JPS6276166A - 半導体光エネルギ−変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分腎〕 この発明ζよ、板状または膜状または粒子状の半導体の
一方の面に電流を取出すためのオーミック性接合を施し
、他方の面に酸化還元系を含む光透過性導電物質を接合
し、この半導体の他方の面に光を照射することにより光
エネルギーを電気または化学エネルギーに変換する半導
体光エネルギー変換装置に関するものである３゜ 〔従来の技術〕 第６図は、半導体に光透過性導電物質、例えば電解質溶
液を接触せしめた構造を有する従来の半導体光エネルギ
ー変換装置の断面図である。以下、光−電気エネルギー
変換装置について概説する。

（１ａ）は板状また（よ膜状または粒子状の半導体であ
って、こればこれとオーミック性接合を形成する金属（
２）を有し、金属（２）には導電性接着剤（３）により
導体（４）が接続されている。（５）は網状金属あるい
は酸化８膜等の光透過性導体であって、ガラス等光透過
性物質（６）により固定されている。半導体（１ａ）と
光透過性導体（５）１よスペーサー（７）を挾んで対置
され、両者の間隙には光透過性導電物質、例えば電解質
溶液（８）が置かれている。（９）は絶縁性の被覆材料
で、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂等が用いられる。導
体（４）と光透過性導体（５）とは導線００）で負荷（
１１）を通して連結されている。図中、矢印イ（よ光の
入射方向を示す。

半導体（１＆）の表面に、電解質溶液（８）を通して光
が照射されろと、この半導体（１ａ）の禁止帯幅以上の
エネルギーを持つ光だけが半導体（１ａ）に吸収され、
価電子帯の電子が伝導帯に励起され正孔が生成される。

半導体（１ａ）がｎ型である場合には、半導体（１ａ）
とＴｉ解質溶液（８）とで形成される半導体（１ａ）中
のエネルギーバンドの勾配によって、正孔が半導体（ｌ
ａ）と電解質溶液（８）の界面へ移づＪし、電解質溶液
（８）中の酸化還元系と酸化反応を起こし電流を生せし
める。電子は、導線ａ■経て、光透過性導体（５）へ移
動し、これ（５）と電解質溶液（８）との界面で電解質
溶液（８）中野酸化還元系と還元反応を起こし′ｒｒｉ
流を生せしめる。半導体（１ａ）がｐ型の場合には、正
孔が光透過圧導体（５）へ移動する。

このようにして、光エネルギーは電気エネルギに変換さ
れ、電気エネルギーが負荷θｔ）において取出される。

まｔこ、光−化学エネルギー変換装置は以下のように動
作する。

電解質溶液（８）中に、イオン交換膜等を置き、半導体
（］ａ）と光透過性導体（５）を分離するように仕切る
と、半導体（１ａ）がｎ型の場合にｔよ、光照射により
半導体（１ａ）に生成された正孔が電解質溶液（８）中
の電子供与性物質を酸化し、その酸化物（例えば０□ガ
ス）を生成する。これと同時に光透過性導体（５）の表
面では電子が電子吸引性物質を還元し、その還元物（例
えばＨ２ガス）を生成させ、光エネルギーは化学エネル
ギーに変換されろ。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように構成された従来装置では、半導体−溶１夜界
面において目的とする反応以外に、半導体自身が腐食す
る反応が生起し、半導体が消耗ないしは劣化するという
問題が、一つの重要な欠点として存在していた。この問
題を解決するため、半導体表面を金属′ｆ４膜等の光透
過性薄膜で被覆する方法が、これまでに発明者らにより
研究され、半導体が大きく安定化されることが明らかに
されたが、反面この種の半導体においては生じる光起電
力は半導体−金属接合のため小さくなってしまうという
新たな問題が生じ、充分な光起電力を得るためにはｐｎ
接合あるいはｐｉｎ接合を有する半導体を用いろ必要が
あった。一方、ｐ型シリコンのように溶液中において、
あまり腐食しない半導体もいくつか知られていたが、一
般に半導体の表面は化学反応を触媒する能力をほとんど
持たず、電極反応の速度が小さいｔコめに、界面反応の
過程で大きいエネルギー損失がＢＥシ効率が大幅に低下
するという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、半導体光エネルギー変換装置における半導体
の腐食による消耗劣化を抑えられるとともに、大きな光
起電力を生成できる半導体光エネルギー変換装置を得る
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わる半導体エネルギー変換装置は、半導体
の光入射面部に粒状また（よ線状の界面電子移動媒介物
質を接合させたものである。

〔作　用〕 この発明における粒状まｔコ（よ線状の界面電子移動媒
介物質は、半導体の反応が生じろ界面において半導体自
身が腐食され、電流が阻止されても、この媒介物質が電
流を通す働きをする。さらに、半導体表面を金属の連続
膜で被覆する場合に比べて、半導体と光透過性導電物質
が接触する部分があるため、半導体−導電物質接合に大
きいポテンシャル障壁を生成し、かつ触媒活性により反
応速度を高めるため、大きな光起電力が生じる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例による半導体光エネルギ
ー変換装置を示す断面図である。図において、（１ｂ）
は半導体（１ａ）の光入射面部に接合された粒状または
綿状の界面電子移動媒介物質であり、半導体（１ａ）と
、例えば電解質溶液である光透過性導電物質（８）との
間に通液性を有するように設けられたものである。

半導体（１ａ）の光入射面部に接合する界面電子移動媒
介物質、例えば白金やパラジウムなどの金属（ｌｂ）を
直径Ｌｏｎｅ程度の粒状ないしは線幅１０ｎｍ程度の線
状にすることにより、半導体−溶液接合のポテンシャル
障壁が増大する理由については、以下のように説明され
る。第２図は、例えばｎ型半導体（１ａ）に金属（１ｂ
）を微細な粒状に接合して、これを電解質溶液（８）に
接触させた場合について、界面近傍のエネルギー準位を
模式的に示したものである。金属の接合されていない部
分の半導体表面の伝導帯の底のエネルギーＥ、（Ｓ）は
半導体、半導体−溶液接触により決定されるのに対し、
金属の接合された部分の半導体表面の伝導帯の底のエネ
ルギーＥＣ（ロ）は、半導体−金属界面における伝導帯
の底Ｅｅ（ロ）と金属のフェルミ準位Ｅ、（財）とのエ
ネルギー差ＣφＢならびに金属−溶液界面における電位
差により決定される。したがって、金属−溶液界面にお
ける電位差の変化により金属のフェルミ準位Ｅ、（財）
が、例えば下方に変位した場合には、第２図に示すよう
に、金属の接合された部分の伝導帯の底エネルギーＥＣ
（ロ）は金属の接合されていない部分のそれＥ、（Ｓ）
の下に位置することとなり、かくして半導体表面の伝導
帯（ならびに価電子帯）のエネルギーは半導体表面に沿
っては、金属の有無に従って変化することとなる。この
ような半導体表面に沿って生じる伝導帯ならびに価電゛
子帯のエネルギーの変化は、当然半導体の内部の方にも
波及し、結局第２図の部分Ａにおいて示すように、半導
体表面部分に存在するシヲットキー障壁に谷状のくぼみ
を生じる。しかるに、半導体表面に施されろ金属の粒径
ないしは線幅が半導体の空間電荷層の厚さに比べて、１
０分の１程度あるい（よそれ以下と狭く、また金属を接
合した半導体表面の部分の面積が接合していない部分の
面積に比べて、数分の１程度あるいはそれ以下と小さい
場合には、上に述べた金属を接合したことにより生じろ
ショットキー障壁内のくぼみは、半導体表面から内部に
向けて急激に減衰し、したがって半導体の空間電荷層内
でのバンドエネルギーは金属の接合されていない半導体
−溶液接合部分で主に決定され、金属のフェルミ準位Ｅ
ｆＨにはほとんどよらなくなる。つまり、金属を接合し
た半導体におけるポテンシャル障壁の高さは、金属を接
合していない半導体表面の伝導帯の底のエネルギーＥＪ
Ｓ）と金属の７工ルミ準位Ｅｆ（財）との差、すなわち
第２図のＣφＢ′にほぼ等しくなる。金属の７工ルＥ９
位Ｅ、（財）は溶液中のレドックス準位に一致している
ので、この発明の半導体におけるポテンシャル障壁の高
さは、金属を接合していない従来の半導体の場合におけ
るポテンシャル障壁の高さにほぼ一致する。先行発明の
金属を連続膜として接合した場合の半導体−金属界面の
ポテンシャル障壁の高さは、Ｅａ（ロ）とＥ、Ｈの差、
すなわち第２図のｅφＢで与えられるので、この発明の
半導体におけるポテンシャル障壁の高さｅφＢ′カコれ
より大きくなることは第２図よりも明らかである。ざら
に、金属の粒径ないしは線幅が数ｎｍ以下と非常に小さ
くなる場合には、上述のショク障壁上−障壁内のくぼみ
も非常に狭くなり、くぼみ内の電子のエネルギーが量子
化されて最低の電子エネルギー準位がくぼみの底より高
くなるため、上述の結論が一層強められる。以−ヒはｎ
型半導体（ｌａ）と電解質溶液（８）との接合の場合に
ついて述べたが、上述の原理は界面の静電気宇に基礎を
置いたものであり、ｐ型半導体を用いた場合のほか、電
解質溶液の代わりに光透過性導固体を用いた場合等にお
いても広く成立する。

半導体表面に金属を粒状ないしは線状に接斤することに
よってもたらされる重要な効果（よ、（１）半導体−溶
液界面の電位障壁の高さを低下することなく半導体表面
に触媒活性を付与し、表面反応速度を高め、これによっ
て大きい光起電力を生じろこと、（２）例えばｎ型シリ
コンのように、腐食反応によって安定な酸化皮膜が表面
に生成し、電流が阻止される場合等であっても、光電流
が金属部分を通して流れるため、長期間にわたって安定
な光電流を生じること、の２点でる。

以上のように、この発明によれば、半導体−溶液界面に
おけるポテンシャル障壁の高さを低下させることなく、
半導体表面に触媒活性を付与して光起電力を高め、さら
に半導体の腐食・劣化を抑えて半導体を安定化すること
が可能となる。半導体−溶液界面のポテンシャル障壁の
高さは、溶液中の酸化還元系を適当に選択することによ
り、原理的には禁止帯幅のエネルギーまで高めることが
できるので、この発明は実用上極めて有利なものである
といえる。すなわちこの発明により、半導体を用いてｐ
ｎ接合等の高価・複雑な工程を行うことなく大きい光起
電力を有する装置を製造することが可能となる。

また、特定の半導体に限るものではなく、表面の触媒活
性が低いため、あるいは腐食反応により不働態化してし
まうために、使用不能と考えられていた種々の半導体も
高効率かつ安定に使用できることになる。このような半
導体の例として、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｇａ
ＡｓｘＰ、−ｘ。

Ｉ　　ｎＰ、Ａｔ＋Ａｓ、Ａ　Ｉ　Ｐ、ＣｄＴｅ、Ｃｄ
Ｓｅ。

ＣｄＳ、　　Ｃｕ２Ｓ、　　　ＺｎＴｅ、　　Ｚｎ５ｅ
、　　　ＺｒｚＰ２．ＭＯＴ　ｅ２．Ｍｏ　　Ｓ、ｅ２
ｐ　　ＭＯ３２，ＷＴ　ｅｚｐＷＳ　　ｅ　２．　　Ｗ
Ｓｚｐ　　Ｆ　ｅ　　Ｓ２ｔ　　Ｒｕ　　Ｓ２ｙ　　Ｆ
　’ｅ　Ｐ　５３ｐＺ　　ｒＴｅ２．　　Ｚ　　ｒ　　
Ｓ　　ｅ２．　　Ｚｒ　　Ｓ２ｐ　　Ｃｕ　　Ｉ　　ｎ
５２ｐＣｕＩｎＳｅｔなどがあげられる。さらに、ｎ型
あるいはｐ型の半導体に限るものではなく、ｎ型あるい
はＰ型の半導体の上に光吸収層として真性半導体（１層
）を積層したいわゆるｎｌないしくよｐ１１層をもつ半
導体も使用することができる。

この場合にはｉ層の厚さがｎないしはｐ型半導体を用い
た場合の空間電荷層の厚さに相応するので、たとえばｉ
層の厚さを１μｍ程度と通常のｎ型ないしはｐ型半導体
の空間電荷層の厚さより大きくすると、ｎ型あるいはｐ
型半導体を用いた場合より大きい光起電力が得られるこ
とが前述の原理より期待され、有利となる。

さらにまた、従来の太陽電池では、ｐｎ接合あるいはｐ
ｉｎ接合をもつ半導体の光起電力が一段に利用されてい
るが、この方式に（よ光入射面に存在する９層ないしは
ｎ１ｉＪによる光吸収が光電流を減少させろという問題
があった。この発明の半導体では、光入射面にこのよう
なｐＷｌあるいはｎ層は存在せず、また微細な粒状の金
属等を透明にすれば、大きな光電流が得られることが期
待される。

さらにｎ型、ｐ型、ｎｌ接合型、あるいはｐｉ接合型の
半導体の光入射面に電子がトンネル移動しうる厚さの絶
縁性また之よ半導性の膜、例えば酸化層等からなる極め
て薄い（１−２ｔｍ）絶縁層を設け、この−にに金属等
を粒状ないしは線状に接合するという形で適用すること
もできろ。この場合に（よ、上記の効果に従来より知ら
れているＭＩＳ接合の効果が加わり、光起動力がさらに
大きくなることが期待される。

また、半導体と電解質溶液との接合に限るもので（よな
く、光透過性導電物質として電解質溶液と類似の性質を
もつ光透過性の固体電解質と半導体との接合、さらには
固体太陽電池のように、酸化錫、ドープされたシリコン
カーバイド等、基板の半導体より大きいバンドギャップ
有する光透過性の導電性固体と半導体との接合にも適用
することができる。この場合にも半導体の光入射面部に
接合された粒状ないしは線状の金属等の界面電子移動媒
介物質は、半導体と上述のような光透過性の導電性固体
との界面に生成されろポテンシャル障壁の高さを変える
ことなく、界面の電子移動を媒介して光起電力を高め、
また光電池を長期に安定化させる作用をもつと考えられ
る。

半導体表面に接合する物質としては、Ｐｄ、ＰＬ、Ａｕ
、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどの金属のほかに、ＲｕＯ２，Ｐ
ｄＳ、ＰｔＳｉなどの金属酸化物。

金属硫化物、金属シリサイド等の安定にかつ効率よく界
面電子移動を媒介するものが用いられろ。

半導体表面に金属等を粒状ないしは線状に接合する方法
としては、例えばコロイド状微粒子付着法、電着などの
電気化学的方法、真空下または低圧の不活性ガス存在下
での蒸着法、あるいは４上た金などの金属、あるいは有
機物質を多孔性膜状に蒸着し、この上に目的とする界面
電子移動を活性化する物質を蒸着して、この後半導体表
面に直接蒸着された活性化物質だけを残して他をエツチ
ング等で取り除く方法等を用いることができる。このほ
か、場合によっては従来より知られているフォトレジス
ト ト法等を用いろこともできる。上述の金属等を接合する
方法は、半導体物質の形状に関係なく適用できるので、
いろいろの形状の半導体材料を用いろことができる。

以下、実施例を示すことにより、乙の発明の詳細な説明
するが、これによりこの発明を限定するものでば卒い。

〔実施例１〕 厚さ０．５ｍのｎ型シリコン単結晶（ｎ−Ｓｉ）ウェー
ハー（ドナー濃度約Ｉ　Ｘ　１　０　”ａｍ−’）をフ
ッ化水素酸、硝酸、少量の臭素を含むエツチング溶液（
ＣＰＤ−２）でエツチングした後、水蒸気を含む酸素気
流下４００℃で１時間加熱して表面に薄い酸化膜を生成
し、この上に金を約１０ｎｍのｉさに蒸着し、１０％フ
ッ化水素水溶液に約３０秒浸す。これにより、金薄膜中
に存在する微小な割れ目（幅５〜１　０　ｎｍ）の部分
において、Ｓｌ上の酸化物が取り除かれる。この上に、
白金を５ｎｍの厚さに蒸着し、真空下３５０℃で５分加
熱して、金薄膜の割れ目の部分で白金シリサイドを形成
し、ついでこれを王水中に約８時間浸漬して、表面の白
金と金を取り除き、さらにフッ化水素酸に２０秒浸して
表面シリコン酸化物を取り除いた。このような処理によ
り、王水およびフッ化水素酸に不溶な白金シリサイド（
１０のみがＳｉ上に微細な粒状ないしは線状のものとし
て残る。

以上のように処理した白金シリサイド（１ｂ）が接合さ
れたｎ　−　Ｓ　ｉウェーハ−を半導体（１ａ）として
用い、第１図に示された構造の光エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する光電池を作製した。ｎ−Ｓｉウェーハ
−（１＆）の白金の接合されていない裏面にインジウム
・ガリウム合金（２）によってオーミック性接合をとり
、銀ペースト（３）で銅板（４）に固定した。ｎ　−　
Ｓ　ｉ半導体（１ａ）の白金（１ｂ）を接合した面上に
は、シリコンゴムで作られたスペーサー（７）を置き、
光透過性の白金薄膜付き導電性酸化錫膜（５）を備えｔ
；ガラス板（６）を圧着し、０．　Ｉ　ＭずつのＦｅ２
＋とＦｃ３＋を含む１Ｍ塩酸水溶液を電解質溶液（８）
として入れ、エポキシ樹脂（９）を用いて封じた。

銅板（４）と酸化錫膜（５）を銅線００）で可変抵抗（
１１）をはさんで結合し、３００Ｗハロゲンランプを光
源として用いて矢印イ方向から光を照射しながら、可変
抵抗（１１）の抵抗値を変化させて、ここに生じる光電
圧Ｍおよびここに流れる光電流（Ｉ）を測定した。第３
図（よ光電流（Ｉ）に対する光電圧Ｍを示すグラフで、
図において曲Ｐｉ１（＋２）　＋よ測定結果の一例で、
開回路光電．圧（Ｖｏｃ）０．　５　０　Ｖ　、閉回路
光電流（Ｉ　ｓｃ）　２　０　ｍＡｃｍ−２，曲線印紙
ＦＦ０．５４をもつ光電流−電圧特性が得られた。光電
流は１ク一月の光照射下で安定であった。なお比較の意
味で、エツチングしたｎ　−　Ｓ　ｉウェーハーに白金
を直接蒸着し、連続膜として施したものを用いて測定を
行うと、第３図の破線（１３）に示すようなＩ−Ｖ曲線
が得られ、開回路光電圧が０．２１Ｖにまで大幅に減少
した。また白金を接合してないｎ−Ｓｉミラニー）−を
用いた場合には、光電流は光照射とともに急激に減衰し
、１−２分でゼロとなった。これより、ｎ−Ｓｉウェー
ハー（１ａ）に白金（１ｂ）を粒状ないしは線状に接合
することにより、光電圧が大幅に増加し、かつ半導体が
著しく安定化されることが明瞭に認められた。界面電子
移動媒介物質（１ｂ）として白金のかわりにイリジウム
を蒸着して粒状ないしは線状のイリジウムシリサイドを
生成させた場合にも同様の結果が得られた。

〔実施例２〕 実施例１で用いたものと同じｎ−Ｓｉウェーハー（ｌａ
）の片面にインジウム・ガリウム合金でオーミック性接
合をとり、銀ペーストで銅線を結合して、もう一方の面
のみが露出するようにエポキシ樹■旨で覆っｔこもの（
ｎ−Ｓｉ電極）を、４８％フッ化水素酸中に浸しハロゲ
ンランプで光照射して、０、８ｍＡｃｍ−”の光電流を
約３０秒間流すことにより、ｎ−Ｓｉウェーハ−の表面
に微細な細孔を生せしめた。ついで、エポキシ樹脂，銀
ペースｌ−　。

およびインジウム・ガリウム合金をはずし、フツ化水素
酸でエツチング後、細孔の存在する面上に白金またはイ
リジウムをＳｉ面に対して斜め方向から３ｎｍの厚さに
蒸着し、界面電子移動媒介（１ｂ）を接合した。このよ
うに処理したｎ−３ｉウエーハーを半導体（１ａ）とし
て、実施例１と同様の方法で光電池を作製したところ、
安定な光電流−電圧特性が得られ、細孔を生成させるこ
となく白金等を蒸着した半導体を用いた場合より大きい
０．５２ＶＮＯ開回路光電圧が得られた。

〔実施例３〕 実施例１で用いたものと同じｎ　−Ｓ　ｉウェーハー　
（Ｉａ）をフッ化水素酸でエツチング後、これを真空下
で約３００℃に加熱しつつ、この上に同フタロシアニン
を約１Ｏｎ＋１１の厚さに蒸着し、多（の微細なすき間
を持つ銅フタロシアニン膜を生成させた。ついで、この
上に白金あるいはイリジウムを３ｍｌ１１の厚さにｇ着
し、キノリンに浸漬して銅フタロンアニン膜およびこの
上に存在する白金あるいはイリジウムを取り除き、（欺
細な粒状ないしは線状の白金あるいはイリジウム（１ｂ
）を接合されたｎ−３ｉウェー八−（１ａ）を作製した
。これを用いて実施例１と同様の方法で光電池を作製し
たところ、安定な光電流−電圧特性が得られ、０．４８
Ｖの開回路光電圧が得られた。

〔実施例４〕 実施例１で用いたものと同じｎ−３ｉウエーハー（ｌａ
）を用い、この上に実施例１で述へた方法で酸化皮膜を
生成させ、この上に実施例３で述へｔコ方法で銅フタロ
シアニン薄膜を蒸着し、さらにこの上に白金またはイリ
ジウムを蒸着して、これを実施例３と同様にキノリンに
浸漬して、銅フタロシアニン膜およびこの上に存在ずろ
白金まｔこ（よイリジウムを取り除いた。このようにし
て、ｎ　−Ｓｌウェーハー（ｉａ）の表面に薄い酸化皮
膜を存在させこの」二に白金またはイリジウム（１ｂ）
を粒状ないしは線状に接合したものを作成して、実施例
１と同様の方法で光Ｋｍを作製したところ、安定な光電
流−電圧特性が得られ、０．５６Ｖという大きい開回路
光電圧が得られた。

〔実施例５〕 実施例１と同じｎ　−Ｓ　ｉウェーハー（１ａ）の上に
非ドープ（真性）のＳｉを約１μｍの厚さに気相エビク
キシャル成長させたものを用い、この上に実施例１と同
様の方法で薄い酸化皮膜を生成させ、この上にスピナー
を用いてポリメチルメタアクリレートを約０．３μｍの
厚さに塗布し、これに電子線レジス１−法を用いて、輻
約０．３μｍ、長さ約０゜３μｍのスポット状の電子線
を約１μｍの間隔をあけて格子状に照射し、この部分を
可溶化して取り除き、これをフッ化水素酸に浸して、光
の照射された部分の酸化皮膜を取り除いた。これに白金
を約３ｎｍの厚さに蒸着し、真空下３５０℃で約５分加
熱した後、王水に１時間、ついでフッ化水素酸に約３０
砂漠した。実施例１と同様の方法で光電池を作製したと
ころ、安定な光電流−電圧特性が得られ、０．５０Ｖの
開回路光電圧が得られｔコ。

〔実施例６〕 厚さ約０．５ａ＋ｍのｐ型シリコン単結晶ウェーへ−（
アクセプター濃度約Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−”）を半導
体（１ａ）として用い、実施例１と同様の方法によりこ
の上に界面電子移動媒介物質（１ｂ）として白金（白金
シリサイド）を微細な粒状ないし；よ線状に接合した。

第４図は、このようにして作製したｐ型Ｓｌウェーハー
を用いて光エネルギーを化学エネルギーに変換する光電
池の構造を示すものであって、ｐ型シリコン半導体（１
ａ）は、上述の方法で白金（白金シリサイド）　　（ｌ
ｂ）を粒状ないしくよ線状に接合し、電気的接続のため
のガリウム・インジウム合金（２）をとりつけた後、銀
ペース）・（３）て銅線［１０）を結合し、エポキシ樹
脂等の絶縁物（９）で密封して半導体電極とした。これ
と白金対極（５）とをＩＭ（Ｍ＝　ｍｏｌ　／　ｄｉ　
）の塩酸を含む水溶液（８）の中に対置する。ポテンシ
ョスタット（１４）で飽和カロメルｍ　４１（ｓｃＥ）
（＋ｓ）に対する電位を設定し、Ｘ−Ｙレコーダー（１
Ｇ）で電圧Ｍ−常電流Ｉ）曲線を測定した。光源には３
００Ｗハロゲンランプを用い、矢印イ方向から光を入射
する。電極反応生成物の相互拡散を防ぐために半導体（
１ａ）と白金対極（５）の間に陽イオン交換膜（１７）
を設置した。第５図は測定結果の一例である。図は横軸
に半導体電極の電位Ｍ、樅軸にｍ　Ｐ＆（ｍ　Ａ　Ｃｍ
−”）をとったもので、それぞれの曲線の立ら上がり点
の電位が水素発生電位に相当している。上記の半導体電
極をカソードに用いた場合、光を照射しない時には点線
（１８）のように負電位側でも電流は観測されないが、
光を照射することにより電流が生じ、明確な水素発生電
位が認められるようになる（曲線１９）。この水素発生
電位はｐ　ｔｆｉ　極の場合（点Ｒ２０）の立ち上がり
に比べて約０．３５Ｖ正側にずれていることがわかる。

ｐｔＴＳ極では対極にｐｔを用いており、このアノード
からは酸素が発生する。ｐｔ主電極の酸素発生電位は１
．４■であり、ｐ　ｔ　−ｐ　を電極系での水の分解電
圧は１．６５Ｖである。一方この実施例にかかる粒状ま
たは線状の白金を接合したｐ　−Ｓ　ｉ電極を用いると
、水の分解電圧は１．３０Ｖまで低く出来ろことがわか
る。なお、比較の意味でｐｔを付着しないｐ　−Ｓ　ｉ
電極をカソードとして同様の測定を行うと、立ち上がり
電位は大きく負側にシフトして（曲１２１）　、ｐ　ｔ
　Ｔｉ４％のものよりむしろ負側となってしまい、また
ｐｔを連続膜として付着したｐ　３ｉ電極をカソードと
すると、ｐｔｆＩｉ極の場合と同じように光を照射しな
い時にも大きな水素発生電流を生じてしまい（曲線２２
）、光照射の効果は認められず、ｐｔが連続膜として付
着している場合には、ｐｔとｐ−３ｉがオーミックに近
い接合となることが示された。これより界面電子移動媒
介物質として白金を粒状ないしは線状に付着することに
よって、ｐ−３ｉｆ４極の光起電力ならびに光電気化学
特性が著しく向上することが明瞭に認められた。

〔実施例７〕 鏡面仕上げのステンレススチール（ＳＵＳ）板状に、プ
ラズマＣＶＤ法により、まず約２０ｎ１厚のｐ型の水素
化アモルファス・シリコン（ａ　−３１：Ｈ）層を堆積
し、ついで約６００ｎｍ厚の非ドープ（ｉ型）のａ−３
ｉ：Ｈ層を堆積して、ｐｉ接合をもっａ−３ｉ：Ｈ半導
体膜（１ａ）を作製した。

ついで、ｉ型ａ−３ｉ：Ｈの表面上に実施例１と同じよ
うに、金および白金の薄膜を蒸着して王水に浸す方法で
、界面電子移動媒介物質として白金（１ｂ）を粒状ない
しは線状に施し、このようにして作製したものを第４図
の半導体（１ａ）として用いて、実施例６と同様の測定
を行った。ここで、ＳＵＳはｐ型ａ−８ｉ：Ｈ層とオー
ミック性接合を形成しているので、このＳＵＳに直接銅
線ＱＯＩを結合しエポキシで覆って、第４図の半導体電
極とした。

実施例６と同じ条件下で光水素発生の光電流は、ＳＣＥ
に対して＋〇、２ｖから流れはしめ、白金電極の場合よ
り０．４５Ｖ正側にずれており、大きい光起電力が生し
ろことが明らかになった。白金を連続膜として接合した
場合に（よ、暗時下で水素発生の電流が、流れ、光応答
はほとんどなかった。

〔実施例８〕 実施例１と同様の方法で、白金シリサイドあるいはイリ
ジウムシリサイド（１ｂ）を微細な粒状ないしは線状に
接合して界面電子移動媒介物質（１ｂ）としたｎ　−Ｓ
　ｉウェーへ−（１ａ）を作製し、これを硝酸と７ツ化
水素酸に５秒ずつ交互に数解浸漬し、水洗乾燥後、−日
空気中に放置して金属シリサイドの接合されｔ二面側で
、金属シリサイドが接合されていない部分に薄い酸化膜
を生成させた。ついで、この上に酸化錫を２０ｎｍ厚に
真空蒸着し、さらに酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を５０
ｎｍ厚に蒸着して、この上にマスクを用いて金を網状に
蒸着し、ここに銀ペーストでｆＩｓを結合した。この薄
い酸化膜、酸化錫、及び酸化インジウム錫は光透過性導
電物質である。一方、とのｎ−３ｉウエーハー（１ａ）
の裏面に８．１、インジウム・ガリウム合金（２］でオ
ーミック性接合をとり、銀ペースト（３）で銅線００）
を結合した１、このようにして作製した乾式の固体太陽
電池にＬ５いて、上記の二本の銅線を可変抵抗（１１）
を通してつなぎハロゲンランプを光源として矢印イより
光を照射しながら光電流−電圧特性を測定したところ、
閉回路光電流２５　ｍ　Ａｃｍ−”。

開回路光電圧０．５０Ｖ、曲線因子０．６１を得、また
光電流は１００時間以上安定であった。比較のために、
粒状ないしは線状の金属シリサイドを存在させないで、
ｎ−８１ウェーハー／薄い酸化膜／酸化錫という接合か
らなる太陽電池を作製したところ、光Ｍ　ｍは１０時間
程度の光照射で少し減少しな。これより、ｎ−３ｉウエ
ーハー（ｌａ）上に粒状ないしは線状の金属（シリサイ
ド＞　（Ｉｂｌｌｅ接合することにより、太陽電池の安
定性の向上することが明瞭に認められた。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、半導体、この半導体の
光入射面側に設けた光透過性導電物質、及び半導体の他
面側にオーミック性接合された導体を備え、光透過性導
電物質を通して半導体へ光を入射して電気またｔよ化学
エネルギーを得る半導体光エネルギー変換装置において
、半導体の光入射面部に粒状または線状の界面電子移動
媒介物質を接合させたので、半導体の腐食による消耗劣
化を抑えて寿命を長くでき、さらに大きな光起電力を生
成できるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体光エネルギー
変換装置を示す断面図、第２図はこの発明に係わる半導
体のエネルギー準位図、第３図はこの発明の一実施例に
係わる電流−電圧曲線の測定結果を示すグラフ、第４図
はこの発明の他の実施例を示す断面図、第５図は他の実
施例に係わる電流−電圧曲線の測定結果を示すグラフ、
第６図は従来の半導体光エネルギー変換装置を示す断面
図である。 （ｌａ）−半導体、（１ｂ）・−・粒状または線状の界
面電子移動媒介物質、（４）・　導体、（８）　　　光
透過性導電物質。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体、この半導体の光入射面側に設けた光透過
   性導電物質、及び上記半導体の他面側にオーミック性接
   合された導体を備え、上記光透過性導電物質を通して上
   記半導体へ光を入射して電気または化学エネルギーを得
   るものにおいて、上記半導体の光入射面部に粒状または
   線状の界面電子移動媒介物質を接合させた半導体光エネ
   ルギー変換装置。
2. （２）光透過性導電物質は、電解質であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の半導体光エネルギー変
   換装置。
3. （３）界面電子移動媒介物質は、透明であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、または第２項記載の半導
   体光エネルギー変換装置。
4. （４）半導体の光入射面に、電子がトンネル移動しうる
   厚さの絶縁性、または半導性の膜を施し、この上に界面
   電子移動物質を設けることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第３項のいずれかに記載の半導体光エネル
   ギー変換装置。