JPH07122763A - 高効率光起電力素子 - Google Patents
高効率光起電力素子Info
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- JPH07122763A JPH07122763A JP5264853A JP26485393A JPH07122763A JP H07122763 A JPH07122763 A JP H07122763A JP 5264853 A JP5264853 A JP 5264853A JP 26485393 A JP26485393 A JP 26485393A JP H07122763 A JPH07122763 A JP H07122763A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 光吸収半導体層が、価電子帯から伝導帯への
電子の励起を中継するエネルギー準位を禁制帯中に有す
る光起電力素子。 【効果】 タンデム構造の光起電力素子のような複雑な
積層構造や製造プロセスをとらずに、太陽光を広い波長
範囲で利用できる高効率の光起電力素子を提供する。
電子の励起を中継するエネルギー準位を禁制帯中に有す
る光起電力素子。 【効果】 タンデム構造の光起電力素子のような複雑な
積層構造や製造プロセスをとらずに、太陽光を広い波長
範囲で利用できる高効率の光起電力素子を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、禁制帯中に存在するエ
ネルギー準位を、光励起によるキャリア生成過程に利用
した高効率の光起電力素子に関するものである。
ネルギー準位を、光励起によるキャリア生成過程に利用
した高効率の光起電力素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体光起電力素子において、電気エネ
ルギーに変換できる光の波長範囲は、その半導体材料の
禁制帯幅により決定される。禁制帯幅より低いエネルギ
ー、即ち長波長の光は半導体に吸収されずに透過してし
まう。一方、禁制帯幅より高いエネルギー、即ち短波長
の光は半導体に吸収され、その際、電子が価電子帯から
伝導帯に励起されることにより光電流が発生する。ただ
し、吸収された光エネルギーのうち、禁制帯幅より大き
い分は熱エネルギーとして損失され光電流に寄与しな
い。光電流を大きくするために半導体材料の禁制帯幅を
小さくすると、逆に発生電圧が小さくなってしまい、電
流と電圧はトレード・オフの関係にある。太陽光スペク
トルが広い波長範囲にわたり分布しているため、単一接
合の光起電力素子（以下、シングル・セルという。）で
は、太陽光の入射エネルギーの５０％以上が利用されず
に損失してしまい、これが光電変換効率の飛躍的向上が
達成されない一因となっている。
ルギーに変換できる光の波長範囲は、その半導体材料の
禁制帯幅により決定される。禁制帯幅より低いエネルギ
ー、即ち長波長の光は半導体に吸収されずに透過してし
まう。一方、禁制帯幅より高いエネルギー、即ち短波長
の光は半導体に吸収され、その際、電子が価電子帯から
伝導帯に励起されることにより光電流が発生する。ただ
し、吸収された光エネルギーのうち、禁制帯幅より大き
い分は熱エネルギーとして損失され光電流に寄与しな
い。光電流を大きくするために半導体材料の禁制帯幅を
小さくすると、逆に発生電圧が小さくなってしまい、電
流と電圧はトレード・オフの関係にある。太陽光スペク
トルが広い波長範囲にわたり分布しているため、単一接
合の光起電力素子（以下、シングル・セルという。）で
は、太陽光の入射エネルギーの５０％以上が利用されず
に損失してしまい、これが光電変換効率の飛躍的向上が
達成されない一因となっている。
【０００３】近年、太陽光を広い波長範囲で有効に利用
する目的から、禁制帯幅の異なる半導体材料を光吸収半
導体層として有する二つ以上の光起電力素子を積層した
“タンデム構造”と呼ばれる光起電力素子が報告されて
いる。タンデム構造の光起電力素子（以下、タンデム・
セルという。）は、禁制帯幅が広い半導体材料を光吸収
半導体層として有する光起電力素子（以下、上部セルと
いう。）を光の入射側に、上部セルより禁制帯幅が狭い
半導体材料を光吸収半導体層として有する光起電力素子
（以下、下部セルという。）を上部セルの光の進行方向
側に設置した構成を採る。タンデム・セルには、大きく
分けて上部セルと下部セルを独立して形成した後、透明
性樹脂などで接続するタイプ（一般に４端子型セル）
と、上部セルと下部セルとを連続して形成するタイプ
（一般に２端子型セル）とがある。
する目的から、禁制帯幅の異なる半導体材料を光吸収半
導体層として有する二つ以上の光起電力素子を積層した
“タンデム構造”と呼ばれる光起電力素子が報告されて
いる。タンデム構造の光起電力素子（以下、タンデム・
セルという。）は、禁制帯幅が広い半導体材料を光吸収
半導体層として有する光起電力素子（以下、上部セルと
いう。）を光の入射側に、上部セルより禁制帯幅が狭い
半導体材料を光吸収半導体層として有する光起電力素子
（以下、下部セルという。）を上部セルの光の進行方向
側に設置した構成を採る。タンデム・セルには、大きく
分けて上部セルと下部セルを独立して形成した後、透明
性樹脂などで接続するタイプ（一般に４端子型セル）
と、上部セルと下部セルとを連続して形成するタイプ
（一般に２端子型セル）とがある。
【０００４】しかしながら、タンデム・セルには、４端
子セルの場合は２種類のセルを形成するために基板等の
材料費が高くなり、また製造プロセスが増えるという問
題があり、２端子セルの場合はパターンニングなどプロ
セスが複雑になり、セル構造も複雑となる問題がある。
したがって、タンデム・セルはシングル・セルと比較し
て光電変換効率が向上するものの、その製造プロセスは
複雑になり、製造コストも高くなってしまう。
子セルの場合は２種類のセルを形成するために基板等の
材料費が高くなり、また製造プロセスが増えるという問
題があり、２端子セルの場合はパターンニングなどプロ
セスが複雑になり、セル構造も複雑となる問題がある。
したがって、タンデム・セルはシングル・セルと比較し
て光電変換効率が向上するものの、その製造プロセスは
複雑になり、製造コストも高くなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、タンデム・
セルのような複雑な積層構造や製造プロセスをとらず
に、太陽光を広い波長範囲で利用できる高効率の光起電
力素子を提供することを目的とする。
セルのような複雑な積層構造や製造プロセスをとらず
に、太陽光を広い波長範囲で利用できる高効率の光起電
力素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる状況下において、
本発明者らは、シングル・セルで幅広い波長範囲で光を
吸収することができる光起電力素子について鋭意検討し
た結果、シングル・セルの光吸収半導体層の禁制帯中に
エネルギー準位を形成し、その準位を光励起過程に利用
することにより、従来、吸収されずに透過していた、禁
制帯幅より低いエネルギーの光も吸収して電気エネルギ
ーに変換できるようになることを見いだし、本発明をな
すに至った。
本発明者らは、シングル・セルで幅広い波長範囲で光を
吸収することができる光起電力素子について鋭意検討し
た結果、シングル・セルの光吸収半導体層の禁制帯中に
エネルギー準位を形成し、その準位を光励起過程に利用
することにより、従来、吸収されずに透過していた、禁
制帯幅より低いエネルギーの光も吸収して電気エネルギ
ーに変換できるようになることを見いだし、本発明をな
すに至った。
【０００７】すなわち、本発明は以下のとおりである。 １．光吸収半導体層および正負の電極を有する光起電力
素子において、上記光吸収半導体層が、価電子帯から伝
導帯への電子の励起を中継するエネルギー準位を禁制帯
中に有することを特徴とする光起電力素子。 ２．価電子帯から伝導帯への電子の励起を中継するエネ
ルギー準位が、空乏層以外の内蔵電界を有する光吸収半
導体層中に存在することを特徴とする上記１記載の光起
電力素子。
素子において、上記光吸収半導体層が、価電子帯から伝
導帯への電子の励起を中継するエネルギー準位を禁制帯
中に有することを特徴とする光起電力素子。 ２．価電子帯から伝導帯への電子の励起を中継するエネ
ルギー準位が、空乏層以外の内蔵電界を有する光吸収半
導体層中に存在することを特徴とする上記１記載の光起
電力素子。
【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。先ず、
従来の光起電力素子の光励起過程について説明する。
図６のように禁制帯中にエネルギー準位が存在しない、
エネルギー準位が光起電力素子の動作温度（約３００
Ｋ）で十分イオン化する程度に浅い位置（伝導帯または
価電子帯に近い）に形成されている又はエネルギー準
位が深い位置に存在していても光励起過程に有効に寄与
しないために、光吸収層の禁制帯幅（Ｅg ）より高エネ
ルギーの光しか吸収されない。つまり、禁制帯幅より低
エネルギーの光は光吸収層を透過し、そのエネルギー分
を損失してしまう。
従来の光起電力素子の光励起過程について説明する。
図６のように禁制帯中にエネルギー準位が存在しない、
エネルギー準位が光起電力素子の動作温度（約３００
Ｋ）で十分イオン化する程度に浅い位置（伝導帯または
価電子帯に近い）に形成されている又はエネルギー準
位が深い位置に存在していても光励起過程に有効に寄与
しないために、光吸収層の禁制帯幅（Ｅg ）より高エネ
ルギーの光しか吸収されない。つまり、禁制帯幅より低
エネルギーの光は光吸収層を透過し、そのエネルギー分
を損失してしまう。
【０００９】それに対して、本発明を適用した光起電力
素子の光励起過程は図５のように、ｈν＞Ｅa の光で価
電子帯からエネルギー準位に電子が励起され、さらに電
子がその準位に留まっている間にｈν＞Ｅb の光でエネ
ルギー準位から伝導帯に電子が励起される。そのために
従来の光起電力素子ではそのエネルギーが損失されてい
た、禁制帯幅より低エネルギーの光を利用することがで
き、光電流の増加につながる。
素子の光励起過程は図５のように、ｈν＞Ｅa の光で価
電子帯からエネルギー準位に電子が励起され、さらに電
子がその準位に留まっている間にｈν＞Ｅb の光でエネ
ルギー準位から伝導帯に電子が励起される。そのために
従来の光起電力素子ではそのエネルギーが損失されてい
た、禁制帯幅より低エネルギーの光を利用することがで
き、光電流の増加につながる。
【００１０】本発明の光起電力素子の光吸収半導体層と
しては、Ｓｉ、Ｇｅおよびその混晶等のIV族半導体、Ａ
ｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、Ｉｎ
Ｎ、ＩｎＰおよびその混晶等のIII −Ｖ族半導体、Ｚｎ
Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅおよびそ
の混晶等のII−VI族半導体、ＣｕＧａＳｅ2 、ＣｕＧａ
Ｔｅ2 、ＣｕＩｎＳ2 、ＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｕＩｎＴｅ
2 およびその混晶等のＩ−III −VI族半導体が挙げられ
る。また、ＳｎＳ、Ｃｕ2 Ｏ等の光起電力素子に使用し
得る半導体材料も本発明に適用できる。
しては、Ｓｉ、Ｇｅおよびその混晶等のIV族半導体、Ａ
ｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、Ｉｎ
Ｎ、ＩｎＰおよびその混晶等のIII −Ｖ族半導体、Ｚｎ
Ｓｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅおよびそ
の混晶等のII−VI族半導体、ＣｕＧａＳｅ2 、ＣｕＧａ
Ｔｅ2 、ＣｕＩｎＳ2 、ＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｕＩｎＴｅ
2 およびその混晶等のＩ−III −VI族半導体が挙げられ
る。また、ＳｎＳ、Ｃｕ2 Ｏ等の光起電力素子に使用し
得る半導体材料も本発明に適用できる。
【００１１】次に、本発明に適用されるエネルギー準位
として特に限定はないが、例えば、Ｓｉ中のＩｎ、Ｇａ
Ａｓ中のＣｒ、ＣｕＩｎＳｅ2 中のＦｅ等の半導体層中
に添加された不純物によって形成される準位、ＩｎＮに
おけるＮ空孔等の半導体層中に存在する結晶欠陥によっ
て形成される準位が挙げられる。これらのエネルギー準
位は、電子の価電子帯から伝導帯への励起を中継する準
位としてだけではなく、伝導帯から価電子帯への捕獲を
中継する準位（再結合準位）にもなり得る。したがっ
て、光エネルギーにより生成されたキャリア（電子およ
び正孔）を効率よく分離して電流に変換するためには、
そのエネルギー準位が、キャリアの進行方向に形成され
た内蔵電界を有する領域に存在することが有効である。
その内蔵電界とは特に限定はないが、例えば、ｐｎ接
合、ショットキー接合などの空乏層に発生するものが挙
げられ、これは光起電力素子すべてが有するものであ
る。さらに、光吸収層のキャリア密度（フェルミ準位）
または構成元素の組成比もしくはその両方をキャリアの
進行方向に対して変化させることにより、空乏層以外に
内蔵電界を発生させることができる。また、エネルギー
準位は光吸収半導体層の少なくとも一部に存在していれ
ば有効であるが、内蔵電界のかかっている空乏層にも存
在することが好ましく、空乏層以外にも内蔵電界がかか
っていて、そこにもエネルギー準位が存在することがよ
り好ましい。
として特に限定はないが、例えば、Ｓｉ中のＩｎ、Ｇａ
Ａｓ中のＣｒ、ＣｕＩｎＳｅ2 中のＦｅ等の半導体層中
に添加された不純物によって形成される準位、ＩｎＮに
おけるＮ空孔等の半導体層中に存在する結晶欠陥によっ
て形成される準位が挙げられる。これらのエネルギー準
位は、電子の価電子帯から伝導帯への励起を中継する準
位としてだけではなく、伝導帯から価電子帯への捕獲を
中継する準位（再結合準位）にもなり得る。したがっ
て、光エネルギーにより生成されたキャリア（電子およ
び正孔）を効率よく分離して電流に変換するためには、
そのエネルギー準位が、キャリアの進行方向に形成され
た内蔵電界を有する領域に存在することが有効である。
その内蔵電界とは特に限定はないが、例えば、ｐｎ接
合、ショットキー接合などの空乏層に発生するものが挙
げられ、これは光起電力素子すべてが有するものであ
る。さらに、光吸収層のキャリア密度（フェルミ準位）
または構成元素の組成比もしくはその両方をキャリアの
進行方向に対して変化させることにより、空乏層以外に
内蔵電界を発生させることができる。また、エネルギー
準位は光吸収半導体層の少なくとも一部に存在していれ
ば有効であるが、内蔵電界のかかっている空乏層にも存
在することが好ましく、空乏層以外にも内蔵電界がかか
っていて、そこにもエネルギー準位が存在することがよ
り好ましい。
【００１２】また、より効率的に光電流を発生させるた
めには、禁制帯幅より低エネルギーの太陽光に対して、
価電子帯からエネルギー準位への電子の励起割合とエネ
ルギー準位から伝導帯への電子の励起割合との積が、伝
導帯からエネルギー準位への電子の捕獲割合とエネルギ
ー準位から価電子帯への電子の捕獲割合との積より大き
くなるようなエネルギー準位を形成することが有効であ
る。
めには、禁制帯幅より低エネルギーの太陽光に対して、
価電子帯からエネルギー準位への電子の励起割合とエネ
ルギー準位から伝導帯への電子の励起割合との積が、伝
導帯からエネルギー準位への電子の捕獲割合とエネルギ
ー準位から価電子帯への電子の捕獲割合との積より大き
くなるようなエネルギー準位を形成することが有効であ
る。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明の実施例を具体的に説明す
る。
る。
【００１４】
【実施例１】本発明を適用したＣｕＩｎＳｅ2 系太陽電
池の断面構造を図１に示す。この太陽電池の作製手順を
以下に記す。ガラス基板４の上に１μｍ程度のＭｏ電極
層５を成膜し、その上にＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅ、Ｆｅの四つ
の蒸着源を用いて４源同時蒸着法によりＣｕ／Ｉｎ比が
０．８〜１．０の範囲となるようにＦｅドープＣｕＩｎ
Ｓｅ2 （ＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ）層６を２μｍ程度成膜
した。このｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６の上にｎ型
半導体層として０．３μｍ程度のＣｄＳ層７を成膜して
ｐｎ接合を形成した。最後に、ＣｄＳ層７の上に、透明
電極層として０．５μｍ程度のＩＴＯ（５ｗｔ．％Ｓｎ
Ｏ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3 ）層８を成膜してＣｕＩｎＳｅ2 系
太陽電池を作製した。
池の断面構造を図１に示す。この太陽電池の作製手順を
以下に記す。ガラス基板４の上に１μｍ程度のＭｏ電極
層５を成膜し、その上にＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅ、Ｆｅの四つ
の蒸着源を用いて４源同時蒸着法によりＣｕ／Ｉｎ比が
０．８〜１．０の範囲となるようにＦｅドープＣｕＩｎ
Ｓｅ2 （ＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ）層６を２μｍ程度成膜
した。このｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６の上にｎ型
半導体層として０．３μｍ程度のＣｄＳ層７を成膜して
ｐｎ接合を形成した。最後に、ＣｄＳ層７の上に、透明
電極層として０．５μｍ程度のＩＴＯ（５ｗｔ．％Ｓｎ
Ｏ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3 ）層８を成膜してＣｕＩｎＳｅ2 系
太陽電池を作製した。
【００１５】この太陽電池のバンド構造を図２に示す。
光吸収層であるＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６は、その中に
光励起過程に有効な深いエネルギー準位が形成されてお
り、また、空乏層以外の領域はバンドが傾斜していない
（内蔵電界が形成されていない）。この様に作製された
太陽電池の光電変換効率をＡＭ１．５の光源を用いて測
定したところ、１５．４％であった。また、この太陽電
池の分光感度特性を測定したところ、長波長（低エネル
ギー）側の感度がＣｕＩｎＳｅ2 の禁制帯幅である１３
００ｎｍから２１００ｎｍまで拡がっていた。このこと
より、禁制帯中のエネルギー準位を中継して電子が励起
されていることが確認できる。
光吸収層であるＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６は、その中に
光励起過程に有効な深いエネルギー準位が形成されてお
り、また、空乏層以外の領域はバンドが傾斜していない
（内蔵電界が形成されていない）。この様に作製された
太陽電池の光電変換効率をＡＭ１．５の光源を用いて測
定したところ、１５．４％であった。また、この太陽電
池の分光感度特性を測定したところ、長波長（低エネル
ギー）側の感度がＣｕＩｎＳｅ2 の禁制帯幅である１３
００ｎｍから２１００ｎｍまで拡がっていた。このこと
より、禁制帯中のエネルギー準位を中継して電子が励起
されていることが確認できる。
【００１６】
【実施例２】本実施例のＣｕＩｎＳｅ2 系太陽電池の断
面構造は実施例１の図１と同じ。この太陽電池の作製手
順を以下に記す。ガラス基板４の上に１μｍ程度のＭｏ
電極層５を成膜し、その上にＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅ、Ｆｅの
四つの蒸着源を用いて４源同時蒸着法によりＭｏ電極層
５側のＣｕ／Ｉｎ比が１．１〜１．３、ＣｄＳ層７側の
Ｃｕ／Ｉｎ比が０．８〜１．０の範囲となるように、Ｃ
ｕおよびＩｎの蒸発量を制御して電極層５からＣｄＳ層
７の方向に対してＣｕ／Ｉｎ比が変化するＦｅドープＣ
ｕＩｎＳｅ2 （ＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ）層６を２μｍ程
度成膜した。この様に形成したＣｕＩｎＳ2 ：Ｆｅ層６
はＣｕ／Ｉｎ比が変化することに伴い、キャリア密度
（フェルミ準位）が変化し、それによって内蔵電界が発
生する。このｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６の上にｎ
型半導体層として３００ｎｍ程度のＣｄＳ層７を成膜し
てｐｎ接合を形成した。最後に、ＣｄＳ層７の上に、透
明電極層として０．５μｍ程度のＩＴＯ（５ｗｔ．％Ｓ
ｎＯ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3 ）８を成膜してＣｕＩｎＳｅ2 系
太陽電池を作製した。
面構造は実施例１の図１と同じ。この太陽電池の作製手
順を以下に記す。ガラス基板４の上に１μｍ程度のＭｏ
電極層５を成膜し、その上にＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅ、Ｆｅの
四つの蒸着源を用いて４源同時蒸着法によりＭｏ電極層
５側のＣｕ／Ｉｎ比が１．１〜１．３、ＣｄＳ層７側の
Ｃｕ／Ｉｎ比が０．８〜１．０の範囲となるように、Ｃ
ｕおよびＩｎの蒸発量を制御して電極層５からＣｄＳ層
７の方向に対してＣｕ／Ｉｎ比が変化するＦｅドープＣ
ｕＩｎＳｅ2 （ＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ）層６を２μｍ程
度成膜した。この様に形成したＣｕＩｎＳ2 ：Ｆｅ層６
はＣｕ／Ｉｎ比が変化することに伴い、キャリア密度
（フェルミ準位）が変化し、それによって内蔵電界が発
生する。このｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６の上にｎ
型半導体層として３００ｎｍ程度のＣｄＳ層７を成膜し
てｐｎ接合を形成した。最後に、ＣｄＳ層７の上に、透
明電極層として０．５μｍ程度のＩＴＯ（５ｗｔ．％Ｓ
ｎＯ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3 ）８を成膜してＣｕＩｎＳｅ2 系
太陽電池を作製した。
【００１７】この太陽電池のバンド構造を図３に示す。
光吸収層であるＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６は、その中に
光励起過程に有効な深いエネルギー準位が形成されてお
り、また、キャリア密度が連続的に変化することによ
り、空乏層以外の領域もバンドが傾斜している（内蔵電
界が形成されている）。この様に作製された太陽電池の
光電変換効率をＡＭ１．５の光源を用いて測定したとこ
ろ、１７．２％であった。また、この太陽電池の分光感
度特性を測定したところ、長波長（低エネルギー）側の
感度がＣｕＩｎＳｅ2 の禁制帯幅である１３００ｎｍか
ら２１００ｎｍまで拡がっていた。このことより、禁制
帯中のエネルギー準位を中継して電子が励起されている
ことが確認できる。
光吸収層であるＣｕＩｎＳｅ2 ：Ｆｅ層６は、その中に
光励起過程に有効な深いエネルギー準位が形成されてお
り、また、キャリア密度が連続的に変化することによ
り、空乏層以外の領域もバンドが傾斜している（内蔵電
界が形成されている）。この様に作製された太陽電池の
光電変換効率をＡＭ１．５の光源を用いて測定したとこ
ろ、１７．２％であった。また、この太陽電池の分光感
度特性を測定したところ、長波長（低エネルギー）側の
感度がＣｕＩｎＳｅ2 の禁制帯幅である１３００ｎｍか
ら２１００ｎｍまで拡がっていた。このことより、禁制
帯中のエネルギー準位を中継して電子が励起されている
ことが確認できる。
【００１８】
【比較例】本比較例のＣｕＩｎＳｅ2 系太陽電池の断面
構造は実施例１の図１と同じ。この太陽電池の作製手順
を以下に記す。ガラス基板４の上に１μｍ程度のＭｏ電
極層５を成膜し、その上にＣｕ，Ｉｎ，Ｓｅの三つの蒸
着源を用いて３源同時蒸着法によりＣｕ／Ｉｎ比が０．
８〜１．０の範囲となるようにＣｕＩｎＳｅ2 層６を２
μｍ程度成膜した。このｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 層６の上
にｎ型半導体層として３００ｎｍ程度のＣｄＳ層７を成
膜してｐｎ接合を形成した。最後に、ＣｄＳ層７の上
に、透明電極層として０．５μｍ程度のＩＴＯ（５ｗ
ｔ．％ＳｎＯ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3 ）８を成膜してＣｕＩｎ
Ｓｅ2 系太陽電池を作製した。
構造は実施例１の図１と同じ。この太陽電池の作製手順
を以下に記す。ガラス基板４の上に１μｍ程度のＭｏ電
極層５を成膜し、その上にＣｕ，Ｉｎ，Ｓｅの三つの蒸
着源を用いて３源同時蒸着法によりＣｕ／Ｉｎ比が０．
８〜１．０の範囲となるようにＣｕＩｎＳｅ2 層６を２
μｍ程度成膜した。このｐ型のＣｕＩｎＳｅ2 層６の上
にｎ型半導体層として３００ｎｍ程度のＣｄＳ層７を成
膜してｐｎ接合を形成した。最後に、ＣｄＳ層７の上
に、透明電極層として０．５μｍ程度のＩＴＯ（５ｗ
ｔ．％ＳｎＯ2 含有Ｉｎ2 Ｏ3 ）８を成膜してＣｕＩｎ
Ｓｅ2 系太陽電池を作製した。
【００１９】この太陽電池のバンド構造を図４に示す。
光吸収層であるＣｕＩｎＳｅ2 層６の中には、光励起過
程に有効な深いエネルギー準位が形成されていない。こ
の様に作製された太陽電池の光電変換効率をＡＭ１．５
の光源を用いて測定したところ、１４．５％であった。
また、この太陽電池の分光感度特性を測定したところ、
ＣｕＩｎＳｅ2 の禁制帯幅である１３００ｎｍより長波
長（低エネルギー）側の感度はなかった。
光吸収層であるＣｕＩｎＳｅ2 層６の中には、光励起過
程に有効な深いエネルギー準位が形成されていない。こ
の様に作製された太陽電池の光電変換効率をＡＭ１．５
の光源を用いて測定したところ、１４．５％であった。
また、この太陽電池の分光感度特性を測定したところ、
ＣｕＩｎＳｅ2 の禁制帯幅である１３００ｎｍより長波
長（低エネルギー）側の感度はなかった。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、光吸収層の禁制帯幅よ
り低エネルギーの光を有効利用することを目的として、
光励起過程に有効なエネルギー準位を形成することによ
り、タンデム・セルのように製造プロセスが複雑になる
ことなく、従来のシングル・セルと比較して高光電変換
効率の光起電力素子を提供することができる。
り低エネルギーの光を有効利用することを目的として、
光励起過程に有効なエネルギー準位を形成することによ
り、タンデム・セルのように製造プロセスが複雑になる
ことなく、従来のシングル・セルと比較して高光電変換
効率の光起電力素子を提供することができる。
【図１】本発明の光起電力素子の断面説明図である。
【図２】実施例１の光起電力素子のバンド構造を示す説
明図である。
明図である。
【図３】実施例２の光起電力素子のバンド構造を示す説
明図である。
明図である。
【図４】比較例の光起電力素子のバンド構造を示す説明
図である。
図である。
【図５】本発明の光起電力素子における光励起過程を示
す概略図である。
す概略図である。
【図６】従来の光起電力素子における光励起過程を示す
概略図である。
概略図である。
１ 電子 ２ 正孔 ３ 光励起過程に利用されるエネルギー準位 ４ ガラス基板 ５ Ｍｏ電極層 ６ ＦｅドープＣｕＩｎＳｅ2 光吸収層 ７ ＣｄＳ層 ８ ＩＴＯ透明電極層
Claims (2)
- 【請求項１】 光吸収半導体層および正負の電極を有す
る光起電力素子において、上記光吸収半導体層が、価電
子帯から伝導帯への電子の励起を中継するエネルギー準
位を禁制帯中に有することを特徴とする光起電力素子。 - 【請求項２】 価電子帯から伝導帯への電子の励起を中
継するエネルギー準位が、空乏層以外の内蔵電界を有す
る光吸収半導体層中に存在することを特徴とする請求項
１記載の光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5264853A JPH07122763A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 高効率光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5264853A JPH07122763A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 高効率光起電力素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07122763A true JPH07122763A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17409133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5264853A Withdrawn JPH07122763A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 高効率光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122763A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012019021A (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Toyota Central R&D Labs Inc | 光電変換素子 |
| JP2014170889A (ja) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Sharp Corp | コアシェル粒子、光電変換層および光電変換素子 |
| CN118771314A (zh) * | 2024-06-19 | 2024-10-15 | 兰州大学 | 一种Fe掺杂In2Se3二维材料的制备方法 |
-
1993
- 1993-10-22 JP JP5264853A patent/JPH07122763A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012019021A (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Toyota Central R&D Labs Inc | 光電変換素子 |
| JP2014170889A (ja) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Sharp Corp | コアシェル粒子、光電変換層および光電変換素子 |
| CN118771314A (zh) * | 2024-06-19 | 2024-10-15 | 兰州大学 | 一种Fe掺杂In2Se3二维材料的制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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