JPH0645623A - 光起電力素子 - Google Patents
光起電力素子Info
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- JPH0645623A JPH0645623A JP4194022A JP19402292A JPH0645623A JP H0645623 A JPH0645623 A JP H0645623A JP 4194022 A JP4194022 A JP 4194022A JP 19402292 A JP19402292 A JP 19402292A JP H0645623 A JPH0645623 A JP H0645623A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 素子内における熱の蓄熱を抑圧し、素子特性
の劣化を防止し得る光起電力素子を提供する。 【構成】 光電変換機能を呈する半導体接合(6)を備え
た半導体(3)及び光入射側電極(7)の表面をそれぞれ凹凸
形状とすることによって、光起電力素子の表面積を大き
くすることにあり、また光起電力素子の表面積を大きく
するものとしてポーラスシリコンを利用することにあ
る。
の劣化を防止し得る光起電力素子を提供する。 【構成】 光電変換機能を呈する半導体接合(6)を備え
た半導体(3)及び光入射側電極(7)の表面をそれぞれ凹凸
形状とすることによって、光起電力素子の表面積を大き
くすることにあり、また光起電力素子の表面積を大きく
するものとしてポーラスシリコンを利用することにあ
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光起電力素子に関する。
ネルギーに変換する光起電力素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光起電力素子の特性向上を目的と
しては、光電変換機能を担う半導体接合の界面準位の低
減化や光入射側電極の高導電化、更には入射した光の低
反射率化等の種々の工夫が成されている。
しては、光電変換機能を担う半導体接合の界面準位の低
減化や光入射側電極の高導電化、更には入射した光の低
反射率化等の種々の工夫が成されている。
【０００３】図１２は、従来の光起電力素子の素子構造
図である。図中の(121)は本素子の支持体となる基板、
(122)は光電変換機能を示す半導体接合の一方を担う、
一導電型の多結晶半導体、(123)は多結晶半導体(122)と
半導体接合を形成する、他導電型の非晶質半導体、(12
4)は非晶質半導体(123)の表面に形成された光入射側の
酸化インジュウムや酸化錫等から成る透明電極、(125)
は多結晶半導体(122)と基板(121)との間に形成されたア
ルミニューム等からなる金属電極である。
図である。図中の(121)は本素子の支持体となる基板、
(122)は光電変換機能を示す半導体接合の一方を担う、
一導電型の多結晶半導体、(123)は多結晶半導体(122)と
半導体接合を形成する、他導電型の非晶質半導体、(12
4)は非晶質半導体(123)の表面に形成された光入射側の
酸化インジュウムや酸化錫等から成る透明電極、(125)
は多結晶半導体(122)と基板(121)との間に形成されたア
ルミニューム等からなる金属電極である。
【０００４】この光起電力素子では、透明電極(124)を
経て入射した光は、多結晶半導体(122)と非晶質半導体
(123)によって形成された半導体接合(126)近傍で吸収さ
れた後、電子と正孔となってそれぞれ外部に取り出され
る。斯る構造の光起電力素子では、例えば多結晶半導体
(122)と非晶質半導体(123)との界面特性の向上を図った
り、あるいは透明電極(124)の透過特性を向上させると
ともにその導電率を高めるなどの工夫がされている。
経て入射した光は、多結晶半導体(122)と非晶質半導体
(123)によって形成された半導体接合(126)近傍で吸収さ
れた後、電子と正孔となってそれぞれ外部に取り出され
る。斯る構造の光起電力素子では、例えば多結晶半導体
(122)と非晶質半導体(123)との界面特性の向上を図った
り、あるいは透明電極(124)の透過特性を向上させると
ともにその導電率を高めるなどの工夫がされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、これまで光起
電力素子では、その特性向上は前述の如く光吸収量の増
加や、あるいは吸収した光によって形成された光生成キ
ャリアの再結合防止に注力して検討されていた。
電力素子では、その特性向上は前述の如く光吸収量の増
加や、あるいは吸収した光によって形成された光生成キ
ャリアの再結合防止に注力して検討されていた。
【０００６】然し乍ら、これら対策は比較的大面積の光
起電力素子を念頭において検討されているものであり、
たとえば極めて小面積な光起電力素子にあっては別に解
決すべき新たな問題点が出現する。その一つが素子自体
の熱による素子特性の劣化である。
起電力素子を念頭において検討されているものであり、
たとえば極めて小面積な光起電力素子にあっては別に解
決すべき新たな問題点が出現する。その一つが素子自体
の熱による素子特性の劣化である。
【０００７】通常、半導体接合を光電変換部として使用
する光起電力素子では、素子の温度が上昇するにつれて
光電変換効率の低下が生じる。とりわけ、素子温度の上
昇は光起電力素子の特性のうち開放電圧を著しく低下さ
せてしまう。この様な光起電力素子の温度依存性に関し
ては、例えば太陽電池ハンドブック（電気学会，p.64〜
65，1985年)に詳細に記載されている。
する光起電力素子では、素子の温度が上昇するにつれて
光電変換効率の低下が生じる。とりわけ、素子温度の上
昇は光起電力素子の特性のうち開放電圧を著しく低下さ
せてしまう。この様な光起電力素子の温度依存性に関し
ては、例えば太陽電池ハンドブック（電気学会，p.64〜
65，1985年)に詳細に記載されている。
【０００８】この素子温度の問題は、光起電力素子自体
が光照射を受けたことに因る温度上昇だけに限られるも
のではなく、たとえば光起電力素子と隣接配置された他
の機能素子から伝導した熱による温度上昇であっても同
様に光電変換効率の低下が生じてしまう。
が光照射を受けたことに因る温度上昇だけに限られるも
のではなく、たとえば光起電力素子と隣接配置された他
の機能素子から伝導した熱による温度上昇であっても同
様に光電変換効率の低下が生じてしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明光起電力素子の特
徴とするところは、表面に凹凸形状である、光電変換機
能を呈する半導体接合を備えた半導体から成る光起電力
素子であって、上記表面には凹凸形状を有する、良導電
性且つ良熱伝導性の金属材料から成る光入射側電極を設
けたことにあり、また半導体基板の一方の主面に、相異
なる導電型の半導体領域を具備してなる光起電力素子で
あって、上記基板の他主面には陽極化成法から成るポー
ラスシリコンを設けたことにある。
徴とするところは、表面に凹凸形状である、光電変換機
能を呈する半導体接合を備えた半導体から成る光起電力
素子であって、上記表面には凹凸形状を有する、良導電
性且つ良熱伝導性の金属材料から成る光入射側電極を設
けたことにあり、また半導体基板の一方の主面に、相異
なる導電型の半導体領域を具備してなる光起電力素子で
あって、上記基板の他主面には陽極化成法から成るポー
ラスシリコンを設けたことにある。
【００１０】
【作用】本発明光起電力素子にあっては、表面に凹凸形
状を備えた半導体上に同じく凹凸形状を備えた良導電性
で且つ良熱伝導性の金属材料からなる光入射側電極を設
けたことから、その凹凸の程度をよってこの光起電力素
子の表面積を極めて大きなものとすることができる。
状を備えた半導体上に同じく凹凸形状を備えた良導電性
で且つ良熱伝導性の金属材料からなる光入射側電極を設
けたことから、その凹凸の程度をよってこの光起電力素
子の表面積を極めて大きなものとすることができる。
【００１１】すると、その光起電力素子では周囲の大気
等と接する面積が大きくなり、光起電力素子内に蓄積さ
れた熱を効果的に外部に伝導することができることとな
る。このことは、光起電力素子の温度上昇が抑圧され引
いては光起電力素子の光電変換効率の低下を抑制するこ
とが可能となる。
等と接する面積が大きくなり、光起電力素子内に蓄積さ
れた熱を効果的に外部に伝導することができることとな
る。このことは、光起電力素子の温度上昇が抑圧され引
いては光起電力素子の光電変換効率の低下を抑制するこ
とが可能となる。
【００１２】また、光電変換機能を担う相異なる導電型
からなる半導体領域を一方の主面に形成し、他主面には
陽極化成法から成るポーラスシリコンを設けた半導体基
板を光起電力素子とするものであることから、本光起電
力素子に蓄積される熱をこのポーラスシリコンを介して
放熱することができる。
からなる半導体領域を一方の主面に形成し、他主面には
陽極化成法から成るポーラスシリコンを設けた半導体基
板を光起電力素子とするものであることから、本光起電
力素子に蓄積される熱をこのポーラスシリコンを介して
放熱することができる。
【００１３】とりわけ、このポーラスシリコンはその表
面が微細な凹凸形状となることから、ポーラスシリコン
の表面が露出するいわゆる表面積は極めて大きなものと
なることから、有効な放熱作用を得ることができる。
面が微細な凹凸形状となることから、ポーラスシリコン
の表面が露出するいわゆる表面積は極めて大きなものと
なることから、有効な放熱作用を得ることができる。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明光起電力素子の第１の実施例
を説明するための素子構造図であり、図２はこの光起電
力素子の製造方法を説明するための工程別素子構造図で
ある。製造工程に沿って、本発明光起電力素子を以下に
説明する。
を説明するための素子構造図であり、図２はこの光起電
力素子の製造方法を説明するための工程別素子構造図で
ある。製造工程に沿って、本発明光起電力素子を以下に
説明する。
【００１５】図２（ａ）に示す第１工程では、本発明光
起電力素子の支持材料となる基板(1)上に、後工程で形
成する光起電力素子とこの基板(1)との間の熱伝導を良
好なものとするためのアルミーニュム等からなる金属膜
(2)を蒸着法等で形成する。基板(1)の材料としては、ガ
ラスや、セラミックスあるいはステンレス等がある。
起電力素子の支持材料となる基板(1)上に、後工程で形
成する光起電力素子とこの基板(1)との間の熱伝導を良
好なものとするためのアルミーニュム等からなる金属膜
(2)を蒸着法等で形成する。基板(1)の材料としては、ガ
ラスや、セラミックスあるいはステンレス等がある。
【００１６】次に同図（ｂ）に示す第２工程では、金属
膜(2)上に光起電力素子の母材となる一導電型の半導体
(3)を形成する。具体的には、例えば多結晶シリコン等
の多結晶半導体でもよく、あるいは非晶質や単結晶半導
体であってもよい。本例では、ｎ型の単結晶シリコンと
した。
膜(2)上に光起電力素子の母材となる一導電型の半導体
(3)を形成する。具体的には、例えば多結晶シリコン等
の多結晶半導体でもよく、あるいは非晶質や単結晶半導
体であってもよい。本例では、ｎ型の単結晶シリコンと
した。
【００１７】そして、同図（ｃ）に示す第３工程では、
金属膜(2)上に形成された半導体に対して、レーザビー
ムなどによるエネルギービーム(4)を照射することによ
ってその表面を凹凸形状にする。本実施例では、レーザ
ビームを用いて凹凸形状を形成したが、従来のウエット
プロセスによるエッチングにより凹凸形状を作ってもよ
い。
金属膜(2)上に形成された半導体に対して、レーザビー
ムなどによるエネルギービーム(4)を照射することによ
ってその表面を凹凸形状にする。本実施例では、レーザ
ビームを用いて凹凸形状を形成したが、従来のウエット
プロセスによるエッチングにより凹凸形状を作ってもよ
い。
【００１８】続く、同図（ｄ）に示す第４工程にあって
は、表面が凹凸形状とされた半導体(3)上に他導電型半
導体(5)を形成し、半導体接合(6)を形成する。これによ
り本素子は光電変換機能を呈することとなる。実施例で
は他導電型半導体(5)としてｐ型の非晶質シリコンを使
用した。この際、この他導電型半導体(5)の表面は、下
層である半導体(3)の表面凹凸形状を反映して、やはり
この他導電型半導体(5)自体の表面にも凹凸形状を形作
ることとなる。
は、表面が凹凸形状とされた半導体(3)上に他導電型半
導体(5)を形成し、半導体接合(6)を形成する。これによ
り本素子は光電変換機能を呈することとなる。実施例で
は他導電型半導体(5)としてｐ型の非晶質シリコンを使
用した。この際、この他導電型半導体(5)の表面は、下
層である半導体(3)の表面凹凸形状を反映して、やはり
この他導電型半導体(5)自体の表面にも凹凸形状を形作
ることとなる。
【００１９】次に、同図（ｅ）に示す第５工程では、光
入射側電極(7)となる良導電性で且つ良熱伝導性のアル
ミニューム等から成る金属膜を形成し、所望の形状にパ
ターン化した後、この電極の表面に第３工程と同様な方
法によって凹凸形状とするための加工を施した。
入射側電極(7)となる良導電性で且つ良熱伝導性のアル
ミニューム等から成る金属膜を形成し、所望の形状にパ
ターン化した後、この電極の表面に第３工程と同様な方
法によって凹凸形状とするための加工を施した。
【００２０】従って、第３工程と第５工程における表面
形状の加工により、光起電力素子としての表面積は極め
て大きなものとなる。
形状の加工により、光起電力素子としての表面積は極め
て大きなものとなる。
【００２１】図３は、上記本発明光起電力素子(31)と、
平坦な表面形状の従来例光起電力素子(32)との、光照射
下における素子の温度変化を示した特性図である。従来
例光起電力素子(32)は光電変換機能を担う半導体と光入
射側電極とのいずれの表面をも平坦な状態のまま形成し
たものである点を除いて、本発明光起電力素子(31)と同
様の構造である。
平坦な表面形状の従来例光起電力素子(32)との、光照射
下における素子の温度変化を示した特性図である。従来
例光起電力素子(32)は光電変換機能を担う半導体と光入
射側電極とのいずれの表面をも平坦な状態のまま形成し
たものである点を除いて、本発明光起電力素子(31)と同
様の構造である。
【００２２】同図が示すように、いずれの光起電力素子
にあっても時間の経過と共に素子温度が上昇するもの
の、その本発明(31)では初期の温度に比べ約２．３倍の
温度で飽和するのに対して、従来例光起電力素子(32)の
方にあっては約４倍も素子温度が上昇してしまう。従っ
て、本発明光起電力素子(31)では、表面凹凸形状による
効果により素子の温度上昇が効果的に抑圧できることが
分かる。
にあっても時間の経過と共に素子温度が上昇するもの
の、その本発明(31)では初期の温度に比べ約２．３倍の
温度で飽和するのに対して、従来例光起電力素子(32)の
方にあっては約４倍も素子温度が上昇してしまう。従っ
て、本発明光起電力素子(31)では、表面凹凸形状による
効果により素子の温度上昇が効果的に抑圧できることが
分かる。
【００２３】図４は、図３と同様に各光起電力素子毎の
光照射下における光電変換効率の経時変化を示してい
る。同図によれば本発明光起電力素子(41)と従来例光起
電力素子(42)とのいずれの場合でも時間の経過ととも
に、初期の光電変換効率の低下が見られる。この低下
は、前述した光起電力素子自体の温度上昇に因るもの
で、先に示した図３における温度上昇の特性変化と時間
的によく対応した曲線を示している。
光照射下における光電変換効率の経時変化を示してい
る。同図によれば本発明光起電力素子(41)と従来例光起
電力素子(42)とのいずれの場合でも時間の経過ととも
に、初期の光電変換効率の低下が見られる。この低下
は、前述した光起電力素子自体の温度上昇に因るもの
で、先に示した図３における温度上昇の特性変化と時間
的によく対応した曲線を示している。
【００２４】従って、本発明光起電力素子の特徴である
素子温度の上昇抑圧効果が光電変換効率の低下防止に極
めて有効なものであることが分かる。
素子温度の上昇抑圧効果が光電変換効率の低下防止に極
めて有効なものであることが分かる。
【００２５】また、図４によれば、初期特性、即ち時間
ゼロの場合における両光起電力素子(41)(42)の特性に差
が現れている。このことは、本発明光起電力素子の構造
では半導体表面に凹凸を施していることから、素子内に
入射した光がたとえ半導体表面で反射されたとしても、
その近傍の凸状態の表面に再度入射する機会が生じやす
くなり、結果として光がより有効に半導体に吸収され、
光電変換効率の向上に寄与することとなるからである。
とりわけ、その差は光起電力素子の特性に於ては、短絡
電流値に差が生じている。
ゼロの場合における両光起電力素子(41)(42)の特性に差
が現れている。このことは、本発明光起電力素子の構造
では半導体表面に凹凸を施していることから、素子内に
入射した光がたとえ半導体表面で反射されたとしても、
その近傍の凸状態の表面に再度入射する機会が生じやす
くなり、結果として光がより有効に半導体に吸収され、
光電変換効率の向上に寄与することとなるからである。
とりわけ、その差は光起電力素子の特性に於ては、短絡
電流値に差が生じている。
【００２６】図５は、その半導体表面の凹凸の程度を変
化させることによって、受光面積を変化させた場合の本
発明光起電力素子の光電変換効率の変化を示している。
尚、同図における受光面積１とは、半導体表面を凹凸形
状とせず平坦な状態のものを１としたものである。同図
によれば受光面積がその凹凸により約３倍を越えると光
電変換効率の急激な増加が生じているが、これは受光面
積の増加により、光起電力素子の表面からの放熱効果も
増すことから生じたものである。更に約５倍を越えると
光電変換効率の飽和が生じる。これは、それまで表面の
凹凸の程度が粗くなるにしたがって増加していた短絡電
流の増加に飽和現象が現れるようになるからである。
化させることによって、受光面積を変化させた場合の本
発明光起電力素子の光電変換効率の変化を示している。
尚、同図における受光面積１とは、半導体表面を凹凸形
状とせず平坦な状態のものを１としたものである。同図
によれば受光面積がその凹凸により約３倍を越えると光
電変換効率の急激な増加が生じているが、これは受光面
積の増加により、光起電力素子の表面からの放熱効果も
増すことから生じたものである。更に約５倍を越えると
光電変換効率の飽和が生じる。これは、それまで表面の
凹凸の程度が粗くなるにしたがって増加していた短絡電
流の増加に飽和現象が現れるようになるからである。
【００２７】なお、この第１の実施例光起電力素子で
は、基板(1)としてガラス等を使用したが、本発明はこ
れに限られずたとえば本光起電力素子を電源として駆動
するその他の機能素子であってもよい。斯る場合にあっ
ては、この機能素子から発生する熱を本願発明光起電力
素子を介して、外部に放熱することができることとな
る。
は、基板(1)としてガラス等を使用したが、本発明はこ
れに限られずたとえば本光起電力素子を電源として駆動
するその他の機能素子であってもよい。斯る場合にあっ
ては、この機能素子から発生する熱を本願発明光起電力
素子を介して、外部に放熱することができることとな
る。
【００２８】また、半導体の表面凹凸形状としては、本
発明実施例では半導体(3)の表面を凹凸形状としたが、
本発明はこれに限られず他導電型半導体(5)により半導
体接合を形成した後に、この他導電型半導体(5)の表面
に凹凸形状を設けてもよい。
発明実施例では半導体(3)の表面を凹凸形状としたが、
本発明はこれに限られず他導電型半導体(5)により半導
体接合を形成した後に、この他導電型半導体(5)の表面
に凹凸形状を設けてもよい。
【００２９】図６は本発明光起電力素子の第２の実施例
の素子構造図であり、図７はこの光起電力素子の製造方
法を説明する工程別素子構造図である。特に図６（ａ）
は本素子の平面図で、（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ’
断面を示す構造図である。この実施例光起電力素子の特
徴とするところは、半導体の一主面に光電変換機能を担
う半導体接合を構成する導電性半導体領域を形成し、そ
の他主面に素子の冷却用部材を形成した点にある。
の素子構造図であり、図７はこの光起電力素子の製造方
法を説明する工程別素子構造図である。特に図６（ａ）
は本素子の平面図で、（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ’
断面を示す構造図である。この実施例光起電力素子の特
徴とするところは、半導体の一主面に光電変換機能を担
う半導体接合を構成する導電性半導体領域を形成し、そ
の他主面に素子の冷却用部材を形成した点にある。
【００３０】この第２の実施例光起電力素子を、図７に
示す製造工程の手順に従って説明する。同図（ａ）に示
す第１工程では、単結晶半導体(71)の光入射側となる一
主面に陽極化成法により、ポーラスシリコン(72)を形成
する。
示す製造工程の手順に従って説明する。同図（ａ）に示
す第１工程では、単結晶半導体(71)の光入射側となる一
主面に陽極化成法により、ポーラスシリコン(72)を形成
する。
【００３１】陽極化成法の具体的は方法としては、まず
ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：２〜３の比で混合
されたＨＦ溶液中に、外部から給電可能に配線された陽
電極と陰電極を浸漬しその陽電極側に半導体(71)を設置
する。そして、その陽電極と陰電極との間に５〜５０ｍ
Ａ／ｃｍ2の電流を３〜１５０分間流す。これにより半
導体(71)の表面には、厚み５〜１００μｍのポーラスシ
リコン(72)が生成される。通常このポーラスシリコン(7
2)の表面は微細な凹凸形状を成すことから、その表面積
は２００〜９００ｍ2／ｃｍ3と非常に大きなものであ
る。
ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：２〜３の比で混合
されたＨＦ溶液中に、外部から給電可能に配線された陽
電極と陰電極を浸漬しその陽電極側に半導体(71)を設置
する。そして、その陽電極と陰電極との間に５〜５０ｍ
Ａ／ｃｍ2の電流を３〜１５０分間流す。これにより半
導体(71)の表面には、厚み５〜１００μｍのポーラスシ
リコン(72)が生成される。通常このポーラスシリコン(7
2)の表面は微細な凹凸形状を成すことから、その表面積
は２００〜９００ｍ2／ｃｍ3と非常に大きなものであ
る。
【００３２】尚、この陽極生成法によって形成されたポ
ーラスシリコンにはその形成の際その表面に薄いＳｉＯ
X膜(73)が形成される。又、本実施例における半導体(7
1)としてはｐ型のものを使用したが、この陽極生成法に
よればｎ型の半導体のものであってもポーラスシリコン
を生成することができる。
ーラスシリコンにはその形成の際その表面に薄いＳｉＯ
X膜(73)が形成される。又、本実施例における半導体(7
1)としてはｐ型のものを使用したが、この陽極生成法に
よればｎ型の半導体のものであってもポーラスシリコン
を生成することができる。
【００３３】次に図７（ｂ）に示す第２工程では、半導
体(71)の他主面側に絶縁膜(74)であるＳｉＯ2膜を形成
した後、後工程で形成される相異なる導電型の半導体領
域間の半導体表面を覆うように、その絶縁膜(74)(74)を
パターニングする。
体(71)の他主面側に絶縁膜(74)であるＳｉＯ2膜を形成
した後、後工程で形成される相異なる導電型の半導体領
域間の半導体表面を覆うように、その絶縁膜(74)(74)を
パターニングする。
【００３４】そして、同図（ｃ）に示す第３工程では、
本発明光起電力素子の光電変換機能を担う導電性半導体
領域を、イオン・インプランテーション法等により形成
する。(75)(75)…はｐ+形の半導体領域であり、(76)(7
6)…はｎ+形の半導体領域である。
本発明光起電力素子の光電変換機能を担う導電性半導体
領域を、イオン・インプランテーション法等により形成
する。(75)(75)…はｐ+形の半導体領域であり、(76)(7
6)…はｎ+形の半導体領域である。
【００３５】同図（ｄ）に示す第４工程では、形成され
た半導体領域(75)(75)…(76)(76)…上にキャリア取り出
し用電極としてアルミニューム等の金属からなる電極(7
7)(78)…を夫々形成する。
た半導体領域(75)(75)…(76)(76)…上にキャリア取り出
し用電極としてアルミニューム等の金属からなる電極(7
7)(78)…を夫々形成する。
【００３６】本発明光起電力素子の動作機構は以下の如
くである。まず、ポーラスシリコン(72)側から入射した
光は半導体(71)内で共に吸収され、電子及び正孔を発生
させる。そして発生したこれらキャリアは、ｐ+半導体
領域(75)とｎ+半導体領域(76)とで形成された内部電界
によってそれぞれ分離された後、電極(77)(78)から外部
に取り出される。
くである。まず、ポーラスシリコン(72)側から入射した
光は半導体(71)内で共に吸収され、電子及び正孔を発生
させる。そして発生したこれらキャリアは、ｐ+半導体
領域(75)とｎ+半導体領域(76)とで形成された内部電界
によってそれぞれ分離された後、電極(77)(78)から外部
に取り出される。
【００３７】図８は、本実施例光起電力素子のその内部
電界の様子を示すための電気力線(81)が描かれた特性図
である。同図から明らかなように、本素子ではｐ+半導
体領域(75)とｎ+半導体領域(76)間で生じる電界は半導
体内のその位置によって強弱が生じ、光入射側の主面か
ら深くなる程、内部電界が強くなっていることが分か
る。
電界の様子を示すための電気力線(81)が描かれた特性図
である。同図から明らかなように、本素子ではｐ+半導
体領域(75)とｎ+半導体領域(76)間で生じる電界は半導
体内のその位置によって強弱が生じ、光入射側の主面か
ら深くなる程、内部電界が強くなっていることが分か
る。
【００３８】本発明実施例光起電力素子は、以上の如き
構造を採ることからポーラスシリコンの微細な表面の凹
凸形状を活かして、素子内の熱を外部に放熱することが
可能となる。また、このポーラスシリコンの凹凸形状は
光入射の際に反射により光損失を生じても、その表面が
凹凸であるが故に、その反射した光が再度そのポーラス
シリコンに入射する確率を高めることができることとな
り、引いては光の吸収量の増加に寄与することとなる。
構造を採ることからポーラスシリコンの微細な表面の凹
凸形状を活かして、素子内の熱を外部に放熱することが
可能となる。また、このポーラスシリコンの凹凸形状は
光入射の際に反射により光損失を生じても、その表面が
凹凸であるが故に、その反射した光が再度そのポーラス
シリコンに入射する確率を高めることができることとな
り、引いては光の吸収量の増加に寄与することとなる。
【００３９】また、本実施例では図６（ａ）で示すよう
な電極(77)(78)として、櫛型電極としたことから、半導
体内部で生成したキャリアを効率よく外部に取り出すこ
とができる図９は 上記実施例光起電力素子(91)と、ポ
ーラスシリコンを備えていない従来の光起電力素子(92)
との、光照射下における温度変化を示した特性図であ
る。同図が示すように、いずれの光起電力素子にあって
も時間の経過と共に素子温度が上昇するもののその本発
明(91)では初期の温度に比べ約４倍の温度で飽和するの
に対し、従来例光起電力素子(92)の方にあっては約７倍
も素子温度が上昇してしまう。従って、本発明光起電力
素子(91)の特徴である表面凹凸形状による効果により素
子の温度が効果的に抑制できていることが判る。
な電極(77)(78)として、櫛型電極としたことから、半導
体内部で生成したキャリアを効率よく外部に取り出すこ
とができる図９は 上記実施例光起電力素子(91)と、ポ
ーラスシリコンを備えていない従来の光起電力素子(92)
との、光照射下における温度変化を示した特性図であ
る。同図が示すように、いずれの光起電力素子にあって
も時間の経過と共に素子温度が上昇するもののその本発
明(91)では初期の温度に比べ約４倍の温度で飽和するの
に対し、従来例光起電力素子(92)の方にあっては約７倍
も素子温度が上昇してしまう。従って、本発明光起電力
素子(91)の特徴である表面凹凸形状による効果により素
子の温度が効果的に抑制できていることが判る。
【００４０】図１０は、図９と同様に各光起電力素子毎
の光照射下における光電変換効率の経時変化を示してい
る。同図にあっても時間経過とともに本発明光起電力素
子(91)と従来例光起電力素子(92)とのいずれの場合でも
初期の光電変換効率の低下が生じる。この低下は、前述
した光起電力素子自体の温度上昇に因るもので、先に示
した図９における温度上昇と対応した漸次効率の低下が
観測される。従って、本実施例の光起電力素子であって
も素子温度の上昇を効果的に抑圧し得ることが分かる。
の光照射下における光電変換効率の経時変化を示してい
る。同図にあっても時間経過とともに本発明光起電力素
子(91)と従来例光起電力素子(92)とのいずれの場合でも
初期の光電変換効率の低下が生じる。この低下は、前述
した光起電力素子自体の温度上昇に因るもので、先に示
した図９における温度上昇と対応した漸次効率の低下が
観測される。従って、本実施例の光起電力素子であって
も素子温度の上昇を効果的に抑圧し得ることが分かる。
【００４１】次に、本発明光起電力素子の第３の実施例
について説明する。図１１はその実施例を示す素子構造
図で、第２の実施例と共通するものについては同一の符
号を付している。本実施例が前述した第２の実施例と異
なる点は、半導体(71)の一方の主面に形成するポーラス
シリコン(72)をその主面の全面とせず、一部にのみ形成
したことである。とりわけ、ポーラスシリコン(72)を形
成した部分としては、図８に示した電気力線から明らか
なようにその内部電界強度が比較的小さい部分に限定し
て形成したことであり、その他の部分については反射防
止膜(111)を形成している。本実施例においても、第２
の実施例と同様にポーラスシリコンによる放熱効果を有
効に利用し得るものである。
について説明する。図１１はその実施例を示す素子構造
図で、第２の実施例と共通するものについては同一の符
号を付している。本実施例が前述した第２の実施例と異
なる点は、半導体(71)の一方の主面に形成するポーラス
シリコン(72)をその主面の全面とせず、一部にのみ形成
したことである。とりわけ、ポーラスシリコン(72)を形
成した部分としては、図８に示した電気力線から明らか
なようにその内部電界強度が比較的小さい部分に限定し
て形成したことであり、その他の部分については反射防
止膜(111)を形成している。本実施例においても、第２
の実施例と同様にポーラスシリコンによる放熱効果を有
効に利用し得るものである。
【００４２】以上の如く、第１乃至第３の実施例で説明
したように、本発明光起電力素子によれば、その放熱効
果が顕著に期待できることから、この光起電力素子と隣
接して配置された他の機能素子からの熱をもこの光起電
力素子を介して放熱する、いわば放熱部材として利用す
ることも可能である。然るに、この光起電力素子を駆動
電源とする回路をこの光起電力素子に隣接して配置した
場合にあっても、この回路自体が発生する熱をこの光起
電力素子を介して放熱することが可能となる。
したように、本発明光起電力素子によれば、その放熱効
果が顕著に期待できることから、この光起電力素子と隣
接して配置された他の機能素子からの熱をもこの光起電
力素子を介して放熱する、いわば放熱部材として利用す
ることも可能である。然るに、この光起電力素子を駆動
電源とする回路をこの光起電力素子に隣接して配置した
場合にあっても、この回路自体が発生する熱をこの光起
電力素子を介して放熱することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】本発明光起電力素子にあっては、表面に
凹凸形状を備えた半導体上に、同じく凹凸形状を備えた
良導電性で且つ良熱伝導性の金属材料からなる光入射側
電極を設けたことから、この光起電力素子の表面積はそ
の凹凸形状における凹凸の程度によって極めて大きくす
ることができる。
凹凸形状を備えた半導体上に、同じく凹凸形状を備えた
良導電性で且つ良熱伝導性の金属材料からなる光入射側
電極を設けたことから、この光起電力素子の表面積はそ
の凹凸形状における凹凸の程度によって極めて大きくす
ることができる。
【００４４】このことは、光起電力素子が周囲の大気等
と接する面積が大きくとれることとなることから、光起
電力素子内に蓄積される熱を効果的に外部に伝導するこ
とができる。このため、光起電力素子の温度上昇が抑圧
され引いては光起電力素子の光電変換効率の低下を抑圧
することが可能となる。
と接する面積が大きくとれることとなることから、光起
電力素子内に蓄積される熱を効果的に外部に伝導するこ
とができる。このため、光起電力素子の温度上昇が抑圧
され引いては光起電力素子の光電変換効率の低下を抑圧
することが可能となる。
【００４５】また、光電変換機能を担う相異なる導電型
からなる半導体領域を一方の主面に形成し、他主面には
陽極化成法から成るポーラスシリコンを設けた半導体基
板を光起電力素子とするものにあっても、本光起電力素
子に蓄積される熱をこのポーラスシリコンを介して有効
に放熱することができる。
からなる半導体領域を一方の主面に形成し、他主面には
陽極化成法から成るポーラスシリコンを設けた半導体基
板を光起電力素子とするものにあっても、本光起電力素
子に蓄積される熱をこのポーラスシリコンを介して有効
に放熱することができる。
【００４６】とりわけ、このポーラスシリコンはその表
面が微細な凹凸形状となることから、ポーラスシリコン
の表面に露出するいわゆる表面積は極めて大きなものと
なることから、有効な放熱作用を得ることが可能とな
る。
面が微細な凹凸形状となることから、ポーラスシリコン
の表面に露出するいわゆる表面積は極めて大きなものと
なることから、有効な放熱作用を得ることが可能とな
る。
【図１】本発明光起電力素子の第１の実施例を説明する
ための素子構造断面図である。
ための素子構造断面図である。
【図２】前記光起電力素子の製造方法を説明するための
工程別素子構造断面図である。
工程別素子構造断面図である。
【図３】前記光起電力素子の駆動時の温度変化特性図で
ある。
ある。
【図４】前記光起電力素子の光電変換効率の経時変化を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図５】前記光起電力素子の受光面積と光電変換効率の
関係を示す特性図である。
関係を示す特性図である。
【図６】本発明光起電力素子の第２の実施例を示す素子
構造図である。
構造図である。
【図７】前記光起電力素子の製造方法を説明するための
工程別素子構造断面図である。
工程別素子構造断面図である。
【図８】前記光起電力素子の内部電界状態を示す特性図
である。
である。
【図９】前記光起電力素子の駆動時の温度変化特性図で
ある。
ある。
【図１０】前記光起電力素子の光電変換効率の経時変化
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図１１】本発明光起電力素子の第３の実施例を示す素
子構造断面図である。
子構造断面図である。
【図１２】従来例光起電力素子の素子構造断面図であ
る。
る。
(3)…半導体 (5)…非晶質
シリコン (6)…光入射側電極
シリコン (6)…光入射側電極
Claims (2)
- 【請求項１】 表面に凹凸形状を備えた、光電変換機能
を呈する半導体接合を含む半導体から成る光起電力素子
であって、上記表面には凹凸形状を有する、良導電性且
つ良熱伝導性の金属材料から成る光入射側電極を設けた
ことを特徴とする光起電力素子。 - 【請求項２】 半導体基板の一方の主面に、相異なる導
電型の半導体領域を具備してなる光起電力素子であっ
て、上記基板の他主面には陽極化成法から成るポーラス
シリコンを設けたことを特徴とする光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04194022A JP3133494B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04194022A JP3133494B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645623A true JPH0645623A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3133494B2 JP3133494B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=16317646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04194022A Expired - Lifetime JP3133494B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3133494B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007135081A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体リレー装置 |
| WO2010098223A1 (ja) * | 2009-02-24 | 2010-09-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | フォトダイオードの製造方法及びフォトダイオード |
| US8629485B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-01-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor photodetection element |
| US8742528B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-06-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| US8916945B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-12-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light-detecting element |
| US9190551B2 (en) | 2009-02-24 | 2015-11-17 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| JPWO2014196413A1 (ja) * | 2013-06-04 | 2017-02-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 太陽電池セル |
-
1992
- 1992-07-21 JP JP04194022A patent/JP3133494B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007135081A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体リレー装置 |
| WO2010098223A1 (ja) * | 2009-02-24 | 2010-09-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | フォトダイオードの製造方法及びフォトダイオード |
| JP2011014856A (ja) * | 2009-02-24 | 2011-01-20 | Hamamatsu Photonics Kk | フォトダイオードの製造方法及びフォトダイオード |
| US8629485B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-01-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor photodetection element |
| US8742528B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-06-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| US8916945B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-12-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light-detecting element |
| US8994135B2 (en) | 2009-02-24 | 2015-03-31 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| US9190551B2 (en) | 2009-02-24 | 2015-11-17 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| US9419159B2 (en) | 2009-02-24 | 2016-08-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light-detecting element |
| US9614109B2 (en) | 2009-02-24 | 2017-04-04 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| US9972729B2 (en) | 2009-02-24 | 2018-05-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| JPWO2014196413A1 (ja) * | 2013-06-04 | 2017-02-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 太陽電池セル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3133494B2 (ja) | 2001-02-05 |
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