JP2001284616A - 熱光発電装置用光電変換素子 - Google Patents
熱光発電装置用光電変換素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面でのキャリアの再結合損失を大幅に減少
させ得る素子構造を有することで、ＴＰＶ発電用に適し
たＧｅを材料として採用し且つ電極構造として裏面電極
型を採用するのを可能にした光電変換素子を提供する。 【解決手段】 この光電変換素子は、Ｇｅ基板１０と、
Ｇｅ基板１０の裏面にそれぞれ独立して設けられたｐ型
半導体層２０及びｎ型半導体層２２と、Ｇｅ基板１０の
裏面側に設けられ、それぞれｐ型半導体層２０及びｎ型
半導体層２２に接続された正電極２４及び負電極２６
と、Ｇｅ基板１０の表面側に設けられた保護膜３０と、
を具備する。そして、Ｇｅ基板１０と保護膜３０との界
面に水素又はハロゲンが含有され、または、Ｇｅ基板１
０と保護膜３０との間にＧｅ基板１０よりも不純物濃度
が高い半導体層が設けられる。
させ得る素子構造を有することで、ＴＰＶ発電用に適し
たＧｅを材料として採用し且つ電極構造として裏面電極
型を採用するのを可能にした光電変換素子を提供する。 【解決手段】 この光電変換素子は、Ｇｅ基板１０と、
Ｇｅ基板１０の裏面にそれぞれ独立して設けられたｐ型
半導体層２０及びｎ型半導体層２２と、Ｇｅ基板１０の
裏面側に設けられ、それぞれｐ型半導体層２０及びｎ型
半導体層２２に接続された正電極２４及び負電極２６
と、Ｇｅ基板１０の表面側に設けられた保護膜３０と、
を具備する。そして、Ｇｅ基板１０と保護膜３０との界
面に水素又はハロゲンが含有され、または、Ｇｅ基板１
０と保護膜３０との間にＧｅ基板１０よりも不純物濃度
が高い半導体層が設けられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱源によって加熱
された発光体からの輻射光を光電変換素子によって電力
に変換する熱光発電装置に好適な光電変換素子に関す
る。
された発光体からの輻射光を光電変換素子によって電力
に変換する熱光発電装置に好適な光電変換素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】化石燃料や可燃性ガスから直接に電気エ
ネルギーを得る技術として、熱光起電力変換(thermopho
tovoltaic energy conversion)による発電すなわち熱光
発電（ＴＰＶ発電）が注目されている。ＴＰＶ発電のし
くみは、熱源からの燃焼熱を発光体（輻射体、エミッ
タ）に与えることにより、その発光体より輻射光を発生
させ、その光を光電変換素子（太陽電池）に照射して電
気エネルギーを得るというものである。ＴＰＶ発電装置
は、可動部分を有しないため、無騒音・無振動システム
を実現することができる。次世代のエネルギー源とし
て、ＴＰＶ発電は、クリーン性、静粛性などの点で優れ
ている。
ネルギーを得る技術として、熱光起電力変換(thermopho
tovoltaic energy conversion)による発電すなわち熱光
発電（ＴＰＶ発電）が注目されている。ＴＰＶ発電のし
くみは、熱源からの燃焼熱を発光体（輻射体、エミッ
タ）に与えることにより、その発光体より輻射光を発生
させ、その光を光電変換素子（太陽電池）に照射して電
気エネルギーを得るというものである。ＴＰＶ発電装置
は、可動部分を有しないため、無騒音・無振動システム
を実現することができる。次世代のエネルギー源とし
て、ＴＰＶ発電は、クリーン性、静粛性などの点で優れ
ている。
【０００３】例えば、特開昭６３−３１６４８６号公報
には、多孔質固体により製作された発光体と、排ガスが
その発光体内を通過するように構成された発光体加熱手
段と、その発光体からの輻射エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する光電変換素子と、から構成される熱光発電
装置が開示されている。
には、多孔質固体により製作された発光体と、排ガスが
その発光体内を通過するように構成された発光体加熱手
段と、その発光体からの輻射エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する光電変換素子と、から構成される熱光発電
装置が開示されている。
【０００４】ＴＰＶ発電では、温度１０００〜１７００
°Ｃの発光体から得られる赤外光が用いられる。発光体
から輻射される波長１．４〜１．７μｍの光を電気に変
換するためには、バンドギャップ（Ｅｇ）の小さい材料
で作製した光電変換素子を用いる必要がある。一般的な
材料であるＳｉ（シリコン）は、１．１ｎｍ以下の波長
の光しか電気に変換することができないため、利用する
ことができない。
°Ｃの発光体から得られる赤外光が用いられる。発光体
から輻射される波長１．４〜１．７μｍの光を電気に変
換するためには、バンドギャップ（Ｅｇ）の小さい材料
で作製した光電変換素子を用いる必要がある。一般的な
材料であるＳｉ（シリコン）は、１．１ｎｍ以下の波長
の光しか電気に変換することができないため、利用する
ことができない。
【０００５】ＴＰＶ発電装置用の光電変換素子として
は、０．５〜０．７ｅＶのバンドギャップ（Ｅｇ）を有
する材料が適している。代表的な材料としてＧａＳｂ
（ガリウムアンチモン，Ｅｇ＝０．７２ｅＶ）、ＩｎＧ
ａＡｓ（インジウムガリウム砒素，Ｅｇ＝０．６０ｅ
Ｖ）、Ｇｅ（ゲルマニウム，Ｅｇ＝０．６６ｅＶ）等が
挙げられる。
は、０．５〜０．７ｅＶのバンドギャップ（Ｅｇ）を有
する材料が適している。代表的な材料としてＧａＳｂ
（ガリウムアンチモン，Ｅｇ＝０．７２ｅＶ）、ＩｎＧ
ａＡｓ（インジウムガリウム砒素，Ｅｇ＝０．６０ｅ
Ｖ）、Ｇｅ（ゲルマニウム，Ｅｇ＝０．６６ｅＶ）等が
挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＴＰＶ発電のエネルギ
ー効率を高め、高価な光電変換素子の使用量を減らし
て、コストを低減する方法として、発光体から発生する
光の強度を増加させる方法がある。光強度を１００倍に
すると、光電変換素子の使用量は１／１００となり、コ
ストを大幅に低減することができ、またエネルギー変換
効率も向上する。
ー効率を高め、高価な光電変換素子の使用量を減らし
て、コストを低減する方法として、発光体から発生する
光の強度を増加させる方法がある。光強度を１００倍に
すると、光電変換素子の使用量は１／１００となり、コ
ストを大幅に低減することができ、またエネルギー変換
効率も向上する。
【０００７】その場合、発生する電流が増大するため、
従来型の光電変換素子では、抵抗損失を減少させるべく
表面側の電極の面積を大幅に増加させる必要がある。し
かし、表面側の電極の面積が増加すると、光電変換素子
に入射する光の量が減少することとなり、光強度の増加
を活かすことができないという弊害が生ずる。
従来型の光電変換素子では、抵抗損失を減少させるべく
表面側の電極の面積を大幅に増加させる必要がある。し
かし、表面側の電極の面積が増加すると、光電変換素子
に入射する光の量が減少することとなり、光強度の増加
を活かすことができないという弊害が生ずる。
【０００８】一方、表面側に電極を有しない裏面電極型
という構造があり、集光型発電システムに用いられてい
る。しかし、この裏面電極型は、キャリアの拡散長が大
きい間接遷移型材料でしか成立せず、実際にはＳｉでの
み成立している。間接遷移型でかつバンドギャップが小
さい材料としてＧｅ（ゲルマニウム）があるが、Ｇｅの
場合、Ｓｉと比較してキャリア寿命が短く、表面でのキ
ャリアの再結合損失が大きい。現在のところ、材料とし
てＧｅを用いるとともに電極構造として裏面電極型を採
用した光電変換素子は実用化されていない。
という構造があり、集光型発電システムに用いられてい
る。しかし、この裏面電極型は、キャリアの拡散長が大
きい間接遷移型材料でしか成立せず、実際にはＳｉでの
み成立している。間接遷移型でかつバンドギャップが小
さい材料としてＧｅ（ゲルマニウム）があるが、Ｇｅの
場合、Ｓｉと比較してキャリア寿命が短く、表面でのキ
ャリアの再結合損失が大きい。現在のところ、材料とし
てＧｅを用いるとともに電極構造として裏面電極型を採
用した光電変換素子は実用化されていない。
【０００９】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、表面でのキャリアの再結合
損失を大幅に減少させ得る素子構造を有することで、Ｔ
ＰＶ発電用に適したＧｅを材料として採用し且つ電極構
造として裏面電極型を採用するのを可能にした光電変換
素子を提供することにある。
たものであり、その目的は、表面でのキャリアの再結合
損失を大幅に減少させ得る素子構造を有することで、Ｔ
ＰＶ発電用に適したＧｅを材料として採用し且つ電極構
造として裏面電極型を採用するのを可能にした光電変換
素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様によれば、熱源によって加熱さ
れた発光体からの輻射光を光電変換素子によって電力に
変換する熱光発電装置に好適な光電変換素子であって、
Ｇｅ基板と、前記Ｇｅ基板の裏面にそれぞれ独立して設
けられたｐ型半導体層及びｎ型半導体層と、前記Ｇｅ基
板の裏面側に設けられ、それぞれ前記ｐ型半導体層及び
ｎ型半導体層に接続された正電極及び負電極と、前記Ｇ
ｅ基板の表面側に設けられた保護膜と、を具備する光電
変換素子が提供される。
に、本発明の第１の態様によれば、熱源によって加熱さ
れた発光体からの輻射光を光電変換素子によって電力に
変換する熱光発電装置に好適な光電変換素子であって、
Ｇｅ基板と、前記Ｇｅ基板の裏面にそれぞれ独立して設
けられたｐ型半導体層及びｎ型半導体層と、前記Ｇｅ基
板の裏面側に設けられ、それぞれ前記ｐ型半導体層及び
ｎ型半導体層に接続された正電極及び負電極と、前記Ｇ
ｅ基板の表面側に設けられた保護膜と、を具備する光電
変換素子が提供される。
【００１１】ここで、本発明の第２の態様によれば、前
記第１の態様に係る光電変換素子において、前記Ｇｅ基
板と前記保護膜との界面に水素又はハロゲンが含有され
ている。
記第１の態様に係る光電変換素子において、前記Ｇｅ基
板と前記保護膜との界面に水素又はハロゲンが含有され
ている。
【００１２】また、本発明の第３の態様によれば、前記
第１の態様に係る光電変換素子において、前記Ｇｅ基板
と前記保護膜との間に前記Ｇｅ基板よりも不純物濃度が
高い半導体層が設けられている。
第１の態様に係る光電変換素子において、前記Ｇｅ基板
と前記保護膜との間に前記Ｇｅ基板よりも不純物濃度が
高い半導体層が設けられている。
【００１３】さらに、上記目的を達成するために、本発
明の第４の態様によれば、熱源によって加熱された発光
体からの輻射光を光電変換素子によって電力に変換する
熱光発電装置に好適な光電変換素子であって、Ｇｅ層
と、前記Ｇｅ層の裏面にそれぞれ独立して設けられたｐ
型半導体層及びｎ型半導体層と、前記Ｇｅ層の裏面側に
設けられ、それぞれ前記ｐ型半導体層及びｎ型半導体層
に接続された正電極及び負電極と、前記Ｇｅ層の表面側
に設けられたＳｉ層と、前記Ｓｉ層の表面側に設けられ
たＳｉＯ2 膜と、を具備する光電変換素子が提供され
る。
明の第４の態様によれば、熱源によって加熱された発光
体からの輻射光を光電変換素子によって電力に変換する
熱光発電装置に好適な光電変換素子であって、Ｇｅ層
と、前記Ｇｅ層の裏面にそれぞれ独立して設けられたｐ
型半導体層及びｎ型半導体層と、前記Ｇｅ層の裏面側に
設けられ、それぞれ前記ｐ型半導体層及びｎ型半導体層
に接続された正電極及び負電極と、前記Ｇｅ層の表面側
に設けられたＳｉ層と、前記Ｓｉ層の表面側に設けられ
たＳｉＯ2 膜と、を具備する光電変換素子が提供され
る。
【００１４】ここで、本発明の第５の態様によれば、前
記第４の態様に係る光電変換素子において、前記Ｓｉ層
と前記ＳｉＯ2 膜との界面に水素又はハロゲンが含有さ
れている。
記第４の態様に係る光電変換素子において、前記Ｓｉ層
と前記ＳｉＯ2 膜との界面に水素又はハロゲンが含有さ
れている。
【００１５】また、本発明の第６の態様によれば、前記
第４の態様に係る光電変換素子において、前記Ｓｉ層と
前記ＳｉＯ2 膜との間に前記Ｓｉ層よりも不純物濃度が
高い半導体層が設けられ、又は、前記Ｇｅ層と前記Ｓｉ
層との間に前記Ｇｅ層よりも不純物濃度が高い半導体層
が設けられている。
第４の態様に係る光電変換素子において、前記Ｓｉ層と
前記ＳｉＯ2 膜との間に前記Ｓｉ層よりも不純物濃度が
高い半導体層が設けられ、又は、前記Ｇｅ層と前記Ｓｉ
層との間に前記Ｇｅ層よりも不純物濃度が高い半導体層
が設けられている。
【００１６】また、本発明の第７の態様によれば、前記
第４の態様に係る光電変換素子において、前記Ｇｅ層と
前記Ｓｉ層との間にＧｅとＳｉとの混合層が設けられて
いる。
第４の態様に係る光電変換素子において、前記Ｇｅ層と
前記Ｓｉ層との間にＧｅとＳｉとの混合層が設けられて
いる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【００１８】図１は、本発明の第１実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図１に示される光電変換素子
には、バンドギャップ（Ｅｇ）の小さい半導体材料であ
るＧｅ（ゲルマニウム，Ｅｇ＝０．６６ｅＶ）が基板１
０として使用されている。そのＧｅ基板１０の裏面に
は、キャリアを収集するために、ｐ型半導体層としての
ｐ+ 層２０とｎ型半導体層としてのｎ+ 層２２とがそれ
ぞれ独立して交互に形成されている。そして、Ｇｅ基板
１０の裏面側には、ｐ+ 層２０に接続される正電極２４
とｎ+ 層２２に接続される負電極２６とが設けられ、裏
面電極型構造を実現している。また、Ｇｅ基板１０の表
面側には、界面の欠陥を減少させて界面でのキャリアの
消滅を減少させるべく保護膜３０が設けられている。同
様に、Ｇｅ基板１０の裏面側においては、半導体層２０
及び２２と電極２４及び２６とがそれぞれ接続する部分
以外の部分に保護膜４０が設けられている。
変換素子の断面図である。図１に示される光電変換素子
には、バンドギャップ（Ｅｇ）の小さい半導体材料であ
るＧｅ（ゲルマニウム，Ｅｇ＝０．６６ｅＶ）が基板１
０として使用されている。そのＧｅ基板１０の裏面に
は、キャリアを収集するために、ｐ型半導体層としての
ｐ+ 層２０とｎ型半導体層としてのｎ+ 層２２とがそれ
ぞれ独立して交互に形成されている。そして、Ｇｅ基板
１０の裏面側には、ｐ+ 層２０に接続される正電極２４
とｎ+ 層２２に接続される負電極２６とが設けられ、裏
面電極型構造を実現している。また、Ｇｅ基板１０の表
面側には、界面の欠陥を減少させて界面でのキャリアの
消滅を減少させるべく保護膜３０が設けられている。同
様に、Ｇｅ基板１０の裏面側においては、半導体層２０
及び２２と電極２４及び２６とがそれぞれ接続する部分
以外の部分に保護膜４０が設けられている。
【００１９】ここで、図１に示される光電変換素子の具
体的構造について説明すると、例えば、Ｇｅ基板１０
は、厚み２００μｍを有し、ドーパント濃度３×１０15
ｃｍ-3のｐ型半導体を構成する。また、ｐ+ 層２０は、
ドーパント濃度１×１０19ｃｍ -3、拡散深さ２μｍを有
する。同様にして、ｎ+ 層２２は、ドーパント濃度１×
１０19ｃｍ-3で、拡散深さ２μｍを有する。保護膜３０
及び４０としては、絶縁性及び光透過性の良い材料が適
しており、例えば、窒化珪素、酸化珪素、酸化チタン等
が使用される。
体的構造について説明すると、例えば、Ｇｅ基板１０
は、厚み２００μｍを有し、ドーパント濃度３×１０15
ｃｍ-3のｐ型半導体を構成する。また、ｐ+ 層２０は、
ドーパント濃度１×１０19ｃｍ -3、拡散深さ２μｍを有
する。同様にして、ｎ+ 層２２は、ドーパント濃度１×
１０19ｃｍ-3で、拡散深さ２μｍを有する。保護膜３０
及び４０としては、絶縁性及び光透過性の良い材料が適
しており、例えば、窒化珪素、酸化珪素、酸化チタン等
が使用される。
【００２０】このような光電変換素子の作製方法につい
て説明すると、まず、Ｇｅ基板１０の両面に保護膜３０
及び４０が形成される。次いで、ｐ+ 層２０及びｎ+ 層
２２を形成すべき部分の保護膜が、フォトリソグラフィ
ーを用いて除去される。次いで、熱拡散法、イオン注入
法などを用いて所定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２が形成
される。最後に、電極パターン２４及び２６が形成され
る。
て説明すると、まず、Ｇｅ基板１０の両面に保護膜３０
及び４０が形成される。次いで、ｐ+ 層２０及びｎ+ 層
２２を形成すべき部分の保護膜が、フォトリソグラフィ
ーを用いて除去される。次いで、熱拡散法、イオン注入
法などを用いて所定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２が形成
される。最後に、電極パターン２４及び２６が形成され
る。
【００２１】図１の光電変換素子では、表面側から入射
した光がＧｅ基板１０において吸収され、電子と正孔と
が生成される。生成された電子は、ｎ+ 層２２の領域へ
と拡散していき負電極２６に集められる一方、生成され
た正孔は、ｐ+ 層２０へと拡散していき正電極２４に集
められる。かくして、光の吸収によって生成された電子
と正孔とが分離され、光起電力が生ずることとなる。
した光がＧｅ基板１０において吸収され、電子と正孔と
が生成される。生成された電子は、ｎ+ 層２２の領域へ
と拡散していき負電極２６に集められる一方、生成され
た正孔は、ｐ+ 層２０へと拡散していき正電極２４に集
められる。かくして、光の吸収によって生成された電子
と正孔とが分離され、光起電力が生ずることとなる。
【００２２】上述した構造の光電変換素子では、バンド
ギャップの小さいＧｅで光が吸収されるため、加熱され
た発光体からの光を電力に変換するＴＰＶ発電に適して
いる。また、電極構造として裏面電極型を採用している
ため、電極の面積を大きくすることができ、その結果、
抵抗損失を低く抑えることができる。さらに、裏面電極
型とするに際し、Ｇｅ基板１０の表面側に保護膜３０を
設けているため、表面の欠陥が減少せしめられ、その結
果、表面付近で発生したキャリアがその欠陥に捕捉され
て消滅するのが抑制されることとなる。かくして、ＴＰ
Ｖ発電システムにおいて発光体の光強度を増加させた場
合においても、電極の抵抗による損失を増加させること
がなく、高い変換効率を実現することが可能となる。
ギャップの小さいＧｅで光が吸収されるため、加熱され
た発光体からの光を電力に変換するＴＰＶ発電に適して
いる。また、電極構造として裏面電極型を採用している
ため、電極の面積を大きくすることができ、その結果、
抵抗損失を低く抑えることができる。さらに、裏面電極
型とするに際し、Ｇｅ基板１０の表面側に保護膜３０を
設けているため、表面の欠陥が減少せしめられ、その結
果、表面付近で発生したキャリアがその欠陥に捕捉され
て消滅するのが抑制されることとなる。かくして、ＴＰ
Ｖ発電システムにおいて発光体の光強度を増加させた場
合においても、電極の抵抗による損失を増加させること
がなく、高い変換効率を実現することが可能となる。
【００２３】前述のように、ＴＰＶ発電システムの光強
度を増加させることにより、光電変換素子の使用量を大
幅に少なくすることができ、その結果、低コストで高効
率のシステムを実現することができる。その際、本発明
の光電変換素子は、Ｇｅの小さいバンドギャップを活か
し、発光体が輻射する赤外光を効率よく電気に変換する
ことができる。
度を増加させることにより、光電変換素子の使用量を大
幅に少なくすることができ、その結果、低コストで高効
率のシステムを実現することができる。その際、本発明
の光電変換素子は、Ｇｅの小さいバンドギャップを活か
し、発光体が輻射する赤外光を効率よく電気に変換する
ことができる。
【００２４】図２は、本発明の第２実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図２においては、図１におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図１の構造に対する図２の構造の
相違点は、図１の構造に対して、Ｇｅ基板１０と保護膜
３０との界面３２に水素又はハロゲンが含有されている
という点にある。同様に、Ｇｅ基板１０と保護膜４０と
の界面１２にも水素又はハロゲンが含有されている。
変換素子の断面図である。図２においては、図１におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図１の構造に対する図２の構造の
相違点は、図１の構造に対して、Ｇｅ基板１０と保護膜
３０との界面３２に水素又はハロゲンが含有されている
という点にある。同様に、Ｇｅ基板１０と保護膜４０と
の界面１２にも水素又はハロゲンが含有されている。
【００２５】図２の光電変換素子の作製方法について説
明すると、その第１の作製方法では、まず、Ｇｅ基板１
０の両面の保護膜３０及び４０としてプラズマＣＶＤ法
によりＳｉＮｘ（窒化珪素）膜を形成する。そして、Ｓ
ｉＮｘ膜を形成するときには、水素ガスを混合すること
により、水素を含んだＳｉＮｘ：Ｈ膜を形成する。さら
に、熱処理により水素を界面に移動させつつ、水素をＧ
ｅ基板表面のダングリングボンド(dangling bond) と結
合させて、電気的な欠陥を減少させる。
明すると、その第１の作製方法では、まず、Ｇｅ基板１
０の両面の保護膜３０及び４０としてプラズマＣＶＤ法
によりＳｉＮｘ（窒化珪素）膜を形成する。そして、Ｓ
ｉＮｘ膜を形成するときには、水素ガスを混合すること
により、水素を含んだＳｉＮｘ：Ｈ膜を形成する。さら
に、熱処理により水素を界面に移動させつつ、水素をＧ
ｅ基板表面のダングリングボンド(dangling bond) と結
合させて、電気的な欠陥を減少させる。
【００２６】また、その第２の作製方法では、保護膜を
形成した後、水素雰囲気で熱処理を行うことにより、水
素元素を界面まで拡散させる。そして、前述の第１の作
製方法と同様に、水素をダングリングボンドと結合させ
て電気的な欠陥を減少させる。なお、ハロゲン元素の場
合も、上記した水素元素の場合の第１及び第２の作製方
法と同様の処理により、ハロゲン元素を界面に存在させ
ることができる。
形成した後、水素雰囲気で熱処理を行うことにより、水
素元素を界面まで拡散させる。そして、前述の第１の作
製方法と同様に、水素をダングリングボンドと結合させ
て電気的な欠陥を減少させる。なお、ハロゲン元素の場
合も、上記した水素元素の場合の第１及び第２の作製方
法と同様の処理により、ハロゲン元素を界面に存在させ
ることができる。
【００２７】図２に示される構造の光電変換素子によれ
ば、水素又はハロゲンがダングリングボンドと結合する
ことにより、ダングリングボンドが減少する。すなわ
ち、キャリアを捕捉して性能を低下させる電気的欠陥が
減少する。かかる欠陥の減少により、キャリアの再結合
損失が減少して、性能すなわち光電変換効率が向上す
る。かくして、ＴＰＶ発電装置の効率を向上させ、発生
電力を増加させることができる。
ば、水素又はハロゲンがダングリングボンドと結合する
ことにより、ダングリングボンドが減少する。すなわ
ち、キャリアを捕捉して性能を低下させる電気的欠陥が
減少する。かかる欠陥の減少により、キャリアの再結合
損失が減少して、性能すなわち光電変換効率が向上す
る。かくして、ＴＰＶ発電装置の効率を向上させ、発生
電力を増加させることができる。
【００２８】図３は、本発明の第３実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図３においては、図１におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図１の構造に対する図３の構造の
相違点は、図１の構造に対して、Ｇｅ基板１０の表面に
半導体層５０を形成した点にある。すなわち、Ｇｅ基板
１０と保護膜３０との間にＧｅ基板１０よりも不純物濃
度が高い半導体層５０が設けられている。
変換素子の断面図である。図３においては、図１におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図１の構造に対する図３の構造の
相違点は、図１の構造に対して、Ｇｅ基板１０の表面に
半導体層５０を形成した点にある。すなわち、Ｇｅ基板
１０と保護膜３０との間にＧｅ基板１０よりも不純物濃
度が高い半導体層５０が設けられている。
【００２９】この半導体層５０は、ドーパント濃度が１
×１０18ｃｍ-3で、拡散深さが２μｍのｐ+ 層として形
成される。図３の光電変換素子の作製方法について説明
すると、まず、Ｇｅ基板１０の両面に保護膜３０及び４
０が形成される。次いで、ｐ + 層２０及びｎ+ 層２２を
形成すべき部分の保護膜が、フォトリソグラフィーを用
いて除去される。次いで、熱拡散法、イオン注入法など
を用いて所定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２が形成され
る。次いで、表面側の保護膜３０が除去されて、Ｇｅ基
板１０の表面側に半導体層５０が形成される。次いで、
再び表面側に保護膜３０が形成される。最後に、電極パ
ターン２４及び２６が形成される。
×１０18ｃｍ-3で、拡散深さが２μｍのｐ+ 層として形
成される。図３の光電変換素子の作製方法について説明
すると、まず、Ｇｅ基板１０の両面に保護膜３０及び４
０が形成される。次いで、ｐ + 層２０及びｎ+ 層２２を
形成すべき部分の保護膜が、フォトリソグラフィーを用
いて除去される。次いで、熱拡散法、イオン注入法など
を用いて所定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２が形成され
る。次いで、表面側の保護膜３０が除去されて、Ｇｅ基
板１０の表面側に半導体層５０が形成される。次いで、
再び表面側に保護膜３０が形成される。最後に、電極パ
ターン２４及び２６が形成される。
【００３０】図３に示される構造の光電変換素子におい
ては、よりエネルギーレベルの高い領域である半導体層
（ｐ+ 層）５０により、表面近傍で発生したキャリア
（電子）が欠陥の多い表面側に移動する割合が大きく減
少する。かくして、表面の欠陥へ向かって移動し消滅す
るキャリア（電子）が減少するため、再結合損失が減少
して性能（光電変換効率）が向上する。従って、ＴＰＶ
発電装置の効率を向上させ、発生電力を増加させること
ができる。
ては、よりエネルギーレベルの高い領域である半導体層
（ｐ+ 層）５０により、表面近傍で発生したキャリア
（電子）が欠陥の多い表面側に移動する割合が大きく減
少する。かくして、表面の欠陥へ向かって移動し消滅す
るキャリア（電子）が減少するため、再結合損失が減少
して性能（光電変換効率）が向上する。従って、ＴＰＶ
発電装置の効率を向上させ、発生電力を増加させること
ができる。
【００３１】図４は、本発明の第４実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図４に示される光電変換素子
においても、バンドギャップの小さい半導体材料である
Ｇｅの層としてＧｅ基板１０が使用されている。そのＧ
ｅ基板１０の裏面には、キャリアを収集すべく、ｐ型半
導体層としてのｐ+ 層２０とｎ型半導体層としてのｎ +
層２２とがそれぞれ独立して交互に形成されている。そ
して、Ｇｅ基板１０の裏面側には、ｐ+ 層２０に接続さ
れる正電極２４とｎ+ 層２２に接続される負電極２６と
が設けられ、裏面電極型構造を実現している。また、Ｇ
ｅ基板１０の表面側には、Ｓｉ層６０が設けられてい
る。さらに、Ｓｉ層６０の表面側にはＳｉＯ2 膜７０が
設けられている。また、Ｇｅ基板１０の裏面側において
は、半導体層２０及び２２と電極２４及び２６とがそれ
ぞれ接続する部分以外の部分に保護膜４０が設けられて
いる。
変換素子の断面図である。図４に示される光電変換素子
においても、バンドギャップの小さい半導体材料である
Ｇｅの層としてＧｅ基板１０が使用されている。そのＧ
ｅ基板１０の裏面には、キャリアを収集すべく、ｐ型半
導体層としてのｐ+ 層２０とｎ型半導体層としてのｎ +
層２２とがそれぞれ独立して交互に形成されている。そ
して、Ｇｅ基板１０の裏面側には、ｐ+ 層２０に接続さ
れる正電極２４とｎ+ 層２２に接続される負電極２６と
が設けられ、裏面電極型構造を実現している。また、Ｇ
ｅ基板１０の表面側には、Ｓｉ層６０が設けられてい
る。さらに、Ｓｉ層６０の表面側にはＳｉＯ2 膜７０が
設けられている。また、Ｇｅ基板１０の裏面側において
は、半導体層２０及び２２と電極２４及び２６とがそれ
ぞれ接続する部分以外の部分に保護膜４０が設けられて
いる。
【００３２】ここで、図４に示される光電変換素子の具
体的構造について説明すると、例えば、Ｇｅ基板１０
は、厚み２００μｍを有し、ドーパント濃度３×１０15
ｃｍ-3のｐ型半導体を構成する。また、ｐ+ 層２０は、
ドーパント濃度１×１０19ｃｍ -3、拡散深さ２μｍを有
している。同様にして、ｎ+ 層２２は、ドーパント濃度
１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ２μｍを有している。Ｓｉ
層６０は、厚み５μｍを有し、ドーパント濃度１×１０
15ｃｍ-3のｐ型半導体を構成する。ＳｉＯ2 膜７０は、
厚み１１０ｎｍを有している。
体的構造について説明すると、例えば、Ｇｅ基板１０
は、厚み２００μｍを有し、ドーパント濃度３×１０15
ｃｍ-3のｐ型半導体を構成する。また、ｐ+ 層２０は、
ドーパント濃度１×１０19ｃｍ -3、拡散深さ２μｍを有
している。同様にして、ｎ+ 層２２は、ドーパント濃度
１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ２μｍを有している。Ｓｉ
層６０は、厚み５μｍを有し、ドーパント濃度１×１０
15ｃｍ-3のｐ型半導体を構成する。ＳｉＯ2 膜７０は、
厚み１１０ｎｍを有している。
【００３３】図４の光電変換素子の作製方法について説
明すると、まず、Ｇｅ基板１０の表面にプラズマＣＶＤ
法などによりＳｉ層６０が形成される。次いで、Ｓｉ層
６０の表面側にＳｉＯ2 膜７０が形成される。次いで、
Ｇｅ基板１０の裏面に保護膜４０が形成される。次い
で、ｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２を形成すべき部分の保護
膜が、フォトリソグラフィーを用いて除去される。次い
で、熱拡散法、イオン注入法などを用いて所定のｐ+ 層
２０及びｎ+ 層２２が形成される。最後に、電極パター
ン２４及び２６が形成される。
明すると、まず、Ｇｅ基板１０の表面にプラズマＣＶＤ
法などによりＳｉ層６０が形成される。次いで、Ｓｉ層
６０の表面側にＳｉＯ2 膜７０が形成される。次いで、
Ｇｅ基板１０の裏面に保護膜４０が形成される。次い
で、ｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２を形成すべき部分の保護
膜が、フォトリソグラフィーを用いて除去される。次い
で、熱拡散法、イオン注入法などを用いて所定のｐ+ 層
２０及びｎ+ 層２２が形成される。最後に、電極パター
ン２４及び２６が形成される。
【００３４】図４に示される構造の光電変換素子におい
ては、Ｓｉ層６０の表面に、熱拡散法などにより、界面
の欠陥が少ない保護膜（ＳｉＯ2 膜）７０が形成されて
いる。そのため、Ｇｅ表面に直接保護膜が形成される場
合に比較して、表面側の再結合損失をより多く減少させ
ることができる。すなわち、Ｓｉ層６０及びＳｉＯ2膜
７０を用いて、Ｇｅ表面に存在する欠陥の量を減少させ
ることができる。かくして、Ｇｅの小さいバンドギャッ
プを活かし、発光体が輻射する赤外光を効率よく電気に
変換することができる。
ては、Ｓｉ層６０の表面に、熱拡散法などにより、界面
の欠陥が少ない保護膜（ＳｉＯ2 膜）７０が形成されて
いる。そのため、Ｇｅ表面に直接保護膜が形成される場
合に比較して、表面側の再結合損失をより多く減少させ
ることができる。すなわち、Ｓｉ層６０及びＳｉＯ2膜
７０を用いて、Ｇｅ表面に存在する欠陥の量を減少させ
ることができる。かくして、Ｇｅの小さいバンドギャッ
プを活かし、発光体が輻射する赤外光を効率よく電気に
変換することができる。
【００３５】図５は、本発明の第５実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図５においては、図４におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図４の構造に対する図５の構造の
相違点は、図４の構造に対して、Ｓｉ層６０とＳｉＯ2
膜７０との界面７２に水素又はハロゲンが含有されてい
るという点にある。同様に、Ｇｅ基板１０とＳｉ層６０
との界面６２及びＧｅ基板１０と保護膜４０との界面１
２にも水素又はハロゲンが含有されている。このように
水素又はハロゲンを存在させることは、図２に関して説
明された作製方法と同様の方法で実現され、その存在
は、図２に関して説明された作用・効果と同一の作用・
効果を奏することとなる。
変換素子の断面図である。図５においては、図４におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図４の構造に対する図５の構造の
相違点は、図４の構造に対して、Ｓｉ層６０とＳｉＯ2
膜７０との界面７２に水素又はハロゲンが含有されてい
るという点にある。同様に、Ｇｅ基板１０とＳｉ層６０
との界面６２及びＧｅ基板１０と保護膜４０との界面１
２にも水素又はハロゲンが含有されている。このように
水素又はハロゲンを存在させることは、図２に関して説
明された作製方法と同様の方法で実現され、その存在
は、図２に関して説明された作用・効果と同一の作用・
効果を奏することとなる。
【００３６】図６は、本発明の第６実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図６においては、図４におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図４の構造に対する図６の構造の
相違点は、図４の構造に対して、Ｓｉ層６０の表面に半
導体層８０を形成した点、及び、Ｇｅ基板１０の表面に
半導体層５０を形成した点にある。すなわち、図４に示
されるように、Ｓｉ層６０とＳｉＯ2 膜７０との間に
は、Ｓｉ層６０よりも不純物濃度が高い半導体層８０が
設けられ、また、Ｇｅ基板１０とＳｉ層６０との間に
は、Ｇｅ基板１０よりも不純物濃度が高い半導体層５０
が設けられている。このような半導体層５０及び８０の
形成は、図３に関して説明された作製方法と同様の方法
で実現され、その存在は、図３に関して説明された作用
・効果と同一の作用・効果を奏することとなる。
変換素子の断面図である。図６においては、図４におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図４の構造に対する図６の構造の
相違点は、図４の構造に対して、Ｓｉ層６０の表面に半
導体層８０を形成した点、及び、Ｇｅ基板１０の表面に
半導体層５０を形成した点にある。すなわち、図４に示
されるように、Ｓｉ層６０とＳｉＯ2 膜７０との間に
は、Ｓｉ層６０よりも不純物濃度が高い半導体層８０が
設けられ、また、Ｇｅ基板１０とＳｉ層６０との間に
は、Ｇｅ基板１０よりも不純物濃度が高い半導体層５０
が設けられている。このような半導体層５０及び８０の
形成は、図３に関して説明された作製方法と同様の方法
で実現され、その存在は、図３に関して説明された作用
・効果と同一の作用・効果を奏することとなる。
【００３７】図７は、本発明の第７実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図７においては、図４におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図４の構造に対する図７の構造の
相違点は、図４の構造に対して、Ｇｅ基板１０とＳｉ層
６０との間にＧｅとＳｉとの混合層すなわち中間層９０
が設けられているという点にある。
変換素子の断面図である。図７においては、図４におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図４の構造に対する図７の構造の
相違点は、図４の構造に対して、Ｇｅ基板１０とＳｉ層
６０との間にＧｅとＳｉとの混合層すなわち中間層９０
が設けられているという点にある。
【００３８】図７の光電変換素子の作製方法について説
明すると、まず、Ｇｅ基板１０の表面にプラズマＣＶＤ
法などを用いてＳｉとＧｅとが混合した層９０が形成さ
れる。その形成に際しては、Ｇｅ基板側ではＧｅが多く
表面側ではＳｉが多くなるように、Ｓｉ及びＧｅの原料
となるガスの比率が調節されることで、ＳｉとＧｅとの
混合比が連続的に変化する中間層９０が形成される。次
いで、中間層９０の表面にプラズマＣＶＤ法などを用い
てＳｉ層６０が形成される。次いで、Ｇｅ基板１０の裏
面に保護膜４０が形成される。次いで、ｐ+ 層２０及び
ｎ+ 層２２を形成すべき部分の保護膜が、フォトリソグ
ラフィーを用いて除去される。次いで、熱拡散法、イオ
ン注入法などを用いて所定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２
が形成される。最後に、電極パターン２４及び２６が形
成される。
明すると、まず、Ｇｅ基板１０の表面にプラズマＣＶＤ
法などを用いてＳｉとＧｅとが混合した層９０が形成さ
れる。その形成に際しては、Ｇｅ基板側ではＧｅが多く
表面側ではＳｉが多くなるように、Ｓｉ及びＧｅの原料
となるガスの比率が調節されることで、ＳｉとＧｅとの
混合比が連続的に変化する中間層９０が形成される。次
いで、中間層９０の表面にプラズマＣＶＤ法などを用い
てＳｉ層６０が形成される。次いで、Ｇｅ基板１０の裏
面に保護膜４０が形成される。次いで、ｐ+ 層２０及び
ｎ+ 層２２を形成すべき部分の保護膜が、フォトリソグ
ラフィーを用いて除去される。次いで、熱拡散法、イオ
ン注入法などを用いて所定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２
が形成される。最後に、電極パターン２４及び２６が形
成される。
【００３９】図７に示される構造の光電変換素子におい
ては、ＳｉとＧｅとの混合比が連続的に変化する中間層
９０が設けられていることにより、Ｇｅ基板１０とＳｉ
層６０との間の領域のバンドギャップが連続的に変化す
る構造となっている。そのため、ヘテロ接合間に形成さ
れるバンドの不連続（ノッチやギャップ）が大幅に緩和
される。かくして、Ｓｉ層６０で生成されたキャリアが
Ｇｅ基板１０側に移動するにあたり、障害となるバンド
の不連続が緩和されるため、キャリアの再結合損失が減
少し、性能（光電変換効率）が向上する。従って、ＴＰ
Ｖ発電装置の効率を向上させて発生電力を増加させるこ
とができる。
ては、ＳｉとＧｅとの混合比が連続的に変化する中間層
９０が設けられていることにより、Ｇｅ基板１０とＳｉ
層６０との間の領域のバンドギャップが連続的に変化す
る構造となっている。そのため、ヘテロ接合間に形成さ
れるバンドの不連続（ノッチやギャップ）が大幅に緩和
される。かくして、Ｓｉ層６０で生成されたキャリアが
Ｇｅ基板１０側に移動するにあたり、障害となるバンド
の不連続が緩和されるため、キャリアの再結合損失が減
少し、性能（光電変換効率）が向上する。従って、ＴＰ
Ｖ発電装置の効率を向上させて発生電力を増加させるこ
とができる。
【００４０】以上に説明した実施形態は、Ｇｅ基板に基
づくものであった。一方、Ｓｉ基板は、半導体デバイス
に広く用いられ、資源的に豊富であり、Ｇｅ基板よりも
安価である。しかし、前述したように、Ｓｉは、ＴＰＶ
発電システムにおける発光体が輻射する赤外光を効率良
く電気に変換することができない。以下では、Ｓｉ基板
を用いた光電変換素子について説明する。
づくものであった。一方、Ｓｉ基板は、半導体デバイス
に広く用いられ、資源的に豊富であり、Ｇｅ基板よりも
安価である。しかし、前述したように、Ｓｉは、ＴＰＶ
発電システムにおける発光体が輻射する赤外光を効率良
く電気に変換することができない。以下では、Ｓｉ基板
を用いた光電変換素子について説明する。
【００４１】図８は、本発明の第８実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図８に示される光電変換素子
では、Ｓｉ層としてのＳｉ基板１６０の裏面側にＧｅ層
１１０が形成されている。そのＧｅ層１１０の裏面に
は、キャリアを収集すべく、ｐ型半導体層としてのｐ+
層２０とｎ型半導体層としてのｎ+ 層２２とがそれぞれ
独立して交互に形成されている。そして、Ｇｅ層１１０
の裏面側には、ｐ+ 層２０に接続される正電極２４とｎ
+ 層２２に接続される負電極２６とが設けられ、裏面電
極型構造を実現している。また、Ｓｉ基板１６０の表面
側にはＳｉＯ2 膜７０が設けられている。また、Ｇｅ層
１１０の裏面側においては、半導体層２０及び２２と電
極２４及び２６とがそれぞれ接続する部分以外の部分に
保護膜４０が設けられている。
変換素子の断面図である。図８に示される光電変換素子
では、Ｓｉ層としてのＳｉ基板１６０の裏面側にＧｅ層
１１０が形成されている。そのＧｅ層１１０の裏面に
は、キャリアを収集すべく、ｐ型半導体層としてのｐ+
層２０とｎ型半導体層としてのｎ+ 層２２とがそれぞれ
独立して交互に形成されている。そして、Ｇｅ層１１０
の裏面側には、ｐ+ 層２０に接続される正電極２４とｎ
+ 層２２に接続される負電極２６とが設けられ、裏面電
極型構造を実現している。また、Ｓｉ基板１６０の表面
側にはＳｉＯ2 膜７０が設けられている。また、Ｇｅ層
１１０の裏面側においては、半導体層２０及び２２と電
極２４及び２６とがそれぞれ接続する部分以外の部分に
保護膜４０が設けられている。
【００４２】ここで、図８に示される光電変換素子の具
体的構造について説明すると、例えば、Ｓｉ基板１６０
は、厚み２００μｍを有し、ドーパント濃度１×１０15
ｃｍ -3のｐ型半導体を構成する。また、Ｇｅ層１１０
は、厚み１０μｍを有し、ドーパント濃度３×１０15ｃ
ｍ-3のｐ型半導体を構成する。また、ｐ+ 層２０は、ド
ーパント濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ２μｍを有し
ている。同様にして、ｎ + 層２２は、ドーパント濃度１
×１０19ｃｍ-3、拡散深さ２μｍを有している。ＳｉＯ
2 膜７０は、厚み１１０ｎｍを有している。
体的構造について説明すると、例えば、Ｓｉ基板１６０
は、厚み２００μｍを有し、ドーパント濃度１×１０15
ｃｍ -3のｐ型半導体を構成する。また、Ｇｅ層１１０
は、厚み１０μｍを有し、ドーパント濃度３×１０15ｃ
ｍ-3のｐ型半導体を構成する。また、ｐ+ 層２０は、ド
ーパント濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ２μｍを有し
ている。同様にして、ｎ + 層２２は、ドーパント濃度１
×１０19ｃｍ-3、拡散深さ２μｍを有している。ＳｉＯ
2 膜７０は、厚み１１０ｎｍを有している。
【００４３】図８の光電変換素子の作製方法について説
明すると、まず、Ｓｉ基板１６０の表面側にＳｉＯ2 膜
７０が形成される。次いで、Ｓｉ基板１６０の裏面側に
プラズマＣＶＤ法などによりＧｅ層１１０が形成され
る。次いで、Ｇｅ層１１０の裏面に保護膜４０が形成さ
れる。次いで、ｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２を形成すべき
部分の保護膜が、フォトリソグラフィーを用いて除去さ
れる。次いで、熱拡散法、イオン注入法などを用いて所
定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２が形成される。最後に、
電極パターン２４及び２６が形成される。
明すると、まず、Ｓｉ基板１６０の表面側にＳｉＯ2 膜
７０が形成される。次いで、Ｓｉ基板１６０の裏面側に
プラズマＣＶＤ法などによりＧｅ層１１０が形成され
る。次いで、Ｇｅ層１１０の裏面に保護膜４０が形成さ
れる。次いで、ｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２を形成すべき
部分の保護膜が、フォトリソグラフィーを用いて除去さ
れる。次いで、熱拡散法、イオン注入法などを用いて所
定のｐ+ 層２０及びｎ+ 層２２が形成される。最後に、
電極パターン２４及び２６が形成される。
【００４４】図８に示される光電変換素子においては、
Ｓｉ基板１６０の裏面側にＧｅ層１１０を設けることに
より、赤外光を効率良く電気に変換することができるよ
うにされている。Ｓｉ基板の裏面側にＧｅ層を設けて裏
面電極型光電変換素子を作製することにより、ＴＰＶ発
電装置に適した光電変換素子を低コストで実現すること
が可能となる。
Ｓｉ基板１６０の裏面側にＧｅ層１１０を設けることに
より、赤外光を効率良く電気に変換することができるよ
うにされている。Ｓｉ基板の裏面側にＧｅ層を設けて裏
面電極型光電変換素子を作製することにより、ＴＰＶ発
電装置に適した光電変換素子を低コストで実現すること
が可能となる。
【００４５】図９は、本発明の第９実施形態に係る光電
変換素子の断面図である。図９においては、図８におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図８の構造に対する図９の構造の
相違点は、図８の構造に対して、Ｓｉ基板１６０とＳｉ
Ｏ2 膜７０との界面７２に水素又はハロゲンが含有され
ているという点にある。同様に、Ｇｅ層１１０とＳｉ基
板１６０との界面１６２及びＧｅ層１１０と保護膜４０
との界面１１２にも水素又はハロゲンが含有されてい
る。このように水素又はハロゲンを存在させることは、
図２に関して説明された作製方法と同様の方法で実現さ
れ、その存在は、図２に関して説明された作用・効果と
同一の作用・効果を奏することとなる。
変換素子の断面図である。図９においては、図８におけ
る要素と同一の要素には同一の符号を付すことにより、
その説明を省略する。図８の構造に対する図９の構造の
相違点は、図８の構造に対して、Ｓｉ基板１６０とＳｉ
Ｏ2 膜７０との界面７２に水素又はハロゲンが含有され
ているという点にある。同様に、Ｇｅ層１１０とＳｉ基
板１６０との界面１６２及びＧｅ層１１０と保護膜４０
との界面１１２にも水素又はハロゲンが含有されてい
る。このように水素又はハロゲンを存在させることは、
図２に関して説明された作製方法と同様の方法で実現さ
れ、その存在は、図２に関して説明された作用・効果と
同一の作用・効果を奏することとなる。
【００４６】図１０は、本発明の第１０実施形態に係る
光電変換素子の断面図である。図１０においては、図８
における要素と同一の要素には同一の符号を付すことに
より、その説明を省略する。図８の構造に対する図１０
の構造の相違点は、図８の構造に対して、Ｓｉ基板１６
０の表面に半導体層８０を形成した点、及び、Ｇｅ層１
１０の表面に半導体層５０を形成した点にある。すなわ
ち、図１０に示されるように、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ
2 膜７０との間には、Ｓｉ基板１６０よりも不純物濃度
が高い半導体層８０が設けられ、また、Ｇｅ層１１０と
Ｓｉ基板１６０との間には、Ｇｅ層１１０よりも不純物
濃度が高い半導体層５０が設けられている。このような
半導体層５０及び８０の形成は、図３に関して説明され
た作製方法と同様の方法で実現され、その存在は、図３
に関して説明された作用・効果と同一の作用・効果を奏
することとなる。
光電変換素子の断面図である。図１０においては、図８
における要素と同一の要素には同一の符号を付すことに
より、その説明を省略する。図８の構造に対する図１０
の構造の相違点は、図８の構造に対して、Ｓｉ基板１６
０の表面に半導体層８０を形成した点、及び、Ｇｅ層１
１０の表面に半導体層５０を形成した点にある。すなわ
ち、図１０に示されるように、Ｓｉ基板１６０とＳｉＯ
2 膜７０との間には、Ｓｉ基板１６０よりも不純物濃度
が高い半導体層８０が設けられ、また、Ｇｅ層１１０と
Ｓｉ基板１６０との間には、Ｇｅ層１１０よりも不純物
濃度が高い半導体層５０が設けられている。このような
半導体層５０及び８０の形成は、図３に関して説明され
た作製方法と同様の方法で実現され、その存在は、図３
に関して説明された作用・効果と同一の作用・効果を奏
することとなる。
【００４７】図１１は、本発明の第１１実施形態に係る
光電変換素子の断面図である。図１１においては、図８
における要素と同一の要素には同一の符号を付すことに
より、その説明を省略する。図８の構造に対する図１１
の構造の相違点は、図８の構造に対して、Ｇｅ層１１０
とＳｉ基板１６０との間にＧｅとＳｉとの混合層すなわ
ち中間層９０が設けられているという点にある。このよ
うな中間層９０は、図７に関して説明された作製方法と
同様の方法で形成され、その存在は、図７に関して説明
された作用・効果と同一の作用・効果を奏することとな
る。
光電変換素子の断面図である。図１１においては、図８
における要素と同一の要素には同一の符号を付すことに
より、その説明を省略する。図８の構造に対する図１１
の構造の相違点は、図８の構造に対して、Ｇｅ層１１０
とＳｉ基板１６０との間にＧｅとＳｉとの混合層すなわ
ち中間層９０が設けられているという点にある。このよ
うな中間層９０は、図７に関して説明された作製方法と
同様の方法で形成され、その存在は、図７に関して説明
された作用・効果と同一の作用・効果を奏することとな
る。
【００４８】図１２は、本発明の第１２実施形態に係る
光電変換素子の断面図であって、最も性能及びコストの
バランスに優れた構造を示すものである。Ｓｉ基板１６
０の表面側には、ｐ+ 半導体層８０及びＳｉＯ2 膜７０
が形成されている。また、裏面側には、Ｓｉ−Ｇｅ中間
層９０が設けられ、続いてＧｅ−ｐ+ 半導体層５０及び
Ｇｅ層１１０が形成され、さらには、キャリア収集のた
めのｐ+ 層２０及びｎ + 層２２並びに正電極２４及び負
電極２６が設けられている。
光電変換素子の断面図であって、最も性能及びコストの
バランスに優れた構造を示すものである。Ｓｉ基板１６
０の表面側には、ｐ+ 半導体層８０及びＳｉＯ2 膜７０
が形成されている。また、裏面側には、Ｓｉ−Ｇｅ中間
層９０が設けられ、続いてＧｅ−ｐ+ 半導体層５０及び
Ｇｅ層１１０が形成され、さらには、キャリア収集のた
めのｐ+ 層２０及びｎ + 層２２並びに正電極２４及び負
電極２６が設けられている。
【００４９】中間層９０は、前述のようにキャリアの移
動特性を向上させ、Ｓｉ基板１６０の表面側及びＧｅ層
１１０の表面側にそれぞれ設けられたｐ+ 半導体層８０
及び５０は、前述のように、キャリアが欠陥の多い表面
側に拡散して消滅することを防ぐことができる。また、
各界面１１２、９２、１６２及び７２には、水素元素又
はハロゲン元素が含有されており、前述のように、それ
らは界面の欠陥を減少させて再結合損失を低減させるこ
とができる。
動特性を向上させ、Ｓｉ基板１６０の表面側及びＧｅ層
１１０の表面側にそれぞれ設けられたｐ+ 半導体層８０
及び５０は、前述のように、キャリアが欠陥の多い表面
側に拡散して消滅することを防ぐことができる。また、
各界面１１２、９２、１６２及び７２には、水素元素又
はハロゲン元素が含有されており、前述のように、それ
らは界面の欠陥を減少させて再結合損失を低減させるこ
とができる。
【００５０】このような構造を用いることにより、Ｇｅ
層を含む裏面電極型素子を形成することができる。この
素子を用いると、高発光密度を有する発光体を用いたＴ
ＰＶ発電装置においてエネルギー変換効率を低コストで
向上させることができる。
層を含む裏面電極型素子を形成することができる。この
素子を用いると、高発光密度を有する発光体を用いたＴ
ＰＶ発電装置においてエネルギー変換効率を低コストで
向上させることができる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面でのキャリアの再結合損失を大幅に減少させ得る素
子構造を有し、ＴＰＶ発電用に適したＧｅを材料として
採用し且つ電極構造として裏面電極型を採用する光電変
換素子が提供される。
表面でのキャリアの再結合損失を大幅に減少させ得る素
子構造を有し、ＴＰＶ発電用に適したＧｅを材料として
採用し且つ電極構造として裏面電極型を採用する光電変
換素子が提供される。
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図８】本発明の第８実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図９】本発明の第９実施形態に係る光電変換素子の断
面図である。
面図である。
【図１０】本発明の第１０実施形態に係る光電変換素子
の断面図である。
の断面図である。
【図１１】本発明の第１１実施形態に係る光電変換素子
の断面図である。
の断面図である。
【図１２】本発明の第１２実施形態に係る光電変換素子
の断面図である。
の断面図である。
１０…Ｇｅ基板 １１０…Ｇｅ層 ２０…ｐ+ 層 ２２…ｎ+ 層 ２４…正電極 ２６…負電極 ３０…保護膜 ４０…保護膜 ５０…半導体層 ６０…Ｓｉ層 １６０…Ｓｉ基板 ７０…ＳｉＯ2 膜 ８０…半導体層 ９０…中間層
Claims (7)
- 【請求項１】 熱源によって加熱された発光体からの輻
射光を光電変換素子によって電力に変換する熱光発電装
置に好適な光電変換素子であって、 Ｇｅ基板と、 前記Ｇｅ基板の裏面にそれぞれ独立して設けられたｐ型
半導体層及びｎ型半導体層と、 前記Ｇｅ基板の裏面側に設けられ、それぞれ前記ｐ型半
導体層及びｎ型半導体層に接続された正電極及び負電極
と、 前記Ｇｅ基板の表面側に設けられた保護膜と、 を具備する光電変換素子。 - 【請求項２】 前記Ｇｅ基板と前記保護膜との界面に水
素又はハロゲンが含有されている、請求項１に記載の光
電変換素子。 - 【請求項３】 前記Ｇｅ基板と前記保護膜との間に前記
Ｇｅ基板よりも不純物濃度が高い半導体層が設けられて
いる、請求項１に記載の光電変換素子。 - 【請求項４】 熱源によって加熱された発光体からの輻
射光を光電変換素子によって電力に変換する熱光発電装
置に好適な光電変換素子であって、 Ｇｅ層と、 前記Ｇｅ層の裏面にそれぞれ独立して設けられたｐ型半
導体層及びｎ型半導体層と、 前記Ｇｅ層の裏面側に設けられ、それぞれ前記ｐ型半導
体層及びｎ型半導体層に接続された正電極及び負電極
と、 前記Ｇｅ層の表面側に設けられたＳｉ層と、 前記Ｓｉ層の表面側に設けられたＳｉＯ2 膜と、 を具備する光電変換素子。 - 【請求項５】 前記Ｓｉ層と前記ＳｉＯ2 膜との界面に
水素又はハロゲンが含有されている、請求項４に記載の
光電変換素子。 - 【請求項６】 前記Ｓｉ層と前記ＳｉＯ2 膜との間に前
記Ｓｉ層よりも不純物濃度が高い半導体層が設けられ、
又は、前記Ｇｅ層と前記Ｓｉ層との間に前記Ｇｅ層より
も不純物濃度が高い半導体層が設けられている、請求項
４に記載の光電変換素子。 - 【請求項７】 前記Ｇｅ層と前記Ｓｉ層との間にＧｅと
Ｓｉとの混合層が設けられている、請求項４に記載の光
電変換素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000105408A JP2001284616A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 熱光発電装置用光電変換素子 |
| US09/822,248 US20020011590A1 (en) | 2000-04-03 | 2001-04-02 | Photovoltaic conversion device for thermophotovoltaic power generation apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000105408A JP2001284616A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 熱光発電装置用光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284616A true JP2001284616A (ja) | 2001-10-12 |
Family
ID=18618773
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000105408A Withdrawn JP2001284616A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 熱光発電装置用光電変換素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020011590A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001284616A (ja) |
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| KR101029023B1 (ko) | 2008-07-11 | 2011-04-14 | 주식회사 밀레니엄투자 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
| KR101032064B1 (ko) * | 2008-07-24 | 2011-05-02 | 주식회사 밀레니엄투자 | 태양 전지 및 이의 제조방법 |
| JP6211743B1 (ja) * | 2016-12-13 | 2017-10-11 | 信越化学工業株式会社 | 高効率裏面電極型太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び太陽光発電システム |
| JP2018098486A (ja) * | 2017-09-13 | 2018-06-21 | 信越化学工業株式会社 | 高効率裏面電極型太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び太陽光発電システム |
| JP2021514174A (ja) * | 2018-02-23 | 2021-06-03 | ファイオン・テクノロジーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーＰｈｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＬＬＣ | 光電力変換のためのアセンブリ |
Families Citing this family (19)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008112848A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-05-15 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 単結晶シリコン太陽電池の製造方法及び単結晶シリコン太陽電池 |
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| JP5090716B2 (ja) * | 2006-11-24 | 2012-12-05 | 信越化学工業株式会社 | 単結晶シリコン太陽電池の製造方法 |
| JP5166745B2 (ja) * | 2007-03-07 | 2013-03-21 | 信越化学工業株式会社 | 単結晶シリコン太陽電池の製造方法 |
| JP5048380B2 (ja) * | 2007-04-09 | 2012-10-17 | 信越化学工業株式会社 | 単結晶シリコン太陽電池の製造方法 |
| EP2143146A1 (en) * | 2007-04-13 | 2010-01-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. | Photovoltaic device and method for manufacturing the same |
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