JP2000340809A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 有用な光電変換素子を提供する。
【解決手段】 この光電変換素子は、入射光に感応して
キャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子にお
いて、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型ＮｉＯ領域１ｐ及
びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備えており、光電変換効率を
向上させることができる。
キャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子にお
いて、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型ＮｉＯ領域１ｐ及
びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備えており、光電変換効率を
向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光センサや太陽電
池等の光電変換素子に関する。
池等の光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池や光センサは、入射光に感応し
てキャリアを発生するｐｎ接合を備えている。ｐ型の単
結晶半導体からなる太陽電池は、例えば、「Solar Cell
s, 3 (1981) pp.73-80」に記載され、光センサは特開昭
５９−１７２７８３号公報に記載されている。
てキャリアを発生するｐｎ接合を備えている。ｐ型の単
結晶半導体からなる太陽電池は、例えば、「Solar Cell
s, 3 (1981) pp.73-80」に記載され、光センサは特開昭
５９−１７２７８３号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】黒色体は殆どの光を吸
収し、これとは逆に透明体は光を吸収しない。例えば、
ガラスやダイヤモンドは多くの光を透過する。したがっ
て、光を全く吸収しないものは、エネルギーの保存則か
らして、入射光に感応してキャリアを発生することがで
きない。ｐｎ接合が透明な材料から構成されるとすれ
ば、これは太陽電池や光センサとしては機能しないので
はないかとも考えられる。しかしながら、ｐｎ接合が可
視域でほぼ透明であって紫外域で不透明性を有する半導
体材料から構成されれば、これを透明光電変換素子とす
ることができる。透明光電変換素子があれば、これを車
両のフロントガラスや建造物の窓ガラス等に適用するこ
とができる。本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、透明光電変換素子としても機能する光電
変換素子を提供することを目的とする。
収し、これとは逆に透明体は光を吸収しない。例えば、
ガラスやダイヤモンドは多くの光を透過する。したがっ
て、光を全く吸収しないものは、エネルギーの保存則か
らして、入射光に感応してキャリアを発生することがで
きない。ｐｎ接合が透明な材料から構成されるとすれ
ば、これは太陽電池や光センサとしては機能しないので
はないかとも考えられる。しかしながら、ｐｎ接合が可
視域でほぼ透明であって紫外域で不透明性を有する半導
体材料から構成されれば、これを透明光電変換素子とす
ることができる。透明光電変換素子があれば、これを車
両のフロントガラスや建造物の窓ガラス等に適用するこ
とができる。本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、透明光電変換素子としても機能する光電
変換素子を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光電変換素子は、入射光に感応してキ
ャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子におい
て、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型ＮｉＯ（酸化ニッケ
ル）領域及びｎ型ＴｉＯ2（酸化チタン）領域を備える
ことを特徴とする。これらからなるｐｎ接合は、可視域
でほぼ透明であって紫外域で不透明性を有する半導体材
料から構成されており、また、十分な光電変換効率を有
する。
め、本発明に係る光電変換素子は、入射光に感応してキ
ャリアを発生するｐｎ接合を備えた光電変換素子におい
て、ｐｎ接合は互いに隣接したｐ型ＮｉＯ（酸化ニッケ
ル）領域及びｎ型ＴｉＯ2（酸化チタン）領域を備える
ことを特徴とする。これらからなるｐｎ接合は、可視域
でほぼ透明であって紫外域で不透明性を有する半導体材
料から構成されており、また、十分な光電変換効率を有
する。
【０００５】また、単なる光電変換素子として、これを
用いる場合には、ｐ型ＮｉＯ領域及びｎ型ＴｉＯ2領域
が厚み方向に積層されていなくてもよい。このようなｐ
ｎ接合自体の形状としては種々のもの、例えば、櫛歯状
のものや同一平面内において隣接するもの等が考えられ
るが、ｎ型ＴｉＯ2領域及びｐ型ＮｉＯ領域が、その厚
み方向に隣接するように透明基板上に順次積層されてい
る場合には、透明基板上にこれらを容易に形成すること
ができると共に、透明基板を介してｐｎ接合に光を入射
させた場合に接合面の面積を最大とすることができるの
で、光電変換効率を高くすることができる。
用いる場合には、ｐ型ＮｉＯ領域及びｎ型ＴｉＯ2領域
が厚み方向に積層されていなくてもよい。このようなｐ
ｎ接合自体の形状としては種々のもの、例えば、櫛歯状
のものや同一平面内において隣接するもの等が考えられ
るが、ｎ型ＴｉＯ2領域及びｐ型ＮｉＯ領域が、その厚
み方向に隣接するように透明基板上に順次積層されてい
る場合には、透明基板上にこれらを容易に形成すること
ができると共に、透明基板を介してｐｎ接合に光を入射
させた場合に接合面の面積を最大とすることができるの
で、光電変換効率を高くすることができる。
【０００６】更に、本光電変換素子のｐ型ＮｉＯ領域は
三価の金属元素を含有することが好ましい。三価の金属
元素としては、Ｃｒ，Ｉｎ，Ａｌが好適なものとして列
挙される。
三価の金属元素を含有することが好ましい。三価の金属
元素としては、Ｃｒ，Ｉｎ，Ａｌが好適なものとして列
挙される。
【０００７】また、ｐ型ＮｉＯ領域及びｎ型ＴｉＯ2領
域は多結晶であることが好ましい。
域は多結晶であることが好ましい。
【０００８】なお、ｐ型ＮｉＯ領域及びｎ型ＴｉＯ2領
域は、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反応性スパッタ法
を用いて形成することも可能であると考えられるが、特
に、こららの領域が加熱した基板にそれぞれの原材料を
噴霧することによって形成される場合、所謂スプレー熱
分解法によって形成される場合には、その効果が顕著で
ある。特に、上記光電変換素子を大面積ガラス板上に形
成するには、このスプレー法が有利であり、このガラス
板は、建造物の窓ガラス等に用いることができる。
域は、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反応性スパッタ法
を用いて形成することも可能であると考えられるが、特
に、こららの領域が加熱した基板にそれぞれの原材料を
噴霧することによって形成される場合、所謂スプレー熱
分解法によって形成される場合には、その効果が顕著で
ある。特に、上記光電変換素子を大面積ガラス板上に形
成するには、このスプレー法が有利であり、このガラス
板は、建造物の窓ガラス等に用いることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る光電変換
素子について説明する。同一要素には同一符号を用い、
重複する説明は省略する。
素子について説明する。同一要素には同一符号を用い、
重複する説明は省略する。
【００１０】図１は光電変換素子の縦断面構成を示す説
明図である。光電変換素子は、透明基板１ｔ上に順次形
成された第１電極層１ｅ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導
体層１ｐ及び第２電極層２ｅを備えている。ｐ型半導体
層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは、その境界にヘテロ接合
のｐｎ接合を構成している。このｐｎ接合に、透明基板
１ｔを介して紫外域（３００〜４００ｎｍ）の光が入射
すると、入射光に感応して正孔／電子対（キャリア）が
発生する。発生したそれぞれのキャリアは電極層１ｅ，
２ｅに設けられた電極パッド１ｐｄ，２ｐｄを介して光
電流として外部に取り出される。なお、ｐ型半導体層１
ｐ及びｎ型半導体層１ｎの結晶状態は多結晶である。ｐ
型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは製造時のドーパ
ント濃度を調整することによって濃度分布を持たせても
良い。
明図である。光電変換素子は、透明基板１ｔ上に順次形
成された第１電極層１ｅ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導
体層１ｐ及び第２電極層２ｅを備えている。ｐ型半導体
層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは、その境界にヘテロ接合
のｐｎ接合を構成している。このｐｎ接合に、透明基板
１ｔを介して紫外域（３００〜４００ｎｍ）の光が入射
すると、入射光に感応して正孔／電子対（キャリア）が
発生する。発生したそれぞれのキャリアは電極層１ｅ，
２ｅに設けられた電極パッド１ｐｄ，２ｐｄを介して光
電流として外部に取り出される。なお、ｐ型半導体層１
ｐ及びｎ型半導体層１ｎの結晶状態は多結晶である。ｐ
型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは製造時のドーパ
ント濃度を調整することによって濃度分布を持たせても
良い。
【００１１】この光電変換素子に透明基板１ｔを介して
光を照射すると、十分な短絡電流、すなわち光電変換効
率を得ることができる。更に、Ｔｉは、例えばＣｄ等に
比較して、その安全性が高いので、これを用いた本光電
変換素子は、使用後の廃棄処理容易性の観点からも有用
性を有する。
光を照射すると、十分な短絡電流、すなわち光電変換効
率を得ることができる。更に、Ｔｉは、例えばＣｄ等に
比較して、その安全性が高いので、これを用いた本光電
変換素子は、使用後の廃棄処理容易性の観点からも有用
性を有する。
【００１２】ここで、透明基板１ｔを介して入射光をｐ
ｎ接合まで到達させるためには、透明基板１ｔ、第１電
極層１ｅ及びｎ型半導体層１ｎのエネルギーバンドギャ
ップは、入射光のエネルギー（波長に反比例）よりも大
きく（入射光に対して透明）、その厚みが薄いことが好
ましい。
ｎ接合まで到達させるためには、透明基板１ｔ、第１電
極層１ｅ及びｎ型半導体層１ｎのエネルギーバンドギャ
ップは、入射光のエネルギー（波長に反比例）よりも大
きく（入射光に対して透明）、その厚みが薄いことが好
ましい。
【００１３】入射光の波長は３００〜４００ｎｍであ
る。したがって、上記観点から、各要素の材料／エネル
ギーバンドギャップは以下の通り設定される。
る。したがって、上記観点から、各要素の材料／エネル
ギーバンドギャップは以下の通り設定される。
【００１４】
【表１】
【００１５】上述のように、光透過の観点からは各要素
の厚みは薄いことが望ましいが、薄すぎる場合には機械
的強度が劣化し、また、該当する要素がｐｎ接合を構成
する場合には光の吸収効率が低下する。したがって、こ
れらの観点から、各要素の厚みの好適な範囲／厚みの更
に好適な範囲は以下の通り設定される。
の厚みは薄いことが望ましいが、薄すぎる場合には機械
的強度が劣化し、また、該当する要素がｐｎ接合を構成
する場合には光の吸収効率が低下する。したがって、こ
れらの観点から、各要素の厚みの好適な範囲／厚みの更
に好適な範囲は以下の通り設定される。
【００１６】
【表２】
【００１７】また、第２電極層２ｅの材料としては、下
地の層とオーミック接触をとるものであれば、そのエネ
ルギーバンドギャップは無関係であるため、他のオーミ
ック電極材料、例えば、Ａｇ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de）等を用いることができるが、全体として可視域でほ
ぼ透明であるためには透明材料であるＳｎＯ2又はＩＴ
Ｏが好ましい。
地の層とオーミック接触をとるものであれば、そのエネ
ルギーバンドギャップは無関係であるため、他のオーミ
ック電極材料、例えば、Ａｇ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de）等を用いることができるが、全体として可視域でほ
ぼ透明であるためには透明材料であるＳｎＯ2又はＩＴ
Ｏが好ましい。
【００１８】なお、上記光電変換素子が透過型ではない
場合、すなわち、第２電極層２ｅ側から光が入射する場
合は、その材料はエネルギーバンドギャップの観点から
第１電極層１ｅと同様の制限を受けるので、これと同様
の材料を用いることができる。
場合、すなわち、第２電極層２ｅ側から光が入射する場
合は、その材料はエネルギーバンドギャップの観点から
第１電極層１ｅと同様の制限を受けるので、これと同様
の材料を用いることができる。
【００１９】なお、第１電極層１ｅの材料としてはＳｎ
Ｏ2に代えて、入射光に対して透明な材料、例えば、Ｉ
ＴＯ等を用いることができる。
Ｏ2に代えて、入射光に対して透明な材料、例えば、Ｉ
ＴＯ等を用いることができる。
【００２０】透明基板１ｔの材料としては、ソーダガラ
スの他に紫外光を透過するものとして、石英ガラス等を
用いることができる。
スの他に紫外光を透過するものとして、石英ガラス等を
用いることができる。
【００２１】ｐ型及びｎ型半導体層１ｐ，１ｎに添加さ
れる添加物（ドーパント）としては、種々のものが考え
られる。各半導体層の添加物は、以下に示す添加物群
（添加物１，添加物２，・・・）から選択される。勿
論、各層１ｐ．１ｎが無添加の場合においても光電変換
は行われる。
れる添加物（ドーパント）としては、種々のものが考え
られる。各半導体層の添加物は、以下に示す添加物群
（添加物１，添加物２，・・・）から選択される。勿
論、各層１ｐ．１ｎが無添加の場合においても光電変換
は行われる。
【００２２】
【表３】
【００２３】ここで、ｐ型半導体層１ｐは三価の金属元
素を含有することが好ましい。三価の金属元素として
は、Ｃｒ，Ｉｎ，Ａｌが好適なものとして列挙される。
素を含有することが好ましい。三価の金属元素として
は、Ｃｒ，Ｉｎ，Ａｌが好適なものとして列挙される。
【００２４】また、本光電変換素子は、ｎ型半導体層１
ｎと第１電極層１ｅとの間に介在する緩衝層を備えるこ
ととしてもよい。
ｎと第１電極層１ｅとの間に介在する緩衝層を備えるこ
ととしてもよい。
【００２５】図２はこのような光電変換素子の縦断面構
成を示す説明図である。ｎ型半導体層１ｎと第１電極層
１ｅとの間には緩衝層１ｂが介在しており、緩衝層１ｂ
はＳｎ添加のＺｎＳからなる。
成を示す説明図である。ｎ型半導体層１ｎと第１電極層
１ｅとの間には緩衝層１ｂが介在しており、緩衝層１ｂ
はＳｎ添加のＺｎＳからなる。
【００２６】以上、説明したように、上記光電変換素子
は、入射光に感応してキャリアを発生するｐｎ接合を備
えた光電変換素子において、ｐｎ接合は互いに隣接した
ｐ型ＮｉＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備え
る。このｐｎ接合は、可視域でほぼ透明であって紫外域
で不透明性を有する半導体材料から構成されており、十
分な光電変換効率を有する。
は、入射光に感応してキャリアを発生するｐｎ接合を備
えた光電変換素子において、ｐｎ接合は互いに隣接した
ｐ型ＮｉＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ2領域１ｎを備え
る。このｐｎ接合は、可視域でほぼ透明であって紫外域
で不透明性を有する半導体材料から構成されており、十
分な光電変換効率を有する。
【００２７】また、ｎ型ＴｉＯ2領域１ｎ及びｐ型Ｎｉ
Ｏ領域１ｐが、その厚み方向に隣接するように透明基板
１ｔ上に順次積層されているので、透明基板１ｔに容易
にこれらを形成することができると共に、透明基板１ｔ
を介してｐｎ接合に光を入射させた場合には、接合面の
面積を最大とすることができるので、光電変換効率を高
くすることができる。なお、ｐｎ接合自体の形状として
は、上記層構造のものの他に、例えば、櫛歯状のものや
同一平面内において隣接するもの等が考えられる。
Ｏ領域１ｐが、その厚み方向に隣接するように透明基板
１ｔ上に順次積層されているので、透明基板１ｔに容易
にこれらを形成することができると共に、透明基板１ｔ
を介してｐｎ接合に光を入射させた場合には、接合面の
面積を最大とすることができるので、光電変換効率を高
くすることができる。なお、ｐｎ接合自体の形状として
は、上記層構造のものの他に、例えば、櫛歯状のものや
同一平面内において隣接するもの等が考えられる。
【００２８】なお、上記ｐ型ＮｉＯ領域１ｐ及びｎ型Ｔ
ｉＯ2領域１ｎは、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反応
性スパッタ法を用いて形成することも可能であると考え
られるが、特に、こららの領域が加熱した基板にそれぞ
れの原材料を噴霧することによって形成される場合、所
謂スプレー熱分解法（特開平１０−２６５９６０号公
報）によって形成される場合には、その効果が顕著であ
る。以下、スプレー熱分解法を用いた上記光電変換素子
の製造方法及び有用性について実施例と共に説明する。
ｉＯ2領域１ｎは、ＣＶＤ（化学的気相成長）法や反応
性スパッタ法を用いて形成することも可能であると考え
られるが、特に、こららの領域が加熱した基板にそれぞ
れの原材料を噴霧することによって形成される場合、所
謂スプレー熱分解法（特開平１０−２６５９６０号公
報）によって形成される場合には、その効果が顕著であ
る。以下、スプレー熱分解法を用いた上記光電変換素子
の製造方法及び有用性について実施例と共に説明する。
【００２９】
【実施例】（実験条件）図１及び図２に示した光電変換
素子を作製した。
素子を作製した。
【００３０】（共通条件）以下の実施例における共通条
件は以下の通りである。
件は以下の通りである。
【００３１】第１電極層１ｅ（フッ素添加ＳｎＯ2）及
び透明基板１ｔ（ソーダガラス）は、透明基板１ｔ上に
第１電極層１ｅが形成されているもの（ＦＴＯとする）
を用いた（松崎真空（株）社製、シート抵抗１２Ω／□
以下）。第２電極層２ｅ（Ｉｎ2Ｏ3）は、スプレー法を
用いて形成した。
び透明基板１ｔ（ソーダガラス）は、透明基板１ｔ上に
第１電極層１ｅが形成されているもの（ＦＴＯとする）
を用いた（松崎真空（株）社製、シート抵抗１２Ω／□
以下）。第２電極層２ｅ（Ｉｎ2Ｏ3）は、スプレー法を
用いて形成した。
【００３２】すなわち、図１に示した光電変換素子を製
造する場合は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成
したものに、順次、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体層１
ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１ｐ
ｄ，２ｐｄを形成した。
造する場合は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成
したものに、順次、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体層１
ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１ｐ
ｄ，２ｐｄを形成した。
【００３３】図２に示した光電変換素子を製造する場合
は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成したもの
に、順次、緩衝層１ｂ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体
層１ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１
ｐｄ，２ｐｄを形成した。
は、透明基板１ｔ上に第１電極層１ｅを形成したもの
に、順次、緩衝層１ｂ、ｎ型半導体層１ｎ、ｐ型半導体
層１ｐ、第２電極層１ｅを形成し、最後に電極パッド１
ｐｄ，２ｐｄを形成した。
【００３４】スプレー熱分解法は、加熱した基板に液体
である原材料（溶媒＋原料＋添加物原料）をノズルの噴
霧口を介して噴霧する方法である。原材料は、溶媒に原
料及び添加物原料を混合／溶解させることにより製造す
る。以下の実施例及び比較例において、以下の材料はス
プレー熱分解法を用いて形成した。
である原材料（溶媒＋原料＋添加物原料）をノズルの噴
霧口を介して噴霧する方法である。原材料は、溶媒に原
料及び添加物原料を混合／溶解させることにより製造す
る。以下の実施例及び比較例において、以下の材料はス
プレー熱分解法を用いて形成した。
【００３５】
【表４】
【００３６】これらの形成条件を以下に示す。
【００３７】
【表５】
【００３８】
【表６】
【００３９】
【表７】
【００４０】
【表８】
【００４１】
【表９】
【００４２】
【表１０】
【００４３】
【表１１】
【００４４】
【表１２】
【００４５】
【表１３】
【００４６】
【表１４】
【００４７】以下、各実施例について説明する。
【００４８】（実施例１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半
導体層１ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造
した。光電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （比較例１−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＳｎＯ2 （比較例１−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＯ （比較例１−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＳ（上記Ｓｎ添加ＺｎＳ製造法
において添加物原料を用いないで製造） （実施例２−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ａｌ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｉｎ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｆｅ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−４）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｃｒ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例３−１）ｐ型半導体層１ｐ、ｎ型半導体層１ｎ
及び緩衝層１ｂの材料が以下に示される光電変換素子を
製造した。光電変換素子の構造は図２に示したものであ
る。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｃｒ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ （評価及び結果）上記光電変換素子にＡＭ−１．５，１
００ｍＷ／ｃｍ2の光を透明基板１ｔ側から照射し、電
極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間を流れる電流（短絡電流）及
び電極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間の電圧（開放電圧）を測
定した。光電変換効率に比例する短絡電流／開放電圧は
以下の通りである。
導体層１ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造
した。光電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （比較例１−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＳｎＯ2 （比較例１−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＯ （比較例１−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：無添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＺｎＳ（上記Ｓｎ添加ＺｎＳ製造法
において添加物原料を用いないで製造） （実施例２−１）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ａｌ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−２）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｉｎ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−３）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｆｅ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例２−４）ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１
ｎの材料が以下に示される光電変換素子を製造した。光
電変換素子の構造は図１に示したものである。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｃｒ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 （実施例３−１）ｐ型半導体層１ｐ、ｎ型半導体層１ｎ
及び緩衝層１ｂの材料が以下に示される光電変換素子を
製造した。光電変換素子の構造は図２に示したものであ
る。 ｐ型半導体層１ｐ：Ｃｒ添加ＮｉＯ ｎ型半導体層１ｎ：ＴｉＯ2 緩衝層１ｂ：Ｓｎ添加ＺｎＳ （評価及び結果）上記光電変換素子にＡＭ−１．５，１
００ｍＷ／ｃｍ2の光を透明基板１ｔ側から照射し、電
極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間を流れる電流（短絡電流）及
び電極パッド１ｐｄ，２ｐｄ間の電圧（開放電圧）を測
定した。光電変換効率に比例する短絡電流／開放電圧は
以下の通りである。
【００４９】
【表１５】
【００５０】この実験結果に示されるように、実施例１
に係る光電変換素子は、入射光に感応してキャリアを発
生するｐｎ接合を備えた光電変換素子において、ｐｎ接
合は互いに隣接したｐ型ＮｉＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ
2領域１ｎを備えており、比較例１−１に係るｐ型Ｎｉ
Ｏ／ｎ型ＳｎＯ2構造のｐｎ接合に比して光電変換効率
が向上していることが分かる。また、実施例１に係る光
電変換素子は他の比較例１−２，１−３に係る光電変換
素子と比較しても、その光電変換効率が向上している。
に係る光電変換素子は、入射光に感応してキャリアを発
生するｐｎ接合を備えた光電変換素子において、ｐｎ接
合は互いに隣接したｐ型ＮｉＯ領域１ｐ及びｎ型ＴｉＯ
2領域１ｎを備えており、比較例１−１に係るｐ型Ｎｉ
Ｏ／ｎ型ＳｎＯ2構造のｐｎ接合に比して光電変換効率
が向上していることが分かる。また、実施例１に係る光
電変換素子は他の比較例１−２，１−３に係る光電変換
素子と比較しても、その光電変換効率が向上している。
【００５１】また、ｐ型半導体層１ｐが三価の金属元
素、特にＡｌ（実施例２−１）、Ｉｎ（実施例２−
２）、Ｆｅ（実施例２−３）、Ｃｒ（実施例２−４）を
含む場合には、光電変換効率が実施例１のものに比較し
て更に増加している。
素、特にＡｌ（実施例２−１）、Ｉｎ（実施例２−
２）、Ｆｅ（実施例２−３）、Ｃｒ（実施例２−４）を
含む場合には、光電変換効率が実施例１のものに比較し
て更に増加している。
【００５２】なお、光電変換素子が、ｎ型ＴｉＯ2領域
１ｎと電極層１ｅとの間にＳｎ添加のＺｎＳ領域１ｂを
備えおり、且つ、そのｐ型半導体層１ｐに三価の金属元
素（Ｃｒ）を含有している場合（実施例３−１）には、
光電変換効率が実施例２−４のものに比較して低下して
いる。
１ｎと電極層１ｅとの間にＳｎ添加のＺｎＳ領域１ｂを
備えおり、且つ、そのｐ型半導体層１ｐに三価の金属元
素（Ｃｒ）を含有している場合（実施例３−１）には、
光電変換効率が実施例２−４のものに比較して低下して
いる。
【００５３】図３は、実施例２−３に係る光電変換素子
の電圧（Ｖ）／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ
である。太線は光を照射した場合の特性を示し、細線は
光を照射しない場合の特性を示す。
の電圧（Ｖ）／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ
である。太線は光を照射した場合の特性を示し、細線は
光を照射しない場合の特性を示す。
【００５４】図４は、実施例２−３に係る光電変換素子
の波長（ｎｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ
である。この測定においては、分光感度測定装置（日本
分光株式会社製：ＣＥＰ−２５ＢＸを用いた。このグラ
フから、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍの波長
の光に感度を有することが分かる。
の波長（ｎｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ
である。この測定においては、分光感度測定装置（日本
分光株式会社製：ＣＥＰ−２５ＢＸを用いた。このグラ
フから、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍの波長
の光に感度を有することが分かる。
【００５５】図５は、実施例３−１に係る光電変換素子
の電圧（Ｖ）／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ
である。太線は光を照射した場合の特性を示し、細線は
光を照射しない場合の特性を示す。
の電圧（Ｖ）／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ
である。太線は光を照射した場合の特性を示し、細線は
光を照射しない場合の特性を示す。
【００５６】図６は、実施例３−1に係る光電変換素子
の波長（ｎｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ
である。この測定においては、分光感度測定装置（日本
分光株式会社製：ＣＥＰ−２５ＢＸを用いた。このグラ
フから、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍの波長
の光に感度を有することが分かる。
の波長（ｎｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ
である。この測定においては、分光感度測定装置（日本
分光株式会社製：ＣＥＰ−２５ＢＸを用いた。このグラ
フから、この光電変換素子は３００〜４００ｎｍの波長
の光に感度を有することが分かる。
【００５７】図７は、実施例２−３に係る光電変換素子
のＸ線回折スペクトル（図中Ｃで示す）を示すグラフで
ある。この測定においては、理学電気株式会社製のＭｉ
ｎｉＦｌｅｘ（商品名）を用いた。Ｘ線回折スペクトル
から、ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは、それ
ぞれ多結晶ＮｉＯ及び多結晶ＴｉＯ2であることが確認
できた。なお、図中のＡ，Ｂ，Ｄは、それぞれ、（Ａ）
ガラス基板上にＮｉＯ薄膜のみを形成した場合、（Ｂ）
ガラス基板上にＦ添加ＳｎＯ2層を介してＮｉＯ薄膜及
びＩｎ2Ｏ3膜を順次形成した場合、（Ｄ）ガラス基板上
にＦ添加ＳｎＯ 2層のみを形成した場合のＸ線回折スペ
クトルを示す。
のＸ線回折スペクトル（図中Ｃで示す）を示すグラフで
ある。この測定においては、理学電気株式会社製のＭｉ
ｎｉＦｌｅｘ（商品名）を用いた。Ｘ線回折スペクトル
から、ｐ型半導体層１ｐ及びｎ型半導体層１ｎは、それ
ぞれ多結晶ＮｉＯ及び多結晶ＴｉＯ2であることが確認
できた。なお、図中のＡ，Ｂ，Ｄは、それぞれ、（Ａ）
ガラス基板上にＮｉＯ薄膜のみを形成した場合、（Ｂ）
ガラス基板上にＦ添加ＳｎＯ2層を介してＮｉＯ薄膜及
びＩｎ2Ｏ3膜を順次形成した場合、（Ｄ）ガラス基板上
にＦ添加ＳｎＯ 2層のみを形成した場合のＸ線回折スペ
クトルを示す。
【００５８】図８は、実施例１の光電変換素子に透明基
板１ｔ側から光を照射した場合の、入射光波長（ｎｍ）
と光電変換素子の透過率及び反射率（％）との関係を示
すグラフである。
板１ｔ側から光を照射した場合の、入射光波長（ｎｍ）
と光電変換素子の透過率及び反射率（％）との関係を示
すグラフである。
【００５９】図９は、実施例１の光電変換素子に第２電
極層２ｅ側から光を照射した場合の、入射光波長（ｎ
ｍ）と光電変換素子の透過率及び反射率（％）との関係
を示すグラフである。
極層２ｅ側から光を照射した場合の、入射光波長（ｎ
ｍ）と光電変換素子の透過率及び反射率（％）との関係
を示すグラフである。
【００６０】図８及び図９に示されるように、いずれの
場合も、可視域での透過率は平均で６０％を超えてい
る。また、実施例１の光電変換素子に第２電極層２ｅ側
から光を照射した場合の開放電圧は４６７ｍＶ、短絡電
流は０．０８ｍＡ／ｃｍ2であり、透明基板１ｔ側から
光を照射した場合の光電変換効率の方が優れていた。
場合も、可視域での透過率は平均で６０％を超えてい
る。また、実施例１の光電変換素子に第２電極層２ｅ側
から光を照射した場合の開放電圧は４６７ｍＶ、短絡電
流は０．０８ｍＡ／ｃｍ2であり、透明基板１ｔ側から
光を照射した場合の光電変換効率の方が優れていた。
【００６１】
【発明の効果】本発明の光電変換素子は、ｐ型ＮｉＯ領
域及びｎ型ＴｉＯ2領域を備えているので、光電変換効
率等の有用性を向上させることができる。
域及びｎ型ＴｉＯ2領域を備えているので、光電変換効
率等の有用性を向上させることができる。
【図１】光電変換素子の縦断面構成を示す説明図。
【図２】別の形態に係る光電変換素子の縦断面構成を示
す説明図
す説明図
【図３】実施例２−３に係る光電変換素子の電圧（Ｖ）
／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ。
／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ。
【図４】実施例２−３に係る光電変換素子の波長（ｎ
ｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ。
ｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ。
【図５】実施例３−１に係る光電変換素子の電圧（Ｖ）
／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ。
／電流（ｍＡ／ｃｍ2）特性を示すグラフ。
【図６】実施例３−１に係る光電変換素子の波長（ｎ
ｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ。
ｍ）と量子効率（％）との関係を示すグラフ。
【図７】実施例２−３に係る光電変換素子のＸ線回折ス
ペクトルを示すグラフ。
ペクトルを示すグラフ。
【図８】実施例１の光電変換素子に透明基板１ｔ側から
光を照射した場合の、入射光波長（ｎｍ）と光電変換素
子の透過率及び反射率（％）との関係を示すグラフ。
光を照射した場合の、入射光波長（ｎｍ）と光電変換素
子の透過率及び反射率（％）との関係を示すグラフ。
【図９】実施例１の光電変換素子に第２電極層２ｅ側か
ら光を照射した場合の、入射光波長（ｎｍ）と光電変換
素子の透過率及び反射率（％）との関係を示すグラフ。
ら光を照射した場合の、入射光波長（ｎｍ）と光電変換
素子の透過率及び反射率（％）との関係を示すグラフ。
１ｐ…ｐ型ＮｉＯ、１ｎ…ｎ型ＴｉＯ2領域、１ｂ…緩
衝層、１ｔ…透明基板。
衝層、１ｔ…透明基板。
Claims (5)
- 【請求項１】 入射光に感応してキャリアを発生するｐ
ｎ接合を備えた光電変換素子において、前記ｐｎ接合は
互いに隣接したｐ型ＮｉＯ領域及びｎ型ＴｉＯ2領域を
備えることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 前記ｎ型ＴｉＯ2領域及び前記ｐ型Ｎｉ
Ｏ領域は、その厚み方向に隣接するように透明基板上に
順次積層されていることを特徴とする請求項１に記載の
光電変換素子。 - 【請求項３】 前記ｐ型ＮｉＯ領域は三価の金属元素を
含有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換素
子。 - 【請求項４】 前記ｐ型ＮｉＯ領域及び前記ｎ型ＴｉＯ
2領域は多結晶であることを特徴とする請求項１に記載
の光電変換素子。 - 【請求項５】 前記ｐ型ＮｉＯ領域及び前記ｎ型ＴｉＯ
2領域は、加熱した基板にそれぞれの原材料を噴霧する
ことによって形成されることを特徴とする請求項１に記
載の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11124340A JP2000340809A (ja) | 1999-03-25 | 1999-04-30 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8229299 | 1999-03-25 | ||
| JP11-82292 | 1999-03-25 | ||
| JP11124340A JP2000340809A (ja) | 1999-03-25 | 1999-04-30 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340809A true JP2000340809A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=26423312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11124340A Pending JP2000340809A (ja) | 1999-03-25 | 1999-04-30 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000340809A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311845A (ja) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 発電機能を有する可視光透過構造体 |
| JP2010267865A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Toyota Central R&D Labs Inc | 太陽電池及びその製造方法 |
| JP2012084650A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Kobe Steel Ltd | 光起電力素子 |
| JP2013109076A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Tokyo Univ Of Science | 光発電可能な調光素子およびその製造方法 |
| JP2014029925A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Kobe Steel Ltd | 光電変換素子、光電変換素子アレイ及び太陽電池モジュール |
| KR20220018833A (ko) * | 2020-08-07 | 2022-02-15 | 인천대학교 산학협력단 | 투명 태양전지 및 그 제조방법 |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP11124340A patent/JP2000340809A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311845A (ja) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 発電機能を有する可視光透過構造体 |
| JP2010267865A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Toyota Central R&D Labs Inc | 太陽電池及びその製造方法 |
| JP2012084650A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Kobe Steel Ltd | 光起電力素子 |
| JP2013109076A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Tokyo Univ Of Science | 光発電可能な調光素子およびその製造方法 |
| JP2014029925A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Kobe Steel Ltd | 光電変換素子、光電変換素子アレイ及び太陽電池モジュール |
| KR20220018833A (ko) * | 2020-08-07 | 2022-02-15 | 인천대학교 산학협력단 | 투명 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR102493413B1 (ko) * | 2020-08-07 | 2023-01-27 | 인천대학교 산학협력단 | 투명 태양전지 및 그 제조방법 |
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