ショットキー型接合素子とこれを用いた光電変換素子及び太陽電池

2022.10.17 By 神奈川大学

材料工学

技術概要

近紫外光をカットしつつ、これを発電利用できる透明窓材料  

用途・応用

太陽電池

背景

 金属と半導体とを接合したショットキー接合が知られている。このショットキー接合は、Siの集積回路でバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタと組み合わされて使用されている。
 非特許文献1には、n型半導体とAu,Pdなど5eV以上の仕事関数を有する金属薄膜とによりショットキー障壁を形成するショットキー型接合光電変換素子が示されている。非特許文献1に記載のような従来のショットキー型接合光電変換素子では、金属薄膜電極において入射光の著しい減衰があるため、光電変換素子としての性能が充分に引き出せないという欠点があり、太陽電池としては実用化できないという欠点があった。

 特許文献1,2及び非特許文献2,3,4には、PEDOT:PSSやニッケルフタロシアニンなどの有機導電体、Au,Pd等の金属薄膜と、TiO 2 やSrTiO 3 などの酸化物半導体とによりショットキー障壁が形成されたショットキー型接合光電変換素子が示されている。PEDOT:PSSやニッケルフタロシアニンなどの有機導電体は、光透過率が金属薄膜電極よりも高いため、入射光の著しい減衰という問題は回避することができると考えられている。

 しかしながら、ショットキー型接合光電変換素子では、半導体としてTiO 2 やSrTi O 3 などの大きな光学的バンドギャップを有する酸化物が用いられているため、光電変換素子として感度を有することのできる波長が380nmよりも小さな領域に限られていた。このことにより、主に波長400nm以上800nm以下の可視光領域に対する分光感度が必要となる太陽電池として使用することができなかった。

【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】特開2008-244006号公報
【特許文献2】特開2004-214547号公報
【非特許文献】
【 非 特 許 文 献 1 】 K. M .Tracy et al., J. Appl. Physics Vol. 94, p.3939 (2003).
【 非 特 許 文 献 2 】 J. Yamamura et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 83, p.2097 (2003).
【 非 特 許 文 献 3 】 M . Nakano et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 91, p.142113 (2007).
【 非 特 許 文 献 4 】 M . Nakano et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 93, p.123309 (2008).

課題

 本発明は、高いショットキー障壁を持つショットキー型接合素子とこれを用いた光電変換素子及び太陽電池を提供することを目的とする。

手段

 上記目的を達成するため、本発明のショットキー型接合素子は、無機半導体と有機導電体とが接合されてショットキー接合を有するショットキー型接合素子であって、無機半導体 が サ フ ァ イ ア 基 板 上 に 形 成 さ れ た GaNであ り 、 有 機 導 電 体 が ポ リ ア ニ リ ン 系 の 有 機 導電 体 で あ る ことを特徴とする。

 上記目的を達成するために、本発明の太陽電池は、本発明のショットキー型接合素子を用い、光電変換部がショットキー接合を含んで構成されていることを特徴とする。
 上記目的を達成するために、本発明の光電変換素子は、本発明のショットキー型接合素子を用い、光 を 電 気 に 変換する変換部がショットキー接合を含んで構成されていることを特徴とする。

効果

 本発明によれば、特定の無機半導体上に有機導電体を設けることで高いショットキー障壁を有するショットキー型接合素子を提供することができる。特に、有機導電体が高い光透過率を有しているため、光電変換素子や太陽電池に利用すると良好な機能を発現する。特に、無機半導体として所定のバンドギャップを有する無機半導体を選択することで、吸収波長を紫外光から可視光にシフトすることができる。これにより、可視光領域における光電効果を有効に活用することができる。

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特許情報

特願2011-506166

JPB 005540323-000000