JPH11284210A - 太陽電池および赤外光センサおよび熱電発電素子 - Google Patents

太陽電池および赤外光センサおよび熱電発電素子

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JPH11284210A
JPH11284210A JP10085446A JP8544698A JPH11284210A JP H11284210 A JPH11284210 A JP H11284210A JP 10085446 A JP10085446 A JP 10085446A JP 8544698 A JP8544698 A JP 8544698A JP H11284210 A JPH11284210 A JP H11284210A
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JP
Japan
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solar cell
material containing
electrode
buffer layer
substrate
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JP10085446A
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English (en)
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Kiyoshi Miyake
潔 三宅
Takeya Ohashi
健也 大橋
Masatoshi Wakagi
政利 若木
Kenichi Kizawa
賢一 鬼沢
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】金属部材上に作製し、極めて簡単な構造で、安
価な太陽電池,赤外光センサ,熱電発電素子の構造を提
供する。 【解決手段】金属部材の基板上にバッファ層を配置し、
その上にp型β−FeSi2層を1つの電極として配置さ
せることを特徴とする太陽電池,赤外光センサ,熱電発
電素子の構造。基板として曲面への加工が容易な金属部
材を使用し、その上に、基板との剥離が少なく、かつ、
拡散混合しにくい、厚さ5nm〜100μmの範囲内の
金属あるいは絶縁物からなるバッファ層を配置し、その
上に光導電性を有するp型β−FeSi層を1つの電
極として配置させるショットキー接合を作る構造、ある
いは、p−n接合を作る構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光エネルギを
電気エネルギに変換するための太陽電池、および、物体
が放射する赤外線を検知するための赤外光センサ、およ
び、自動車エンジンや製鉄所、あるいは、ゴミ焼却場な
どにおいて発生する熱エネルギを電気エネルギに変換す
る熱電発電素子の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽電池の構造は、吉見雅士,鈴
木孝之,中島昭彦,山本憲治,平成7年第56回応用物
理学会学術講演会講演予稿集,No.2,講演番号27p
−S−9,639頁、あるいは、西田誠,山嵜一郎,岡
本論,小松雄爾,兼岩実,南森孝幸,平成7年第56回
応用物理学会学術講演会講演予稿集,No,2,講演番号
27p−S−10,639頁中に示されているように、
ガラス基板や、シリコン結晶基板を用いて、その上に太
陽電池の受光部分を形成する構造が主流であった。
【0003】さらに赤外光検出素子、あるいは、赤外線
センサとしては、特開平2−260468号公報,特開平7−13
4066 号公報に開示されているが、いずれも単結晶シリ
コン基板上に素子を形成する構造である。
【0004】また、熱電発電素子としては、特開平7−1
30979 号公報中に記載されているようにシリコン基板を
用いる構造と、特開平5−21851号公報中に記載されてい
るように、基板を用いずに焼結法により素子を作製する
構造が主流であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の構造の太陽電池あるいは赤外光センサあるいは熱
電発電素子においては、高価なシリコン結晶やガラスを
基板として使用するために、全体として安価な素子を得
るのは難しかった。特にこれらの基板は通常平面板状で
作られているので、自動車のボディーのように曲面形状
の部材の上に素子を作製することは難しかった。
【0006】従って本発明の目的は、極めて簡単な構造
で、安価な太陽電池および赤外光センサおよび熱電発電
素子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、基板として
曲面への加工が容易な金属部材を使用し、その上に、基
板との剥離が少なく、かつ、拡散混合しにくい、厚さ5
nm〜100μmの範囲内の金属あるいは絶縁物からな
るバッファ層を配置し、その上に光導電性を有するp型
β−FeSi2 層を1つの電極として配置させるショッ
トキー接合を作る構造、あるいは、p−n接合を作る構
造とすることにより達成される。
【0008】本発明においては、材料コストが安く、か
つ、プレス加工などにより曲面加工が容易な金属部材上
に、バッファ層を介して、その上に直接、太陽電池ある
いは赤外光センサあるいは熱電発電素子となりうる光導
電性を有するβ−FeSi2電極層を作製する構造であ
るので、自動車・船体・建材・建築構造物・屋根瓦・窓
枠・屋根材料鋼鈑・自転車など、いかなる三次元形状の
物体の表面にも安価な太陽電池および赤外光センサおよ
び熱電発電素子を提供することが出来る。
【0009】
【発明の実施の形態】〔実施例その1〕図1は本発明の
基本原理を示した図である。
【0010】基板として、大きさ200mm角,厚さ20
0μmのFe−14%Cr−0.1%Tiの鋼鈑1上
に、スパッタリング法により大きさ200mm角,厚さ1
00nmのAl−0.5% Si薄膜をバッファ層2として
成膜して配置した。次に、その上に大きさ190mm角,
膜厚100nmの光導電性を有するp型β−FeSi2
層3を作製した。さらに、その上にストライプ状に大き
さ180mm×10mm,膜厚5nmの半透明Al膜4を5
連、等間隔で、マスクを利用してスパッタ法により成膜
し、Al膜電極4とした。このようにしてAl膜電極4
とp型β−FeSi2層電極3とでショットキー接合を構成
した。Al膜電極4とp型β−FeSi2層電極3から
はそれぞれオーミック接触をとった金属電極5と配線6
を取り出して、太陽電池とし、外部測定回路7を接続し
た。この時、5連の半透明Al膜電極4からの取り出し
配線をすべて並列に接続した。
【0011】上記の光導電性を有するp型β−FeSi
2 層3の作製方法としては、まずスパッタ法により室温
でアモルファスSiを膜厚150nm堆積させたのち、
イオン注入法によりFe+ イオンを加速エネルギー10
0keV,ドーズ量1×1017ions/cm2イオン注入した
後、600℃,2時間ランプアニールして作製した。上
記の構造のショットキー接合型太陽電池に晴天時の太陽
光8(100mW/cm2)を上部より照射し、外部測定回
路7により測定したところ、開放端電圧は0.85V
で、短絡電流は14.0mA/cm2であり、太陽電池とし
ての変換効率は6.8% を確認することができた。
【0012】上記の光導電性を有するp型β−FeSi
2 層を用いて、アモルファスSi層やn型β−FeSi
2 層など他の半導体材料と組み合わせて、p−i−n構
造の太陽電池を作ることも可能である。
【0013】また、本発明ではバッファ層2として1層
の薄膜を使用したが、2個以上の複数個の薄膜を積層し
て使用することも可能である。
【0014】〔実施例その2〕図2は、瓦の形状にプレ
ス加工をした、大きさ300mm角,厚さ0.8mm のステ
ンレス鋼鈑9の上に太陽電池を作製した例を示す図であ
る。
【0015】上記実施例その1と同様に、ステンレス鋼
鈑基板9の上に厚さ100nmのAl−0.5% Si薄
膜をバッファ層2として成膜し、その上に膜厚100n
mの光導電性を有するp型β−FeSi2 層3を作製し
た。さらに、その上にストライプ状に幅10mm,膜厚5
nmの半透明Al膜4を12連(図では4連で示す)、等
間隔で、マスクを利用してスパッタ法により成膜し、A
l膜電極4とした。このようにしてAl膜電極4とp型
β−FeSi2 層電極3とでショットキー接合を構成し
た。Al膜電極4とp型β−FeSi2 層電極3からは
それぞれオーミック接触をとった金属電極5と配線6を
取り出して、太陽電池とした。この時、12連の半透明
Al膜電極4からの取り出し配線をすべて並列に接続し
た。
【0016】このようにして作製した太陽電池パネルを
30枚直列にしたセットの両端の開放端電圧は24Vあ
った。
【0017】大気中での寿命試験による温度サイクルに
おいて、ステンレス鋼鈑よりのはがれやさびの発生は無
視できるほど少なかった。
【0018】〔実施例その3〕図3は本発明により作製
した赤外光センサの構造の一例を示した図である。基板
として、大きさ12mm角,厚さ300μmの純度99%
のTi基板10上に、スパッタリング法により厚さ10
0nmの絶縁性酸化チタン薄膜をバッファ層11として
成膜して配置した。次に、その上に膜厚100nmの光
導電性を有するp型β−FeSi2 層12を作製した。
その作製方法は実施例その1の場合と同様である。次
に、その上に大きさ1mm角のAl電極13,14,1
5,16を4ヵ所スパッタ法により成膜し、赤外光セン
サ素子とした。
【0019】上記の赤外光センサ素子に、Nd+YAG
レーザからの波長1.06μm の赤外光17をパルス化
(周波数100Hz)して照射した。この時、両端のA
l電極13,16間には一定直流電流0.1mA を流
し、中間のAl電極14,15間(間隔2mm)の抵抗変
化をその電極間の電圧変化として測定すると、明らかに
赤外光照射に同期して端子間電圧が低下する変化が観測
できた。すなわち、赤外光照射がない場合には中間のA
l電極14,15間の抵抗値が40kΩであるのに対
し、赤外光照射をすると25kΩに低下した。この抵抗
変化を外部電子回路(図示せず)で検出して、赤外光セ
ンサとして使用することができた。
【0020】照射するレーザ光のパルス光周波数を変化
して同様の測定を室温において行ったところ、図4の白
抜きの四角記号で示すように、市販されているPbSを
材料とする赤外光センサが周波数600Hz以上で感度
が低下するのに対し、黒丸で示した本発明のβ−FeS
2 を材料とした赤外光センサでは周波数3kHzまで
感度の低下はなかった。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来方法のような高価なシリコン結晶やガラスを基板とし
て使用することが必要なく、曲面への加工が容易な金属
部材を基板として使用するので、安価な太陽電池および
赤外光センサおよび熱電発電素子を提供することが可能
になるという効果がある。特に、材料コストが安く、か
つ、プレス加工などにより曲面加工が容易な金属部材上
に、バッファ層を介して、その上に直接、太陽電池ある
いは赤外光センサあるいは熱電発電素子となりうる光導
電性を有するβ−FeSi2 電極層を作製する構造であ
るので、自動車・船体・建材・建築構造物・屋根瓦・窓
枠・屋根材料鋼鈑・自転車など、いかなる三次元形状の
物体の表面にも安価な太陽電池および赤外光センサおよ
び熱電発電素子を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本原理を示す一実施例を表わした図
である。
【図2】ステンレス鋼鈑上に作製した太陽電池の構造を
示す図である。
【図3】本発明により作製した赤外光センサの構造の一
例を示す図である。
【図4】本発明により作製した赤外光センサの光周波数
に対する感度変化の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…Fe−14%Cr−0.1%Tiを成分とする鋼鈑
基板、2…Al−0.5%Si薄膜からなるバッファ
層、3,12…光導電性を有するp型β−FeSi2層、
4…半透明Al膜からなるAl膜電極、5…オーミック
接触金属電極、6…配線、7…外部測定回路、8…太陽
光線、9…ステンレス鋼鈑基板、10…Ti基板、11
…絶縁性酸化チタン薄膜からなるバッファ層、13,1
4,15,16…Al電極、17…パルス化した赤外
光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼沢 賢一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属部材の基板上に、厚さ5nm〜100
    μmの範囲内の金属あるいは絶縁物からなるバッファ層
    を配置し、その上にp型β−FeSi2 層を1つの電極
    として配置させたことを特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項2】上記請求項1において、前記金属部材の材
    質は、Feを98%以上含む鋼材,ステンレス鋼,Cu
    を95%以上含む銅材,Tiを95%以上含むチタン
    材,Alを95%以上含むアルミニウム材であることを
    特徴とする太陽電池。
  3. 【請求項3】上記請求項1において、前記バッファ層の
    材質は、Al,Ti,Cuなど、下地基板と剥離しにく
    く、拡散混合しにくい材料であることを特徴とする太陽
    電池。
  4. 【請求項4】金属部材の基板上に、厚さ5nm〜100
    μmの範囲内の金属あるいは絶縁物からなるバッファ層
    を配置し、その上にp型β−FeSi2 層を1つの電極
    として配置させたことを特徴とする赤外光センサ。
  5. 【請求項5】上記請求項4において、前記金属部材の材
    質は、Feを98%以上含む鋼材,ステンレス鋼,Cu
    を95%以上含む銅材,Tiを95%以上含むチタン
    材,Alを95%以上含むアルミニウム材であることを
    特徴とする赤外光センサ。
  6. 【請求項6】上記請求項4において、前記バッファ層の
    材質は、Al,Ti,Cuなど、下地基板と剥離しにく
    く、拡散混合しにくい材料であることを特徴とする赤外
    光センサ。
  7. 【請求項7】金属部材の基板上に、厚さ5nm〜100
    μmの範囲内の金属あるいは絶縁物からなるバッファ層
    を配置し、その上にp型β−FeSi2 層を1つの電極
    として配置させたことを特徴とする熱電発電素子。
  8. 【請求項8】上記請求項7において、前記金属部材の材
    質は、Feを98%以上含む鋼材,ステンレス鋼,Cu
    を95%以上含む銅材,Tiを95%以上含むチタン
    材,Alを95%以上含むアルミニウム材であることを
    特徴とする熱電発電素子。
  9. 【請求項9】上記請求項7において、前記バッファ層の
    材質は、Al,Ti,Cuなど、下地基板と剥離しにく
    く、拡散混合しにくい材料であることを特徴とする熱電
    発電素子。
JP10085446A 1998-03-31 1998-03-31 太陽電池および赤外光センサおよび熱電発電素子 Pending JPH11284210A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005277341A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Tateyama Machine Kk 半導体の製造方法
KR101384981B1 (ko) * 2012-01-30 2014-04-14 연세대학교 산학협력단 열효율을 개선할 수 있는 구조를 갖는 열전 소자

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