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光起電力素子、太陽電池、及び光起電力素子の製造方法 新技術説明会

国内特許コード P05P003063
整理番号 U2003P119
掲載日 2005年4月8日
出願番号 特願2003-298784
公開番号 特開2005-072192
登録番号 特許第3893466号
出願日 平成15年8月22日(2003.8.22)
公開日 平成17年3月17日(2005.3.17)
登録日 平成18年12月22日(2006.12.22)
発明者
  • 宇佐美 徳隆
  • 中嶋 一雄
  • 宇治原 徹
  • 藤原 航三
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 光起電力素子、太陽電池、及び光起電力素子の製造方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】 広範囲の光スペクトルを利用し、高効率で起電力を生ぜしめることができる
新規な光起電力素子を提供する。
【解決手段】 p型半導体基板11を準備し、このp型半導体基板11と対向するようにしてn型半導体層12を形成する。次いで、p型半導体基板11及びn型半導体層12間に平面内に配列されるともに、厚さ方向に積層された複数の島状部13Aを有する真性層13を形成する。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


量子井戸を利用したpin接合型太陽電池が提案されることによって、太陽電池における変換効率が著しく改善され、従来のタンデム型の太陽電池に取って代わるようになった。量子井戸型の太陽電池においては、井戸の幅及び深さを制御することによって吸収端及びスペクトル特性を改善できることから、短絡電流及び開放端電圧を独立に制御することができる。



しかしながら、このような量子井戸型の太陽電池において、量子井戸で光吸収によって生成した電子正孔対が発電に寄与するためには、電子及び正孔が再結合する以前に、これら電子及び正孔を量子井戸から障壁層へ脱離させ、さらに隣接する量子井戸への捕獲及び脱離を繰り返して電極に到達することが要求される。したがって、このような従来の量子井戸型の太陽電池においても、電子及び正孔の輸送過程では電子及び正孔の再結合が優先となり、吸収された光が有効に発電に寄与しない場合があった。

産業上の利用分野


本発明は、光起電力素子、太陽電池、及び光起電力素子の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
p型半導体部と、
前記p型半導体部と対向するようにして設けられたn型半導体部と、
前記p型半導体部及び前記n型半導体部間に設けられた島状構造の真性半導体層とを具え、
前記真性半導体層を形成する工程において、前記p型半導体部を700℃に加熱し、
前記真性半導体層は、複数の島状部が平面的に配列されるとともに、厚さ方向に積層されてなり、
前記真性半導体層は、前記複数の島状部を、厚さ方向において各層毎に分断する複数の介在層を有し、
前記真性半導体層における前記複数の島状部と前記介在層とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成され、
前記複数の島状部がGeからなり、前記介在層はSiからなることを特徴とする、光起電力素子。

【請求項2】
前記複数の島状部は、厚さ方向において、上方の前記島状部が下方の前記島状部の直上に位置するようにして積層されたことを特徴とする、請求項に記載の光起電力素子。

【請求項3】
前記島状部の高さが5nm~50nmであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光起電力素子。

【請求項4】
前記島状部の幅が5nm~200nmであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載の光起電力素子。

【請求項5】
前記複数の島状部は、厚さ方向において、50層~300層に積層されたことを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載の光起電力素子。

【請求項6】
前記p型半導体部及び前記n型半導体部の一方は、p型半導体基板又はn型半導体基板からなり、前記p型半導体部及び前記n型半導体部の他方は、p型半導体層又はn型半導体層からなることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一に記載の光起電力素子。

【請求項7】
前記真性半導体層における前記複数の島状部と、前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成されたことを特徴とする、請求項1~6のいずれか一に記載の光起電力素子。

【請求項8】
前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部はSiからなることを特徴とする、請求項に記載の光起電力素子。

【請求項9】
光吸収波長領域の上限が約1400nmであることを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載の光起電力素子。

【請求項10】
請求項1~9のいずれか一に記載された光起電力素子を含むことを特徴とする、太陽電池。

【請求項11】
p型半導体部を形成する工程と、
前記p型半導体部と対向するようにしてn型半導体部を形成する工程と、
前記p型半導体部及び前記n型半導体部間に島状構造の真性半導体層を形成する工程とを具え、
前記真性半導体層を形成する工程において、前記p型半導体部を700℃に加熱し、
前記真性半導体層は、複数の島状部を平面的に配列するとともに、厚さ方向に積層することによって形成し、
前記真性半導体層内において、前記複数の島状部を、厚さ方向において各層毎に分断する複数の介在層を形成し、
前記真性半導体層における前記複数の島状部と前記介在層とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成し、
前記複数の島状部がGeから構成し、前記介在層はSiから構成することを特徴とする、光起電力素子の製造方法。

【請求項12】
前記複数の島状部は、厚さ方向において、上方の前記島状部が下方の前記島状部の直上に位置するようにして積層することを特徴とする、請求項11に記載の光起電力素子の製造方法。

【請求項13】
前記島状部の高さを5nm~50nmにすることを特徴とする、請求項11又は12に記載の光起電力素子の製造方法。

【請求項14】
前記島状部の幅を5nm~200nmにすることを特徴とする、請求項11~13のいずれか一に記載の光起電力素子。

【請求項15】
前記複数の島状部は、厚さ方向において、50層~300層に積層することを特徴とする、請求項11~14のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。

【請求項16】
前記p型半導体部及び前記n型半導体部の一方は、p型半導体基板又はn型半導体基板から構成し、前記p型半導体部及び前記n型半導体部の他方は、p型半導体層又はn型半導体層から構成することを特徴とする、請求項11~15のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。

【請求項17】
前記真性半導体層における前記複数の島状部と、前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部とは、互いに格子不整合系の半導体材料から構成することを特徴とする、請求項11~16のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。

【請求項18】
前記真性半導体層に対し下方に位置する前記p型半導体部又は前記n型半導体部はSiから構成することを特徴とする、請求項17に記載の光起電力素子の製造方法。

【請求項19】
前記真性半導体層はMBE法によって形成することを特徴とする、請求項11~18のいずれか一に記載の光起電力素子の製造方法。
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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JP2003298784thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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