(57)【要約】【課題】従来の太陽電池と比較して、変換効率が高い太陽電池を提供する。【解決手段】Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２とが積層された光起電力層３と、Ｎ型半導体層１側に積層された第１の電極層と、Ｐ型半導体層側に積層された第２の電極層とを備える太陽電池において、Ｐ型半導体層２を、磁気的性質を持った半導体材料で構成し、Ｐ型半導体層２の内部に、光の入射方向に対して垂直な方向の磁界が印加された状態とする。これにより、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２とのＰＮ接合界面において、光が照射されることで発生した電子と正孔とを、光電磁効果により分離移動させて、それぞれを、第１の電極層４と第２の電極層５とに移動させることができる。この結果、電子と正孔との再結合を抑制でき、変換効率を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光により発生した電子および正孔を、それぞれ、両側に配置された電極（４、５）に移動させることで、光から電力を起こす光起電力層（３）と、
前記光起電力層（３）で発生した前記電子および前記正孔に対して光電磁効果が働くように、前記光起電力層（３）に磁界を印加する磁界印加手段（８）とを有することを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記磁界印加手段（８）は、前記光起電力層（３）で発生した前記電子および前記正孔の前記各電極（４、５）への移動方向と垂直な方向に磁界を印加するものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記磁界印加手段として、前記電子および前記正孔の前記各電極（４、５）への移動方向と垂直な方向の磁気モーメントを持つ磁気モーメント層（８、９）を有しており、前記磁気モーメント層（８、９）は、前記電極（４、５）の前記光起電力層（３）から離れた側に、配置されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記光起電力層（３）は、Ｐ型半導体層（２）と、Ｎ型半導体層（１）とが接合された構成であり、
前記Ｐ型半導体層（２）は、前記磁気モーメント層（８、９）により、その内部に磁界を有していることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記光起電力層（３）は、Ｐ型半導体層（２）と、真性半導体層（１０）と、Ｎ型半導体層（１）とが順に積層された構成であり、
前記真性半導体層（１０）は、前記磁気モーメント層（８、９）により、その内部に磁界を有していることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記磁気モーメント層（８、９）は強磁性体であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項７】
入射した光により発生した電子および正孔を、それぞれ、両側に配置された電極（４、５）に移動させることで、光から電力を起こす光起電力層（３）を有し、
前記光起電力層（３）は、発生した前記電子および前記正孔に対して光電磁効果が働くような磁気モーメントを持つ材料で構成されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項８】
前記光起電力層（３）は、前記電子および前記正孔の前記各電極（４、５）への移動方向と垂直な方向の磁気モーメントを持つ材料で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記光起電力層（３）は、磁気的性質を持った半導体で構成されることにより、その内部に磁界を有していることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記磁気的性質を持った半導体は、強磁性的性質を持った半導体であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記磁気的性質を持った半導体は、反強磁性的性質を持った半導体であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記磁気的性質を持った半導体は、フェリ磁性的性質を持った半導体であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記磁気的性質を持った半導体は、常磁性的性質を持った半導体であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記磁気的性質を持った半導体は、微視的磁区を有することを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記光起電力層（３）は、Ｐ型半導体層（２）と、Ｎ型半導体層（１）とが接合された構成であり、
前記Ｐ型半導体層（２）は、磁気的性質を持った半導体で構成されることにより、その内部に磁界を有していることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記Ｐ型半導体層（２）は、鉄シリコン系酸化物により構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記Ｐ型半導体層（２）は、前記鉄シリコン系酸化物のうちのＦｅ（ＳｉＯ）２により構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の太陽電池。
【請求項１８】
前記Ｐ型半導体層（２）は、遷移金属が添加されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の太陽電池。
【請求項１９】
前記Ｐ型半導体層（２）は、遷移金属の種類もしくは添加量が異なる複数の前記鉄シリコン系酸化物の層が積層された構成であることを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池。
【請求項２０】
前記Ｎ型半導体層（１）は、鉄シリコン系酸化物により構成されていることを特徴とする請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項２１】
前記Ｎ型半導体層（１）は、前記鉄シリコン系酸化物のうちのＦｅ（ＳｉＯ２）２により構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の太陽電池。
【請求項２２】
前記Ｐ型半導体層（２）は、鉄シリコン系炭化物により構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池。
【請求項２３】
前記光起電力層（３）は、Ｐ型半導体層（２）と、Ｎ型半導体層（１）とが接合された構成であり、
前記Ｐ型半導体層（２）は、遷移金属の微粒子が分散された半導体材料で構成されることにより、その内部に磁界を有していることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【請求項２４】
前記Ｎ型半導体層（１）は、ＺｎＯ、ＳｎＯ２もしくはＩｎ２Ｏ３により構成されていることを特徴とする請求項１５、１６、１７、１８、１９、２２または２３のいずれか１つに記載の太陽電池。
【請求項２５】
前記Ｎ型半導体層（１）は、鉄シリコン系炭化物により構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の太陽電池。
【請求項２６】
前記Ｎ型半導体層（１）と前記Ｐ型半導体層（２）は、ともに、炭素により構成されていることを特徴とする請求項４または２３に記載の太陽電池。
【請求項２７】
前記光起電力層（３）は、Ｐ型半導体層（２）と、真性半導体層（１０）、Ｎ型半導体層（１）とが順に積層された構成であり、
前記真性半導体層（１０）は、磁性的性質を持った半導体で構成されることにより、その内部に磁界を有していることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項２８】
前記真性半導体層（１０）は、鉄シリコン系酸化物により構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の太陽電池。
【請求項２９】
前記真性半導体層（１０）は、前記鉄シリコン系酸化物のうちのＦｅ（ＳｉＯ）２により構成されていることを特徴とする請求項２８に記載の太陽電池。
【請求項３０】
前記真性半導体層（１０）は、遷移金属が添加されていることを特徴とする請求項２８または２９に記載の太陽電池。
【請求項３１】
前記真性半導体層（１０）は、遷移金属の種類もしくは添加量が異なる複数の前記鉄シリコン系酸化物の層が積層された構成であることを特徴とする請求項３０に記載の太陽電池。
【請求項３２】
前記真性半導体層（１０）は、鉄シリコン系炭化物により構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の太陽電池。
【請求項３３】
前記光起電力層（３）は、Ｐ型半導体層（２）と、真性半導体層（１０）と、Ｎ型半導体層（１）とが順に積層された構成であり、
前記真性半導体層（１０）は、遷移金属の微粒子が分散された半導体材料で構成されることにより、その内部に磁界を有していることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【請求項３４】
前記Ｐ型半導体層（２）と前記真性半導体層（１０）と前記Ｎ型半導体層（１）は、ともに、炭素で構成されていることを特徴とする請求項５または３３に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、太陽電池は、大型の家庭用発電から電卓や時計などの小型の電子機器にまで広く適用されている。
【０００３】
太陽電池としては、図１に示すように、例えば、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２とが積層された構成（ＰＮ構造）の光起電力層３と、Ｎ型半導体層１側に積層された第１の電極層４と、Ｐ型半導体層２側に積層された第２の電極層５とを備えるものがある。
【０００４】
そして、太陽電池の第１の電極４側に光が照射されると、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２とのＰＮ接合界面において、電子と正孔が発生し、電子が第１の電極層４に移動し、正孔が第２の電極層５に移動する。これにより、第２の電極層５が正極、第１の電極層４が負極として機能し、これらを、負荷６を介して、結線すると電流が流れる、すなわち、光から電力を起こすようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、このような構成の太陽電池では、光起電力層３として、例えば、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルフアスシリコン、Ｃｄ−Ｔｅ合金、硫化カドミニウ（ＣｄＳ）、硫化銅もしくはＣｕＩｎＧａＳｅ（ＣＩＧＳ）などが用いられている。
【０００６】
また、太陽電池の性能を評価するものとして、照射された光を電力に変換する効率（以下、変換効率と呼ぶ）があり、変換効率が大きな太陽電池が求められている。例えば、結晶シリコン系太陽電池は、市販品で１３〜１８％であり、アモルフアスシリコン太陽電池は、市販品で８％であり、また、ＣｕＩｎＧａＳｅ（ＣＩＧＳ）膜太陽電池は、市販品で約１０％である（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
なお、変換効率が大きな太陽電池として期待されているものに、亜鉛・マンガン・テルル（ＺｎＭｎＴｅ）に酸素不純物を導入した材料を用いた太陽電池がある（例えば、非特許文献１）。
【０００８】
ここで、太陽電池が光起電変換する際に、吸収する光の種類（波長）は、通常、限られており、一般的な太陽電池は、特定の波長の光しか吸収できない。これは、太陽電池を構成する材料は、１つのバンドギャップを有しており、このバンドギャップに相当するエネルギーの光を吸収するからである。
【０００９】
これに対して、この太陽電池では、ＺｎＭｎＴｅに酸素不純物を導入して、単一接合の材料に、マルチバンドギャップを持たせている。これにより、広範囲な異なった波長の光を吸収させ、太陽電池の効率を向上させることを図っている。
【特許文献１】特開２００２−９３１１号公報
【非特許文献１】Diluted II-VI Oxide Semiconductors with Multiple Gaps Phys. Lett. vol. 91, 2444603-1 (2003/12/12)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、太陽電池においては、変換効率の向上が求められている。その理由の１つは、変換効率が低いと、家庭の屋根に設置する太陽電池モジュールの面積が大きくなり、逆にコスト高となってしまうからである。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、変換効率を向上させることができる太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明では、光起電力層（３）で発生した電子および正孔に対して光電磁効果が働くように、光起電力層（３）に磁界を印加する磁界印加手段（８）を有することを第１の特徴としている。
【００１３】
ところで、従来の太陽電池で変換効率が低い理由として、光により発生したキャリアの再結合による有効なキャリアの消滅があげられる。
【００１４】
これに対して、本発明では、光起電力層（３）に光電磁効果が働くように磁界を印加していることから、光が入射することで、光起電力層に発生した電子と正孔とをローレンツ力により、互いに反対の方向に移動させながら（光電磁効果）、電子と正孔とを正極と負極にそれぞれ移動させることができる。
【００１５】
このため、電子と正孔とが再結合するのを抑制することができ、本発明を適用していない太陽電池と比較して、光から電力への変換効率を向上させることができる。
【００１６】
ここで、光電磁効果は、光起電力層（３）内での磁界の向きと、電子および正孔の各電極（４、５）への移動方向とが垂直で無い場合でも、発生する場合があるが、特に、光起電力層（３）に光電磁効果が働くように、光起電力層（３）に対して、電子および正孔の各電極（４、５）への移動方向と垂直な方向に磁界を印加することが好ましい。
【００１７】
また、この場合、磁界印加手段として、例えば、電子および正孔の各電極（４、５）への移動方向と垂直な方向の磁気モーメントを持つ磁気モーメント層（８、９）を用いることができ、この磁気モーメント層（８、９）を、電極（４、５）の光起電力層（３）から離れた側に、配置することができる。なお、磁気モーメント層を、例えば、強磁性体で構成することができる。
【００１８】
また、本発明では、光起電力層（３）が、発生した電子および正孔に対して光電磁効果が働くような磁気モーメントを持つ材料で構成されていることを第２の特徴としている。
【００１９】
この場合においても、光起電力層（３）は光電磁効果が働くような磁界を有していることから、光が入射することで、光起電力層に発生した電子と正孔とをローレンツ力により、互いに反対の方向に移動させながら（光電磁効果）、電子と正孔とを正極と負極にそれぞれ移動させることができる。
【００２０】
このため、電子と正孔とが再結合するのを抑制することができ、本発明を適用していない太陽電池と比較して、光から電力への変換効率を向上させることができる。
【００２１】
この場合、光起電力層（３）を、例えば、半導体材料に、磁性材料を混合分散させる等により、電子および正孔の各電極（４、５）への移動方向と垂直な方向の磁気モーメントを持っている材料で構成することができる。
【００２２】
また、その他に、光起電力層（３）を、磁気的性質を持った半導体で構成することもできる。さらに、磁気的性質を持った半導体として、ＰＮ接合を有する磁気的性質を持った半導体材料を用いたり、ＰＮ接合を有していない磁気的性質を持った半導体材料を用いたりできる。
【００２３】
また、磁気的性質を持った半導体としては、強磁性的性質を持った半導体を用いたり、反強磁性的性質を持った半導体、フェリ磁性的性質を持った半導体もしくは常磁性的性質を持った半導体を用いたりすることができる。
【００２４】
また、光起電力層（３）の構造に関して、より具体的には、光起電力層（３）が、Ｐ型半導体層（２）と、Ｎ型半導体層（１）とが接合された構成の場合では、少なくとも、Ｐ型半導体層（２）を、磁気的性質を持った半導体材料で構成するか、もしくは、遷移金属の微粒子が分散された半導体材料で構成することが好ましい。
【００２５】
Ｐ型半導体層（２）を、磁気的性質を持った半導体材料で構成する場合、Ｐ型半導体層（２）を、例えば、鉄シリコン系酸化物で構成でき、特に、Ｆｅ（ＳｉＯ）２により構成することができる。さらに、鉄シリコン系酸化物に遷移金属を添加することもできる。例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃ等を０．５〜３０重量％添加することができる。このように遷移金属を添加することにより、バンドギャップを制御することができる。すなわち、吸収する光の種類（波長）を制御することができる。このため、添加材料の種類や量を調整することで、任意の波長の光を吸収して電力を起こすように、材料設計をすることができる。
【００２６】
また、Ｐ型半導体層（２）を、磁気的性質を持った半導体材料で構成する場合、Ｐ型半導体層（２）を、１種類の層で構成するだけでなく、遷移金属の種類もしくは添加量が異なる複数の鉄シリコン系酸化物の層で積層された構成とすることもできる。
【００２７】
鉄シリコン系酸化物層に添加する遷移金属の種類もしくは添加量を異ならせることで、種々の種類（波長の）光を吸収させることができる。そこで、このように、これらの複数の層を積層することで、広範囲な光波長の光エネルギーを電力に変換させることができる。
【００２８】
なお、上記のように、Ｐ型半導体層を鉄シリコン系酸化物で構成する場合では、Ｎ型半導体層（１）を、鉄シリコン系酸化物で構成することができ、例えば、Ｆｅ（ＳｉＯ２）２で構成することができる。これにより、ホモ接合のＰＮ接合を形成することができる。
【００２９】
同様の場合、Ｎ型半導体層（１）をＺｎＯ、ＳｎＯ２もしくはＩｎ２Ｏ３により構成することもできる。これにより、Ｎ型半導体層を透明とすることができる。また、ヘテロ接合のＰＮ接合を形成することができる。
【００３０】
また、Ｐ型半導体層（２）を、磁気的性質を持った半導体材料で構成する場合として、Ｐ型半導体層（２）を、鉄シリコン系酸化物の替わりに鉄シリコン系炭化物により構成することもできる。
【００３１】
なお、この場合、Ｎ型半導体層（１）を、鉄シリコン系炭化物で構成したり、ＺｎＯ、ＳｎＯ２もしくはＩｎ２Ｏ３により構成したりすることがきる。
【００３２】
一方、Ｐ型半導体層（２）を遷移金属の微粒子が分散された半導体材料で構成する場合では、Ｐ型半導体層（２）を、例えば、遷移金属の微粒子が分散されたＳｉ（シリコン）もしくは炭素で構成することができる。なお、遷移金属の微粒子としては、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒの微粒子を用いることができる。
【００３３】
また、この場合、Ｎ型半導体層（１）をＺｎＯ、ＳｎＯ２もしくはＩｎ２Ｏ３により構成することがきる。ただし、Ｐ型半導体層（２）を炭素で構成する場合は、Ｎ型半導体層（１）も、遷移金属の微粒子が分散された炭素で構成する。
【００３４】
ここで、炭素材料は磁場を印加することにより、磁気抵抗効果が発現する。炭素材料の場合、負の磁気抵抗、すなわち磁場を印加することによって電気抵抗率が減少（電気伝導率が増加）することがある。つまり、炭素材料素子に磁界を印加することにより、電流を流すことができるので、Ｐ型半導体層（２）とＮ型半導体層（１）を、炭素により構成した場合では、太陽電池の効率を向上させる効果がある。
【００３５】
また、光起電力層（３）の構造に関して、光起電力層（３）が、Ｐ型半導体層（２）と、真性半導体層（１０）と、Ｎ型半導体層（１）とが順に積層された構成の場合では、少なくとも、真性半導体層（１０）を、磁気的性質を持った半導体で構成するか、もしくは、遷移金属の微粒子が分散された半導体材料で構成することが好ましい。
【００３６】
そして、真性半導体層（１０）を、磁気的性質を持った半導体で構成する場合では、基本的には、上記したように、光起電力層（３）がＰ型半導体層（２）とＮ型半導体層（１）とが接合された構成の場合のＰ型半導体層（２）と同様の材料で、真性半導体層（１０）を構成することができる。
【００３７】
また、真性半導体層（１０）を遷移金属の微粒子が分散された半導体材料で構成する場合では、Ｐ型半導体層（２）と、真性半導体層（１０）と、Ｎ型半導体層（１）とを、炭素で構成することができる。  
【００３８】
上記したように、炭素材料は磁場を印加することにより、磁気抵抗効果により電気伝導をよくするので、Ｐ型半導体層（２）と、真性半導体層（１０）と、Ｎ型半導体層（１）とを炭素により構成した場合では、太陽電池の効率を向上させる効果がある。
【００３９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態における太陽電池の概略構成を示す。また、図２に図１中のＰ型半導体層２の構成を示す。本実施形態の太陽電池は、図１に示すように、基本構造は、従来の太陽電池と同様であり、Ｎ型半導体層１、Ｐ型半導体層２を構成する材料が、従来と異なっている。このため、以下では、Ｎ型半導体層１およびＰ型半導体層２について、説明する。
【００４１】
Ｐ型半導体層２は、図２に示すように、１種類の磁気的性質を持った半導体材料で構成された層である（１層構造）。ここで、磁気的性質を持った半導体とは、磁性と半導体の両方の性質を合わせ持つ半導体である。したがって、Ｐ型半導体層２は、内部磁界を有している。
【００４２】
本実施形態では、Ｐ型半導体層２は常磁性であり、図２に示すように、磁界の方向が互いに異なる複数の微小な磁区を有している。すなわち、Ｐ型半導体層２は、複数の微視的磁界（微小磁界）を有している。なお、１つの磁区の大きさ（最大幅）は、例えば、０．１〜１０μｍ程度である。
【００４３】
また、これらの磁界の方向は、電流の取り出し方向、すなわち、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２の接合界面で発生した電子および正孔が、それぞれ、第１の電極層４、第２の電極層５に移動する方向に対して、垂直な方向となっている。本実施形態では、磁界の方向は、Ｐ型半導体層２のＮ型半導体層１との接合面（光の入射面）に対して、平行な方向となっている。
【００４４】
なお、Ｎ型半導体層１も、図示しないが、同様に、磁気的性質を持った半導体材料で構成されている。
【００４５】
次に、本実施形態の太陽電池における光起電力の発生のしくみを説明する。図３に図１の太陽電池における光起電力の発生を説明するための概略図を示す。図３は、図１中のＮ型半導体層１、Ｐ型半導体層２の界面近傍の断面図である。なお、図３では、Ｐ型半導体層２中の微視的磁界が互いに反対方向を向いている場合を示している。
【００４６】
本実施形態の太陽電池においても、従来の太陽電池と同様に、第１の電極４側に光が照射されると、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２とのＰＮ接合界面において、電子と正孔が発生し、電子が第１の電極層４（図３では上側）に移動し、正孔が第２の電極層５（図３では下側）に移動する。
【００４７】
このとき、電子と正孔は、光電磁効果（photoelectronmagnetic effect、略称ＰＥＭ）により、互いに逆の方向に移動して、それぞれ、第１の電極層４と第２の電極層５とに分離移動する。
【００４８】
ここで、図４に光電磁効果を説明するための概略図を示す。光電磁効果は、図４に示すように、光（ｈν）の照射方向と垂直に磁場（磁界Ｂ）を印加したとき、拡散する電子と正孔がローレンツ力により反対方向に曲げられ、光照射方向と磁場の方向のおのおのに対して、垂直な方向に電位差が生ずる現象である。なお、図４では、光（ｈν）の照射方向と磁場（磁界Ｂ）の方向が垂直であるが、垂直でなくても、光電磁効果は生じる。
【００４９】
すなわち、本実施形態の太陽電池では、光により発生したキャリア（電子と正孔）が、Ｐ型半導体層２の内部の微視的磁界により、ローレンツ力が発生することで、互いに逆方向に曲げられる（例えば、図３中の破線で囲まれた領域７参照）。その後、電子と正孔が、それぞれ、第１の電極層４と第２の電極層５とに向けて分離移動する。これにより、図１に示すように、電流が流れるようになっている。
【００５０】
ところで、従来の太陽電池で変換効率が低い理由の１つとして、光により発生したキャリアの再結合による有効なキャリアの消滅があげられる。
【００５１】
これに対して、本実施形態では、光電磁効果により、光により発生したキャリア（電子と正孔）を再結合しにくくすることができる。これにより、キャリアの再結合による有効なキャリアが消滅してしまうのを防止し、キャリア再結合による損失を防止することができる。この結果、本実施形態によれば、Ｎ型半導体層１およびＰ型半導体層２を、磁気的性質を持った半導体材料で構成しない場合と比較して、発生起電力（変換効率）を向上させることができる。
【００５２】
次に、Ｐ型半導体層２を構成する磁気的性質を持った半導体材料を具体的に説明する。上記した光電磁効果をより得るためには、内部磁界が大きな磁気的性質を持った半導体材料を用いることが好ましいが、材料としては、例えば、Ｆｅ（ＳｉＯ）２や、これにＭｎを添加したＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２を用いることができる。
【００５３】
以下にこの理由を説明する。本発明者らが、Ｐ型半導体層２を構成する材料を探索する際、熱により発生するキャリアにより電気を発生する半導体熱電変換材料について調査した。これは、材料が光を電力に変換する光電変換のしくみが、熱を電力に変換する熱電変換のしくみと似ており、熱電変換量を示すゼーベック係数が高い材料は、光起電力が高い可能性があるからである。
【００５４】
そのような材料として、ＦｅＳｉ２が知られている。この材料を薄膜にしたゼーベック係数は６００Ｋで１０〜３０μＶ／ｄｅｇである。
【００５５】
そして、本発明者らは、ＦｅＳｉ２のＳｉ２に酸素を入れたＦｅ（ＳｉＯ）２のゼーベック係数を調査した。図５にＦｅ（ＳｉＯ）２の各温度におけるゼーベック係数の測定結果を示す。なお、図５中の実線と破線は、異なる条件で作成した試験体の測定結果を示している。図５に示すこれらの結果から、Ｆｅ（ＳｉＯ）２は、６５０Ｋ付近にピークを持っており、Ｐ型で、ゼーベック係数が９〜１０ｍＶ／ｄｅｇの非常に大きな熱起電力を示すことがわかった。
【００５６】
このような非常に大きなゼーベック係数を発生するメカニズムを考察すると、ＦｅＳｉ２のＳｉ２に酸素が入って、Ｆｅ（ＳｉＯ）２になることで、Ｓｉの含有量が減り、微視的にＦｅ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｏのスピン磁気モーメントによるミクロな磁性的性質が現れたためであると考えられる。このことは、後述するように、磁性に寄与するＭｎを添加することで、特性（ゼーベック係数）が改善されることからも、Ｆｅ（ＳｉＯ）２が磁性に関係していることがわかる。
【００５７】
ここで、一般的な半導体熱電変換材料に熱勾配を与えると、キャリアが発生し、Ｐ型半導体の場合、正孔が拡散し、空間電荷により電位差が発生し、電流が流れる。しかし、一般的な半導体熱電変換材料では、キャリアが移動する間に、キャリアが再結合し、発生する起電力の低下が考えられる。
【００５８】
これに対して、Ｆｅ（ＳｉＯ）２では、上記微視的な磁性的性質が現れ、キャリア近傍の磁界によりローレンツ力が発生し、正孔と電子が再結合しにくくなる。このため、効率よく電界が発生し、大きなゼーベック係数が発生するものと推測される。
【００５９】
また、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ等の遷移金属は、磁性に寄与することが知られている。そこで、本発明者らは、Ｆｅ（ＳｉＯ）２にＭｎを添加したＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２について、同様に調査した。なお、ここでいう添加とは、添加された金属原子が結晶学的に結晶格子を構成する位置に配置されていることを意味する。
【００６０】
図６に、Ｆｅ（ＳｉＯ）２にＭｎを添加したＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２の各温度におけるゼーベック係数の測定結果を示す。
【００６１】
図６に示すように、Ｆｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２（ｘ＝０．００１〜０．０２）のようにＭｎを添加させると、さらにゼーベック係数が改善され、特に、ｘ＝０．００５のとき、６００Ｋで１５ｍＶ／ｄｅｇに改善されることがわかった。
【００６２】
図７に、Ｆｅ（ＳｉＯ）２にＭｎを添加したＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２のバンドギャップ（Ｅｇ）の測定結果を示す。図７に示すように、Ｆｅ（ＳｉＯ）２のバンドギャップは、１．８ｅＶであり、Ｆｅ（ＳｉＯ）２に添加するＭｎの量によって、１．８ｅＶから変化させることが可能であることがわかった。
【００６３】
このように、磁性的性質があり、光で発生したキャリアと相互作用により、起電力が大きく、かつ、遷移金属を添加することで、バンドギャップを制御すること（光吸収をコントロールすること）ができるので、Ｆｅ（ＳｉＯ）２、Ｆｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２をＰ型半導体層２として用いることが好ましいと言える。
【００６４】
また、Ｆｅ（ＳｉＯ）２、Ｆｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２をＰ型半導体層２として用いた場合、Ｆｅ（ＳｉＯ）２、Ｆｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２は大きな内部磁界を有していると考えられるので、Ｐ型半導体層２の薄膜化が可能となる。これにより、必要な材料の量を低減でき、材料コストを低減できる。
【００６５】
なお、Ｆｅ（ＳｉＯ）２、Ｆｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２の組成式で表される物質に限らず、Ｆｅ、ＳｉＯ、ＳｉＯ中のＯの比率が多少変動した物質等のその他のＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料（鉄シリコン系酸化物）であって、同様の効果を有する材料を、Ｐ型半導体層２として用いることもできる。また、Ｍｎの代わりに、Ｃｏ、Ｃｒ等の他の遷移金属を添加することもできる。
【００６６】
さらに、Ｐ型半導体層２として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系化合物を用いた場合、以下の効果も期待できる。図８に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系化合物の電子軌道準位の概念図を示す。
【００６７】
図８に示すように、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系化合物の３ｄ電子軌道は６配位する酸素の方向に軌道が伸びた２重の軌道と酸素を避ける軌道の３重軌道に分裂する。つまり、エネルギー的にみるとバンドが分裂することになる。このため、上記した非特許文献１の技術と同様に、マルチバンド化により、広範囲の太陽光スペクトル光をエネルギーに変換する効果が期待できる。
【００６８】
また、Ｐ型半導体層２が磁気的性質を持った半導体で構成されている場合、以下の効果も期待できる。図９（ａ）、（ｂ）にエネルギーと状態密度との関係を示す。なお、図９（ａ）は磁場が印加されていない状態を示し、図９（ｂ）は磁場が印加されている状態を示している。
【００６９】
図９（ａ）に示す状態で、図中左半分側の（↑）スピンのエネルギーが低下する方向に磁場を印加すると、図９（ｂ）に示すように、中央軸をはさんで、図中左半分側の（↑）スピンの状態密度のエネルギーは、図中右半分側の（↓）スピンのエネルギーよりも低い方向にずれることになる。このことは、ＰＮ構造で発生する内部電界以外に磁性によるバンドのずれにより、内部電界が発生できることを示しており、ＰＮ接合による電界と磁性体のスピンの状態による内部電界とによって、生じたより大きな電界により、電子、正孔を電極に引き付けることができると言える。
【００７０】
したがって、太陽電池を製造する際において、磁気的性質を持った半導体で構成されたＰ型半導体層２に対して、上記したような磁場を印加しておくことが好ましい。
【００７１】
なお、このことは、Ｐ型半導体層２を、磁気的性質を持った半導体で構成した場合に限らず、後述するように、Ｐ型半導体層２を磁性材料が添加されたＰ型半導体材料で構成した場合や、後述する実施形態における真性半導体層に対しても同様に言えることである。
【００７２】
次に、Ｎ型半導体層１を構成する半導体材料を具体的に説明する。材料としては、Ｐ型半導体層２と異なり、Ｆｅ（ＳｉＯ２）２を用いることができる。図１０にＦｅ（ＳｉＯ２）２の各温度におけるゼーベック係数の測定結果を示す。なお、図１０では、異なる条件で作成した試験体の測定結果をそれぞれ示している。
【００７３】
この材料も、図１０に示すように、７００Ｋ付近において、−４〜−８ｍＶ／ｄｅｇの大きなゼーベック係数を示すことがわかった。
【００７４】
そこで、Ｎ型半導体層１として、Ｆｅ（ＳｉＯ２）２を用いることで、ホモ結合のＰ／Ｎ接合を実現することができる。
【００７５】
なお、Ｆｅ（ＳｉＯ２）２の組成式で表される物質に限らず、この組成式に対してＦｅ、ＳｉＯ、ＳｉＯ中のＯの比率が多少変動した物質等の他のＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料であって、同様の効果を有する材料を、Ｎ型半導体層１として用いることができる。
【００７６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、光起電力層３自身を磁性材料で構成する場合を説明したが、本実施形態では、磁界印加手段を用いて、光起電力層３に対して外部から磁界を印加する場合について説明する。
【００７７】
図１１に本発明の第２実施形態における太陽電池の概略構成を示す。なお、図１１では、図１と同様の構成部に、図１と同一の符号を付している。
【００７８】
図１１に示すように、本実施形態の太陽電池は、図１に示す太陽電池と同様に、第１の電極層４とＮ型半導体層１とＰ型半導体層２と第２の電極層５とが順に積層されている。さらに、磁気モーメント層としての第１、第２の強磁性体層８、９が、それぞれ、第１の電極層４のＮ型半導体層１と接する面と反対側の面（Ｎ型半導体層１から離れた側の面）、第２の電極層５のＰ型半導体層２と接する面と反対側の面（Ｐ型半導体層２から離れた側の面）に隣接して、設けられている。
【００７９】
すなわち、太陽電池は、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２で構成された光起電力層３が、第１、第２の電極層４、５で挟まれ、さらに、その外側から第１、第２の強磁性体層８、９で挟まれた構造となっている。
【００８０】
ここで、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２は、それ自身では磁性を有していない半導体である。一方、第１、第２の強磁性体層８、９は、電流の取り出し方向に対して垂直な方向の磁気モーメントを持っており、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光の入射方向とＰ型半導体層２の面とが垂直であるため、磁界の方向は、Ｐ型半導体層２の面に対して、平行な方向となっている。
【００８１】
このため、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２は、第１、第２の強磁性体層８、９により、図２に示すＰ型半導体層２と同様に、電流の取り出し方向に対して垂直な方向の内部磁界を有している。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を有している。
【００８２】
なお、この場合、第１、第２の強磁性体層８、９を避けて、第１、第２の電極層４、５は負荷６と結線される。また、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２については、一般的な半導体材料で構成することができ、第１、第２の強磁性体層８、９については、一般的な強磁性体材料で構成することができる。
【００８３】
また、本実施形態では、第１、第２の強磁性体層８、９を、それぞれ、第１、第２の電極層４、５に隣接させているが、少なくとも、Ｐ型半導体層２が上記した内部磁界を有する状態にできれば、第１、第２の電極層４、５に隣接させなくても良く、第１、第２の強磁性体層８、９の他方を省略することもできる。
【００８４】
また、本実施形態では、磁界印加手段として、強磁性体層８、９を用いる場合を例として説明したが、少なくとも、Ｐ型半導体層２が上記した内部磁界を有する状態にできれば、強磁性体層に限らず、反強磁性体層、フェリ磁性体層、常磁性体層等の他の磁性材料層を用いたり、磁性材料層に限らず、機械的に磁界を発生させる磁界発生装置を用いたりすることもできる。
【００８５】
（第３実施形態）
図１２に本発明の第３実施形態における太陽電池の概略構成を示す。図１２では、図１と同様の構成部に、図１と同一の符号を付している。
【００８６】
本実施形態の太陽電池は、図１２に示すように、光起電力層３が、Ｐ型半導体層２、真性半導体層（Ｉ層）１０、Ｎ型半導体層１の順に積層されたＰＩＮ構造であり、光起電力層３の両側に、それぞれ、第１、２の電極層４、５が積層された構成であり、薄膜タイプの太陽電池として有効な構造である。
【００８７】
ここで、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２は、磁性を有していない半導体材料で構成された層であり（１層構造）、それぞれ、例えば、導電型不純物としてのＢ、ＰがドープされたＳｉ薄膜で構成されている。
【００８８】
また、真性半導体層１０は、ノンドープもしくはドープ濃度が、例えば、１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ−１以下の真性半導体材料で構成されているものであって、内部磁界を有している。この内部磁界は、図２に示すＰ型半導体層２と同様に、
磁界の方向が、電流の取り出し方向、すなわち、真性半導体層１０の内部で発生した電子および正孔が、それぞれ、第１の電極層４、第２の電極層５に移動する方向に対して、垂直な方向となっている。言い換えると、この磁界の方向は、光の入射方向に対して垂直な方向となっている。本実施形態では、光の入射方向と真性半導体層１０の面（Ｎ型半導体層１との接合面であり、光の入射面でもある）とが垂直であるため、磁界の方向は、真性半導体層１０の面に対して、平行な方向となっている。なお、本実施形態と異なり、光の入射方向と真性半導体層１０の面とが垂直でない場合では、磁界の方向は、真性半導体層１０の面に対して、平行でなく、斜めとなる。
【００８９】
真性半導体層１０としては、磁気的性質を持った半導体、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ等の遷移金属が添加されたノンドープのＳｉ薄膜を用いたり、磁性材料が混合分散された半導体材料、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ等の遷移金属の微粒子が混合分散されたノンドープのＳｉ薄膜を用いたりすることができる。微粒子としては、例えば、粒子サイズが１０ｎｍ〜１μｍ程度の大きさのものを、半導体材料に対して５ｗｔ％程度用いることができる。
【００９０】
なお、後者の場合、磁性材料と半導体材料とは物理的に混合している状態であり、電子顕微鏡で磁性材料の微粒子を確認することができる。また、前者、後者どちらにおいても、Ｓｉ薄膜は非晶質でも結晶でもよい。
【００９１】
図１３に、本実施形態の太陽電池における光起電力の発生のしくみを説明するための概略図を示す。なお、図１３は、光起電力層３の断面図である。
【００９２】
図１３に示すように、本実施形態の太陽電池は、図３中のＰ型半導体層２の接合界面近傍の領域を、真性半導体層１０に置き換えたものと考えてよい。すなわち、真性半導体層１０において、真性半導体層１０の内部磁界によって、電子と正孔が、それぞれ、第１の電極層４と第２の電極層５とに向けて分離移動する。これにより、図１２に示すように、電流が流れるようになっている。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を有している。
【００９３】
なお、本実施形態では、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２と真性半導体層１０とを、Ｓｉで構成する場合を説明したが、これらをＳｉの替わりにＣ（炭素）で構成することもできる。
【００９４】
ここで、炭素材料は磁場を印加することにより、磁気抵抗効果が発現する。炭素材料の場合、負の磁気抵抗、すなわち磁場を印加することによって電気抵抗率が減少（電気伝導率が増加）することがある。つまり、炭素材料素子に磁界を印加することにより、電流を流すことができる。
【００９５】
したがって、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２と真性半導体層１０とを炭素により構成し、真性半導体層１０に磁性を持たせることで、これらを他の材料で構成した場合と比較して、太陽電池の効率を向上させることができる。
【００９６】
なお、この場合、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２と真性半導体層１０とに窒素や水素をドープさせることが好ましい。これにより、炭素のダングリングボンドを終端させ、欠陥を減少させることができるからである。
【００９７】
（第４実施形態）  
第３実施形態では、光起電力層３自身を磁性材料で構成する場合を説明したが、本実施形態では、磁界印加手段を用いて、光起電力層３に対して外部から磁界を印加する場合について説明する。図１４に本発明の第４実施形態における太陽電池の概略構成を示す。図１４では、図１２と同様の構成部に、図１２と同一の符号を付している。
【００９８】
本実施形態の太陽電池は、第１実施形態に対する第２実施形態の関係のように、第３実施形態で説明した図１２に示す太陽電池に対して、磁気モーメント層としての第１、第２の強磁性体層８、９を、それぞれ、第１の電極層４のＮ型半導体層１と接する面と反対側の面、第２の電極層５のＰ型半導体層２と接する面と反対側の面に隣接して設け、真性半導体層１０を構成する材料を、磁性を有さない半導体材料に変更したものである。
【００９９】
このようにして、第１、第２の強磁性体層８、９によって、真性半導体層１０に対して、電流の取り出し方向に対して垂直な方向の磁界を印加することもできる。
【０１００】
なお、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２と真性半導体層１０の構成材料については、真性半導体層１０に磁性を持たせる点を除いて、第３実施形態と同様の材料を用いることができる。また、磁界印加手段についても、第２実施形態と同様のものを用いることができる。
【０１０１】
（他の実施形態）
（１）第１実施形態では、Ｐ型半導体層２が１種類の磁気的性質を持った半導体層で構成された１層構造である場合を例として説明したが、Ｐ型半導体層２を複数種類の磁気的性質を持った半導体層が積層された多層構造とすることもできる。
【０１０２】
例えば、Ｐ型半導体層２を、Ｆｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２のＭｎの量を異ならせるなど、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料であって同一種類の添加物（遷移金属）の量が異なる複数の層を積層した構造とすることができる。また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料に添加する添加物量は同一で、添加物の種類が異なる複数の層を積層した構造としたり、添加物の種類および量が異なる複数の層を積層した構造にしたりすることもできる。
【０１０３】
これにより、Ｐ型半導体層２を、異なるバンドギャップを持つ層が積層された構造とすることができる。この結果、広範囲な種類（波長）の光を吸収して、電力に変換することができる。
【０１０４】
（２）第１実施形態では、磁気的性質を持った半導体材料としてＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料を用いる場合を例として説明したが、他の磁気的性質を持った半導体材料を用いることもできる。ワイスの分子磁場理論によると強磁性体、反強磁性体、フェリ磁性体の磁性体内部の秩序を形成する磁場は巨大であると言われている。したがって、例えば、強磁性体、反強磁性体、フェリ磁性体のいずれかである半導体材料を用いることが好ましい。
【０１０５】
なお、反強磁性体、フェリ磁性体は、微小な磁気回路を有しており、強磁性体においても、キュリー点以上の温度であれば、磁区が微小化された状態となっている。このため、内部磁界が大きく、光電磁効果が大きくなる。そこで、強磁性体を用いる場合では、Ｐ型半導体層２を加熱する加熱手段を設けることが好ましい。  
【０１０６】
（３）第１実施形態では、Ｎ型半導体層１として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料を用いる場合を例として説明したが、他の材料を用いることもできる。例えば、Ｎ型半導体層１として、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３のいずれか１つを用いることができる。これにより、Ｎ型半導体層１を透明にでき、また、ヘテロ結合のＰ／Ｎ接合が可能となる。
【０１０７】
（４）第１実施形態では、Ｐ型半導体層２として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料（鉄シリコン系酸化物）を用いる場合を例として説明したが、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料の代わりにＦｅ−Ｓｉ−Ｃ系材料（鉄シリコン系炭化物）を用いることもできる。例えば、Ｆｅ（ＳｉＣ）２、Ｆｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＣ）２を用いることもできる。この場合においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０８】
また、このとき、Ｎ型半導体層１として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃ系材料（鉄シリコン系炭化物）、例えば、Ｆｅ（ＳｉＣ２）２を用いたり、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３のいずれか１つを用いたりすることもできる。
【０１０９】
（５）第１実施形態では、Ｐ型半導体層２を、磁気的性質を持った半導体材料で構成する場合を例として説明したが、磁性材料が混合分散された半導体材料でＰ型半導体層２を構成することもできる。この場合、磁性材料と半導体材料とは物理的に混合している状態であり、電子顕微鏡で磁性材料の微粒子を確認することができる。例えば、Ｂ等の導電型不純物が添加されたＳｉもしくはＣ（炭素）等の半導体材料に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ等の遷移金属の微粒子を混合分散させたもので、Ｐ型半導体層２を構成することができる。
【０１１０】
なお、Ｐ型半導体層２とＮ型半導体層１を、炭素により構成した場合では、さらに、窒素や水素をドープさせることができる。これにより、炭素のダングリングボンドを終端し、欠陥を減少させることができる。
【０１１１】
また、この場合、Ｎ型半導体層１として、Ｐ型半導体層２と同じ材料を用いたり、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３のいずれか１つを用いたりすることもできる。
【０１１２】
（６）第１実施形態では、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２の両方が磁性を有している場合を例として説明したが、少なくとも一方が磁性を有していればよい。なお、ＰＮ接合では、Ｐ型半導体層２側の方が接合面近傍に生じる空乏層が大きいので、少なくとも、Ｐ型半導体層２が磁性を有していることが好ましい。
【０１１３】
（７）第１実施形態では、光起電力層３を、Ｎ型半導体層１とＰ型半導体層２で構成する場合を例として説明したが、光起電力層３を、磁性を有する真性半導体のみ、磁性を有するＮ型半導体のみ、もしくは、磁性を有するＰ型半導体のみのように、ＰＮ接合を有していない磁気的性質を持った半導体で構成することもできる。光電磁効果により、電子と正孔を分離移動させることができ、このような場合でも太陽電池として機能するからである。
【０１１４】
（８）第３実施形態では、真性半導体層１０を、磁気的性質を持った半導体で構成する場合、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ等の遷移金属が添加されたノンドープのＳｉ薄膜を用いる場合を説明したが、第１実施形態におけるＰ型半導体層２と同様に、磁気的性質を持った半導体として、Ｆｅ（ＳｉＯ）２等のＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系材料や、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃ系材料や、これらの材料に遷移金属を添加した材料を用いることもできる。なお、真性半導体層１０を遷移金属が添加された材料で構成する場合、遷移金属の量が異なる複数の層を積層した構造とすることもできる。
【０１１５】
（９）第２実施形態では、Ｎ型半導体層１、Ｐ型半導体層２を、それ自身で磁性を有していない半導体材料で構成する場合を例として説明したが、磁性を有する半導体材料で構成しても良い。同様に、第４実施形態では、真性半導体層１０を、磁性を有していない半導体材料で構成する場合を例として説明したが、磁性を有する半導体材料で構成しても良い。
【０１１６】
これにより、それ自身で磁性を有していない半導体材料で構成されている場合と比較して、光起電力層３に発生している磁場を強くでき、上記した効果を高めることができる。
【０１１７】
（１０）上記した各実施形態では、Ｐ型半導体層２もしくは真性半導体層１０の内部磁界の方向を、電流の取り出し方向に対して垂直な方向とする場合を例として説明したが、厳密に垂直でなくても、光電磁効果が得られる場合があるため、光電磁効果が得られる範囲で、他の方向とすることもできる。
【０１１８】
（実施例１）
次に、実施例を説明する。本実施例は、第１実施形態の実施例であり、Ｐ型半導体層２としてＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２：ｘ＝０．００５を用い、Ｎ型半導体層１としてＦｅ（ＳｉＯ２）２を用いている。
【０１１９】
以下のようにして、太陽電池を作成した。ガラス基板に、いずれもスパッタリング法により、第２の電極層５としてのＭｏ金属電極、Ｐ型半導体層２としてのＦｅ０．９９５Ｍｎ０．００５（ＳｉＯ）２膜、Ｎ型半導体層１としてのＦｅ（ＳｉＯ２）２膜、第１の電極層４としてのＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜、反射防止膜としてのＭｇＦ２膜を積層した。
【０１２０】
このとき、ガラス基板の厚さを１ｍｍ、Ｍｏ金属電極の厚さを０．８μｍ、Ｆｅ０．９９５Ｍｎ０．００５（ＳｉＯ）２膜の厚さを３μｍ、Ｆｅ（ＳｉＯ２）２膜の厚さを０．３μｍ、ＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜の膜厚を０．６μｍとした。
【０１２１】
そして、この太陽電池の特性は、開放電圧１０７４ｍＶ、飽和電流：２５．４ｍＡ／ｃｍ２、フィルファクター：０．７４３、変換効率：１８．１％であった。
（実施例２）
本実施例は、他の実施形態（３）の実施例であり、Ｐ型半導体層２としてＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２：ｘ＝０．００５を用い、Ｎ型半導体層１としてＺｎＯを用いている。
【０１２２】
以下のようにして、太陽電池を作成した。ガラス基板に、いずれもスパッタリング法により、第２の電極層５としてのＭｏ金属電極、Ｐ型半導体層２としてのＦｅ０．９９５Ｍｎ０．００５（ＳｉＯ）２膜、Ｎ型半導体層１としてのＺｎＯ半導体膜、第１の電極層４としてのＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜、反射防止膜としてのＭｇＦ２膜を積層した。
【０１２３】
このとき、ガラス基板の厚さを１ｍｍ、Ｍｏ金属電極の厚さを０．８μｍ、Ｆｅ０．９９５Ｍｎ０．００５（ＳｉＯ）２膜の厚さを３μｍ、Ｆｅ（ＳｉＯ２）２膜の厚さを０．３μｍ、ＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜の膜厚を０．６μｍとした。
【０１２４】
そして、この太陽電池の特性は、開放電圧９５２ｍＶ、飽和電流：３０．５ｍＡ／ｃｍ２、フィルファクター：０．７１、変換効率：１９．９％であった。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第１実施形態における太陽電池の概略構成を示す図である。
【図２】図１中のＰ型半導体層２の模式図である。
【図３】図１の太陽電池における光起電力の発生を説明するための概略図である。
【図４】光電磁効果を説明するための概略図である。
【図５】Ｆｅ（ＳｉＯ）２の各温度におけるゼーベック係数の測定結果を示す図である。
【図６】Ｆｅ（ＳｉＯ）２にＭｎを添加したＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２の各温度におけるゼーベック係数の測定結果を示す図である。
【図７】Ｆｅ（ＳｉＯ）２にＭｎを添加したＦｅ１−ｘＭｎｘ（ＳｉＯ）２のバンドギャップ（Ｅｇ）の測定結果を示す図である。
【図８】Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系化合物の電子軌道準位の概念図である。
【図９】磁性スピンの方向によるバンドのずれを説明するための概念図である。
【図１０】Ｆｅ（ＳｉＯ２）２の各温度におけるゼーベック係数の測定結果を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態における太陽電池の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態における太陽電池の概略構成を示す図である。
【図１３】図１２に示す太陽電池における光起電力の発生のしくみを説明するための概略図である。
【図１４】本発明の第４実施形態における太陽電池の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１…Ｎ型半導体層、２…Ｐ型半導体層、３…光起電力層、４…第１の電極層、
５…第２の電極層、６…負荷、８…第１の強磁性体層、９…第２の強磁性体層、
１０…真性半導体層。
【図１】
2006186340.tif 000003
【図２】
2006186340.tif 000004
【図３】
2006186340.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006186340.tif 000007
【図６】
2006186340.tif 000008
【図７】
2006186340.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006186340.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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