JPS6057678A - 螢光灯電池 - Google Patents

螢光灯電池

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JPS6057678A
JPS6057678A JP59055177A JP5517784A JPS6057678A JP S6057678 A JPS6057678 A JP S6057678A JP 59055177 A JP59055177 A JP 59055177A JP 5517784 A JP5517784 A JP 5517784A JP S6057678 A JPS6057678 A JP S6057678A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor layer
fluorescent lamp
single crystal
crystal semiconductor
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Pending
Application number
JP59055177A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication of JPS6057678A publication Critical patent/JPS6057678A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水素またはハロゲン元素が添加された単結晶半
導体層中に、PN接合、IIIN接合、ショットキ接合
を少なくともひとつ設け、かかる接合に白色の螢光灯等
の人工光を照射してラジオ、重子時計、その他の電子機
器を動作−ヒしめる蛍光灯電池に関する。
本発明は特にかかる蛍光灯電池において、非単結晶半導
体を透光性基板上の酸化スズまたはITO上に設けたこ
と、さらにかかる透光性mt&はその表面に凹凸表面が
形成されていてもよいことが4.+I徴である。
従来、光電変換装置は一般に太陽電池と称せられている
ことより明らかなごとく、太陽光を照射して電気エネル
ギーに変換することを目的としていた。加えてかかる電
力用の発電に用いられる半導体は単結晶半導体であり、
本発明の主張する水素またはハロゲン元素が添加された
非i11結晶半導体とはまった(その結晶構造も+1・
)性も異なっていた。
本発明は単結晶半導体を用いるのではなく、非単結晶半
導体を用いることにより、充電変換をする半導体層の厚
さを単結晶半導体の200〜400μの厚さではなく、
1μまたはそれ以下の厚さとした。さらに水素またはハ
ロケン元素を添加したため、光学的工矛ルギバンド中が
単結晶半導体(珪素)の1.1eVより太きく1.5〜
2,5eνを有している。このため、太陽のごとく赤色
が強い光ではなく短波長光に対して特に優れている。そ
の結果、本発明に示す白色螢光灯等の人工の光を用いる
発光灯電池がきわめて有効であることが判明した。
さらに本発明は1μまたはそれ以下の薄さの半導体を基
板」二特に好ましくは凹凸表向を有する基板上に形成す
るため、キャリアガスをまったく用いぬ、また実質的に
用いぬ程度とした反応系を利用している。この代表的な
ものが減圧気相法である。
しかし減圧気相法は単に反応容器内を減圧下としたこと
のみを特徴としている。このため減圧の程度を強< 1
mm1+g程度とすると、反応生成物の基板上への被膜
成長速度が著しく少なくなる。本発明は反応容器内の圧
力を0.01〜10torrとし、加えて容器内は実質
的に反応性気体のめ、またはそれと添加物のみとしたこ
とを特徴としている。加えて半導体被膜での半導体特性
をさらに強くするため、水素またハロゲン元素を0.1
−200 Tニル%半導体被股中に添加したことを第2
の特徴としζいる。
本発明は光電変換素子を非単結晶半導体で作製すること
を特長としており、かかる非単結晶半20体は多少の局
部応力を加えても信頼性」二の異常またはストレス敏感
性を有していないという実験事実、および少なくとも本
発明方法を用いる限りにおいて、被形成面を有する基板
は必ずしも5I・川面である必要をめられていないとい
う事実に基一つく。
以下にその実施例を図面に従つ−C説明する。
第1図は本発明の発光灯電池に用いる場合の193作原
理を示したものである。
即ち第1図(八)は半導体層(1)の透光性基板例えば
ガラス、サファイア(3)上に導電性被膜(2)例えば
酸化スズ(Sn(1) )、ITOを形成し、さらにこ
の上側に水素またはノ\1:Jケン元素が添加された半
導体層(1)を形成したものである。この半導体層は、
MIN (金属−真性半導体−N型半導体)のショット
キ接合の構造であっても、f)IN(P型半導体−真性
半導体−N型半導体)接合構造またはPN接合であって
も、さらにまたはこれらを多重にした接合であってもよ
い。それは本発明の目的を満たし、即ち、最も光−電気
変換効率(η)が大きく、がっ製造のしやすさとの兼ね
合いで決めればよい。
第1図はこの半導体層(1)の上側に電極(4)を設け
ている。光は(5)で左側より入射させている。この図
面は透光性基板を用いているが、本発明はかかる発光灯
電池(白色の螢光灯等の人工の光を電気に変換すること
によりラジオ、電子時計その他の電子機器を動作せしめ
る電池)である。
かかるセルまたは電池特に発光灯電池にあっては、平坦
電池は必ずしも好ましい形であるとはいえず、第1図(
A)の構造を利用した本発明構造即ち第3図(A)がそ
の形状を考えた時きわめて商品価値が高いことがゎがる
。それはラジオ、7Ii子時計等の外形ケースを作製し
た後、R核的なストレスはケースである基板が保護し、
がっ光−電気変換はその容器の一部またはすべての而を
受光面とすることができるからである。
第1図(B)は、基板(3)上に下側電極(2)。
半導体層(1)、上側電極(4)を設+)でいる。上側
電極はクシ型、魚骨型等をさせるごとにより光の吸収と
電気的導電率の向上を計った。
第1図(B)は例えば電燈のかさ等に用いることが可能
である。その−例を第3図(B)に示しである。これは
電燈、螢光灯の保護ケースの一部に光電変換電池を設け
たもの、例えば電燈の上側ケースの内側に設けたもので
ある。かかる場合中央部に穴をあけておく必要がある。
またかかる使用法により100νとは異なった電圧をf
f?i車に引き出すことができる。このためトランス等
を用いることなく低電圧を発生さ一部、ラジオ、カリ・
トユレイタ等の充電器として利用することも可能であり
、またかかる電気を用いて連続光とは異なる光例えば赤
、緑等の特定波長の光を発光ざ−Uる光光素了に電気的
に連結してもよい。
第1図(A)及び(B)の半導体層の構造は、不発門人
の出願による特願昭53−−086867、特願昭53
−086868 (昭和53年7月17日出1頭)の「
光電変換半導体装置およびその作製方法」に記載された
ものと同様である。
第2図は本発明の少なくとも一部が凹凸状をした基板に
半導体層を設けた蛍光灯電池を作製するための装置であ
る。図面に従ってその実施例を説明する。図面において
凹凸型をした基板(21)はホルダー(22)上に設置
され、かつ不要部を(23)により遮蔽している。この
基板を反応炉(24)内に設置した。反応性気体はく2
8)がシランのごとき珪化物気体、(29)はメタンの
如き炭化物気体、(30)はジボランのごときP型の導
電型を呈し得る不純物、(31)はフメスヒン、アルソ
ンのごときN型の導電性を呈する不純物を導入する。(
35)は反応の前後に反応炉内をパージする不活性気体
である。これらは入り口(27)よりマイクロ波を用い
た励起系(エキサイタ>(26)を経て、反応炉(24
)に導入される。マイクロ波は1〜10GIlz例えば
2.46GHzの周波数を用い、反応性気体の化学的活
性化、分解または反応をさせ、プラズマ状態を呈してい
る。珪素中に炭素が混入し、炭化珪素5ixC+−×(
0≦x〈1)が形成された場合は、コニ不ルギギャソプ
は1.5eVより大きり1.7〜3.5 eVの間の任
意の値をXの値を変えることにより得ることができる。
反応性気体はかかるエキサイタにて励起、分解または反
応するため、反応炉内では被形成面は必ずしも平坦であ
る必要がないことは実験的にわかった。さらにこのエキ
サイタ(26と反応炉(24)は0.01〜1OtOr
rに減圧され、活性状態の反応生成物は1〜10 M 
It zの周波数の高周波エネルギ(25)によりさら
に活性になって凹凸状の基板面に付着し被膜化する。減
圧の程度は真空ポンプ(34)とその前段の二−ドルノ
\ルブ(33)により一定圧力に設定することはIjJ
能である。
反応性気体は珪化物としてシランを用いたが、ジクロー
ルシラン(S iHLc It)、トリクロールシラン
(SillCI7)、四塩化珪素(StCI、 )であ
ってもよく、炭化物としてメタン(C11,)のめでは
なくプロノマン(C,)l、)等その他の炭化水素であ
ってもよい。
またこの炭化物を用いなくてもこのかわりに窒化物とし
てアンモニア(NH3)、ヒドラジン(Nzl14)を
用いてもよい。パージ用の不活性気体(35)は一般に
価格面より安価な窒素を用いたが、半導体層を基板上に
形成してしまった後、さらにこの半導体中の活性水素を
添加することにより半導体層中の不対結合手を中和、除
去するためこの(35)より水素(llz)を導入して
もよい。かくのごとき水素の誘導アニールにより半導体
層中には10〜50原子%の水素が添加できた。この水
素の代わりにハロゲン元素を添加しても不対結合手の中
和・除去に効果があった。この誘導アニールは、温度は
珪素にあっては250℃以下、炭化珪素にあっては35
0℃以下であることが好ましく、これらの温度以上では
添加された水素が再放出され、Si H結合、(、−H
結合がとれてしまう傾向があった。
反応炉中の温度は室aL〜350℃を用いた。もちろん
室温〜500℃であってもよい。しかし基板に対する温
度制御が材料制限をもたらすため室温〜300℃が実用
的に好ましかった。
反応生成物は反応炉内の圧力との関係で決められるが、
被膜の厚さはそれ以上の厚い層にまで均質に形成するこ
とができた。半導体被膜の成長速度は、10人/分〜1
μ/分であり、それは圧力を0.01〜1Qtorrと
変えることにより、またエキサイタのマイクロ波エネル
ギまたは反応炉の高周波エネルギをJli1節すること
により実施できた。
本発明方法で重要な特徴は第1に反応炉が減圧であるた
め反応性気体または反応生成物の平均自由工程が大きく
、そのため凹部の内部にまでも十分に飛翔し得ること、
また反応炉に前置してエキサイタを設けたため、反応性
気体が互いに完全に混合し、化学量論的に均質な反応生
成物ができること、また第2にその反応性気体またはエ
ネルギ的にきわめて高く励起された状態であるため、基
板の凹凸が0.1〜1μのごとき細かいあらさのめなら
ず10μまたはそれ以上特に容器状をしていてもあらゆ
る部分の表面に均一に被膜化すること、さらに第3に基
板そのものを抵抗加熱等で加熱させるため基板の表面の
温度に対しての被膜化の温度は鈍感であり、かつ基板の
温度が室温〜200℃または350℃であるため基板の
各部の表面の温度が不均一になりにくく、その結果、被
膜の膜厚の不均一さを助長しない。第4に第2図は横型
反応炉で示したが、これば縦型であってもまたは基板を
移動し得る可動式の連続炉であっても作製可能であり、
換言すれば反応性気体の入り口側に被膜が多量に形成さ
れ、その裏面には少しも形成させないことが可能である
これらの多(の特長を実験的に得たために本発明構想の
半導体装置が発明されたものである。もちろん本発明で
いう均一度とは膜厚のばらつきが一般に±5%以内であ
り、電気的特性が被膜の不均一さを考慮しなくてよい程
度であることを意味する。
以上のごとく、減圧気相法またはプラズマ気相法は反応
炉中の圧力により反応炉内にグロー放電が発生しグロー
放電法ということもできる。
第3図は本発明の半導体装置の実施例である。
(A>、(B)は第1図の(A)、<B)において示し
た通りであり、(43)より光が照射されている。
第3図(B)は基板(41)の−上面の高低差(44)
が1μ以上例えば1 ntm以上を有している。
かかる凹凸の表面上に半導体層(42)を形成さゼたも
のである。
第3図(C)、< D )は容器状をしており、その一
部には穴があいた構造である。室内の置き時、111等
がその一例である。
以下に本発明の螢光灯電池の具体例を示し、本発明を補
充する。
具体例1 基板としてガラス′(厚さ1.1mm )を用いて、こ
の上面に酸化スズを形成せしめ、さらに第2図に示した
プラズマ気相装置によりPIN接合を有する水素が添加
された非単結晶半導体を形成した。この時P型の非単結
晶半導体は炭化珪素(jVさ150人)とした。さらに
I型半導体はギヤリアガスをまったく用いず100%の
濃度のシランを用いて厚さは0.7μとした。さらにN
型の非単結晶半導体はPH3/SiH,= 1%として
、500人の厚さに積層した。裏面電極はアルミニュー
ムとした。非単結晶半導体の形成における反応条件は、
基板温度210℃、高周波出力3.5M)lz、圧力Q
、1torr 、被膜成長速度90人/分であった。得
られた特性は、白色螢光打丁300Lxの照射にて、開
放電圧0.6v、短絡電流20μ八15曲線因子0.4
8、変換効率3.7%であった。
本発明において基板はガラス、セラミックス、金属板等
の固い材料であるものがその代表的な例である。しかし
ポリイミド樹脂等の可曲性基板であってもよいことはい
うまでもない。また弾力性を有する基板であってもよい
なお本発明で意味する非単結晶半導体材料は単に珪素、
炭化珪素のみではなく、その他の化合物半導体であって
もよい。
本発明の特徴は凹凸の基板表面の一部または全部に非単
結晶半導体の層を設け、かかる層を用いて光電変換素子
を設けたもので、100vの商用電圧源より1.5〜6
vの所定の低電圧を!−ランスを用いずに発生させるこ
とができた。さらにそれを利用面に例えば凹状のケース
の内側に密着して光電変換素子を設けることを特徴とし
ている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するための光電変換装置の実施例
である。 第2図は本発明の半導体装置の作製方法を示−J反応系
である。 第3図は本発明の螢光灯電池の実施例である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板上の被形成面上に水素またはハロゲン元素が添
    加された非単結晶半導体層を設け、該半導体層に照射さ
    れた白色の螢光灯等の人工の光を電気に変換し、ラジオ
    、重子時計、その他の電子機器に前記半導体層に設けら
    れた電極を接続して動作せしめることを特徴とした蛍光
    灯電池。 2、特許請求の範囲第1項において、非単結晶半導体層
    は透光性基板上に酸化スズまたはITOのごとき導電性
    被膜を設け、この上面にショットキ接合、PIN接合、
    PN接合またはこれらを多重にした接合を設けたことを
    特徴とした蛍光灯電池。
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