JPH08204222A - Light receiving element - Google Patents
Light receiving elementInfo
- Publication number
- JPH08204222A JPH08204222A JP7027359A JP2735995A JPH08204222A JP H08204222 A JPH08204222 A JP H08204222A JP 7027359 A JP7027359 A JP 7027359A JP 2735995 A JP2735995 A JP 2735995A JP H08204222 A JPH08204222 A JP H08204222A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conversion layer
- layer
- wavelength
- solar cell
- receiving element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
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
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、受光素子に関し、詳
しくは、光電変換効率を向上することができるような太
陽電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light receiving element, and more particularly to a solar cell capable of improving photoelectric conversion efficiency.
【０００２】[0002]
【従来の技術】太陽エネルギーの利用は各分野で研究さ
れ、その有力なものとして受光素子の１つである半導体
装置を応用した太陽電池がある。しかし、その変換効率
は、現段階で最も効率の高い半導体装置を応用した太陽
電池でも上限で１５％程度でしかない。太陽電池が将来
のエネルギーとして、化石エネルギーに換わるには、現
在の１．５倍から２倍程の効率を持つ必要がある。2. Description of the Related Art Utilization of solar energy has been studied in various fields, and one of the promising ones is a solar cell to which a semiconductor device which is one of light receiving elements is applied. However, the conversion efficiency is only about 15% at the upper limit even in the solar cell to which the most efficient semiconductor device is applied at this stage. In order for solar cells to replace fossil energy as future energy, it is necessary to have an efficiency that is about 1.5 to 2 times the current efficiency.
【０００３】このように大きな効率は、今までの起電力
のメカニズムでは達成できる可能性は少ない。そこで、
新しい構造の太陽電池の開発が行われている。しかし、
半導体が材質やエネルギーギャップから考えて太陽電池
として最も有力な材料であることには変わりないが、単
純なエネルギーギャップ間の遷移を利用するだけでは、
発生するキャリアが少ないので限界がある。Such a large efficiency is unlikely to be achieved by the electromotive force mechanism so far. Therefore,
A solar cell with a new structure is being developed. But,
Considering the material and energy gap, semiconductors are still the most promising materials for solar cells, but by simply using the transition between energy gaps,
There is a limit because there are few carriers generated.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】シリコンを主体として
金属イオンなどの不純物をドープし、適切なエネルギー
ギャップを形成してキャリアを増加させることが検討さ
れているが、安易に金属イオンを使うと、それらがトラ
ップレベルとして働き、かえってキャリアを減少させる
ことになる問題が生じる。It has been studied to dope impurities such as metal ions mainly with silicon to form an appropriate energy gap to increase carriers. However, if metal ions are used easily, There arises a problem that they act as a trap level and rather reduce carriers.
【０００５】さて、半導体を利用した太陽電池は、主と
して、６００ｎｍ以上の太陽光の長波長光を吸収して電
流に変換する。短波長を吸収しても、そのエネルギーの
大部分が熱損失として失われる。しかし、発電効率を向
上させるためには、エネルギーの高い短波長も利用しな
ければ難しい。そのために、禁止帯の異なるＰ−ｉ−ｎ
構造のアモルファス光電変換層を、例えば、３層に積層
した積層型の太陽電池が提案されている。しかし、積層
形態にしても、短波長の光は途中で吸収されやすく、理
論値よりも低い、１０％程度の変換効率しか得られない
のが現状である。この発明の目的は、このような従来技
術の問題点を解決するものであって、希土類イオンの光
活性化特性に着目し、光エネルギーを波長変換して光電
変換部に伝送することにより高効率の受光素子を提供す
ることにある。この発明の他の目的は、前記のような従
来技術の問題点を解決するものであって、希土類イオン
の光活性化特性に着目し、光エネルギーを波長変換して
光電変換部に伝送することにより高効率の太陽電池受光
素子を提供することにある。A solar cell using a semiconductor mainly absorbs long-wavelength light of sunlight having a wavelength of 600 nm or more and converts it into an electric current. Even if a short wavelength is absorbed, most of the energy is lost as heat loss. However, in order to improve power generation efficiency, it is difficult to use short wavelengths with high energy. Therefore, P-i-n with different forbidden zones
For example, a stacked solar cell in which an amorphous photoelectric conversion layer having a structure is stacked in three layers has been proposed. However, even in the laminated structure, light having a short wavelength is likely to be absorbed on the way and only a conversion efficiency of about 10%, which is lower than the theoretical value, can be obtained. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, paying attention to the photoactivation property of rare earth ions, and converting light energy into a wavelength and transmitting it to a photoelectric conversion unit to achieve high efficiency. It is to provide a light receiving element. Another object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and paying attention to the photoactivating property of rare earth ions, converting the light energy into a wavelength and transmitting it to the photoelectric conversion unit. To provide a highly efficient solar cell light receiving element.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の受光素子の特徴は、受光光の波長のうち短
波長の一部をそれより長い波長に変換する、希土類金属
が表面から底部まで分散してドープされた波長変換層が
光電変換層の手前に設けられているものである。The feature of the light receiving element of the present invention which achieves such an object is that a rare earth metal from the surface converts a part of the short wavelength of the received light into a longer wavelength. The wavelength conversion layer dispersed and doped to the bottom is provided in front of the photoelectric conversion layer.
【０００７】[0007]
【作用】現在のシリコン太陽電池の分光感度特性のピー
ク波長は、アモルファスシリコンで６００ｎｍ、単結晶
シリコンで８００ｎｍ前後である。一方、太陽光のスペ
クトルのピーク波長は５５０ｎｍ前後であって、これら
の間には大きな違いがある。そこで、シリコン半導体を
利用した太陽電池では、太陽光のうちそのピーク波長か
ら遠く離れた、エネルギーの高い短波長成分は、ほとん
ど変換に寄与していない。太陽光の受光過程で太陽光の
短波長成分のエネルギーをシリコン太陽電池のピーク波
長側にできるだけ近づけることができれば、短波長側の
エネルギーを光電変換に利用することが可能になり、効
率向上が期待できる。The peak wavelength of the spectral sensitivity characteristic of the current silicon solar cell is about 600 nm for amorphous silicon and about 800 nm for single crystal silicon. On the other hand, the peak wavelength of the spectrum of sunlight is around 550 nm, and there is a large difference between them. Therefore, in a solar cell using a silicon semiconductor, a short-wavelength component of sunlight having a high energy, which is far from its peak wavelength, hardly contributes to conversion. If the energy of the short wavelength component of the sunlight can be made as close as possible to the peak wavelength side of the silicon solar cell in the process of receiving sunlight, the energy on the short wavelength side can be used for photoelectric conversion, and improvement of efficiency is expected. it can.
【０００８】そこで、発明者等は、トラップとして作用
しない希土類金属をドープ材料として利用することにし
た。太陽電池の表面に蒸着されている無反射膜に、希土
類金属をドーブして熱拡散することによって光電変換層
を形成してみたが、実際に実験されたモデルにおいては
使用不可能であった。それは、希土類金属の重いイオン
をドープして熱拡散させても１００Å程度の層しか形成
できないからであり、かつ、表面層あるいはその近傍の
層では、その製造過程で希土類金属の一部が飛散してし
まうからである。しかも、イオンを深い層まで打ち込む
ことは難しい。しかし、先の考えを立証するために、発
明者等は、次に、Ｅｕの仕込み濃度を０．０１から２．
０ｍｏｌ％とした単結晶をブリジマン−ストックバーガ
ー法で製作し、直径８ｍｍ，厚さ１ｍｍのディスクにそ
ろえて、結晶の表面を鏡面研磨して測定試料とした。そ
して、キセノンランプ（１５０Ｗ、ＤＳＢ１５０、ウシ
オ電機製）を使った太陽光シミューレーターからの光
を、水晶レンズを通して集光させ、水晶のハーフミラー
を通してその一部をフォトダイオード（フィルターを内
蔵した４００から８００ｎｍまで平坦な分光感度を持た
せたもの）に入射させてそれをモニターした。さらに、
残りを太陽電池へと照射させた。照射光は、光ビームの
一様性を保つためにマスク孔（直径５ｍｍ）を通してサ
ンプルに導き、その後ろに５ｍｍ程の間隔をおいて太陽
電池を配置した。Therefore, the inventors decided to use a rare earth metal that does not function as a trap as a doping material. We tried to form a photoelectric conversion layer by diffusing a rare earth metal on a non-reflective film deposited on the surface of a solar cell and thermally diffusing it, but it was unusable in a model actually tested. This is because even if a heavy ion of rare earth metal is doped and thermally diffused, only a layer of about 100Å can be formed, and in the surface layer or a layer in the vicinity thereof, a part of the rare earth metal is scattered during the manufacturing process. This is because it will end up. Moreover, it is difficult to implant ions into deep layers. However, in order to substantiate the above idea, the inventors next set the Eu concentration to 0.01 to 2.
A single crystal of 0 mol% was produced by the Bridgman-Stockberger method, aligned on a disk having a diameter of 8 mm and a thickness of 1 mm, and the surface of the crystal was mirror-polished to obtain a measurement sample. Then, the light from the sunlight simulator using a xenon lamp (150W, DSB150, manufactured by Ushio Inc.) is condensed through a crystal lens, and a part of the light is passed through a crystal half mirror to form a photodiode (400 with a built-in filter) To 800 nm (having a flat spectral sensitivity) and monitored it. further,
The rest was irradiated onto a solar cell. Irradiation light was guided to the sample through a mask hole (diameter: 5 mm) in order to maintain the uniformity of the light beam, and a solar cell was placed behind the sample with a space of about 5 mm.
【０００９】起電力は、太陽電池の電極から引き出した
リード線の間の抵抗にかかる電圧を自乗し負荷抵抗値で
割った値として簡易的に扱った。変換効率は、接続する
負荷の大きさによって変化するので、可変抵抗を使って
最大の出力電圧を与えた時の負荷に固定した。さらに太
陽電池の受ける照度によっても変換効率は依存するの
で、起電力の測定ごとに太陽電池受光面での照度を照度
計（ＳＰＩ−６Ａ、東京光学機械製）で測定したとこ
ろ、図４に示されるように、Ｅｕ2+のイオン濃度が０．
０１〜０．１ｍｏｌ％の範囲で太陽電池での効率が１以
上となり、向上することが確認された。これにより先の
考え方が有効であることが分かった。しかも、Ｅｕのド
ープ量は、０．０５ｍｏｌ％が適切であることも分かっ
た。なお、この場合、変換効率１は、Ｅｕ2+を含んでい
ないサンプルを介在させたときに得られた前記の負荷の
電圧値を基準としている。この実験では、厚さ１ｍｍの
サンプルを太陽電池の表面に設ければよいことになる。
しかし、それでは量産には適さないし、実用化が難し
い。そこで、波長変換層を前記のように表面付近ではな
く、より深い層まで層状にほぼ均一に分散させ、希土類
錯体層を形成することを考えた。The electromotive force was simply treated as a value obtained by squaring the voltage applied to the resistance between the lead wires drawn from the electrodes of the solar cell and dividing the result by the load resistance value. The conversion efficiency changes depending on the size of the connected load, so we fixed it to the load when the maximum output voltage was applied using a variable resistor. Furthermore, since the conversion efficiency also depends on the illuminance received by the solar cell, the illuminance on the solar cell light-receiving surface was measured with an illuminometer (SPI-6A, manufactured by Tokyo Optical Machinery) every time the electromotive force was measured. as the ion concentration of Eu 2+ is 0.
It was confirmed that the efficiency in the solar cell was 1 or more in the range of 01 to 0.1 mol% and was improved. This proves that the above idea is effective. Moreover, it was also found that the appropriate doping amount of Eu is 0.05 mol%. In this case, the conversion efficiency 1 is based on the voltage value of the load obtained when a sample not containing Eu 2+ is interposed. In this experiment, a sample having a thickness of 1 mm should be provided on the surface of the solar cell.
However, it is not suitable for mass production, and practical application is difficult. Therefore, it was considered to form the rare earth complex layer by dispersing the wavelength conversion layer not only near the surface as described above but also in a deeper layer in a layered manner.
【００１０】これは、例えば、０．１μｍ程度の無反射
層を形成してＥｕ2+をドープし、この０．１μｍ程度の
層の形成とＥｕ2+のドープとを交互に繰り返して、最後
に表面に無反射層を形成して１μｍから１０μｍ程度の
変換層とする。その後、Ｅｕ2+を熱拡散することにより
Ｅｕ2+が内部に層状にほぼ均一に分散された波長変換層
を形成する。この場合、表面側にＥｕ2+をドープしない
無反射層の領域が最後に形成されているので、熱拡散し
たときにもＥｕ2+が表面からの飛散することはほとんど
ない。[0010] This is, for example, by forming a non-reflective layer of approximately 0.1μm doped Eu 2+, repeat the dope formation and Eu 2+ of 0.1μm order of layers alternately, finally A non-reflective layer is formed on the surface to form a conversion layer of about 1 μm to 10 μm. After that, Eu 2+ is thermally diffused to form a wavelength conversion layer in which Eu 2+ is dispersed in a layered manner substantially uniformly. In this case, the area of nonreflective layer not doped with Eu 2+ in the surface side because it is formed last, hardly Eu 2+ is scattered from the surface even when the thermal diffusion.
【００１１】これにより、波長変換層で、エネルギーの
高いフォトンの持つ短波長領域の光を希土類イオンに一
旦吸収させて、長波長側で発光させることができ、この
変換層での発光光をシリコンに効率よく吸収させ多量の
キャリアを励起して高効率で光電変換を行うことができ
る。その結果、全体として従来の太陽電池の変換効率を
上げることができる。なお、先の説明では太陽電池を中
心にしているが、前記のような作用は、原理からして太
陽電池に限定されるものではなく、各種の光電導素子や
ホトトランジスタ、ホトダイオードなどの受光素子にも
適用できる。As a result, in the wavelength conversion layer, the light in the short wavelength region possessed by the photons having high energy can be once absorbed by the rare earth ion and emitted on the long wavelength side, and the light emitted from this conversion layer is converted into silicon. Can be efficiently absorbed and a large amount of carriers can be excited to perform photoelectric conversion with high efficiency. As a result, the conversion efficiency of the conventional solar cell can be improved as a whole. In the above description, the solar cell is mainly used, but the operation as described above is not limited to the solar cell in principle, and various photoconductive elements, phototransistors, light receiving elements such as photodiodes, etc. Can also be applied to.
【００１２】[0012]
【実施例】図１は、この発明の受光素子を太陽電池に適
用した場合の一実施例の拡大断面図、図２は、波長変換
層の波長変換特性の説明図、図３は、その製造方法を説
明するための主要各工程の断面図である。図１におい
て、１０は、太陽電池であり、２は、セラミックス等の
基板上１に形成されたＰ−ｉ−ｎ構造の太陽電池層（ア
モルファスシリコン太陽電池として光電変換層）であっ
て、２ａがそのアモルファスシリコン膜であり、２ｂが
その表面側に設けられた透明電極であり、２ｃが表面側
へと光を反射させる金属裏面電極である。これら電極２
ｂ，２ｃは、外部に接続されて、これら電極を介して光
電変換された電流が取り出される。３は、太陽電池層２
の上に形成された波長変換層であって、Ｅｕ2+が０．０
５ｍｏｌ％程度ドーブされたＣａＦ2 層である。この層
は、その厚さが１μｍ〜十数μｍであって、複数回形成
された多層の無反射膜になっている。なお、アモルファ
スシリコン膜２ａは、禁止帯の異なった半導体層を積層
した多層型のものであってもよい。FIG. 1 is an enlarged sectional view of an embodiment in which the light receiving element of the present invention is applied to a solar cell, FIG. 2 is an explanatory view of wavelength conversion characteristics of a wavelength conversion layer, and FIG. 3 is its manufacture. It is sectional drawing of each main process for explaining a method. In FIG. 1, 10 is a solar cell, 2 is a solar cell layer of a P-i-n structure (a photoelectric conversion layer as an amorphous silicon solar cell) formed on a substrate 1 of ceramics or the like, and 2a Is an amorphous silicon film, 2b is a transparent electrode provided on the front surface side, and 2c is a metal back surface electrode that reflects light to the front surface side. These electrodes 2
b and 2c are connected to the outside, and the photoelectrically converted current is taken out through these electrodes. 3 is a solar cell layer 2
A wavelength conversion layer formed on the surface of Eu 2+ of 0.0
It is a CaF 2 layer that has been doped with about 5 mol%. This layer has a thickness of 1 μm to several tens of μm and is a multilayer antireflection film formed a plurality of times. The amorphous silicon film 2a may be of a multi-layer type in which semiconductor layers having different forbidden bands are laminated.
【００１３】前記したように、波長変換層３は、Ｅｕ2+
がドープされたＣａＦ2 の層が多数積層されて形成され
た層である。太陽電池層２の手前にこのような比較的薄
い層状にほぼ均一にＥｕ2+が分散した希土類錯体層を有
する波長変換層３を設けることにより、太陽電池層２の
手前で短波長成分が長波長側に変換されて、発光光とし
て太陽電池層２に伝送される。すなわち、太陽光は、そ
の短波長成分の多くが直接波長変換層３で吸収される一
方、波長の長い成分が波長変換層３を通過して太陽電池
層２に到達して光電変換される。波長変換層３で吸収さ
れた光は、ここに形成されたエネルギーギャップに応じ
た波長の光となって太陽電池層２に放出される。この放
出される光は、表面側にも向かうが、吸収された光エネ
ルギーの多くが太陽電池層２に供給され、変換されるこ
とになる。ところで、ＣａＦ2 の層は、厚さが多少厚く
ても波長２００ｎｍ〜１０μｍ程度まで、ほぼ１００％
で透過させるので、ここでの光電変換対象となる長波長
の減衰はほとんどない。その結果、長波長に変換された
分の短波長のエネルギー分だけ、太陽電池層２における
変換効を向上させることができる。As described above, the wavelength conversion layer 3 is made of Eu 2+.
Is a layer formed by stacking a large number of doped CaF 2 layers. By providing the wavelength conversion layer 3 having the rare earth complex layer in which Eu 2+ is dispersed almost uniformly in such a relatively thin layer form in front of the solar cell layer 2, the short wavelength component is long before the solar cell layer 2. It is converted to the wavelength side and transmitted to the solar cell layer 2 as emitted light. That is, most of short wavelength components of sunlight are directly absorbed by the wavelength conversion layer 3, while long wavelength components pass through the wavelength conversion layer 3 to reach the solar cell layer 2 and undergo photoelectric conversion. The light absorbed by the wavelength conversion layer 3 becomes a light having a wavelength corresponding to the energy gap formed here, and is emitted to the solar cell layer 2. The emitted light goes to the surface side, but most of the absorbed light energy is supplied to the solar cell layer 2 and converted. By the way, the CaF 2 layer has a thickness of about 100% at a wavelength of about 200 nm to 10 μm even if the layer is thicker
Since the light is transmitted therethrough, there is almost no attenuation of long wavelengths, which is the object of photoelectric conversion here. As a result, the conversion effect in the solar cell layer 2 can be improved by the energy of the short wavelength converted into the long wavelength.
【００１４】このときの波長変換層３のピーク波長の変
換特性を示すのが図２である。これは、先に説明したキ
セノンランプを使った太陽光シミューレーターからの光
を前記のように０．１μｍ程度の無反射層を形成してＥ
ｕ2+をドープし、この０．１μｍ程度の層の形成とＥｕ
2+のドープとを１０回繰り返して１０層積層した層がガ
ラス基板上に形成してその光のピーク特性を測定したも
のである。点線で示す特性が、Ｅｕ2+をドープしていな
いｐｕｒｅなＣａＦ2 層のものであり、実線で示す特性
が、Ｅｕ2+をドープしたＣａＦ2 層であって、ＣＶＤ法
で形成した０．１μｍ程度のＣａＦ2 層に０．００５ｍ
ｏｌ％程度のＥｕ2+が注入されるように、ドーズ量を、
例えば、０．２６×１０15／ｃｍ2 から０．４２×１０
14／ｃｍ2 の範囲で選択して、加速エネルギー１００〜
２００ｋｅＶでこれを１０回繰り返した場合に得られた
特性である。FIG. 2 shows conversion characteristics of the peak wavelength of the wavelength conversion layer 3 at this time. This is because the light from the sunlight simulator using the xenon lamp described above is formed into a non-reflective layer of about 0.1 μm as described above.
u 2+ is doped to form a layer of about 0.1 μm and Eu
This is a measurement in which the peak characteristics of light are measured by forming a layer in which 10 layers are formed by repeating 2+ doping 10 times and forming the layer on a glass substrate. The characteristic indicated by the dotted line is that of a pure CaF 2 layer not doped with Eu 2+ , and the characteristic indicated by the solid line is that of a CaF 2 layer doped with Eu 2+ that is formed by the CVD method. 0.005m in CaF 2 layer of about 1μm
The dose amount is set so that Eu 2+ of about ol% is injected.
For example, 0.26 × 10 15 / cm 2 to 0.42 × 10
Select from the range of 14 / cm 2 and the acceleration energy is 100-
This is the characteristic obtained when this was repeated 10 times at 200 keV.
【００１５】点線で示すシミュレートされた太陽光のピ
ーク波長３７０ｎｍが４１０ｎｍ程度のピークの光に変
換されていることが分かる。この特性から理解できるよ
うに、点線で示すピークの面積より実線で示すピークの
面積が少し低下はしているが、Ｅｕ2+をドープすること
により波長のピークが点線の位置から実線の位置まで、
約１４０ｎｍ高い方にシフトしていることが分かる。実
際のサンプルにおいて波長変換層３を設けないものと、
設けたものとを比較した場合に、測定条件で多少の相違
があるものの、前記の構造のサンプルでは、約１.２５
倍程度の効率向上が認められた。It can be seen that the simulated peak wavelength of 370 nm of sunlight shown by the dotted line is converted into light having a peak wavelength of about 410 nm. As can be understood from this characteristic, the area of the peak shown by the solid line is slightly smaller than the area of the peak shown by the dotted line, but by doping with Eu 2+ , the wavelength peak is changed from the position of the dotted line to the position of the solid line. ,
It can be seen that the shift is higher by about 140 nm. In the actual sample, the wavelength conversion layer 3 is not provided,
When compared with the one provided, there is some difference in the measurement conditions, but in the sample of the above structure, about 1.25
The efficiency was about doubled.
【００１６】次に、太陽電池１０の製造方法について説
明する。まず、図３(a) に示すように、セラミックス等
の基板上１に、Ａｌ等をＰＶＤ法で堆積させて電極２ｃ
の層を形成して、この上に、例えば、Ｓi Ｈ4 などのホ
ストガスとドーパントガスの混合ガスにより、プラズマ
分解法により低温プロセスで厚さ１μｍ乃至数μｍ程度
のＰ−ｉ−ｎ構造の層を形成する。Next, a method of manufacturing the solar cell 10 will be described. First, as shown in FIG. 3 (a), an electrode 2c is formed by depositing Al or the like on a substrate 1 made of ceramics or the like by the PVD method.
Of a P-i-n structure having a thickness of about 1 μm to several μm by a low temperature process by a plasma decomposition method using a mixed gas of a host gas such as Si H 4 and a dopant gas. Form the layers.
【００１７】次に図３(b) に示すように、ＣＶＤ法によ
りＣａＦ2 を堆積させてＣａＦ2 層を形成する。このＣ
ａＦ2 層３に、(c) に示すように、Ｅｕ2+のイオンを打
ち込む（点線で示す）。次に、(d) に示すように、アニ
ール、例えば、８１０°Ｃ×１０ｍｉｎから９００°Ｃ
×５ｍｉｎ程度でアニールする。これらの(b) ，(c) ，
(d) の工程を複数回、例えば、１０回程度繰り返す。こ
のとき、最後に形成したＣａＦ2 層には、イオン打ち込
みをすることなく、すなわち、先の(c) ，(d) の工程を
飛ばして次ぎの工程に移る。これにより(f) に示すよう
に、表面にＥｕ2+の表面からの飛散を防止するガード層
３ａが形成される。ところで、先に、Ｅｕの仕込み濃度
を０．０１から２．０ｍｏｌ％とした単結晶のサンプル
で説明したように、ＣａＦ2 層の厚さは、ミリオーダで
もよいが、ＣＶＤ法で形成する場合には、時間がかかり
過ぎるので、この波長変換層の厚さは、０．１μｍ〜１
μｍ程度の厚さのものを繰り返して形成してトータルで
１μｍから十数μｍ程度の厚さとするのがよい。Next, as shown in FIG. 3B, CaF 2 is deposited by the CVD method to form a CaF 2 layer. This C
Eu 2+ ions are implanted into the aF 2 layer 3 as shown in (c) (shown by a dotted line). Next, as shown in (d), annealing, for example, 810 ° C. × 10 min to 900 ° C.
Anneal for about 5 minutes. These (b), (c),
The step (d) is repeated a plurality of times, for example, about 10 times. At this time, the CaF 2 layer formed last is not ion-implanted, that is, the previous steps (c) and (d) are skipped and the next step is performed. As a result, as shown in (f), the guard layer 3a for preventing the scattering of Eu 2+ from the surface is formed on the surface. By the way, as described above with reference to the single crystal sample in which the Eu concentration is 0.01 to 2.0 mol%, the thickness of the CaF 2 layer may be on the order of milliliters, but when it is formed by the CVD method, Takes too much time, the thickness of the wavelength conversion layer is 0.1 μm to 1 μm.
It is preferable that a film having a thickness of about μm is repeatedly formed to have a total thickness of about 1 μm to a dozen μm.
【００１８】次に、(e) に示すよに、Ｅｕ2+を上下方向
に熱拡散させて波長変換層３を形成する。なお、ガード
層３ａにも多少Ｅｕ2+が拡散されるが、表面側には拡散
されていないガード領域が残存する。そして、(f) に示
すように、前記透明電極２ｂの形成領域をレーザパター
ンニングあるいはエッジングなどにより波長変換層３の
下の太陽電池層２の表面まで電極形成溝を切り不要な部
分をマスクして電極２ｂを形成する。Next, as shown in (e), Eu 2+ is thermally diffused in the vertical direction to form the wavelength conversion layer 3. Although Eu 2+ is diffused to the guard layer 3a to some extent, a non-diffused guard region remains on the surface side. Then, as shown in (f), the electrode forming groove is cut to the surface of the solar cell layer 2 below the wavelength conversion layer 3 by masking the formation area of the transparent electrode 2b by laser patterning or edging. To form the electrode 2b.
【００１９】以上説明してきたが、実施例の波長変換層
は、Ｅｕを含んだＣa Ｆ2 の例を挙げているが、Ｃa Ｆ
2 に換えて無反射膜として利用される、Ｍg Ｆ2 やＳi
Ｏ，Ｓi Ｏ2 ，Ｓn Ｏ2 ，Ｔi Ｏ2 などが用いられても
よく、また、ドープ元素としてＣｅが用いられてもよ
い。Ｍg Ｆ2 やＳi Ｏ ，Ｓi Ｏ2 などは、Ｃa Ｆ2 と
似たイオン結晶材料であり、ＣｅはＥｕと同様な希土類
材料である。前記の光電変換層は、明細書の作用の項で
説明した原理に従って他の希土類金属元素をドープする
ことで、他の短波長の光を長波長に変換することが考え
られ、さらに、これらの波長変換層をタンデムに積層形
成すればさらに効率の向上が期待できる。また、実施例
では、アモルファスシリコン太陽電池を基本として説明
しているが、太陽電池の光電変換層は、ヘテロ接合太陽
電池やＧａＡｓ系の太陽電池の層として形成されてもよ
いことはもちろんである。また、基板は、ステンレス薄
板や高分子フィルムなどを用いることができる。さら
に、実施例は、太陽電池を例として説明しているが、太
陽電池の光電変換層は、ホトトランジスタやホトダイオ
ード等の光電変換層であってもよいことはもちろんであ
り、受光素子一般にこの発明は適用できる。As described above, in the wavelength conversion layer of the embodiment, an example of Ca F 2 containing Eu is given.
Instead of 2 is used as a non-reflection film, Mg F 2 and Si
O, Si O 2, Sn O 2, Ti O 2 may be is used like, may also Ce is used as the doping element. Mg F 2 and Si O And Si O 2 is an ion crystal material similar to Ca F 2, Ce is the same rare earth material and Eu. The photoelectric conversion layer is considered to convert other short-wavelength light into long-wavelength by doping with another rare earth metal element in accordance with the principle described in the section of action of the specification. If the wavelength conversion layers are stacked in tandem, further improvement in efficiency can be expected. Further, in the examples, the description is based on the amorphous silicon solar cell, but it goes without saying that the photoelectric conversion layer of the solar cell may be formed as a layer of a heterojunction solar cell or a GaAs solar cell. . Moreover, a stainless thin plate, a polymer film, or the like can be used as the substrate. Furthermore, although the embodiments have been described by taking a solar cell as an example, it is needless to say that the photoelectric conversion layer of the solar cell may be a photoelectric conversion layer such as a phototransistor or a photodiode. Is applicable.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明にあっては、波長変換層で、エネルギーの高いフォ
トンの持つ短波長領域の光を希土類イオンに一旦吸収さ
せて、長波長側で発光させることにより、この変換層で
の発光光を次の光電変換層で効率よく吸収させ多量のキ
ャリアを励起し、光電変換を行うことができる。その結
果、全体として、例えば、波長変換層を設けた太陽電池
等の光電変換素子の変換効率を向上させることができ
る。As can be understood from the above description, in the present invention, in the wavelength conversion layer, the light in the short wavelength region possessed by the photons having high energy is once absorbed by the rare earth ion, and the wavelength is increased on the long wavelength side. By emitting light, the light emitted from this conversion layer can be efficiently absorbed by the next photoelectric conversion layer to excite a large amount of carriers, and photoelectric conversion can be performed. As a result, for example, the conversion efficiency of a photoelectric conversion element such as a solar cell provided with a wavelength conversion layer can be improved as a whole.
【図１】図１は、この発明の受光素子を太陽電池に適用
した場合の一実施例の拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of an embodiment in which the light receiving element of the present invention is applied to a solar cell.
【図２】図２は、波長変換層の変換特性の説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram of conversion characteristics of a wavelength conversion layer.
【図３】図３は、その製造方法を説明するための主要各
工程の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of main steps for explaining the manufacturing method.
【図４】図４は、波長変換層による変換効率を説明する
説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the conversion efficiency of the wavelength conversion layer.
１…基板、２…太陽電池層（光電変換層）、２ａ…アモ
ルファスシリコン膜、２ｂ…透明電極、２ｃ…金属裏面
電極、３…波長変換層、１０…太陽電池。1 ... Substrate, 2 ... Solar cell layer (photoelectric conversion layer), 2a ... Amorphous silicon film, 2b ... Transparent electrode, 2c ... Metal back surface electrode, 3 ... Wavelength conversion layer, 10 ... Solar cell.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical indication location H01L 31/04
Claims (6)
り長い波長に変換する、希土類金属が表面から底部まで
分散してドープされた波長変換層が光電変換層の手前に
設けられている受光素子。1. A wavelength conversion layer doped with a rare earth metal dispersed from the surface to the bottom for converting a part of the short wavelength of the received light into a longer wavelength is provided in front of the photoelectric conversion layer. Light receiving element.
属を拡散させるときに表面側からの飛散を抑えるために
希土類金属がドープされない層が設けられている請求項
１記載の受光素子。2. The light receiving element according to claim 1, wherein a layer on which the rare earth metal is not doped is provided on the surface of the wavelength conversion layer in order to suppress scattering from the surface side when the rare earth metal is diffused.
電変換層であって、前記波長変換層はこのシリコン光電
変換層の上に設けられ、太陽電池として利用される請求
項１記載の受光素子。3. The light receiving element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer is an amorphous silicon photoelectric conversion layer, and the wavelength conversion layer is provided on the silicon photoelectric conversion layer and used as a solar cell.
２．０の範囲にある無反射膜に形成された希土類錯体層
である請求項３記載の受光素子4. The light receiving element according to claim 3, wherein the wavelength conversion layer is a rare earth complex layer formed on an antireflection film having a refractive index in the range of 1.4 to 2.0.
かである請求項４記載の受光素子。5. The light receiving element according to claim 4, wherein the rare earth metal is one of Eu and Ce.
回形成され、各層の形成と前記Ｅｕ2+のイオン注入とが
交互に繰り返され、前記Ｅｕ2+のトータルのドープ量が
０．０１から２．０ｍｏｌ％である請求項５記載の受光
素子。6. The wavelength conversion layer comprises a non-reflective film formed in multiple layers, and the formation of each layer and the ion implantation of Eu 2+ are alternately repeated to obtain a total doping amount of Eu 2+. The light receiving element according to claim 5, wherein the content is 0.01 to 2.0 mol%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02735995A JP3698215B2 (en) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | Light receiving element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02735995A JP3698215B2 (en) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | Light receiving element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08204222A true JPH08204222A (en) | 1996-08-09 |
| JP3698215B2 JP3698215B2 (en) | 2005-09-21 |
Family
ID=12218864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02735995A Expired - Fee Related JP3698215B2 (en) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | Light receiving element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3698215B2 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0993053A1 (en) * | 1998-10-09 | 2000-04-12 | STMicroelectronics S.r.l. | Infrared detector integrated with a waveguide and method of manufacturing |
| JP2006269373A (en) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Osaka Univ | Dye-sensitized solar cell |
| JP2009530837A (en) * | 2006-03-20 | 2009-08-27 | テヘニース ウニフェルシテイト アイントホーフェン | Device for converting electromagnetic radiant energy into electrical energy and method for manufacturing the device |
| JP2009542018A (en) * | 2006-06-29 | 2009-11-26 | シュミット テクノロジー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Silicon solar cells with lanthanoids that modify the spectrum and methods for their production |
| WO2011155614A1 (en) | 2010-06-11 | 2011-12-15 | 旭硝子株式会社 | Translucent laminate and solar cell module using same |
| JP2012054284A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Wavelength converting composition and photovoltaic device provided with layer made of the same |
| KR101133252B1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-04-05 | 한국에너지기술연구원 | Reflective barrier film for solar cell with high efficiency and durability, solar cell containing the same and method for manufacturing thereof |
| WO2012132137A1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-04 | 富士フイルム株式会社 | Wavelength conversion element and photoelectric conversion device |
| KR101283218B1 (en) * | 2011-10-19 | 2013-07-05 | 엘지이노텍 주식회사 | Solar cell module and preparing method of the same |
| JP2013229609A (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Changzhou Almaden Co Ltd | Solar photovoltaic-thermal system |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3252126B1 (en) | 2015-01-28 | 2021-01-13 | NGK Insulators, Ltd. | Fine fluorescent particles, process for producing fine fluorescent particles, thin fluorescent film, wavelength conversion film, wavelength conversion device, and solar cell |
| WO2017022344A1 (en) | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 日本碍子株式会社 | Fine fluorescent-material particles, process for producing fine fluorescent-material particles, thin fluorescent-material film, wavelength conversion film, wavelength conversion device, and solar cell |
-
1995
- 1995-01-23 JP JP02735995A patent/JP3698215B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0993053A1 (en) * | 1998-10-09 | 2000-04-12 | STMicroelectronics S.r.l. | Infrared detector integrated with a waveguide and method of manufacturing |
| US6433399B1 (en) | 1998-10-09 | 2002-08-13 | Stmicroelectronics S.R.L. | Infrared detector device of semiconductor material and manufacturing process thereof |
| JP2006269373A (en) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Osaka Univ | Dye-sensitized solar cell |
| JP2009530837A (en) * | 2006-03-20 | 2009-08-27 | テヘニース ウニフェルシテイト アイントホーフェン | Device for converting electromagnetic radiant energy into electrical energy and method for manufacturing the device |
| JP2009542018A (en) * | 2006-06-29 | 2009-11-26 | シュミット テクノロジー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Silicon solar cells with lanthanoids that modify the spectrum and methods for their production |
| WO2011155614A1 (en) | 2010-06-11 | 2011-12-15 | 旭硝子株式会社 | Translucent laminate and solar cell module using same |
| JP2012054284A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Wavelength converting composition and photovoltaic device provided with layer made of the same |
| KR101133252B1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-04-05 | 한국에너지기술연구원 | Reflective barrier film for solar cell with high efficiency and durability, solar cell containing the same and method for manufacturing thereof |
| WO2012132137A1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-04 | 富士フイルム株式会社 | Wavelength conversion element and photoelectric conversion device |
| JP2012204605A (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Fujifilm Corp | Wavelength conversion element and photoelectric conversion device |
| KR101283218B1 (en) * | 2011-10-19 | 2013-07-05 | 엘지이노텍 주식회사 | Solar cell module and preparing method of the same |
| US20140246089A1 (en) * | 2011-10-19 | 2014-09-04 | Lg Innotek Co., Ltd. | Solar cell module and preparing method of the same |
| US9966482B2 (en) * | 2011-10-19 | 2018-05-08 | Lg Innotek Co., Ltd. | Solar cell module and preparing method of the same |
| JP2013229609A (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Changzhou Almaden Co Ltd | Solar photovoltaic-thermal system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3698215B2 (en) | 2005-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11227964B2 (en) | Luminescent solar concentrators and related methods of manufacturing | |
| US9214588B2 (en) | Wavelength sensitive sensor photodiodes | |
| US20050000566A1 (en) | Germanium solar cell and method for the production thereof | |
| US20090050201A1 (en) | Solar cell | |
| US6433399B1 (en) | Infrared detector device of semiconductor material and manufacturing process thereof | |
| JPH08204222A (en) | Light receiving element | |
| US20100288344A1 (en) | Methods and apparatus for wavelength conversion in solar cells and solar cell covers | |
| US20120132277A1 (en) | Photovoltaic device and method for making | |
| EP0735597B1 (en) | Silicon solar cell and fabrication method thereof | |
| US20120060918A1 (en) | Energy conversion device for photovoltaic cells | |
| US5449943A (en) | Visible and infrared indium antimonide (INSB) photodetector with non-flashing light receiving surface | |
| JP3006266B2 (en) | Solar cell element | |
| EP1999799B1 (en) | Device for converting electromagnetic radiation energy into electrical energy and method of manufacturing such a device | |
| Pau et al. | Response of ultra-low dislocation density GaN photodetectors in the near-and vacuum-ultraviolet | |
| JP2003078156A (en) | Thin film solar battery and light converging/reflecting element | |
| JP6411450B2 (en) | High efficiency photoelectric conversion device | |
| JP2011151068A (en) | Photoelectric converter | |
| JPS6155791B2 (en) | ||
| JP2003078151A (en) | Thin film solar battery | |
| JPS5825283A (en) | Photodetector | |
| US10566491B2 (en) | Solar cell using quantum dots and method of fabricating same | |
| JPH10125940A (en) | Photoelectric conversion element | |
| JP3202593B2 (en) | Amorphous silicon solar cell | |
| JPH06310741A (en) | Solar cell element | |
| JPS5861682A (en) | Semiconductor photodetecting element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041221 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050207 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050207 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050329 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050527 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050527 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050628 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050629 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110715 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |