JPH0382170A - 半導体光電変換装置 - Google Patents
半導体光電変換装置Info
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- JPH0382170A JPH0382170A JP1217519A JP21751989A JPH0382170A JP H0382170 A JPH0382170 A JP H0382170A JP 1217519 A JP1217519 A JP 1217519A JP 21751989 A JP21751989 A JP 21751989A JP H0382170 A JPH0382170 A JP H0382170A
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
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］
本発明は半導体光電変換装置に関するものである。
［発明の概要］
この発明は、固体撮像装置、太陽電池等の半導体光電変
換装置において、まず可視光ないし赤外光に対する反射
率の高い金属層の上に、シリコンなどの半導体薄膜結晶
を作製し、次にこの薄膜に、ｐ−ｎ接合など光電変換用
デバイスを形成して、この光電変換用デバイスでの光の
吸収が、上記の構造をとらない通常の装置に比べて大き
くなるようにしたものである。
換装置において、まず可視光ないし赤外光に対する反射
率の高い金属層の上に、シリコンなどの半導体薄膜結晶
を作製し、次にこの薄膜に、ｐ−ｎ接合など光電変換用
デバイスを形成して、この光電変換用デバイスでの光の
吸収が、上記の構造をとらない通常の装置に比べて大き
くなるようにしたものである。
［従来技術］
太陽電池では、太陽光スペクトルのピーク波長（〜８３
０ｎｎ＋ ）に近いバンドギヤ”／ブ（〜１．５ｅＶ）
をもつ半導体、たとえばＧａＡｓ％ＩｎＰ、 ＣｄＴｅ
などを用いた場合に２０％を超す高いエネルギー変換効
率が理論上は得られている。
０ｎｎ＋ ）に近いバンドギヤ”／ブ（〜１．５ｅＶ）
をもつ半導体、たとえばＧａＡｓ％ＩｎＰ、 ＣｄＴｅ
などを用いた場合に２０％を超す高いエネルギー変換効
率が理論上は得られている。
しかし、これらの半導体では製造コストが高く、実際に
最も多く用いられているのはシリコンである。
最も多く用いられているのはシリコンである。
太陽電池を高効率化するには、ｐ−ｎ接合から、少数キ
ャリアの拡散長（〜３μｍ前後）以内の領域でほとんど
の太陽光を吸収することが望ましい。しかし、３μｍ厚
のシリコンの場合、波長８３０ｎｍの光の吸収はせいぜ
い２０％程度にすぎない。一方、固体撮像装置など可視
光の場合でも、特に赤色光では、同じく３μｍ厚のシリ
コンで吸収できるパワーは５０％前後である。しかも、
容量の低減、電荷の輸送等を考慮すると、エネルギー変
換領域をこのような厚さに設計することは望ましくない
。
ャリアの拡散長（〜３μｍ前後）以内の領域でほとんど
の太陽光を吸収することが望ましい。しかし、３μｍ厚
のシリコンの場合、波長８３０ｎｍの光の吸収はせいぜ
い２０％程度にすぎない。一方、固体撮像装置など可視
光の場合でも、特に赤色光では、同じく３μｍ厚のシリ
コンで吸収できるパワーは５０％前後である。しかも、
容量の低減、電荷の輸送等を考慮すると、エネルギー変
換領域をこのような厚さに設計することは望ましくない
。
［発明が解決しようとする課題］
以上のように、シリコンを用いた太陽電池や固体撮像装
置においては、赤色光ないし赤外光に対する光の吸収が
小さいという基本的な欠点があった。
置においては、赤色光ないし赤外光に対する光の吸収が
小さいという基本的な欠点があった。
そこで、本発明の目的は、赤色光や赤外光に対する反射
率の高い金属の上に作製したシリコンなどの半導体薄膜
結晶に、光電変換用デバイスを形成し、これら光の吸収
を増大させるようにした光電変換装置を提供することに
ある。
率の高い金属の上に作製したシリコンなどの半導体薄膜
結晶に、光電変換用デバイスを形成し、これら光の吸収
を増大させるようにした光電変換装置を提供することに
ある。
［課題を解決するための手段］
このような目的を達成するために、本発明は、可視光ま
たは赤外光に対して反射率の高い金属層を基板上に配置
し、前記金属層の上に半導体薄膜結晶を配設し、当該半
導体薄膜結晶での光の吸収が大きくなるようにして、前
記半導体薄膜結晶に光電変換用デバイスを配設したこと
を特徴とする。
たは赤外光に対して反射率の高い金属層を基板上に配置
し、前記金属層の上に半導体薄膜結晶を配設し、当該半
導体薄膜結晶での光の吸収が大きくなるようにして、前
記半導体薄膜結晶に光電変換用デバイスを配設したこと
を特徴とする。
ここで、好適な実施例として前記金属層を銀層となし、
前記半導体薄膜結晶を薄膜シリコン結晶とすることがで
きる。
前記半導体薄膜結晶を薄膜シリコン結晶とすることがで
きる。
［作 用］
本発明によれば、赤色光や赤外光に対する反射率が高い
金属層の上に半導体薄膜結晶を作成し、この薄膜結晶上
に所望の光電変換用デバイスを配設するようにしたので
、この光電変換用デバイスでの光の吸収を増大させるこ
とができる。
金属層の上に半導体薄膜結晶を作成し、この薄膜結晶上
に所望の光電変換用デバイスを配設するようにしたので
、この光電変換用デバイスでの光の吸収を増大させるこ
とができる。
［実施例］
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。
。
本発明の一実施例を第１図（ａ） 、 （ｂ）および（
Ｃ）に示す。まず、第１図（ａ） に示すように、シリ
コン単結晶基板１上に、一部領域（種領域）２を除いて
、赤色光や赤外光などに対して反射率の高い金属層３を
真空蒸着法、スパッタ法などで例えば２０００人程度０
厚さに堆積する。次に、第１図（ｂ）に示すように、基
板１および金属層３の上へ非晶質シリコン４を堆積する
。さらに電気炉などによる焼鈍で、種領域２を種として
、横方向のエピタキシャル成長を行ない、金属層３上の
非晶質シリコン４を単結晶化して、第１図（Ｃ）に示す
ような薄膜シリコン単結晶４′ を形成する。このよう
にして育成された薄膜シリコン単結晶４′ に対して、
ｐ−ｎ接合などの光電変換用デバイスを作製する。
Ｃ）に示す。まず、第１図（ａ） に示すように、シリ
コン単結晶基板１上に、一部領域（種領域）２を除いて
、赤色光や赤外光などに対して反射率の高い金属層３を
真空蒸着法、スパッタ法などで例えば２０００人程度０
厚さに堆積する。次に、第１図（ｂ）に示すように、基
板１および金属層３の上へ非晶質シリコン４を堆積する
。さらに電気炉などによる焼鈍で、種領域２を種として
、横方向のエピタキシャル成長を行ない、金属層３上の
非晶質シリコン４を単結晶化して、第１図（Ｃ）に示す
ような薄膜シリコン単結晶４′ を形成する。このよう
にして育成された薄膜シリコン単結晶４′ に対して、
ｐ−ｎ接合などの光電変換用デバイスを作製する。
ここで用いる金属としては、（１）赤色光や赤外光に対
して反射率が高いこと、（２）非晶質シリコンの結晶化
温度（〜６００℃）や、ｐ−ｎ接合形成など種々のプロ
セス温度でも溶融しない程度以上の融点を有すること、
（３）シリコン結晶に拡散侵入しに＜＜（すなわち、固
溶限が小さく）、キャリアを発生しないこと、などの性
質を有することが必要である。このような性質をもつ金
属の一例として銀が挙げられる。
して反射率が高いこと、（２）非晶質シリコンの結晶化
温度（〜６００℃）や、ｐ−ｎ接合形成など種々のプロ
セス温度でも溶融しない程度以上の融点を有すること、
（３）シリコン結晶に拡散侵入しに＜＜（すなわち、固
溶限が小さく）、キャリアを発生しないこと、などの性
質を有することが必要である。このような性質をもつ金
属の一例として銀が挙げられる。
第１図（Ｃ）の構造の薄膜シリコン単結晶４′が、同厚
のシリコン表面層に比べて光の吸収が大きくなる理由を
以下に説明する。
のシリコン表面層に比べて光の吸収が大きくなる理由を
以下に説明する。
第１図（ｂ）に示すように光学定数が異る２層が積層す
る場合、光の多重干渉効果により、その反射率Ｒは、 と表わされる。
る場合、光の多重干渉効果により、その反射率Ｒは、 と表わされる。
ここで、ｒ、およびｒ２は、それぞれ、シリコン表面お
よびシリコン−金属界面での複素反射率で ｎ １＝ １１ ＋ １ ｋ＋ ｎ、＝ｎ２ ＋ｉ ｋ２ と書き表わされる。式中、ｎｏ 、ｎｌ ＋ ｎ２はそ
れぞれ空気、シリコン、金属の屈折率、また、ｋ、、に
２はそれぞれシリコン、金属の消衰係数である。なお、
λは光の波長、ｄは薄膜シリコン単結晶の膜厚である。
よびシリコン−金属界面での複素反射率で ｎ １＝ １１ ＋ １ ｋ＋ ｎ、＝ｎ２ ＋ｉ ｋ２ と書き表わされる。式中、ｎｏ 、ｎｌ ＋ ｎ２はそ
れぞれ空気、シリコン、金属の屈折率、また、ｋ、、に
２はそれぞれシリコン、金属の消衰係数である。なお、
λは光の波長、ｄは薄膜シリコン単結晶の膜厚である。
一方、この２層構造に対する透過率Ｔはで表わされる。
ここで、１．およびｔ２は、それぞれ、シリコン表面お
よびシリコン−金属界面での複素透過率で で与えられる。従って、薄膜シリコン単結晶層４′ に
吸収される光パワーＰは、はぼ、１−Ｒ−丁に等しい。
よびシリコン−金属界面での複素透過率で で与えられる。従って、薄膜シリコン単結晶層４′ に
吸収される光パワーＰは、はぼ、１−Ｒ−丁に等しい。
第２図は、シリコン−銀系の場合、λ＝８３０ｎｍ（太
陽光のピーク波長）の光について薄膜シリコン単結晶４
′の種々の膜厚ｄに対して吸収光パワーＰを計算した結
果を示すものである。ここで計算に使用したパラメータ
は、金属層３としての銀層の屈折率０．１、消衰係数５
．８５、薄膜シリコン単結晶４′の屈折率３．６７、消
衰係数０．００５のほか、波長８３０■の先に対するシ
リコンの吸収係数を７８０ｃｍ−’ 、同じく反射率を
０．３３とした。
陽光のピーク波長）の光について薄膜シリコン単結晶４
′の種々の膜厚ｄに対して吸収光パワーＰを計算した結
果を示すものである。ここで計算に使用したパラメータ
は、金属層３としての銀層の屈折率０．１、消衰係数５
．８５、薄膜シリコン単結晶４′の屈折率３．６７、消
衰係数０．００５のほか、波長８３０■の先に対するシ
リコンの吸収係数を７８０ｃｍ−’ 、同じく反射率を
０．３３とした。
第２図によれば、吸収光パワーＰの大きさは、干渉に対
応して膜厚に対して周期的に変動しているが、２層構造
をとらない従来のシリコン表面層での吸収（斜線部）に
比べて、はるかに大きいことがわかる。
応して膜厚に対して周期的に変動しているが、２層構造
をとらない従来のシリコン表面層での吸収（斜線部）に
比べて、はるかに大きいことがわかる。
以上においては、金属層上に配設する半導体薄膜結晶を
薄膜シリコン車結晶として説明したが、これは単結晶で
なくシリコン多結晶でもよく、またシリコンに限るもの
でもない。
薄膜シリコン車結晶として説明したが、これは単結晶で
なくシリコン多結晶でもよく、またシリコンに限るもの
でもない。
［発明の効果］
以上から明らかなように、本発明によれば、赤色光や赤
外光に対する反射率が高い金属層の上に半導体薄膜結晶
を作成し、この薄膜結晶上に所望の光電変換用デバイス
を配設するようにしたので、この光電変換用デバイスで
の光の吸収を増大させることができる。従って、本発明
によれば、ＧａＡｓ、 ＩｎＰ 、 ＣｄＴａなどの高
効率半導体を用いずとも、シリコンなどのコストの低い
半導体であっても、エネルギー変換効率を向上させるこ
とができる。
外光に対する反射率が高い金属層の上に半導体薄膜結晶
を作成し、この薄膜結晶上に所望の光電変換用デバイス
を配設するようにしたので、この光電変換用デバイスで
の光の吸収を増大させることができる。従って、本発明
によれば、ＧａＡｓ、 ＩｎＰ 、 ＣｄＴａなどの高
効率半導体を用いずとも、シリコンなどのコストの低い
半導体であっても、エネルギー変換効率を向上させるこ
とができる。
第１図（ａ） 、 （ｂ）および（ｃ）は、本発明の一
実施例を説明するための順次の工程を示す断面図、第２
図は本発明による吸収光パワーの増大を説明するための
膜厚−吸収光パワー特性図である。 １・・・基板、 ２・・・種領域、 ３・・・金属層、 ４・・・非晶質シリコン ４′・・・薄膜シリコン単結晶。
実施例を説明するための順次の工程を示す断面図、第２
図は本発明による吸収光パワーの増大を説明するための
膜厚−吸収光パワー特性図である。 １・・・基板、 ２・・・種領域、 ３・・・金属層、 ４・・・非晶質シリコン ４′・・・薄膜シリコン単結晶。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）可視光または赤外光に対して反射率の高い金属層を
基板上に配置し、前記金属層の上に半導体薄膜結晶を配
設し、当該半導体薄膜結晶での光の吸収が大きくなるよ
うにして、前記半導体薄膜結晶に光電変換用デバイスを
配設したことを特徴とする半導体光電変換装置。 ２）前記金属層は銀の層であり、前記半導体薄膜結晶は
薄膜シリコン結晶であることを特徴とする請求項１記載
の半導体光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217519A JPH0382170A (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 半導体光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217519A JPH0382170A (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 半導体光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0382170A true JPH0382170A (ja) | 1991-04-08 |
Family
ID=16705513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1217519A Pending JPH0382170A (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 半導体光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0382170A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010541294A (ja) * | 2007-10-08 | 2010-12-24 | インシアヴァ （ピーテーワイ） リミテッド | キャリア注入を用いるシリコン発光素子 |
| CN103794666A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-14 | 淮阴师范学院 | 一种钴掺杂的非晶碳膜/GaAs/Ag光敏电阻器件及其制备方法 |
-
1989
- 1989-08-25 JP JP1217519A patent/JPH0382170A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010541294A (ja) * | 2007-10-08 | 2010-12-24 | インシアヴァ （ピーテーワイ） リミテッド | キャリア注入を用いるシリコン発光素子 |
| CN103794666A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-14 | 淮阴师范学院 | 一种钴掺杂的非晶碳膜/GaAs/Ag光敏电阻器件及其制备方法 |
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