JPS6219080B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6219080B2 JPS6219080B2 JP52033377A JP3337777A JPS6219080B2 JP S6219080 B2 JPS6219080 B2 JP S6219080B2 JP 52033377 A JP52033377 A JP 52033377A JP 3337777 A JP3337777 A JP 3337777A JP S6219080 B2 JPS6219080 B2 JP S6219080B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor region
- semiconductor
- junction
- region
- band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電力効率を改善したイソタイプヘ
テロ接合光・電力変換素子に関する。
テロ接合光・電力変換素子に関する。
イソタイプヘテロ接合（ｎ−ｎまたはｐ−ｐヘ
テロ接合）を用いた光電変換素子として、従来、
ｎ形SnO2とｎ型Siのヘテロ接合から成る光電変
換素子が研究されてきた。この光電変換素子の開
放電圧と曲線因子は、報告によつて種々の値があ
り、同一の条件下で作成しても再現性を得るのは
困難であつた。
テロ接合）を用いた光電変換素子として、従来、
ｎ形SnO2とｎ型Siのヘテロ接合から成る光電変
換素子が研究されてきた。この光電変換素子の開
放電圧と曲線因子は、報告によつて種々の値があ
り、同一の条件下で作成しても再現性を得るのは
困難であつた。
しかるに、開放電圧に主眼を置いた製造方法の
改良、Siウエハの表面に意図的に薄いSiO2を生成
してからSnO2を成長させることによつて行なう
ことができる。
改良、Siウエハの表面に意図的に薄いSiO2を生成
してからSnO2を成長させることによつて行なう
ことができる。
このSiO2の膜厚は、通常、数十℃以下の空気
中放置、または酸化性の酸処理によつてSiウエハ
表面に自然に生ずる膜厚よりも厚くなければ再現
性の点で問題がある。ただし上限もあり、トンネ
ル効果によつて電流が流れ得る程度の薄い値には
留めなければならない。
中放置、または酸化性の酸処理によつてSiウエハ
表面に自然に生ずる膜厚よりも厚くなければ再現
性の点で問題がある。ただし上限もあり、トンネ
ル効果によつて電流が流れ得る程度の薄い値には
留めなければならない。
しかし、こうした製造方法上からだけの対策で
は、出力を電力として得ようとした場合、曲線因
子がSiO2の膜厚の微妙な変化によつて大きく変
わるという欠点が生じた。
は、出力を電力として得ようとした場合、曲線因
子がSiO2の膜厚の微妙な変化によつて大きく変
わるという欠点が生じた。
そこで一方、バンド構造に着目した研究もなさ
れた。
れた。
例えばこの種のイソタイプヘテロ接合を構成す
るにも、バンドギヤツプの広い第一の半導体を、
この第一の半導体と同一導電形であるがこれより
狭いバンドギヤツプを有し、かつ下記に述べるよ
うなエネルギレベル関係にある第二の半導体に接
合させ、バンドギヤツプの狭い第二の半導体表面
に空乏層または反転層を形成すると、比較的良好
な光電変換特性を得られることが分かつた。
るにも、バンドギヤツプの広い第一の半導体を、
この第一の半導体と同一導電形であるがこれより
狭いバンドギヤツプを有し、かつ下記に述べるよ
うなエネルギレベル関係にある第二の半導体に接
合させ、バンドギヤツプの狭い第二の半導体表面
に空乏層または反転層を形成すると、比較的良好
な光電変換特性を得られることが分かつた。
これについては、例えば、雑誌：『電子材料』
Vol.13、No.10、1974年10月発行の第63頁、図１等
に示されているが、本書においても改めて簡明に
示せば本願添付の第１図のようになり、接合にお
いて広いバンドギヤツプの第一の半導体の伝導
帯B3または（価電子帯）B1が、狭いバンドギヤ
ツプの第二の半導体の禁制帯B4内のレベルに
位置するのである。
Vol.13、No.10、1974年10月発行の第63頁、図１等
に示されているが、本書においても改めて簡明に
示せば本願添付の第１図のようになり、接合にお
いて広いバンドギヤツプの第一の半導体の伝導
帯B3または（価電子帯）B1が、狭いバンドギヤ
ツプの第二の半導体の禁制帯B4内のレベルに
位置するのである。
なお、こうした関係を満足する材料の組合せに
も種々あるが、中でも既述したSnO2とSiの組合
せが適当である。また、第１図中、B2は第一半
導体の禁制帯、は空乏層ないし反転層、Ｆは
フエルミ準位を示している。
も種々あるが、中でも既述したSnO2とSiの組合
せが適当である。また、第１図中、B2は第一半
導体の禁制帯、は空乏層ないし反転層、Ｆは
フエルミ準位を示している。
しかし、こうしたバンド構造を取るにしても、
従来においては、光電流の取り出しに接合の界面
準位のみをあてにしていた。
従来においては、光電流の取り出しに接合の界面
準位のみをあてにしていた。
すなわち、従来のイソタイプヘテロ接合光電変
換素子においては、第二の半導体の接合近傍に
おいて光励起された少数キヤリアが、接合界面の
少数キヤリア再結合準位（界面準位より成る）を
介して多数キヤリアと再結合し、第一の半導体
内を多数キヤリア電流として流れなければ光電流
として取り出せなかつたし、開放（光）電圧も、
上記のように原理的には優れていると考えられる
バンド構造から予想される程には増加しなかつ
た。
換素子においては、第二の半導体の接合近傍に
おいて光励起された少数キヤリアが、接合界面の
少数キヤリア再結合準位（界面準位より成る）を
介して多数キヤリアと再結合し、第一の半導体
内を多数キヤリア電流として流れなければ光電流
として取り出せなかつたし、開放（光）電圧も、
上記のように原理的には優れていると考えられる
バンド構造から予想される程には増加しなかつ
た。
また、このように界面準位のみをあてにしてい
たのでは、その密度の再現性、安定性に劣るし、
絶対値の不足も予想された。
たのでは、その密度の再現性、安定性に劣るし、
絶対値の不足も予想された。
本発明は上記問題点の解決をその目的として成
されたものであり、バンド構造自体としては第１
図に示した構成に準拠しながらも、接合の界面準
位のみに頼るを止めるため、その構成としてまず
第一に、第一の半導体領域の接合近傍を再結合準
位の多い領域として、開放電圧および電流出力を
確保し、良好で設計性のある光・電力変換素子と
する。
されたものであり、バンド構造自体としては第１
図に示した構成に準拠しながらも、接合の界面準
位のみに頼るを止めるため、その構成としてまず
第一に、第一の半導体領域の接合近傍を再結合準
位の多い領域として、開放電圧および電流出力を
確保し、良好で設計性のある光・電力変換素子と
する。
しかし、第一の半導体領域を上記のように接合
近傍の部分のみではなく、その全体にわたり再結
合準位の多い半導体で構成すると、当該第一の半
導体領域の一端から電流を取り出すとき、その電
流は第一半導体領域の面方向に流れるため、素子
に附随する直列抵抗が大きくなつて、電力として
は有効な取り出しが不能となる。
近傍の部分のみではなく、その全体にわたり再結
合準位の多い半導体で構成すると、当該第一の半
導体領域の一端から電流を取り出すとき、その電
流は第一半導体領域の面方向に流れるため、素子
に附随する直列抵抗が大きくなつて、電力として
は有効な取り出しが不能となる。
そこで本発明ではまた、広いバンドギヤツプを
有する第一の半導体領域の接合近傍の部分は上記
のように再結合準位の多い領域とする一方で、接
合から離れた部分（一般に光入射面に近い部分と
なる）は低抵抗領域とする。こうすれば、開放電
圧、電流、曲線因子を改善して、光から変換され
た電力を有効に取り出すことができる。
有する第一の半導体領域の接合近傍の部分は上記
のように再結合準位の多い領域とする一方で、接
合から離れた部分（一般に光入射面に近い部分と
なる）は低抵抗領域とする。こうすれば、開放電
圧、電流、曲線因子を改善して、光から変換され
た電力を有効に取り出すことができる。
さらにまた、本発明の構成によると、再結合準
位の多い半導体領域の厚さの変化は、素子の特性
に大きな変化を与えない。
位の多い半導体領域の厚さの変化は、素子の特性
に大きな変化を与えない。
その理由は、少数キヤリアの再結合準位は接合
面から少数キヤリアがトンネル遷移できる距離に
あるものが有効となるので、少数キヤリアの再結
合準位の多い半導体領域の厚さは10Å以上あれば
十分であり、一方、厚くなつた場合、例えば1000
Å程度になつても、光・電力変換素子の面積はそ
の厚みに比して十分大きいため、一般に少数キヤ
リアの再結合準位の多い半導体領域の抵抗率は大
きいとは言つても、本発明の素子においては厚み
方向の電気抵抗の絶対値は十分小さくなり、した
がつて上記のようにさらにその上に低抵抗領域が
設けてあれば、接合面に平行な方向の取出電極に
至るまでの電流通路における電圧降下はこれを十
分小さく抑え得るからである。
面から少数キヤリアがトンネル遷移できる距離に
あるものが有効となるので、少数キヤリアの再結
合準位の多い半導体領域の厚さは10Å以上あれば
十分であり、一方、厚くなつた場合、例えば1000
Å程度になつても、光・電力変換素子の面積はそ
の厚みに比して十分大きいため、一般に少数キヤ
リアの再結合準位の多い半導体領域の抵抗率は大
きいとは言つても、本発明の素子においては厚み
方向の電気抵抗の絶対値は十分小さくなり、した
がつて上記のようにさらにその上に低抵抗領域が
設けてあれば、接合面に平行な方向の取出電極に
至るまでの電流通路における電圧降下はこれを十
分小さく抑え得るからである。
しかるに、本発明構成を満足するため、接合近
傍に再結合準位を多く含む広いバンドギヤツプの
半導体領域を設けるには、当該広いバンドギヤツ
プの半導体領域の接合近傍の部分にトラツプ準位
を形成するような不純物を導入するか、または当
該広いバンドギヤツプの半導体領域の半導体を接
合近傍においてより不完全結晶の状態で形成すれ
ば良い。
傍に再結合準位を多く含む広いバンドギヤツプの
半導体領域を設けるには、当該広いバンドギヤツ
プの半導体領域の接合近傍の部分にトラツプ準位
を形成するような不純物を導入するか、または当
該広いバンドギヤツプの半導体領域の半導体を接
合近傍においてより不完全結晶の状態で形成すれ
ば良い。
こうした思想に即し、本発明の実施例として、
Si／SnO2素子を構成する場合につき説明する。
Si／SnO2素子を構成する場合につき説明する。
Si基板の上にSnO2をSnの蒸気またはSnの化学
物蒸気、あるいはまたSnの気体化合物を少なく
とも含む酸化性雰囲気から成長させる場合、成長
温度が低いと結晶性が悪く、高抵抗率であるが、
少数キヤリアの再結合準位が多いと思われる
SnO2膜が得られ、逆に成長温度が高いと低抵抗
で結晶性の良好なSnO2膜が得られることが観測
された。
物蒸気、あるいはまたSnの気体化合物を少なく
とも含む酸化性雰囲気から成長させる場合、成長
温度が低いと結晶性が悪く、高抵抗率であるが、
少数キヤリアの再結合準位が多いと思われる
SnO2膜が得られ、逆に成長温度が高いと低抵抗
で結晶性の良好なSnO2膜が得られることが観測
された。
したがつて一例として、広いバンドギヤツプの
半導体を接合近傍では低い温度で成長させ、光の
入射側では高い温度で成長させれば、この発明の
光・電力変換素子は製造可能であり、また、少数
キヤリアの再結合準位を多く含む広いバンドギヤ
ツプの半導体領域は、上記の外、既述のように結
晶性の制御によつても、あるいは金属原子をドー
ピングする等の手法によつても得ることができ
る。
半導体を接合近傍では低い温度で成長させ、光の
入射側では高い温度で成長させれば、この発明の
光・電力変換素子は製造可能であり、また、少数
キヤリアの再結合準位を多く含む広いバンドギヤ
ツプの半導体領域は、上記の外、既述のように結
晶性の制御によつても、あるいは金属原子をドー
ピングする等の手法によつても得ることができ
る。
さらに本発明は、上記SnO2とSiの組合せの
外、バンドギヤツプの広い第一の半導体を、この
第一の半導体と同一導電形であるがこれより狭い
バンドギヤツプの第二の半導体に接合させ、バン
ドギヤツプの狭い第二の半導体表面に空乏層また
は反転層を形成する素子であれば適用することが
でき、具体的には例えばSnO2とGaP、SnO2と
GaAs、In2O3とAlSb、In2O3とZnTe、ZnSと
ZnTe（以上、ｎ−ｎ接合）、ZnTeとCdSe（ｐ−
ｐ接合）等の接合を用いた素子に適用可能であ
る。
外、バンドギヤツプの広い第一の半導体を、この
第一の半導体と同一導電形であるがこれより狭い
バンドギヤツプの第二の半導体に接合させ、バン
ドギヤツプの狭い第二の半導体表面に空乏層また
は反転層を形成する素子であれば適用することが
でき、具体的には例えばSnO2とGaP、SnO2と
GaAs、In2O3とAlSb、In2O3とZnTe、ZnSと
ZnTe（以上、ｎ−ｎ接合）、ZnTeとCdSe（ｐ−
ｐ接合）等の接合を用いた素子に適用可能であ
る。
以上説明したように、この発明によれば、高電
力変換効率のイソタイプヘテロ接合を有する光・
電力変換素子が得られるので、特に太陽電池産業
に寄与する所、大である。
力変換効率のイソタイプヘテロ接合を有する光・
電力変換素子が得られるので、特に太陽電池産業
に寄与する所、大である。
第１図は本発明による改良対象としての従来の
光電変換素子のエネルギーバンドを示す図であ
る。 図中、は第一の半導体、は第二の半導体、
は空乏層または反転層、B1は第一半導体の充
満帯、B2は第一半導体の禁制帯、B3は第一半導
体の伝導帯、B4は第二半導体の禁制帯、であ
る。
光電変換素子のエネルギーバンドを示す図であ
る。 図中、は第一の半導体、は第二の半導体、
は空乏層または反転層、B1は第一半導体の充
満帯、B2は第一半導体の禁制帯、B3は第一半導
体の伝導帯、B4は第二半導体の禁制帯、であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 広いバンドギヤツプの第一の半導体領域と、
この第一の半導体領域と同一導電形であるがこれ
より狭いバンドギヤツプの第二の半導体領域と、
前記二つの半導体領域間の接合と、からなり、前
記第一の半導体領域の伝導帯または価電子帯が前
記接合において前記第二の半導体領域の禁制帯内
のエネルギーレベルに位置することにより、前記
第二の半導体領域の接合面近傍に空乏層または反
転層を形成する光電変換素子であつて、 前記第一の半導体領域を、前記接合に接してい
る部分では少数キヤリアの再結合準位が多い再結
合領域とし、前記接合から離れた部分では前記再
結合領域より抵抗の低い低抵抗領域としたことを
特徴とするイソタイプヘテロ接合光・電力変換素
子。 ２ 第一の半導体領域はｎ形のSnO2であり、第
二の半導体領域はｎ形のSiである特許請求の範囲
第１項記載のイソタイプヘテロ接合光・電力変換
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3337777A JPS53118994A (en) | 1977-03-28 | 1977-03-28 | Iso type hetero junction photo electric conversion element and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3337777A JPS53118994A (en) | 1977-03-28 | 1977-03-28 | Iso type hetero junction photo electric conversion element and its manufacture |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56080305A Division JPS5857914B2 (ja) | 1981-05-27 | 1981-05-27 | 光電変換素子の製造方法 |
| JP61237781A Division JPS62188284A (ja) | 1986-10-06 | 1986-10-06 | イソタイプヘテロ接合光・電力変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53118994A JPS53118994A (en) | 1978-10-17 |
| JPS6219080B2 true JPS6219080B2 (ja) | 1987-04-25 |
Family
ID=12384889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3337777A Granted JPS53118994A (en) | 1977-03-28 | 1977-03-28 | Iso type hetero junction photo electric conversion element and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS53118994A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5857914B2 (ja) * | 1981-05-27 | 1983-12-22 | 工業技術院長 | 光電変換素子の製造方法 |
| JPS59195531A (ja) * | 1983-04-19 | 1984-11-06 | Agency Of Ind Science & Technol | ＳｎＯ↓２膜連続成長装置 |
-
1977
- 1977-03-28 JP JP3337777A patent/JPS53118994A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53118994A (en) | 1978-10-17 |
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