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(In Japanese)光検出素子及び太陽電池素子

Patent code P110005253
Posted date Aug 18, 2011
Application number P2009-530089
Patent number P5273621
Date of filing Aug 22, 2008
Date of registration May 24, 2013
International application number JP2008065042
International publication number WO2009028424
Date of international filing Aug 22, 2008
Date of international publication Mar 5, 2009
Priority data
  • P2007-219049 (Aug 24, 2007) JP
  • P2008-099466 (Apr 7, 2008) JP
Inventor
  • (In Japanese)池田 直
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岡山大学
Title (In Japanese)光検出素子及び太陽電池素子
Abstract (In Japanese)電子素子1は、入射した光3のエネルギに応じて電気伝導度が変化する電気伝導度変化体2を備える。電気伝導度変化体2は、RFe2O4を含み、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化することで、その電気伝導度が変化する。これにより、低いエネルギの光に応じて電気伝導度を変化させることが可能な電子素子が実現される。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来の太陽電池や光センサは、光に励起されたイオン原子から放出される電子を、そのすぐ近傍に設けたpn接合面等により構成される電場勾配に捉えさせることを動作の基本としている(非特許文献1参照)。

図3(a)は従来のシリコンpn接合太陽電池の構成を示す斜視図であり、図3(b)はその断面図である。従来のシリコンpn接合太陽電池は、p型シリコンを備えている。p型シリコンの周囲には、薄いn型層が拡散によって形成されている。p型シリコン及びn型層には、それぞれ電極が設けられている。

図4(a)は従来のシリコンpn接合太陽電池のpn接合部の断面図であり、図4(b)は上記従来のシリコンpn接合太陽電池の動作を説明するためのエネルギバンド図である。図4(a)を参照すると、光が入射することによって、内部電界のある接合部付近にキャリアが発生する。Ln、Lpは、電子と正孔の拡散距離を示しており、dは、接合深さを示しており、Wは、遷移領域幅を示している。図4(b)を参照すると、光生成された電子-正孔対は、遷移領域の内部電界により、左右に分離され、電極に起電力が発生する。

図5は、従来のシリコン太陽電池のスペクトル感度特性を示すグラフである。図5に示されるように、従来のシリコン太陽電池は、0.5μm~1.0μmの波長の光で動作する。ここで、光の波長λとエネルギEとの関係は、近似的に
E(eV)=1.24/λ(μm)
と表され、例えば波長1.0μmの光のエネルギは1.24eVである。
【非特許文献1】
浜川圭弘、桑野幸徳、著、「太陽エネルギー工学 アドバンストエレクトロニクスシリーズ 1-3、培風館、1994年、第21頁、図2.6、第23頁、図2.7
【非特許文献2】
N. Ikeda et al., "Ferroelectricity from iron valence ordering in the charge-frustrated system LuFe2O4", Nature, Vol.436, No.7054, pp.1136-1138 (2005)
【非特許文献3】
N. Ikeda et al., "Charge Frustration and Dielectric Dispersion in LuFe2O4", Journal of the Physical Society of Japan, Vol.69, No.5, pp.1526-1532 (2000)

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、入射した光のエネルギに応じて電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備えた電子素子、及び、電気伝導度変化体に光を入射させ、電気伝導度変化体に入射させた光のエネルギに応じて電気伝導度変化体の電気伝導度を制御する電気伝導度制御方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
外部から光が入射したときに、入射光のエネルギに応じて内部の電子の状態が変化することで電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備え、
前記電気伝導度変化体は、その組成が(RMbO3-δn(MaO)m(Rは、In,Sc,Y,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Ti,Ca,Sr,Ce,Sn,Hfから選ばれる少なくとも1種類の元素、Ma、Mbは、Ti,Mn,Fe,Co,Cu,Ga,Zn,Al,Mg,Cdから重複を許して選ばれる少なくとも1種類の元素、nは1以上の整数、mは0以上の整数、δは0以上0.2以下の実数)で表され、層状三角格子構造を有する化合物からなるとともに、
前記電気伝導度変化体上に形成された第1電極と、
前記電気伝導度変化体上に、前記第1電極に対して電気的に離れて配置された第2電極とを備え、
前記電気伝導度変化体に光が入射したときに生じる電気伝導度の変化を、前記第1電極と前記第2電極との間で検出可能に構成されていることを特徴とする光検出素子。

【請求項2】
 
前記層状三角格子構造を有する化合物は、RFe2O4-δであることを特徴とする請求項1記載の光検出素子。

【請求項3】
 
前記電気伝導度変化体は、0.3eV以上1.4eV以下のエネルギを有する光の入射に対して電気伝導度が変化する前記層状三角格子構造を有する化合物によって構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の光検出素子。

【請求項4】
 
前記電気伝導度変化体は、2μm以上の波長を有する赤外光の入射に対して電気伝導度が変化する前記層状三角格子構造を有する化合物によって構成さ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検出素子。

【請求項5】
 
前記電気伝導度変化体は、前記層状三角格子構造を有する化合物の単結晶、多結晶、またはその粉末の集合体からな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検出素子。

【請求項6】
 
外部から光が入射したときに、入射光のエネルギに応じて内部の電子の状態が変化することで電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備え、
前記電気伝導度変化体は、その組成が(RMbO3-δn(MaO)m(Rは、In,Sc,Y,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Ti,Ca,Sr,Ce,Sn,Hfから選ばれる少なくとも1種類の元素、Ma、Mbは、Ti,Mn,Fe,Co,Cu,Ga,Zn,Al,Mg,Cdから重複を許して選ばれる少なくとも1種類の元素、nは1以上の整数、mは0以上の整数、δは0以上0.2以下の実数)で表され、層状三角格子構造を有する化合物からなるとともに、
前記電気伝導度変化体に対して所定位置に設けられた、p型半導体及びn型半導体によるpn接合構造を備え、
前記電気伝導度変化体において電気伝導度の変化に伴って発生した電子を前記pn接合構造での接合界面に導くことで入射光のエネルギを電力に変換することが可能に構成されていることを特徴とする太陽電池素子。

【請求項7】
 
前記電気伝導度変化体は、前記pn接合構造での接合界面近傍に、前記p型半導体及び前記n型半導体とは別体として配置されていることを特徴とする請求項6記載の太陽電池素子。

【請求項8】
 
前記n型半導体は前記電気伝導度変化体によって構成され、前記電気伝導度変化体及び前記p型半導体によって前記pn接合構造が構成されていることを特徴とする請求項6記載の太陽電池素子。

【請求項9】
 
前記層状三角格子構造を有する化合物は、RFe2O4-δであることを特徴とする請求項6~8のいずれか一項記載の太陽電池素子。

【請求項10】
 
前記電気伝導度変化体は、0.3eV以上1.4eV以下のエネルギを有する光の入射に対して電気伝導度が変化する前記層状三角格子構造を有する化合物によって構成されていることを特徴とする請求項6~9のいずれか一項記載の太陽電池素子。

【請求項11】
 
前記電気伝導度変化体は、2μm以上の波長を有する赤外光の入射に対して電気伝導度が変化する前記層状三角格子構造を有する化合物によって構成されていることを特徴とする請求項6~10のいずれか一項記載の太陽電池素子。

【請求項12】
 
前記電気伝導度変化体は、前記層状三角格子構造を有する化合物の単結晶、多結晶、またはその粉末の集合体からなることを特徴とする請求項6~11のいずれか一項記載の陽電池素子。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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