JP2003347563A - 積層型光起電力素子 - Google Patents
積層型光起電力素子Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- 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
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 入射光の全ての波長領域に渡って効率よくエ
ネルギー収集を行うことができ、高い変換効率を持つ積
層型光起電力素子を提供する。 【解決手段】 少なくとも光入射側から順に、第１の
光起電力素子１０５と第２の光起電力素子１０３とが積
層された積層型光起電力素子であって、第１の光起電力
素子と第２の光起電力素子との間に、これらを電気的に
直列接続するように設けられた選択反射層１０４を備
え、第２の光起電力素子１０３の分光特性が最大となる
波長λｍ±１００ｎｍの範囲内のいずれかの波長を有す
る光が第１の光起電力素子１０５で共振をする構造であ
ることを特徴とする。
ネルギー収集を行うことができ、高い変換効率を持つ積
層型光起電力素子を提供する。 【解決手段】 少なくとも光入射側から順に、第１の
光起電力素子１０５と第２の光起電力素子１０３とが積
層された積層型光起電力素子であって、第１の光起電力
素子と第２の光起電力素子との間に、これらを電気的に
直列接続するように設けられた選択反射層１０４を備
え、第２の光起電力素子１０３の分光特性が最大となる
波長λｍ±１００ｎｍの範囲内のいずれかの波長を有す
る光が第１の光起電力素子１０５で共振をする構造であ
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は少なくとも２つ以上
の発電機能単位を持つ積層型光起電力素子に関わる。
の発電機能単位を持つ積層型光起電力素子に関わる。
【０００２】
【従来の技術】光起電力素子は入射光エネルギーを電気
エネルギーに変換する装置で、その内太陽電池は白色光
である太陽光を電気エネルギーに変換するもので広い波
長域の光を効率的に変換することを特徴とする光起電力
素子である。そのため高い変換効率を達成するためには
広い波長領域全体にわたって無駄なく光を吸収する必要
がある。その解決手段として異なるバンドギャップを持
つ半導体層を光活性層として持つ素子を積層する積層型
光起電力素子がよく知られている。この積層型光起電力
素子は光入射側にバンドギャップが相対的に大きい半導
体を用いた素子を配置してエネルギーの大きな短波長の
光を吸収させ、その下にバンドギャップが相対的に小さ
い半導体を用いた素子を配置して上の素子を透過したエ
ネルギーの低い長波長の光を吸収させることにより広い
波長域で効率よく光を吸収利用するものである。
エネルギーに変換する装置で、その内太陽電池は白色光
である太陽光を電気エネルギーに変換するもので広い波
長域の光を効率的に変換することを特徴とする光起電力
素子である。そのため高い変換効率を達成するためには
広い波長領域全体にわたって無駄なく光を吸収する必要
がある。その解決手段として異なるバンドギャップを持
つ半導体層を光活性層として持つ素子を積層する積層型
光起電力素子がよく知られている。この積層型光起電力
素子は光入射側にバンドギャップが相対的に大きい半導
体を用いた素子を配置してエネルギーの大きな短波長の
光を吸収させ、その下にバンドギャップが相対的に小さ
い半導体を用いた素子を配置して上の素子を透過したエ
ネルギーの低い長波長の光を吸収させることにより広い
波長域で効率よく光を吸収利用するものである。
【０００３】ここで重要な点は各々の光起電力素子に適
した波長領域の光を各素子に導入することが必要である
ということである。これは各々の光起電力素子がその光
活性層に用いられている半導体のバンドギャップにより
入射光の利用可能波長域が制約されてしまうことに理由
がある。すなわち、バンドギャップよりもエネルギーが
低い光子は半導体に吸収されず利用することができな
い。またバンドギャップより大きなエネルギーを持った
光子は、吸収はされるが電子を励起した際に与えること
ができる電子のポテンシャルエネルギーはそのバンドギ
ャップの大きさに制限されてしまうためにバンドギャッ
プエネルギーと光子エネルギーの差分は利用することが
できない。すなわち積層型光起電力素子においてはその
光入射側の素子には短波長領域の光のみを、その下の素
子には長波長領域の光のみを入射させることが重要であ
る。
した波長領域の光を各素子に導入することが必要である
ということである。これは各々の光起電力素子がその光
活性層に用いられている半導体のバンドギャップにより
入射光の利用可能波長域が制約されてしまうことに理由
がある。すなわち、バンドギャップよりもエネルギーが
低い光子は半導体に吸収されず利用することができな
い。またバンドギャップより大きなエネルギーを持った
光子は、吸収はされるが電子を励起した際に与えること
ができる電子のポテンシャルエネルギーはそのバンドギ
ャップの大きさに制限されてしまうためにバンドギャッ
プエネルギーと光子エネルギーの差分は利用することが
できない。すなわち積層型光起電力素子においてはその
光入射側の素子には短波長領域の光のみを、その下の素
子には長波長領域の光のみを入射させることが重要であ
る。
【０００４】この解決手段の一つとして上下の光起電力
素子の間に透明導電膜を設けて反射層として使うといっ
た方法が知られている。例えば特開昭６３−７７１６７
公報には各素子間に短波長の光を反射し長波長の光を透
過する導電層を設けるといった方法が開示されている。
また特開平２−２３７１７２公報にはこの選択反射層の
膜厚を調整してその反射率のピークを光入射側光起電力
素子の分光感度の最大波長に合わせて光入射側光起電力
素子の電流値を増やすといった方法が開示されている。
これらはいずれも本来入射光側の光起電力素子で吸収さ
せたい短波長の光が下の光起電力素子で吸収されてしま
うのを防ぎ入射光側の光起電力素子の変換効率を上げる
ことを目的としたものである。
素子の間に透明導電膜を設けて反射層として使うといっ
た方法が知られている。例えば特開昭６３−７７１６７
公報には各素子間に短波長の光を反射し長波長の光を透
過する導電層を設けるといった方法が開示されている。
また特開平２−２３７１７２公報にはこの選択反射層の
膜厚を調整してその反射率のピークを光入射側光起電力
素子の分光感度の最大波長に合わせて光入射側光起電力
素子の電流値を増やすといった方法が開示されている。
これらはいずれも本来入射光側の光起電力素子で吸収さ
せたい短波長の光が下の光起電力素子で吸収されてしま
うのを防ぎ入射光側の光起電力素子の変換効率を上げる
ことを目的としたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在の光起電力素子の
高効率化は非常に高水準に達しており僅かなエネルギー
ロスも許されない状況にある。しかしながら上記の様な
反射層を設けるといった方法を用いた場合、どのように
反射層を設計したとしても僅かながら長波長の光を反射
してしまう問題がある。この様な反射された長波長光は
入射側素子では吸収されないため再びセルの外部に出て
いったり、あるいは入射光と打ち消しあい結局利用する
ことができない。すなわち従来の技術では入射光の波長
における選択を行い短波長の光の利用効率は上げること
はできてもその弊害として長波長光の利用効率を落とし
てしまうという問題があった。
高効率化は非常に高水準に達しており僅かなエネルギー
ロスも許されない状況にある。しかしながら上記の様な
反射層を設けるといった方法を用いた場合、どのように
反射層を設計したとしても僅かながら長波長の光を反射
してしまう問題がある。この様な反射された長波長光は
入射側素子では吸収されないため再びセルの外部に出て
いったり、あるいは入射光と打ち消しあい結局利用する
ことができない。すなわち従来の技術では入射光の波長
における選択を行い短波長の光の利用効率は上げること
はできてもその弊害として長波長光の利用効率を落とし
てしまうという問題があった。
【０００６】本発明は入射光の全ての波長領域に渡って
効率よくエネルギー収集を行うことができ、高い変換効
率を持つ光起電力素子を提供することにある。
効率よくエネルギー収集を行うことができ、高い変換効
率を持つ光起電力素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
本発明の積層型光起電力素子は、少なくとも光入射側か
ら順に、第１の光起電力素子と第２の光起電力素子とが
積層された積層型光起電力素子であって、該第１の光起
電力素子と該第２の光起電力素子との間に、当該第１、
第２の光起電力素子とを電気的に直列接続するように設
けられた選択反射層を備え、前記第２の光起電力素子の
分光特性が最大となる波長λｍ±１００ｎｍの範囲内の
いずれかの波長を有する光が前記第１の光起電力素子で
共振をする構造であることを特徴とする。
本発明の積層型光起電力素子は、少なくとも光入射側か
ら順に、第１の光起電力素子と第２の光起電力素子とが
積層された積層型光起電力素子であって、該第１の光起
電力素子と該第２の光起電力素子との間に、当該第１、
第２の光起電力素子とを電気的に直列接続するように設
けられた選択反射層を備え、前記第２の光起電力素子の
分光特性が最大となる波長λｍ±１００ｎｍの範囲内の
いずれかの波長を有する光が前記第１の光起電力素子で
共振をする構造であることを特徴とする。
【０００８】さらに本発明の第２の光起電力素子の分光
特性が最大となる波長λｍ−５０ｎｍから波長λｍ＋１
００ｎｍの範囲内のいずれかの波長を有する光が前記第
１の光起電力素子で共振をする構造であることが好まし
い。
特性が最大となる波長λｍ−５０ｎｍから波長λｍ＋１
００ｎｍの範囲内のいずれかの波長を有する光が前記第
１の光起電力素子で共振をする構造であることが好まし
い。
【０００９】また本発明の選択反射層の反射率は前記第
２の光起電力素子の分光特性が最大となる波長λｍをま
たがって短波長側で高く長波長側で低くなっていること
が好ましい。
２の光起電力素子の分光特性が最大となる波長λｍをま
たがって短波長側で高く長波長側で低くなっていること
が好ましい。
【００１０】本発明の第１の光起電力素子には、少なく
ともｐｉｎ型接合を有し、該ｉ型層が非晶質Ｓｉ：Ｈで
ある光起電力素子が好適に用いられる。
ともｐｉｎ型接合を有し、該ｉ型層が非晶質Ｓｉ：Ｈで
ある光起電力素子が好適に用いられる。
【００１１】さらに本発明の第２の光起電力素子には、
少なくともｐｉｎ型接合を有し、該ｉ型層が微結晶Ｓｉ
である光起電力素子が好適に用いられる。
少なくともｐｉｎ型接合を有し、該ｉ型層が微結晶Ｓｉ
である光起電力素子が好適に用いられる。
【００１２】また本発明の第２の光起電力素子には、少
なくともｐｎ型接合を有し、該ｐ型、ｎ型半導体が単結
晶または多結晶Ｓｉである光起電力素子が好適に用いら
れる。
なくともｐｎ型接合を有し、該ｐ型、ｎ型半導体が単結
晶または多結晶Ｓｉである光起電力素子が好適に用いら
れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の積層型光起電力素
子の実施の形態を説明するが、本発明はこれらによって
何ら制限されるものではない。
子の実施の形態を説明するが、本発明はこれらによって
何ら制限されるものではない。
【００１４】図１は本発明の実施形態である積層型光起
電力素子１００の断面構造を示す概略図である。金属等
の導電性の基板１０１上に光反射層１０２、第２の光起
電力素子１０３、選択反射層１０４、第１の光起電力素
子１０５、透明電極１０６が順に積層されている。
電力素子１００の断面構造を示す概略図である。金属等
の導電性の基板１０１上に光反射層１０２、第２の光起
電力素子１０３、選択反射層１０４、第１の光起電力素
子１０５、透明電極１０６が順に積層されている。
【００１５】第１の光起電力素子１０５と第２の光起電
力素子１０３の光活性部を構成する半導体は、第１の光
起電力素子１０５が第２の光起電力素子１０３の半導体
よりバンドギャップが大きい半導体で構成されており、
第１の光起電力素子１０５で短波長域を第２の光起電力
素子１０３で長波長域の光が吸収されるように設計され
ている。
力素子１０３の光活性部を構成する半導体は、第１の光
起電力素子１０５が第２の光起電力素子１０３の半導体
よりバンドギャップが大きい半導体で構成されており、
第１の光起電力素子１０５で短波長域を第２の光起電力
素子１０３で長波長域の光が吸収されるように設計され
ている。
【００１６】選択反射層１０４は上記の短波長域で反射
率が高くなっており、第１の光起電力素子１０５の光吸
収量を増加させる効果を持っている。
率が高くなっており、第１の光起電力素子１０５の光吸
収量を増加させる効果を持っている。
【００１７】また図２は本発明の他の実施形態である積
層型光起電力素子２００の断面構造を示す概略図であ
る。ガラス等の透光性絶縁板の基板２０１上に透明電極
２０６、第１の光起電力素子２０５、選択反射層２０
４、第２の光起電力素子２０３、導電性の光反射層２０
２が順に積層されている。この場合には光入射は透光性
絶縁基板である基板２０１側から行われる。
層型光起電力素子２００の断面構造を示す概略図であ
る。ガラス等の透光性絶縁板の基板２０１上に透明電極
２０６、第１の光起電力素子２０５、選択反射層２０
４、第２の光起電力素子２０３、導電性の光反射層２０
２が順に積層されている。この場合には光入射は透光性
絶縁基板である基板２０１側から行われる。
【００１８】図３は選択反射層１０４を備えていない以
外は本発明の積層型光起電力素子１００と同じ構成の積
層型光起電力素子３００の断面構造を示す概略図であ
る。金属等の導電性の基板３０１上に光反射層３０２、
第２の光起電力素子３０３、第１の光起電力素子３０
５、透明電極３０６が順に積層されている。
外は本発明の積層型光起電力素子１００と同じ構成の積
層型光起電力素子３００の断面構造を示す概略図であ
る。金属等の導電性の基板３０１上に光反射層３０２、
第２の光起電力素子３０３、第１の光起電力素子３０
５、透明電極３０６が順に積層されている。
【００１９】図４は積層型光起電力素子３００の分光感
度特性を示し、横軸が波長、縦軸が量子効率を表す。こ
こでいう量子効率とは素子に入射する光子数に対して素
子外部に収集することができる電子数の比率を示す。分
光感度スペクトル４００はそれぞれ第１の光起電力素子
１０５の分光感度スペクトル４０１と、第２の光起電力
素子１０３の分光感度スペクトル４０２に分離すること
ができる。
度特性を示し、横軸が波長、縦軸が量子効率を表す。こ
こでいう量子効率とは素子に入射する光子数に対して素
子外部に収集することができる電子数の比率を示す。分
光感度スペクトル４００はそれぞれ第１の光起電力素子
１０５の分光感度スペクトル４０１と、第２の光起電力
素子１０３の分光感度スペクトル４０２に分離すること
ができる。
【００２０】まず、図３と図４を用いて積層型光起電力
素子３００の発電動作について説明する。透明電極３０
６を通して入射した光のうち比較的短波長の光はバンド
ギャップの広い第１の光起電力素子３０５において殆ど
吸収されキャリアーを生成する。そのため短波長の光は
第２の光起電力素子３０３には届かないために４０２に
示すように第２の光起電力素子３０３は短波長領域に感
度を示さない。また長波長領域の光は第１の光起電力素
子３０５では殆ど吸収されずに透過してしまうためにキ
ャリアーの発生自体が起こらず４０１のように第１の光
起電力素子３０５は長波長領域では全く分光感度を示さ
ない。
素子３００の発電動作について説明する。透明電極３０
６を通して入射した光のうち比較的短波長の光はバンド
ギャップの広い第１の光起電力素子３０５において殆ど
吸収されキャリアーを生成する。そのため短波長の光は
第２の光起電力素子３０３には届かないために４０２に
示すように第２の光起電力素子３０３は短波長領域に感
度を示さない。また長波長領域の光は第１の光起電力素
子３０５では殆ど吸収されずに透過してしまうためにキ
ャリアーの発生自体が起こらず４０１のように第１の光
起電力素子３０５は長波長領域では全く分光感度を示さ
ない。
【００２１】しかしながら両者の中間の波長領域では第
１の光起電力素子３０５と第２の光起電力素子３０３の
両方が分光感度を示す領域がある。この領域では第１の
光起電力素子３０５で吸収しきれなかった光が「そのま
ま」第２の光起電力素子３０３に進入する。進入した光
は吸収されるに十分なエネルギーを持つため全て吸収さ
れてしまう。そして吸収された光によりキャリアーが生
成されるために第２の光起電力素子３０３の分光感度ス
ペクトル４０２は立ち上がってくる。
１の光起電力素子３０５と第２の光起電力素子３０３の
両方が分光感度を示す領域がある。この領域では第１の
光起電力素子３０５で吸収しきれなかった光が「そのま
ま」第２の光起電力素子３０３に進入する。進入した光
は吸収されるに十分なエネルギーを持つため全て吸収さ
れてしまう。そして吸収された光によりキャリアーが生
成されるために第２の光起電力素子３０３の分光感度ス
ペクトル４０２は立ち上がってくる。
【００２２】本来第２の光起電力素子３０５は単独では
短波長領域でも高い分光感度を示すが、積層型光起電力
素子内における第２の光起電力素子３０５の分光感度ス
ペクトル４０２は、短波長領域の光が第１の光起電力素
子３０５に全て吸収されるために短波長領域の部分がカ
ットされた形になる。またこのため第２の光起電力素子
３０５の分光感度スペクトル４０２は、第１の光起電力
素子３０５の分光感度スペクトル４０１が０になる近辺
の波長λｍで最大分光感度を示すことになる。なお本発
明における「第２の光起電力素子の分光特性が最大とな
る波長」とはこの波長λｍを指す。
短波長領域でも高い分光感度を示すが、積層型光起電力
素子内における第２の光起電力素子３０５の分光感度ス
ペクトル４０２は、短波長領域の光が第１の光起電力素
子３０５に全て吸収されるために短波長領域の部分がカ
ットされた形になる。またこのため第２の光起電力素子
３０５の分光感度スペクトル４０２は、第１の光起電力
素子３０５の分光感度スペクトル４０１が０になる近辺
の波長λｍで最大分光感度を示すことになる。なお本発
明における「第２の光起電力素子の分光特性が最大とな
る波長」とはこの波長λｍを指す。
【００２３】つぎに本発明である積層型光起電力素子１
００についてその発電動作を説明する。ここで、図５は
本発明の積層型光起電力素子１００の分光感度スペクト
ル５００と選択反射層１０４を備えない積層型光起電力
素子３００の分光感度スペクトル４００を較べたもので
ある。分光感度スペクトル５０１は本発明の第１の光起
電力素子１０５の分光感度スペクトルで、分光感度スペ
クトル５０２は本発明の第２の光起電力素子１０３の分
光感度スペクトルである。
００についてその発電動作を説明する。ここで、図５は
本発明の積層型光起電力素子１００の分光感度スペクト
ル５００と選択反射層１０４を備えない積層型光起電力
素子３００の分光感度スペクトル４００を較べたもので
ある。分光感度スペクトル５０１は本発明の第１の光起
電力素子１０５の分光感度スペクトルで、分光感度スペ
クトル５０２は本発明の第２の光起電力素子１０３の分
光感度スペクトルである。
【００２４】積層型光起電力素子３００の時と同じよう
に透明電極１０６を通して入射した光のうち比較的短波
長の光はバンドギャップの広い第１の光起電力素子１０
５内において殆ど吸収されてしまう。更に波長の長い光
は吸収率が下がるために選択反射層１０４にまで到達す
る。ここで入射光は反射し再び第１の光起電力素子１０
５に戻り、そこで吸収される。そのため分光感度スペク
トル５０１は長波長部で分光感度スペクトル４０１に比
べて感度が高くなり、その結果として第１の光起電力素
子１０５はより大きな電流が採れるようになる。更に波
長が長くなりλｍ近傍になると選択反射層１０４で反射
した光は透明電極１０６まで到達するようになり、そこ
で再び反射され直に入射した光と第１の光起電力素子１
０５内で干渉をし始める。
に透明電極１０６を通して入射した光のうち比較的短波
長の光はバンドギャップの広い第１の光起電力素子１０
５内において殆ど吸収されてしまう。更に波長の長い光
は吸収率が下がるために選択反射層１０４にまで到達す
る。ここで入射光は反射し再び第１の光起電力素子１０
５に戻り、そこで吸収される。そのため分光感度スペク
トル５０１は長波長部で分光感度スペクトル４０１に比
べて感度が高くなり、その結果として第１の光起電力素
子１０５はより大きな電流が採れるようになる。更に波
長が長くなりλｍ近傍になると選択反射層１０４で反射
した光は透明電極１０６まで到達するようになり、そこ
で再び反射され直に入射した光と第１の光起電力素子１
０５内で干渉をし始める。
【００２５】ここで本発明の第１の光起電力素子１０５
はλｍ近傍で光共振を起こすように膜厚、屈折率等の光
学定数が設定されているために第１の光起電力素子１０
５内においては入射光と反射光同士による打ち消し合い
が起こらない。第１の光起電力素子１０５内で強められ
た光はその後、第２の光起電力素子１０３に導かれそこ
で吸収される。そのため分光感度スペクトル５０２にお
いてはλｍ近傍に干渉によるピークが確認することがで
き、このピークの波長が第１の光起電力素子１０５内で
光共振を起こしている波長であることがわかる。
はλｍ近傍で光共振を起こすように膜厚、屈折率等の光
学定数が設定されているために第１の光起電力素子１０
５内においては入射光と反射光同士による打ち消し合い
が起こらない。第１の光起電力素子１０５内で強められ
た光はその後、第２の光起電力素子１０３に導かれそこ
で吸収される。そのため分光感度スペクトル５０２にお
いてはλｍ近傍に干渉によるピークが確認することがで
き、このピークの波長が第１の光起電力素子１０５内で
光共振を起こしている波長であることがわかる。
【００２６】ちなみに、反射光は第１の光起電力素子１
０５では殆ど吸収されないため第１の光起電力素子１０
５において光共振が起こらない場合には入射光と反射光
の打ち消しあいが起こり、この光エネルギーを損失して
しまうことになる。
０５では殆ど吸収されないため第１の光起電力素子１０
５において光共振が起こらない場合には入射光と反射光
の打ち消しあいが起こり、この光エネルギーを損失して
しまうことになる。
【００２７】更に長い波長域においては選択反射層１０
４の反射率が下がるために最初から第２の光起電力素子
１０３に入りそこで殆ど吸収されることになる。
４の反射率が下がるために最初から第２の光起電力素子
１０３に入りそこで殆ど吸収されることになる。
【００２８】このように本発明の積層型光起電力素子は
全ての波長域に渡って無駄なく光吸収を行い高いエネル
ギー利用効率を示すため、結果として高い変換効率を実
現することができる。
全ての波長域に渡って無駄なく光吸収を行い高いエネル
ギー利用効率を示すため、結果として高い変換効率を実
現することができる。
【００２９】次に本発明の各構成要素について詳細に説
明する。
明する。
【００３０】［基板］本発明の積層型光起電力素子に用
いる基板は、導電性の基板としてはステンレス鋼等の金
属基板、また金属等を堆積させて導電性を持たせた絶縁
性基板が適している。金属基板としてはフェライト系の
ステンレス鋼、絶縁基板としてはガラス、セラミック
ス、ポリイミドが好適に用いられる。また基板側から光
入射する場合には透光性絶縁性基板が用いられ、特にガ
ラスが好適に用いられる。
いる基板は、導電性の基板としてはステンレス鋼等の金
属基板、また金属等を堆積させて導電性を持たせた絶縁
性基板が適している。金属基板としてはフェライト系の
ステンレス鋼、絶縁基板としてはガラス、セラミック
ス、ポリイミドが好適に用いられる。また基板側から光
入射する場合には透光性絶縁性基板が用いられ、特にガ
ラスが好適に用いられる。
【００３１】［反射層］本発明の積層型光起電力素子に
用いる反射層にはＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属やこ
れらの合金の堆積膜が用いられる。また乱反射をさせる
ために表面が凹凸であることが好ましい。反射層の膜厚
としては１０ｎｍ〜数μｍが最適な範囲として挙げられ
る。また反射層には反射する光量を多くするために反射
増加層を備えるのが望ましい。
用いる反射層にはＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属やこ
れらの合金の堆積膜が用いられる。また乱反射をさせる
ために表面が凹凸であることが好ましい。反射層の膜厚
としては１０ｎｍ〜数μｍが最適な範囲として挙げられ
る。また反射層には反射する光量を多くするために反射
増加層を備えるのが望ましい。
【００３２】反射増加層としては酸化インジウム、酸化
スズ、酸化亜鉛等の酸化金属が適している。反射増加層
の膜厚としては１００ｎｍ〜５０００ｎｍが好適な範囲
として挙げられる。
スズ、酸化亜鉛等の酸化金属が適している。反射増加層
の膜厚としては１００ｎｍ〜５０００ｎｍが好適な範囲
として挙げられる。
【００３３】［第２の光起電力素子］本発明の積層型光
起電力素子に用いられる第２の光起電力素子の接合に
は、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ接合等が挙げられ
る。また光活性層に用いられる半導体としてはＩＶ族、
ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ2族の
単結晶、多結晶、微結晶、非晶質が用いられる。ＩＶ族
としてはＳｉ、Ｇｅ、及びこれらの合金、ＩＩＩ−Ｖ族
としてはＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩＩ
−ＶＩ族としてはＣｄＴｅ、Ｃｕ2Ｓ、Ｉ−ＩＩＩ−Ｖ
Ｉ2族としてはＣｕＩｎＳｅ2などが挙げられる。特にｐ
ｎ型単結晶Ｓｉ、ｐｎ型多結晶Ｓｉ、ｐｉｎ型非晶質Ｓ
ｉＧｅ：Ｈが好適に用いられる。さらに好適にはｐｉｎ
型微結晶Ｓｉが用いられる。さらに非単結晶型の場合に
はｐ層、ｎ層は微結晶であることが望ましい。
起電力素子に用いられる第２の光起電力素子の接合に
は、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ接合等が挙げられ
る。また光活性層に用いられる半導体としてはＩＶ族、
ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ2族の
単結晶、多結晶、微結晶、非晶質が用いられる。ＩＶ族
としてはＳｉ、Ｇｅ、及びこれらの合金、ＩＩＩ−Ｖ族
としてはＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩＩ
−ＶＩ族としてはＣｄＴｅ、Ｃｕ2Ｓ、Ｉ−ＩＩＩ−Ｖ
Ｉ2族としてはＣｕＩｎＳｅ2などが挙げられる。特にｐ
ｎ型単結晶Ｓｉ、ｐｎ型多結晶Ｓｉ、ｐｉｎ型非晶質Ｓ
ｉＧｅ：Ｈが好適に用いられる。さらに好適にはｐｉｎ
型微結晶Ｓｉが用いられる。さらに非単結晶型の場合に
はｐ層、ｎ層は微結晶であることが望ましい。
【００３４】［選択反射層］本発明の積層型光起電力素
子に用いられる選択反射層は酸化インジウム、酸化ス
ズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適に
用いられる。特に好適なものとしては酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）が挙げられ、スパッタリング法、真空蒸着法、化学
的気相成長法、イオンプレーティング法、イオンビーム
法、およびイオンビームスパッタ法などで作製すること
ができる。また、硝酸基や酢酸基やアンモニア基などと
金属イオンからなる水溶液中からの電気析出法や浸漬法
でも作製することができる。
子に用いられる選択反射層は酸化インジウム、酸化ス
ズ、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適に
用いられる。特に好適なものとしては酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）が挙げられ、スパッタリング法、真空蒸着法、化学
的気相成長法、イオンプレーティング法、イオンビーム
法、およびイオンビームスパッタ法などで作製すること
ができる。また、硝酸基や酢酸基やアンモニア基などと
金属イオンからなる水溶液中からの電気析出法や浸漬法
でも作製することができる。
【００３５】また選択反射層と第１の光起電力素子との
界面における反射率は、第２の光起電力素子の分光特性
が最大となる波長λｍを基準としてその短波長領域で高
く、かつその長波長領域で低くなる様に変化しているこ
とが望ましい。
界面における反射率は、第２の光起電力素子の分光特性
が最大となる波長λｍを基準としてその短波長領域で高
く、かつその長波長領域で低くなる様に変化しているこ
とが望ましい。
【００３６】また選択反射層の屈折率は反射率を上げる
ために第１の光起電力素子の選択反射層に接する部分の
屈折率より低いことが望ましい。
ために第１の光起電力素子の選択反射層に接する部分の
屈折率より低いことが望ましい。
【００３７】［第１の光起電力素子］本発明の積層型光
起電力素子に用いられる第１の光起電力素子の接合に
は、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ接合が挙げられる。
また光活性層に用いられる半導体としてはＩＶ族、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、の単結晶、多結晶、微結晶、
非晶質が用いられる。ＩＶ族としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、
及びこれらの合金、ＩＩＩ−Ｖ族としてはＡｌＡｓ、Ａ
ｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族としてはＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、Ｃ
ｄＳｅなどが挙げられる。好適にはｐｉｎ型非晶質Ｓ
ｉ：Ｈが用いられる。さらにｐ層、ｎ層は微結晶である
ことが望ましい。
起電力素子に用いられる第１の光起電力素子の接合に
は、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ接合が挙げられる。
また光活性層に用いられる半導体としてはＩＶ族、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、の単結晶、多結晶、微結晶、
非晶質が用いられる。ＩＶ族としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、
及びこれらの合金、ＩＩＩ−Ｖ族としてはＡｌＡｓ、Ａ
ｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族としてはＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、Ｃ
ｄＳｅなどが挙げられる。好適にはｐｉｎ型非晶質Ｓ
ｉ：Ｈが用いられる。さらにｐ層、ｎ層は微結晶である
ことが望ましい。
【００３８】さらに第２の光起電力素子の分光特性が最
大となる波長λｍ±１００ｎｍの光が共振するように、
λｍ±１００ｎｍの範囲内のいずれかの波長における第
１の光起電力素子の屈折率ｎと素子の膜厚ｄは積ｎｄが
２Ｎλｍ＝ｎｄ（Ｎは任意の整数）を満たすように設定
されている。特にｐｉｎ型非晶質Ｓｉ：Ｈ素子の場合に
は２Ｎλｍ＝ｎｄを満たす条件のもとで屈折率ｎは３．
０〜４．５、素子の膜厚ｄは１００ｎｍ〜９００ｎｍが
好適な範囲として挙げられる。更に好適には屈折率ｎは
３．５〜４．０、素子の膜厚ｄは３００ｎｍ〜７００ｎ
ｍの範囲が望ましい。
大となる波長λｍ±１００ｎｍの光が共振するように、
λｍ±１００ｎｍの範囲内のいずれかの波長における第
１の光起電力素子の屈折率ｎと素子の膜厚ｄは積ｎｄが
２Ｎλｍ＝ｎｄ（Ｎは任意の整数）を満たすように設定
されている。特にｐｉｎ型非晶質Ｓｉ：Ｈ素子の場合に
は２Ｎλｍ＝ｎｄを満たす条件のもとで屈折率ｎは３．
０〜４．５、素子の膜厚ｄは１００ｎｍ〜９００ｎｍが
好適な範囲として挙げられる。更に好適には屈折率ｎは
３．５〜４．０、素子の膜厚ｄは３００ｎｍ〜７００ｎ
ｍの範囲が望ましい。
【００３９】［透明電極］本発明の積層型光起電力素子
に用いられる透明電極は酸化インジウム、酸化スズ、酸
化インジウムスズが挙げられ、スパッタリング法、真空
蒸着法、化学的気相成長法、イオンプレーティング法、
イオンビーム法、およびイオンビームスパッタ法などで
作製することができる。また、硝酸基や酢酸基やアンモ
ニア基などと金属イオンからなる水溶液中からの電気析
出法や浸漬法でも作製することができる。
に用いられる透明電極は酸化インジウム、酸化スズ、酸
化インジウムスズが挙げられ、スパッタリング法、真空
蒸着法、化学的気相成長法、イオンプレーティング法、
イオンビーム法、およびイオンビームスパッタ法などで
作製することができる。また、硝酸基や酢酸基やアンモ
ニア基などと金属イオンからなる水溶液中からの電気析
出法や浸漬法でも作製することができる。
【００４０】
【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。
基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。
【００４１】（実施例１）実施例として第１の光起電力
素子としてｉ層が真性非晶質Ｓｉ：Ｈのｐｉｎ型光起電
力素子、第２の光起電力素子としてｉ層が真性微結晶Ｓ
ｉのｐｉｎ型光起電力素子、選択反射層として酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を用いた積層型光起電力素子（図１）を作製
した。
素子としてｉ層が真性非晶質Ｓｉ：Ｈのｐｉｎ型光起電
力素子、第２の光起電力素子としてｉ層が真性微結晶Ｓ
ｉのｐｉｎ型光起電力素子、選択反射層として酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を用いた積層型光起電力素子（図１）を作製
した。
【００４２】基板１０１には、縦横４５ｍｍ×４５ｍ
ｍ、厚さ０．１５ｍｍの形状で、一般的にＢＡ仕上げと
呼ばれる平坦なステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を使用
し、市販の直流マグネトロンスパッタ装置（不図示）に
設置し、圧力が１０-3Ｐａ以下になるまで排気した。
ｍ、厚さ０．１５ｍｍの形状で、一般的にＢＡ仕上げと
呼ばれる平坦なステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を使用
し、市販の直流マグネトロンスパッタ装置（不図示）に
設置し、圧力が１０-3Ｐａ以下になるまで排気した。
【００４３】その後、アルゴンガスを３０ｓｃｃｍ（こ
こで１ｓｃｃｍとは流量の単位で１ｓｃｃｍ＝１ｃｍ3
／ｍｉｎ（標準状態）のことである）供給し、圧力を２
×１０-1Ｐａに保持した。基板は加熱せず、６ｉｎｃｈ
φのアルミニウムターゲットに１２０Ｗの直流電力を印
加し、９０秒間で７０ｎｍの厚みのアルミニウムの薄膜
を形成した。
こで１ｓｃｃｍとは流量の単位で１ｓｃｃｍ＝１ｃｍ3
／ｍｉｎ（標準状態）のことである）供給し、圧力を２
×１０-1Ｐａに保持した。基板は加熱せず、６ｉｎｃｈ
φのアルミニウムターゲットに１２０Ｗの直流電力を印
加し、９０秒間で７０ｎｍの厚みのアルミニウムの薄膜
を形成した。
【００４４】引き続き、基板温度を３００℃に加熱し、
６ｉｎｃｈφの酸化亜鉛のターゲットに電気接続を切り
替えて５００Ｗの直流電力を３０分間印加し、約３００
０ｎｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）の反射増加膜を堆積し基板
１０１を作製した。
６ｉｎｃｈφの酸化亜鉛のターゲットに電気接続を切り
替えて５００Ｗの直流電力を３０分間印加し、約３００
０ｎｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）の反射増加膜を堆積し基板
１０１を作製した。
【００４５】図６は本発明の積層型光起電力素子の半導
体層を作製するために好適な装置の一形態を示す模式図
である。図６において、堆積膜形成装置６００は、ロー
ドチャンバー６０１、微結晶シリコンｉ型層チャンバー
６０３、アモルファスシリコンｉ型層ＲＦチャンバー６
０４とｎ型層ＲＦチャンバー６０２とｐ型層ＲＦチャン
バー６０５、およびアンロードチャンバー６０６から主
に構成されている。各チヤンバー間は、ゲートバルブ６
０７、６０８、６０９、６１０、６１１で各原料ガスが
混合しないように分離されている。
体層を作製するために好適な装置の一形態を示す模式図
である。図６において、堆積膜形成装置６００は、ロー
ドチャンバー６０１、微結晶シリコンｉ型層チャンバー
６０３、アモルファスシリコンｉ型層ＲＦチャンバー６
０４とｎ型層ＲＦチャンバー６０２とｐ型層ＲＦチャン
バー６０５、およびアンロードチャンバー６０６から主
に構成されている。各チヤンバー間は、ゲートバルブ６
０７、６０８、６０９、６１０、６１１で各原料ガスが
混合しないように分離されている。
【００４６】微結晶シリコンｉ型層チャンバー６０３
は、基板加熱用のヒーター６１２およびプラズマＣＶＤ
室６１３から構成されている。ＲＦチャンバー６０２
は、ｎ型層堆積用ヒーター６１４とｎ型層堆積用の堆積
室６１５を、ＲＦチャンバー６０４はｉ型層堆積用ヒー
ター６１６とｉ型層堆積用の堆積室６１７を、ＲＦチャ
ンバー６０５はｐ型層堆積用ヒーター６１８とｐ型層堆
積用の堆積室６１９を有している。
は、基板加熱用のヒーター６１２およびプラズマＣＶＤ
室６１３から構成されている。ＲＦチャンバー６０２
は、ｎ型層堆積用ヒーター６１４とｎ型層堆積用の堆積
室６１５を、ＲＦチャンバー６０４はｉ型層堆積用ヒー
ター６１６とｉ型層堆積用の堆積室６１７を、ＲＦチャ
ンバー６０５はｐ型層堆積用ヒーター６１８とｐ型層堆
積用の堆積室６１９を有している。
【００４７】基板は基板ホルダー６２１に取り付けら
れ、レール６２０上を外部から駆動されるローラーによ
って移動する。プラズマＣＶＤ室２１３では、微結晶を
堆積する。微結晶の堆積には、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法またはＶＨＦプラズマＣＶＤ法が使用される。
れ、レール６２０上を外部から駆動されるローラーによ
って移動する。プラズマＣＶＤ室２１３では、微結晶を
堆積する。微結晶の堆積には、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法またはＶＨＦプラズマＣＶＤ法が使用される。
【００４８】このような堆積膜形成装置を使用して、表
１に示す様に各層における所定の成膜条件のもとに半導
体層を成膜した。ここで第１の光起電力素子の非晶質Ｓ
ｉ：Ｈｉ層の膜厚を表２に示すように変えたサンプルを
４個作製した。
１に示す様に各層における所定の成膜条件のもとに半導
体層を成膜した。ここで第１の光起電力素子の非晶質Ｓ
ｉ：Ｈｉ層の膜厚を表２に示すように変えたサンプルを
４個作製した。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】最初に基板１０１上に表１に従って以下の
手順で第２の光起電力素子１０３を形成した。
手順で第２の光起電力素子１０３を形成した。
【００５２】まず基板１０１を基板ホルダー６２１にセ
ットしロードチャンバー６０１のレール６２０上にセッ
トした。そして、ロードチャンバー６０１内を数百ｍＰ
ａ以下の真空度に排気した。
ットしロードチャンバー６０１のレール６２０上にセッ
トした。そして、ロードチャンバー６０１内を数百ｍＰ
ａ以下の真空度に排気した。
【００５３】次に、ゲートバルブ６０７を開け、基板ホ
ルダー６２１をチャンバー６０２のｎ型層堆積室６１５
に移動した。各ゲートバルブ６０７、６０８、６０９、
６１０、６１１を閉じた状態で、所定の原料ガスにてｎ
型層を所定の層厚に堆積した。
ルダー６２１をチャンバー６０２のｎ型層堆積室６１５
に移動した。各ゲートバルブ６０７、６０８、６０９、
６１０、６１１を閉じた状態で、所定の原料ガスにてｎ
型層を所定の層厚に堆積した。
【００５４】次に、十分に排気した後、ゲートバルブ６
０８を開けて基板ホルダー６２１を堆積チャンバー６０
３に移動し、ゲートバルブ６０８を閉じた。
０８を開けて基板ホルダー６２１を堆積チャンバー６０
３に移動し、ゲートバルブ６０８を閉じた。
【００５５】次に、ヒーター６１２で基板を所定の基板
温度に加熱し、所定の原料ガスを必要量導入し、所定の
真空度にして、所定のマイクロ波エネルギーまたはＶＨ
Ｆエネルギーを堆積室６１３へ導入し、プラズマを発生
させて基板上に微結晶シリコンｉ型層を所定の層厚に堆
積した。
温度に加熱し、所定の原料ガスを必要量導入し、所定の
真空度にして、所定のマイクロ波エネルギーまたはＶＨ
Ｆエネルギーを堆積室６１３へ導入し、プラズマを発生
させて基板上に微結晶シリコンｉ型層を所定の層厚に堆
積した。
【００５６】次に、チャンバー６０３を十分に排気し、
ゲートバルブ６０９、６１０を開けて基板ホルダー６２
１をチャンバー６０３からチャンバー６０５へ移動し
た。
ゲートバルブ６０９、６１０を開けて基板ホルダー６２
１をチャンバー６０３からチャンバー６０５へ移動し
た。
【００５７】基板ホルダー６２１をチャンバー６０５の
ｐ型層堆積室６１９に移動させた後、ヒーター６１８に
よって基板を所望の温度に加熱した。堆積室６１９にｐ
型層堆積用の原料ガスを所定の流量だけ供給し、所定の
真空度に維持しつつ堆積室６１９にＲＦエネルギーを導
入し、ｐ型層を所望の層厚に堆積した。
ｐ型層堆積室６１９に移動させた後、ヒーター６１８に
よって基板を所望の温度に加熱した。堆積室６１９にｐ
型層堆積用の原料ガスを所定の流量だけ供給し、所定の
真空度に維持しつつ堆積室６１９にＲＦエネルギーを導
入し、ｐ型層を所望の層厚に堆積した。
【００５８】上記と同様にして堆積室６１９を十分に排
気した後、ゲートバルブ６１１を開け、半導体層が堆積
された基板１０１をセットした基板ホルダー６２１をア
ンロードチャンバー６０６へ移動した。
気した後、ゲートバルブ６１１を開け、半導体層が堆積
された基板１０１をセットした基板ホルダー６２１をア
ンロードチャンバー６０６へ移動した。
【００５９】次に、ゲートバルブを全て閉じ、アンロー
ドチャンバー６０６内へ窒素ガスを封入して、基板温度
を冷却した。その後、アンロードチャンバー６０６の取
り出しバルブを開けて、基板ホルダー６２１を取り出し
た。
ドチャンバー６０６内へ窒素ガスを封入して、基板温度
を冷却した。その後、アンロードチャンバー６０６の取
り出しバルブを開けて、基板ホルダー６２１を取り出し
た。
【００６０】次に、基板ホルダー６２１から第２の光起
電力素子１０３まで作製した基板１０１をとりはずし選
択反射層１０４を形成するために市販の直流マグネトロ
ンスパッタ装置（不図示）に設置し、圧力が１０-3Ｐａ
以下になるまで排気した。
電力素子１０３まで作製した基板１０１をとりはずし選
択反射層１０４を形成するために市販の直流マグネトロ
ンスパッタ装置（不図示）に設置し、圧力が１０-3Ｐａ
以下になるまで排気した。
【００６１】その後、アルゴンガスを３０ｓｃｃｍ供給
し、圧力を２×１０-1Ｐａに保持した。引き続き、基板
温度を３００℃に加熱し、６ｉｎｃｈφの酸化亜鉛のタ
ーゲットに電気接続を切り替えて５００Ｗの直流電力を
６分間印加し、約６００ｎｍの酸化亜鉛の選択反射層を
堆積した。
し、圧力を２×１０-1Ｐａに保持した。引き続き、基板
温度を３００℃に加熱し、６ｉｎｃｈφの酸化亜鉛のタ
ーゲットに電気接続を切り替えて５００Ｗの直流電力を
６分間印加し、約６００ｎｍの酸化亜鉛の選択反射層を
堆積した。
【００６２】次に再び堆積膜形成装置６００を用いて、
上記選択反射層が形成された基板１０１上に第１の光起
電力素子１０５としてｐｉｎ型非晶質Ｓｉ：Ｈ光起電力
素子を以下に述べるように作製した。
上記選択反射層が形成された基板１０１上に第１の光起
電力素子１０５としてｐｉｎ型非晶質Ｓｉ：Ｈ光起電力
素子を以下に述べるように作製した。
【００６３】上記と同様にして所定の条件でｎ型層を所
定の層厚に堆積した。十分に排気した後、ゲートバルブ
６０８、６０９を開けて基板ホルダー６２１を堆積チャ
ンバー６０４に移動し、ゲートバルブ６０８、６０９を
閉じた。
定の層厚に堆積した。十分に排気した後、ゲートバルブ
６０８、６０９を開けて基板ホルダー６２１を堆積チャ
ンバー６０４に移動し、ゲートバルブ６０８、６０９を
閉じた。
【００６４】次に、ヒーター６１６で基板を所定の基板
温度に加熱し、所定の原料ガスを必要量導入し、所定の
真空度にして、所定のＲＦエネルギーを堆積室６１７へ
導入し、プラズマを発生させて基板上に非晶質Ｓｉ：Ｈ
ｉ型層を成膜時間を調整することによって表１に従って
所定の層厚に堆積した。チャンバー６０４を十分に排気
し、ゲートバルブ６１０を開けて基板ホルダー６２１を
チャンバー６０４からチャンバー６０５へ移動させた。
温度に加熱し、所定の原料ガスを必要量導入し、所定の
真空度にして、所定のＲＦエネルギーを堆積室６１７へ
導入し、プラズマを発生させて基板上に非晶質Ｓｉ：Ｈ
ｉ型層を成膜時間を調整することによって表１に従って
所定の層厚に堆積した。チャンバー６０４を十分に排気
し、ゲートバルブ６１０を開けて基板ホルダー６２１を
チャンバー６０４からチャンバー６０５へ移動させた。
【００６５】次に、上記と同様にして所定の条件でｐ型
層を所定の層厚に堆積した。
層を所定の層厚に堆積した。
【００６６】次に、上記と同様にして堆積室６１９を十
分に排気した後、ゲートバルブ６１１を開け、半導体層
が堆積された基板１０１をセットした基板ホルダー６２
１をアンロードチャンバー６０６へ移動した。
分に排気した後、ゲートバルブ６１１を開け、半導体層
が堆積された基板１０１をセットした基板ホルダー６２
１をアンロードチャンバー６０６へ移動した。
【００６７】次に、上記と同様にしてアンロードチャン
バー６０６内から基板ホルダー６２１を取り出した。
バー６０６内から基板ホルダー６２１を取り出した。
【００６８】次に、基板ホルダー６２１から半導体層が
堆積された基板１０１をとりはずし、基板をＤＣマグネ
トロンスパッタ装置のアノードの表面に取り付け、ステ
ンレス鋼のマスクで試料の周囲を遮蔽して、中央部４０
ｍｍ×４０ｍｍの領域に１０重量％の酸化錫と９０重量
％の酸化インジウムからなるターゲットを用いて透明電
極１０６として酸化インジウムスズをスパッタリングし
た。堆積条件は基板温度１７０℃、不活性ガスとしてア
ルゴンの流量５０ｓｃｃｍ、酸素ガス０．５ｓｃｃｍ、
堆積室内の圧力３００ｍＰａ、ターゲットの単位面積当
たりの投入電力量０．２Ｗ／ｃｍ2にて約１００秒で厚
さが７０ｎｍとなるように堆積した。膜の厚みは、前も
って同じ条件で堆積時間との関係を検量して堆積するこ
とにより、所定の厚みとした。
堆積された基板１０１をとりはずし、基板をＤＣマグネ
トロンスパッタ装置のアノードの表面に取り付け、ステ
ンレス鋼のマスクで試料の周囲を遮蔽して、中央部４０
ｍｍ×４０ｍｍの領域に１０重量％の酸化錫と９０重量
％の酸化インジウムからなるターゲットを用いて透明電
極１０６として酸化インジウムスズをスパッタリングし
た。堆積条件は基板温度１７０℃、不活性ガスとしてア
ルゴンの流量５０ｓｃｃｍ、酸素ガス０．５ｓｃｃｍ、
堆積室内の圧力３００ｍＰａ、ターゲットの単位面積当
たりの投入電力量０．２Ｗ／ｃｍ2にて約１００秒で厚
さが７０ｎｍとなるように堆積した。膜の厚みは、前も
って同じ条件で堆積時間との関係を検量して堆積するこ
とにより、所定の厚みとした。
【００６９】（比較例１）第１の光起電力素子のｉ型層
の膜厚を５４０ｎｍに変えた以外は実施例１と同じ積層
型光起電力素子のサンプルを作製した。これをサンプル
名「比１」とした。
の膜厚を５４０ｎｍに変えた以外は実施例１と同じ積層
型光起電力素子のサンプルを作製した。これをサンプル
名「比１」とした。
【００７０】（比較例２）選択反射層を形成する工程を
省いた以外は実施例１と全く同じ工程で実施例１と同様
に第１の光起電力素子のｉ型層の膜厚を変えた積層型光
起電力素子のサンプルを５個作製した。表３にサンプル
名とｉ型層の膜の野関係を示す。
省いた以外は実施例１と全く同じ工程で実施例１と同様
に第１の光起電力素子のｉ型層の膜厚を変えた積層型光
起電力素子のサンプルを５個作製した。表３にサンプル
名とｉ型層の膜の野関係を示す。
【００７１】
【表３】
【００７２】こうして実施例１、比較例１、比較例２で
作製した計１０個のサンプルについて分光感度測定を行
った。
作製した計１０個のサンプルについて分光感度測定を行
った。
【００７３】分光感度特性は日本分光株式会社製のＹＱ
−２５０ＢＸを使用して測定した。各積層型光起電力素
子の第１の光起電力素子と第２の光起電力素子の分光感
度特性は以下のように測定した。
−２５０ＢＸを使用して測定した。各積層型光起電力素
子の第１の光起電力素子と第２の光起電力素子の分光感
度特性は以下のように測定した。
【００７４】第１の光起電力素子の分光感度特性は、積
層型光起電力素子に第２の光起電力素子が光照射時に発
生させる起電力に見合うバイアス電圧を印加しかつ第２
の光起電力素子で主に吸収される波長領域のバイアス光
を照射して、分光された参照光を照射しその時の発生電
流を観測することにより分光感度特性を測定した。
層型光起電力素子に第２の光起電力素子が光照射時に発
生させる起電力に見合うバイアス電圧を印加しかつ第２
の光起電力素子で主に吸収される波長領域のバイアス光
を照射して、分光された参照光を照射しその時の発生電
流を観測することにより分光感度特性を測定した。
【００７５】また第２の光起電力素子の分光感度特性
は、第１の光起電力素子と同様に、第１の光起電力素子
の起電力に見合うバイアス電圧を印加し、第１の光起電
力素子で主に吸収される波長領域のバイアス光を照射し
て、この状態で分光感度特性を測定した。
は、第１の光起電力素子と同様に、第１の光起電力素子
の起電力に見合うバイアス電圧を印加し、第１の光起電
力素子で主に吸収される波長領域のバイアス光を照射し
て、この状態で分光感度特性を測定した。
【００７６】実施例１の４個のサンプルと「比１」のサ
ンプルに関しては全て、第２の光起電力素子の分光感度
スペクトルに光共振に起因する小さなピークが認められ
た。このそれぞれのピーク波長λｐと比較例２で作製し
た５個のサンプルの積層型光起電力素子の第２の光起電
力素子が最大感度を示す波長λｍを、各ｉ層膜厚ごとに
表４にまとめた。
ンプルに関しては全て、第２の光起電力素子の分光感度
スペクトルに光共振に起因する小さなピークが認められ
た。このそれぞれのピーク波長λｐと比較例２で作製し
た５個のサンプルの積層型光起電力素子の第２の光起電
力素子が最大感度を示す波長λｍを、各ｉ層膜厚ごとに
表４にまとめた。
【００７７】
【表４】
【００７８】さらにこの分光感度特性から各光起電力素
子の短絡光電流を計算した。第１の光起電力素子の短絡
光電流は先に測定した第１の光起電力素子の分光感度ス
ペクトルに太陽光の分光強度を畳み込んで第１の光起電
力素子の電流値を計算した。第２の光起電力素子の短絡
光電流は先に測定した第２の光起電力素子の分光感度ス
ペクトルと太陽光の分光強度を畳み込んで第２の光起電
力素子の短絡光電流を計算した。これらの計算結果を表
５にまとめた。
子の短絡光電流を計算した。第１の光起電力素子の短絡
光電流は先に測定した第１の光起電力素子の分光感度ス
ペクトルに太陽光の分光強度を畳み込んで第１の光起電
力素子の電流値を計算した。第２の光起電力素子の短絡
光電流は先に測定した第２の光起電力素子の分光感度ス
ペクトルと太陽光の分光強度を畳み込んで第２の光起電
力素子の短絡光電流を計算した。これらの計算結果を表
５にまとめた。
【００７９】
【表５】
【００８０】次に各々のサンプルを山下電装株式会社製
のＹＳＳ−１５０を使用し、ＡＭ１．５のスペクトル、
強度１００ｍＷ／ｃｍ2で光照射した状態で電流電圧特
性を測定した。測定した電流電圧特性から短絡電流密度
［Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）］、開放電圧［Ｖｏｃ
（Ｖ）］、曲性因子［ＦＦ］、変換効率［Ｅｆｆ．
（％）］を求めた。
のＹＳＳ−１５０を使用し、ＡＭ１．５のスペクトル、
強度１００ｍＷ／ｃｍ2で光照射した状態で電流電圧特
性を測定した。測定した電流電圧特性から短絡電流密度
［Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）］、開放電圧［Ｖｏｃ
（Ｖ）］、曲性因子［ＦＦ］、変換効率［Ｅｆｆ．
（％）］を求めた。
【００８１】これらの特性値を各ｉ層膜厚ごとに比較例
に対する実施例の比率（実施例／比較例）をまとめたも
のを表６に示す。またこの中から変換効率[Ｅｆｆ．
（％）]とλｍ−λｐの関係についてグラフにしたもの
を図７にしめす。
に対する実施例の比率（実施例／比較例）をまとめたも
のを表６に示す。またこの中から変換効率[Ｅｆｆ．
（％）]とλｍ−λｐの関係についてグラフにしたもの
を図７にしめす。
【００８２】
【表６】
【００８３】表６からわかるように本発明の範囲に光共
振波長をもつ構造の素子である実施例１のサンプル「実
ａ〜実ｄ」においては、曲性因子を低下させることなく
Ｊｓｃを上げる事ができるために高い変換効率が実現さ
れていることがわかる。また図７のグラフに見られるよ
うに比較例１の「比１」のサンプルに関しては共振波長
が大幅にずれているために選択反射層を導入したにも関
わらず導入していないものより大幅に変換効率が低下し
てしまっている。
振波長をもつ構造の素子である実施例１のサンプル「実
ａ〜実ｄ」においては、曲性因子を低下させることなく
Ｊｓｃを上げる事ができるために高い変換効率が実現さ
れていることがわかる。また図７のグラフに見られるよ
うに比較例１の「比１」のサンプルに関しては共振波長
が大幅にずれているために選択反射層を導入したにも関
わらず導入していないものより大幅に変換効率が低下し
てしまっている。
【００８４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば入
射光の全ての波長域に渡って無駄なく光吸収が行われる
ために高い変換効率が実現する積層型光起電力素子を提
供することが可能である。
射光の全ての波長域に渡って無駄なく光吸収が行われる
ために高い変換効率が実現する積層型光起電力素子を提
供することが可能である。
【図１】本発明の積層型光起電力素子の一実施形態の断
面構造を模式的に示す概略図である。
面構造を模式的に示す概略図である。
【図２】本発明の積層型光起電力素子の他の実施形態の
断面構造を模式的に示す概略図である。
断面構造を模式的に示す概略図である。
【図３】選択反射層を備えていない積層型光起電力素子
の断面構造を模式的に示す概略図である。
の断面構造を模式的に示す概略図である。
【図４】選択反射層を備えていない積層型光起電力素子
の分光感度特性を表すスペクトルの図である。
の分光感度特性を表すスペクトルの図である。
【図５】本発明の積層型光起電力素子の分光感度特性を
表すスペクトルと選択反射層を備えていない積層型光起
電力素子の分光感度特性を表すスペクトルを対比した図
である。
表すスペクトルと選択反射層を備えていない積層型光起
電力素子の分光感度特性を表すスペクトルを対比した図
である。
【図６】本発明の積層型光起電力素子の半導体層を作製
するために好適な装置の一形態を示す模式図である。
するために好適な装置の一形態を示す模式図である。
【図７】変換効率の比較例に対する実施例の比率（実施
例／比較例）とλｍ−λｐの関係を示すグラフである。
例／比較例）とλｍ−λｐの関係を示すグラフである。
１００ 本発明の積層型光起電力素子
１０１ 基板
１０２ 反射層
１０３ 第２の光起電力素子
１０４ 選択反射層
１０５ 第１の光起電力素子
１０６ 透明電極
２００ 本発明の積層型光起電力素子
２０１ 基板
２０２ 反射層
２０３ 第２の光起電力素子
２０４ 選択反射層
２０５ 第１の光起電力素子
２０６ 透明電極
３００ 選択反射層を備えていない以外は本発明の積層
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子 ３０１ 基板 ３０２ 反射層 ３０３ 第２の光起電力素子 ３０５ 第１の光起電力素子３０６ 透明電極 ４００ 選択反射層を備えていない以外は本発明の積層
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子の分光感
度スペクトル ４０１ 選択反射層を備えていない以外は本発明の積層
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子の第１の
光起電力素子の分光感度スペクトル ４０２ 選択反射層を備えていない以外は本発明の積層
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子の第２の
光起電力素子の分光感度スペクトル ５００ 本発明の積層型光起電力素子の分光感度スペク
トル ５０１ 本発明の積層型光起電力素子の第１の光起電力
素子の分光感度スペクトル ５０２ 本発明の積層型光起電力素子の第２の光起電力
素子の分光感度スペクトル ６００ 半導体堆積膜形成装置 ６０１ ロードチャンバー ６０２ ｎ層チャンバー ６０３ 微結晶ｉ層チャンバー ６０４ 非晶質ｉ層チャンバー ６０５ ｐ層チャンバー ６０６ アンロード室 ６０７、６０８、６０９、６１０、６１１ ゲートバル
ブ ６１２ 微結晶ｉ層基板加熱用ヒーター ６１３ 微結晶ｉ層プラズマＣＶＤ室 ６１４ ｎ層基板加熱用ヒーター ６１５ ｎ層プラズマＣＶＤ室 ６１６ 非晶質ｉ層基板加熱用ヒーター ６１７ ｉ層プラズマＣＶＤ室 ６１８ ｐ層基板加熱用ヒーター ６１９ ｐ層プラズマＣＶＤ室 ６２０ ホルダー搬送レール ６２１ 基板ホルダー
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子 ３０１ 基板 ３０２ 反射層 ３０３ 第２の光起電力素子 ３０５ 第１の光起電力素子３０６ 透明電極 ４００ 選択反射層を備えていない以外は本発明の積層
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子の分光感
度スペクトル ４０１ 選択反射層を備えていない以外は本発明の積層
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子の第１の
光起電力素子の分光感度スペクトル ４０２ 選択反射層を備えていない以外は本発明の積層
型光起電力素子同じ構成の積層型光起電力素子の第２の
光起電力素子の分光感度スペクトル ５００ 本発明の積層型光起電力素子の分光感度スペク
トル ５０１ 本発明の積層型光起電力素子の第１の光起電力
素子の分光感度スペクトル ５０２ 本発明の積層型光起電力素子の第２の光起電力
素子の分光感度スペクトル ６００ 半導体堆積膜形成装置 ６０１ ロードチャンバー ６０２ ｎ層チャンバー ６０３ 微結晶ｉ層チャンバー ６０４ 非晶質ｉ層チャンバー ６０５ ｐ層チャンバー ６０６ アンロード室 ６０７、６０８、６０９、６１０、６１１ ゲートバル
ブ ６１２ 微結晶ｉ層基板加熱用ヒーター ６１３ 微結晶ｉ層プラズマＣＶＤ室 ６１４ ｎ層基板加熱用ヒーター ６１５ ｎ層プラズマＣＶＤ室 ６１６ 非晶質ｉ層基板加熱用ヒーター ６１７ ｉ層プラズマＣＶＤ室 ６１８ ｐ層基板加熱用ヒーター ６１９ ｐ層プラズマＣＶＤ室 ６２０ ホルダー搬送レール ６２１ 基板ホルダー
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも光入射側から順に、第１の光
起電力素子と第２の光起電力素子とが積層された積層型
光起電力素子であって、該第１の光起電力素子と該第２
の光起電力素子との間に、当該第１、第２の光起電力素
子とを電気的に直列接続するように設けられた選択反射
層を備え、前記第２の光起電力素子の分光特性が最大と
なる波長λｍ±１００ｎｍの範囲内のいずれかの波長を
有する光が前記第１の光起電力素子で共振をする構造で
あることを特徴とする積層型光起電力素子。 - 【請求項２】 前記第２の光起電力素子の分光特性が最
大となる波長λｍ−５０ｎｍから波長λｍ＋１００ｎｍ
の範囲内のいずれかの波長を有する光が前記第１の光起
電力素子で共振をする構造であることを特徴とする請求
項１に記載の積層型光起電力素子。 - 【請求項３】 前記選択反射層の反射率が前記第２の光
起電力素子の分光特性が最大となる波長λｍをまたがっ
て短波長側で高く長波長側で低くなっていることを特徴
とする請求項１又は２に記載の積層型光起電力素子。 - 【請求項４】 前記第１の光起電力素子が少なくともｐ
ｉｎ型接合を有し、該ｉ型層が非晶質Ｓｉ：Ｈであるこ
とを特徴とする請求項３に記載の積層型光起電力素子。 - 【請求項５】 前記第２の光起電力素子が少なくともｐ
ｉｎ型接合を有し、該ｉ型層が微結晶質Ｓｉであること
を特徴とする請求項４に記載の積層型光起電力素子。 - 【請求項６】 前記第２の光起電力素子が少なくともｐ
ｎ型接合を有し、該ｐ型、ｎ型半導体が単結晶または多
結晶Ｓｉであることを特徴とする請求項４に記載の積層
型光起電力素子。
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