JPH05218477A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH05218477A JPH05218477A JP4017411A JP1741192A JPH05218477A JP H05218477 A JPH05218477 A JP H05218477A JP 4017411 A JP4017411 A JP 4017411A JP 1741192 A JP1741192 A JP 1741192A JP H05218477 A JPH05218477 A JP H05218477A
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- 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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｉ層のＥg が厚さ方向に段階的に減少してお
り、ｎ層のＥg がｉ層より大きく形成され、ｎ層とｉ層
との接合部においてｎ層の伝導帯及び価電子帯のエネル
ギー準位がｉ層より各々低く形成され、ｉ層とｐ層との
接合部においてｐ層の伝導帯及び価電子帯のエネルギー
準位がｉ層より各々高く形成されることにより、多数キ
ャリアの移動が円滑になると共に少数キャリアの移動が
阻止されるため、キャリア再結合が抑制され、エネルギ
ー変換効率が向上する。 【構成】 ガラス基板の上に、透光性の下部電極であっ
て且つｎ型半導体層１として機能するＳｎＯ2 層を形成
し、その上にｉ型半導体層２としてＣｄＳ(1 -X) ＴｅX
（但し、０≦ｘ≦１）からなる複数の固溶体層を全部で
１μｍの厚さに形成し、更に、ｐ型半導体層３としてＺ
ｎＴｅ層を０．５μｍの厚さで形成し、その上に、上部
電極としてＡｕ層を形成する。
り、ｎ層のＥg がｉ層より大きく形成され、ｎ層とｉ層
との接合部においてｎ層の伝導帯及び価電子帯のエネル
ギー準位がｉ層より各々低く形成され、ｉ層とｐ層との
接合部においてｐ層の伝導帯及び価電子帯のエネルギー
準位がｉ層より各々高く形成されることにより、多数キ
ャリアの移動が円滑になると共に少数キャリアの移動が
阻止されるため、キャリア再結合が抑制され、エネルギ
ー変換効率が向上する。 【構成】 ガラス基板の上に、透光性の下部電極であっ
て且つｎ型半導体層１として機能するＳｎＯ2 層を形成
し、その上にｉ型半導体層２としてＣｄＳ(1 -X) ＴｅX
（但し、０≦ｘ≦１）からなる複数の固溶体層を全部で
１μｍの厚さに形成し、更に、ｐ型半導体層３としてＺ
ｎＴｅ層を０．５μｍの厚さで形成し、その上に、上部
電極としてＡｕ層を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する太陽電池に関し、特に半導体層のエ
ネルギーバンド構造を改良することにより、エネルギー
変換効率の向上を図った薄膜太陽電池に関する。
ネルギーに変換する太陽電池に関し、特に半導体層のエ
ネルギーバンド構造を改良することにより、エネルギー
変換効率の向上を図った薄膜太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、化合物薄膜を用いた太陽電池は、
図３に示すように広いバンドギャップを持つ化合物半導
体薄膜と狭いバンドギャップを持つ化合物半導体薄膜の
ヘテロ接合で構成されており、前者は窓層７として、後
者は吸収層８として機能する。
図３に示すように広いバンドギャップを持つ化合物半導
体薄膜と狭いバンドギャップを持つ化合物半導体薄膜の
ヘテロ接合で構成されており、前者は窓層７として、後
者は吸収層８として機能する。
【０００３】このような太陽電池において高いエネルギ
ー変換効率を得るための条件の一つは、窓層７と吸収層
８の界面を、キャリアの再結合による損失が少ない高品
質なヘテロ接合に製作することであり、特に各薄膜材料
の組合せが重要となる。
ー変換効率を得るための条件の一つは、窓層７と吸収層
８の界面を、キャリアの再結合による損失が少ない高品
質なヘテロ接合に製作することであり、特に各薄膜材料
の組合せが重要となる。
【０００４】現在、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ系太陽電池及びＣ
ｄＳ／ＣｕＩｎＳｅ2 系太陽電池等において、エネルギ
ー変換効率が１０％を超える太陽電池が実現している。
一方、ホモ接合を有する従来の薄膜太陽電池として、図
４に示すようにアモルファスＳｉのホモ接合によるｐ−
ｉ−ｎ構造の太陽電池があり、エネルギー変換効率が１
０％を超えるものが実現している。
ｄＳ／ＣｕＩｎＳｅ2 系太陽電池等において、エネルギ
ー変換効率が１０％を超える太陽電池が実現している。
一方、ホモ接合を有する従来の薄膜太陽電池として、図
４に示すようにアモルファスＳｉのホモ接合によるｐ−
ｉ−ｎ構造の太陽電池があり、エネルギー変換効率が１
０％を超えるものが実現している。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】しかしながら、従来の化合物
薄膜を用いたヘテロ接合型太陽電池、及びホモ接合型太
陽電池に共通して、(1) 光入射側の半導体のバンドギャ
ップとその半導体の表面再結合速度によって、太陽電池
の短波長感度が殆ど決定されてしまうこと、(2) 薄膜材
料の少数キャリアの拡散長は非常に短いため、例えば図
３における吸収層８及び図４におけるｉ層１０等におい
て、光電流の大部分が発生すること、等の課題があっ
た。
薄膜を用いたヘテロ接合型太陽電池、及びホモ接合型太
陽電池に共通して、(1) 光入射側の半導体のバンドギャ
ップとその半導体の表面再結合速度によって、太陽電池
の短波長感度が殆ど決定されてしまうこと、(2) 薄膜材
料の少数キャリアの拡散長は非常に短いため、例えば図
３における吸収層８及び図４におけるｉ層１０等におい
て、光電流の大部分が発生すること、等の課題があっ
た。
【０００６】更に詳説すると、図５は、電子−正孔対生
成数の空間分布を示すグラフであり、実線Ａは図３に示
した従来の太陽電池であり、二点鎖線Ｂは図４に示した
従来の太陽電池である。因みに、一点鎖線Ｃは本発明の
太陽電池のものである。
成数の空間分布を示すグラフであり、実線Ａは図３に示
した従来の太陽電池であり、二点鎖線Ｂは図４に示した
従来の太陽電池である。因みに、一点鎖線Ｃは本発明の
太陽電池のものである。
【０００７】図３の太陽電池において、図５の領域Ｐ、
即ち図３の窓層４の表面近傍において生成される電子−
正孔対は、光電流として寄与できずにエネルギー変換損
失になるという課題があった。図４の太陽電池も同様
に、図５の領域Ｐ、即ち図４のｐ層９の表面近傍におい
て生成される電子−正孔対は、光電流として寄与できず
にエネルギー変換損失になるという課題があった。
即ち図３の窓層４の表面近傍において生成される電子−
正孔対は、光電流として寄与できずにエネルギー変換損
失になるという課題があった。図４の太陽電池も同様
に、図５の領域Ｐ、即ち図４のｐ層９の表面近傍におい
て生成される電子−正孔対は、光電流として寄与できず
にエネルギー変換損失になるという課題があった。
【０００８】また、図５の界面領域Ｒ（即ち、図３の窓
層７の表面又は図４のｐ層９の表面）及び界面領域Ｑ
（即ち、図３に示す窓層７と吸収層８の界面）におい
て、電子−正孔対の生成が集中するにもかかわらず、各
界面には構造上必然的に表面欠陥や界面欠陥を起因とす
る再結合センターが多く存在するため、生成した電子−
正孔対の多くが再結合してしまい、光電流として寄与で
きずにエネルギー変換損失になるという課題があった。
層７の表面又は図４のｐ層９の表面）及び界面領域Ｑ
（即ち、図３に示す窓層７と吸収層８の界面）におい
て、電子−正孔対の生成が集中するにもかかわらず、各
界面には構造上必然的に表面欠陥や界面欠陥を起因とす
る再結合センターが多く存在するため、生成した電子−
正孔対の多くが再結合してしまい、光電流として寄与で
きずにエネルギー変換損失になるという課題があった。
【０００９】本発明は、従来の構成では殆ど光電流とし
て寄与できない窓層表面近傍に生ずるキャリア対を、太
陽電池の光電流として少しでも多く獲得すると共に、表
面や界面での集中的なキャリア対の生成を緩和して光電
流をより多く取り出すことにより、エネルギー変換効率
の高い太陽電池を提供することを目的とする。
て寄与できない窓層表面近傍に生ずるキャリア対を、太
陽電池の光電流として少しでも多く獲得すると共に、表
面や界面での集中的なキャリア対の生成を緩和して光電
流をより多く取り出すことにより、エネルギー変換効率
の高い太陽電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の太陽電池は、光入射側から順次、ｎ型半導
体層、ｉ型半導体層及びｐ型半導体層が接合された太陽
電池であって、ｉ型半導体層が、光入射側から厚さ方向
に対してバンドギャップが段階的に減少する複数の半導
体層で形成され、ｎ型半導体層のバンドギャップがｉ型
半導体層のものより大きく形成され、且つ、ｎ型半導体
層とｉ型半導体層との接合部においてｎ型半導体層の伝
導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半導
体層のものより各々低く形成され、ｉ型半導体層とｐ型
半導体層との接合部においてｐ型半導体層の伝導帯下端
及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半導体層のも
のより各々高く形成されていることを特徴とする。
め、本発明の太陽電池は、光入射側から順次、ｎ型半導
体層、ｉ型半導体層及びｐ型半導体層が接合された太陽
電池であって、ｉ型半導体層が、光入射側から厚さ方向
に対してバンドギャップが段階的に減少する複数の半導
体層で形成され、ｎ型半導体層のバンドギャップがｉ型
半導体層のものより大きく形成され、且つ、ｎ型半導体
層とｉ型半導体層との接合部においてｎ型半導体層の伝
導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半導
体層のものより各々低く形成され、ｉ型半導体層とｐ型
半導体層との接合部においてｐ型半導体層の伝導帯下端
及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半導体層のも
のより各々高く形成されていることを特徴とする。
【００１１】また、本発明の太陽電池は、光入射側から
順次、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層が
接合された太陽電池であって、ｉ型半導体層が、光入射
側から厚さ方向に対してバンドギャップが段階的に減少
する複数の半導体層で形成され、ｐ型半導体層のバンド
ギャップがｉ型半導体層のものより大きく形成され、且
つ、ｐ型半導体層とｉ型半導体層との接合部においてｐ
型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー
準位がｉ型半導体層のものより各々高く形成され、ｉ型
半導体層とｎ型半導体層との接合部においてｎ型半導体
層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ
型半導体層のものより各々低く形成されていることを特
徴とする。
順次、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層が
接合された太陽電池であって、ｉ型半導体層が、光入射
側から厚さ方向に対してバンドギャップが段階的に減少
する複数の半導体層で形成され、ｐ型半導体層のバンド
ギャップがｉ型半導体層のものより大きく形成され、且
つ、ｐ型半導体層とｉ型半導体層との接合部においてｐ
型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー
準位がｉ型半導体層のものより各々高く形成され、ｉ型
半導体層とｎ型半導体層との接合部においてｎ型半導体
層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ
型半導体層のものより各々低く形成されていることを特
徴とする。
【００１２】前記構成において、ｎ型半導体層がＳｎＯ
2 で形成され、ｉ型半導体層がＣｄＳ(1-x) Ｔｅx （但
し、０≦ｘ≦１）からなる複数の固溶体層で形成され、
ｐ型半導体層がＺｎＴｅで形成されていることが好まし
い。
2 で形成され、ｉ型半導体層がＣｄＳ(1-x) Ｔｅx （但
し、０≦ｘ≦１）からなる複数の固溶体層で形成され、
ｐ型半導体層がＺｎＴｅで形成されていることが好まし
い。
【００１３】
【作用】前記構成によれば、光入射側から順次、ｎ型半
導体層、ｉ型半導体層及びｐ型半導体層が接合された太
陽電池であって、ｉ型半導体層が、光入射側から厚さ方
向に対してバンドギャップが段階的に減少する複数の半
導体層で形成され、ｎ型半導体層のバンドギャップがｉ
型半導体層のものより大きく形成され、且つ、ｎ型半導
体層とｉ型半導体層との接合部においてｎ型半導体層の
伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半
導体層のものより各々低く形成され、ｉ型半導体層とｐ
型半導体層との接合部においてｐ型半導体層の伝導帯下
端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半導体層の
ものより各々高く形成されていることにより、各半導体
層で生成した多数キャリアが円滑に移動できると共に少
数キャリアの移動が阻止されるため、太陽電池の両面に
形設される両電極界面での電子−正孔対の再結合が抑制
され、窓層表面や裏面電極近傍で生じるキャリア対を太
陽電池の光電流としてより多く獲得することができる。
更に、光吸収層として機能するｉ型半導体層を段階的に
傾斜するエネルギーバンド構造とすることにより、図５
の一点鎖線Ｃのように、各半導体層の界面又は表面にお
ける集中的な電子−正孔対の生成を抑制することができ
るため、エネルギー変換効率を向上させることができ
る。
導体層、ｉ型半導体層及びｐ型半導体層が接合された太
陽電池であって、ｉ型半導体層が、光入射側から厚さ方
向に対してバンドギャップが段階的に減少する複数の半
導体層で形成され、ｎ型半導体層のバンドギャップがｉ
型半導体層のものより大きく形成され、且つ、ｎ型半導
体層とｉ型半導体層との接合部においてｎ型半導体層の
伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半
導体層のものより各々低く形成され、ｉ型半導体層とｐ
型半導体層との接合部においてｐ型半導体層の伝導帯下
端及び価電子帯上端のエネルギー準位がｉ型半導体層の
ものより各々高く形成されていることにより、各半導体
層で生成した多数キャリアが円滑に移動できると共に少
数キャリアの移動が阻止されるため、太陽電池の両面に
形設される両電極界面での電子−正孔対の再結合が抑制
され、窓層表面や裏面電極近傍で生じるキャリア対を太
陽電池の光電流としてより多く獲得することができる。
更に、光吸収層として機能するｉ型半導体層を段階的に
傾斜するエネルギーバンド構造とすることにより、図５
の一点鎖線Ｃのように、各半導体層の界面又は表面にお
ける集中的な電子−正孔対の生成を抑制することができ
るため、エネルギー変換効率を向上させることができ
る。
【００１４】また、前記した別の構成によれば、光入射
側から順次、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導
体層が接合された太陽電池であって、ｉ型半導体層が、
光入射側から厚さ方向に対してバンドギャップが段階的
に減少する複数の半導体層で形成され、ｐ型半導体層の
バンドギャップがｉ型半導体層のものより大きく形成さ
れ、且つ、ｐ型半導体層とｉ型半導体層との接合部にお
いてｐ型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネ
ルギー準位がｉ型半導体層のものより各々高く形成さ
れ、ｉ型半導体層とｎ型半導体層との接合部においてｎ
型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー
準位がｉ型半導体層のものより各々低く形成されている
ことにより、前述の構成における作用と同様に、各半導
体層で生成した多数キャリアの移動がが円滑になると共
に少数キャリアの移動が阻止され、各電極界面での電子
−正孔対の再結合が抑制され、窓層表面や裏面電極近傍
で生じるキャリア対を太陽電池の光電流としてより多く
獲得することができる。更に、光吸収層として機能する
ｉ型半導体層を段階的に傾斜するエネルギーバンド構造
とすることにより、図５の一点鎖線Ｃのように、各半導
体層の界面又は表面における集中的な電子−正孔対の生
成を抑制することができるため、エネルギー変換効率を
向上させることができる。
側から順次、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導
体層が接合された太陽電池であって、ｉ型半導体層が、
光入射側から厚さ方向に対してバンドギャップが段階的
に減少する複数の半導体層で形成され、ｐ型半導体層の
バンドギャップがｉ型半導体層のものより大きく形成さ
れ、且つ、ｐ型半導体層とｉ型半導体層との接合部にお
いてｐ型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネ
ルギー準位がｉ型半導体層のものより各々高く形成さ
れ、ｉ型半導体層とｎ型半導体層との接合部においてｎ
型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー
準位がｉ型半導体層のものより各々低く形成されている
ことにより、前述の構成における作用と同様に、各半導
体層で生成した多数キャリアの移動がが円滑になると共
に少数キャリアの移動が阻止され、各電極界面での電子
−正孔対の再結合が抑制され、窓層表面や裏面電極近傍
で生じるキャリア対を太陽電池の光電流としてより多く
獲得することができる。更に、光吸収層として機能する
ｉ型半導体層を段階的に傾斜するエネルギーバンド構造
とすることにより、図５の一点鎖線Ｃのように、各半導
体層の界面又は表面における集中的な電子−正孔対の生
成を抑制することができるため、エネルギー変換効率を
向上させることができる。
【００１５】これらの構成において、ｎ型半導体層がＳ
ｎＯ2 で形成され、ｉ型半導体層がＣｄＳ(1-x) Ｔｅx
（但し、０≦ｘ≦１）からなる複数の固溶体層で形成さ
れ、ｐ型半導体層がＺｎＴｅで形成されることにより、
前述した各構成の太陽電池を容易に得ることができる。
ｎＯ2 で形成され、ｉ型半導体層がＣｄＳ(1-x) Ｔｅx
（但し、０≦ｘ≦１）からなる複数の固溶体層で形成さ
れ、ｐ型半導体層がＺｎＴｅで形成されることにより、
前述した各構成の太陽電池を容易に得ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。 （実施例１）図１は、本発明の太陽電池の一実施例のエ
ネルギーバンド構造図である。太陽等の光源からの光子
はｎ型半導体層１の表面から入射して、順次、ｎ型半導
体層１、ｉ型半導体層２及びｐ型半導体層３を通過し
て、その途中の各内部において電子−正孔対を生成し、
電子は伝導帯、正孔は価電子帯を移動する。なお、窓層
として機能するｎ型半導体層１のバンドギャップは、吸
収層として機能するｉ型半導体層２のものより大きく形
成されているため、ｎ型半導体層１での光子吸収が少な
くなり、大部分の光子はｉ型半導体層２で吸収されて電
子−正孔対を生成する。
しながら説明する。 （実施例１）図１は、本発明の太陽電池の一実施例のエ
ネルギーバンド構造図である。太陽等の光源からの光子
はｎ型半導体層１の表面から入射して、順次、ｎ型半導
体層１、ｉ型半導体層２及びｐ型半導体層３を通過し
て、その途中の各内部において電子−正孔対を生成し、
電子は伝導帯、正孔は価電子帯を移動する。なお、窓層
として機能するｎ型半導体層１のバンドギャップは、吸
収層として機能するｉ型半導体層２のものより大きく形
成されているため、ｎ型半導体層１での光子吸収が少な
くなり、大部分の光子はｉ型半導体層２で吸収されて電
子−正孔対を生成する。
【００１７】伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位は、
ｎ型半導体層１が最も低く、ｎ型半導体層１とｉ型半導
体層２との接合部において各々一定の段差で上昇して、
ｉ型半導体層２において光入射側から厚さ方向に対して
段階的に小さくなるように、伝導帯のエネルギー準位の
段差より価電子帯のエネルギー準位の段差の方が大きく
なるように形成されており、ｉ型半導体層２とｐ型半導
体層３との接合部において各々一定の段差で上昇し、ｐ
型半導体層３が最も高く形成されている。そのため、電
子はｎ型半導体層１の側に移動し易くなり、正孔はｐ型
半導体層３の側に移動し易くなる。従って、図５の一点
鎖線Ｃに示したように図１のｉ型半導体層２の表面（図
５では界面領域Ｒに相当する）での集中的な電子−正孔
対の生成を抑制することができ、両電極界面での電子−
正孔対の再結合が抑制され、窓層表面や裏面電極近傍で
生じるキャリア対を太陽電池の光電流としてより多く獲
得することができる。
ｎ型半導体層１が最も低く、ｎ型半導体層１とｉ型半導
体層２との接合部において各々一定の段差で上昇して、
ｉ型半導体層２において光入射側から厚さ方向に対して
段階的に小さくなるように、伝導帯のエネルギー準位の
段差より価電子帯のエネルギー準位の段差の方が大きく
なるように形成されており、ｉ型半導体層２とｐ型半導
体層３との接合部において各々一定の段差で上昇し、ｐ
型半導体層３が最も高く形成されている。そのため、電
子はｎ型半導体層１の側に移動し易くなり、正孔はｐ型
半導体層３の側に移動し易くなる。従って、図５の一点
鎖線Ｃに示したように図１のｉ型半導体層２の表面（図
５では界面領域Ｒに相当する）での集中的な電子−正孔
対の生成を抑制することができ、両電極界面での電子−
正孔対の再結合が抑制され、窓層表面や裏面電極近傍で
生じるキャリア対を太陽電池の光電流としてより多く獲
得することができる。
【００１８】このようなエネルギーバンド構造を有する
太陽電池は、例えば次のようにして得ることができる。
ガラス基板等の透明絶縁性基板の上に、透光性の下部電
極であって且つｎ型半導体層１として機能するＳｎＯ2
層を形成し、更にその上に、ｉ型半導体層２として厚さ
方向で組成比ｘが０から１まで段階的に変化したＣｄＳ
(1-x) Ｔｅx を形成する。一例として、ＣｄＳ層、Ｃｄ
Ｓ0.75Ｔｅ0.25層、ＣｄＳ0.50Ｔｅ0.50層、ＣｄＳ0.25
Ｔｅ0.75層、ＣｄＴｅ層からなる５つの固溶体層を各
０．２μｍの厚さで形成する。更に、ｐ型半導体層３と
してＺｎＴｅ層を０．５μｍの厚さで形成し、その上
に、上部電極としてＡｕ層を形成する。光電流は、下部
電極及び上部電極から取り出される。
太陽電池は、例えば次のようにして得ることができる。
ガラス基板等の透明絶縁性基板の上に、透光性の下部電
極であって且つｎ型半導体層１として機能するＳｎＯ2
層を形成し、更にその上に、ｉ型半導体層２として厚さ
方向で組成比ｘが０から１まで段階的に変化したＣｄＳ
(1-x) Ｔｅx を形成する。一例として、ＣｄＳ層、Ｃｄ
Ｓ0.75Ｔｅ0.25層、ＣｄＳ0.50Ｔｅ0.50層、ＣｄＳ0.25
Ｔｅ0.75層、ＣｄＴｅ層からなる５つの固溶体層を各
０．２μｍの厚さで形成する。更に、ｐ型半導体層３と
してＺｎＴｅ層を０．５μｍの厚さで形成し、その上
に、上部電極としてＡｕ層を形成する。光電流は、下部
電極及び上部電極から取り出される。
【００１９】得られた太陽電池の特性は、短絡光電流は
２５ｍＡ／ｃｍ2 、開放端電圧は０．８Ｖ、曲線因子は
０．７を示し（但し、曲線因子の定義は、最大出力パワ
ーと（短絡光電流×開放端電圧）との比である。以下同
じ）、エネルギー変換効率は従来の１１％から１４％と
いう高い変換効率となった。
２５ｍＡ／ｃｍ2 、開放端電圧は０．８Ｖ、曲線因子は
０．７を示し（但し、曲線因子の定義は、最大出力パワ
ーと（短絡光電流×開放端電圧）との比である。以下同
じ）、エネルギー変換効率は従来の１１％から１４％と
いう高い変換効率となった。
【００２０】（実施例２）図２は、本発明の太陽電池の
他の実施例のエネルギーバンド構造図である。太陽等の
光源からの光子はｐ型半導体層４の表面から入射して、
順次、ｐ型半導体層４、ｉ型半導体層５及びｎ型半導体
層６を通過して、その途中の各内部において電子−正孔
対を生成し、電子は伝導帯、正孔は価電子帯を移動す
る。なお、窓層として機能するｐ型半導体層４のバンド
ギャップは、吸収層として機能するｉ型半導体層５のも
のより大きく形成されているため、ｐ型半導体層４での
光子吸収が少なくなり、大部分の光子はｉ型半導体層５
で吸収されて電子−正孔対を生成する。
他の実施例のエネルギーバンド構造図である。太陽等の
光源からの光子はｐ型半導体層４の表面から入射して、
順次、ｐ型半導体層４、ｉ型半導体層５及びｎ型半導体
層６を通過して、その途中の各内部において電子−正孔
対を生成し、電子は伝導帯、正孔は価電子帯を移動す
る。なお、窓層として機能するｐ型半導体層４のバンド
ギャップは、吸収層として機能するｉ型半導体層５のも
のより大きく形成されているため、ｐ型半導体層４での
光子吸収が少なくなり、大部分の光子はｉ型半導体層５
で吸収されて電子−正孔対を生成する。
【００２１】伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位は、
ｐ型半導体層４が最も高く、ｐ型半導体層４とｉ型半導
体層５との接合部において各々一定の段差で下降して、
ｉ型半導体層５において光入射側から厚さ方向に対して
段階的に小さくなるように伝導帯のエネルギー準位の段
差より価電子帯のエネルギー準位の段差の方が小さく形
成されており、ｉ型半導体層５とｎ型半導体層６との接
合部において各々一定の段差で下降し、ｎ型半導体層６
が最も低く形成されている。そのため、電子はｎ型半導
体層６の側に移動し易くなり、正孔はｐ型半導体層４の
側に移動し易くなる。従って、図５の一点鎖線Ｃに示し
たように図１のｉ型半導体層２の表面（図５では界面領
域Ｒに相当する）での集中的な電子−正孔対の生成を抑
制することができ、両電極界面での電子−正孔対の再結
合が抑制され、窓層表面や裏面電極近傍で生じるキャリ
ア対を太陽電池の光電流としてより多く獲得することが
できる。
ｐ型半導体層４が最も高く、ｐ型半導体層４とｉ型半導
体層５との接合部において各々一定の段差で下降して、
ｉ型半導体層５において光入射側から厚さ方向に対して
段階的に小さくなるように伝導帯のエネルギー準位の段
差より価電子帯のエネルギー準位の段差の方が小さく形
成されており、ｉ型半導体層５とｎ型半導体層６との接
合部において各々一定の段差で下降し、ｎ型半導体層６
が最も低く形成されている。そのため、電子はｎ型半導
体層６の側に移動し易くなり、正孔はｐ型半導体層４の
側に移動し易くなる。従って、図５の一点鎖線Ｃに示し
たように図１のｉ型半導体層２の表面（図５では界面領
域Ｒに相当する）での集中的な電子−正孔対の生成を抑
制することができ、両電極界面での電子−正孔対の再結
合が抑制され、窓層表面や裏面電極近傍で生じるキャリ
ア対を太陽電池の光電流としてより多く獲得することが
できる。
【００２２】このようなエネルギーバンド構造を有する
太陽電池は、例えば次のようにして得ることができる。
ガラス基板等の透明絶縁性基板の上に、櫛形の下部電極
をＡｕで形成し、その上にｐ型半導体層４としてＺｎＴ
ｅ層を０．５μｍの厚さで形成し、更にその上にｉ型半
導体層５として厚さ方向で組成比ｘが０から１まで段階
的に変化したＣｄＳ(1-x) Ｔｅx を形成する。一例とし
て、ＣｄＳ層、ＣｄＳ0.75Ｔｅ0.25層、ＣｄＳ0.50Ｔｅ
0.50層、ＣｄＳ0.25Ｔｅ0.75層、ＣｄＴｅ層からなる５
つの固溶体層を各０．２μｍの厚さで形成する。更に、
ｎ型半導体層６としてＳｎＯ2 層として形成し、その上
に上部電極としてＩｎ層を形成する。光電流は、下部電
極及び上部電極から取り出される。
太陽電池は、例えば次のようにして得ることができる。
ガラス基板等の透明絶縁性基板の上に、櫛形の下部電極
をＡｕで形成し、その上にｐ型半導体層４としてＺｎＴ
ｅ層を０．５μｍの厚さで形成し、更にその上にｉ型半
導体層５として厚さ方向で組成比ｘが０から１まで段階
的に変化したＣｄＳ(1-x) Ｔｅx を形成する。一例とし
て、ＣｄＳ層、ＣｄＳ0.75Ｔｅ0.25層、ＣｄＳ0.50Ｔｅ
0.50層、ＣｄＳ0.25Ｔｅ0.75層、ＣｄＴｅ層からなる５
つの固溶体層を各０．２μｍの厚さで形成する。更に、
ｎ型半導体層６としてＳｎＯ2 層として形成し、その上
に上部電極としてＩｎ層を形成する。光電流は、下部電
極及び上部電極から取り出される。
【００２３】得られた太陽電池の特性は、短絡光電流は
２１ｍＡ／ｃｍ2 、開放端電圧は０．８Ｖ、曲線因子
０．７を示し、エネルギー変換効率は従来の１１％から
１１．８％という高い変換効率となった。
２１ｍＡ／ｃｍ2 、開放端電圧は０．８Ｖ、曲線因子
０．７を示し、エネルギー変換効率は従来の１１％から
１１．８％という高い変換効率となった。
【００２４】
【発明の効果】以上詳説したように、本発明の太陽電池
は、各半導体層のエネルギーバンド構造を改良すること
により、各半導体層で生成した多数キャリアの移動が円
滑になると共に少数キャリアの移動が阻止されるため、
キャリア再結合が抑制され、外部に取り出せる光電流が
増加し、エネルギー変換効率を向上させることができ
る。
は、各半導体層のエネルギーバンド構造を改良すること
により、各半導体層で生成した多数キャリアの移動が円
滑になると共に少数キャリアの移動が阻止されるため、
キャリア再結合が抑制され、外部に取り出せる光電流が
増加し、エネルギー変換効率を向上させることができ
る。
【００２５】特に、ｎ型半導体層がＳｎＯ2 で形成さ
れ、ｉ型半導体層がＣｄＳ(1-x) Ｔｅ x （但し、０≦ｘ
≦１）からなる複数の固溶体層で形成され、ｐ型半導体
層がＺｎＴｅで形成されることにより、高いエネルギー
変換効率を有する太陽電池を容易に得ることができる。
れ、ｉ型半導体層がＣｄＳ(1-x) Ｔｅ x （但し、０≦ｘ
≦１）からなる複数の固溶体層で形成され、ｐ型半導体
層がＺｎＴｅで形成されることにより、高いエネルギー
変換効率を有する太陽電池を容易に得ることができる。
【図１】本発明の太陽電池の一実施例のエネルギーバン
ド構造図である。
ド構造図である。
【図２】本発明の太陽電池の他の実施例のエネルギーバ
ンド構造図である。
ンド構造図である。
【図３】従来の太陽電池の一例のエネルギーバンド構造
図である。
図である。
【図４】従来の太陽電池の他の例のエネルギーバンド構
造図である。
造図である。
【図５】電子−正孔対生成数の空間分布を示すグラフで
あり、実線Ａは図３に示した従来の太陽電池であり、二
点鎖線Ｂは図４に示した従来の太陽電池であり、一点鎖
線Ｃは本発明の太陽電池である。
あり、実線Ａは図３に示した従来の太陽電池であり、二
点鎖線Ｂは図４に示した従来の太陽電池であり、一点鎖
線Ｃは本発明の太陽電池である。
１、６ ｎ型半導体層 ２、５ ｉ型半導体層 ３、４ ｐ型半導体層 ７ 窓層 ８ 吸収層 ９ ｐ層 １０ ｉ層 １１ ｎ層
Claims (3)
- 【請求項１】 光入射側から順次、ｎ型半導体層、ｉ型
半導体層及びｐ型半導体層が接合された太陽電池であっ
て、前記ｉ型半導体層が、光入射側から厚さ方向に対し
てバンドギャップが段階的に減少する複数の半導体層で
形成され、前記ｎ型半導体層のバンドギャップが前記ｉ
型半導体層のものより大きく形成され、且つ、前記ｎ型
半導体層と前記ｉ型半導体層との接合部において前記ｎ
型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー
準位が前記ｉ型半導体層のものより各々低く形成され、
前記ｉ型半導体層と前記ｐ型半導体層との接合部におい
て前記ｐ型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエ
ネルギー準位が前記ｉ型半導体層のものより各々高く形
成されていることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】 光入射側から順次、ｐ型半導体層、ｉ型
半導体層及びｎ型半導体層が接合された太陽電池であっ
て、前記ｉ型半導体層が、光入射側から厚さ方向に対し
てバンドギャップが段階的に減少する複数の半導体層で
形成され、前記ｐ型半導体層のバンドギャップが前記ｉ
型半導体層のものより大きく形成され、且つ、前記ｐ型
半導体層と前記ｉ型半導体層との接合部において前記ｐ
型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエネルギー
準位が前記ｉ型半導体層のものより各々高く形成され、
前記ｉ型半導体層と前記ｎ型半導体層との接合部におい
て前記ｎ型半導体層の伝導帯下端及び価電子帯上端のエ
ネルギー準位が前記ｉ型半導体層のものより各々低く形
成されていることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項３】 ｎ型半導体層がＳｎＯ2 で形成され、ｉ
型半導体層がＣｄＳ (1-x) Ｔｅx （但し、０≦ｘ≦１）
からなる複数の固溶体層で形成され、ｐ型半導体層がＺ
ｎＴｅで形成されている請求項１又は２に記載の太陽電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4017411A JPH05218477A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4017411A JPH05218477A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218477A true JPH05218477A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=11943266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4017411A Pending JPH05218477A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05218477A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07231108A (ja) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Hitachi Ltd | 太陽電池 |
| US6306747B1 (en) | 1999-02-26 | 2001-10-23 | Agfa-Gevaert | Conductive metal oxide based layer |
| JP2011023520A (ja) * | 2009-07-15 | 2011-02-03 | Panasonic Electric Works Co Ltd | ｐ型半導体膜及び太陽電池 |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP4017411A patent/JPH05218477A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07231108A (ja) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Hitachi Ltd | 太陽電池 |
| US6306747B1 (en) | 1999-02-26 | 2001-10-23 | Agfa-Gevaert | Conductive metal oxide based layer |
| JP2011023520A (ja) * | 2009-07-15 | 2011-02-03 | Panasonic Electric Works Co Ltd | ｐ型半導体膜及び太陽電池 |
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