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シリコンベースの高効率太陽電池およびその製造方法 新技術説明会

国内特許コード P08A013362
掲載日 2008年5月2日
出願番号 特願2007-208729
公開番号 特開2008-066719
登録番号 特許第4998923号
出願日 平成19年8月10日(2007.8.10)
公開日 平成20年3月21日(2008.3.21)
登録日 平成24年5月25日(2012.5.25)
優先権データ
  • 特願2006-217948 (2006.8.10) JP
発明者
  • 末益 崇
出願人
  • 国立大学法人 筑波大学
発明の名称 シリコンベースの高効率太陽電池およびその製造方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】薄型でエネルギー変換効率が高いシリコンベースの太陽電池を提供すること。
【解決手段】少なくとも一方の表面がSiである基板1と、前記基板1のSi表面のうちの1つの表面上に配置されている、エピタキシャル成長により形成されたBa原子とSi原子とを含有するn型BaSi層2と、前記n型BaSi層2上に配置されている周期表13~15族に属する少なくとも1種の不純物原子とBa原子とSi原子とを含有するn型BaSi層3と、前記n型BaSi層3上に配置されている上部電極6と、前記基板1の一方の表面上に配置されている下部電極5と、を備えることを特徴とするシリコンベースの高効率太陽電池。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


従来の太陽電池の95%以上はSi素材の半導体が用いられている。しかしながら、Si半導体は禁制帯幅が1.1eVであり、従来の太陽電池では十分なエネルギー変換効率が得られていない。また、Si半導体は光吸収係数が小さく、十分な光吸収効率を得るためには100μm以上の厚みが必要であり、太陽電池の薄型化には不向きであった。



太陽電池のエネルギー変換効率を向上させるためにシリコンベースの半導体の禁制帯幅を拡げることが試みられている。特開2005-294810号公報(特許文献1)には、BaSiにSr原子、Ca原子、Mg原子などのアルカリ土類金属原子をドープした混晶半導体薄膜が開示されている。特に、アルカリ土類金属原子としてSr原子をドープした混晶半導体薄膜は光吸収係数が大きく、禁制帯幅が約1.4eVであることが開示されている。

【特許文献1】2005-294810号公報

産業上の利用分野


本発明は、シリコンベースの高効率太陽電池およびその製造方法に関し、より詳しくは、BaSi系半導体を用いたシリコンベースの高効率太陽電池およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも一方の表面がSiである基板と、
前記基板のSi表面のうちの1つの表面上に配置されている、エピタキシャル成長により形成されたBa原子とSi原子とを含有するn型BaSi層と、
前記n型BaSi層上に配置されている周期表13~15族に属する少なくとも1種の不純物原子とBa原子とSi原子とを含有するn型BaSi層と、
前記n型BaSi層上に配置されている上部電極と、
前記基板の一方の表面上に配置されている下部電極と、
を備えることを特徴とするシリコンベースの高効率太陽電池。

【請求項2】
前記n型BaSi層と該n型BaSi層が配置されているSi表面との間に、周期表9~10族に属する少なくとも1種の金属原子とSi原子とを含有する金属シリサイド層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のシリコンベースの高効率太陽電池。

【請求項3】
前記下部電極が前記金属シリサイド層の一方の表面上に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のシリコンベースの高効率太陽電池。

【請求項4】
前記金属シリサイド層がCo原子とSi原子とを含有するCoSi層であることを特徴とする請求項2または3に記載のシリコンベースの高効率太陽電池。

【請求項5】
前記n型BaSi層および/または前記n型BaSi層がさらにSr原子、Ca原子およびMg原子からなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属原子を含むことを特徴とする請求項1~4のうちのいずれか一項に記載のシリコンベースの高効率太陽電池。

【請求項6】
前記n型BaSi層の厚みが0.2~1.0μmであり、前記n型BaSi層の厚みが0.01~0.1μmであることを特徴とする請求項1~5のうちのいずれか一項に記載のシリコンベースの高効率太陽電池。

【請求項7】
少なくとも一方の表面がSiである基板のSi表面のうちの1つの表面にBa原子を導入してSi原子とBa原子とを反応させてエピタキシャル成長によりn型BaSi層を形成する工程と、
前記n型BaSi層の表面に周期表13~15族に属する少なくとも1種の不純物原子とBa原子とSi原子とを反応させてn型BaSi層を形成する工程と、
前記基板の一方の表面に下部電極を形成する工程と、
前記n型BaSi層の表面に上部電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とするシリコンベースの高効率太陽電池の製造方法。

【請求項8】
前記n型BaSi層を形成する工程において、前記基板のSi表面のうちの1つの表面にBa原子を導入してSi原子とBa原子とを反応させてエピタキシャル成長によりn型BaSi極薄層を形成した後、さらに前記n型BaSi極薄層上でBa原子とSi原子とを反応させてエピタキシャル成長により前記n型BaSi層を形成することを特徴とする請求項7に記載のシリコンベースの高効率太陽電池の製造方法。

【請求項9】
少なくとも一方の表面がSiである基板のSi表面のうちの1つの表面に周期表9~10族に属する金属原子を導入してSi原子と前記金属原子とを反応させて金属シリサイド層を形成する工程と、
前記金属シリサイド層の表面にSi極薄層を形成する工程と、
前記Si極薄層にBa原子を導入してBa原子とSi原子とを反応させてエピタキシャル成長によりn型BaSi層を形成する工程と、
前記n型BaSi層の表面に周期表13~15族に属する少なくとも1種の不純物原子とBa原子とSi原子とを反応させてn型BaSi層を形成する工程と、
前記金属シリサイド層の一方の表面または前記基板の一方の表面に下部電極を形成する工程と、
前記n型BaSi層の表面に上部電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とするシリコンベースの高効率太陽電池の製造方法。

【請求項10】
前記n型BaSi層を形成する工程において、前記Si極薄層にBa原子を導入してSi原子とBa原子とを反応させてエピタキシャル成長によりn型BaSi極薄層を形成した後、さらに前記n型BaSi極薄層上でBa原子とSi原子とを反応させてエピタキシャル成長により前記BaSi層を形成することを特徴とする請求項9に記載のシリコンベースの高効率太陽電池の製造方法。

【請求項11】
前記n型BaSi層を形成する工程においてエピタキシャル成長させる際に、さらにSr原子、Ca原子およびMg原子からなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属原子を反応させることを特徴とする請求項8または10に記載のシリコンベースの高効率太陽電池の製造方法。

【請求項12】
前記n型BaSi層を形成する工程においてエピタキシャル成長させる際に、さらにSr原子、Ca原子およびMg原子からなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属原子を反応させることを特徴とする請求項7~11のうちのいずれか一項に記載のシリコンベースの高効率太陽電池の製造方法。

【請求項13】
前記n型BaSi層の厚みが0.2~1.0μmであり、前記n型BaSi層の厚みが0.01~0.1μmであることを特徴とする請求項7~12のうちのいずれか一項に記載のシリコンベースの高効率太陽電池の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
  • 太陽熱利用
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007208729thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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