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HIGH-PERFORMANCE SILICON-BASED PHOTOVOLTAIC CELL, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF meetings

Patent code P08A013362
Posted date May 2, 2008
Application number P2007-208729
Publication number P2008-066719A
Patent number P4998923
Date of filing Aug 10, 2007
Date of publication of application Mar 21, 2008
Date of registration May 25, 2012
Priority data
  • P2006-217948 (Aug 10, 2006) JP
Inventor
  • (In Japanese)末益 崇
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 筑波大学
Title HIGH-PERFORMANCE SILICON-BASED PHOTOVOLTAIC CELL, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin silicon-based photovoltaic cell with high energy-conversion efficiency.
SOLUTION: This high-performance silicon-based photovoltaic cell comprises a substrate 1 that has at least one Si surface, an n-type BaSi2 layer 2 containing elements Ba and Si arranged on one surface of the Si surfaces of the substrate 1 that is formed by epitaxial growth, an n+-type BaSi2 layer 3 arranged on the n-type BaSi2 layer 2 containing at least one kind of impurity element that belongs to groups 13-15 of the periodic system and elements Ba and Si, an upper electrode 6 arranged on the n+-type BaSi2 layer 3, and a lower electrode 5 arranged on one surface of the substrate 1.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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、BaSi2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

Field of industrial application (In Japanese)


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、BaSi2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。

Scope of claims (In Japanese)
【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BaSi2層と、
前記n型BaSi2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BaSi2層と、
前記n型BaSi2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BaSi2層と該n型BaSi2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CoSi2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BaSi2層および/または前記n型BaSi2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BaSi2層の厚みが0.2~1.0μmであり、前記n型BaSi2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BaSi2層を形成する工程と、
前記n型BaSi2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BaSi2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BaSi2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BaSi2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BaSi2極薄層を形成した後、さらに前記n型BaSi2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BaSi2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BaSi2層を形成する工程と、
前記n型BaSi2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BaSi2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BaSi2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BaSi2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BaSi2極薄層を形成した後、さらに前記n型BaSi2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BaSi2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BaSi2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BaSi2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BaSi2層の厚みが0.2~1.0μmであり、前記n型BaSi2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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007208729thum.jpg
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