JPS6233757B2 - - Google Patents
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- JPS6233757B2 JPS6233757B2 JP56198937A JP19893781A JPS6233757B2 JP S6233757 B2 JPS6233757 B2 JP S6233757B2 JP 56198937 A JP56198937 A JP 56198937A JP 19893781 A JP19893781 A JP 19893781A JP S6233757 B2 JPS6233757 B2 JP S6233757B2
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- JP
- Japan
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- output electrode
- thin film
- electrode
- semiconductor layer
- type semiconductor
- 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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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
-
- 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)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は太陽光電池に関するものである。
従来の太陽光電池においては、光導電性薄膜の
素材として、水素化アモルフアスシリコンなどの
アモルフアス材料やシリコン多結晶材料を用い、
コストの低減化および大面積化をはかつている。
素材として、水素化アモルフアスシリコンなどの
アモルフアス材料やシリコン多結晶材料を用い、
コストの低減化および大面積化をはかつている。
しかしながら、一般にこれらの材料ではキヤリ
ヤの易動度とライフタイムが小さく、したがつて
拡散長が結晶に比して極端に短くなり、薄膜の光
吸収長以下となる場合が多く、また接合電界によ
るドリフト・レンジも光吸収長以下となる場合が
多い。そのため、十分なエネルギ変換効率が得ら
れないという欠点を有する。
ヤの易動度とライフタイムが小さく、したがつて
拡散長が結晶に比して極端に短くなり、薄膜の光
吸収長以下となる場合が多く、また接合電界によ
るドリフト・レンジも光吸収長以下となる場合が
多い。そのため、十分なエネルギ変換効率が得ら
れないという欠点を有する。
したがつて、この発明の目的は、エネルギ変換
効率の高い太陽光電池を提供することである。
効率の高い太陽光電池を提供することである。
この発明の第１の実施例を、第１図ＡおよびＢ
にそれぞれ示す断面図およびこれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムにしたがつて以下に詳
述する。
にそれぞれ示す断面図およびこれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムにしたがつて以下に詳
述する。
すなわち、この太陽光電池は、半導体または絶
縁体からなる光導電性薄膜１と、前記光導電性薄
膜１の一面に順次接合形成されそれぞれ透光性を
有する網目状第１出力電極２，第１絶縁膜３およ
び第１パルス印加電極４と、前記光導電性薄膜１
の他面に順次接合形成した網目状第２出力電極
２′，第２絶縁膜３′および第２パルス印加電極
４′とを備え、前記第１パルス印加電極４と第１
出力電極２間および第２パルス印加電極４′と第
２出力電極２′間に対し外部よりそれぞれ正のパ
ルス電圧P1および負のパルス電圧P2を印加するこ
とにより、前記光導電性薄膜１内にそれぞれ正，
負の分極電荷６，５を誘起させて光導電性薄膜１
の内部に電界を設定し、これによつて光励起キヤ
リヤ７，８に対する加速電界を得て、エネルギ変
換効率を高めるようにしたものである。
縁体からなる光導電性薄膜１と、前記光導電性薄
膜１の一面に順次接合形成されそれぞれ透光性を
有する網目状第１出力電極２，第１絶縁膜３およ
び第１パルス印加電極４と、前記光導電性薄膜１
の他面に順次接合形成した網目状第２出力電極
２′，第２絶縁膜３′および第２パルス印加電極
４′とを備え、前記第１パルス印加電極４と第１
出力電極２間および第２パルス印加電極４′と第
２出力電極２′間に対し外部よりそれぞれ正のパ
ルス電圧P1および負のパルス電圧P2を印加するこ
とにより、前記光導電性薄膜１内にそれぞれ正，
負の分極電荷６，５を誘起させて光導電性薄膜１
の内部に電界を設定し、これによつて光励起キヤ
リヤ７，８に対する加速電界を得て、エネルギ変
換効率を高めるようにしたものである。
その動作を、第１図Ｂのエネルギバンドダイヤ
グラムにしたがつて以下に説明する。
グラムにしたがつて以下に説明する。
前記第１パルス印加電極４に接続した第１入力
端子９と第１出力電極２に接続した第１出力端子
１０の間および前記第２パルス印加電極４′に接
続した第２入力端子９′と第２出力電極２′に接続
した第２出力端子１０′の間にそれぞれ正および
負のパルス電圧P1，P2を印加することにより、第
１絶縁膜３には正電荷，第２絶縁膜３′には負電
荷がそれぞれ蓄積され、これらの蓄積電荷によつ
て前記光導電性薄膜１内に負および正の分極電荷
６，５が誘起されて、光導電性薄膜１の中心部に
おいてエネルギバンドダイヤグラムの伝導帯エツ
ジ１１と価電子帯エツジ１２に傾斜が付与され
る。
端子９と第１出力電極２に接続した第１出力端子
１０の間および前記第２パルス印加電極４′に接
続した第２入力端子９′と第２出力電極２′に接続
した第２出力端子１０′の間にそれぞれ正および
負のパルス電圧P1，P2を印加することにより、第
１絶縁膜３には正電荷，第２絶縁膜３′には負電
荷がそれぞれ蓄積され、これらの蓄積電荷によつ
て前記光導電性薄膜１内に負および正の分極電荷
６，５が誘起されて、光導電性薄膜１の中心部に
おいてエネルギバンドダイヤグラムの伝導帯エツ
ジ１１と価電子帯エツジ１２に傾斜が付与され
る。
それぞれ透光性を有する第１パルス印加電極
４，第１絶縁膜３および第１出力電極２を付設し
た側からの入射光１３によつて、前記光導電性薄
膜１内に励起された光励起電子７および光励起ホ
ール８は、前記エネルギバンドの傾斜によつても
たらされる内部電界Ｅによつて、それぞれ第１図
Ｂのエネルギバンドダイヤグラムの１４および１
５の位置に蓄積され、それぞれの蓄積電荷が
V1，V2の電位に達すると、前記第１出力電極２
および第２出力電極２′を経てこれら各出力電極
２，２′に接続された第１出力端子１０，第２出
力端子１０′より取り出される。
４，第１絶縁膜３および第１出力電極２を付設し
た側からの入射光１３によつて、前記光導電性薄
膜１内に励起された光励起電子７および光励起ホ
ール８は、前記エネルギバンドの傾斜によつても
たらされる内部電界Ｅによつて、それぞれ第１図
Ｂのエネルギバンドダイヤグラムの１４および１
５の位置に蓄積され、それぞれの蓄積電荷が
V1，V2の電位に達すると、前記第１出力電極２
および第２出力電極２′を経てこれら各出力電極
２，２′に接続された第１出力端子１０，第２出
力端子１０′より取り出される。
前記動作において、光励起キヤリヤ７，８の易
動度をμ，ライフタイムをτとすると、光励起キ
ヤリヤ７，８のドリフトレンジＬdとの間には Ｌd＝Ｅμτ の関係が成立するので、前記内部電界Ｅを増大す
ることにより、ドリフトレンジＬdを光導電性薄
膜１の光吸収長以上に設定することができ、エネ
ルギ変換効率の向上をはかることができる。
動度をμ，ライフタイムをτとすると、光励起キ
ヤリヤ７，８のドリフトレンジＬdとの間には Ｌd＝Ｅμτ の関係が成立するので、前記内部電界Ｅを増大す
ることにより、ドリフトレンジＬdを光導電性薄
膜１の光吸収長以上に設定することができ、エネ
ルギ変換効率の向上をはかることができる。
この発明の第２の実施例を、第２図ＡおよびＢ
にそれぞれ示す断面図およびこれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムにしたがつて以下に詳
述する。
にそれぞれ示す断面図およびこれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムにしたがつて以下に詳
述する。
すなわち、この太陽光電池は、前記第１の実施
例における光導電性薄膜１′の層構造を、Ｐ型半
導体層１′ａとＮ型半導体層１′ｂでＩ型半導体層
１′ｃを挾むPIN構造としたものであり、第１出
力電極２側にＰ型半導体層１′ａ，第２出力電極
２′側にＮ型半導体層１′ｂを配置させている。
例における光導電性薄膜１′の層構造を、Ｐ型半
導体層１′ａとＮ型半導体層１′ｂでＩ型半導体層
１′ｃを挾むPIN構造としたものであり、第１出
力電極２側にＰ型半導体層１′ａ，第２出力電極
２′側にＮ型半導体層１′ｂを配置させている。
このように構成したため、第１の実施例におい
ては、正，負のパルス電圧P1，P2の印加によつて
光導電性薄膜１内に分極電荷５，６が誘起される
のに替つて、この実施例では、Ｐ型半導体層１′
ａにアクセプタによる負イオン空間電荷１４，Ｎ
型半導体層１′ｂにドナーによる正イオン空間電
荷１５が生起することになり、第２図Ｂに示すエ
ネルギバンドダイヤグラムのように、前記第１の
実施例とほぼ同一の動作が行われ、同様にエネル
ギ変換効率の向上をはかることができる。
ては、正，負のパルス電圧P1，P2の印加によつて
光導電性薄膜１内に分極電荷５，６が誘起される
のに替つて、この実施例では、Ｐ型半導体層１′
ａにアクセプタによる負イオン空間電荷１４，Ｎ
型半導体層１′ｂにドナーによる正イオン空間電
荷１５が生起することになり、第２図Ｂに示すエ
ネルギバンドダイヤグラムのように、前記第１の
実施例とほぼ同一の動作が行われ、同様にエネル
ギ変換効率の向上をはかることができる。
この発明の第３の実施例を、第３図ＡおよびＢ
にそれぞれ示す断面図およびそれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムにしたがつて以下に詳
述する。
にそれぞれ示す断面図およびそれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムにしたがつて以下に詳
述する。
すなわち、この太陽光電池は、前記第１の実例
における光導電性薄膜１″の層構造を、前記第１
出力電極２が付設される一面側をＩ型半導体層
１″ａ，前記第２出力電極２′が付設される他面側
をＮ型半導体層１″ｂとしたIN構造とするととも
に、前記第１出力電極２と前記Ｉ型半導体層１″
ａとの接合をシヨツトキ接合としたものであり、
そのほかの構成は前記第１の実施例と同様であ
る。
における光導電性薄膜１″の層構造を、前記第１
出力電極２が付設される一面側をＩ型半導体層
１″ａ，前記第２出力電極２′が付設される他面側
をＮ型半導体層１″ｂとしたIN構造とするととも
に、前記第１出力電極２と前記Ｉ型半導体層１″
ａとの接合をシヨツトキ接合としたものであり、
そのほかの構成は前記第１の実施例と同様であ
る。
したがつて、その動作において、前記第１の実
施例では正，負のパルス電圧P1，P2の印加により
光導電性薄膜１内に分極電荷５，６が誘起されて
いたのに替り、この実施例では、Ｎ型半導体層
１″ｂでドナーによる正イオン空間電荷１６が生
起することになり、第３図Ｂに示すエネルギバン
ドダイヤグラムのように、前記第１の実施例とほ
ぼ同一の動作が行われ、同様にエネルギ変換効率
の向上をはかることができる。
施例では正，負のパルス電圧P1，P2の印加により
光導電性薄膜１内に分極電荷５，６が誘起されて
いたのに替り、この実施例では、Ｎ型半導体層
１″ｂでドナーによる正イオン空間電荷１６が生
起することになり、第３図Ｂに示すエネルギバン
ドダイヤグラムのように、前記第１の実施例とほ
ぼ同一の動作が行われ、同様にエネルギ変換効率
の向上をはかることができる。
前記第３の実施例におけるＩ型半導体層１″ａ
として、水素化アモルフアスシリコンの弱Ｎ型層
を採用した具体例について以下に詳述する。
として、水素化アモルフアスシリコンの弱Ｎ型層
を採用した具体例について以下に詳述する。
水素化アモルフアスシリコン薄膜では正孔の易
動度が小さいため、出力は正孔電流値によつて規
制されることになり、正孔の寿命をτ，膜厚をＬ
としたとき Ｌ≦Ｅμτ の関係を満足する必要があり、この例では μ＝10-3〜10-2cm2／Ｖ・sec τ＝10-6sec Ｌ＝Ｉμｍ としている。
動度が小さいため、出力は正孔電流値によつて規
制されることになり、正孔の寿命をτ，膜厚をＬ
としたとき Ｌ≦Ｅμτ の関係を満足する必要があり、この例では μ＝10-3〜10-2cm2／Ｖ・sec τ＝10-6sec Ｌ＝Ｉμｍ としている。
したがつて、Ｅ＝104〜105V／cmに相当する電
界を印加すればよい。
界を印加すればよい。
この電界は、絶縁膜３，３′として1000Å程度
のSi3N4の薄膜を使用し、電荷蓄積時に第１入力
端子９と第１出力端子１０の間および第２入力端
子９′と第２出力端子１０′の間に、10V程度の振
幅のパルス電圧を印加することにより得ることが
できる。
のSi3N4の薄膜を使用し、電荷蓄積時に第１入力
端子９と第１出力端子１０の間および第２入力端
子９′と第２出力端子１０′の間に、10V程度の振
幅のパルス電圧を印加することにより得ることが
できる。
そのほかの領域の製膜およびSi3N4以外の材料
の選定については、従来の水素化アモルフアスシ
リコンを用いた太陽光電池と同様である。
の選定については、従来の水素化アモルフアスシ
リコンを用いた太陽光電池と同様である。
なお、この例では、Ｉ型半導体層１″ａとして
水素化アモルフアスシリコンの弱Ｎ型層を用いて
いるが、これに限らず弱Ｐ型層を用いてもよい。
水素化アモルフアスシリコンの弱Ｎ型層を用いて
いるが、これに限らず弱Ｐ型層を用いてもよい。
このようにして得た太陽光電池の太陽光照射強
度AMIに対するエネルギ変換効率は、通常の水
素化アモルフアスシリコン太陽光電池の数倍とな
り高いエネルギ変換効率が得られることが確かめ
られた。
度AMIに対するエネルギ変換効率は、通常の水
素化アモルフアスシリコン太陽光電池の数倍とな
り高いエネルギ変換効率が得られることが確かめ
られた。
以上のように、この発明の太陽光電池は、光導
電性薄膜と、前記光導電性薄膜の一面に順次接合
されそれぞれ透光性を有する第１出力電極，第１
絶縁膜および第１入力電極と、前記光導電性薄膜
の他面に順次接合した第２出力電極，第２絶縁膜
および第２入力電極とを備え、前記第１入力電極
と第１出力電極間および前記第２入力電極と第２
出力電極間にそれぞれ互に逆極性のパルス電圧を
印加して前記第１絶縁膜および第２絶縁膜内に互
に逆極性の電荷を蓄積し、この蓄積電荷により前
記光導電性薄膜内に光励起キヤリヤに対する加速
電界を生起させ、前記第１出力電極，第２出力電
極間より起電力を得るようにしたものであるた
め、外部からのパルス電圧の印加により絶縁膜内
に電荷を蓄積して、この蓄積電荷により光導電性
薄膜内に光励起キヤリヤに対する加速電界を付与
し、エネルギ変換効率の大幅な向上をはかること
ができるという効果を有する。
電性薄膜と、前記光導電性薄膜の一面に順次接合
されそれぞれ透光性を有する第１出力電極，第１
絶縁膜および第１入力電極と、前記光導電性薄膜
の他面に順次接合した第２出力電極，第２絶縁膜
および第２入力電極とを備え、前記第１入力電極
と第１出力電極間および前記第２入力電極と第２
出力電極間にそれぞれ互に逆極性のパルス電圧を
印加して前記第１絶縁膜および第２絶縁膜内に互
に逆極性の電荷を蓄積し、この蓄積電荷により前
記光導電性薄膜内に光励起キヤリヤに対する加速
電界を生起させ、前記第１出力電極，第２出力電
極間より起電力を得るようにしたものであるた
め、外部からのパルス電圧の印加により絶縁膜内
に電荷を蓄積して、この蓄積電荷により光導電性
薄膜内に光励起キヤリヤに対する加速電界を付与
し、エネルギ変換効率の大幅な向上をはかること
ができるという効果を有する。
第１図ＡおよびＢはそれぞれこの発明の第１の
実施例を示す断面図およびこれに対応させたエネ
ルギバンドダイヤグラム、第２図ＡおよびＢはそ
れぞれこの発明の第２の実施例を示す断面図およ
びこれに対応させたエネルギバンドダイヤグラ
ム、第３図ＡおよびＢはそれぞれこの発明の第３
の実施例を示す断面図およびこれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムである。 １，１′，１″…光導電性薄膜、１′ａ…Ｐ型半
導体層、１′ｂ…Ｎ型半導体層、１′ｃ…Ｉ型半導
体層、１″ａ…Ｉ型半導体層、１″ｂ…Ｎ型半導体
層、２…第１出力電極、２′…第２出力電極、３
…第１絶縁膜、３′…第２絶縁膜、４…第１パル
ス印加電極（第１入力電極）、４′…第２パルス印
加電極（第２入力電極）、５，６…分極電極、
７，８…光励起キヤリヤ、９…第１入力端子、
９′…第２入力端子、１０…第１出力端子、１
０′…第２出力端子、１１，１１′，１１″…伝導
帯エツジ、１２，１２′，１２″…価電子帯エツ
ジ、P1，P2…パルス電圧。
実施例を示す断面図およびこれに対応させたエネ
ルギバンドダイヤグラム、第２図ＡおよびＢはそ
れぞれこの発明の第２の実施例を示す断面図およ
びこれに対応させたエネルギバンドダイヤグラ
ム、第３図ＡおよびＢはそれぞれこの発明の第３
の実施例を示す断面図およびこれに対応させたエ
ネルギバンドダイヤグラムである。 １，１′，１″…光導電性薄膜、１′ａ…Ｐ型半
導体層、１′ｂ…Ｎ型半導体層、１′ｃ…Ｉ型半導
体層、１″ａ…Ｉ型半導体層、１″ｂ…Ｎ型半導体
層、２…第１出力電極、２′…第２出力電極、３
…第１絶縁膜、３′…第２絶縁膜、４…第１パル
ス印加電極（第１入力電極）、４′…第２パルス印
加電極（第２入力電極）、５，６…分極電極、
７，８…光励起キヤリヤ、９…第１入力端子、
９′…第２入力端子、１０…第１出力端子、１
０′…第２出力端子、１１，１１′，１１″…伝導
帯エツジ、１２，１２′，１２″…価電子帯エツ
ジ、P1，P2…パルス電圧。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光導電性薄膜と、前記光導電性薄膜の一面に
順次接合されそれぞれ透光性を有する第１出力電
極，第１絶縁膜および第１入力電極と、前記光導
電性薄膜の他面に順次接合した第２出力電極，第
２絶縁膜および第２入力電極とを備え、前記第１
入力電極と第１出力電極間および前記第２入力電
極と第２出力電極間にそれぞれ互に逆極性のパル
ス電圧を印加して前記第１絶縁膜および第２絶縁
膜内に互に逆極性の電荷を蓄積し、この蓄積電荷
により前記光導電性薄膜内に光励起キヤリヤに対
する加速電界を生起させ、前記第１出力電極，第
２出力電極間より起電力を得るようにした太陽光
電池。 ２ 前記光導電性薄膜は、前記第１出力電極の接
合面側をＰ型半導体層としたPIN構造である特許
請求の範囲第１項記載の太陽光電池。 ３ 前記光導電性薄膜は、前記第１出力電極の接
合面側をＩ型半導体層としたIN構造であり、か
つ前記第１出力電極と前記Ｉ型半導体層とがシヨ
ツトキ接合を形成するものである特許請求の範囲
第１項記載の太陽光電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198937A JPS5898987A (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | 太陽光電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198937A JPS5898987A (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | 太陽光電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5898987A JPS5898987A (ja) | 1983-06-13 |
| JPS6233757B2 true JPS6233757B2 (ja) | 1987-07-22 |
Family
ID=16399444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56198937A Granted JPS5898987A (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | 太陽光電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5898987A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02243129A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 床磨き機 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2813712B2 (ja) * | 1989-05-10 | 1998-10-22 | 工業技術院長 | 光電変換素子 |
| US5215599A (en) * | 1991-05-03 | 1993-06-01 | Electric Power Research Institute | Advanced solar cell |
| US9006931B2 (en) * | 2009-12-02 | 2015-04-14 | Versatilis Llc | Static-electrical-field-enhanced semiconductor-based devices and methods of enhancing semiconductor-based device performance |
| US8466582B2 (en) | 2010-12-03 | 2013-06-18 | Enphase Energy, Inc. | Method and apparatus for applying an electric field to a photovoltaic element |
-
1981
- 1981-12-08 JP JP56198937A patent/JPS5898987A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02243129A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 床磨き機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5898987A (ja) | 1983-06-13 |
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