JPH06244440A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH06244440A JPH06244440A JP50A JP2511693A JPH06244440A JP H06244440 A JPH06244440 A JP H06244440A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 2511693 A JP2511693 A JP 2511693A JP H06244440 A JPH06244440 A JP H06244440A
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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)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 材料的に毒性等の問題が無いとともに、経時
的に劣化を起こし難く、材料を得やすい太陽電池を得
る。 【構成】 太陽電池を、ｎ型、ｉ型もしくはｐ型特性を
有し、且つＣ60を主成分とするフラーレン類からなる半
導体部を少なくとも一方の半導体部として有するものと
し、例えば、ｐ型半導体部がｐ型シリコン３０であり、
ｎ型もしくはｉ型半導体部が精製Ｃ60を主成分とする薄
膜４である構成のものとする。
的に劣化を起こし難く、材料を得やすい太陽電池を得
る。 【構成】 太陽電池を、ｎ型、ｉ型もしくはｐ型特性を
有し、且つＣ60を主成分とするフラーレン類からなる半
導体部を少なくとも一方の半導体部として有するものと
し、例えば、ｐ型半導体部がｐ型シリコン３０であり、
ｎ型もしくはｉ型半導体部が精製Ｃ60を主成分とする薄
膜４である構成のものとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の太陽電池の代表的なもの
としては、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）系、アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）系、さらにはカドミウム（Ｃ
ｄ）、ひ素（Ａｓ）等の材料を使用する化合物半導体系
のものが知られている。
としては、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）系、アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）系、さらにはカドミウム（Ｃ
ｄ）、ひ素（Ａｓ）等の材料を使用する化合物半導体系
のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単結晶
シリコン（ｃ−Ｓｉ）系の太陽電池は製造工程が複雑で
あるとともにコストが高いという問題があり、アモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の太陽電池は比較的製造工
程が簡単で低コストなものであるが、その光起電力が経
時的に変化しやすいという問題がある。さらに、化合物
半導体系にものについてはカドミウム（Ｃｄ）等を使用
するため、材料が毒性を有するという問題がある。従っ
て、本発明の目的は、材料的に毒性等の問題が無いとと
もに、経時的に劣化を起こし難く、材料を得やすい太陽
電池を得ることにある。
シリコン（ｃ−Ｓｉ）系の太陽電池は製造工程が複雑で
あるとともにコストが高いという問題があり、アモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の太陽電池は比較的製造工
程が簡単で低コストなものであるが、その光起電力が経
時的に変化しやすいという問題がある。さらに、化合物
半導体系にものについてはカドミウム（Ｃｄ）等を使用
するため、材料が毒性を有するという問題がある。従っ
て、本発明の目的は、材料的に毒性等の問題が無いとと
もに、経時的に劣化を起こし難く、材料を得やすい太陽
電池を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本願発明の太陽電池の特徴は、Ｃ60を主成分とする
フラーレン類材料もしくは、前記材料に不純物をドープ
して形成されるｎ型、ｉ型もしくはｐ型特性の半導体部
を有するホモｐｎ接合、ヘテロｐｎ接合、ヘテロｉｐ接
合またはヘテロｉｎ接合構成のものとされていることに
ある。
めの本願発明の太陽電池の特徴は、Ｃ60を主成分とする
フラーレン類材料もしくは、前記材料に不純物をドープ
して形成されるｎ型、ｉ型もしくはｐ型特性の半導体部
を有するホモｐｎ接合、ヘテロｐｎ接合、ヘテロｉｐ接
合またはヘテロｉｎ接合構成のものとされていることに
ある。
【０００５】
【作用】すなわち、本願の太陽電池はＣ60を主成分とす
るフラーレン類材料もしくは、これに不純物をドープし
たものが、ｐｎ接合、ｉｐ接合、ｉｎ接合を形成するｐ
型、ｎ型、ｉ型半導体部の一方もしくは両方に採用され
る。一例としてｐｎ接合の場合の太陽電池の動作を説明
すると、受光側から入射した光は、夫々の半導体部に達
する。これらの半導体部に入射した光は、吸収され光生
成電荷を生ずる。太陽電池を構成する一対の半導体部は
ｐｎ接合構成とされており、そのｐｎ接合の内部電解に
よって、正の光生成電荷はｐ型側に集められ、負の光生
成電荷はｎ型側に集められ、それぞれ裏面電極および透
明電極から太陽電池外部に取り出される。さて、純粋の
Ｃ60を主成分とするフラーレン類材料はｉ型またはｎ型
特性を示し、この材料にヨウ素等のハロゲン等をドープ
する場合はｐ型特性を有する半導体を得ることができ
る。これらのことは、今般、発明者らが新たに知見した
ことであり、この特性を利用して、本願の太陽電池にお
いては良好な結果を得ている（実施例の太陽電池のＩ−
Ｖ特性を図４に示した）。
るフラーレン類材料もしくは、これに不純物をドープし
たものが、ｐｎ接合、ｉｐ接合、ｉｎ接合を形成するｐ
型、ｎ型、ｉ型半導体部の一方もしくは両方に採用され
る。一例としてｐｎ接合の場合の太陽電池の動作を説明
すると、受光側から入射した光は、夫々の半導体部に達
する。これらの半導体部に入射した光は、吸収され光生
成電荷を生ずる。太陽電池を構成する一対の半導体部は
ｐｎ接合構成とされており、そのｐｎ接合の内部電解に
よって、正の光生成電荷はｐ型側に集められ、負の光生
成電荷はｎ型側に集められ、それぞれ裏面電極および透
明電極から太陽電池外部に取り出される。さて、純粋の
Ｃ60を主成分とするフラーレン類材料はｉ型またはｎ型
特性を示し、この材料にヨウ素等のハロゲン等をドープ
する場合はｐ型特性を有する半導体を得ることができ
る。これらのことは、今般、発明者らが新たに知見した
ことであり、この特性を利用して、本願の太陽電池にお
いては良好な結果を得ている（実施例の太陽電池のＩ−
Ｖ特性を図４に示した）。
【０００６】
【発明の効果】従って、本願の太陽電池においては、Ｃ
60を主成分とするフラーレン類材料が使用されるため、
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系に見られるような
経時的な物性変化、毒性等の問題を回避できるととも
に、材料入手がしやすく、製造にあたっても蒸着等の容
易な操作で形成できる太陽電池を得ることができた。
60を主成分とするフラーレン類材料が使用されるため、
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系に見られるような
経時的な物性変化、毒性等の問題を回避できるととも
に、材料入手がしやすく、製造にあたっても蒸着等の容
易な操作で形成できる太陽電池を得ることができた。
【０００７】
【実施例】太陽電池１は、Ｃ60を主成分とするフラーレ
ン類材料より構成されるｎ型、ｉ型もしくはｐ型の半導
体部を備えたホモｐｎ接合、ヘテロｐｎ接合、ｉｐ型も
しくはｉｎ接合構成のものである。即ち、ｐ型半導体
部、ｎ型半導体部あるいはｉ型半導体部とが一対として
備えられ（以後、一方の半導体部を第１半導体部２ａ、
この第１半導体部２ａに対して異なった伝導性を有する
半導体部を第２半導体部２ｂと呼ぶ）、これらの一方も
しくは双方２ａ（２ｂ）にＣ60を主成分とするフラーレ
ン類より構成される半導体（以後、Ｃ60半導体と呼ぶ）
が採用される。Ｃ60半導体においてｉ型もしくはｎ型の
ものを得たい場合は、精製Ｃ60を蒸着等の操作によりそ
のまま使用することが可能であり、ｐ型のものの場合
は、ヨウ素等のハロゲン等をドープしたものが採用され
る。さらに、電極として透光性のある透明電極５と裏面
電極６とが備えられて太陽電池１が構成される。
ン類材料より構成されるｎ型、ｉ型もしくはｐ型の半導
体部を備えたホモｐｎ接合、ヘテロｐｎ接合、ｉｐ型も
しくはｉｎ接合構成のものである。即ち、ｐ型半導体
部、ｎ型半導体部あるいはｉ型半導体部とが一対として
備えられ（以後、一方の半導体部を第１半導体部２ａ、
この第１半導体部２ａに対して異なった伝導性を有する
半導体部を第２半導体部２ｂと呼ぶ）、これらの一方も
しくは双方２ａ（２ｂ）にＣ60を主成分とするフラーレ
ン類より構成される半導体（以後、Ｃ60半導体と呼ぶ）
が採用される。Ｃ60半導体においてｉ型もしくはｎ型の
ものを得たい場合は、精製Ｃ60を蒸着等の操作によりそ
のまま使用することが可能であり、ｐ型のものの場合
は、ヨウ素等のハロゲン等をドープしたものが採用され
る。さらに、電極として透光性のある透明電極５と裏面
電極６とが備えられて太陽電池１が構成される。
【０００８】以下、ｐｎ接合構成の太陽電池の構成例を
図１（第１構成例）、図２（第２構成例）、図３（第３
構成例）に基づいて説明する。図１および図２は支持体
３を用いる場合であり、第１半導体部２ａ、第２半導体
部２ｂの構成として両者共、Ｃ60半導体を用いるホモｐ
ｎ接合の場合と、一方の半導体部２ａ（２ｂ）にＣ60半
導体を用い、他方２ｂ（２ａ）にＣ60半導体以外の半導
体を用いるヘテロｐｎ接合の場合、どちらでも構成でき
る。さらに、図３に示すものは支持体としてバルク状の
ｐ型（もしくはｎ型）のＣ60半導体以外の半導体部３０
を用いる場合であり、その上にｎ型（もしくはｐ型）の
Ｃ60半導体の薄膜４を形成し、ヘテロｐｎ接合とする構
成の場合を示している。
図１（第１構成例）、図２（第２構成例）、図３（第３
構成例）に基づいて説明する。図１および図２は支持体
３を用いる場合であり、第１半導体部２ａ、第２半導体
部２ｂの構成として両者共、Ｃ60半導体を用いるホモｐ
ｎ接合の場合と、一方の半導体部２ａ（２ｂ）にＣ60半
導体を用い、他方２ｂ（２ａ）にＣ60半導体以外の半導
体を用いるヘテロｐｎ接合の場合、どちらでも構成でき
る。さらに、図３に示すものは支持体としてバルク状の
ｐ型（もしくはｎ型）のＣ60半導体以外の半導体部３０
を用いる場合であり、その上にｎ型（もしくはｐ型）の
Ｃ60半導体の薄膜４を形成し、ヘテロｐｎ接合とする構
成の場合を示している。
【０００９】受光側に備えられる透明電極５について説
明する。この透明電極５としては接触する半導体部２ａ
（２ｂ，４）とオーミック電極を形成できる導電性物質
が使用され、透光性を有しているものである。例えば、
Ｐｔ，Ａｌ，Ａｕ，Ｎｉ，Ａｇなどの金属およびその合
金の内、対象となる半導体部２ａ（２ｂ，４）に対して
オーミック接合を形成できる物質が使用され、透光性を
付与するために数十ナノメータ程度の薄膜をとされる。
このような透明電極としは、ＳｎＯ2，Ｓｎをドープし
たＩｎ2Ｏ3，ＺｎＯなどの電気伝導性酸化物も用いるこ
とも可能である。
明する。この透明電極５としては接触する半導体部２ａ
（２ｂ，４）とオーミック電極を形成できる導電性物質
が使用され、透光性を有しているものである。例えば、
Ｐｔ，Ａｌ，Ａｕ，Ｎｉ，Ａｇなどの金属およびその合
金の内、対象となる半導体部２ａ（２ｂ，４）に対して
オーミック接合を形成できる物質が使用され、透光性を
付与するために数十ナノメータ程度の薄膜をとされる。
このような透明電極としは、ＳｎＯ2，Ｓｎをドープし
たＩｎ2Ｏ3，ＺｎＯなどの電気伝導性酸化物も用いるこ
とも可能である。
【００１０】前述の受光側とは逆側に備えられる裏面電
極６について説明する。この裏面電極６の場合もまた、
接触する半導体部２ａ（２ｂ，３０）とオーミック電極
を形成できる導電性物質が使用され、透光性は必要な
い。Ｐｔ，Ａｌ，Ａｕ，Ｎｉ，Ａｇなどの金属およびそ
の合金の内、オーミック接合を形成できる物質が使用さ
れる。
極６について説明する。この裏面電極６の場合もまた、
接触する半導体部２ａ（２ｂ，３０）とオーミック電極
を形成できる導電性物質が使用され、透光性は必要な
い。Ｐｔ，Ａｌ，Ａｕ，Ｎｉ，Ａｇなどの金属およびそ
の合金の内、オーミック接合を形成できる物質が使用さ
れる。
【００１１】最後に、太陽電池の枢体構成を決定する支
持体３に付いて、各構成例について説明する。第１構成
例の場合、支持体３は導電性でも電気絶縁性であっても
良い。導電性支持体材料としては、例えばステンレス、
アルミニウムなどの金属およびその合金が挙げられる。
電気絶縁性支持体材料としては、ガラス、セラミックス
などの無機物や、ポリエチレンテレフタレートなどの合
成樹脂フィルムなどが挙げられる。支持体３の形状は平
滑表面、凹凸表面どちらでも良く、平板型でも、円筒形
などの曲面をなしていてもよい。第２構成例の場合、支
持体３は、第１構成例の場合と同様に導電性でも電気絶
縁性であっても良いが、光が支持体側から入射するた
め、支持体３は透光性を有していなくてはならない。電
気絶縁性支持体材料としては、ガラスなどの透光性無機
物や、ポリエチレンテレフタレートなどの透光性合成樹
脂フィルムなどが挙げられる。第３構成例の場合、一方
の導電性の半導体部３０がバルクとして構成されてお
り、これが支持体としての機能を備えている。一例を挙
げると、シリコン等の半導体が支持体として用いられ
る。この場合、半導体は支持体機能を果たすとともに、
光活性層としても働く。
持体３に付いて、各構成例について説明する。第１構成
例の場合、支持体３は導電性でも電気絶縁性であっても
良い。導電性支持体材料としては、例えばステンレス、
アルミニウムなどの金属およびその合金が挙げられる。
電気絶縁性支持体材料としては、ガラス、セラミックス
などの無機物や、ポリエチレンテレフタレートなどの合
成樹脂フィルムなどが挙げられる。支持体３の形状は平
滑表面、凹凸表面どちらでも良く、平板型でも、円筒形
などの曲面をなしていてもよい。第２構成例の場合、支
持体３は、第１構成例の場合と同様に導電性でも電気絶
縁性であっても良いが、光が支持体側から入射するた
め、支持体３は透光性を有していなくてはならない。電
気絶縁性支持体材料としては、ガラスなどの透光性無機
物や、ポリエチレンテレフタレートなどの透光性合成樹
脂フィルムなどが挙げられる。第３構成例の場合、一方
の導電性の半導体部３０がバルクとして構成されてお
り、これが支持体としての機能を備えている。一例を挙
げると、シリコン等の半導体が支持体として用いられ
る。この場合、半導体は支持体機能を果たすとともに、
光活性層としても働く。
【００１２】以上が、本願に示す太陽電池１の概略構成
であるが、以下、さらに具体的に第３構成例（図３に示
す）の太陽電池について、その構成、特性について説明
する。 １ 太陽電池の構成 これはｎ型もしくはｉ型半導体部として働くＣ60薄膜４
と、支持体であるとともにｐ型の半導体部３０としての
ｐ型シリコン層を備えて構成されている。そして、透明
電極５として、表面側に錫をドープした酸化インジュウ
ムであるＩＴＯ薄膜が配設され、裏面側にＡｕ薄膜から
なる裏面電極６が備えられている。従って、この太陽電
池１はいわゆるヘテロ接合型の構成を採っており、図面
上部側の透明電極側より光を受けて電池として働くこと
となる。 詳細構成 ｐ型シリコン基板 ３０ ０．５ｍｍ 厚 Ｃ60薄膜４ 膜厚 １ μｍ 純度 ９９．９％ 形成方法 真空蒸着 約１０-5Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で４００℃ 各電極５，６ 膜厚 ３００〜４００Å
であるが、以下、さらに具体的に第３構成例（図３に示
す）の太陽電池について、その構成、特性について説明
する。 １ 太陽電池の構成 これはｎ型もしくはｉ型半導体部として働くＣ60薄膜４
と、支持体であるとともにｐ型の半導体部３０としての
ｐ型シリコン層を備えて構成されている。そして、透明
電極５として、表面側に錫をドープした酸化インジュウ
ムであるＩＴＯ薄膜が配設され、裏面側にＡｕ薄膜から
なる裏面電極６が備えられている。従って、この太陽電
池１はいわゆるヘテロ接合型の構成を採っており、図面
上部側の透明電極側より光を受けて電池として働くこと
となる。 詳細構成 ｐ型シリコン基板 ３０ ０．５ｍｍ 厚 Ｃ60薄膜４ 膜厚 １ μｍ 純度 ９９．９％ 形成方法 真空蒸着 約１０-5Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で４００℃ 各電極５，６ 膜厚 ３００〜４００Å
【００１３】２ 太陽電池の特性 上記の構成の太陽電池１のＩ−Ｖ特性を図４に、伝導度
特性を図５に示した。Ｉ−Ｖ特性からも判明するよう
に、３００ＷのＸｅランプ照射下で０．３Ｖ程度の起電
力を得られている。さらに、伝導度特性より１．５〜
２．０ｅＶの部位が負性特性を示しており、バンドギャ
ップがあることがわかる。
特性を図５に示した。Ｉ−Ｖ特性からも判明するよう
に、３００ＷのＸｅランプ照射下で０．３Ｖ程度の起電
力を得られている。さらに、伝導度特性より１．５〜
２．０ｅＶの部位が負性特性を示しており、バンドギャ
ップがあることがわかる。
【００１４】〔別実施例〕上記の実施例においてＣ60を
主成分とするフラーレン類半導体なる表現を採用した
が、これらの中にはＣ60の他、Ｃ70 Ｃ76 Ｃ82等が含
有されることとなる。
主成分とするフラーレン類半導体なる表現を採用した
が、これらの中にはＣ60の他、Ｃ70 Ｃ76 Ｃ82等が含
有されることとなる。
【００１５】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】太陽電池の第１構成例の構造を示す図
【図２】太陽電池の第２構成例の構造を示す図
【図３】太陽電池の第３構成例の構造を示す図
【図４】太陽電池のＩ−Ｖ特性を示す図
【図５】太陽電池の伝導度特性を示す図
４ 薄膜 ３０ ｐ型シリコン
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ60を主成分とするフラーレン類材料も
しくは、前記材料に不純物をドープして形成されるｎ
型、ｉ型もしくはｐ型特性の半導体部を有するホモｐｎ
接合、ヘテロｐｎ接合、ヘテロｉｐ接合またはヘテロｉ
ｎ接合構成の太陽電池。 - 【請求項２】 ｐ型の半導体部（３０）がｐ型シリコン
であり、ｎ型もしくはｉ型の前記半導体部が精製Ｃ60を
主成分とするフラーレン類の薄膜（４）である請求項１
記載のヘテロｐｎ接合もしくはヘテロｉｐ接合構成の太
陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02511693A JP3249619B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02511693A JP3249619B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 太陽電池 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244440A true JPH06244440A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3249619B2 JP3249619B2 (ja) | 2002-01-21 |
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ID=12156964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02511693A Expired - Fee Related JP3249619B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3249619B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0974216A (ja) * | 1995-09-07 | 1997-03-18 | Nippon Shokubai Co Ltd | 有機太陽電池 |
| US5986206A (en) * | 1997-12-10 | 1999-11-16 | Nanogram Corporation | Solar cell |
| JP2004165609A (ja) * | 2002-09-18 | 2004-06-10 | Sony Corp | 電子素子及びその製造方法 |
| JP2007096136A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Univ Nagoya | カーボンナノ構造体を用いた光起電力素子 |
| AT503818B1 (de) * | 2006-07-27 | 2008-01-15 | Univ Linz | Vorrichtung zum umwandeln infraroter strahlung in elektrischen strom |
-
1993
- 1993-02-15 JP JP02511693A patent/JP3249619B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0974216A (ja) * | 1995-09-07 | 1997-03-18 | Nippon Shokubai Co Ltd | 有機太陽電池 |
| US5986206A (en) * | 1997-12-10 | 1999-11-16 | Nanogram Corporation | Solar cell |
| JP2004165609A (ja) * | 2002-09-18 | 2004-06-10 | Sony Corp | 電子素子及びその製造方法 |
| JP4608850B2 (ja) * | 2002-09-18 | 2011-01-12 | ソニー株式会社 | 電子素子及びその製造方法 |
| JP2007096136A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Univ Nagoya | カーボンナノ構造体を用いた光起電力素子 |
| AT503818B1 (de) * | 2006-07-27 | 2008-01-15 | Univ Linz | Vorrichtung zum umwandeln infraroter strahlung in elektrischen strom |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP3249619B2 (ja) | 2002-01-21 |
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