JPS6230714B2 - - Google Patents
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- JPS6230714B2 JPS6230714B2 JP56045888A JP4588881A JPS6230714B2 JP S6230714 B2 JPS6230714 B2 JP S6230714B2 JP 56045888 A JP56045888 A JP 56045888A JP 4588881 A JP4588881 A JP 4588881A JP S6230714 B2 JPS6230714 B2 JP S6230714B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光電変換装置において、太陽光の如き
連続光において短波長側の光を利用して光起電力
を発生せしめるとともに、この装置に対し昇温に
より特性劣化用にしか作用しない赤外光の如き光
エネルギをこの光電変換装置内で熱に変換せしめ
ることなく透過させてしまうことを目的としてい
る。
連続光において短波長側の光を利用して光起電力
を発生せしめるとともに、この装置に対し昇温に
より特性劣化用にしか作用しない赤外光の如き光
エネルギをこの光電変換装置内で熱に変換せしめ
ることなく透過させてしまうことを目的としてい
る。
本発明は光照射面でのＰまたはＮ型半導体層に
おいて入射光がその半導体層内に添加された不純
物により散乱・吸収され、熱に変換された結果光
電変換装置が発熱してしまうことを防ぐため、こ
の照射面での半導体層のエネルギバンド巾をＩ型
半導体層（真性または意図的に導電型を決める不
純物を添加しない実質的に真性の導電型を有する
半導体層）（以下Ｉ層という）のバンド巾と比較
して広くせしめたこと、さらにＩ層を透過しさら
に裏面に設けられたＮまたはＰ型の半導体層にお
いてもＩ層のバンド巾よりも小さいエネルギ（長
い波長）の光を透過させてしまうことによりこの
部分での発熱を防ぐことを目的としている。
おいて入射光がその半導体層内に添加された不純
物により散乱・吸収され、熱に変換された結果光
電変換装置が発熱してしまうことを防ぐため、こ
の照射面での半導体層のエネルギバンド巾をＩ型
半導体層（真性または意図的に導電型を決める不
純物を添加しない実質的に真性の導電型を有する
半導体層）（以下Ｉ層という）のバンド巾と比較
して広くせしめたこと、さらにＩ層を透過しさら
に裏面に設けられたＮまたはＰ型の半導体層にお
いてもＩ層のバンド巾よりも小さいエネルギ（長
い波長）の光を透過させてしまうことによりこの
部分での発熱を防ぐことを目的としている。
本発明はかくの如くPINまたはNIP型構造を有
する光電変換装置において、光−電変換のみを行
い、光−熱変換を行い得る光または赤外線等の発
熱要因となるエネルギ源をそのまま素通りさせて
しまうことを目的としている。
する光電変換装置において、光−電変換のみを行
い、光−熱変換を行い得る光または赤外線等の発
熱要因となるエネルギ源をそのまま素通りさせて
しまうことを目的としている。
本発明はこのため従来より行われている光照射
面側の電極を透光性にするに加えて、半導体の裏
面に設けられている電極をも金属の面電極とする
のではなく、透光性電極とせしめることを特徴と
している。
面側の電極を透光性にするに加えて、半導体の裏
面に設けられている電極をも金属の面電極とする
のではなく、透光性電極とせしめることを特徴と
している。
さらに本発明は光電変換装置を透過してきた赤
外線を利用してその裏面に設けられた冷却部に熱
エネルギを与え、結果として変換装置の昇温を防
ぐとともにヒートパルプ系による光熱変換装置と
しての水を温めることをそれぞれ個別にするので
はなく一体化して、光照射面積を増やすことなく
実施し、ないしは太陽光を一部電気に変換し、一
部を暖水に用いることにより総合利用率を40％以
上にすることを特徴としている。
外線を利用してその裏面に設けられた冷却部に熱
エネルギを与え、結果として変換装置の昇温を防
ぐとともにヒートパルプ系による光熱変換装置と
しての水を温めることをそれぞれ個別にするので
はなく一体化して、光照射面積を増やすことなく
実施し、ないしは太陽光を一部電気に変換し、一
部を暖水に用いることにより総合利用率を40％以
上にすることを特徴としている。
従来光電変換装置１は第１図にその縦断面図の
一例が示されているが、照射光１０に対し半導体
１の上面に光照射側の表面電極として透光性電極
３、さらにその抵抗を保障するための櫛型電極お
よび外部引出し電極４が設けられ、下面の裏面電
極２として金属、例えばアルミニユームが裏面で
のシート抵抗を減少させるため全面に設けられて
いた。
一例が示されているが、照射光１０に対し半導体
１の上面に光照射側の表面電極として透光性電極
３、さらにその抵抗を保障するための櫛型電極お
よび外部引出し電極４が設けられ、下面の裏面電
極２として金属、例えばアルミニユームが裏面で
のシート抵抗を減少させるため全面に設けられて
いた。
しかしこの裏面の金属電極はこの面にて光を再
び表面側に反射してその光路を２倍またはそれ以
上にする効果を有しているため、半導体の厚さを
100〜200μｍと約1/2にすることができ、光吸収
係数の低い単結晶シリコンのような材料において
は意味をもつている。しかしアモルフアスまたは
セミアモルフアス（10〜1000Åの大きさを有する
マイクロクリスタル性構造の半結晶性半導体膜）
の如き非単結晶半導体においては、その半導体の
厚さが0.3〜２μｍと薄くてよく、さらにその光
吸収係数も単結晶半導体の10倍も大きいため、か
くの如き反射効果を有する裏面電極はまつたく無
価値である。しかし従来この非単結晶半導体
（NSCSと以下いう）においても単結晶半導体
（以下SCSという）と同様に裏面金属電極が設け
られており、その効果は光照射側の光（例えば赤
外線）に対し遮蔽効果（半導体を昇温させる効
果）しか有さず、きわめて都合の悪いものであつ
た。
び表面側に反射してその光路を２倍またはそれ以
上にする効果を有しているため、半導体の厚さを
100〜200μｍと約1/2にすることができ、光吸収
係数の低い単結晶シリコンのような材料において
は意味をもつている。しかしアモルフアスまたは
セミアモルフアス（10〜1000Åの大きさを有する
マイクロクリスタル性構造の半結晶性半導体膜）
の如き非単結晶半導体においては、その半導体の
厚さが0.3〜２μｍと薄くてよく、さらにその光
吸収係数も単結晶半導体の10倍も大きいため、か
くの如き反射効果を有する裏面電極はまつたく無
価値である。しかし従来この非単結晶半導体
（NSCSと以下いう）においても単結晶半導体
（以下SCSという）と同様に裏面金属電極が設け
られており、その効果は光照射側の光（例えば赤
外線）に対し遮蔽効果（半導体を昇温させる効
果）しか有さず、きわめて都合の悪いものであつ
た。
本発明はかかる欠点を防止するため、光電変換
装置の裏面に対しても光照射面と同様に透光性電
極としたことを特徴としている。
装置の裏面に対しても光照射面と同様に透光性電
極としたことを特徴としている。
さらに本発明は、かくの如き透光性電極を照射
面および裏面に設けることにより、入射光のうち
15〜25％のエネルギを外部（裏面方向の外部）に
放出でき光電変換装置自体の発熱を防ぐことがで
きた。
面および裏面に設けることにより、入射光のうち
15〜25％のエネルギを外部（裏面方向の外部）に
放出でき光電変換装置自体の発熱を防ぐことがで
きた。
しかしさらに調査した結果、短波長の光特に
600nｍ以下の波長（2eV以上の光エネルギを有す
る）の光に対しては、入射光面側のＰまたはＮ型
の導電型を有する半導体層（以下ＰまたはＮ層と
いう）を300〜1000Åの厚さに形成すると40〜60
％も吸収され、電気エネルギに変換されることな
く単に熱エネルギになつてしまい、光電変換装置
自体の発熱をさせひいては変換効率の低下にのみ
寄与してしまつていることが判明した。
600nｍ以下の波長（2eV以上の光エネルギを有す
る）の光に対しては、入射光面側のＰまたはＮ型
の導電型を有する半導体層（以下ＰまたはＮ層と
いう）を300〜1000Åの厚さに形成すると40〜60
％も吸収され、電気エネルギに変換されることな
く単に熱エネルギになつてしまい、光電変換装置
自体の発熱をさせひいては変換効率の低下にのみ
寄与してしまつていることが判明した。
本発明はかかる事実を防ぐため、このＰまたは
Ｎ層に対し窓効果をさせてＩ層よりも広いエネル
ギバンド巾とさせたことを特徴としている。
Ｎ層に対し窓効果をさせてＩ層よりも広いエネル
ギバンド巾とさせたことを特徴としている。
本発明はかかる目的のため、ＰまたはＮ型の導
電型を有するSixC1-X（０＜Ｘ＜１）、Si3N4-X
（０＜Ｘ＜４）またはSiO2-X（０＜Ｘ＜２）と化
合物化せしめ、そのＸ値を選択することにより
2.0eV（620nｍ）〜4.0eV（310nｍ）のエネルギ
バンド巾を有せしめ、このバンド巾以下の光エネ
ルギを有する照射光を通過させてしまうことがで
きた。
電型を有するSixC1-X（０＜Ｘ＜１）、Si3N4-X
（０＜Ｘ＜４）またはSiO2-X（０＜Ｘ＜２）と化
合物化せしめ、そのＸ値を選択することにより
2.0eV（620nｍ）〜4.0eV（310nｍ）のエネルギ
バンド巾を有せしめ、このバンド巾以下の光エネ
ルギを有する照射光を通過させてしまうことがで
きた。
かくすることにより照射光面でのＰまたはＮ層
での吸収されて熱になつてしまう光量は20〜10％
にまで下げることができ、光電変換装置の発熱を
1/3〜1/4にまで押さえることができた。
での吸収されて熱になつてしまう光量は20〜10％
にまで下げることができ、光電変換装置の発熱を
1/3〜1/4にまで押さえることができた。
さらに本発明はかかる構造にして照射光面のＰ
またはＮ層を窓構造とするに加えて、長波長
（700nｍ以上）の赤外線に対し裏面に設けられた
N+またはP+層がきわめて悪影響を与えることが
わかつた。これはこのN+またはP+層がそのエネ
ルギバンド巾をＩ層と同じく1.4〜1.8eVとすると
その中に添加されたＮまたはＰ型用不純物（例え
ばリン、ホウ素）により光散乱をさせてしまうた
めである。このため作製はこの裏面のＮまたはＰ
層は2000Å程度も無造作に形成していたが、本発
明はかかる層に対し光照射面と同様にＩ層に比べ
て広いエネルギバンド巾を有せしめたことを特徴
としている。
またはＮ層を窓構造とするに加えて、長波長
（700nｍ以上）の赤外線に対し裏面に設けられた
N+またはP+層がきわめて悪影響を与えることが
わかつた。これはこのN+またはP+層がそのエネ
ルギバンド巾をＩ層と同じく1.4〜1.8eVとすると
その中に添加されたＮまたはＰ型用不純物（例え
ばリン、ホウ素）により光散乱をさせてしまうた
めである。このため作製はこの裏面のＮまたはＰ
層は2000Å程度も無造作に形成していたが、本発
明はかかる層に対し光照射面と同様にＩ層に比べ
て広いエネルギバンド巾を有せしめたことを特徴
としている。
即ちこのＮまたはＰ層を照射面側のＰまたはＮ
層と同様に2.0〜4.0eVとすることにより、この半
導体層を透過する700nｍ以上の波長の赤外線を
５〜10倍も増すことができた。即ち入射光の20〜
30％がこの裏面電極側のＮまたはＰ層での不純物
散乱により光電変換装置を発熱させてしまつてい
たが、本発明はこの発熱を広いエネルギバンド巾
とすることにより３〜７％とすることができた。
層と同様に2.0〜4.0eVとすることにより、この半
導体層を透過する700nｍ以上の波長の赤外線を
５〜10倍も増すことができた。即ち入射光の20〜
30％がこの裏面電極側のＮまたはＰ層での不純物
散乱により光電変換装置を発熱させてしまつてい
たが、本発明はこの発熱を広いエネルギバンド巾
とすることにより３〜７％とすることができた。
かくすることにより、入射光側では太陽光に対
し従来は照射面で40〜60％、裏面で20〜30％の光
エネルギが熱エネルギになつてしまつていたもの
が、照射面で20〜10％、裏面で３〜７％となり、
従来の60〜90％の光−熱変換をＩ層での光−熱変
換を考慮しても15〜30％にまでさげることができ
その差の光エネルギは光として裏面電極下に設け
られた熱エネルギを吸収して用いるヒートパイプ
等の交−熱変換装置に与えることができ、太陽光
の総合有効利用率を本発明の光電変換装置により
光電変換率８〜15％、さらにその直下の光熱変換
装置により40〜65％を有効利用できた。このため
総合有効利用率として従来の５〜30％を48〜80％
にまで高めることができた。
し従来は照射面で40〜60％、裏面で20〜30％の光
エネルギが熱エネルギになつてしまつていたもの
が、照射面で20〜10％、裏面で３〜７％となり、
従来の60〜90％の光−熱変換をＩ層での光−熱変
換を考慮しても15〜30％にまでさげることができ
その差の光エネルギは光として裏面電極下に設け
られた熱エネルギを吸収して用いるヒートパイプ
等の交−熱変換装置に与えることができ、太陽光
の総合有効利用率を本発明の光電変換装置により
光電変換率８〜15％、さらにその直下の光熱変換
装置により40〜65％を有効利用できた。このため
総合有効利用率として従来の５〜30％を48〜80％
にまで高めることができた。
特に光電変換装置内での発熱を照射面、裏面に
窓効果をもつＰまたはＮ層を設けて防ぐことによ
り光電変換装置それ自体の変換効率を５％より12
〜15％にまでAM1下で高めることができ、その
相乗効果はきわめて著しいものであつた。
窓効果をもつＰまたはＮ層を設けて防ぐことによ
り光電変換装置それ自体の変換効率を５％より12
〜15％にまでAM1下で高めることができ、その
相乗効果はきわめて著しいものであつた。
さらに熱エネルギの伝導が熱として下部の変換
装置に伝えるのではなく、赤外線等の輻射エネル
ギにより下部の光熱変換装置に伝えるため、その
効果が大きく、光熱変換装置より再び熱エネルギ
を光電変換装置がもらいうけることを防ぐことが
できた。即ちこの光熱変換装置と光電変換装置と
の間に真空領域を設けることにより、伝導による
熱の移動を禁止し、輻射による熱の移行を行い、
ひいては光電変換装置と光熱変換装置とをともに
有効に動作させることができた。
装置に伝えるのではなく、赤外線等の輻射エネル
ギにより下部の光熱変換装置に伝えるため、その
効果が大きく、光熱変換装置より再び熱エネルギ
を光電変換装置がもらいうけることを防ぐことが
できた。即ちこの光熱変換装置と光電変換装置と
の間に真空領域を設けることにより、伝導による
熱の移動を禁止し、輻射による熱の移行を行い、
ひいては光電変換装置と光熱変換装置とをともに
有効に動作させることができた。
本発明において非晶質（以下ASという）また
は非晶質（以下セミアモルフアス即ちSASとい
う）即ち結晶の大きさの小さい結晶性半導体
（2.5μｍ以下特に10〜1000Åの大きさを有するも
の）または結晶体と非結晶体との混合体または非
結晶体よりなるSASはそのエネルギバンド巾が
1.4〜1.8eV特に1.6eVを有し、特に有効であるこ
とが判明した。
は非晶質（以下セミアモルフアス即ちSASとい
う）即ち結晶の大きさの小さい結晶性半導体
（2.5μｍ以下特に10〜1000Åの大きさを有するも
の）または結晶体と非結晶体との混合体または非
結晶体よりなるSASはそのエネルギバンド巾が
1.4〜1.8eV特に1.6eVを有し、特に有効であるこ
とが判明した。
第２図は横軸に反射された光の波長を示し、縦
軸は表面および裏面に透光性電極を設けた構造に
おける透過率を示す。
軸は表面および裏面に透光性電極を設けた構造に
おける透過率を示す。
図面より明らかな如く、NSCS（非単結晶即ち
ASまたはSASの如き珪素半導体でエネルギバン
ド巾が1.4eV以上有する多結晶を含む非単結晶）
を用いた本発明においては曲線５に示す如く半導
体の厚さが0.3〜３μｍときわめて薄くてもよい
ため、そのエネルギバンド巾（Egという）に対
応する700nｍ（Eg1.6eV）よりも長波長側におい
ては90％以上のほとんどの光が半導体およびその
表面および裏面の透光性電極を経て反対側にまで
透過していることがわかる。しかし曲線６のSCS
（単結晶珪素）を用いた構造においては半導体の
厚さが200〜300μｍもあるため、エネルギバンド
巾である1.1eV以下の赤外線においても透過率が
あまり大きくなく、透過できなかつた光は半導体
内にて熱に蓄積され、半導体のキヤリア移動度を
下げるための昇温にしか作用しなくなつている。
ASまたはSASの如き珪素半導体でエネルギバン
ド巾が1.4eV以上有する多結晶を含む非単結晶）
を用いた本発明においては曲線５に示す如く半導
体の厚さが0.3〜３μｍときわめて薄くてもよい
ため、そのエネルギバンド巾（Egという）に対
応する700nｍ（Eg1.6eV）よりも長波長側におい
ては90％以上のほとんどの光が半導体およびその
表面および裏面の透光性電極を経て反対側にまで
透過していることがわかる。しかし曲線６のSCS
（単結晶珪素）を用いた構造においては半導体の
厚さが200〜300μｍもあるため、エネルギバンド
巾である1.1eV以下の赤外線においても透過率が
あまり大きくなく、透過できなかつた光は半導体
内にて熱に蓄積され、半導体のキヤリア移動度を
下げるための昇温にしか作用しなくなつている。
このことよりNSCSにおいては本発明の表面裏
面ともに透光性であることがきわめて効果が大き
くさらにそのNSCSのエネルギバンド巾も単結晶
珪素の1.1eVよりも大きな1.4〜2.0eVと赤外線に
対し透光性を有することが光電変換効率を高める
のみではなく、半導体の昇温をも防ぐことができ
るためきわめて好ましいものであつた。
面ともに透光性であることがきわめて効果が大き
くさらにそのNSCSのエネルギバンド巾も単結晶
珪素の1.1eVよりも大きな1.4〜2.0eVと赤外線に
対し透光性を有することが光電変換効率を高める
のみではなく、半導体の昇温をも防ぐことができ
るためきわめて好ましいものであつた。
第３図はＰまたはＮ層に用いるための広いエネ
ルギバンド巾を設けた場合の相対透過率をエネル
ギバンド巾が従来どおりの1.6eV(10)、本発明の2.0
〜4.0eVの一例として2.5eV(7)、(8)および3.5eV(9)
において示したものである。横軸はプラズマグロ
ー放電法を利用して300℃にて珪化物気体である
シランまたは四弗化珪素と炭化物気体であるメタ
ンまたはフロンを混合し、SixC1-X（０＜Ｘ＜
１）を設け、、そのＸ値を制御することにより得
られた光学的エネルギ巾である。測定は反射型の
モノクロメーターにて行つた。曲線７，１１はＰ
またはＮ型用不純物を添加しなかつた場合の透過
率と波長との関係を示す。曲線８，９，１０はＰ
型用不純物であるホウ素またはＮ型用不純物であ
るリンをSixC1-X（０＜Ｘ＜１）において同時に
ジボランまたはフオスヒンを0.1〜５モル％混入
して得られたものである。
ルギバンド巾を設けた場合の相対透過率をエネル
ギバンド巾が従来どおりの1.6eV(10)、本発明の2.0
〜4.0eVの一例として2.5eV(7)、(8)および3.5eV(9)
において示したものである。横軸はプラズマグロ
ー放電法を利用して300℃にて珪化物気体である
シランまたは四弗化珪素と炭化物気体であるメタ
ンまたはフロンを混合し、SixC1-X（０＜Ｘ＜
１）を設け、、そのＸ値を制御することにより得
られた光学的エネルギ巾である。測定は反射型の
モノクロメーターにて行つた。曲線７，１１はＰ
またはＮ型用不純物を添加しなかつた場合の透過
率と波長との関係を示す。曲線８，９，１０はＰ
型用不純物であるホウ素またはＮ型用不純物であ
るリンをSixC1-X（０＜Ｘ＜１）において同時に
ジボランまたはフオスヒンを0.1〜５モル％混入
して得られたものである。
不純物を意図的に添加しない真性の半導体は
SASの場合1.6eVを有していたため、１７におい
てこれよりも短波長側の光を曲線１１に示す如く
吸収して、電子・ホール対を発生させることがで
きた。しかしこれと同じエネルギバンド巾を有す
るＰまたはＮ型不純物は曲線１１に示す如く、同
様に短波長側で100％の吸収を示すため、ここで
は不純物による再結合中心が多いため、励起され
て電子・ホールは再び同じＰまたはＮ層で再結合
して光電変換に寄与することがない。加えて領域
(11)のEgより小さい長波長側の光すら30〜40％も
吸収してしまうため、光電変換装置自体を昇温さ
せてしまつていた。
SASの場合1.6eVを有していたため、１７におい
てこれよりも短波長側の光を曲線１１に示す如く
吸収して、電子・ホール対を発生させることがで
きた。しかしこれと同じエネルギバンド巾を有す
るＰまたはＮ型不純物は曲線１１に示す如く、同
様に短波長側で100％の吸収を示すため、ここで
は不純物による再結合中心が多いため、励起され
て電子・ホールは再び同じＰまたはＮ層で再結合
して光電変換に寄与することがない。加えて領域
(11)のEgより小さい長波長側の光すら30〜40％も
吸収してしまうため、光電変換装置自体を昇温さ
せてしまつていた。
このためＰまたはＮ層に対し、結果として広い
エネルギバンド巾を有せしめ、そのEgを2.5eVと
すると曲線８を、また3.5eVとすると９を得るこ
とができた。これらの曲線においては太陽光が強
いエネルギを有する500〜700nｍにおいて高い透
過率を得るため、照射面側に設けるＰまたはＮ層
として広いEgを有せしめることはきわめて重要
であることがわかる。
エネルギバンド巾を有せしめ、そのEgを2.5eVと
すると曲線８を、また3.5eVとすると９を得るこ
とができた。これらの曲線においては太陽光が強
いエネルギを有する500〜700nｍにおいて高い透
過率を得るため、照射面側に設けるＰまたはＮ層
として広いEgを有せしめることはきわめて重要
であることがわかる。
さらにこの曲線８，９は、領域(11)の赤外線領域
においてもＩ層と同じEgの曲線１０に比較して
透過率が20〜35％も大きいため、赤外線の外部へ
の放出を可能としている。
においてもＩ層と同じEgの曲線１０に比較して
透過率が20〜35％も大きいため、赤外線の外部へ
の放出を可能としている。
これらの曲線はＰまたはＮ層が500〜1000Åの
厚さの場合を示したが、この厚さを1/2または二
倍にするとその透過率がそれぞれ２倍または1/2
になることはいうまでもない。
厚さの場合を示したが、この厚さを1/2または二
倍にするとその透過率がそれぞれ２倍または1/2
になることはいうまでもない。
また図面ではＩ層の曲線７，１１は0.5〜１μ
ｍとしたが、これを0.3〜３μｍとかえてもよ
い。しかし薄くしすぎると、この半導体層で光の
吸収量が少なくなり、厚くしすぎると透過すべき
赤外線の吸収がおき、自己発熱をしてしまうため
本発明のSASを用いる場合は0.5〜１μｍが最適
であつた。
ｍとしたが、これを0.3〜３μｍとかえてもよ
い。しかし薄くしすぎると、この半導体層で光の
吸収量が少なくなり、厚くしすぎると透過すべき
赤外線の吸収がおき、自己発熱をしてしまうため
本発明のSASを用いる場合は0.5〜１μｍが最適
であつた。
第４図はＡ，Ｃに本発明の基本縦断面図構造を
示したものである。
示したものである。
即ちガラス等の透明性基板１５を通して光１０
が照射され、ガラス上にスズ（Sn）、インジユー
ム（In）、アンチモン（Sb）の酸化物により導電
性でありかつ透光性の被膜１６，１９が設けられ
ている。被膜１６は光照射面側の透光性電極であ
り、１９は同様に透光性の裏面電極である。Ｉ型
半導体２０と光照射面側のＰ層２２、裏面側のＮ
層２３が設けられている。
が照射され、ガラス上にスズ（Sn）、インジユー
ム（In）、アンチモン（Sb）の酸化物により導電
性でありかつ透光性の被膜１６，１９が設けられ
ている。被膜１６は光照射面側の透光性電極であ
り、１９は同様に透光性の裏面電極である。Ｉ型
半導体２０と光照射面側のＰ層２２、裏面側のＮ
層２３が設けられている。
第４図Ｂに示す如く、Ｐ、Ｎ層を50〜1000Åの
厚さに、またＩ層を0.5〜１μｍの厚さにして形
成し、ＰおよびＮ層２２，２３を2.5eV、3.5eV
とするとAM1以下において変換効率8.0〜10％、
12.0〜14％をそれぞれ得ることができた。
厚さに、またＩ層を0.5〜１μｍの厚さにして形
成し、ＰおよびＮ層２２，２３を2.5eV、3.5eV
とするとAM1以下において変換効率8.0〜10％、
12.0〜14％をそれぞれ得ることができた。
本発明は以上のごとく、大きなEgを有する光
を光電変換し、また小さな光特に赤外光を１５と
して裏面電極より外部に放出せしめた。かくする
ことにより半導体自身の温度が上昇することを防
ぎ結果として光電変換効率の向上と光熱変換装置
との複合化を成就することができた。
を光電変換し、また小さな光特に赤外光を１５と
して裏面電極より外部に放出せしめた。かくする
ことにより半導体自身の温度が上昇することを防
ぎ結果として光電変換効率の向上と光熱変換装置
との複合化を成就することができた。
第４図Ｃは半導体装置Ｐ(I)IN型（Ｐ型半導体
２２−トンネル電流を許容する絶縁または半絶縁
膜１７−実質的に真性の半導体１−Ｎ型半導体２
３）を設け、２２，２３に対しその表面裏面に密
接して透明電極を第４図Ａと同様に形成したもの
である。
２２−トンネル電流を許容する絶縁または半絶縁
膜１７−実質的に真性の半導体１−Ｎ型半導体２
３）を設け、２２，２３に対しその表面裏面に密
接して透明電極を第４図Ａと同様に形成したもの
である。
図面では基板は半導体側の裏面側に１５として
透明ガラスにより設けられている。
透明ガラスにより設けられている。
第４図ＤはＣの光電変換装置１のエネルギバン
ドダイヤグラムをその番号を対応して示してい
る。
ドダイヤグラムをその番号を対応して示してい
る。
この縦断面図において絶縁または半絶縁膜(I)層
は10〜30Åの膜厚を有する炭化珪素SiC、窒化珪
素Si3N4を設けたもので、Ｐ−Ｉ接合の接合面に
おけるボイド、ピンホール等により接合面のリー
クの発生を防止している。かくすることにより光
電変換装置におけるフイルフアクターを向上し第
４図Ａにおいて0.5〜0.55であつたものが、0.7〜
0.75を示し向上することができ、最大18％の変換
効率をAM1の条件下で得ることができた。
は10〜30Åの膜厚を有する炭化珪素SiC、窒化珪
素Si3N4を設けたもので、Ｐ−Ｉ接合の接合面に
おけるボイド、ピンホール等により接合面のリー
クの発生を防止している。かくすることにより光
電変換装置におけるフイルフアクターを向上し第
４図Ａにおいて0.5〜0.55であつたものが、0.7〜
0.75を示し向上することができ、最大18％の変換
効率をAM1の条件下で得ることができた。
第４図Ａ，Ｂの装置において透光性電極とは櫛
型電極とし、櫛の間のみを透光性としても、また
金、アルミニユームを20〜50Åの極薄膜にて形成
させた半透明であつても、本発明と同一思想であ
る。しかしかかる構造においては透過率が十分で
ない、製造が微妙である等の欠点を有し、大面積
には必ずしも適していない。
型電極とし、櫛の間のみを透光性としても、また
金、アルミニユームを20〜50Åの極薄膜にて形成
させた半透明であつても、本発明と同一思想であ
る。しかしかかる構造においては透過率が十分で
ない、製造が微妙である等の欠点を有し、大面積
には必ずしも適していない。
本発明においては光照射時における雰囲気が10
〜30℃の室温においては透光性にするのみでその
効果が大きい。
〜30℃の室温においては透光性にするのみでその
効果が大きい。
しかしさらにその雰囲気が40〜100℃と高温に
おいては、その熱エネルギが変換効率の低下を促
してしまう。このためこの半導体の裏面電極下に
冷却機構を有する光熱変換装置をヒートパイプ等
を利用して設けることも本発明の他の特徴であ
る。
おいては、その熱エネルギが変換効率の低下を促
してしまう。このためこの半導体の裏面電極下に
冷却機構を有する光熱変換装置をヒートパイプ等
を利用して設けることも本発明の他の特徴であ
る。
ヒートパイプは一般に低温部より熱エネルギを
とり高温部にこの熱エネルギを与える係であり、
その一例はUSP3875926（太陽熱エネルギ集合シ
ステム）に示されている。
とり高温部にこの熱エネルギを与える係であり、
その一例はUSP3875926（太陽熱エネルギ集合シ
ステム）に示されている。
本発明はかくの如き光熱変換装置を本発明の裏
面の透明電極に隣接してその下側に設けることが
できるのである。
面の透明電極に隣接してその下側に設けることが
できるのである。
かくすることにより、太陽光に対して直列に
Egより大きい光エネルギを有する短波長光をま
ず光電変換装置により電気エネルギを取り出し、
さらにEgより小さな光エネルギを有する長波長
の光例えば赤外線に対してはこの光電変換装置を
透過してその下側の光熱変換装置により熱エネル
ギを取り出すようにしたものである。
Egより大きい光エネルギを有する短波長光をま
ず光電変換装置により電気エネルギを取り出し、
さらにEgより小さな光エネルギを有する長波長
の光例えば赤外線に対してはこの光電変換装置を
透過してその下側の光熱変換装置により熱エネル
ギを取り出すようにしたものである。
第５図は本発明の光電変換装置にヒートパイプ
を一体化して設けた場合の一例を示す斜視図であ
る。
を一体化して設けた場合の一例を示す斜視図であ
る。
図面において太陽光１５に対し上側電極１６、
半導体１、下側電極１９、外部接続端子３４，３
５よりなつている。
半導体１、下側電極１９、外部接続端子３４，３
５よりなつている。
冷却水は３２よりヒートパイプ３０を経て３３
に放出される。図面ではヒートパイプを三段並列
に設けたものである。しかしこれを直列に接続し
てもよく、またこの温水３３により再度他のヒー
トパイプを経て変換効率の向上を図つてもよい。
この場合、一般にはアルコール、フロリーナート
等の液を用い次段にて熱容量の大きな水を用いる
光熱変換装置とするとその効率を高めることがで
きた。
に放出される。図面ではヒートパイプを三段並列
に設けたものである。しかしこれを直列に接続し
てもよく、またこの温水３３により再度他のヒー
トパイプを経て変換効率の向上を図つてもよい。
この場合、一般にはアルコール、フロリーナート
等の液を用い次段にて熱容量の大きな水を用いる
光熱変換装置とするとその効率を高めることがで
きた。
第５図において光電変換装置が結果としてヒー
トパイプのその反射防止膜となつており、その面
でも赤外線透光用光電変換装置とヒートパイプ等
光熱変換装置との一体化は好ましいものであつ
た。
トパイプのその反射防止膜となつており、その面
でも赤外線透光用光電変換装置とヒートパイプ等
光熱変換装置との一体化は好ましいものであつ
た。
以上の説明より明らかな如く、本発明は光電変
換装置であつて、光照射表面側の電極のみならず
裏面に対しても透光性電極およびＰおよびＮ層を
Ｉ層に比べて広いエネルギバンド巾を有せしめ、
特に1.6eV以下のエネルギを有する光特に赤外光
に対しこの光電変換装置自体の昇温を防ぎ、この
赤外光を含む熱エネルギをこの裏面電極側に接し
て設けられた冷却用の熱電変換装置を光に対して
直列接続せしめたことにある。その結果、同一照
射面側にて光−電、光−熱変換により総合変換効
率を70〜90％にまで高めることができた。
換装置であつて、光照射表面側の電極のみならず
裏面に対しても透光性電極およびＰおよびＮ層を
Ｉ層に比べて広いエネルギバンド巾を有せしめ、
特に1.6eV以下のエネルギを有する光特に赤外光
に対しこの光電変換装置自体の昇温を防ぎ、この
赤外光を含む熱エネルギをこの裏面電極側に接し
て設けられた冷却用の熱電変換装置を光に対して
直列接続せしめたことにある。その結果、同一照
射面側にて光−電、光−熱変換により総合変換効
率を70〜90％にまで高めることができた。
本発明は珪素のアモルフアスまたはセミアモル
フアス半導体を利用した光電変換装置とヒートパ
イプを用いた光−熱変換装置とを一体化したこと
を特徴としている。その結果、それぞれの効果を
波長の短い光により発電を、また長い波長により
発熱を起こすため、この装置部での昇温を防止し
ひいては光電変換効率を高め、また光熱変換にお
いて無駄になつていた光を発熱に利用した相乗効
果を利用したものである。
フアス半導体を利用した光電変換装置とヒートパ
イプを用いた光−熱変換装置とを一体化したこと
を特徴としている。その結果、それぞれの効果を
波長の短い光により発電を、また長い波長により
発熱を起こすため、この装置部での昇温を防止し
ひいては光電変換効率を高め、また光熱変換にお
いて無駄になつていた光を発熱に利用した相乗効
果を利用したものである。
その結果、一般家庭の限られた面積の屋根を利
用して太陽光の一部を発電にまた他の一部を湯沸
かしに利用したきわめて効果の高い太陽エネルギ
の変換装置を作ることができた。なお本発明は本
発明人の出願になる特許願55−181463、55−
181464（S55.12.22出願）の光電変換装置をさら
に発展させたものであることを付記する。
用して太陽光の一部を発電にまた他の一部を湯沸
かしに利用したきわめて効果の高い太陽エネルギ
の変換装置を作ることができた。なお本発明は本
発明人の出願になる特許願55−181463、55−
181464（S55.12.22出願）の光電変換装置をさら
に発展させたものであることを付記する。
第１図は従来の光電変換装置の縦断面図を示
す。第２図は本発明の光電変換装置にて得られた
波長に対する透過光の特性を示す。第３図は本発
明の光電変換装置に用いたＩ層、Ｐ層およびＮ層
の波長と相対透過率との関係を示す。第４図Ａ，
Ｃは本発明の光電変換装置を示しＢ，Ｄはそれぞ
れＡ，Ｃに対応するエネルギバンド図を示してい
る。第５図は本発明の光電変換装置と光熱変換装
置とを一体化した光電変換装置の実施例を示す。
す。第２図は本発明の光電変換装置にて得られた
波長に対する透過光の特性を示す。第３図は本発
明の光電変換装置に用いたＩ層、Ｐ層およびＮ層
の波長と相対透過率との関係を示す。第４図Ａ，
Ｃは本発明の光電変換装置を示しＢ，Ｄはそれぞ
れＡ，Ｃに対応するエネルギバンド図を示してい
る。第５図は本発明の光電変換装置と光熱変換装
置とを一体化した光電変換装置の実施例を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光照射により光起電力を発生するPINまたは
NIP型構造を有する半導体装置において、Ｐ型半
導体層およびＮ型半導体層はＩ型半導体層に比較
して広いエネルギバンド巾を有せしめ、かつＰ型
半導体層およびＮ型半導体層に密接した電極がと
もに透光性電極であることを特徴とする光電変換
装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、Ｉ型半導体
層はエネルギバンド巾が1.4〜2.0eVを有するとと
もに、Ｐ型およびＮ型半導体層は2.0〜4.0eVを有
するセミアモルフアス半導体が用いられたことを
特徴とする光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56045888A JPS57160175A (en) | 1981-03-28 | 1981-03-28 | Photoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56045888A JPS57160175A (en) | 1981-03-28 | 1981-03-28 | Photoelectric converter |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56152617A Division JPS57160176A (en) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | Photoelectric converter |
| JP2245100A Division JPH03227575A (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57160175A JPS57160175A (en) | 1982-10-02 |
| JPS6230714B2 true JPS6230714B2 (ja) | 1987-07-03 |
Family
ID=12731773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56045888A Granted JPS57160175A (en) | 1981-03-28 | 1981-03-28 | Photoelectric converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57160175A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59154079A (ja) * | 1983-02-22 | 1984-09-03 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換半導体装置及びその作製方法 |
| JPS59155974A (ja) * | 1983-02-25 | 1984-09-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置作製方法 |
| JPS6030180A (ja) * | 1983-07-28 | 1985-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非晶質薄膜光起電力素子 |
| EP0168132A3 (en) * | 1984-05-14 | 1987-04-29 | Energy Conversion Devices, Inc. | Static field-induced semiconductor structures |
| JPS62106670A (ja) * | 1985-11-05 | 1987-05-18 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 半導体素子 |
| JPS62165374A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | アモルフアス光起電力素子 |
| JPS62232173A (ja) * | 1986-04-01 | 1987-10-12 | Toa Nenryo Kogyo Kk | アモルフアスシリコン太陽電池 |
| JPS6313380A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | Hitachi Ltd | アモルフアスシリコン太陽電池 |
| JPH0620151B2 (ja) * | 1986-12-08 | 1994-03-16 | 株式会社日立製作所 | アモルフアス太陽電池 |
| JPH04211179A (ja) * | 1991-03-27 | 1992-08-03 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | スイッチング素子 |
| JP2009158667A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| JP2010118695A (ja) * | 2010-02-22 | 2010-05-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5136086A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-26 | Sharp Kk | |
| US4064521A (en) * | 1975-07-28 | 1977-12-20 | Rca Corporation | Semiconductor device having a body of amorphous silicon |
| US4109271A (en) * | 1977-05-27 | 1978-08-22 | Rca Corporation | Amorphous silicon-amorphous silicon carbide photovoltaic device |
| US4166919A (en) * | 1978-09-25 | 1979-09-04 | Rca Corporation | Amorphous silicon solar cell allowing infrared transmission |
| JPS57126175A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-05 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | Amorphous silicon carbide/amorophous silicon hetero junction optoelectric element |
| JPS57136377A (en) * | 1981-02-17 | 1982-08-23 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | Amorphous silicon nitride/amorphous silicon heterojunction photoelectric element |
| JPS6148276A (ja) * | 1984-08-16 | 1986-03-08 | Ricoh Co Ltd | 色補正回路 |
-
1981
- 1981-03-28 JP JP56045888A patent/JPS57160175A/ja active Granted
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5136086A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-26 | Sharp Kk | |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57160175A (en) | 1982-10-02 |
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