(57)【要約】【課題】電極へと到達する電荷を増大させることが可能な光電変換素子を提供する。【解決手段】ｎ型炭素層、ｐ型炭素層、ｎ型炭素層とｐ型炭素層との間に配設されたｉ型炭素層を有するｐｉｎ部、ｎ型炭素層に存在する電子が移動可能なように配設された第１電極、及び、ｐ型炭素層に存在する正孔が移動可能なように配設された第２電極、を具備し、第１電極とｐｉｎ部との間、及び／又は、ｐｉｎ部と第２電極との間に、グラファイト層が配設され、第１電極とｐｉｎ部との間にグラファイト層が配設される場合、該グラファイト層の屈折率はｎ型炭素層の屈折率よりも大きく、ｐｉｎ部と第２電極との間にグラファイト層が配設される場合、該グラファイト層の屈折率はｐ型炭素層の屈折率よりも大きい、光電変換素子とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型炭素層、ｐ型炭素層、前記ｎ型炭素層と前記ｐ型炭素層との間に配設されたｉ型炭素層を有するｐｉｎ部、前記ｎ型炭素層に存在する電子が移動可能なように配設された第１電極、及び、前記ｐ型炭素層に存在する正孔が移動可能なように配設された第２電極、を具備し、
前記第１電極と前記ｐｉｎ部との間、及び／又は、前記ｐｉｎ部と前記第２電極との間に、グラファイト層が配設され、
前記第１電極と前記ｐｉｎ部との間に前記グラファイト層が配設される場合、該グラファイト層の屈折率は前記ｎ型炭素層の屈折率よりも大きく、
前記ｐｉｎ部と前記第２電極との間に前記グラファイト層が配設される場合、該グラファイト層の屈折率は前記ｐ型炭素層の屈折率よりも大きいことを特徴とする、光電変換素子。
【請求項２】
前記第１電極及び／又は前記第２電極が櫛形電極であり、該櫛形電極と前記ｐｉｎ部との間に前記グラファイト層が配設され、
前記櫛形電極と接触している前記グラファイト層の部位、を構成する複数の層状のグラファイト面の積層方向は、前記グラファイト層の厚さ方向と交差する方向であることを特徴とする、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
さらに、前記櫛形電極と接触していない前記グラファイト層の部位、を構成する複数の層状のグラファイト面の積層方向は、前記グラファイト層の厚さ方向と平行であることを特徴とする、請求項２に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池や光検出素子等に代表される光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、発電量当たりの二酸化炭素排出量が少なく、発電用の燃料が不要という利点を有している。そのため、様々な種類の太陽電池に関する研究が、盛んに進められている。現在、実用化されている太陽電池の中では、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを用いた、一組のｐｎ接合を有する単接合太陽電池が主流となっている。
【０００３】
これまでに提案されている太陽電池に、いわゆるｐｉｎ接合を有する太陽電池がある。この形態の太陽電池では、主にｉ層で光吸収が行われ、生成された電子及び正孔を、ｐ層及びｎ層によって発生する内部電界により分離して、発電する。
【０００４】
このような太陽電池に関する技術として、例えば特許文献１には、導電性基材上にｎ型炭素膜およびｐ型炭素膜、またはｎ型炭素膜、ｉ型炭素膜およびｐ型炭素膜が堆積されてなる光起電力素子が開示されており、特許文献１には、さらに、導電性基材がｎ型半導体、ｐ型半導体、炭素もしくは金属である形態が開示されている。また、特許文献２には、第１導電型の第１半導体層、第２導電型の第２半導体層、及び第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた真性半導体層を備え、第１半導体層と真性半導体層との間に設けられ、第１半導体層に対し、ＳＰ２／ＳＰ３結合比が大きく且つ不純物添加量が少ない第１導電型の第１中間半導体層と、第２半導体層と真性半導体層との間に設けられ、第２半導体層に対し、ＳＰ２／ＳＰ３結合比が大きく且つ不純物添加量が少ない第２導電型の第２中間半導体層と、の少なくとも一方を有する光起電力素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５１６０３号公報
【特許文献２】特開２００９−１５２４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている技術によれば、炭素膜を用いているので、耐環境性及び機械的特性に優れた光起電力素子を提供することが可能になると考えられる。しかしながら、特許文献１に開示されている、ｎ型炭素膜、ｉ型炭素膜、及び、ｐ型炭素膜を有する光起電力素子で、多くの太陽光を吸収しやすくするためにｉ型炭素膜の厚さを厚くすると、ｉ型炭素膜で太陽光を吸収することによって発生した電荷（電子及び正孔。以下において、電子及び正孔をまとめて「電荷」ということがある。）が電極へ到達するまでの移動距離が長くなり、電極へと移動する間に消失する電荷が増大しやすいという問題があった。かかる問題を解決するためにｉ型炭素膜の厚さを薄くすると、太陽光を吸収し難くなり、電極へと移動する電荷が低減しやすいという問題があった。かかる問題は、特許文献１に開示されている技術と特許文献２に開示されている技術とを組み合わせたとしても、解決することが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、電極へと到達する電荷を増大させることが可能な光電変換素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、ｎ型炭素層、ｐ型炭素層、ｎ型炭素層とｐ型炭素層との間に配設されたｉ型炭素層を有するｐｉｎ部、ｎ型炭素層に存在する電子が移動可能なように配設された第１電極、及び、ｐ型炭素層に存在する正孔が移動可能なように配設された第２電極を具備し、第１電極とｐｉｎ部との間、及び／又は、ｐｉｎ部と第２電極との間に、グラファイト層が配設され、第１電極とｐｉｎ部との間にグラファイト層が配設される場合、該グラファイト層の屈折率はｎ型炭素層の屈折率よりも大きく、ｐｉｎ部と第２電極との間にグラファイト層が配設される場合、該グラファイト層の屈折率はｐ型炭素層の屈折率よりも大きいことを特徴とする、光電変換素子である。
【０００９】
ここに、「ｐ型炭素層」は、例えば、ホウ素等の公知のｐ型ドーパントを添加したアモルファスカーボン層によって構成することができる。また、「ｎ型炭素層」は、例えば、窒素等の公知のｎ型ドーパントを添加したアモルファスカーボン層によって構成することができる。また、「ｉ型炭素層」は、例えば、ｉ型のアモルファスカーボン層によって構成することができる。
【００１０】
また、上記本発明において、第１電極及び／又は第２電極が櫛形電極であり、該櫛形電極とｐｉｎ部との間にグラファイト層が配設され、櫛形電極と接触しているグラファイト層の部位、を構成する複数の層状のグラファイト面の積層方向は、グラファイト層の厚さ方向と交差する方向であることが好ましい。
【００１１】
ここに、「該櫛形電極とｐｉｎ部との間にグラファイト層が配設され」とは、第１電極又は第２電極が櫛形電極である場合、その櫛形電極とｐｉｎ部との間にグラファイト層が配設されることをいう。これに対し、第１電極及び第２電極が櫛形電極である場合には、第１電極とｐｉｎ部との間、及び／又は、ｐｉｎ部と第２電極との間にグラファイト層が配設されることをいう。
【００１２】
また、櫛形電極とｐｉｎ部との間にグラファイト層が配設されている上記本発明において、さらに、櫛形電極と接触していないグラファイト層の部位、を構成する複数の層状のグラファイト面の積層方向は、グラファイト層の厚さ方向と平行であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光電変換素子では、第１電極とｐｉｎ部との間、及び／又は、ｐｉｎ部と第２電極との間にグラファイト層が配設され、第１電極とｐｉｎ部との間に配設されるグラファイト層の屈折率はｎ型炭素層の屈折率よりも大きく、ｐｉｎ部と第２電極との間に配設されるグラファイト層の屈折率はｐ型炭素層の屈折率よりも大きい。そのため、ｐｉｎ部を通過した光をグラファイト層によってｐｉｎ部側へ反射させることができ、ｉ型炭素層を通過する光の長さ（光路長）を長くすることができる。ｉ型炭素層を通過する光の長さを長くすることにより、ｉ型炭素層で吸収される光の量を増大させることが可能になり、より多くの電荷（電子、正孔）を電極へと移動させることが可能になる。したがって、本発明によれば、電極へと到達する電荷を増大させることが可能な、光電変換素子を提供することができる。
【００１４】
また、グラファイト層は、層状である複数のグラファイト面が積層された構造をしており、電荷は、グラファイト面の積層方向よりも、グラファイト面の面内を移動しやすい。本発明において、櫛形電極と接触しているグラファイト層の部位（以下において、「接触部位」ということがある。）、を構成する複数のグラファイト面の積層方向が、グラファイト層の厚さ方向と交差する方向であることにより、接触部位に存在する電荷を電極へと導きやすくなる。したがって、かかる形態とすることにより、電極へと到達する電荷を増大させることが容易になる。
【００１５】
また、本発明において、櫛形電極と接触していないグラファイト層の部位（以下において、「非接触部位」ということがある。）、を構成する複数の層状のグラファイト面の積層方向が、グラファイト層の厚さ方向と平行であることにより、非接触部位に存在する電荷を接触部位へと移動させやすくなる。そのため、非接触部位に存在する電荷を、接触部位を経由させて電極へと導くことが容易になる。したがって、かかる形態とすることにより、より一層、電極へと到達する電荷を増大させることが可能な、光電変換素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の光電変換素子１０を説明する断面図である。
【図２】光電変換素子１０の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】従来の光電変換素子９０を説明する断面図である。
【図４】本発明の光電変換素子２０を説明する断面図である。
【図５】本発明の光電変換素子３０を説明する断面図である。
【図６】本発明の光電変換素子４０を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。また、図面では、一部符号の記載を省略することがある。
【００１８】
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の光電変換素子１０（以下において、「太陽電池１０」という。）を示す断面図である。図１に示すように、太陽電池１０は、裏面側から順に、石英基板１と、裏面電極２と、グラファイト層３と、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を有するｐｉｎ部７と、グラファイト層８と、櫛形形状の表面電極９と、を有している。太陽電池１０において、ｐ型炭素層４はｐ型ドーパントを添加された透明なアモルファスカーボン膜、ｉ型炭素層５はｉ型アモルファスカーボン膜、ｎ型炭素層６はｎ型ドーパントを添加された透明なアモルファスカーボン膜である。ｐ型炭素層４及びｎ型炭素層６の屈折率は、２．２である。また、グラファイト層３は、グラファイト面の積層方向を制御していないグラファイト層であり、グラファイト層３の屈折率は２．９である。これに対し、グラファイト層８は、表面電極９に接触する接触部位８ａ、８ａを、図１の紙面左右方向へ層状のグラファイト面を積層することによって構成し、且つ、表面電極９に接触しない非接触部位８ｂ、８ｂ、８ｂを、図１の紙面上下方向へ層状のグラファイト面を積層することによって構成することにより、複数のグラファイト面の積層方向を制御したグラファイト層である。グラファイト層８の屈折率は２．９である。
【００１９】
太陽電池１０では、図１の紙面上方から照射された光が、グラファイト層８及びｎ型炭素層６を通過してｉ型炭素層５へと達する。ｉ型炭素層５を通過した光は、ｐ型炭素層４を通過する。ｐ型炭素層４を通過した光は、少なくとも一部がグラファイト層３によって反射されることにより、図１の紙面下側から上側へと向かってｐ型炭素層４を通過し、再びｉ型炭素層５へ光が到達する。ｐ型炭素層４を通過してｉ型炭素層５へと達した光（図１の紙面下方からも光が照射される場合には、グラファイト層３及びｐ型炭素層４を通過してｉ型炭素層５へと達した光も含む。）は、図１の紙面下側から上側へと向かって、ｉ型炭素層５及びｎ型炭素層６を通過する。ｎ型炭素層６を図１の紙面下側から上側へと向かって通過した光は、少なくとも一部がグラファイト層８によって反射され、図１の紙面上側から下側へと向かってｎ型炭素層６を通過し、再度ｉ型炭素層５へ光が到達する。すなわち、太陽電池１０では、ｐｉｎ部７を通過した光の少なくとも一部が、グラファイト層３やグラファイト層８によって反射され、複数回にわたってｉ型炭素層５を通過する。このようにして光がｉ型炭素層５を通過すると、光がｉ型炭素層５を通過する毎に、ｉ型炭素層５において電子及び正孔が生成される。ｉ型炭素層５で生成された電子及び正孔は、ｐ型炭素層４及びｎ型炭素層６により発生する内部電界により分離される。そして、電子は、ｉ型炭素層５、ｎ型炭素層６、及び、グラファイト層８を通過して表面電極９へと達し、正孔は、ｉ型炭素層５、ｐ型炭素層４、及び、グラファイト層３を通過して裏面電極２へと達する。
【００２０】
図２は、太陽電池１０の一部を拡大して示す断面図であり、ｎ型炭素層６、グラファイト層８、及び、表面電極９の一部を拡大して示している。図１及び図２に示すように、グラファイト層８は、表面電極９に接触している接触部位８ａ、８ａ（以下において、単に「接触部位８ａ」という。）と、表面電極９に接触していない非接触部位８ｂ、８ｂ、８ｂ（以下において、単に「非接触部位８ｂ」という。）とで、層状のグラファイト面８ｘ、８ｘ、…の積層方向が異なっている。接触部位８ａを構成する複数のグラファイト面８ｘ、８ｘ、…は、図２の紙面左右方向に積層されており、グラファイト層８の厚さ方向である図２の紙面上下方向と交差する方向に積層されている。これに対し、非接触部位８ｂを構成する複数のグラファイト面８ｘ、８ｘ、…は、図２の紙面上下方向に積層されており、グラファイト層８の厚さ方向と平行に積層されている。ここで、電荷は、グラファイト面間よりもグラファイト面内（接触部位８ａでは図２の紙面上下方向、非接触部位８ｂでは図２の紙面左右方向）を移動しやすい。そのため、かかる形態とすることにより、ｎ型炭素層６から接触部位８ａへと移動してきた電子を、表面電極９へと容易に導くことが可能になる。また、ｎ型炭素層６から非接触部位８ｂへと移動してきた電子を、接触部位８ａへと容易に導くことが可能になる。したがって、非接触部位８ｂに存在する電子を、接触部位８ａを経由させて容易に表面電極９へと導くことが可能になる。
【００２１】
図３は、従来の太陽電池９０を示す断面図である。図３において、太陽電池１０と同様に構成されるものには、図１及び図２にて使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。図３に示すように、太陽電池９０は、裏面側から順に、石英基板１と、裏面電極２と、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を有するｐｉｎ部７と、表面電極９と、を有している。このように構成される太陽電池９０は、太陽電池１０とは異なり、裏面電極２とｐｉｎ部７との間にグラファイト層３が配設されておらず、ｐｉｎ部７と表面電極９との間にグラファイト層８が配設されていない。そのため、太陽電池９０では、ｐｉｎ部７を通過した光を、グラファイト層によって反射させて再びｐｉｎ部７へと入射させることができない。
【００２２】
これに対し、太陽電池１０では、グラファイト層３及びグラファイト層８によって、ｐｉｎ部７を通過した光の少なくとも一部を反射することができ、再びｐｉｎ部７へと入射させることができる。そのため、太陽電池１０によれば、太陽電池９０よりも、ｉ型炭素層５を通る光の長さ（光路長）を長くすることができる。ｉ型炭素層５を通る光の長さを長くすることにより、ｉ型炭素層５で生成される電子及び正孔の数を増大させることが可能になるので、本発明によれば、従来よりも多くの電荷を電極（裏面電極２及び表面電極８）へと移動させることが可能な、太陽電池１０を提供することができる。また、ｉ型炭素層５を通る光の長さを長くすることができる本発明によれば、従来よりも厚さが薄いｉ型炭素層５を用いても、従来と同程度の電荷をｉ型炭素層５で生成することが可能になる。したがって、従来よりも厚さが薄いｉ型炭素層５を用い、裏面電極２や表面電極９へと移動する途中で消失する電荷を低減することによって、電極へと到達する電荷を増大させることも可能になる。
【００２３】
さらに、太陽電池１０には、接触部位８ａと非接触部位８ｂとでグラファイト面８ｘ、８ｘ、…の積層方向が異なるように制御されたグラファイト層８が、ｐｉｎ部７と櫛形形状である表面電極９との間に配設されている。接触部位８ａを構成するグラファイト面８ｘ、８ｘ、…の積層方向をグラファイト層８の厚さ方向と交差する方向にすることで、接触部位８ａに存在する電子を表面電極９へと導きやすくなり、非接触部位８ｂを構成するグラファイト面８ｘ、８ｘ、…の積層方向をグラファイト層８の厚さ方向と平行にすることで、非接触部位８ｂに存在する電子も表面電極９へ導きやすくなる。したがって、グラファイト層８が備えられる形態とすることにより、本発明によれば、多くの電荷を電極へ容易に移動させることが可能な、太陽電池１０を提供することができる。
【００２４】
太陽電池１０において、グラファイト層３及びグラファイト層８の厚さは、光の少なくとも一部を反射可能な厚さであれば特に限定されるものではなく、例えば５ｎｍとすることができる。
【００２５】
また、太陽電池１０において、ｐ型炭素層４は、例えば、ホウ素をドープした、キャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３、厚さが１０ｎｍのアモルファスカーボン膜とすることができる。また、ｉ型炭素層５は、例えば、キャリア濃度が１×１０１０ｃｍ−３、厚さが５００ｎｍの、ドープをしていないアモルファスカーボン膜とすることができる。また、ｎ型炭素層６は、例えば、窒素をドープした、キャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３、厚さが１０ｎｍのアモルファスカーボン膜とすることができる。なお、上記例では、ｐ型炭素層４のドーパントとしてホウ素を例示したが、太陽電池１０は当該形態に限定されるものではなく、ホウ素以外のＩＩＩ族元素をドーパントとして用いることもできる。また、上記例では、ｎ型炭素層６のドーパントとして窒素を例示したが、太陽電池１０は当該形態に限定されるものではなく、窒素以外のＶ族元素をドーパントとして用いることもできる。
【００２６】
また、太陽電池１０において、裏面電極２は、例えば、ＩＴＯ、Ａｇ、ＺｎＯ、ＺｎＯ／Ａｇ、Ａｕ等によって構成することができ、裏面電極２の厚さは、例えば、１μｍ〜３μｍとすることができる。また、表面電極９は、例えば、Ａｕ、Ａｇ等によって構成することができ、表面電極９の厚さは、例えば、１μｍとすることができる。
【００２７】
太陽電池１０は、例えば、以下のようにして作製することができる。裏面電極２は、石英基板１の表面に蒸着法等の公知の方法によって作製することができる。裏面電極２を作製したら、形成すべき層が堆積される物質（グラファイト層３を作製する場合は裏面電極２、ｐ型炭素層４を作製する場合はグラファイト層３、ｉ型炭素層５を作製する場合はｐ型炭素層４、ｎ型炭素層６を作製する場合はｉ型炭素層５）の温度、及び、原料の投入量を制御する機能を備えたプラズマＣＶＤ装置等を用いて、グラファイト層３、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を順に作製することができる。グラファイト層３及びｉ型炭素層５の原料としては、メタン、アセチレン、及び、エチレン等の炭化水素（以下において、単に「炭化水素」という。）、並びに、水素を用いることができる。また、ｐ型炭素層４の原料としては、炭化水素、水素、及び、トリメチルボロン等の添加物を用いることができる。また、ｎ型炭素層６の原料としては、炭化水素、水素、及び、窒素やホスフィン等の添加物を用いることができる。このようにしてｎ型炭素層６まで作製したら、グラファイト層３と同様の原料を用いて、プラズマＣＶＤ法により作製したグラファイト層を高精度機械加工することによって接触部位８ａを作製し、引き続き、グラファイト層３と同様の作製法と原料を用いて、基板温度や原料ガス（例えば、メタン及び水素）組成を制御して、紙面縦方向にグラファイト結晶を接触部位８ａよりも厚く成長させ、その後、表面を研磨して非接触部位８ｂを作製することにより、グラファイト層８を作製する。そして、グラファイト層８の表面に、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチングと蒸着法等を組み合わせた方法により表面に櫛形形状の凸部を形成した表面電極９を作製することにより、太陽電池１０を作製することができる。
【００２８】
本発明に関する上記説明では、グラファイト面の積層方向が制御されているグラファイト層８がｐｉｎ部７の一方の側にのみ配設されている形態について言及したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。そこで、グラファイト層８がｐｉｎ部７の両側に配設されている形態の光電変換素子について、以下に説明する。
【００２９】
２．第２実施形態
図４は、第２実施形態にかかる本発明の光電変換素子２０（以下において、「太陽電池２０」という。）を示す断面図である。図４において、太陽電池１０と同様に構成されるものには、図１及び図２で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００３０】
図４に示すように、太陽電池２０は、裏面側から順に、櫛形形状の裏面電極２１と、グラファイト層８と、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を有するｐｉｎ部７と、グラファイト層８と、櫛形形状の表面電極９と、を有している。太陽電池２０は、公知の方法によって、図４の紙面上方側及び下方側から太陽光が入射可能に構成されている。このように構成される太陽電池２０によっても、太陽電池１０と同様の効果を奏することができる。加えて、太陽電池２０では、ｐｉｎ部７の裏面側に配設されているグラファイト層がグラファイト層８とされている。そのため、太陽電池１０よりも、ｐ型炭素層４に存在する正孔を裏面電極２１へ容易に導くことが可能になる。
【００３１】
太陽電池２０において、裏面電極２１は、表面電極９と同様の材料によって構成することができる。また、太陽電池２０は、例えば、裏面電極２１の形状と対応する形状の凹部を有する公知の基板の表面に、蒸着法等によって裏面電極２１を作製した後、太陽電池１０におけるグラファイト層８と同様の方法によってグラファイト層８を作製する。その後、グラファイト層８の表面に、太陽電池１０におけるｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、ｎ型炭素層６、グラファイト層８、及び、表面電極９の作製方法と同様の方法によって、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、ｎ型炭素層６、グラファイト層８、及び、表面電極９を順に作製する。そして、表面電極９を作製したら、裏面電極２１を作製する際に用いた基板をエッチング等の公知の方法によって除去することにより、太陽電池２０を作製することができる。
【００３２】
本発明に関する上記説明では、グラファイト面の積層方向が制御されたグラファイト層８が備えられている形態について言及したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。そこで、グラファイト層３やグラファイト層８とは異なる形態のグラファイト層が配設されている形態の光電変換素子について、以下に説明する。
【００３３】
３．第３実施形態
図５は、第３実施形態にかかる本発明の光電変換素子３０（以下において、「太陽電池３０」という。）を示す断面図である。図５において、太陽電池１０と同様に構成されるものには、図１及び図２で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００３４】
図５に示すように、太陽電池３０は、裏面側から順に、石英基板１と、裏面電極２と、グラファイト層３と、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を有するｐｉｎ部７と、グラファイト層３１と、櫛形形状の表面電極９と、を有している。グラファイト層３１は、表面電極９と接触する接触部位３１ａ、３１ａが太陽電池１０における接触部位８ａと同様に構成されているのに対し、表面電極９と接触しない非接触部位３１ｂ、３１ｂ、３１ｂはグラファイト層３と同様に構成されている。かかる形態のグラファイト層３１が配設されていても、グラファイト層３１の屈折率は２．９であり、ｎ型炭素層６の屈折率よりも大きいので、図５の紙面下側から上側へと向かってｐｉｎ部７を通過してきた光の少なくとも一部をｐｉｎ部７側へと反射することができる。したがって、太陽電池３０によっても、電極へと移動する電荷を増大させることができる。また、太陽電池３０には、接触部位８ａと同様に構成される接触部位３１ａ、３１ａが備えられている。そのため、ｎ型炭素層６から接触部位３１ａ、３１ａへと移動してきた電子を、表面電極９へ容易に導くことが可能になる。
【００３５】
このように構成される太陽電池３０は、太陽電池１０と同様の方法によって、石英基板１の表面に裏面電極２、グラファイト層３、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を作製することができる。ｎ型炭素層６を作製したら、太陽電池１０における接触部位８ａの作製方法と同様の方法によって接触部位３１ａを作製することができ、非接触部位３１ｂは、グラファイト層３の作製方法と同様の方法によって作製することができる。こうしてグラファイト層３１を作製したら、太陽電池１０における表面電極９の作製方法と同様の方法によって、グラファイト層３１の表面に表面電極９を作製することにより、太陽電池３０を作製することができる。
【００３６】
本発明に関する上記説明では、ｐｉｎ部７と表面電極９との間、及び、ｐｉｎ部７と裏面電極２又は裏面電極２１との間にグラファイト層３、８、３１が配設される形態について言及したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、ｐｉｎ部と表面電極との間、又は、ｐｉｎ部と裏面電極との間にのみ、グラファイト層が配設されていても良い。そこで、ｐｉｎ部と一方の電極との間にのみグラファイト層が配設されている形態の光電変換素子について、以下に説明する。
【００３７】
４．第４実施形態
図６は、第４実施形態にかかる本発明の光電変換素子４０（以下において、「太陽電池４０」という。）を示す断面図である。図６において、太陽電池１０と同様に構成されるものには、図１及び図２で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００３８】
図６に示すように、太陽電池４０は、裏面側から順に、石英基板１と、裏面電極２と、グラファイト層３と、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を有するｐｉｎ部７と、櫛形形状の表面電極９と、を有している。かかる形態であっても、グラファイト層３によって、図６の紙面上側から下側へと向かってｐｉｎ部７を通過した光の少なくとも一部を反射することができ、ｉ型炭素層５を通過する光の長さを長くすることができる。したがって、太陽電池４０によっても、電極へと移動する電荷を増大させることができる。
【００３９】
このように構成される太陽電池４０は、太陽電池１０と同様の方法によって、石英基板１の表面に裏面電極２、グラファイト層３、ｐ型炭素層４、ｉ型炭素層５、及び、ｎ型炭素層６を作製することができる。そして、ｎ型炭素層６を形成したら、太陽電池１０における表面電極９の作製方法と同様の方法によって、ｎ型炭素層６の表面に表面電極９を作製することにより、太陽電池３０を作製することができる。
【００４０】
太陽電池４０のように、本発明では、表面電極又は裏面電極とｐｉｎ部との間にのみグラファイト層が配設されている形態とすることも可能である。ただし、グラファイト層は、光を反射する機能のみならず、金属電極からｐｉｎ部へ金属原子が拡散することを防止する機能をも有する。したがって、電極へと移動する電荷を増大させることのみならず、ｐｉｎ部の酸化劣化や機械的な破損をも抑制し得る形態の光電変換素子を提供する等の観点からは、表面電極とｐｉｎ部との間、及び、ｐｉｎ部と裏面電極との間に、グラファイト層を配設することが好ましい。
【００４１】
また、本発明に関する上記説明では、櫛形形状の電極とｐｉｎ部との間にのみ、グラファイト面の積層方向を制御したグラファイト層が配設される形態について言及したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明は、櫛形形状ではない電極とｐｉｎ部との間に配設されるグラファイト層（上記例では、裏面電極２とｐｉｎ部７との間に配設されるグラファイト層３）も、グラファイト面の積層方向がグラファイト層の厚さ方向と交差する方向となるように制御したグラファイト層とすることができる。かかる形態とすることにより、ｐ型炭素層４に存在する正孔を裏面電極２へと容易に導くことが可能になる。
【００４２】
また、本発明に関する上記説明では、ｎ型炭素層が表面側（上面側）に配設される形態を例示したが、本発明の光電変換素子は当該形態に限定されるものではなく、ｎ型炭素層がｉ型炭素層の裏面側（下面側）に配設され、ｐ型炭素層がｉ型炭素層の表面側（上面側）に配設される形態とすることも可能である。ただし、性能を向上させやすい形態にする等の観点からは、ｎ型炭素層が表面側（上面側）に配設される形態とすることが好ましい。
【００４３】
また、本発明に関する上記説明では、本発明が太陽電池に適用される場合を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、光検出素子等に代表される他の形態の光電変換素子にも適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の光電変換素子は、電気自動車の動力源や太陽光発電システム等に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…石英基板
２、２１…裏面電極
３…グラファイト層
４…ｐ型炭素層
５…ｉ型炭素層
６…ｎ型炭素層
７…ｐｉｎ部
８…グラファイト層
８ａ…接触部位
８ｂ…非接触部位
８ｘ…グラファイト面
９…表面電極
１０、２０、３０、４０…太陽電池（光電変換素子）
３１…グラファイト層
３１ａ…接触部位
３１ｂ…非接触部位
９０…太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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