JPS6343381A - 光起電力素子 - Google Patents

光起電力素子

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JPS6343381A
JPS6343381A JP61187530A JP18753086A JPS6343381A JP S6343381 A JPS6343381 A JP S6343381A JP 61187530 A JP61187530 A JP 61187530A JP 18753086 A JP18753086 A JP 18753086A JP S6343381 A JPS6343381 A JP S6343381A
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JP
Japan
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layers
layer
films
superlattice structure
metallic
Prior art date
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Pending
Application number
JP61187530A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinya Tsuda
津田 信哉
Hisaki Tarui
久樹 樽井
Takao Matsuyama
隆夫 松山
Shoichi Nakano
中野 昭一
Yukinori Kuwano
桑野 幸徳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Publication of JPS6343381A publication Critical patent/JPS6343381A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40Thermal components
    • H02S40/44Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • YGENERAL 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
    • 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
    • YGENERAL 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
    • 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
    • Y02E10/60Thermal-PV hybrids

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】 童l上坐剋里立互 本発明は太陽電池等に使用される光起電力素子に関する
従来 朱とその問題点 従来の光起電力素子は、pn接合やpin接合された非
晶質半導体に光を透過させ、光起電力効果を利用して電
力を得ていた。そして良好な特性を得るために、該光起
電力素子には、高純度の半導体が多量に使用しなければ
ならず非常に高価であるという問題点があった。
さらに、該光起電力素子は、光起電力効果に用いられな
かったエネルギが熱となって捨てられ、有効なエネルギ
利用がなされていないという問題点があった。すなわち
、種々の波長を有する光が該光起電力素子に入射するが
、第4図のエネルギバンド図に示すように、半導体には
一般にバンドギャップXを挟んで価電子帯Evと伝導帯
E、が存在しており、バンドギャップX以下の波長(波
長とエネルギとは相関関係がある)の光が入射しても、
キャリアが価電子帯Evから伝導帯E、に励起されず、
電気エネルギとして利用できないし、またバンドギャッ
プX以上の波長の光についてもキャリアが一旦伝導帯E
。の上方に励起されて後(図中、点Yで示す)、光子と
衝突を繰り返してエネルギを放出しつつ、上記伝導帯E
、まで降下するため、図中、Z (=Y−X)に相当す
るエネルギが電気エネルギとして利用されないまま熱と
なって捨てられてしまう。この結果、変換効率が著しく
悪いという問題点があったのである。 本発明は従来の
このような問題点を解決して、安価であって、かつ変換
効率の良好な光起電力素子を提供することを目的とする
1 占を角”°°するための 上記問題点を解決するために本発明の光起電力素子は、
ゼーベック効果を有する異種の金属膜を重合した金属層
と、絶縁体層とを交互に積層してなる超格子構造を内有
していることを特徴としている。
詐二−−−尻 超格子構造とは、厚さ数人〜数百人の薄膜を多数積層し
た人工的な周期構造をいう。そして金属と絶縁体の超薄
膜が交互に積層されてなる超格子構造は、半導体的性質
を示すことが既に知られている(昭和60年度電子通信
学会半導体・材料部門全国大会予稿集p2〜p17(中
口、浅田、末松[金属・絶縁体超格子を用し;た超高速
三端子デバイス」))。すなわち、このような超格子構
造においては、金属層が井戸層に、絶縁体層がバリア層
となり、井戸層中に形成されるミニバンドにより半導体
的性質が現われるのである。
したがって、本発明によれば、上記超格子構造の半導体
的性質により光起電力が発生すると共に、従来利用され
ていなかった熱エネルギが異種金属を重合した金属層の
もつゼーベック効果によって、電気エネルギに変換され
るので、従来に比し変換効率の良好な光起電力素子を得
ることができる。
大−隻一貫 以下、図示の実施例に基づき本発明を詳説する。
第1図は、矢印A方向から光が入射する光起電力素子の
一例を示したものであって、1はガラス等の透明基板、
2は熱CVD法により形成されたl nz o3 、I
To、5not等の透光性導電酸化物よりなる透明電極
を示し、光起電力素子の陽極となるものである。3はホ
ウ素をドープしたa−5iC等のp型非晶質半導体から
なるp層、4は燐をドープしたa−3t等のn型非晶質
半導体からなるn層を示し、9層3及び0層4は共に、
グロー放電法により形成される。また5はAI!等の金
属からなる裏面電極を示し、光起電力素子の陰極となる
ものである。
しかして、6は、金属層7と絶縁体層8とが交互に積層
された超格子構造の薄膜であり、作用の項で示したよう
に、半導体的性質を有するものである。さらに上記金属
層7は、第1の金属膜9と、該第1の金属膜9との間で
ゼーベック効果による熱起電力を発生する第2の金属膜
10とが互いに重合されてなる。この実施例では第1の
金属膜9としてコンスタンクン(Cuo、i N i 
o、a )が、第2の金属膜10として銅が使用されて
いる。
この超格子構造6は、絶縁体層8.第1の金属膜9.第
2の金属膜10を一組としてこの順序で多数積層され、
周期構造を構成し、pin構造の光起電力素子における
1層の如き作用をなすのである。
また、上記絶縁体層8.第1の金属膜9.第2の金属膜
10の積層組数は、光が入射された状態において、光起
電力効果により発生する電圧と、第1の金属膜9−第2
の金属膜10(コンスタンタン−銅)のゼーベック効果
によって発生する電圧とが略同一となるように設定され
る。例えば上記光起電力効果により発生する電圧がo、
sv、  を個の金属層7 (コンスタンクン−m)か
ら発生する電圧が1mVであれば500組の金属層7と
絶縁体層8とが交互に積層され、全体として0.5■(
=1mVX500組)の熱起電力が発生するように積層
組数を設定するのである。つまり、該光起電力素子の等
価回路は、第2図に示す如く、光起電力効果により発生
する電圧V、と熱起電力によって発生する電圧V!とが
並列回路を形成するため両者の電圧が相違する場合、例
えば、y、<v2の場合、■1とvzとの間に電位差が
生じ、矢印B方向に電流が流れて回路バランスが崩れ、
最適な変換効率を得ることができないからである。
もっとも上記矢印B方向の電流が流れても、熱エネルギ
に変わる場合には、ゼーベック効果により再度電気エネ
ルギに変換されるので大きく変換効率を下げることには
ならない。
上記第1の金属膜9及び第2の金属膜10の夫々の膜厚
T、、T2は光電変換効率が最適となるように設定され
る。すなわち、井戸層となる上記金属層7は量子効果に
よりバンドギャップが形成されるが、この際上記金属層
7を薄くするとノ\ンドギャップが狭くなって電流は沢
山流れるが電圧は低くなる。また該金属層7が厚い場合
は、電圧は高いが電流が小さくなる。つまり、膜厚T 
+ 、 T zは、(電圧×電流)の値がピークになる
ように決定するのである。このようにして決定された上
記第1の金属膜9及び第2の金属膜10の夫々の膜厚T
 l、 T tの最適値は太陽電池のような吸収スペク
トルを有する場合には共に20人であることが実験的に
確認された。
また、入射された光は、トンネル効果によってバリア層
となる絶縁体層7を通過する。そして該絶縁体層7がト
ンネル効果を発揮するにはその膜厚T3は一般に50Å
以下とされており、製造上の難易性を考慮して上記金属
膜9,10と同様2O人に設定される。尚、2層3及び
n層・tの膜厚は従来の光起電力素子と同様9層3が1
50人。
nF14が300人〜400人に形成される。
上記絶縁体層7.金属膜9,10はいずれもスパッタ法
により形成され、その製造条件の一例は第1表に示す通
りである。
〔以下、余白〕
第1表 上述の如く構成された光起電力素子は、AM−1100
mW/an!の条件で光が入射された場合、動作電圧を
0.5Vに設定すると、光起電力効果により、20mA
/colの電流が得られた。一方前述の如く、熱起電力
効果による電圧と光起電力効果による電圧とが略同一に
設定されるので、熱起電力効果による電圧も0.5Vで
あり、この時の電流値は10 m A /crAが得ら
れた。従って全電流は30mA/cnlとなり、この時
の電力Wは、W= 30 xO,5= 15 mW/c
atとなる。そして変換効率ηは、 η=比出力れる電力/入射される電力 =  15  /  100 −15% となり、従来の変換効率10〜12%に比べ、大幅に改
善されることが確認された。
第3図は、他の実施例を示したものであって、従来の非
晶質半導体太陽電池11と超格子構造6を内有する太陽
電池とを重合させて、より広い吸収波長に対して適用可
能としたものである。
上記非晶質半導体太陽電池11は、ホウ素をドープした
a−5iC等のp型非晶質半導体からなる9層12と、
不純物濃度の極めて低いa−3i等のi型非晶質半導体
からなる1層13と、n型微結晶シリコンからなるno
■14とを接合してなる。該太陽電池11は、グロ一枚
重法により形成され、膜厚は、9層12が150人、1
層13が1500人、0層14が70人である。1層1
3及び0層14を従来のそれよりも薄く形成しであるが
、これは超格子構造6を内有する太陽電池が後段に存在
する関係から最適な変換効率を得るようにするためであ
る。尚、超格子構造6の構成については前実施例と同様
であり、省略する。
このように形成された光起電力素子は、上記非晶質半導
体太陽電池11を第1の太陽電池とし、超格子構造6を
第2の太陽電池として使用することにより、第2の太陽
電池では吸収しきれない波長を第1の太陽電池で吸収で
きる。つまり、太陽の光吸収スペクトルは非常に広範囲
に互っており、エネルギの大きい短波長のものを光入射
側に近い第1の太陽電池で、エネルギが小さい長波長の
ものを光入射側に遠い第2の太陽電池で吸収することに
より、エネルギの有効利用が促進され、変換効率をより
向上させることができる。加えて出力電圧も第1の太陽
電池と第2の太陽電池の合計のものが得られ、より大容
量の光起電力素子を得ることができるという効果がある
尚、本考案は上記実施例に限定されるものではなく、要
旨を逸脱しない範囲において設計変更可能なことは勿論
である。例えば、ゼーベック効果を有する金属膜の組み
合わせとして、クロメル−アルメル、B1−3b等種々
存在するが、いずれであっても本発明の目的を達成でき
るのはいうまでもない。また、異種金属膜の組み合わせ
は3種以上でも構わない。更に金属膜、絶縁膜の膜厚を
変更すれば、吸収波長も変ねこので、感度スペクトルの
変更も可能であり、光センサ等の他の光学分野にも応用
することができる。
発明のU 以上詳述したように本発明の光起電力素子は、ゼーベッ
ク効果を有する異種の金属膜を重合した金属層と、絶縁
体層とを交互に積層してなる超格子構造が内有されたの
で、該超格子構造の半導体的性質によって光電変換が行
われると共に、金属層のゼーベック効果によって熱電変
換が行われ、従来利用されていなかった熱エネルギの有
効利用がなされる。また、金属や絶縁体の純度は従来の
非晶質手厚体の純度はど高純度が要求されないため、コ
ストダウンも達成される。さらに、上記金属層や絶縁体
層等の膜厚を適宜選択することにより、吸収波長も変え
ることができ、種々の用途に適用することのできる光起
電力素子を容易かつ安価に得ることができるという顕著
な効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す模式図、第2図は第1
図の等価回路図、第3図は他の実施例を示す模式図、第
4図は従来の問題点を説明するためのエネルギハンド図
である。 6・・・超格子構造、7・・・金属層、8・・・絶縁体
層、9.10・・・金属膜。 特 許 出 願 人  三洋電機株式会社代理人 弁理
士  中 島 ] ラ月 第2図 第4図 ■ Eν

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ゼーベック効果を有する異種の金属膜を重合した
    金属層と、絶縁体層とを交互に積層してなる超格子構造
    が内有されたことを特徴とする光起電力素子。
  2. (2)光が入射された状態において、上記ゼーベック効
    果により発生する電圧と、光起電力効果により発生する
    電圧とが、略同一となるように構成された特許請求の範
    囲第1項記載の光起電力素子。
JP61187530A 1986-08-08 1986-08-08 光起電力素子 Pending JPS6343381A (ja)

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JP61187530A JPS6343381A (ja) 1986-08-08 1986-08-08 光起電力素子

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JP61187530A JPS6343381A (ja) 1986-08-08 1986-08-08 光起電力素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07286908A (ja) * 1994-04-20 1995-10-31 Japan Energy Corp 温度測定素子及び温度測定方法
US6710238B1 (en) 1999-06-02 2004-03-23 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Thermoelectric material and method for manufacturing the same
EP1911145A4 (en) * 2005-08-05 2015-11-04 Retti Kahrl COMPOSITION AND METHOD FOR MULTI-LAYER SOLAR ENERGY STORAGE, BUCKMINSTERFULLERENE OF SOLAR ENERGY ACCUMULATION, INDUCTIVE COUPLING DEVICE; VEHICLE CHASSIS; HYDROGEN ENGINE WITH ATMOSPHERIC ADMISSION; TIRE GENERATING ELECTRICAL ENERGY; AND DEVICE FOR ACCUMULATING MECHANICAL ENERGY

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