特開 2022-182917 電界効果型両面受光太陽電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182917

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】電界効果型両面受光太陽電池

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/07 20120101AFI20221201BHJP

   H01L 31/043 20140101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

H01L31/06 350

H01L31/04 510

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021112427

(22)【出願日】2021-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】521257640

【氏名又は名称】尊田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】尊田 浩二

【テーマコード（参考）】

5F151

【Ｆターム（参考）】

5F151AA01

5F151AA11

5F151BA11

5F151DA05

5F151DA11

5F151DA20

5F151FA02

(57)【要約】

【課題】 太陽の光をエネルギーとして受け取り発電するように新しく研究開発した素材で、現時点でＰ型層のみ、もしくはＮ型層のみしか実現できない太陽電池の素材において、電界効果を利用しつつ別途電圧を印加しなくても発電出来る方法を提供する。
【解決手段】 太陽光で価電子帯から伝導帯へ電子が励起される素材はＰ型層のみ、もしくはＮ型層のみの素材で、素材の両面に光を透過する極薄な電極から電気配線で負荷もしくは蓄電池へ接続され、素材は２枚用いて素材の間は透明絶縁材があり、電界効果がある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

図１に示す発明した太陽光で価電子帯から伝導帯へ電子が励起される素材は、Ｐ型層のみ、もしくはＮ型層のみでＰＮ接合が無い素材であり、Ｐ型層どうし、もしくはＮ型層どうしの素材、あるいはＰ型層とＮ型層の素材を２枚用いて、それら２枚の素材の間は透明絶縁材にて絶縁することで２枚の素材それぞれに電界効果を得られるようにし、なお、絶縁材は透明でなくても良く、太陽光で価電子帯から伝導帯へ電子が励起される素材の両面に光を透過する極薄な電極をショットキー接触になるように作り込み、なお、透明絶縁材が作り込まれた側の面の極薄な電極は透明でなくても良く、それぞれの電極に電気配線を接続し、電極に接続した電気配線の反対側は負荷もしくは蓄電池を接続し、両面受光が出来ることを特徴とする太陽電池。

【請求項2】

絶縁材を介した２つの太陽光で価電子帯から伝導帯へ電子が励起される素材がそれぞれ電界効果を大きくするための電圧印加を行なう役割を持ちながら、なおかつ電界効果が大きくなるような電圧印加を受ける側の役割も受け持つことを特徴とする請求項１に懸かる太陽電池。

【請求項3】

Ｐ型層のみの素材（２・６）、あるいはＮ型層のそれぞれ２枚の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している側のエネルギーバンドの傾斜は、太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起し、価電子帯のホールおよび伝導帯の電子ができるとき、エネルギーバンドの傾斜がより大きくなるというポジティブフィードバックを持つことを特徴とする請求項１に懸かる太陽電池。

【請求項4】

電界効果を大きくするための電圧印加が別途に必要無く、Ｐ型層のみの素材（２・６）、あるいはＮ型層のみの素材（２・６）そのものが発電することによって電界効果が大きくなることで、Ｐ型層のみの素材（２・６）、あるいはＮ型層のみの素材（２・６）そのものが別途必要な電圧印加の代わりになっていることを特徴とする請求項１に懸かる太陽電池。

【請求項5】

２枚の素材（２・６）のそれぞれ透明絶縁材（４）が作り込まれた側の反対側が受光面となる両面受光の太陽電池であり、２枚の素材（２・６）が透明な素材の場合、それぞれが受ける太陽の光エネルギーについて、２枚の素材（２・６）それぞれが吸収しきれなかった太陽の光エネルギーが透明絶縁材（４）と透明電極（１・３・５・７）によりお互い透過して、透明絶縁材（４）を介して向かい合った素材（２・６）へお互いに透過してきた太陽の光エネルギーとして受けることで発電効率が向上することを特徴とする請求項１に懸かる太陽電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池に関する分野である。

【背景技術】

【0002】

太陽電池はシリコン、有機薄膜、化合物半導体など様々な素材を用いて太陽からの光エネルギーにより電流を発生させる。

【0003】

太陽電池のＰ型層およびＮ型層は、それぞれ太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起される。励起された電子はＰ型層のエネルギー準位がＮ型層より高いため電子はＰ型層からＮ型層へ空乏層のエネルギーの傾斜に沿って流れ、またＰＮ層の接合で生成される空乏層においてもホールと電子が対発生し、空乏層のエネルギーの傾斜に沿って電子が流れることで、電流が発生する。

【0004】

先行技術文献の特許文献および非特許文献に太陽からの光エネルギーにより電流を発生させる素材の表層に電界効果型の構造を作りこみ反転層を活用する方法が提出されている。［特許文献１］では電界効果型の構造を作りこみ反転層を活用する方法が提出されているが特殊な素材を用いており広範囲な太陽電池になりうる素材全般に対する提案ではない。［特許文献２］では電界効果型の構造を作りこみ利用しようとしているが、対象となる素材はＰ型層－空乏層－Ｎ型層、あるいはＮ型層－空乏層－Ｐ型層、あるいはＰ型層－空乏層、あるいは空乏層－Ｐ型層の構造で、Ｐ型層のみあるいはＮ型層のみの素材は対象となっていない。［特許文献３］や［非特許文献１］では電界効果を向上させるのに別途電圧印加が必要な構成になっている。［非特許文献２］では特殊な素材を用いてＰＮ接合が無くても太陽光発電できる方法が提案されているが、広範囲な太陽電池になりうる素材全般に対する提案ではない。ほかにも［特許文献４］にてパワー半導体の高電圧の耐圧向上として半導体チップの外周部に設けられているガードリング部のフィールドプレート構造にて素材の表層に電界効果型の構造を作りこみ空乏層を広げる方法が提出されているが、太陽からの光エネルギーにより電流を発生させる素材の技術分野と関連はなく、電界効果は静的であり、技術思想は高電圧に対する耐圧を持たせパンチスルーあるいはリーチスルーによるパワー半導体の破壊を防ぐために、電界分布をゆるやかに安定的に拡げることである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－２４６６１７号公報

【特許文献2】特開平９－２１３９８７号公報

【特許文献3】特開平９－１９９７４２号公報

【特許文献4】特開平８－１３０３１７号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】電界効果を用いる新型高効率アモルファス太陽電池の開発 研究代表者 鯉沼秀臣（東京工業大学応用セラミックス研究所：日本） 共同研究者 川崎雅司（東京工業大学総合理工学研究科物質科学創造専攻：日本） Ｊａｎ Ｋｏｃｋａ（チェコ物理学研究所：チェコ） Ｇｅｏｒｇｅ Ｊ．Ｃｏｌｌｉｎｓ（コロラド大学：アメリカ合州国） Ｃｈｅｍｉｎｇ Ｈｕ（カリフォルニア大学バークレー校：アメリカ合衆国） 藤岡洋（東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻：日本） 角谷正友（静岡大学工学部電気電子工学科：日本）

【非特許文献2】インターネット上のニュース 日経Ｘ＿ＴＥＣＨ ２０１４年７月３１日付 ＰＮ接合を用いない新しい原理の太陽電池 ＰＶＪａｐａｎ２０１４にて発表 大阪大学 産業科学研究所 江村修一氏ら

【非特許文献3】透明絶縁材料カタログ ＴＯＭ－３０－１１ＴＲ 株式会社タムラ製作所

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

太陽電池となる素材を研究開発するとき、Ｐ型層とＮ型層を作り込むことが研究開発を進める上での障壁の一つになっている。

【0008】

新しく研究開発した素材において、太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子の伝導帯への励起は確認されるが、Ｐ型層のみ、もしくはＮ型層のみしか出来ないため太陽電池の素材としての研究開発を保留もしくは中止する場合がある。

【0009】

太陽からの光をエネルギーとして受け取り発電するように新しく研究開発した素材で、現時点でＰ型層のみ、もしくはＮ型層のみでＰＮ接合が無い太陽電池の素材において、電界効果を用いて別途電圧を印加しなくても発電出来る方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

図１に本発明の太陽からの光をエネルギーとして受け取り発電する方法を示す。太陽からの光エネルギーで価電子帯から伝導帯へ電子が励起される素材は、Ｐ型層のみもしくはＮ型層のみの素材であり、ＰＮ接合が無い素材である。

【0011】

太陽からの光エネルギーで価電子帯から伝導帯へ電子が励起される素材の両面に光を透過する極薄な電極（１・３・５・７）をショットキー接触になるように作り込み、それぞれの電極に電気配線（９）を接続し、電極に接続した電気配線の反対側は負荷もしくは蓄電池（１０）を接続する。

【0012】

素材の両面に光を透過する極薄な電極（１・３・５・７）は酸化チタンＴｉＯ２など透明で導電性の有る材料で作り込む。電極と電気配線は電気的に接続できる任意の方法で良く、たとえば図６、図７、図８、図９に示すように電極と電気配線を導電性接着剤（８）で接続する。なお、本発明の太陽電池は［００５１］に示すように両面受光太陽電池のため、［００１３］に示す透明絶縁材（４）が作り込まれた側の面の極薄な電極（３・５）は透明でなくても良い。この場合、片側の素材に入射した光エネルギーが反対側の素材まで透過しないため太陽からの光エネルギーで反対側の素材は発電せず、発電効率は低下する。

【0013】

太陽からの光エネルギーで価電子帯から伝導帯へ電子が励起される素材のＰ型層どうし、もしくはＮ型層どうしの素材（２・６）、あるいはＰ型層とＮ型層の素材（２・６）を用いて、それら２枚の素材（２・６）の間は透明絶縁材（４）にて絶縁する。

【0015】

２枚のＰ型層のみ、もしくはＮ型層のみの素材（２・６）、あるいはＰ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）のそれぞれの片側の面に透明絶縁材（４）を作り込み透明絶縁材（４）がある側の面同士を合わせる。反対側の面には透明絶縁材（４）を作り込んでも作らなくても良い。２枚は図１、図６、図８に示すように素材（２・６）の透明絶縁材（４）側の電極に配線を接続できるように重ねる。

【0014】

透明絶縁材（４）は電気的に絶縁できる透明な任意のもので良く、たとえば２枚のＰ型層のみ、もしくはＮ型層のみの素材（２・６）において、２枚の素材（２・６）それぞれの、どちららか片側の面に透明絶縁材となる材料を塗布した後にＵＶ照射硬化で作り込む方式で良い。なお、２枚の素材（２・６）それぞれの両面に透明絶縁材（４）を作りこんでも良い。また、本発明の太陽電池は［００５１］に示すように両面受光太陽電池であり、絶縁材は透明でなくても良い。この場合、［００１２］に示した同じ原理で発電効率は低下する。なお、電極になる箇所は有機レジストなどでマスクして透明絶縁材を作りこまないようにする。マスクできれば良いのでマスクする方法は有機レジストを用いたものでなくても良い。

【0016】

太陽からの光エネルギーで価電子帯から伝導帯へ電子が励起される２枚の素材（２・６）は透明絶縁材（４）を介してＰ型層どうしの素材（２・６）、もしくはＮ型層どうしの素材（２・６）あるいはＰ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）が接している。この構造によって電界効果が発生し、Ｐ型層どうしの素材（２・６）の場合はそれぞれ２枚の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している側の価電子帯の多数キャリアのホール（１３）どうしは反発する。

【0017】

電界効果によりＮ型層どうしの素材（２・６）の場合はそれぞれ２枚の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している側の伝導帯の多数キャリアの電子（２４）どうしは反発する。

【0018】

電界効果によりＰ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）の場合はそれぞれ２枚の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している側にて、Ｐ型層の素材の価電子帯の多数キャリアのホール（２７）と、Ｎ型層の素材の伝導帯の多数キャリアの電子（２８）どうしは引き付けあう（２９）。

【0019】

このとき太陽光を当てて、太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起（１５）し、価電子帯のホールおよび伝導帯の電子が増加すると、それぞれ２枚の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している素材がＰ型層どうしの場合は素材内の価電子帯の多数キャリアのホール（１３）の反発が大きくなるような電界効果が発生する。

【0020】

Ｎ型層どうしの素材の場合は素材内の伝導帯の多数キャリアの電子（２４）の反発が大きくなるような電界効果が発生する。

【0021】

Ｐ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）の場合は電界効果が向上することにより、Ｐ型層の価電子帯の多数キャリアのホール（２７）と、Ｎ型層の伝導帯の多数キャリアの電子（２８）の引き付けあいが大きくなる（２９）ような電界効果が発生する。

【0022】

Ｐ型層どうしの素材（２・６）の場合は素材内の透明絶縁材（４）に接している側と反対側の電極（１・７）を作り込まれている側に価電子帯の多数キャリアのホールが供給されて発電する。

【0023】

Ｎ型層どうしの素材（２・６）の場合は素材内の透明絶縁材（４）に接している側と反対側の電極（１・７）を作り込まれている側に伝導帯の多数キャリアの電子が供給されて発電する。

【0024】

Ｐ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）の場合はＰ型層の素材内の価電子帯の多数キャリアのホールと、Ｎ型層の素材内の伝導帯の多数キャリアの電子が素材内の透明絶縁材（４）と接している側に引き合うため、Ｐ型層とＮ型層の素材（２・６）それぞれの素材において素材内の透明絶縁材（４）に接している側の電極（３・５）が作り込まれている側へ、Ｐ型層の素材は価電子帯の多数キャリアのホールがＮ型層の素材は伝導帯の多数キャリアの電子が供給されて発電する。

【0025】

このことから、Ｐ型層の素材（２・６）あるいはＮ型層の素材（２・６）のみ、あるいはＰ型層の素材とＮ型層の素材（２・６）の組み合わせのみで発電することができる。

【0026】

本発明の重要な特徴としては、電界効果を大きくするための電圧印加が別途必要無いことであり、Ｐ型層のみの素材（２・６）、あるいはＮ型層のみの素材（２・６）そのものが発電することによって電界効果が大きくなるため、Ｐ型層のみの素材（２・６）、あるいはＮ型層のみの素材（２・６）そのものが別途必要な電圧印加の代わりになっていることである。

【0027】

本発明の重要な特徴の２つめは、Ｐ型層のみの素材（２・６）、あるいはＮ型層のみの素材（２・６）そのものが発電することによって電界効果が大きくなる。Ｐ型層のみの素材（２・６）、あるいはＮ型層のそれぞれ２枚の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している側のエネルギーバンドの傾斜は大きくなり、それにともない太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起し価電子帯のホールおよび伝導帯の電子ができるとき、Ｐ型層の素材の場合は価電子帯のエネルギーは低く、Ｎ型層の場合は伝導帯の電子のエネルギーは高くなる。それがまた透明絶縁材（４）に接している側のエネルギーバンドの傾斜をより大きくし、それによって太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起し価電子帯のホールおよび伝導帯の電子ができるとき、Ｐ型層の素材の場合は価電子帯のエネルギーはより低く、Ｎ型層の場合は伝導帯の電子のエネルギーはより高くなる、というポジティブフィードバックが起こる。

【0028】

本発明の重要な特徴の３つめは、従来の技術では、絶縁材を介した２つの素材において、電界効果を大きくするために電圧印加を行う側と、電界効果を受ける側に役割がくっきりと区分されていた。しかし、本発明では絶縁材を介した２つの素材がそれぞれ電界効果を大きくするための電圧印加を行なう役割を持ちながら、なおかつ電界効果が大きくなるような電圧印加を受ける側の役割も受け持つという画期的な方法になっている。

【0029】

図２に示すＰ型層どうしの素材（２・６）の場合の素材内の電位差が電流として流れるしくみは、太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起（１５）し、価電子帯の多数キャリアのホールが増加すると、それぞれ２枚のＰ型層の素材の間の透明絶縁材（４）に接している側の価電子帯の多数キャリアのホール（１３）どうしが電界効果により反発して、素材の透明絶縁材（４）に接している側の反対側へ移動（１４）する。

【0030】

素材の透明絶縁材（４）に接している側と反対側には、Ｐ型層の素材（２・６）なので多数キャリアのホールが存在しており、加えて太陽からの光エネルギーにより価電子帯から伝導帯へ電子が励起して出来た価電子帯のホールがある。ここに、素材の透明絶縁材（４）に接しているエネルギーバンドの傾斜が大きくなった（１２）箇所で価電子帯から伝導体へ電子が励起（３８）して発生したエネルギーが低いホール（３９）が流れ込む（４０）ことで、素材の価電子帯のホールは、透明絶縁材（４）に接している側の反対側へ押し出される。

【0031】

透明絶縁材（４）に接している側の反対側のホール（２０）は過剰となり、押し出されるようにショットキー障壁（１９）を越え、光を透過する極薄な電極（１・７）へホールが供給されて電極にある電子と対消滅（２１）する。

【0032】

素材の透明絶縁材（４）に接している側では、それぞれ２枚のＰ型層の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している側の価電子帯の多数キャリアのホールどうしが電界効果により反発して大きくなったエネルギーバンドの傾斜（１２）に沿って、素材内の伝導帯にある少数キャリアの電子が流れ極薄な電極（５・７）へ供給される。

【0033】

素材の透明絶縁材（４）に接している側のエネルギーバンドの傾斜の幅（４７）は、素材の透明絶縁材（４）に接している側の反対側のエネルギーバンドの傾斜の幅（４８）より大きいので、素材の透明絶縁材（４）に接している側のエネルギーバンドの傾斜の幅（４７）の範囲で太陽からの光エネルギーにより価電子帯から伝導帯へ励起する電子の量は、素材の透明絶縁材（４）に接している側の反対側のエネルギーバンドの傾斜の幅（４８）の範囲で太陽からの光エネルギーにより価電子帯から伝導帯へ励起する電子の量より多い。

【0034】

そのため素材の透明絶縁材（４）に接している側から極薄な電極（３・５）へ供給される電子の量は、素材の透明絶縁材（４）に接している側の反対側から極薄な電極（７）へ供給される電子の量より多い。このことからそれぞれの電極（１・３・５・７）へ供給される電子の量の差分が、素材の透明絶縁材（４）に接している側から極薄な電極（３・５）へ供給される電子の流れになる。

【0035】

２枚のＰ型層の素材の電極（１・７）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へホールが流れ、２枚のＰ型層の素材の電極（３・５）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へ電子が流れることで電流経路は出来る。

【0036】

図３に示すＮ型層どうしの素材（２・６）の場合の素材内の電位差を電流として流れるしくみは、太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起（１５）し、伝導帯の多数キャリアの電子が増加すると、それぞれ２枚のＮ型層の素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）に接している側の伝導帯の多数キャリアの電子（２４）どうしが電界効果により反発して、素材の透明絶縁材（４）に接している側と反対側へ移動（２５）する。

【0037】

素材の透明絶縁材（４）に接している側と反対側には既にＮ型層の素材（２・６）なので多数キャリアの電子が存在しており、加えて太陽からの光エネルギーにより価電子帯から伝導帯へ励起（１５）した電子があるため、ここに、素材の透明絶縁材（４）に接しているエネルギーバンドの傾斜が大きくなった（２３）箇所で価電子帯から伝導体へ電子が励起（４１）して発生したエネルギーが高い電子（４２）が流れ込む（４０）ことで、素材の伝導帯の電子は、透明絶縁材（４）に接している側の反対側へ押し出される。

【0038】

透明絶縁材（４）に接している側の反対側の電子（２６）は過剰となり、押し出されるようにショットキー障壁（４４）を越え、光を透過する極薄な電極（１・７）へ電子が供給される。

【0038】

素材の透明絶縁材（４）に接している側では、伝導帯の多数キャリアの電子どうしが電界効果により反発して大きくなったエネルギーバンドの傾斜（１２）に沿って、素材内の少数キャリアのホール（２２）が極薄な電極（３・５）へ供給されて電極にある電子と対消滅（２１）する。

【0039】

素材の透明絶縁材（４）に接している側のエネルギーバンドの傾斜の幅（４９）は、素材の透明絶縁材（４）に接している側の反対側のエネルギーバンドの傾斜の幅（５０）より大きいので、素材の透明絶縁材（４）に接している側のエネルギーバンドの傾斜の幅（４９）の範囲で太陽からの光エネルギーにより価電子帯から伝導帯へ電子が励起して出来る価電子帯のホールの量は、素材の透明絶縁材（４）に接している側の反対側のエネルギーバンドの傾斜の幅（５０）の範囲で太陽からの光エネルギーにより価電子帯から伝導帯へ電子が励起して出来る価電子帯のホールの量より多い。

【0040】

そのため素材の透明絶縁材（４）に接している側から極薄な電極（３・５）へ供給されるホールの量は、素材の透明絶縁材（４）に接している側の反対側から極薄な電極（１・７）へ供給されるホールの量より多い。このことからそれぞれの電極（１・３・５・７）へ供給されるホールの量の差分が、素材の透明絶縁材（４）に接している側から極薄な電極（３・５）へ供給されるホールの流れになる。

【0041】

２枚のＮ型層の素材の電極（１・７）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へ電子が流れ、２枚のＮ型層の素材の電極（３・５）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へホールが流れることで電流経路は出来る。

【0042】

図４、図５に示すＰ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）の組み合わせの場合、それぞれの素材内の電位差を電流として流れるしくみは、Ｐ型層の素材の間の透明絶縁材（４）に接している側の価電子帯には多数キャリアのホール（２７）が存在しており、Ｎ型層の素材の伝導帯には多数キャリアの電子（２８）が存在している。

【0043】

Ｐ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）の間の透明絶縁材（４）による電界効果によりＰ型層の素材のホール（２７）とＮ型層の素材の電子（２８）は引き付けあい、Ｐ型層の素材の透明絶縁材（４）に接している側の価電子帯の多数キャリアのホールとＮ型層の素材の透明絶縁材（４）に接している側の伝導帯の多数キャリアの電子が多くなる。

【0044】

太陽からの光エネルギーにより価電子帯の電子が伝導帯へ励起（１５）し、Ｐ型層の素材の価電子帯の多数キャリアのホールとＮ型層の素材の伝導体の電子が増加し、Ｐ型層の素材の透明絶縁材（４）に接している側の価電子帯の多数キャリアのホールとＮ型層の素材の伝導帯の多数キャリアの電子が過剰になる。

【0045】

Ｐ型層の素材では、透明絶縁材（４）に接している側のショットキー障壁は、キャリア透明絶縁材（４）に接している側と反対側のショットキー障壁より低くなり差ができる（４５）。過剰となったホール（２７）のエネルギーは低くなるため、ショットキー障壁（３０）を越えて光を透過する極薄な電極（１・７）へホールが供給され電極にある電子と対消滅（３１）する。

【0046】

Ｎ型層の素材では、透明絶縁材（４）に接している側のショットキー障壁は、キャリア透明絶縁材（４）に接している側と反対側のショットキー障壁より低くなり差ができる（４６）。過剰となった電子（２８）のエネルギーは高くなるため、ショットキー障壁（３２）を越えて光を透過する極薄な電極（１・７）へ電子が供給される。

【0047】

Ｐ型層の素材の素材の透明絶縁材（４）に接している側と反対側ではエネルギーバンドの傾斜（３３）に沿って、素材内の少数キャリアの電子（３４）が極薄な電極（３・５）へ供給される。

【0048】

Ｎ型層の素材のキャリア透明絶縁材（４）に接している側と反対側ではエネルギーバンドの傾斜（３５）に沿って、素材内の少数のホール（３６）が極薄な電極にある電子と対消滅（３７）する。

【0049】

Ｐ型層の素材の電極（１）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へホールが流れ、Ｐ型層の素材の電極（７）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へ電子が流れ、Ｎ型層の素材の電極（７）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へ電子が流れ、Ｎ型層の素材の電極（５）に接続している配線（９）を通じて負荷もしくは蓄電池（１０）へホールが流れることで電流経路は出来る。

【0050】

本発明は、［００２７］から［００４４］に示すことから、太陽からの光エネルギーによりＰ型層どうしの素材（２・６）、あるいはＮ型層どうしの素材（２・６）、あるいはＰ型層の素材とＮ型層の素材（２・６）にて、発電できる方法を提供する。

【0051】

また、図１に示す本発明は、２枚のＰ型層のみ、あるいはＮ型層のみの素材（２・６）、あるいはＰ型層のみしかできない素材とＮ型層のみしかできない素材（２・６）に透明絶縁材（４）が作り込まれた側の面同士を合わせ、また、素材（２・６）に透明電極（１・３・５・７）を作りこむことにより、２枚の素材（２・６）のそれぞれ透明絶縁材（４）が作り込まれた側の反対側が受光面となる両面受光の太陽電池となる。２枚の素材（２・６）が透明な素材の場合、それぞれが受ける太陽の光エネルギーについて、２枚の素材（２・６）それぞれが吸収しきれなかった太陽の光エネルギーが透明絶縁材（４）と透明電極（１・３・５・７）によりお互い透過して、透明絶縁材（４）を介して向かい合った素材（２・６）へお互いに透過してきた太陽の光エネルギーとして受けることで発電効率は向上する。

【発明の効果】

【0052】

太陽からの光をエネルギーとして受け取り発電するように新しく研究開発した素材で、Ｐ型層は作ることができるがＮ型層を作るのが困難である、あるいはＮ型層は作ることはできるがＰ型層を作るのが困難であり、ＰＮ接合を作る事が出来ない。このため、従来は研究開発を保留もしくは中止しなくてはいけない場合があったが、発明した方法を用いれば、研究開発した素材について太陽光のスペクトルで赤外線から紫外線までの波長でどの波長に感度が高いかなどの調査が可能となり、素材そのものの研究開発を保留もしくは中止せずに進めることができるようになる。なお、電極に酸化チタンＴｉＯ２を用いた場合は紫外線を吸収するので使用する材料の特性は考慮する。

【0053】

なお、既に実用化しているシリコンや有機半導体の太陽電池にも適用でき、Ｐ型層のみ、あるいはＮ型層のみのシリコンや有機半導体を作るだけで太陽電池として使える。

【0054】

シリコン太陽電池の場合、Ｐ型層あるいはＮ型層を作りこむときに必要な、たとえば高電圧の注入機を用いる場合は、ジボランＢ２Ｈ６あるいはホスフィンＰＨ３あるいはアルシンＡｓＨ３などの不純物注入工程やその後の格子欠陥回復のアニーリング工程が必要である。あるいは拡散炉を用いる場合は、ジボランＢ２Ｈ６もしくはホスフィンＰＨ３を用いて拡散炉でドープした後、異常成長したボロンガラスあるいはリンガラスを除去するガラスエッチング処理を行った後、拡散のための高温拡散ドライブ炉の使用、また各工程前には高純度シリコンのコンタミネーション除去のための自動前処理装置の使用が必要である。これらのウェハプロセス全ての省略とウェハプロセス全体の時間的な短縮、それにともなう消費電力の低減ができ、製造工程で排出するＣＯ２削減に寄与できる。またウェハプロセスに伴う材料ガスの消費も抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】電界効果型太陽電池の模式図

【図2】Ｐ型層のみの素材の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図3】Ｎ型層のみの素材の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図4】Ｐ型層とＮ型層の素材のＰ型層側の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図5】Ｐ型層とＮ型層の素材のＮ型層側の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図6】電極と配線の箇所の模式図

【符号の説明】

【0056】

１ 光を透過する極薄な電極
２ Ｐ型層のみ、もしくはＮ型層のみの素材
３ 光を透過する極薄な電極
４ 透明絶縁材
５ 光を透過する極薄な電極
６ Ｐ型層のみ、もしくはＮ型層のみの素材
７ 光を透過する極薄な電極
８ 導電性接着剤
９ 電気配線
１０ 負荷もしくは蓄電池
１１ エネルギーバンドの傾斜に沿って流れる電子
１２ ホールどうしが反発して大きくなったエネルギーバンドの傾斜
１３ 反発したホール
１４ 反発したホールの移動方向
１５ 太陽の光エネルギーによる励起
１６ 価電子帯
１７ 禁制帯
１８ 伝導帯
１９ ショットキー障壁
２０ ショットキー障壁を越えるホール
２１ ホールと電子の対消滅
２２ エネルギーバンドの傾斜に沿って流れるホール
２３ 電子どうしが反発して大きくなったエネルギーバンドの傾斜
２４ 反発した電子
２５ 反発した電子の移動方向
２６ ショットキー障壁を越える電子
２７ 引き付けあうホール
２８ 引き付けあう電子
２９ 引き付けあうホールと電子
３０ ショットキー障壁
３１ ホールと電子の対消滅
３２ ショットキー障壁
３３ エネルギーバンドの傾斜
３４ エネルギーバンドの傾斜に沿って流れる電子
３５ エネルギーバンドの傾斜
３６ エネルギーバンドの傾斜に沿って流れるホール
３７ ホールと電子の対消滅
３８ エネルギーバンドの傾斜が大きい箇所の励起
３９ エネルギーバンドの傾斜が大きい箇所で発生したホール
４０ エネルギーバンドの傾斜が大きい箇所で発生したホールの流れ
４１ エネルギーバンドの傾斜が大きい箇所の励起
４２ エネルギーバンドの傾斜が大きい箇所で発生した電子
４３ エネルギーバンドの傾斜が大きい箇所で発生した電子の流れ
４４ ショットキー障壁
４５ ショットキー障壁の差
４６ ショットキー障壁の差
４７ 透明絶縁材に接している側のエネルギーバンドの傾斜の幅
４８ 透明絶縁材に接している側と反対側のエネルギーバンドの傾斜の幅
４９ 透明絶縁材に接している側のエネルギーバンドの傾斜の幅
５０ 透明絶縁材に接している側と反対側のエネルギーバンドの傾斜の幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2021-08-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0055】

【図1】電界効果型太陽電池の模式図

【図2】Ｐ型層のみの素材の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図3】Ｎ型層のみの素材の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図4】Ｐ型層とＮ型層の素材のＰ型層側の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図5】Ｐ型層とＮ型層の素材のＮ型層側の電界効果型太陽電池のエネルギーバンド図

【図6】電極と配線の箇所の模式図

【図7】電極と配線の箇所の模式図

【図8】電極と配線の箇所の模式図

【図9】電極と配線の箇所の模式図