、２・・・ＧａＡｓ薄層、３・
・・オーミックコンタクト、４・・・コンタクト電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属−高抵抗半導体−オーミックコンタクトの積層
   構造を有し、前記高抵抗半導体の厚さは４μｍ以下であ
   り、エネルギーギャップより高い量子エネルギーの入射
   光によって前記高抵抗半導体中に励起される光電子、お
   よび、エネルギーギャップより低い量子エネルギーの入
   射光によって前記金属中に励起される光電子の双方を捕
   集する構造を有することを特徴とする太陽電池。 ２、高抵抗半導体中に発生した正孔が金属とこの高抵抗
   半導体との界面において電子注入を促進する構造を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。 ３、高抵抗半導体はアモルファスシリコンまたはガリウ
   ム砒素またはガリウム砒素燐を主要成分とする薄層であ
   ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。