JPH07297425A

JPH07297425A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH07297425A
Application number: JP6081296A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ueda; 孝上田; Masahiro Akiyama; 正博秋山; Eiji Yamaichi; 英治山市; Nagayasu Yamagishi; 長保山岸
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】太陽電池において、光電変換効率を高めると
共に光吸収により電子、正孔を生成できる光の波長範囲
を広げる。【構成】一方の基板面26a 上に順次に光電変換層22及
び窓層28を設け、窓層28上にコンタクト層34を介し電極
30を設ける。また他方の基板面26b 上に電極32を設け
る。光電変換層22は基板面26a 側から順次に設けたｎ
型、ｉ型及びｐ型の半導体層22a、22b 及び22c から成
る。このｉ型半導体層22b 中に、半導体微結晶24を離散
させて設ける。微結晶24は、これに接する半導体層22b
よりも大きなバンドギャップを有しかつ当該微結晶24の
バンドギャップ中に深い準位を有するので、目的を達成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体を用いて構成
する太陽電池の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、太陽電池の光電変換層とし
て、ｐ型及びｎ型半導体層を積層して構成した単純なｐ
ｎ接合型のものや、ｐ型、ｉ型及びｎ型半導体層を積層
して構成した単純なｐｉｎ接合型のものが提案されてい
る。さらに近年においては、光電変換の効率向上を目的
として、多重量子井戸構造を光電変換層に導入する試み
も成されている（例えば文献１：Journal of Apllied P
hysics 67(7) pp.3490〜3493,1 April 1990 ）。

【０００３】図８は従来の多重量子井戸構造の光電変換
層についてのバンド構造を示す図である。図８にあって
は、基板主面の法線方向Ａにおける距離をＸ軸に、ポテ
ンシャルエネルギーをＥ軸に取り、光電変換層における
エネルギー分布Ｅ_V 及びＥ_Cを一次元的に示す。Ｅ_V は
価電子帯頂上におけるポテンシャルエネルギーの分布及
びＥ_C は伝導帯底におけるポテンシャルエネルギーの分
布を表す。

【０００４】この光電変換層は、基板主面の法線方向Ａ
に順次に積層したｎ型半導体層１０、ｉ型半導体層１２
及びｐ型半導体層１４を有し、ｉ型半導体層１２を、障
壁層１２ａ及び井戸層１２ｂを交互に積層して形成した
多重量子井戸構造として成る。この光電変換層に光を入
射すると、半導体層１０、１２及び１４のそれぞれが光
を吸収し電子及び正孔を発生させる。ｉ型半導体層１２
を構成する井戸層１２ｂのバンドギャップはｎ型半導体
層１０及びｐ型半導体層１４のいずれよりも小さいの
で、多重量子井戸構造を持たない単純なｐｎ接合型或は
ｐｉｎ接合型のものと比較すると、より長波長の光を吸
収し電子及び正孔を発生することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の多重量子井戸構造の光電変換層においては、光吸
収或は光電変換により生成したキャリアを、効率良く電
極から取り出すことが難しい。この点につき図９を参照
して説明する。

【０００６】図９は、従来の多重量子井戸構造の光電変
換層についてのバンド構造を、二次元的に示すモデル図
である。図９にあっては、図８と同様のＸ軸及びＥ軸を
定めると共に基板主面に平行な方向Ｂにおける距離をＹ
軸に取り、光電変換層におけるエネルギー分布Ｅ_V 及び
Ｅ_C を二次元的に示す。

【０００７】ｉ型半導体層１２においては、井戸層１２
ｂを障壁層１２ａで挟むことにより量子井戸を構成して
いるので、障壁層１２ａ及び井戸層１２ｂの境界にはエ
ネルギーバリヤが生じている。また井戸層１２ｂで発生
した電子１６及び正孔１８を電極から取り出すために
は、これら電子１６及び正孔１８がそれぞれｎ型半導体
層１０及びｐ型半導体層１４に到達することが必要であ
る。しかしながらこれら電子１６及び正孔１８が、前述
のエネルギーバリヤを越えてｎ型半導体層１０及びｐ型
半導体層１４へ到達する可能性は小さい。しかもｐ型半
導体層１４で発生した電子１６はｎ型半導体層１０へ向
かう途上において井戸層１２ｂに捕獲されると共に、ｎ
型半導体層１０で発生した正孔１８はｐ型半導体層１４
へ向かう途上において井戸層１２ｂに捕獲される。従っ
てこれら井戸層１２ｂに捕獲された電子１６及び正孔１
８の再結合確率が増加し、その結果、電極から取り出す
ことのできる電子１６及び１８は減少する。

【０００８】これがため、このような多重量子井戸構造
を導入した従来の光電変換層では、単純なｐｎ接合型或
はｐｉｎ接合型のものに比べて特性が改善されないばか
りか、むしろ特性の劣化が認められ良好な結果が得られ
ていない。現在、この欠点については、技術的な解決が
得られていない。

【０００９】この発明の目的は、上述した従来の問題点
を解決し、電子及び正孔の再結合確率を低く抑えつつ、
光吸収可能な或は光電変換可能な光の波長領域を広げる
ことのできる太陽電池を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明の太陽電池は、ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を
形成する半導体層から成る光電変換層と、光電変換層中
に島状に散在させて設けた半導体微結晶とを備え、半導
体微結晶は、当該微結晶と接する半導体層よりも大きな
バンドギャップを有し、かつ、当該微結晶のバンドギャ
ップ中に深い準位を有して成ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】このような構成によれば、半導体微結晶のバン
ドギャップは、光電変換層を構成する半導体層であって
半導体微結晶と接する半導体層のバンドギャップより
も、大きい。従って光電変換層中で生成した電子及び正
孔、さらには半導体微結晶中で生成した電子及び正孔
が、半導体微結晶中に捕獲されることは、実質的に無く
なる。その結果、これら電子及び正孔の再結合確率を低
減できると共に、これら電子、正孔がその取り出しのた
めの電極に到達し易く成る。

【００１２】また半導体微結晶は、そのバンドギャップ
中に深い準位を有する。そのバンドギャップ中には、エ
ネルギー準位の等しい深い準位だけが存在していても良
いが、エネルギー準位の異なる複数の深い準位が存在す
る方が好ましい。

【００１３】半導体微結晶中では、深い準位を介し光吸
収を発生させこれにより電子及び正孔を生成できる。こ
の際、吸収される光の波長は、半導体微結晶の価電子帯
頂上或は伝導帯底と深い準位とのエネルギーの差に対応
した波長となる。また半導体微結晶中にエネルギー準位
の異なる複数の深い準位を有する場合においては、吸収
される光の波長は、これらエネルギー準位の異なる深い
準位間のエネルギーの差に対応した波長となる。これが
ため、光吸収される光の波長範囲を広げることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照し、この発明の実施例につ
き説明する。尚、図面は発明が理解できる程度に概略的
に示してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定する
ものではない。

【００１５】図１はこの発明の実施例の構成を概略的に
示す断面図である。この実施例の太陽電池２０は、ｐｎ
接合又はｐｉｎ接合を形成する半導体層から成る光電変
換層２２と、光電変換層２２中に島状に散在させて設け
た半導体微結晶２４とを備える。半導体微結晶２４は、
当該微結晶２４と接する半導体層よりも大きなバンドギ
ャップを有し、かつ、当該微結晶２４のバンドギャップ
中に深い準位を有する。図中、半導体微結晶２４を黒塗
り三角印で示してある。

【００１６】この実施例では、太陽電池２０は、ｎ⁺ −
ＧａＡｓ基板２６の一方の基板面２６ａ上に順次に設け
たｎ−ＧａＡｓ半導体層２２ａ、ｉ−ＧａＡｓ半導体層
２２ｂ、ｐ⁺ −ＧａＡｓ半導体層２２ｃ及びｐ⁺⁺−Ａｌ
ＧａＡｓ窓層２８を備える。光電変換層２２はこれらｐ
ｉｎ接合を形成するｎ型半導体層２２ａ、ｉ型半導体層
２２ｂ及びｐ型半導体層２２ｃから成り、従ってｐｉｎ
接合型の太陽電池２０を構成している。また光電変換層
２２の光入射側に窓層２８を設けることにより、ヘテロ
フェース構造の太陽電池２０を構成している。

【００１７】そしてこの光電変換層２２のｉ型半導体層
２２ｂのみに、半導体微結晶２４を設け、半導体微結晶
２４の導電型を、当該微結晶２４と接する半導体層２２
ｂの導電型と同一従ってｉ型とする。半導体微結晶２４
を、例えばｉ−ＧａＰ半導体微結晶とする。

【００１８】さらに太陽電池２０は、光電変換層２２と
電気接続するキャリア取出し用の第一電極３０及び第二
電極３２を備える。第一電極３０は光電変換層２２で生
成した一方のキャリアここでは正孔を取り出すための電
極、第二電極３２は光電変換層２２で生成した他方のキ
ャリアここでは電子を取り出すための電極である。電極
の配設方法は問わないが、図示例では、第一電極３０を
ｐ⁺⁺−ＧａＡｓコンタクト層３４を介して窓層３６上に
設ける。第一電極３０及びコンタクト層３４をそれぞれ
ストライプ状に形成する。複数の第一電極３０及び複数
のコンタクト層３４をくし歯状に所定間隔で離間配置
し、平面的に見て、相対応する第一電極及びコンタクト
層３４を重ね合わせるように設ける。第一電極３０及び
コンタクト層３４を設けていない領域を光入射領域３６
とし、この領域３６から光電変換層２２へ光を入射する
ことにより、光電変換層２２で電子及び正孔を生成させ
る。また第二電極３２を、基板２６の他方の基板面２６
ｂ上にその全面にわたって設ける。尚、光入射領域３６
の窓層２８上には反射防止膜３８を設ける。

【００１９】図２〜図５はこの実施例の作成方法の一例
の説明に供する工程図であって、これら工程図は、図１
の断面に対応する断面を示す。

【００２０】まず、ｎ⁺ −ＧａＡｓ基板２６を用意し
（図２（Ａ））、その（１００）基板面２６ａ上に、減
圧ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ半導体層２２ａを
成長させる（図２（Ｂ））。この際、原料ガスをトリメ
チルガリウム（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ及びアルシンＡｓＨ₃ 、
ドーパントガスをジシランＳｉ₂ Ｈ₆ 、キャリアガスを
水素Ｈ₂ 及び成膜室内の圧力を１００Ｔｏｒｒとして、
キャリア密度２×１０¹⁷ｃｍ^-3及び膜厚３μｍのｎ−Ｇ
ａＡｓ半導体層２２ａを成長させる。

【００２１】次に、半導体微結晶２４を設ける半導体層
ｄを複数の分割層に分割し、分割層と半導体微結晶２４
とを交互に形成して、半導体微結晶２４を埋め込んだ半
導体層ｄを形成する。

【００２２】ここでは半導体層ｄはｉ−ＧａＡｓ半導体
層２２ｂであって、この半導体層２２ｂを５個の分割層
２２ｂ１〜２２ｂ５に分割するものとする。そしてまず
第一層目のｉ−ＧａＡｓ分割層２２ｂ１を、減圧ＭＯＣ
ＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ半導体層２２ａ上に成長さ
せる（図２（Ｃ））。この際、ドーパントガスは用いず
に、原料ガスをトリメチルガリウム（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ及
びアルシンＡｓＨ₃ 、キャリアガスを水素Ｈ₂ 、及び成
膜室内の圧力を１００Ｔｏｒｒとして、膜厚５００Å
（＝５０ｎｍ）のｉ−ＧａＡｓ（アンドープＧａＡｓ）
分割層２２ｂ１を成長させる。

【００２３】次いでｉ−ＧａＡｓ分割層２２ｂ１上に、
減圧ＭＯＣＶＤ法により、ｉ−ＧａＰ半導体微結晶２４
を形成する（図３（Ａ））。この際、ドーパントガスは
用いずに、原料ガスをトリメチルガリウム（ＣＨ₃ ）₃
Ｇａ及びホスフィンＰＨ₃ 、キャリアガスを水素Ｈ₂ 、
及び成膜室内の圧力を１００Ｔｏｒｒとして、高さがほ
ぼ２００Å（＝２０ｎｍ）のｉ−ＧａＰ（アンドープＧ
ａＰ）半導体微結晶２４を形成する。

【００２４】ＧａＰとＧａＡｓとの間には約４％の格子
不整合が存在するので、ＧａＡｓ上にＧａＰを結晶成長
させると、ＧａＰはＧａＡｓ上に島状に散在して積層す
る。ここでは、このような現象を利用してｉ−ＧａＡｓ
半導体微結晶２４を形成するものであって、この結果、
ｉ−ＧａＡｓ分割層２２ｂ１上に島状に散在する複数の
ｉ−ＧａＡｓ半導体微結晶２４を、得ることができる。
半導体微結晶２４の大きさは結晶成長速度や基板温度に
依存し、従って結晶成長速度及び又は基板温度を制御す
ることにより、半導体微結晶の大きさ例えば高さを１０
〜２００ｎｍの範囲内の任意好適な高さに制御できる。

【００２５】また基板温度を制御することにより、例え
ば基板温度を７００℃程度の比較的に低い温度とするこ
とにより、半導体微結晶２４のバンドギャップ中に深い
準位を形成できる。尚、ここでは、半導体微結晶２４を
不純物を添加していないアンドープ（ｉ型）の半導体微
結晶としているので、基板温度を制御することにより、
深い準位を形成するが、半導体微結晶２４をｎ型或はｐ
型の半導体層２２ａ或は２２ｂ中に形成する場合には、
半導体微結晶２４に不純物を添加することによっても、
深い準位を形成できる。

【００２６】以下同様にして、第二層目のｉ−ＧａＡｓ
分割層２２ｂ２、半導体微結晶２４、第三層目のｉ−Ｇ
ａＡｓ分割層２２ｂ３、半導体微結晶２４、第四層目の
ｉ−ＧａＡｓ分割層２２ｂ４、半導体微結晶２４及び第
五層目のｉ−ＧａＡｓ半導体層２２ｂ５を順次に形成す
る（図３（Ｂ）〜図３（Ｃ））。この結果、これら分割
層２２ｂ１〜２２ｂ５から成るｉ−ＧａＡｓ半導体層２
２ｂを得ると共に、これら分割層２２ｂ１〜２２ｂ５に
おいて隣接する分割層の間にそれぞれ半導体微結晶２４
を埋め込むことができる。

【００２７】次に、ｉ型半導体層２２ｂ上に、減圧ＭＯ
ＣＶＤ法により、ｐ⁺ −ＧａＡｓ半導体層２２ｃを形成
する（図４（Ａ））。この際、原料ガスをトリメチルガ
リウム（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ及びアルシンＡｓＨ₃ 、ドーパ
ントガスをジメチル亜鉛（ＣＨ₃ ）₂ Ｚｎ、キャリアガ
スを水素Ｈ₂ 及び成膜室内の圧力を１００Ｔｏｒｒとし
て、キャリア密度２×１０¹⁸ｃｍ^-3及び膜厚５０００Å
（＝５００ｎｍ）のｐ⁺ −ＧａＡｓ半導体層２２ｃを形
成する。この結果、ｎ−ＧａＡｓ半導体層２２ａ、ｉ−
ＧａＡｓ半導体層２２ｂ及びｐ⁺ −ＧａＡｓ半導体層２
２ｃから成る光電変換層２２を得る。

【００２８】次に、光電変換層２２上に、減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法により、ｐ⁺⁺−ＡｌＧａＡｓ窓層２８を形成する
（図４（Ｂ））。この際、原料ガスをトリメチルアルミ
ニウム（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ、トリメチルガリウム（ＣＨ
₃ ）₃ Ｇａ及びアルシンＡｓＨ₃、ドーパントガスをジ
メチル亜鉛（ＣＨ₃ ）₂ Ｚｎ、キャリアガスを水素Ｈ₂
及び成膜室内の圧力を１００Ｔｏｒｒとして、キャリア
密度２×１０¹⁸ｃｍ^-3及び膜厚２００Å（＝２０ｎｍ）
のｐ⁺⁺−ＡｌＧａＡｓ窓層２８を形成する。

【００２９】次に、ｐ⁺⁺−ＡｌＧａＡｓ窓層２８上に、
減圧ＭＯＣＶＤ法により、コンタクト層２４を形成する
ためのｐ⁺⁺−ＧａＡｓを成長させる。この際、原料ガス
をトリメチルガリウム（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ及びアルシンＡ
ｓＨ₃ 、ドーパントガスをジメチル亜鉛（ＣＨ₃ ）₂ Ｚ
ｎ、キャリアガスを水素Ｈ₂ 及び成膜室内の圧力を１０
０Ｔｏｒｒとして、キャリア密度２×１０¹⁹ｃｍ^-3及び
膜厚２０００Å（＝２００ｎｍ）のｐ⁺⁺−ＧａＡｓを形
成する。然る後、このｐ⁺⁺−ＧａＡｓをエッチングし
て、光入射領域３６の窓層２８を露出させると共に第一
電極形成領域にストライプ状のｐ⁺⁺−ＧａＡｓコンタク
ト層２４を得る（図４（Ｃ））。

【００３０】次に、ストライプ状のコンタクト層２４上
に電極材料を堆積し、然る後、この電極材料をエッチン
グして、コンタクト層２４上にストライプ状の第一電極
３０を形成する。さらに基板２６の他方の基板面２６ｂ
上に電極材料を堆積して、第二電極３２を形成する（図
５（Ａ））。

【００３１】次に、光入射領域３６の窓層２８上に反射
防止膜３８を形成して、この実施例の太陽電池２０を完
成する（図５（Ｂ））。

【００３２】図６はこの実施例の光電変換層２２及び半
導体微結晶２４についてのバンド構造を概念的に示す図
である。図６にあっては、基板面２６ａの法線方向Ａに
おける距離をＸ軸に、ポテンシャルエネルギーをＥ軸に
取り、光電変換層２２及び半導体微結晶２４におけるエ
ネルギー分布Ｅ_V と光電変換層２２及び半導体微結晶２
４におけるエネルギー分布Ｅ_C とをそれぞれ、一次元的
に示す。Ｅ_V は価電子帯頂上におけるポテンシャルエネ
ルギーの分布及びＥ_C は伝導帯底におけるポテンシャル
エネルギーの分布を表す。また図７はこの実施例の光電
変換層２２及び半導体微結晶２４についてのバンド構造
を、二次元的に示すモデル図である。図７にあっては、
図６と同様のＸ軸及びＥ軸を定めると共に基板面２６ａ
に平行な方向Ｂにおける距離をＹ軸に取り、光電変換層
２２及び半導体微結晶２４におけるエネルギー分布Ｅ_V
と光電変換層２２及び半導体微結晶２４におけるエネル
ギー分布Ｅ_C とをそれぞれ、二次元的に示す。

【００３３】図６及び図７にも示すように、この実施例
においては、複数の半導体微結晶２４が、半導体層２２
ｂ中に埋め込まれて島状に散在する。これら半導体微結
晶２４のバンドギャップｇ１はそれぞれ、接する半導体
層２２ｂのバンドギャップｇ２よりも大きい。しかもこ
れら半導体微結晶２４はそれぞれ、そのバンドギャップ
ｇ１中に深い準位４０を有する。

【００３４】一方、光電変換層２２に光を入射すると、
光電変換層２２を構成する各半導体層２２ａ〜２２ｃ及
び半導体微結晶２４中において、光吸収により電子、正
孔が生成される。

【００３５】半導体微結晶２４は半導体層２２ｂ中に島
状に散在するので、これら電子、正孔はそれぞれ、島状
に散在する半導体微結晶２４の間の間隙を通り抜けるよ
うにして、容易に、電極３２、３４に到達することがで
きる。しかも半導体微結晶２４のバンドギャップｇ１
は、半導体層２２ｂのバンドギャップｇ２よりも大きい
ので、これら電子、正孔が半導体微結晶２４中に捕獲さ
れることは殆どない。これがため光電流に寄与する電
子、正孔が大幅に増加し、光電変換効率を向上すること
ができる。

【００３６】さらに半導体微結晶２４においては、深い
準位４０を介して、光吸収が発生し従って電子、正孔が
生成される。この光吸収により電子、正孔を生成できる
光の波長（以下、光吸収波長）は、深い準位４０のエネ
ルギーＥ１と半導体微結晶２４の価電子帯頂上における
エネルギーＥ_V との差Ｅ１−Ｅ_V に対応する波長、或
は、深い準位４０のエネルギーＥ１と半導体微結晶２４
の伝導帯底におけるエネルギーＥ_C との差Ｅ_C −Ｅ１に
対応する波長となる。或は、異なるエネルギーＥ１及び
Ｅ２（Ｅ１＞Ｅ２）を有する深い準位４０が半導体微結
晶２４中に存在すれば、これら深い準位４０間でのエネ
ルギー差Ｅ１−Ｅ２に対応する波長も、光吸収波長とな
る。

【００３７】従って半導体微結晶２４において、エネル
ギー差Ｅ１−Ｅ_V 、Ｅ_C −Ｅ１或はＥ１−Ｅ２を、光電
変換層２２の各半導体層２２ａ〜２２ｃのバンドギャッ
プよりも小さくすれば、半導体微結晶２４の光吸収波長
を、光電変換層２２の各半導体層２２ａ〜２２ｃの光吸
収波長よりも、長くすることができることが理解でき
る。半導体微結晶２４の光吸収波長を、光電変換層２２
の光吸収波長よりも長くするためには（半導体微結晶２
４の光吸収波長の範囲を広げるためには）、種々のエネ
ルギーを有する深い準位４０を多数形成する方が有利で
あり、このような種々の深い準位４０を形成することは
比較的に容易である。

【００３８】またこの実施例では、光電変換層２２をｐ
ｉｎ接合を形成する半導体２２ａ〜２２ｃから構成し、
この光電変換層２２のｉ型半導体層２２ｂのみに、半導
体微結晶２４を設ける。ｉ型半導体層２２ｂのみに半導
体微結晶２４を設けると、半導体微結晶２４を半導体層
２２ａ〜２２ｃにそれぞれ設ける場合よりも、光吸収に
より生成できる電子、正孔の量が減少する。しかしなが
ら、ｉ型半導体層２２ｂ中にはｐｉｎ接合に起因する電
界が存在し、この電界の加速作用により、次のような利
点が得られる。すなわち、半導体微結晶２４中で生成し
た電子、正孔が当該微結晶２４中に留まる時間を短縮で
きるという利点と、半導体微結晶２４の外部で生成した
電子、正孔が半導体微結晶２４を通過する時間を短縮で
きるという利点である。従ってこれらの利点により、電
子、正孔が半導体微結晶２４中の深い準位４０を介し再
結合する確率をより一層低減できる。すなわち電子、正
孔の再結合確率を低減するためには、ｉ型半導体層２２
のみに半導体微結晶２４を設けるのが有利である。

【００３９】以上の実施例に関わる考察とはほかに、こ
の出願の発明者等は、この発明に関して次に述べるよう
なことにも考え至った。第一に、半導体微結晶２４にお
ける電子、正孔の再結合確率をより効果的に低減するた
めには、半導体微結晶２４の大きさを、当該微結晶２４
において生じるキャリアの拡散長Ｌよりも小さな大きさ
例えば１ｎｍ〜２μｍ程度とするのが有利である。半導
体微結晶２４において少数キャリアが生じる場合にはこ
の少数キャリアの拡散長を拡散長Ｌとし、半導体微結晶
２４において生じる電子、正孔の量が等しい場合には拡
散長が電子よりも短い正孔の拡散長を拡散長Ｌとするの
が良い。このようにすることにより、半導体微結晶３４
中で発生した電子及び正孔が深い準位４０を介して再結
合する前に、これら電子、正孔を微結晶２４の外部へ拡
散させることができ、従って再結合確率を低減できる。

【００４０】第二に、半導体微結晶２４における電子、
正孔の再結合確率をより効果的に低減するためには、キ
ャリアすなわち電子或は正孔がトンネル効果により侵入
する領域の半導体微結晶２４表層を、深い準位４０の不
在領域とするのが有利である。このようにすれば半導体
微結晶２４の外部で生成した電子、正孔がトンネル効果
により半導体微結晶２４中に侵入したとしても、これら
電子、正孔の侵入領域には深い準位４０が存在せず、従
ってこれら電子、正孔が深い準位４０に捕獲されて再結
合するのを防ぐことができるからである。深い準位４０
の不在領域を、例えば、半導体微結晶２４及びこれに接
する半導体層２２ｂの界面位置から、半導体微結晶２４
中心へ向けて１〜５０ｎｍ離間した位置までの間の領域
を、深い準位４０の不在領域とすれば良い。

【００４１】この発明は上述した実施例にのみ限定され
るものではなく、従って各構成成分の形状、寸法、形成
材料、形成方法、配設位置、配設個数、構成、導電型及
びそのほかを、この発明の趣旨の範囲内において任意好
適に変更できる。

【００４２】例えば上述した実施例において、光電変換
層２２を構成する半導体層２２ａ〜２２ｃのなかから選
択した任意好適に選択した１個の半導体層のみに、半導
体微結晶２４を設け、或は半導体層２２ａ〜２２ｃのな
かから任意好適に選択した２個の半導体層のみに、半導
体微結晶２４を設け、或は半導体層２２ａ〜２２ｃの全
てに半導体微結晶２４を設けるようにしても良い。

【００４３】また光電変換層２２をｐｎ接合を形成する
ｐ型半導体層及びｎ型半導体層から構成しても良い。こ
の場合、光電変換層２２を構成するｐ型及びｎ型半導体
層の一方のみに半導体微結晶２４を設けるようにしても
良いし、これらｐ型及びｎ型半導体層の双方に半導体微
結晶２４を設けるようにしても良い。

【００４４】また半導体微結晶２４の形状は、粒状、線
状、面状そのほかの任意好適な形状とすることができ
る。例えば線状の半導体微結晶２４を形成する場合に
は、次のようにすれば良い。すなわち分数超格子を作成
する場合と同様に、基板面２６ａを（１００）面から少
し傾いた例えば２〜５°傾いた面方位を有する基板面と
し、ｉ−ＧａＰ半導体微結晶２４とｉ−ＧａＡｓ分割層
２２ｂ１〜２２ｂ５とを１／２原子層ずつ結晶成長する
と線状のｉ−ＧａＰ半導体微結晶２４を形成できる。

【００４５】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の太陽電池によれば、光電変換層を構成する半導
体層であって半導体微結晶と接する半導体層のバンドギ
ャップよりも、半導体微結晶のバンドギャップを大きく
するので、光電変換層及び又は半導体微結晶中で生成さ
れた電子、正孔の再結合確率を低減できると共に、これ
ら電子、正孔がその取り出しのための電極に到達し易く
成る。その結果、光電流に寄与する電子及び正孔を増加
させることができるので、光電変換効率を高めることが
できる。

【００４６】しかも半導体微結晶は、当該微結晶のバン
ドギャップ中に深い準位を有するので、光吸収により電
子、正孔を生成できる光の波長範囲を、広げることがで
きる。

【００４７】これがためこの発明によれば、光電変換効
率が高く、しかも電子、正孔を生成できる光の波長範囲
が広い太陽電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成を概略的に示す断面
図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は実施例の作成工程の一例を示
す断面図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は実施例の作成工程の一例を示
す断面図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は実施例の作成工程の一例を示
す断面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｂ）は実施例の作成工程の一例を示
す断面図である。

【図６】実施例の光電変換層及び半導体微結晶について
のバンド構造を概念的に示す図である。

【図７】実施例の光電変換層及び半導体微結晶について
のバンド構造を概念的に示すモデル図である。

【図８】従来の光電変換層についてのバンド構造を概念
的に示す図である。

【図９】従来の光電変換層についてのバンド構造を概念
的に示すモデル図である。

【符号の説明】

２０：太陽電池２２：光電変換層２２ａ：ｎ型半導体層２２ｂ：ｉ型半導体層（アンドープ半導体層）２２ｃ：ｐ型半導体層２４：半導体微結晶３０、３２：キャリア取出し用の電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山岸長保東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を形成する半導
体層から成る光電変換層と、該光電変換層中に島状に散
在させて設けた半導体微結晶とを備え、前記半導体微結晶は、当該微結晶と接する半導体層より
も大きなバンドギャップを有し、かつ、該バンドギャッ
プ中に深い準位を有して成ることを特徴とする太陽電
池。
【請求項２】請求項１記載の太陽電池において、ｐｉｎ接合を形成する半導体層から成る光電変換層の、
ｉ型半導体層のみに、半導体微結晶を設けて成ることを
特徴とする太陽電池。
【請求項３】請求項１記載の太陽電池において、半導体微結晶の大きさを、当該微結晶中に生じる少数キ
ャリアの拡散長よりも小さくして成ることを特徴とする
太陽電池。
【請求項４】請求項１記載の太陽電池において、トンネル効果によりキャリアが侵入する領域の半導体微
結晶表層を、深い準位の不在領域として成ることを特徴
とする太陽電池。
【請求項５】請求項１記載の太陽電池において、半導体微結晶の導電型を、当該微結晶と接する半導体層
の導電型と同一として成ることを特徴とする太陽電池。