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PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, BUILT STRUCTURE, AND ELECTRONIC INSTRUMENT meetings

Foreign code F150008169
Posted date Mar 19, 2015
Country WIPO
International application number 2013JP078139
International publication number WO 2014061719
Date of international filing Oct 17, 2013
Date of international publication Apr 24, 2014
Priority data
  • P2012-231508 (Oct 19, 2012) JP
Title PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, BUILT STRUCTURE, AND ELECTRONIC INSTRUMENT meetings
Abstract Provided is a photoelectric conversion device which allows regions that are insensitive to incident light to be eliminated, allows degradation of the organic semiconductor due to the Staebler-Wronski effect or UV components to be suppressed, makes it possible to obtain an extremely high photoelectric conversion efficiency, allows the area to be increased with exceptional ease, and can be suitably used as a solar cell or the like. The photoelectric conversion device has: a structural body (80) for converting 3D-space-propagating light into 2D-space-propagating light; a planar optical waveguide (20) for guiding the 2D-space-propagating light; and semiconductor layers (30) for photoelectric conversion, provided to the edge parts of the planar optical waveguide (20). Light incident on a principal surface of the planar optical waveguide (20) is guided through the interior thereof and caused to be incident on a semiconductor layer (30). The angle (θ) between the net direction of progression of light guided through the planar optical waveguide (20) and the net direction of movement of carriers generated in a semiconductor layer (30) by the light incident on the semiconductor layer (30) from the edge surface of the planar optical waveguide (20) is substantially a right angle.
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
3次元空間伝播光を2次元空間伝播光に変換する構造体と、
上記2次元空間伝播光を導波する面状光導波路と、
上記面状光導波路の端部に設けられた光電変換用の半導体層とを有し、
上記面状光導波路の主面に入射した光が上記面状光導波路内を導波されて上記半導体層に入射するように構成され、
上記面状光導波路内を導波される光の正味の進行方向と、上記面状光導波路の端面から上記半導体層に入射した光により上記半導体層中に生成されるキャリアの正味の移動方向とのなす角度θがほぼ直角であることを特徴とする光電変換装置。
[請求項2]
上記3次元空間伝播光を2次元空間伝播光に変換する構造体が、互いに屈折率が異なる帯状の第1の部分および帯状の第2の部分が交互に周期的に、または一定間隔で、配列された構造を有することを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
[請求項3]
上記間隔が互いに異なる複数の値に設定されたことを特徴とする請求項2記載の光電変換装置。
[請求項4]
上記3次元空間伝播光を2次元空間伝播光に変換する構造体が、上記面状光導波路の主面または上記面状光導波路内に設けられていることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項5]
上記3次元空間伝播光を2次元空間伝播光に変換する構造体が、上記面状光導波路の主面または上記面状光導波路内に設けられた回折格子であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項6]
上記面状光導波路と上記半導体層とが互いに一体に設けられていることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項7]
上記半導体層の互いに対向する第1の面および第2の面にそれぞれ第1の電極および第2の電極が設けられていることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項8]
上記半導体層は無機半導体または有機半導体からなることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項9]
上記半導体層はp型半導体層とn型半導体層とからなるpn接合であることを特徴とする請求項1~8のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項10]
上記半導体層のバンドギャップまたはHOMO-LUMOギャップが光の進行方向に順に段階的および/または連続的に減少するように構成されていることを特徴とする請求項1~9のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項11]
上記半導体層はバンドギャップまたはHOMO-LUMOギャップが光の進行方向に順に段階的に減少した複数の領域からなり、上記第1の電極および上記第2の電極のうちの少なくとも一方は各領域間で互いに分離して設けられていることを特徴とする請求項1~10のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項12]
上記面状光導波路は四角形の形状を有し、上記面状光導波路の互いに対向する一対の辺のうちの少なくとも一方の辺に相当する上記面状光導波路の端部に上記半導体層が設けられ、上記面状光導波路の上記互いに対向する一対の辺と異なる一対の辺のうちの少なくとも一方の辺に相当する上記面状光導波路の端部に光反射機構が設けられていることを特徴とする請求項1~11のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項13]
上記面状光導波路は、上記面状光導波路内を導波される光が上記面状光導波路のうちの上記半導体層と接触する部分に集光される屈折率分布を有することを特徴とする請求項1~12のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項14]
上記3次元空間伝播光を2次元空間伝播光に変換する構造体上に光波進行方向変換シートが設けられていることを特徴とする請求項1~13のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項15]
上記面状光導波路の主面に光が入射する際に上記半導体層に光が直接入射しないように構成されていることを特徴とする請求項1~14のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項16]
上記半導体層はバンドギャップまたはHOMO-LUMOギャップが光の進行方向に順に段階的に減少した複数の領域からなり、各領域の光の進行方向の幅が、各領域のバンドギャップまたはHOMO-LUMOギャップと等しいエネルギーを有する光の各領域における吸収係数の逆数以上であることを特徴とする請求項1~15のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項17]
上記半導体層はアモルファス半導体、多結晶半導体または単結晶半導体からなることを特徴とする請求項1~16のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項18]
上記半導体層は、光の進行方向に順に、Six C1-x (0<x<1)からなる領域、Siからなる領域およびSiy Ge1-y (0<y<1)からなる領域を有することを特徴とする請求項1~17のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項19]
上記半導体層は、光の進行方向に順に、Six C1-x (0<x<1)からなる領域、Siからなる領域およびマイクロクリスタルSiy Ge1-y (0<y<1)からなる領域を有することを特徴とする請求項1~17のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項20]
上記半導体層は、光の進行方向に順に、AlGaN、GaNおよびIGZOからなる群より選ばれた少なくとも一つの半導体を含む領域、Six C1-x (0<x<1)からなる領域、Siからなる領域およびSiy Ge1-y (0<y<1)からなる領域を有することを特徴とする請求項1~17のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項21]
上記半導体層は、光の進行方向に順に、Six C1-x (0<x<1)からなる領域、Siからなる領域、Siy Ge1-y (0<y<1)からなる領域およびGeからなる領域を有することを特徴とする請求項1~17のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項22]
上記光電変換装置は太陽電池であることを特徴とする請求項1~21のいずれか一項記載の光電変換装置。
[請求項23]
少なくとも一つの光電変換装置を有し、
上記光電変換装置が、
3次元空間伝播光を2次元空間伝播光に変換する構造体と、
上記2次元空間伝播光を導波する面状光導波路と、
上記面状光導波路の端部に設けられた光電変換用の半導体層とを有し、
上記面状光導波路の主面に入射した光が上記面状光導波路内を導波されて上記半導体層に入射するように構成され、
上記面状光導波路内を導波される光の正味の進行方向と、上記面状光導波路の端面から上記半導体層に入射した光により上記半導体層中に生成されるキャリアの正味の移動方向とのなす角度θがほぼ直角であることを特徴とする建築物。
[請求項24]
上記面状光導波路の主面に光が入射する際に上記半導体層に光が直接入射しないように上記半導体層が上記建築物の陰の部分に配置されていることを特徴とする請求項23記載の建築物。
[請求項25]
外面に取り付けられた少なくとも一つの光電変換装置を有し、
上記光電変換装置が、
3次元空間伝播光を2次元空間伝播光に変換する構造体と、
上記2次元空間伝播光を導波する面状光導波路と、
上記面状光導波路の端部に設けられた光電変換用の半導体層とを有し、
上記面状光導波路の主面に入射した光が上記面状光導波路内を導波されて上記半導体層に入射するように構成され、
上記面状光導波路内を導波される光の正味の進行方向と、上記面状光導波路の端面から上記半導体層に入射した光により上記半導体層中に生成されるキャリアの正味の移動方向とのなす角度θがほぼ直角であることを特徴とする電子機器。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • HOKKAIDO UNIVERSITY
  • Inventor
  • ISHIBASHI AKIRA
  • MATSUOKA TAKASHI
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JP KE KG KN KP KR KZ LA LC LK LR LS LT LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN TD TG
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