JPS6390177A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPS6390177A JPS6390177A JP61234363A JP23436386A JPS6390177A JP S6390177 A JPS6390177 A JP S6390177A JP 61234363 A JP61234363 A JP 61234363A JP 23436386 A JP23436386 A JP 23436386A JP S6390177 A JPS6390177 A JP S6390177A
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
太Ｓ囮け、全厖／換鐸仕／半漠体（Ｍ Ｉ Ｓ ”１の
接合構造からなる太陽電池に関する。
接合構造からなる太陽電池に関する。
（従来の技術）
ａ−８ｉに代表される大面積半導体形成技術の進歩及び
導電性高分子に代表さ・れるより安価でより大面積化が
容易な材料の開発に伴い、これまで小形電卓等のごく一
部でしか実、層化されていない太陽電池の本格的実用化
が近づいている。
導電性高分子に代表さ・れるより安価でより大面積化が
容易な材料の開発に伴い、これまで小形電卓等のごく一
部でしか実、層化されていない太陽電池の本格的実用化
が近づいている。
太陽電池実用化のために解決すべき問題的は上にのべた
大面積、低コストに加えエネルギー変換効率の向上であ
る。現在１０％程度の光電変換効率が得られているが、
本格的実用化のためには、２０〜３０％以上の変換効率
が望まれる。変換効率向上には材料面からのアプローチ
と構造面からのアプローチが必要である。材料面からの
アプローチは、有機材料において特に盛んであり、種々
の導電性高分子ばかりでなく、種々の色素、金属錯体が
合成されその特性が調べられている。
大面積、低コストに加えエネルギー変換効率の向上であ
る。現在１０％程度の光電変換効率が得られているが、
本格的実用化のためには、２０〜３０％以上の変換効率
が望まれる。変換効率向上には材料面からのアプローチ
と構造面からのアプローチが必要である。材料面からの
アプローチは、有機材料において特に盛んであり、種々
の導電性高分子ばかりでなく、種々の色素、金属錯体が
合成されその特性が調べられている。
構造面からのアプローチの際に考慮すべきこととして最
も重要なことの一つは、光により生成された電子−正孔
対をいかに効率よく電荷分離させるかということである
。Ｍ８ＳＭＩ８型太陽電池では金属−半導体界面に形成
されるシ璽、）キー障壁に伴う電場により電子、正孔は
分離され、外゛部回路に電流を取り出すことができるが
、分離効率は、電場の強々に依存する。このため半導体
と金属の仕事関数の差が大きい組合せを選択したり、半
導体のドーピング濃度を変えて空乏層の幅を変えるなど
種々の試みがなされている。
も重要なことの一つは、光により生成された電子−正孔
対をいかに効率よく電荷分離させるかということである
。Ｍ８ＳＭＩ８型太陽電池では金属−半導体界面に形成
されるシ璽、）キー障壁に伴う電場により電子、正孔は
分離され、外゛部回路に電流を取り出すことができるが
、分離効率は、電場の強々に依存する。このため半導体
と金属の仕事関数の差が大きい組合せを選択したり、半
導体のドーピング濃度を変えて空乏層の幅を変えるなど
種々の試みがなされている。
しかし、ショットキー障壁の高々、従ってそれに伴う内
部電場の大きさは、仕事函数のみならず、界面準位に大
きく依存し、界面準位の制御が困難な現在あまりこの方
面からの特性改善には期待がしてない。又空乏層幅をせ
まくすれば、内部電場は大きくなるが、同時に電荷発生
領域をせまくしてしまうこと、発生した電子−正孔対の
再結合確率が増スする等の弊害が生じ、この方面からの
特性改善も大きな期待はもてない。このような方法とは
異った新しい構造面からの特性改善の方法が求められて
いる。又近年英国のロバーツ教授やトレッドゴールド教
授等により、金属半導体接合にかえて、金属／ラングミ
ュア−プロジェット膜／半導体のＭＩ８接合を用いるこ
とにより、光電変換効率が向上することが報告されてい
るが、なぜ効率が向上するか理由は不明であり、又効率
も数％と低いものである。
部電場の大きさは、仕事函数のみならず、界面準位に大
きく依存し、界面準位の制御が困難な現在あまりこの方
面からの特性改善には期待がしてない。又空乏層幅をせ
まくすれば、内部電場は大きくなるが、同時に電荷発生
領域をせまくしてしまうこと、発生した電子−正孔対の
再結合確率が増スする等の弊害が生じ、この方面からの
特性改善も大きな期待はもてない。このような方法とは
異った新しい構造面からの特性改善の方法が求められて
いる。又近年英国のロバーツ教授やトレッドゴールド教
授等により、金属半導体接合にかえて、金属／ラングミ
ュア−プロジェット膜／半導体のＭＩ８接合を用いるこ
とにより、光電変換効率が向上することが報告されてい
るが、なぜ効率が向上するか理由は不明であり、又効率
も数％と低いものである。
（発明が解決しようとする問題点）
以上のように太陽電池の低コスト化、高効率化の努力が
材料面及び構造面から続けられているが、両方面とも本
格的実用化にとって不十分な段階である。
材料面及び構造面から続けられているが、両方面とも本
格的実用化にとって不十分な段階である。
本発明は構造面から太陽電池の効率をさらに向上させる
ことを目的とする。
ことを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
上に述べたようにＭＳ型及びＭＩＳ型太陽電池の効率は
、半導体空乏層内の電場の強さに依存するが、金属の種
類、半導体のドーピング濃度、絶縁層の種類、厚さの制
御だけでは十分な特性が得られていない。
、半導体空乏層内の電場の強さに依存するが、金属の種
類、半導体のドーピング濃度、絶縁層の種類、厚さの制
御だけでは十分な特性が得られていない。
大島８１１ Ｌ−孔ｈス÷賜１１→−岳ボ／路鮎漬／土
導体接合の構造において、絶縁体として、多孔性の絶縁
膜を用い、孔近傍の半導体表面に電場を集中させて、空
乏層内に高電場の発生を実現したことを特徴とする。
導体接合の構造において、絶縁体として、多孔性の絶縁
膜を用い、孔近傍の半導体表面に電場を集中させて、空
乏層内に高電場の発生を実現したことを特徴とする。
ここで孔の大きさは、内径が１００Ａから３μｍ１孔の
密度は、１ｃｍ２当りの面密度として１０ｃｒＩｔから
１０ｍであることが望ましい。
密度は、１ｃｍ２当りの面密度として１０ｃｒＩｔから
１０ｍであることが望ましい。
多孔性絶縁膜としては、リソグラフィーにより孔を形成
した、Ｓ ｉＯ，、Ｓ ｉ３Ｎ４、Ａｌ、０８等の無機
絶縁膜を用いてもよい。又リソグラフィーにより孔を形
成したポリマー系のレジストを用いてもよい。あるいは
、ラングミュア−プロジュツト法により形成した有機絶
縁膜にリソグラフィーにより孔を形成したものを用いて
もよい。あるいは金に／半導体接合において、金属が複
数の針状突起を有し、その突起部において半導体と直接
接触するような構造でもよい。ここで突起の先端の曲率
半径が１００人から３μｍ１突起の面積密度が１７当り
１０ ｃＩ／ｌから１０”ｄ であることが好ましい
。
した、Ｓ ｉＯ，、Ｓ ｉ３Ｎ４、Ａｌ、０８等の無機
絶縁膜を用いてもよい。又リソグラフィーにより孔を形
成したポリマー系のレジストを用いてもよい。あるいは
、ラングミュア−プロジュツト法により形成した有機絶
縁膜にリソグラフィーにより孔を形成したものを用いて
もよい。あるいは金に／半導体接合において、金属が複
数の針状突起を有し、その突起部において半導体と直接
接触するような構造でもよい。ここで突起の先端の曲率
半径が１００人から３μｍ１突起の面積密度が１７当り
１０ ｃＩ／ｌから１０”ｄ であることが好ましい
。
又金１４７絶縁体／半導体構造の絶縁体層に多孔性絶縁
膜を用いるかわりに、金属絶縁体混合膜をＯ 用いることによっても金属粒子の半径を１００人から３
μｍ１金属と絶縁体との混合比を１：１から１ ： １
００の間で制御することにより同等の効果が得られる。
膜を用いるかわりに、金属絶縁体混合膜をＯ 用いることによっても金属粒子の半径を１００人から３
μｍ１金属と絶縁体との混合比を１：１から１ ： １
００の間で制御することにより同等の効果が得られる。
（作用）
本発明の構成によれば、絶縁膜の穴の部分は、金属／半
導体接合（ＭＳ接合）、穴でない部分は金属／絶縁体／
半導体接合（ＭＩＳ接合）となる。
導体接合（ＭＳ接合）、穴でない部分は金属／絶縁体／
半導体接合（ＭＩＳ接合）となる。
このような不均一な接合のもとでは、接合近傍の電場も
不均一となる。金属と半導体との間に発生する静電ボテ
ンシアルは、両者の仕事函数により一義的に決定される
ので、上記の不均一構造に伴って発生する不均一電場は
、局所的に極めて大きな値となる。その結果不均一界面
での電荷分離の効率は、通常の太陽電池で採用されてい
る均一なＭＳ接合やＭ Ｉ ８接合に比較して著しく向
上する。
不均一となる。金属と半導体との間に発生する静電ボテ
ンシアルは、両者の仕事函数により一義的に決定される
ので、上記の不均一構造に伴って発生する不均一電場は
、局所的に極めて大きな値となる。その結果不均一界面
での電荷分離の効率は、通常の太陽電池で採用されてい
る均一なＭＳ接合やＭ Ｉ ８接合に比較して著しく向
上する。
又、金ｍ／半導体接合において金属が複数の針状突起を
有し、その複数の突起部で半導体と接触している構造及
び上記絶縁層のかわりに金−１絶縁体の混合膜を用いた
構造のものでも同一の機構により効率が向−ヒする。
有し、その複数の突起部で半導体と接触している構造及
び上記絶縁層のかわりに金−１絶縁体の混合膜を用いた
構造のものでも同一の機構により効率が向−ヒする。
従来のＭＩＳ型構造の太陽電池では、たまたまある程度
光電変換効率の高いものが得られても、その再現性が悪
く、又その機構も明らかにされていない。本発明のよう
な機構で起こる電荷分離の効率は、孔の大きさ、密度に
より制御されるので極めて高い効率の太陽電池が再現性
よく実現される。
光電変換効率の高いものが得られても、その再現性が悪
く、又その機構も明らかにされていない。本発明のよう
な機構で起こる電荷分離の効率は、孔の大きさ、密度に
より制御されるので極めて高い効率の太陽電池が再現性
よく実現される。
（実施例）
第１図は本発明の一実施例の太陽電池である。
１３はｎＦＩＩＧａＰ結晶、１１はＡｕ電極、１４はＡ
ｕ−Ｇｅのオーミック電極、１２は多孔性絶縁膜である
。この多孔性絶縁膜は、スパッタ法により形成した厚さ
１００ＯＡのＳｉｎ、をリソグラフィーにより、０．２
μｍの円形の孔を２０μｍ間隔であけた構造を有してい
る。リソグラフィーとしてはＳｉｎ、上にレジストを塗
布し、電子線により直接パターンを描画し、その後ドラ
イエツチングにより孔をあける手法を用いた。
ｕ−Ｇｅのオーミック電極、１２は多孔性絶縁膜である
。この多孔性絶縁膜は、スパッタ法により形成した厚さ
１００ＯＡのＳｉｎ、をリソグラフィーにより、０．２
μｍの円形の孔を２０μｍ間隔であけた構造を有してい
る。リソグラフィーとしてはＳｉｎ、上にレジストを塗
布し、電子線により直接パターンを描画し、その後ドラ
イエツチングにより孔をあける手法を用いた。
１１の入Ｕ電極としては、直径３６０μｍドツト電極を
蒸着法により形成した。この人ｕ電極内には、約２５０
ケの孔が分布していることになる。
蒸着法により形成した。この人ｕ電極内には、約２５０
ケの孔が分布していることになる。
充電導特性の測定は、ファイバーオプチック社製の白色
光源（可視光域のトータルエネルギー＝５０〜２００Ｗ
１エネルギービーク〜６００ｎｍ）を用いて行った。
光源（可視光域のトータルエネルギー＝５０〜２００Ｗ
１エネルギービーク〜６００ｎｍ）を用いて行った。
第２図に上記構造の太陽電池及び多孔性絶縁膜を介在さ
せないＭＳ接合の太陽電池の２００Ｗａｔの白色光照射
時のＶ−Ｉ特性を比較して示しである。
せないＭＳ接合の太陽電池の２００Ｗａｔの白色光照射
時のＶ−Ｉ特性を比較して示しである。
開放電工Ｖｏｃ及び短絡電流ＩｓｃともにＭＳ接合に比
較して増大し、光電変換効率が向上したことが分る。効
率が〜１％と低いのは、ＧａＰの吸収帯と用いた白色光
源とのマツチングが悪いためである。λ＝４ＱＱｎｍの
単色光のもとでは変換効率は約２０％と極めて高効率で
あり、ＭＳ接合の約８％に比較して大きな効率向上が認
められた。
較して増大し、光電変換効率が向上したことが分る。効
率が〜１％と低いのは、ＧａＰの吸収帯と用いた白色光
源とのマツチングが悪いためである。λ＝４ＱＱｎｍの
単色光のもとでは変換効率は約２０％と極めて高効率で
あり、ＭＳ接合の約８％に比較して大きな効率向上が認
められた。
多孔性の絶縁膜としては、スパッター法により形成した
Ｓｉｎ、の他にもＣＶＤ法により形成したＳｉｎ、、あ
るいはＳｉ、Ｎ、、人ｌ、０３等の無機絶縁膜にリソグ
ラフィーにより孔を形成したものを用いても同程度の変
換効率の向上が認められた。さ、らに人Ｚ ｔ３５０．
ＯＦ’ＰＲ８５のフォトレジスト、ＰＭＭＡ、ＰＢＳ、
ポリスチレン、ＥＢＲ−９等のＥＢＬ／シスト、あるい
はＰＭＩＰＫ等のＤｅｅｐＶＶ用のレジストにリソグラ
フィーにより孔を形成したものをそのまま多孔性絶縁膜
としてもよい。又ラングミュア−プロジュツト法により
形成したポリジ−アセチレン誘導体の薄膜にリソグラフ
ィーにより孔を形成したものを用いてもよい。ここで絶
縁膜の厚さとしては、１００Ａから１μｍの範囲にある
ことが好ましく、又孔のサイズとしては、１００Ａから
３μｍｓ孔の密度としては１ｃＩ′／を尚り、１０ｍ
から１０ｍであることが好ましい。
Ｓｉｎ、の他にもＣＶＤ法により形成したＳｉｎ、、あ
るいはＳｉ、Ｎ、、人ｌ、０３等の無機絶縁膜にリソグ
ラフィーにより孔を形成したものを用いても同程度の変
換効率の向上が認められた。さ、らに人Ｚ ｔ３５０．
ＯＦ’ＰＲ８５のフォトレジスト、ＰＭＭＡ、ＰＢＳ、
ポリスチレン、ＥＢＲ−９等のＥＢＬ／シスト、あるい
はＰＭＩＰＫ等のＤｅｅｐＶＶ用のレジストにリソグラ
フィーにより孔を形成したものをそのまま多孔性絶縁膜
としてもよい。又ラングミュア−プロジュツト法により
形成したポリジ−アセチレン誘導体の薄膜にリソグラフ
ィーにより孔を形成したものを用いてもよい。ここで絶
縁膜の厚さとしては、１００Ａから１μｍの範囲にある
ことが好ましく、又孔のサイズとしては、１００Ａから
３μｍｓ孔の密度としては１ｃＩ′／を尚り、１０ｍ
から１０ｍであることが好ましい。
孔形成のリソグラフィーの手法としては、電子線による
露光の他に、短波長の紫外線（Ｄｅｅｐ ＵＶ ）、×
線、あるいはイオンビームを用いた式光を用いてもよい
。又露光後のエツチングとしては、ＲＩＥによるドライ
、エツチングでも絶縁膜のエッチング溶液を用いたウェ
ットエツチングでもよい。
露光の他に、短波長の紫外線（Ｄｅｅｐ ＵＶ ）、×
線、あるいはイオンビームを用いた式光を用いてもよい
。又露光後のエツチングとしては、ＲＩＥによるドライ
、エツチングでも絶縁膜のエッチング溶液を用いたウェ
ットエツチングでもよい。
半導体基板としては、上記ＧａＰだけでなく、ＧａＡｓ
、ＧａＡｓＰＳＳ ｉ、ａ−８ｉ、Ｃｄ８゜ＩｎＰ、Ｇ
ｅ等を用いてもＭＳ接合の約２倍の特性の向上が認めら
れた。
、ＧａＡｓＰＳＳ ｉ、ａ−８ｉ、Ｃｄ８゜ＩｎＰ、Ｇ
ｅ等を用いてもＭＳ接合の約２倍の特性の向上が認めら
れた。
以上述べたように、本発明によれば、金ｍ／多孔性絶縁
膜／半導体という接合構造あるいは針状突起を複数有し
た金属と半導体を直接接合した構造によって、電場、電
流が孔部あるいは突起部に集中することを利用して、新
しい機構による高効率太＠電池を実現することができる
。同様な機構による動部向上は、多孔性絶縁層にかえて
金属、絶縁体混合膜を用いることによっても可能である
。
膜／半導体という接合構造あるいは針状突起を複数有し
た金属と半導体を直接接合した構造によって、電場、電
流が孔部あるいは突起部に集中することを利用して、新
しい機構による高効率太＠電池を実現することができる
。同様な機構による動部向上は、多孔性絶縁層にかえて
金属、絶縁体混合膜を用いることによっても可能である
。
特にこの方法は大面積化が容易な、ａ−８ｉ太＠電池、
有機太陽電池等の薄膜太陽電池の効率向上に有効である
。
有機太陽電池等の薄膜太陽電池の効率向上に有効である
。
第１図は本発明の一実施例の太＃ｊｉｔ池を示す図、第
２図は、その光電流−１１ＥＥＥ特性をＭＳ接合素子と
併せて示す図である。 １１・・・Ａｕ電極、 １２・・・多孔性絶縁膜（Ｓｉｎ、）、１３・・・Ｇａ
Ｐ結晶、 １４・・・Ａｕ−Ｇｅオーミック電極０代理人 弁理士
則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男
２図は、その光電流−１１ＥＥＥ特性をＭＳ接合素子と
併せて示す図である。 １１・・・Ａｕ電極、 １２・・・多孔性絶縁膜（Ｓｉｎ、）、１３・・・Ｇａ
Ｐ結晶、 １４・・・Ａｕ−Ｇｅオーミック電極０代理人 弁理士
則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男
Claims (8)
- （１）導電体／絶縁体／半導体接合の太陽電池において
、絶縁体が多孔性絶縁膜から成り、孔の部分において、
導電体と半導体が直接接触していることを特徴とする太
陽電池。 - （２）多孔性の絶縁膜として、孔の内径が１００Åから
３μｍであり、１ｃｍ＾２当りの孔の面密度が１０＾−
＾２ｃｍ＾２０．５１０＾−＾■ｃｍ＾３であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 - （３）多孔性絶縁膜がリソプラフィーにより孔を形成さ
れた無機絶縁膜であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項及び第２項記載の太陽電池。 - （４）多孔性絶縁膜がラングミュア−プロジェット法に
より形成した有機分子の絶縁膜で、さらにリソグラフィ
ーにより孔を形成した膜であることを特徴とする特許請
求の範囲、第１項及び第２項記載の太陽電池。 - （５）多孔性絶縁体層に相当する部分が導電体と絶縁体
との混合膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の太陽電池。 - （６）導電体／半導体接合の太陽電池において、導電体
が複数の針状突起を有した構造から成り、その複数の突
起部において半導体と直接接触していることを特徴とす
る太陽電池。 - （７）針状突起の先端の曲率半径が１００Ａから３μｍ
であり、突起部の面積密度が１ｃｍ＾２当り１０＾−＾
２ｃｍ＾２から１０＾−＾３ｃｍ＾２であることを特徴
とする特許請求の範囲第６項記載の太陽電池。 - （８）多孔性絶縁膜が、リソグラフィーにより孔を形成
されたポリマー系のレジストであることを特徴とする特
許請求の範囲第６項及び第７項記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234363A JPS6390177A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234363A JPS6390177A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6390177A true JPS6390177A (ja) | 1988-04-21 |
Family
ID=16969832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61234363A Pending JPS6390177A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6390177A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03173481A (ja) * | 1989-12-01 | 1991-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池及びその製造方法 |
| JPH0595125A (ja) * | 1991-10-01 | 1993-04-16 | Agency Of Ind Science & Technol | 光電変換素子 |
| JP2002246625A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Sharp Corp | 太陽電池の製造方法 |
-
1986
- 1986-10-03 JP JP61234363A patent/JPS6390177A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03173481A (ja) * | 1989-12-01 | 1991-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池及びその製造方法 |
| JPH0595125A (ja) * | 1991-10-01 | 1993-04-16 | Agency Of Ind Science & Technol | 光電変換素子 |
| JP2002246625A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Sharp Corp | 太陽電池の製造方法 |
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