NL8300756A - PHOTO-ELECTROCHEMICAL DEVICE. - Google Patents
PHOTO-ELECTROCHEMICAL DEVICE. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8300756A NL8300756A NL8300756A NL8300756A NL8300756A NL 8300756 A NL8300756 A NL 8300756A NL 8300756 A NL8300756 A NL 8300756A NL 8300756 A NL8300756 A NL 8300756A NL 8300756 A NL8300756 A NL 8300756A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- semiconductor
- layer
- electrolyte
- bonding
- conductive
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 168
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 145
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000012886 linear function Methods 0.000 claims 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- POKOASTYJWUQJG-UHFFFAOYSA-M 1-butylpyridin-1-ium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCC[N+]1=CC=CC=C1 POKOASTYJWUQJG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003467 diminishing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 1
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007567 mass-production technique Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
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
- H01L31/06—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
- H01L31/068—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 PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
-
- 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
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
«' r * t 4f , VO 4642R * t 4f, VO 4642
Foto-electrochemische inrichting.Photoelectrochemical device.
De uitvinding heeft betrekking op een fotogalvanische inrichting, en in het bijzonder op een fotogalvanische inrichting met vloeibare verbinding, welke inrichting een verbindingslaag bevat, waardoorheen een weg kan worden gebaand en die is afgezet op een halfgelei-5 derlaag.The invention relates to a photovoltaic device, and in particular to a photovoltaic device with liquid connection, which device comprises a connection layer through which a path can be paved and which is deposited on a semiconductor layer.
Fotogalvanische halfgeleiderinrichtingen, die zonne-of andere stralingsenergie omzetten in electrische energie zijn algemeen bekend en gedurende een aantal jaren gebruikt voor het verschaffen van een krachtbron voor satellieten en afgelegen grondvoorzieningen. Brede 10 toepassing van fotogalvanische inrichtingen is echter niet mogelijk geweest als gevolg van de hoge kosten van het laten groeien en kloven van de vereiste siliciumkristallen en de grote gevoeligheid van dergelijke inrichtingen voor kristaldefecten en verontreinigingen langs het stroom-afnemende oppervlak van de verbinding.Photovoltaic semiconductor devices that convert solar or other radiant energy into electrical energy are well known and have been used for a number of years to provide a power source for satellites and remote ground facilities. However, wide use of photovoltaic devices has not been possible due to the high cost of growing and splitting the required silicon crystals and the high sensitivity of such devices to crystal defects and contaminants along the current-diminishing surface of the compound.
15 De uitvinding pakt deze moeilijkheden aan onder ge bruikmaking van een amorfe of polykristallijne silicium-halfgeleider-onderlaag, een verbindingslaag waardoorheen een weg kan worden gebaand, en een electrolyt, waarbij elk dezer onderdelen zodanig is gekozen, dat inversie plaatsvindt langs het halfgeleideroppervlak. Deze inversie 20 beperkt het effect van kristaldefecten en verontreinigingen tot een minimum, zodat de constructie niet sterk afhankelijk is van oppervlaktetoe-standen en andere defecten van de verbindingslaag. Door het elimineren van de eis van een kristallijne halfgeleider en het verminderen van de gevoeligheid voor afwijkingen van de oppervlaktetoestand, kunnen inhe-25 rent eenvoudige en goedkope inrichtingen worden verkregen, die gemakkelijk worden vervaardigd onder gebruikmaking van massaproduktietechnieken.The invention addresses these difficulties using an amorphous or polycrystalline silicon semiconductor substrate, a bonding path through which an electrolyte is selected, each of these components being inversed along the semiconductor surface. This inversion 20 minimizes the effect of crystal defects and impurities so that the construction is not highly dependent on surface conditions and other tie layer defects. By eliminating the requirement of a crystalline semiconductor and reducing the susceptibility to surface condition deviations, inherently simple and inexpensive devices can be obtained, which are easily manufactured using mass production techniques.
De verkregen fotogalvanische cellen zijn gebleken in werkingseigenschap-pen en doelmatigheid zeer gunstig af te steken bij ideale fotogalvanische inrichtingen met p-n-verbinding.The resulting photovoltaic cells have been found to compare very favorably with operating properties and efficiency in ideal photoelectric devices having p-n junction.
30 De verkregen fotogalvanische inrichtingen zijn nuttig bij zowel het direct omzetten van zonne-energie in electriciteit als de produktie van waterstofgas door electrolyse in een electrolyt. Bovendien verschaft de uiterst dunne verbindingslaag een beschermende bedekking, 8300756 » » 2 .The photovoltaic devices obtained are useful in both the direct conversion of solar energy into electricity and the production of hydrogen gas by electrolysis in an electrolyte. In addition, the ultra-thin tie layer provides a protective coating, 8300756 »» 2.
die voorkomt dat de electrolyt in aanraking komt met het halfgeleider-oppervlak en dit aantast. De levensduur en stabiliteit van de inrichting zijn dus in aanzienlijke mate verbeterd.which prevents the electrolyte from contacting and affecting the semiconductor surface. Thus, the life and stability of the device have been greatly improved.
De uitvinding omvat een foto-electrochemische inrichting 5 voor het direct in electrische energie omzetten van zonne-energie. De foto-electrochemische inrichting is gekoppeld aan een verbruiksketen of andere belasting via een eerste en een tweede electrode. De foto-electrochemische inrichting zelf omvat een halfgeleideronderlaagconstructie, j voorzien van een contactoppervlak aan een van de zijden, welk oppervlak j iThe invention comprises a photo-electrochemical device 5 for directly converting solar energy into electrical energy. The photoelectrochemical device is coupled to a consumption chain or other load via a first and a second electrode. The photoelectrochemical device itself comprises a semiconductor substrate structure, j having a contact surface on one of the sides, which surface j i
10 electrisch is gekoppeld aan de eerste electrode en althans een half ge- I10 is electrically coupled to the first electrode and at least half an I
leiderlaag bevat, voorzien van een verbindingsoppervlak, waarbij de half- geleiderlaag een electronenaffiniteit heeft van Xg en een bandspleet- energie van E .conductor layer provided with a bonding surface, the semiconductor layer having an electron affinity of Xg and a bandgap energy of E.
gsgs
Een verbindingslaag waardoorheen een weg kan worden ge-15 baand met een electronenaffiniteit van en een bandspleetenergie van E ^ is afgezet op het verbindingsoppervlak van de bovenste halfgelei-derlaag. Tenslotte is een electrolyt in electrisch geleidend verband opgenomen tussen de tweede electrode en de verbindingslaag.A bonding layer through which a path can be paved with an electron affinity and a bandgap energy of E 2 is deposited on the bonding surface of the upper semiconductor layer. Finally, an electrolyte in an electrically conductive relationship is included between the second electrode and the bonding layer.
In een uitvoeringsvorm is de halfgeleider-onderlaag-20 constructie een enkellaagse n-type halfgeleider, en is de electrolyt gekozen om een redoxpotentiaal te hebben, die groter is dan de som van de electronenaffiniteit en de bandspleet van de enkellaagse halfgeleider-onderlaag. Ook kan de halfgeleideronderlaag een enkellaagse p-type halfgeleider zijn, in welk geval de electrolyt is gekozen om een redoxpotenti-25 aal te hebben, die minder is dan de electronenaffiniteit van de halfgeleideronderlaag.In one embodiment, the semiconductor substrate layer construction is a single layer n-type semiconductor, and the electrolyte is chosen to have a redox potential greater than the sum of the electron affinity and the band gap of the single layer semiconductor substrate. Also, the semiconductor underlayer may be a single layer p-type semiconductor, in which case the electrolyte is selected to have a redox potential less than the electron affinity of the semiconductor underlayer.
Overeenkomstig de uitvinding zijn de verbindingslaag en de enkellaagse halfgeleideronderlaag zodanig gekozen, dat de bandspleet van de verbindingslaag waardoorheen een weg kan worden gebaand, 30 te weten E groter is dan of gelijk aan de electronenaffiniteit van de enkellaagse halfgeleiderlaag min de electronenaffiniteit van de verbindingslaag plus de bandspleetenergie van de enkellaagse halfgeleiderlaag.In accordance with the invention, the tie layer and the single layer semiconductor underlayer are selected such that the band gap of the tie layer through which a path can be traced, namely E is greater than or equal to the electron affinity of the single layer semiconductor layer minus the electron affinity of the tie layer plus the band gap energy of the single layer semiconductor layer.
Om er een weg doorheen te kunnen banen moet de verbindingslaag een dikte hebben in het bereik van 1-4 nm. Bovendien zijn de 35 electrolyt en de halfgeleiderlaag zo-anig gekozen, dat de redoxpotentiaal van de electrolyt en de werkfunctie van de halfgeleiderlaag het verbin- 8300756 f 4 3 bindingsoppervlak van de half geleiderlaag doen omkeren.The connection layer must have a thickness in the range of 1-4 nm in order to make its way through. In addition, the electrolyte and semiconductor layer are selected such that the redox potential of the electrolyte and the work function of the semiconductor layer reverse the bonding surface of the semiconductor layer.
Omdat de dikte van de vefbindingslaag zo klein is, kunnen defecten aanwezig zijn die het de electrolyt mogelijk maken op geïsoleerde plaatsen door de verbindingslaag heen te dringen en de half-5 geleiderlaag chemisch aan te tasten. Dientengevolge is in een andere uitvoeringsvorm een geleidende halfgeleiderlaag afgezet over de verbindings-laag tussen de verbindingslaag en de electrolyt. De geleidende halfgeleider is zodanig gekozen, dat zonne-energie door de geleidende halfgeleider niet wordt geabsorbeerd. De dikte van de geleidende halfge-10 leider is gekozen om een antireflecterend effect (AR) te hebben. Overeenkomstig de voorkeursuitvoeringsvorm heeft de geleidende halfgeleider verder een werkfunctie, die in hoofdzaak gelijk is aan de redoxpotentiaal van de electrolyt.Because the thickness of the bonding layer is so small, defects may be present that allow the electrolyte to penetrate the bonding layer in insulated locations and chemically attack the semiconductor layer. As a result, in another embodiment, a conductive semiconductor layer is deposited over the bonding layer between the bonding layer and the electrolyte. The conductive semiconductor is chosen so that solar energy is not absorbed by the conductive semiconductor. The thickness of the semiconductor conductive is chosen to have an anti-reflective effect (AR). According to the preferred embodiment, the conductive semiconductor further has a work function which is substantially equal to the redox potential of the electrolyte.
In nog een andere uitvoeringsvorm omvat de halfgeleider-15 onderlaag een geleidende onderlaag met het contactoppervlak op een van de zijden, een eerste oppervlak op de andere zijde en een aantal half-geleiderlagen, afgezet op het eerste oppervlak en in electrisch geleidend verband daarmee, waarbij de lagen zijn voorzien om in type af te wisselen tussen een n-type halfgeleider en een p-type halfgeleider. Elk der 20 halfgeleiderlagen is halfdoorlatend, zodat een gedeelte van de doorgaande zonne-energie door de halfgeleiderlaag wordt geabsorbeerd en omgezet in electrische energie.In yet another embodiment, the semiconductor 15 underlayer comprises a conductive underlayer with the contact surface on one side, a first surface on the other side and a plurality of semiconductor layers deposited on the first surface and in an electrically conductive relationship thereto, wherein the layers are provided to alternate in type between an n-type semiconductor and a p-type semiconductor. Each of the 20 semiconductor layers is semipermeable, so that part of the through solar energy is absorbed by the semiconductor layer and converted into electrical energy.
Het gebruik van een aantal halfgeleiderlagen van afwisselende typen doet het fotogalvanische effect bij elke halfgeleider-25 laagverbinding additief zijn voor het zodoende vergroten van de open ketenspanning van het stelsel op nagenoeg dezelfde wijze als twee batterijen in serie kunnen worden geschakeld voor het verhogen van de daaruit voortvloeiende uitgangsspanning.The use of a number of semiconductor layers of alternating types makes the photovoltaic effect with each semiconductor layer compound additive, thereby increasing the open circuit voltage of the array in much the same way as two batteries can be connected in series to increase the therefrom. resulting output voltage.
Dienovereenkomstig is een eerste doel van de uitvinding 30 het verschaffen van een foto-electrochemische inrichting voor koppeling tussen een eerste en een tweede electrode voor het in electrische energie omzetten van op de inrichting invallende zonne-energie, welke inrichting een halfgeleideronderlaag bevat, voorzien van een contactoppervlak, dat electrisch is gekoppeld aan de eerste electrode, en is gekenmerkt door- 35 dat althans een halfgeleiderlaag een verbindingsoppervlak heeft met een electronenaffiniteit van X en een bandspleet van E , waarbij een ver- s gs 8300 75 6Accordingly, a first object of the invention is to provide a photo-electrochemical device for coupling between a first and a second electrode for converting solar energy incident on the device into electrical energy, which device comprises a semiconductor substrate provided with a contact surface, which is electrically coupled to the first electrode, and characterized in that at least a semiconductor layer has a bonding surface with an electron affinity of X and a band gap of E, wherein a demand is 8300 75 6
' * I* I
..
4 bindingslaag waardoorheen een weg kan worden gebaand en die een electro-nenaffiniteit van X^ en een bandspleet van E ^ heeft, is af gezet op het verbindingsoppervlak van de half geleider laag, en een electrolyt- in elec-trisch geleidend verband is aangebracht tussen de tweede electrode en 5 de verbindingslaag.The bonding layer through which a path can be paved and which has an electron affinity of X ^ and a band gap of E ^ is deposited on the bonding surface of the semiconductor layer, and an electrolyte in electrically conductive relationship is applied between the second electrode and the connecting layer.
De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: . Fig. 1 een vereenvoudigde afbeelding is van de inrich ting in electrisch geleidend verband tussen twee electroden, 10 fig. 2 een vereenvoudigde afbeelding is van een bekende inrichting, waarbij het fysisch verband is weergegeven tussen de electrolyt, de verbindingslaag en de halfgeleider, fig. 3 een evenwichtsenergiebandgrafiek toont van de inrichting volgens fig. 2, 15 fig. 4 een vereenvoudigde afbeelding is van een andere uitvoeringsvorm van de inrichting, die een geleidende halfgeleiderlaag omvat tussen de electrolyt en de verbindingslaag, fig. 5 een evenwichtsenergiebandgrafiek toont van .de in fig. 4 weergegeven uitvoeringsvorm, en 20 fig. 6 een vereenvoudigde afbeelding is van een derde uitvoeringsvorm van de inrichting, waarbij de halfgeleideronderlaag een aantal op elkaar gestapelde dunne halfgeleiderfoelies omvat, waarbij de dunne halfgeleiderfoelies in type afwisselen tussen n-type en p-type halfgeleiders.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, in which:. Fig. 1 is a simplified representation of the device in electrically conductive relationship between two electrodes, FIG. 2 is a simplified representation of a known device, showing the physical relationship between the electrolyte, the bonding layer and the semiconductor, FIG. 3 a equilibrium energy band graph of the device of FIG. 2, FIG. 4 is a simplified representation of another embodiment of the device comprising a conductive semiconductor layer between the electrolyte and the bonding layer, FIG. 5 shows an equilibrium energy band graph of the FIG. 4, and FIG. 6 is a simplified representation of a third embodiment of the device, wherein the semiconductor underlayer comprises a number of stacked thin semiconductor foils stacked on top of each other, the thin semiconductor foils alternating in type between n-type and p-type semiconductors.
25 In eerste instantie verwijzende naar fig. 1, bevat een electrolythouder 12 een geschikte electrolyt 14, waarbij een verbruiks-keten of belasting 16 electrisch is verbonden tussen een eerste electrode 18 en een tweede electrode 20, die is gedompeld in de electrolyt 14. De eerste electrode 18 is electrisch verbonden met een halfgeleider-verbin-30 dingslaagsamenstel 22. Het halfgeleider-verbindingslaagsamenstel 22 is zodanig geplaatst, dat electrische energie wordt opgewekt wanneer zonne-energie 24 op het oppervlak van het halfgeleider-verbindingslaagsamen-stel 22 invalt. De inrichting omvat voor wat betreft de essentiële onderdelen de electrolyt 14 en het halfgeleider-verbindingslaagsamenstel 22.Referring initially to Figure 1, an electrolyte holder 12 includes a suitable electrolyte 14, wherein a consumption circuit or load 16 is electrically connected between a first electrode 18 and a second electrode 20 immersed in the electrolyte 14. The first electrode 18 is electrically connected to a semiconductor bonding layer assembly 22. The semiconductor bonding layer assembly 22 is disposed such that electrical energy is generated when solar energy 24 is incident on the surface of the semiconductor bonding layer assembly 22. As for the essential parts, the device comprises the electrolyte 14 and the semiconductor bonding layer assembly 22.
35 Het is natuurlijk duidelijk, dat de middelen waarmee de electrolyt is opgenomen van geen belang zijn zolang de electrolyt in een 8300756 ér 5 electrisch geleidend verband is met het halfgeleider-verbindingslaag-samenstel. Bovendien is het duidelijk, dat de tweede electrode 20 kan bestaan uit een geschikte lichtdoorlatende constructie of buiten de baan van zonne-energie kan zijn geplaatst, zodat de zonne-energie invalt op de 5 verbinding tussen de verbindingslaag en de halfgeleider.Obviously, the means by which the electrolyte is received are of no importance as long as the electrolyte is in an 8300756 electrically conductive relationship with the semiconductor bonding layer assembly. Moreover, it is clear that the second electrode 20 may consist of a suitable light-transmissive construction or may be placed outside the path of solar energy, so that the solar energy is incident on the connection between the connecting layer and the semiconductor.
Verwijzende naar fig. 2 is een bekende inrichting verduidelijkt, die een eerste electrode 30 omvat, die in electrisch geleidend verband is gekoppeld aan een halfgeleideronderlaag 32. Een dunne verbindingslaag 34, waardoorheen een weg kan worden gebaand, is uitwendig 10 afgezet of gegroeid op het verbinêLLngsoppervlak 35 van de halfgeleider-onderlaag 32. Een geleidende electrolyt 36 is dan in een opneemmiddel (niet weergegeven) in electrisch geleidend verband geplaatst met de verbindingslaag 34, waarbij een tweede electrode 38 in de electrolyt 36 is geplaatst, zodat stralingsenergie 39, die door de electrolyt gaat en 15 door de verbindingslaag tot in het oppervlak van de half geleideronder laag 32 het opwekken veroorzaakt van electrische energie en een stroming tussen de eerste electrode 30 en de tweede electrode 38.Referring to Fig. 2, a prior art device is illustrated which includes a first electrode 30 coupled in an electrically conductive relationship to a semiconductor substrate layer 32. A thin bonding layer 34, through which a path can be paved, is externally deposited or grown on it. bonding surface 35 of the semiconductor base layer 32. A conductive electrolyte 36 is then placed in an electrically conductive relationship (not shown) with the bonding layer 34, a second electrode 38 being placed in the electrolyte 36 so that radiant energy 39 generated by the electrolyte passes through the bonding layer into the surface of the semiconductor lower layer 32 causing the generation of electrical energy and a flow between the first electrode 30 and the second electrode 38.
De halfgeleideronderlaag kan kristallijn zijn, zoals een enkel kristalsilicium, polykristallijn of amorf, en kan een n-type 20 of een p-type halfgeleider zijn. In een bekende uitvoering bijvoorbeeld is de electrolyt-verbindingslaag-halfgeleiderinrichting (EIS) gefabriceerd onder egbruikmaking van een met telluur gestimuleerde GaAs n-type 22 3 halfgeleider met een dragerconcentratie van ongeveer 5 x 10 /m .The semiconductor underlayer can be crystalline, such as a single crystal silicon, polycrystalline or amorphous, and can be an n-type 20 or a p-type semiconductor. For example, in a known embodiment, the electrolyte bonding layer semiconductor device (EIS) is fabricated using a tellurium-stimulated GaAs n-type 22 3 semiconductor with a carrier concentration of about 5 x 10 / m.
De eerste electrode 30 aan de achterzijde van de half-25 geieideronderlaag 32 kan zijn gevormd onder gebruikmaking van gebruikelijke afzettechnieken, die op dit gebied algemeen bekend zijn, en kan een willekeurig geschikt geleidend metaal zijn of een legering, zoals aluminium.The first electrode 30 on the back of the semiconductor conductor backing 32 may be formed using conventional deposition techniques well known in the art and may be any suitable conductive metal or an alloy such as aluminum.
De verbindingslaag 34 heeft een dikte waardoorheen een 30 weg kan worden gebaand, zodat stroom zelfs in massavorm door de verbindingslaag 34 gaat, welke verbindingslaag in het algemeen een isolator is.The tie layer 34 has a thickness through which a path can be made, so that current flows even in bulk through the tie layer 34, which tie layer is generally an insulator.
Ten einde de aanwezigheid van het wegbaaneffect te verzekeren, heeft de verbindingslaag bij voorkeur een dikte tussen 1 en 4 nm in afhankelijkheid van de halfgeleideronderlaag. De verbindingslaag kan een natuurlijk 35 diëlectricum zijn, dat bijvoorbeeld in het algemeen tot groeien is ge-bracht door het oxyderen van het oppervlak van de halfgeleideronderlaag 32 8300 75 6 * 6 of kan een van buiten af gezet diëlectricum zijn. In het laatste geval kan de verbindingslaag bestaan uit een van een aantal verschillende oxyden, zoals Nb„0_, Sb_0_, SiO„,'TiO„, Ta„0_ of andere geschikte mate-2 5 2 3 2 2 2 b . rialen, die voldoen aan de hierna te beschrijven criteria.In order to ensure the presence of the roadway effect, the tie layer preferably has a thickness between 1 and 4 nm depending on the semiconductor underlayer. The tie layer may be a natural dielectric, which, for example, has generally been grown by oxidizing the surface of the semiconductor underlayer 32 8300 75 6 * 6 or may be an externally deposited dielectric. In the latter case, the tie layer may consist of any one of a number of different oxides, such as Nb "0_, Sb_0_, SiO", "TiO", Ta "0_ or other suitable mate-2 5 2 3 2 2 2 b. Rials that meet the criteria to be described below.
5 Ook de electrolyt 36 kan bestaan uit een van een aantal verschillende samenstellingen of mengsels. Bijvoorbeeld (lMK^Se, lMSe, 1MK0H) of (lMNa2S, IMS, lMNaOH).The electrolyte 36 can also consist of one of a number of different compositions or mixtures. For example (1MK ^ Se, 1MSe, 1MK0H) or (1MNa2S, IMS, 1MNaOH).
Opdat de electrolyt, het verbindingslaagmateriaal en de halfgeleideronderlaag zodanig op elkaar inwerken dat electrische ener-10 gie wordt opgewekt in aanspreking‘op het invallen van zonne-energie, moet aan bepaalde criteria zijn voldaan. Ten eerste moeten de electrolyt en de halfgeleideronderlaag zijn gekozen om respectievelijk een oxyda-tie-reductie (redox) potentiaal en een werkfunctie te hebben, zodat het verbindingsoppervlak van de halfgeleideronderlaag 32 wordt geïnverteerd.In order for the electrolyte, the bonding layer material and the semiconductor substrate to interact in such a way that electric energy is generated in response to the incident of solar energy, certain criteria must be met. First, the electrolyte and the semiconductor underlayer must be selected to have an oxidation reduction (redox) potential and a work function, respectively, so that the junction surface of the semiconductor underlayer 32 is inverted.
15 Een dergelijke toestand is verzekerd indien de bandspleet van de verbindingslaag 34 groter is dan of gelijk aan de electronenaffiniteit van de halfgeleideronderlaag Xg min de electronenaffiniteit van de verbindingslaag plus de bandspleet-energie van de halfgeleideronderlaag 32. Bovendien moet de redoxpotentiaal V , voor een EIS-zonnecel met redox 20 een n-type halfgeleideronderlaag groter zijn dan de som van de electronenaffiniteit en de bandspleet van de halfgeleideronderlaag. Op soortgelijke wijze moet voor EIS-zonnecellen met een p-type halfgeleideronderlaag, de electrolyt worden gekozen met een redoxpotentiaal, die minder is dan de electronenaffiniteit van de halfgeleideronderlaag.Such a condition is assured if the bandgap of the bonding layer 34 is greater than or equal to the electron affinity of the semiconductor substrate Xg minus the electron affinity of the bonding layer plus the bandgap energy of the semiconductor substrate 32. In addition, the redox potential V, for an EIS solar cell with redox 20 an n-type semiconductor substrate layer greater than the sum of the electron affinity and the band gap of the semiconductor substrate layer. Similarly, for EIS solar cells with a p-type semiconductor substrate, the electrolyte must be selected with a redox potential less than the electron affinity of the semiconductor substrate.
25 Verwijzende naar fig. 3 is een eenvoudige evenwichts- energiebandgrafiek afgebeeld voor een n-type EIS-zonnecel, waarbij E ^ en Ε^3 de bandspleten aanduiden van respectievelijk de verbindingslaag 34 en de halfgeleideronderlaag 32, 0^ de hoogte aanduidt van de afsluiting van de electrolyt naar de isolator en in verband staat met de 30 redoxpotentiaal van het redoxkoppel in de electrolyt met betrekking tot de vacuumhoogte, ψ de oppervlaktepotentiaal is van de halfgeleider-c 3 onderlaag, ° de afstand aanduidt tussen het Fermi-niveau en de gelei-n dingsband in de massa van de afgeleideronderlaag, d de dikte is van de verbindingslaag, het energieverschil is tussen de halfgeleideronder-35 laag (geleiderbandrand) en de geleidingsbandrand van de verbindingslaag, en V v^ de potentiaalval is over de verbindingslaagverbinding.Referring to Fig. 3, a simple equilibrium energy band graph is shown for an n-type EIS solar cell, where E ^ and Ε ^ 3 indicate the band gaps of the junction layer 34 and the semiconductor underlayer 32,0 ^ the height of the termination. from the electrolyte to the insulator and is related to the redox potential of the redox couple in the electrolyte with respect to the vacuum height, ψ is the surface potential of the semiconductor-c 3 substrate, ° indicates the distance between the Fermi level and the jelly - a conductor band in the mass of the conductor substrate layer, d is the thickness of the bond layer, the energy difference is between the semiconductor substrate layer (conductor band edge) and the conductor band edge of the bond layer, and V v is the potential drop over the bond layer bond.
8300756 78300756 7
Vervolgens verwijzende naar fig. 4, is een andere uitvoeringsvorm van de inrichting afgebeeld, die een geleidende halfge-leiderlaag 40 omvat tussen de verbindingslaag 34 en de electrolyt 36. Zoals eerder vermeld, is een van de doeleinden van het tussenplaatsen 5 van de verbindingslaag 34 het beschermen van de halfgeleideronderlaag tegen aantastende effecten van de electrolyt 36. Omdat de verbindingslaag echter uiterst dun is, kunnen niet ideale toestanden optreden, die de doelmatigheid en lange levensduur van de zonnecelinrichting beïnvloeden.Referring next to Fig. 4, another embodiment of the device is shown which includes a semiconductor conductive layer 40 between the bonding layer 34 and the electrolyte 36. As previously mentioned, one of the purposes of interposing the bonding layer 34 is protecting the semiconductor underlayer from the damaging effects of the electrolyte 36. However, since the tie layer is extremely thin, not ideal conditions can occur which affect the efficiency and long life of the solar cell device.
10 Een niet ideale toestand, die aanwezig kan zijn in de uiterst dunne verbindingslaag is een porie. Poriën maken het de electrolyt mogelijk in innige aanraking te komen met een klein gebied van de halfgeleideronderlaag 32, waardoor de aantastende effecten van de electrolyt 36 de halfgeleideronderlaag 32 kunnen aantasten en de gunstige ef-15 fecten van de verbindingslaag op de fotogalvanische eigenschappen in het kleine gebied kunnen elimineren. Bovendien werkt het poriegebied als een Schottky- of heteroverbindingsdiode, waarbij de verzadigings-stroom afhankelijk is van zowel het poriegebied als de eigenschappen van de Schottky- of heteroverbindingsdiode wanneer niet met opzet een 20 verbindingslaag wordt ingevoerd. Indien het oppervlak van de halfgeleider 32 niet is geïnverteerd, kunnen de poriën ook verantwoordelijk zijn voor het met ongeveer 100 mV verlagen van de open ketenspanning. Zoals eerder vermeld, is natuurlijk een voordeel van de inrichting, waarbij het materiaal is gekozen voor het verschaffen van een geïnverteerd opper-25 vlak bij het verbindingsoppervlak van de halfgeleideronderlaag 32, het aanzienlijk verminderen van de effecten van dergelijke poriën. In feite is gebleken, dat indien het oppervlak sterk is geïnverteerd, meer dan 7 10 poriën per vierkante meter en met een diameter van 1 ^.um of minder kunnen worden getolereerd zonder de eigenschappen van de inrichting aan 30 te tasten.A non-ideal state, which may be present in the ultra-thin bonding layer, is a pore. Pores allow the electrolyte to come into intimate contact with a small area of the semiconductor underlayer 32, whereby the detrimental effects of the electrolyte 36 can attack the semiconductor underlayer 32 and the beneficial effects of the tie layer on the photovoltaic properties in the small area. In addition, the pore region acts as a Schottky or hetero bond diode, the saturation current being dependent on both the pore region and the properties of the Schottky or hetero bond diode when a bond layer is not intentionally introduced. If the surface of the semiconductor 32 is not inverted, the pores may also be responsible for decreasing the open chain voltage by about 100 mV. As mentioned earlier, of course, an advantage of the device, in which the material is chosen to provide an inverted surface near the joining surface of the semiconductor underlayer 32, is to significantly reduce the effects of such pores. In fact, it has been found that if the surface is strongly inverted, more than 7 pores per square meter and 1 µm in diameter or less can be tolerated without affecting the properties of the device.
Een andere niet ideale toestand, samenhangende met de verbindingslaag, is de oxydeval, die voortkomt uit de amorfe aard van de laag of uit de aanwezigheid van vreemde atomen of ionen. Hoewel het direct banen van een weg een doeltreffend transportmechanisme is voor de be-35 treffende dunne lagen, kunnen vergelijkbare stromen door het oxyde gaan door het overspringen met grote valdichtheden. Aangezien het overspringen 83 0 0 75 6 <* 8 het waarschijnlijkst is wanneer de energieverandering per oversprong klein is, verbetert een concentratie van vallen bij een bepaalde energie in'het oxyde, de verbinding tussen de electrolyt en de halfgeleider bij die energie. Een grote dichtheid van oxydevallen nabij de rand van de 5 minderheid-dragerband in de halfgeleider verbetert de verbinding tussen de electrolyt en deze band.Another not ideal state associated with the tie layer is the oxide trap, which results from the amorphous nature of the layer or from the presence of foreign atoms or ions. Although direct road clearing is an effective transport mechanism for the respective thin films, comparable currents can pass through the oxide by jumping at high drop densities. Since the jump is most likely when the energy change per jump is small, a concentration of falls at a given energy in the oxide improves the connection between the electrolyte and the semiconductor at that energy. A high density of oxide traps near the edge of the minority carrier band in the semiconductor improves the connection between the electrolyte and this band.
Een andere niet ideale toestand, die mogelijk is met een zeer dunne verbindingslaag kan bestaan uit het niet stoechiometrisch zijn. Indien echter het oppervlak van de halfgeleideronderlaag sterk 10 is geïnverteerd, heeft het niet stoechiometrisch zijn geen effect op de werking van de inrichting.Another non-ideal state, which is possible with a very thin tie layer, may be non-stoichiometric. However, if the surface of the semiconductor substrate is strongly inverted, being non-stoichiometric has no effect on the operation of the device.
Hoewel inversie Van het oppervlak van de halfgeleideronderlaag 32 het effect van de meeste niet ideale toestanden tot een minimum beperkt, is het toch wenselijk de halfgeleideronderlaag te be-15 schennen 'tegen de electrolyt, in het bijzonder bij de poriegebieden door de verbindingslaag. Ten einde dit doel te bereiken en overeenkomstig een andere uitvoeringsvorm, is nadat de uiterst dunne diëlectrische verbindingslaag is afgezet, een geleidende halfgeleider met brede bandspleet (groter dan 3,2 eV, zodat geen licht in het zichtbare spectrum wordt 20 geabsorbeerd) en een dikte van ongeveer 75 nm ( X /4 of een oneven veelvoud daarvan voor het krijgen van een anti-reflecterend bekledingseffect,. waarbij X de gemiddelde golflengte van de zonne-energie is, waarbij stroomkracht maximaal is) af gezet voor het bedekken van de bovenkant van de verbindingslaag 34. De daaruit voortvloeiende drielagige construc-25 tie wordt dan gedompeld in de electrolyt 36. De werkfunctie van de geleidende halfgeleider 40 met brede bandspleet is zodanig gekozen, dat deze equivalent is met de redoxpotentiaal van de electrolyt 36. Zoals eerder beschreven, moet het oppervlak van de halfgeleideronderlaag weer zijn geïnverteerd ten einde een optimale werking te bereiken. Dit kan zijn ver-30 zekerd door het kiezen van de werkfunctie van de geleidende halfgeleider en de redoxpotentiaal van de electrolyt.Although inversion of the surface of the semiconductor underlayer 32 minimizes the effect of most non-ideal states, it is still desirable to protect the semiconductor underlayer against the electrolyte, especially at the pore areas through the interconnection layer. In order to achieve this goal and according to another embodiment, after the ultra-thin dielectric bonding layer has been deposited, a wide bandgap conductive semiconductor (greater than 3.2 eV so that no light in the visible spectrum is absorbed) and a thickness of about 75 nm (X / 4 or an odd multiple thereof to obtain an anti-reflective coating effect, where X is the average wavelength of the solar energy, with current power being maximum) deposited to cover the top of the bonding layer 34. The resulting three-layer construction is then dipped into the electrolyte 36. The working function of the wide band gap conductive semiconductor 40 is selected to be equivalent to the redox potential of the electrolyte 36. As previously described, the surface of the semiconductor underlayer must be inverted again to achieve optimal performance. This can be ensured by choosing the working function of the conductive semiconductor and the redox potential of the electrolyte.
Meer in het bijzonder kan de optimale waarde voor een n-type halfgeleideronderlaag worden gegeven door: V1®? = (W - 4,7) ^ V + Ψ . „More specifically, the optimal value for an n-type semiconductor substrate can be given by: V1®? = (W - 4.7) ^ V + Ψ. "
redox FBn mVredox FBn mV
35 waarin: VFBn de platte bandpotentiaal is van de n-type halfgelei- 8300756 935 wherein: VFBn is the flat-band potential of the n-type semiconductor 8300756 9
y.T.*taALy.T. * language
r xnV q n.r xnV q n.
k de constante is van Baltzman T de temperatuur is 5 NQ de dragerconcentratie is in de halfgeleider of onder laag q de electronische lading is n^ de intrinsieke dragerconcentratie is in de halfgelei-deronderlaag 10 W de werkfunctie is van de geleidende halfgeleider, en ^NHE de redoxpotentiaal is van de electrolyt, welke redox is gemeten op de gebruikelijke waterstofelectrode-schaal.k is the constant of Baltzman T the temperature is 5 NQ is the carrier concentration in the semiconductor or under layer q the electronic charge is n ^ the intrinsic carrier concentration is in the semiconductor substrate 10 W is the working function of the conductive semiconductor, and ^ NHE is the redox potential of the electrolyte, which redox is measured on the conventional hydrogen electrode scale.
Op soortgelijke wijze voor p-type halfgeleiders; 15 = (ff - 4,7) < v + Egs - 'P . „Similarly for p-type semiconductors; 15 = (ff - 4.7) <v + Egs - 'P. "
redox FBp ^ mVredox FBp ^ mV
waarin: V__ de platte bandpotentiaa1 is van de p-type halfgelei- FBp . der, ψ.wherein: V__ is the flat band potential of the p-type semiconductor FBp. der, ψ.
1 xnV q n.1 xnV q n.
x 20 Egs de bandspleet is van de halfgeleideronderlaag, en W de werkfunctie is van de geleidende halfgeleider N de dragerconcentratie is in de verbindingslaagx 20 Egs is the band gap of the semiconductor substrate, and W is the working function of the conductive semiconductor N is the carrier concentration in the bonding layer
Aa
q de electronische lading is n^ de intrinsieke dragerconcentratie is in de halfgelei-25 deronderlaag.The electronic charge is n, the intrinsic carrier concentration is in the semiconductor substrate.
De evenwichtsenergiebandgrafiek van de electrolyt-gelei-dende halfgeleider-verbindingslaag-halfgeleideronderlaaginrichting (ESIS) is weergegeven in fig. 5 voor een n-type halfgeleideronderlaagmateriaal, waarin: 30 V' = V - x.The equilibrium energy band graph of the electrolyte conductive semiconductor bonding layer semiconductor underlayer device (ESIS) is shown in Fig. 5 for an n-type semiconductor underlayer material, wherein: 30 V '= V - x.
, redox x redox w’ = X - X., redox x redox w "= X - X.
X- x^ = electronenaffiniteit van de isolator x^ = electronenaffiniteit van de halfgeleider 8300756 10 v = = 0 FBn n q W de werkfunctie is van de geleidende halfgeleider x' de afsluithoogte is van de halfgeleiderisolator Vredox oxydatie-reductiepotentiaal is van de electrolyt 5 met betrekking tot de vacuumhoogte VPBn platte bandpotentiaal is van de halfgeleider 0 het verschil is tussen het Fermi-niveau en de ge-n leidingsband in de massa van de halfgeleideronder-laag 10 ψ de oppervlaktepotentiaal is van de halfgeleider- onderlaag wanneer het oppervlak is geïnverteerd.X- x ^ = electron affinity of the insulator x ^ = electron affinity of the semiconductor 8300756 10 v = = 0 FBn nq W is the working function of the conductive semiconductor x 'is the termination height of the semiconductor insulator Vredox oxidation reduction potential of the electrolyte 5 with with respect to the vacuum height VPBn flat band potential of the semiconductor 0 is the difference between the Fermi level and the zero conductor band in the mass of the semiconductor substrate 10 ψ is the surface potential of the semiconductor substrate when the surface is inverted.
De geleidende halfgeleider kan van ZnO, SnO^/ indiumtin-oxyde of een willekeurig ander geschikt oxydemateriaal zijn, dat geleidend is, dat een anti-reflecterend effect heeft, zodat maximaal licht 15 door de geleidende halfgeleider heendringt, en dat een voldoende brede bandspleet heeft, zodat het geen stralingsenergie absorbeert in het spectrum, gebruikt voor het activeren van de halfgeleider voor het opwekken van electrische energie.The conductive semiconductor can be of ZnO, SnO2 / indium tin oxide or any other suitable oxide material, which is conductive, which has an anti-reflective effect, so that maximum light penetrates through the conductive semiconductor, and which has a sufficiently wide band gap so that it does not absorb radiant energy in the spectrum used to activate the semiconductor to generate electrical energy.
Vervolgens verwijzende naar fig. 6, is een andere uit-20 voeringsvorm afgebeeld, die twee of meer fotogalvanische half geleiderlagen verschaft, die werken alsof zij in serie zijn geschakeld waardoor een hogere spanning kan worden bereikt. Een dergelijke zonnecelinrichting is in het bijzonder van belang ten einde de doelmatigheid te vergroten van de waterstofproduktie bij de foto-electrolyse van electrolyten in 25 water.Referring next to FIG. 6, another embodiment is shown that provides two or more photovoltaic semiconductor layers that operate as if they were connected in series to achieve a higher voltage. Such a solar cell device is particularly important in order to increase the efficiency of the hydrogen production in the photoelectrolysis of electrolytes in water.
De halfgeleideronderlaag in fig. 6 omvat derhalve een geleidende onderlaag 42, waarop een dunne n-type halfgeleiderlaag 44 is afgezet overeenkomstig gebruikelijke afzettechnieken. Dan is een p-type halfgeleider 46 af gezet boven op de n-type halfgeleider, en een tweede 30 n-type halfgeleider 48 boven op de p-type halfgeleider 46. Elk van deze halfgeleiderlagen 44, 46 en 48 is een dunne foelie, en gedeeltelijk lichtdoorlatend en gedeeltelijk lichtabsorberend. Doorgangverbindingen 45 en 47 met een dikte van 10 - 20 nm en de n -p -gedaante, zijn voorzien tussen de lagen 44 en 46, en 46 en 48 door het geschikt stimuleren, 35 zodat elke verbinding sterk geleidend is. De stimulatieconcentratie van 8300756 11 de verbindingsgebieden 45 en 47 is in hoofdzaak gelijk aan die van de verbindingslaag 34 en op een soortgelijke wijze gevormd. De verbindings-laag 34 is dan af gezet boven op de laatste n-type halfgeleider 48 door het oxyderen van de bovenste laag van de n-type halfgeleider of door ge-5 schikte af zettechnieken van buiten, waardoor een andere samenstelling wordt af gezet op de bovenste n-type halfgeleider. De halfgeleider kan polykristallijn zijn, amorf of bestaan uit gemengde fasen. De werkfunc-tie van de geleidende halfgeleider 40 met brede bandspleet en de redox-potentiaal van de electrolyt 36 zijn bij voorkeur zo dicht mogelijk op 10 elkaar afgestemd. De onderlaag kan bestaan uit glas, roestvrij staal of een willekeurig ander soortgelijk materiaal.The semiconductor bottom layer in Fig. 6 therefore comprises a conductive bottom layer 42 on which a thin n-type semiconductor layer 44 is deposited according to conventional deposition techniques. Then, a p-type semiconductor 46 is deposited on top of the n-type semiconductor, and a second n-type semiconductor 48 on top of the p-type semiconductor 46. Each of these semiconductor layers 44, 46 and 48 is a thin film, and partially translucent and partially light absorbing. Transit connections 45 and 47, having a thickness of 10-20 nm and the n -p shape, are provided between layers 44 and 46, and 46 and 48 by suitable stimulation, so that each connection is highly conductive. The stimulation concentration of 8300756 11 the bonding regions 45 and 47 is substantially equal to that of the bonding layer 34 and is similarly formed. The junction layer 34 is then deposited on top of the last n-type semiconductor 48 by oxidizing the top layer of the n-type semiconductor or by suitable outside deposition techniques, thereby depositing a different composition on the top n-type semiconductor. The semiconductor can be polycrystalline, amorphous or mixed phase. The operating function of the wide bandgap conductive semiconductor 40 and the redox potential of the electrolyte 36 are preferably matched as closely as possible. The bottom layer may consist of glass, stainless steel or any other similar material.
Het is duidelijk, dat een willekeurig aantal halfgeleiderlagen op elkaar kan worden gestapeld. Het is echter ook duidelijk, dat bij het stapelen van meer lagen, de hoeveelheid zonne-energie, die door-15 dringt naar de onderste laag om te worden omgezet in electriciteit, afneemt, waardoor dus het voordeel van deze aanvullende halfgeleiderlagen wordt verminderd. Ook kan de uitvoering van het type halfgeleider worden geïnverteerd, zodat de half geleiderlaag 44 een p-type is, de halfgeleider laag 46 een n-type en de halfgeleiderlaag 48 een p-type.It is clear that any number of semiconductor layers can be stacked on top of each other. However, it is also clear that when stacking more layers, the amount of solar energy which penetrates to the bottom layer to be converted into electricity decreases, thus diminishing the benefit of these additional semiconductor layers. Also, the semiconductor type embodiment can be inverted, so that the semiconductor layer 44 is a p-type, the semiconductor layer 46 is an n-type and the semiconductor layer 48 is a p-type.
20 Gebleken is, dat de open ketenspanning van dé in fig.It has been found that the open circuit voltage of the circuit shown in FIG.
6 afgebeelde npn-inrichting vrijwel is verdubbeld, terwijl de strocm-dichtheid ongeveer een half is of iets meer in vergelijking met de stroam-dichtheid van een fotogalvanische inrichting met een enkele halfgeleider-laag, zoals afgebeeld in fig. 4. Ook is het duidelijk, dat de eisen voor 25 het afstemmen van de impedantie tussen de halfgeleiderlagen worden verzacht indien de fotogalvanische inrichting wordt gebruikt bij het produceren van waterstof. Het in fig. 6 afgebeelde stelsel is derhalve een doeltreffend stelsel voor het doelmatiger produceren van waterstof dan een inrichting' met een enkele halfgeleiderlaag.6 npn device shown has nearly doubled, while the current density is about half or slightly more compared to the current density of a photovoltaic device having a single semiconductor layer, as shown in fig. 4. It is also clear that the requirements for matching the impedance between the semiconductor layers are alleviated if the photovoltaic device is used in the production of hydrogen. The system shown in FIG. 6 is therefore an effective system for producing hydrogen more efficiently than a single semiconductor layer device.
30 Voorbeeld 130 Example 1
Een n-type met telluur gestimuleerde GaAs-schijf met 22 een dragerconcentratie van ongeveer 5 x 10 /m3 werd verkregen en ont vet met xyleen en vervolgens chemisch-mechanisch gepolijst met een 1% oplossing van broom in methanol onder gebruikmaking van een polijstkussen.An n-type tellurium-stimulated GaAs disc with a carrier concentration of about 5 x 10 / m3 was obtained and degreased with xylene and then chemically-mechanically polished with a 1% solution of bromine in methanol using a polishing pad.
35 Voor het verwijderen van de mechanische oppervlaktebeschadiging, veroorzaakt door het chemisch-mechanisch polijsten, werd het kristal chemisch 830 0 75 6 4 12 geëtst in NHH (NE40H/H202/H20 in een verhouding van 10/1/1) gedurende 15 s, en werd vervolgens geëtst in SHH (H2S04/H202/H20 in een verhouding van 10/1/1) gedurende een minuut. Na het etsen werd de schijf grondig gewassen met gedeioniseerd water en vervolgens gedroogd in een stik-5 stof atmosfeer.To remove the mechanical surface damage caused by chemical-mechanical polishing, the crystal was chemically etched 830 0 75 6 4 12 in NHH (NE40H / H202 / H20 at a ratio of 10/1/1) for 15 s, and was then etched in SHH (H 2 SO 4 / H 2 O 2 / H 2 O in a ratio of 1/10/1) for one minute. After etching, the disk was thoroughly washed with deionized water and then dried in a nitrogen atmosphere.
Het verbindingslaagoxyde werd tot groeien gebracht door het plaatsen van de GaAS-schijf in een kwartsbuis en het gedurende 50 uur daaroverheen leiden van met waterdamp verzadigde zuurstof. Het ach-tercontact werd verschaft door het thermisch opdampen van een Ge-Au-10 legering op het achteroppervlak en het vervolgens bij 400 °C ontharden in vormgas.The tie layer oxide was grown by placing the GaAS disk in a quartz tube and passing oxygen saturated with water vapor over it for 50 hours. The back contact was provided by thermal evaporation of a Ge-Au-10 alloy on the back surface and then annealing in molding gas at 400 ° C.
De geoxydeerde GaAs-schijf werd blootgesteld aan de elec-trolyt, omvattende een 1/1 mengsel van AlCl3/butylpyridiniumchloride (BFC). De fotogalvanische eigenschappen werden gemeten onder AMl verlich-15 ting. De open ketenspanning was vanaf een gebruikelijke waarde van 590 mV zonder de verbindingslaag vergroot tot 640 mV. De andere parameters en de kortsluitstroomdichtheid en vulfactor waren nagenoeg niet veranderd.The oxidized GaAs disk was exposed to the electrolyte, comprising a 1/1 mixture of AlCl 3 / butylpyridinium chloride (BFC). The photovoltaic properties were measured under AM1 illumination. The open chain voltage was increased from a usual value of 590 mV without the tie layer to 640 mV. The other parameters and the short-circuit current density and filling factor were virtually unchanged.
Hoewel verschillende uitvoeringsvormen en voorbeelden van de uitvinding hiervoor zijn beschreven, is het duidelijk, dat vele 20 veranderingen in materialen en gedaanten mogelijk zijn zonder de strekking van de uitvinding te verlaten. Het is derhalve het doel van de conclusies alle wijzigingen en veranderingen, die binnen de werkelijke strekking en omvang van de uitvinding vallen, te omvatten.While various embodiments and examples of the invention have been described above, it is understood that many changes in materials and shapes are possible without departing from the scope of the invention. It is therefore the object of the claims to include all modifications and changes which fall within the true scope and scope of the invention.
83007568300756
Claims (13)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US35376782A | 1982-03-01 | 1982-03-01 | |
| US35376782 | 1982-03-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8300756A true NL8300756A (en) | 1983-10-03 |
Family
ID=23390485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8300756A NL8300756A (en) | 1982-03-01 | 1983-03-01 | PHOTO-ELECTROCHEMICAL DEVICE. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58194264A (en) |
| AU (1) | AU1196083A (en) |
| DE (1) | DE3307165A1 (en) |
| FR (1) | FR2522445A1 (en) |
| GB (1) | GB2116366A (en) |
| IT (1) | IT1161588B (en) |
| NL (1) | NL8300756A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITMI20071629A1 (en) * | 2007-08-06 | 2009-02-07 | Milano Politecnico | ELECTROCHEMICAL PHOTOELECTRODE. |
-
1983
- 1983-03-01 GB GB08305601A patent/GB2116366A/en not_active Withdrawn
- 1983-03-01 IT IT19838/83A patent/IT1161588B/en active
- 1983-03-01 NL NL8300756A patent/NL8300756A/en not_active Application Discontinuation
- 1983-03-01 FR FR8303317A patent/FR2522445A1/en not_active Withdrawn
- 1983-03-01 AU AU11960/83A patent/AU1196083A/en not_active Abandoned
- 1983-03-01 JP JP58033696A patent/JPS58194264A/en active Pending
- 1983-03-01 DE DE19833307165 patent/DE3307165A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT8319838A0 (en) | 1983-03-01 |
| GB2116366A (en) | 1983-09-21 |
| AU1196083A (en) | 1983-09-08 |
| IT8319838A1 (en) | 1984-09-01 |
| JPS58194264A (en) | 1983-11-12 |
| GB8305601D0 (en) | 1983-03-30 |
| FR2522445A1 (en) | 1983-09-02 |
| DE3307165A1 (en) | 1983-09-29 |
| IT1161588B (en) | 1987-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aharon‐Shalom et al. | Efficient p‐InP (Rh‐H alloy) and p‐InP (Re‐H alloy) hydrogen evolving photocathodes | |
| Kautek et al. | The role of carrier diffusion and indirect optical transitions in the photoelectrochemical behavior of layer type d‐band semiconductors | |
| US6774300B2 (en) | Apparatus and method for photovoltaic energy production based on internal charge emission in a solid-state heterostructure | |
| Lade et al. | Photoelectrochemical properties of CdX (X= S, Se, Te) films electrodeposited from aqueous and non-aqueous baths | |
| SU1093265A3 (en) | Photovoltaic cell | |
| Rajeshwar et al. | Photoelectrochemical characterization of CdSe thin film anodes | |
| JP2014042082A (en) | Solid hetero junction and solid sensitization (photosensitive) photovoltaic cell | |
| JPH0831613B2 (en) | Improved photovoltaic heterojunction structure | |
| Zhao et al. | Preparation and photoelectrochemical properties of Ti1− xVxO2 solid solution thin film photoelectrodes with gradient bandgap | |
| Jiang et al. | Co‐Electrodeposited Cu2ZnSnS4 Thin Film Solar Cell and Cu2ZnSnS4 Solar Cell–BiVO4 Tandem Device for Unbiased Solar Water Splitting | |
| Campet et al. | Protection of photoanodes against photocorrosion by surface deposition of oxide films: criteria for choosing the protective coating | |
| US5411601A (en) | Substrate for solar cell and solar cell employing the substrate | |
| Mirovsky et al. | Photoelectrochemical solar cells: interpretation of cell performance using electrochemical determination of photoelectrode properties | |
| Burleigh et al. | The use of photocurrents to characterize anodic films on Ti, Zr, Cu, and 304 stainless steel | |
| Nakato et al. | Remarkably high photovoltages generated at n‐type silicon semiconductor electrodes coated with extremely small platinum islands | |
| Skotheim | A tandem photovoltaic cell using a thin‐film polymer electrolyte | |
| NL8300756A (en) | PHOTO-ELECTROCHEMICAL DEVICE. | |
| US4601960A (en) | Photoelectrochemical solar cell and method of fabricating a substrate for such a cell | |
| US4196263A (en) | Semiconductor devices with enhanced properties | |
| JPS6143870B2 (en) | ||
| Licht et al. | The high aqueous solubility of K/sub 2/S and its effect on bulk and photoelectrochemical characteristics of Cd (SeTe)/S/sub X/= cells: II. Variation of sulfur/sulfide ratio | |
| JPS59167975A (en) | Photoelectric chemical battery | |
| Scrosati | Semiconductor materials for liquid electrolyte solar cells | |
| Deb et al. | Status of nonsilicon photovoltaic solar cell research | |
| Sayyad et al. | The photo-electrical behavior of n-Si and p-Si/orange dye/conductive glass cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
| BV | The patent application has lapsed |