JP2006173381A - 光起電力素子 - Google Patents
光起電力素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006173381A JP2006173381A JP2004364406A JP2004364406A JP2006173381A JP 2006173381 A JP2006173381 A JP 2006173381A JP 2004364406 A JP2004364406 A JP 2004364406A JP 2004364406 A JP2004364406 A JP 2004364406A JP 2006173381 A JP2006173381 A JP 2006173381A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- region
- electrons
- holes
- type
- 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.)
- Pending
Links
Images
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)
Abstract
【課題】 電子および正孔の収集過程で生じる再結合確率を低減して、発電効率の優れた光起電力素子を得る。
【解決手段】 光吸収部(25)の受光面とは反対側である裏面に電極(4、5)を配置した裏面電極型の光起電力素子において、光吸収部(25)に、受光面から裏面にまで延在する一伝導型領域(22)と反対伝導型領域(23)とを設け、さらにこれらの領域(22、23)間に不純物をドーピングしない真性半導体領域(24)を設ける。一伝導型領域(22)と反対伝導型領域(23)によってキャリアが分離されると共に、欠陥の少ない真性半導体領域(24)の存在によって、光吸収部(25)全体のキャリアの平均のライフタイムが向上し、発電効率が向上する。
【選択図】 図5
【解決手段】 光吸収部(25)の受光面とは反対側である裏面に電極(4、5)を配置した裏面電極型の光起電力素子において、光吸収部(25)に、受光面から裏面にまで延在する一伝導型領域(22)と反対伝導型領域(23)とを設け、さらにこれらの領域(22、23)間に不純物をドーピングしない真性半導体領域(24)を設ける。一伝導型領域(22)と反対伝導型領域(23)によってキャリアが分離されると共に、欠陥の少ない真性半導体領域(24)の存在によって、光吸収部(25)全体のキャリアの平均のライフタイムが向上し、発電効率が向上する。
【選択図】 図5
Description
本発明は、裏面電極型の光起電力素子に関し、特にその発電効率を改善した光起電力素子に関する。
裏面電極型の光起電力素子(光電池、太陽電池等を含む)は特許文献1〜4等により知られている。共通する基本構造を図1に示す。光起電力素子100を構成する半導体基板10(p型またはn型の単結晶半導体)の主要部である光吸収部1において、光吸収により正負のキャリアとしての電子および正孔が発生する。基板10の裏面側(図の下面側)には、光吸収部1で発生したキャリア収集層としてのn+層(電子収集層)2およびp+層(正孔収集層)3が不純物拡散により形成されており、基板10の下面に形成された負電極4、正電極5はそれぞれn+層2、p+層3と接続している。この接続部以外において基板10の下面は表面保護膜(絶縁膜)8Bにより被覆されている。基板10の受光面側(図の上面側)に形成された拡散層6(p+層またはn+層)は、基板表面でのキャリアの再結合を防止するためのポテンシャル障壁として機能する(特許文献2参照)。この受光面側拡散層6の表面は、下面と同様の保護膜(絶縁膜)8Aにより被覆されており、更にその上に反射防止膜9が形成されている。
上記従来の光起電力素子では、光吸収部1はnまたはpのいずれか一方の伝導型を有し、単一のキャリア濃度で形成されているので、光吸収によって発生した電子と正孔はキャリアの収集層即ちn+層2とp+層3に到達するまでに、共に光吸収部1内を通過する。そのため、光吸収部1内で電子と正孔が再結合して消滅する確率が高く、再結合損失により発電効率が低下するという問題があった。
欠陥により形成されるトラップ準位を介した電子と正孔の挙動は、図2に示す4つの過程で表される(SRHモデル)。図において、過程〔1〕は伝導帯にある電子がトラップ準位に捕獲される場合を示し、過程〔2〕はトラップ準位に捕獲されていた電子が伝導帯に放出される場合を示し、過程〔3〕は価電子帯にある正孔がトラップ準位に捕獲される場合を示し、さらに過程〔4〕はトラップ準位に捕獲されていた正孔が価電子帯に放出される場合を示している。過程〔3〕、〔4〕における破線は、電子の遷移でこれらの過程を表したものである。なお、図において、Ecは伝導帯の下端のエネルギーレベルを、Evは価電子帯の上端のエネルギーレベルを、Etはトラップ準位のエネルギーレベルを示す。
トラップ準位を介した電子と正孔の再結合は、図中の〔1〕と〔3〕の過程が生じ、トラップ準位に電子と正孔の対が存在することにより発生する。伝導帯とトラップ準位間または価電子帯とトラップ準位間のエネルギーギャップは、伝導帯と価電子帯間のエネルギーギャップに比べて小さく、そのため光吸収部に欠陥が多く存在すると電子と正孔がこれらの欠陥に捕獲され易く、トラップ準位において再結合を生じて発電効率を低下させる。
したがって、発電効率の高い光起電力素子を得るためには、光吸収部における欠陥濃度をなるべく小さくすると共に、電子と正孔とがなるべく分離してそれぞれの収集層まで移動できるようにしなければならない。電子と正孔とを分離するためには、光吸収部中に不純物を拡散してn型領域とp型領域を形成し、電子をn型領域に、正孔をp型領域に選択的に移動させればよい。しかしながら、この場合、不純物のドーピングによって欠陥が増加しキャリアのライフタイムが短くなる。ドーピング量を減少させるとライフタイムは向上するが、一方でn型領域とp型領域間にキャリアを分離するための充分なエネルギー障壁を形成することができない。即ち、キャリアの分離機能を維持しつつ光吸収部全体の平均的なライフタイムを向上させることは困難であった。
本発明は、かかる点に関してなされたもので、光吸収部においてキャリアの分離機能を維持しつつこの層全体の平均的なライフタイムを向上することが可能な新規な構造の光起電力素子を提供し、その発電効率の向上を図ることを課題とする。
上記課題を解決するために、第1の発明では、光吸収部の受光面とは反対側の裏面に電極を配置した裏面電極型の光起電力素子において、光吸収部が、受光面から裏面にまで延在する一伝導型領域と反対伝導型領域とさらにこれらの領域間に設けた真性半導体領域とを有するように構成する。
また、第2の発明においては、真性半導体領域を受光面側において裏面側より大きくする。このとき、真性半導体領域と一伝導型領域または反対伝導型領域とのそれぞれの界面を階段状にし、あるいは平面状または曲面状とする。
また、第3の発明においては、真性半導体領域と一伝導型領域または反対伝導型領域とのそれぞれの界面に、水素またはハロゲン元素添加領域を形成する。
第1の発明にかかる光起電力素子では、光吸収部中に、受光面から裏面側まで延在する一伝導型領域と反対伝導型領域とが形成されているので、電子または正孔はエネルギー的に安定して存在し得るいずれかの領域に選択的に集まり、その領域を移動して正または負の電極に達する。そのため、これらの領域では電子または正孔のいずれかが優勢となり、正負キャリア数のバランスが大きく崩れるので、キャリアの再結合確率が低下する。さらに、一伝導型領域と反対伝導型領域間に、電子または正孔を捕獲する電気的な欠陥が少ない真性半導体領域が設けられているので、この領域を移動するキャリアが欠陥に捕獲される確率が低くなり、結果的に光吸収部におけるキャリアの平均的なライフタイムが向上する。これらの結果、素子の発電効率が向上する。
第2の発明にかかる光起電力素子では、光吸収部において光の吸収量の多い受光面側で真性半導体領域を大きくしているため、キャリアのライフタイムがさらに向上する。さらに、電流密度の高い裏面側で電子または正孔の移動領域を形成する一伝導型領域および反対伝導型領域とが広く形成されているので、抵抗損失が低減する。これらの結果から、さらに素子の発電効率が向上する。
第1、第2の発明にかかる光起電力素子では、この素子の製造に当って熱処理を行うと、一伝導型領域または反対伝導型領域中の不純物が領域界面を越えて真性半導体領域中に拡散し、電気的な欠陥を形成する。この欠陥により、キャリアのライフタイムが短くなり、素子の発電効率が低下する。したがって、第3の発明では、この界面に水素またはハロゲン元素を添加して電気的な欠陥を不活性化している。これによって、キャリアのライフタイムが長くなり、素子の発電効率がさらに向上する。
本発明にかかる光起電力素子の構造を説明する前に、まず、光吸収部におけるキャリアの分離機能およびその問題点について説明する。
図1に示す光起電力素子100では、受光することによって光吸収部1に生成された電子と正孔は共に層1中を移動しながら、電子は電子収集層2に、正孔は正孔収集層3により収集され各電極4、5を介して出力として取り出される。このとき、電子と正孔が同じ伝導型の均一なキャリア濃度を有する層1を通過することから、その通過中に電子と正孔が出会い、再結合する確率が高くなる。したがって、光吸収部1を、主に電子が移動する電子移動領域と主に正孔が移動する正孔移動領域に分割することが考えられる。このように、電子と正孔の移動領域を別個に設けることで、電子と正孔の再結合確率が低下し出力の向上が期待される。
図3に示す構造の光起電力素子200は、上記の考えに基づいて構成されたものである。図示するように、光起電力素子200は、光吸収部21に電子移動領域(n層)22と正孔移動領域(p層)23を交互に設けた構造を有する。これらの領域22、23は、光吸収部21の受光面側から裏面側に延在して設けられる。電子移動領域22は電子収集層2を含む領域であり、n型不純物がドーピングされている。正孔移動領域23は正孔収集層3を含む領域であり、p型不純物がドーピングされている。これによって、領域22、23間にpn接合が形成される。その他の構造は、図1に示す光起電力素子100と同じであるので、その説明は省略する。
図4(a)および(b)に、光起電力素子200の素子中央部における横方向(受光面と平行な方向)のエネルギーバンド図を示す。図3に示す構造の光起電力素子では、隣接する領域の伝導型を相違させているため、横方向に繰り返してpn接合が形成されることとなる。
図4(a)は、光吸収部21が光を吸収した直後のバンド構造を示す。受光によって、電子および正孔はpn接合に関係なく光吸収部21全体で発生するが、その後、エネルギーレベルの違いにより、p層23において発生した電子はn層22に移動し、また、n層22において発生した正孔はp層23に移動する。移動後の電子および正孔は、両側のpn接合で形成されるエネルギー障壁によって各層内に留まる。
その結果、図(b)に示すように、電子移動領域22には電子が、正孔移動領域23には正孔がそれぞれ分離して存在する状態が形成される。即ち、電子移動領域22では正孔の濃度が電子の濃度に比べて極端に低く、一方、正孔移動領域23では電子の濃度が正孔の濃度に比べて極端に低くなる。この状態では、電子と正孔の再結合確率が小さくなり、再結合損失が減少して発電効率が向上する。
ところが、図3に示す構造の光起電力素子200では、光吸収部21中に電子移動領域もしくは正孔移動領域を設けるために、バルク半導体に不純物をドーピングしてn層あるいはp層としなければならない。不純物ドーピングによって結晶中には欠陥が増加して捕獲中心が多く形成される。そのため、p層23で生成された電子が電子移動領域(n層)22に達するまでに正孔と再結合して消滅する確率、およびn層22で生成された正孔が正孔移動領域(p層)23に達するまでに電子と再結合して消滅する確率が高くなり、その分再結合損失が増加する。
図4のエネルギーバンド図は、このようなキャリアの再結合を考慮して示している。即ち、図4の例では、p層23からn層22に移動する電子と、n層22からp層23に移動する正孔のうち、半数のものがそれぞれの移動領域に達するまでに再結合により消失すると仮定して、電子、正孔の移動を表している。具体的に説明すると、電子移動領域22には、両側の正孔移動領域23からその領域23に存在する電子の半分づつが供給され、再結合が無い場合、図(b)の電子移動領域22には合計8個の電子が存在するようになる。ところが、移動中に半数の電子が正孔との再結合によって消失するので、結果として、図示するように6個の電子が電子移動領域22に存在することになる。正孔についても同じである。
したがって本発明では、キャリアの分離機能を有する光起電力素子において、移動中のキャリアの再結合損失をなるべく低減することが可能な新規な構造を提案する。
(実施形態1)
図5に、本発明の実施形態1にかかる光起電力素子20の断面構造を示す。なお、図5以下において、図1または図3と同じ符号は同じかまたは類似の構成要素を示すので、それらについて重複した説明は行わない。図示するように、本実施形態の光起電力素子20は、光吸収部25を、n型半導体で構成される電子移動領域22とp型半導体で構成される正孔移動領域23とこれらの領域間に設けた不純物をドーピングしない真性半導体領域(i層)24とで構成している。即ち、電子移動領域22と正孔移動領域23間に、不純物のドーピングが無くしたがって欠陥の少ない真性半導体領域24設けることによって、キャリアの分離機能を維持したまま、不純物ドーピング領域を小さくしている。
図5に、本発明の実施形態1にかかる光起電力素子20の断面構造を示す。なお、図5以下において、図1または図3と同じ符号は同じかまたは類似の構成要素を示すので、それらについて重複した説明は行わない。図示するように、本実施形態の光起電力素子20は、光吸収部25を、n型半導体で構成される電子移動領域22とp型半導体で構成される正孔移動領域23とこれらの領域間に設けた不純物をドーピングしない真性半導体領域(i層)24とで構成している。即ち、電子移動領域22と正孔移動領域23間に、不純物のドーピングが無くしたがって欠陥の少ない真性半導体領域24設けることによって、キャリアの分離機能を維持したまま、不純物ドーピング領域を小さくしている。
図5に示す構造の光吸収部25は、種々の製造方法により製造することができるが、例えば、真性半導体基板上に、p層およびn層をi層を挟んで順にエピタキシャル成長させることにより、容易に実現することができる。あるいは、真性半導体のバルク基板に対して、イオン注入法等によってn型、p型の不純物を所定の領域にドーピングすることによっても、形成することができる。
図6に、光起電力素子20の素子中央部における横方向のエネルギーバンド図を示す。図(a)は、光吸収直後であってキャリア分離前のエネルギーバンド構造を示し、図(b)はキャリア分離後のエネルギーバンド構造を示す。以下に、これらの図を参照して、実施形態1にかかる光起電力素子20の作用効果を説明する。
図(a)に示すように、光吸収部25が受光することによって層25の全体で電子および正孔が生成される。しかしながら、p層即ち正孔移動領域23で生成された電子およびi層24で生成された電子は、時間の経過と共にエネルギー的に安定なn層、即ち電子移動領域22に移動し、その領域に閉じ込められる。また、n層即ち電子移動領域22で生成された正孔およびi層24で生成された正孔は、時間の経過と共にエネルギー的に安定なp層、即ち正孔移動領域23に移動し、その領域に閉じ込められる。その結果、図(b)に示すように、正孔は正孔移動領域23に、電子は電子移動領域22に分離された状態が形成される。
この場合、図4と同じ仮定、即ちp層またはn層中の半分の電子または正孔が、それぞれの移動領域への移動中に再結合によって消失するものとすると、n層22に両側のi層を介して隣接する2個のp層23で生成された電子A、Bのいずれか一方がn層への移動中に消失する。一方、i層24で形成された電子は再結合を生じず、n層22中に移動する。その結果、図(b)に示すように、電子移動領域22に最終的に7個の電子が存在するようになる。正孔の場合も同じ結果となる。
この結果を図4の結果と比較すると、本実施形態にかかる光起電力素子において、電子移動領域22および正孔移動領域23に最終的に存在する電子、正孔の数が1個増え、その分光起電力素子20の発電効率が向上することが理解される。
本実施形態1による光起電力素子30を構成する材質の具体例を下記に示す。なお、光起電力素子20を構成するバルクは、単結晶Siによって形成されているものとする。
電子移動領域22:n型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1014cm-3)
正孔移動領域23:p型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1014cm-3)
真性半導体領域24:i型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1.5×1010cm-3)
電子収集層2:n+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
正孔収集層3:p+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
負電極4:Al層、膜厚2μm
正電極5:Al層、膜厚2μm
受光面側拡散層6:p+型Si層(拡散深さ0.5μm、キャリア濃度1×1018cm-3)
表面保護膜8A:SiO2層、膜厚10nm
表面保護膜8B:SiO2層、膜厚0.3μm
反射防止膜9:MgF2/ZnSの2層膜(膜厚110nm/50nm)
正孔移動領域23:p型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1014cm-3)
真性半導体領域24:i型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1.5×1010cm-3)
電子収集層2:n+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
正孔収集層3:p+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
負電極4:Al層、膜厚2μm
正電極5:Al層、膜厚2μm
受光面側拡散層6:p+型Si層(拡散深さ0.5μm、キャリア濃度1×1018cm-3)
表面保護膜8A:SiO2層、膜厚10nm
表面保護膜8B:SiO2層、膜厚0.3μm
反射防止膜9:MgF2/ZnSの2層膜(膜厚110nm/50nm)
なお、上記の例では、バルク材料としてSiを挙げているが、Ge、SiGe、SiC、C等の材料を用いても同様な効果を得ることができる。
(実施形態2)
図7に、本発明の実施形態2にかかる光起電力素子40の断面構造を示す。光起電力素子40では、光吸収部26の受光面側において、i層27の幅を広げ、かつ電子移動領域28、正孔移動領域29の幅を狭くしている。これにより、裏面側では、電子移動領域28、正孔移動領域29が大きくなる。
図7に、本発明の実施形態2にかかる光起電力素子40の断面構造を示す。光起電力素子40では、光吸収部26の受光面側において、i層27の幅を広げ、かつ電子移動領域28、正孔移動領域29の幅を狭くしている。これにより、裏面側では、電子移動領域28、正孔移動領域29が大きくなる。
本実施形態の光起電力素子40では、基本的な作用効果は実施形態1に示す光起電力素子20と同じであるが、光吸収量の大きい表面側でi層27の占める体積が大きく、その分生成されたキャリアの再結合確率が実施形態1に示す光起電力素子20の場合よりも低下する効果を有している。また、光吸収部26において発生したキャリアは、電子と正孔それぞれの移動領域28、29内を光起電力素子40の裏面側に向かって移動するため、各領域28、29内では素子の表面側よりも裏面側の方が電流密度が高くなる。本実施形態の光起電力素子40では、裏面側で電子と正孔移動領域28、29の幅が広くなっているため、実施形態1に示す光起電力素子30に比べて抵抗損失をより低減することができる。これらの効果により、実施形態1の光起電力素子20よりも発電効率が向上する。
本実施形態2による光起電力素子40を構成する材質の具体例を下記に示す。なお、光吸収部26は、バルク状の単結晶Siによって形成されているものとする。
電子移動領域28:n型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1014cm-3)
正孔移動領域29:p型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1014cm-3)
真性半導体領域27:i型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1.5×1010cm-3)
電子収集層2:n+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
正孔収集層3:p+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
負電極4:Al層、膜厚2μm
正電極5:Al層、膜厚2μm
受光面側拡散層6:p+型Si層(拡散深さ0.5μm、キャリア濃度1×1018cm-3)
表面保護膜8A:SiO2層、膜厚10nm
表面保護膜8B:SiO2層、膜厚0.3μm
反射防止膜9:MgF2/ZnSの2層膜(膜厚110nm/50nm)
正孔移動領域29:p型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1014cm-3)
真性半導体領域27:i型Si層(厚さ150μm、キャリア濃度1.5×1010cm-3)
電子収集層2:n+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
正孔収集層3:p+型Si層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
負電極4:Al層、膜厚2μm
正電極5:Al層、膜厚2μm
受光面側拡散層6:p+型Si層(拡散深さ0.5μm、キャリア濃度1×1018cm-3)
表面保護膜8A:SiO2層、膜厚10nm
表面保護膜8B:SiO2層、膜厚0.3μm
反射防止膜9:MgF2/ZnSの2層膜(膜厚110nm/50nm)
なお、上記の例では、バルク材料としてSiを挙げているが、Ge、SiGe、SiC、C等の材料を用いても同様な効果を得ることができる。
図7に示す光起電力素子40では、素子表面側の真性半導体領域27の幅を広くするために、電子移動領域28、正孔移動領域29の真性半導体領域27との界面に直線状の傾斜を設けているが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、真性半導体領域27と電子または正孔移動領域の界面を階段状にしても、あるいは曲線状としても良い。
図8は、真性領域27と電子または正孔移動領域との界面31を階段状とした光起電力素子41を示し、図9は、界面31を曲線状とした光起電力素子42を示している。いずれの例でも、図7に示した光起電力素子40と同様の作用効果を得ることができる。なお、図8および9に示した光起電力素子41、42も、図7に示した光起電力素子40と同様に、電子移動領域28および正孔移動領域29にイオン注入によって不純物をドーピングすることにより、形成することができる。界面31の形状は、素子表面と平行方向に走査しながら電圧を変えてイオン注入を行うことによって、所望の形状が得られる。
(実施形態3)
図10に、本発明の実施形態3の光起電力素子50を示す。本実施形態では、基本的な構造は図7に示す実施形態2の素子と同じであるが、真性半導体領域27と電子移動領域28、および真性半導体領域27と正孔移動領域29との界面に、水素もしくはハロゲン元素を添加した領域33を形成したことにおいて相違している。図7に示す構造の光起電力素子40では、領域28、29に不純物の拡散後、熱処理を行うと、これらの領域28、29中にドーピングされた不純物が領域界面を越えて真性半導体領域27中に拡散し、界面近傍に電気的な欠陥を多く含む拡散層を形成する。そのため、本実施形態では、この界面近傍(領域33)に水素またはハロゲン元素を添加することにより、この電気的な欠陥を不活性化するようにしている。その結果、領域33での再結合損失が低減し、実施形態2に示す光起電力素子40に比べてセル出力が増加する。
図10に、本発明の実施形態3の光起電力素子50を示す。本実施形態では、基本的な構造は図7に示す実施形態2の素子と同じであるが、真性半導体領域27と電子移動領域28、および真性半導体領域27と正孔移動領域29との界面に、水素もしくはハロゲン元素を添加した領域33を形成したことにおいて相違している。図7に示す構造の光起電力素子40では、領域28、29に不純物の拡散後、熱処理を行うと、これらの領域28、29中にドーピングされた不純物が領域界面を越えて真性半導体領域27中に拡散し、界面近傍に電気的な欠陥を多く含む拡散層を形成する。そのため、本実施形態では、この界面近傍(領域33)に水素またはハロゲン元素を添加することにより、この電気的な欠陥を不活性化するようにしている。その結果、領域33での再結合損失が低減し、実施形態2に示す光起電力素子40に比べてセル出力が増加する。
なお、界面における不純物の熱拡散は、実施形態1の光起電力素子20であっても同様に発生するので、素子20においてi層24とn層22およびi層24とp層23間に水素もしくはハロゲン元素を添加しても、実施形態3の場合と同様の効果が得られる。
本実施形態3にかかる光起電力素子50を構成する材質の具体例を、下記に示す。なお、光吸収部26は、バルク状の単結晶Geによって形成されているものとする。
電子移動領域28:n型Ge層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1015cm-3)
正孔移動領域29:p型Ge層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1015cm-3)
真性半導体領域27:i型Ge層(厚さ150μm、キャリア濃度2.5×1013cm-3)
電子収集層2:n+型Ge層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
正孔収集層3:p+型Ge層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
負電極4:Al層、膜厚2μm
正電極5:Al層、膜厚2μm
受光面側拡散層6:p+型Ge層(拡散深さ0.5μm、キャリア濃度1×1018cm-3)
表面保護膜8A:SiNx層、膜厚10nm
表面保護膜8B:SiNx層、膜厚0.3μm
反射防止膜9:SiO2/TiO2の2層膜(膜厚100nm/60nm)
領域33:水素添加Ge層(水素含有量1×1019cm-3、厚さ1μm)
正孔移動領域29:p型Ge層(厚さ150μm、キャリア濃度1×1015cm-3)
真性半導体領域27:i型Ge層(厚さ150μm、キャリア濃度2.5×1013cm-3)
電子収集層2:n+型Ge層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
正孔収集層3:p+型Ge層(拡散深さ1μm、キャリア濃度1×1019cm-3)
負電極4:Al層、膜厚2μm
正電極5:Al層、膜厚2μm
受光面側拡散層6:p+型Ge層(拡散深さ0.5μm、キャリア濃度1×1018cm-3)
表面保護膜8A:SiNx層、膜厚10nm
表面保護膜8B:SiNx層、膜厚0.3μm
反射防止膜9:SiO2/TiO2の2層膜(膜厚100nm/60nm)
領域33:水素添加Ge層(水素含有量1×1019cm-3、厚さ1μm)
なお、上記の例では、バルク材料としてGeを挙げているが、Si、SiGe、SiC、C等の材料を用いても同様な効果を得ることができる。また、領域33に添加する元素として水素を用いているが、ハロゲン元素を用いても同様な効果が得られる。
2 電子収集層
3 正孔収集層
4 負電極
5 正電極
6 受光面側拡散層
8A、8B 表面保護膜
9 反射防止膜
20、40、41、42、50 光起電力素子
22 電子移動領域
23 正孔移動領域
24 真性半導体領域
25、26 光吸収部
31 界面
33 水素またはハロゲン元素の添加領域
3 正孔収集層
4 負電極
5 正電極
6 受光面側拡散層
8A、8B 表面保護膜
9 反射防止膜
20、40、41、42、50 光起電力素子
22 電子移動領域
23 正孔移動領域
24 真性半導体領域
25、26 光吸収部
31 界面
33 水素またはハロゲン元素の添加領域
Claims (3)
- 光吸収部の受光面とは反対側である裏面に電極を配置した裏面電極型の光起電力素子において、前記光吸収部が、前記受光面から前記裏面にまで延在する一伝導型領域と反対伝導型領域とさらにこれらの領域間に設けた真性半導体領域とからなることを特徴とする、光起電力素子。
- 請求項1に記載の光起電力素子において、前記真性半導体領域を前記受光面側で前記裏面側より大きくし、かつ前記一伝導型領域と反対伝導型領域とを前記裏面側で前記受光面側より大きくしたことを特徴とする、光起電力素子。
- 請求項1または2に記載の光起電力素子において、前記真性半導体領域と前記一伝導型領域または反対伝導型領域とのそれぞれの界面に、水素またはハロゲン元素添加領域を形成したことを特徴とする、光起電力素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004364406A JP2006173381A (ja) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004364406A JP2006173381A (ja) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | 光起電力素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006173381A true JP2006173381A (ja) | 2006-06-29 |
Family
ID=36673792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004364406A Pending JP2006173381A (ja) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006173381A (ja) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009111748A2 (en) * | 2008-03-06 | 2009-09-11 | Sionyx, Inc. | High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme |
JP2010519731A (ja) * | 2007-02-16 | 2010-06-03 | ナノグラム・コーポレイション | 太陽電池構造体、光起電モジュール及びこれらに対応する方法 |
US8212327B2 (en) | 2008-03-06 | 2012-07-03 | Sionyx, Inc. | High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme |
US8912083B2 (en) | 2011-01-31 | 2014-12-16 | Nanogram Corporation | Silicon substrates with doped surface contacts formed from doped silicon inks and corresponding processes |
JP2015146335A (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-13 | 三菱電機株式会社 | 光起電力素子およびその製造方法 |
JP2015531742A (ja) * | 2012-09-04 | 2015-11-05 | コミッサリア タ レネルジー アトミク エ オ エネルジー オルタネイティヴ | 複数の垂直接合を含むモノリシックシリコンウェハの製造方法 |
US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US9673250B2 (en) | 2013-06-29 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9741761B2 (en) | 2010-04-21 | 2017-08-22 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9762830B2 (en) | 2013-02-15 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High dynamic range CMOS image sensor having anti-blooming properties and associated methods |
US9761739B2 (en) | 2010-06-18 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High speed photosensitive devices and associated methods |
US9905599B2 (en) | 2012-03-22 | 2018-02-27 | Sionyx, Llc | Pixel isolation elements, devices and associated methods |
US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9939251B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-10 | Sionyx, Llc | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
US10244188B2 (en) | 2011-07-13 | 2019-03-26 | Sionyx, Llc | Biometric imaging devices and associated methods |
US10361083B2 (en) | 2004-09-24 | 2019-07-23 | President And Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
US10374109B2 (en) | 2001-05-25 | 2019-08-06 | President And Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
-
2004
- 2004-12-16 JP JP2004364406A patent/JP2006173381A/ja active Pending
Cited By (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10374109B2 (en) | 2001-05-25 | 2019-08-06 | President And Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
US10741399B2 (en) | 2004-09-24 | 2020-08-11 | President And Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
US10361083B2 (en) | 2004-09-24 | 2019-07-23 | President And Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
JP2010519731A (ja) * | 2007-02-16 | 2010-06-03 | ナノグラム・コーポレイション | 太陽電池構造体、光起電モジュール及びこれらに対応する方法 |
US8409976B2 (en) | 2007-02-16 | 2013-04-02 | Nanogram Corporation | Solar cell structures, photovoltaic panels and corresponding processes |
US8853527B2 (en) | 2007-02-16 | 2014-10-07 | Nanogram Corporation | Solar cell structures, photovoltaic panels and corresponding processes |
US9343606B2 (en) | 2007-02-16 | 2016-05-17 | Nanogram Corporation | Solar cell structures, photovoltaic panels and corresponding processes |
WO2009111748A2 (en) * | 2008-03-06 | 2009-09-11 | Sionyx, Inc. | High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme |
US8212327B2 (en) | 2008-03-06 | 2012-07-03 | Sionyx, Inc. | High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme |
WO2009111748A3 (en) * | 2008-03-06 | 2009-12-10 | Sionyx, Inc. | High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme |
US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US10361232B2 (en) | 2009-09-17 | 2019-07-23 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US10229951B2 (en) | 2010-04-21 | 2019-03-12 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9741761B2 (en) | 2010-04-21 | 2017-08-22 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
US9761739B2 (en) | 2010-06-18 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High speed photosensitive devices and associated methods |
US10505054B2 (en) | 2010-06-18 | 2019-12-10 | Sionyx, Llc | High speed photosensitive devices and associated methods |
US8912083B2 (en) | 2011-01-31 | 2014-12-16 | Nanogram Corporation | Silicon substrates with doped surface contacts formed from doped silicon inks and corresponding processes |
US9378957B2 (en) | 2011-01-31 | 2016-06-28 | Nanogram Corporation | Silicon substrates with doped surface contacts formed from doped silicon based inks and corresponding processes |
US9666636B2 (en) | 2011-06-09 | 2017-05-30 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US10269861B2 (en) | 2011-06-09 | 2019-04-23 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
US10244188B2 (en) | 2011-07-13 | 2019-03-26 | Sionyx, Llc | Biometric imaging devices and associated methods |
US9905599B2 (en) | 2012-03-22 | 2018-02-27 | Sionyx, Llc | Pixel isolation elements, devices and associated methods |
US10224359B2 (en) | 2012-03-22 | 2019-03-05 | Sionyx, Llc | Pixel isolation elements, devices and associated methods |
JP2015531742A (ja) * | 2012-09-04 | 2015-11-05 | コミッサリア タ レネルジー アトミク エ オ エネルジー オルタネイティヴ | 複数の垂直接合を含むモノリシックシリコンウェハの製造方法 |
US9905716B2 (en) | 2012-09-04 | 2018-02-27 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Method for manufacturing a monolithic silicon wafer comprising multiple vertical junctions |
US9762830B2 (en) | 2013-02-15 | 2017-09-12 | Sionyx, Llc | High dynamic range CMOS image sensor having anti-blooming properties and associated methods |
US9939251B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-10 | Sionyx, Llc | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
US10347682B2 (en) | 2013-06-29 | 2019-07-09 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
US9673250B2 (en) | 2013-06-29 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
US11069737B2 (en) | 2013-06-29 | 2021-07-20 | Sionyx, Llc | Shallow trench textured regions and associated methods |
JP2015146335A (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-13 | 三菱電機株式会社 | 光起電力素子およびその製造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006173381A (ja) | 光起電力素子 | |
KR100850641B1 (ko) | 고효율 결정질 실리콘 태양전지 및 그 제조방법 | |
JP2015130527A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
JP2014204128A (ja) | 太陽電池 | |
JP2003124483A (ja) | 光起電力素子 | |
KR20100024511A (ko) | 태양전지 셀 | |
CN103325860A (zh) | 太阳能电池 | |
JP2004039751A (ja) | 光起電力素子 | |
JP2004071763A (ja) | 光起電力素子 | |
KR100326835B1 (ko) | 태양전지 | |
JP4945916B2 (ja) | 光電変換素子 | |
JP2007059644A (ja) | 光起電力素子 | |
JP7633673B2 (ja) | 太陽電池セルおよび太陽電池 | |
JP3368822B2 (ja) | 太陽電池 | |
CN112086536B (zh) | 一种叠层太阳能电池 | |
WO2017159281A1 (ja) | 太陽電池 | |
JPH0427169A (ja) | 太陽電池 | |
JP3368854B2 (ja) | 太陽電池 | |
JPH08204214A (ja) | 太陽電池 | |
KR101310518B1 (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR101667631B1 (ko) | 박막 태양전지 및 그의 제조 방법 | |
JP3368825B2 (ja) | 太陽電池 | |
JP2005012108A (ja) | 光起電力素子 | |
JP2001077389A (ja) | 集光式太陽光発電装置 | |
JPH0548123A (ja) | 光電変換素子 |