(57)【要約】【課題】性能向上の面で問題となる透明電極を用いることなく薄膜光電池を成立させる電極構造を有する、低コストで高性能な光電変換素子（光電池）を提供する。【解決手段】この光電変換素子は、光透過性基板２０と、その光透過性基板の裏面側においてｐ層又はｎ層による複数の層から形成され、キャリアの生成及び収集を行う半導体層３０と、その半導体層に形成された開口部４０に設けられて半導体層の最も受光面側の層３２と接続するとともに、その開口部に設けられた絶縁膜５０により半導体層の最も受光面側の層以外の層３４，３６と接続しないようにされた第１の裏面電極６２と、半導体層の最も裏面側の層３６と接続する第２の裏面電極６６と、を具備する。【選択図】　　　図２
2004095669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性基板と、
前記光透過性基板の裏面側においてｐ層又はｎ層による複数の層から形成され、キャリアの生成及び収集を行う半導体層と、
前記半導体層に形成された開口部に設けられて前記半導体層の最も受光面側の層と接続するとともに、該開口部に設けられた絶縁膜により前記半導体層の最も受光面側の層以外の層と接続しないようにされた第１の裏面電極と、
前記半導体層の最も裏面側の層と接続する第２の裏面電極と、
を具備する光電変換素子。
【請求項２】
前記開口部は裏面側に向かうほど広く形成されている、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記光透過性基板と前記半導体層との間に欠陥低減膜が設けられている、請求項１又は請求項２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記欠陥低減膜は水素又はハロゲン元素を含有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記開口部はライン状又はドット状に形成されている、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光電変換素子。
【請求項６】
第２の絶縁膜を介して集合電極が更に設けられている、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記光透過性基板に代えてシリコンを主成分とする半導体基板を有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子に関し、より詳細には、熱光発電に好適な光電変換素子（光電池、太陽電池）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（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）による発電すなわち熱光発電（ＴＰＶ）が注目されている。ＴＰＶ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に照射して電気エネルギーを得るというものである。ＴＰＶシステムは、可動部分を有しないため、低騒音・低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は、クリーン性、静粛性などの点で優れている。
【０００３】
ＴＰＶ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。その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、１．１μｍ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。
【０００４】
ＴＰＶシステム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）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素，Ｅｇ＝０．６０〜１．０ｅＶ）、Ｇｅ（ゲルマニウム，Ｅｇ＝０．６６ｅＶ）等が挙げられる。
【０００５】
ＴＰＶ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。
【０００６】
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受光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、受光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。
【０００７】
一方、受光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。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。
【０００８】
そこで、本願出願人は、例えば、先にした特願２００１−１７３０１７号の願書に添付した明細書及び図面において、ＴＰＶシステムに適したＧｅを使用して裏面電極型光電変換素子を成立させるため、表面でのキャリアの再結合損失を大幅に減少させることが可能な素子構造を既に提案している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、Ｇｅ裏面電極型光電池はＴＰＶシステムに極めて適したものである。また、その製造コストも従来のＧａＳｂ等の　ＩＩＩ−Ｖ化合物系光電池に比べて低くなっている。しかし、さらにコストを低減するためには、ガラス等の安価な基板に薄膜で半導体層を形成して光電池とすることが求められる。
【００１０】
しかしながら、図１に示されるように、現在の薄膜電池では、光透過性基板（ガラス）２０の裏面側に半導体層（ｐ層、ｉ層及びｎ層）３０を形成し、その半導体層の受光面側に透明電極６０、裏面側に金属電極６１を設けた構造とされており、この透明電極６０は、光透過率を増加させようとすると抵抗が大きくなるという問題がある。特に、ＴＰＶシステムにおいては、その光強度は太陽光に比べて大きく、光電池が発生する電流密度が大きくなるため、電極の抵抗が大きいという問題は光電池の性能を向上させる上で大変大きな障害となる。
【００１１】
さらに、現在の薄膜電池では、図１に示されるように、受光面側全面に透明電極６０があり、半導体層３０と接続しているため、半導体界面の欠陥を減少させることが難しく、光電池の性能向上に対する障害となっている。
【００１２】
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、性能向上の面で問題となる透明電極を用いることなく薄膜光電池を成立させる電極構造を有する、低コストで高性能な光電変換素子（光電池）を提供することにある。また、本発明の目的は、さらに、かかる光電変換素子（光電池）において半導体界面の欠陥を減少させることができる受光面側の構造を提供することにある。
【００１３】
【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の面によれば、光透過性基板と、前記光透過性基板の裏面側においてｐ層又はｎ層による複数の層から形成され、キャリアの生成及び収集を行う半導体層と、前記半導体層に形成された開口部に設けられて前記半導体層の最も受光面側の層と接続するとともに、該開口部に設けられた絶縁膜により前記半導体層の最も受光面側の層以外の層と接続しないようにされた第１の裏面電極と、前記半導体層の最も裏面側の層と接続する第２の裏面電極と、を具備する光電変換素子が提供される。この光電変換素子においては、抵抗損失が大きい透明電極を用いることなく、薄膜光電池を構成する電極構造が実現される。
【００１４】
また、本発明の第２の面によれば、前記開口部は裏面側に向かうほど広く形成される。かかる構成により、開口部の側面に到達した光が素子内部に反射されて半導体層に吸収され、入射光の損失が最小限に抑えられる。
【００１５】
また、本発明の第３の面によれば、前記光透過性基板と前記半導体層との間に欠陥低減膜が設けられる。かかる構成によれば、基板に含まれる不純物要素（光電変換素子の性能を低下させる）が半導体層に拡散するのを防止することができる。
【００１６】
また、本発明の第４の面によれば、前記欠陥低減膜は水素又はハロゲン元素を含有する。半導体層と他の物質（ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２等）との界面には多数の欠陥が存在し、光電変換素子の性能を向上させるためにはこの欠陥を減少させることが必須であるところ、かかる構成によれば、半導体層の受光面側の未結合手が水素又はハロゲン元素と結合することで、欠陥が減少する。
【００１７】
また、本発明の第５の面によれば、前記開口部はライン状又はドット状に形成される。開口部の形状をライン状又はドット状に形成することで、入射光の減少を抑えつつ電極抵抗を低減させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の第６の面によれば、第２の絶縁膜を介して集合電極が更に設けられる。かかる構成によれば、素子の面積を増やすことなく、集合電極を設けることができるため、効率を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の第７の面によれば、前記光透過性基板に代えてシリコンを主成分とする半導体基板が使用される。かかる構成によれば、光透過性基板を使用する場合に比較して、欠陥の少ない半導体層を形成することが可能となる。
【００２０】
【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。
【００２１】
図２は、本発明による光電変換素子の第１実施形態を示す断面図である。まず、図２に示される光電変換素子の基本的構成について受光面側から説明すると、多層光制御薄膜１０は、光反射損失を減少させるための反射防止膜や、セルの発電に有効な光を透過し不要な光を反射するための光学フィルターである。光透過性基板２０は、光電池に有用な光を透過する基板である。光透過性基板２０として、石英、ガラス、プラスチックなどが使用される。
【００２２】
半導体層３０は、光を吸収し、電荷（キャリア）を発生する。ｎ＋層３２及びｐ層３４より構成されるｐｎ接合により、電子（マイナスキャリア）はｎ＋層３２へ、正孔（プラスキャリア）はｐ＋層３６へ移動する。また電極に接続する半導体層となるｎ＋層３２及びｐ＋層３６のキャリア濃度が高くされ、電極との接触抵抗が減少せしめられている。
【００２３】
ｎ＋層３２へ接続する開口部（−電極形成部分）４０は、ｎ＋層３２に接続する上部が狭く、下部に向かうほど広くなるように形成されている。また、その頂上部は、ｎ＋層３２とｐ層３４との界面より受光面側に設けられる。なお、この開口部は裏面側に向かうほど広く形成されているが、この形状は、好適なものであり、光電池を構成する上での要件ではなく、例えば、上部から下部に至るまで一定の広さであっても良い。
【００２４】
絶縁膜５０は、ｎ＋層３２に接続するマイナス微細電極６２と、ｐ層３４及びｐ＋層３６と、を絶縁分離するために設けられたものである。マイナス微細電極（第１の裏面電極）６２は、開口部４０を埋めるように形成される。このように、開口部４０は、受光面側のｎ＋層３２（半導体層３０の最も受光面側の層）に接続する電極を裏面側に設けるために設けられている。プラス微細電極（第２の裏面電極）６６は、ｐ＋層３６（半導体層３０の最も裏面側の層）に接続する電極である。
【００２５】
なお、図２の構成では半導体層の最も受光面側の層として設けられるワイドギャップ半導体薄膜３２をｎ型としたが、ｐ層とｎ層とを入れ替えることにより同様の構成を作製することが可能である。
【００２６】
図２に示される基本的構成を備えた光電変換素子の作用について説明すると、受光面側の半導体層（ｎ＋層）３２に接続するマイナス電極６２を裏面側に形成することができる。また、下部に向かうほど開口部４０を広くすることにより、開口部側面に到達した入射光を光電池内部に反射させ、半導体薄膜３０に吸収させることができる。従って、電極の影による入射光量の損失は、マイナス電極６２とｎ＋層３２とが接触する部分のみで生ずることとなり、最小限に抑えることができる。また、下部に向かうほど開口部４０を広くすることにより、電極の体積を増加させることができ、抵抗損失を減少させることができる。さらに、開口部４０をｎ＋層３２側に埋め込むように形成するとともに絶縁膜５０を形成することにより、マイナス電極６２とｐ層３４及びｐ＋層３６との絶縁を保ちつつ、ｎ＋層３２と電極６２との接触面積を増やすことができ、抵抗損失を減少させることができる。
【００２７】
かくして、図２に示される光電変換素子によれば、抵抗損失が大きい透明電極を用いることなく、光透過性（ガラス）基板２０の裏面側に形成した薄膜光電池（薄膜太陽電池）を形成することができるため、電極の抵抗を減少させることができる。従って、高光密度に適した高性能光電池を低コストで提供することができる。その結果、ＴＰＶシステムに用いられた場合には、ＴＰＶシステムの発電量を増加させつつシステムのコストを低減することが可能となる。
【００２８】
ここで、図２に基づく具体的構造（材料構成）の例について説明すると、多層光制御薄膜１０は、ＭｇＦ２　，ＺｎＳ，ＳｉＯ２　，ＴｉＯ２　などから構成される多層膜である。そして、この多層膜は、ＴＰＶの発光体（エミッタ）が発生する光のうち光電変換素子により電流に変換することができる波長領域の光を透過して半導体層に吸収させる一方、不要な光を反射させることにより素子温度の上昇を防ぐ。
【００２９】
光透過性基板２０は、石英、ガラス、プラスチックなどであり、厚み０．２〜５ｍｍ程度、サイズ１ｃｍ×１ｃｍ〜１００ｃｍ×１００ｃｍ程度を有する。
【００３０】
半導体層３０の材料は、カーボン（Ｃ）、ＡｌＧａＡｓ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ、アモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）、ＳｉＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，Ｇｅ，ＰｂＳ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂなどである。半導体層３０のバンドギャップは、０．２〜２．０ｅＶ程度である。そして、ｎ＋層３２は、厚み０．０２〜１μｍ、キャリア濃度１×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３を有する。ｐ層３４は、厚み１〜３０μｍ、キャリア濃度１×１０１４〜１×１０１８ｃｍ−３を有する。ｐ＋層３６は、厚み０．０２〜１μｍ、キャリア濃度１×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３を有する。
【００３１】
ｎ＋層３２へ接続する開口部４０については、上部幅は１〜５０μｍ程度、下部幅は５〜２００μｍ程度である。また、ｎ＋層３２とマイナス電極６２とが接触する面積の電池面積に対する率は３％である。絶縁膜５０は、ＳｉＯ２　，ＳｉＮｘ等の材料ででき、厚み２００〜５００ｎｍを有する。微細電極６２及び６６の材料は、Ａｌ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等である。
【００３２】
なお、ｐ層、ｎ層の組み合わせは、上述の具体例に限定されるものではなく、逆の組み合わせを用いることができる。
【００３３】
図３は、本発明による光電変換素子の第２実施形態を示す断面図である。図３においては、図２における要素と同一の要素に同一の符号が付されることにより、その説明が省略される。図２の構造に対する図３の構造の相違点について説明すると、光透過性基板２０と半導体層３０との間に欠陥低減膜７０が設けられている。この欠陥低減膜７０は、ＳｉＮｘ，ＳｉＯ２　などを主成分とする絶縁性薄膜であり、波長３００〜２０００ｎｍの光の９０％以上を透過する。
【００３４】
図３に示される基本的構成を備えた光電変換素子の作用について説明すると、欠陥低減膜７０は、光透過性基板２０に含まれる、光電池の性能を低下させる元素が半導体層３０へ拡散するのを防ぐ。すなわち、ガラス、プラスチックなどの安価な基板２０には、アルカリ金属元素などの、半導体層３０で電気的な欠陥を形成する元素が含まれる。半導体層３０を形成するために２００〜８００℃の熱処理が行われるが、この熱処理中に欠陥を形成する元素が半導体層３０へ拡散する。ＳｉＮｘやＳｉＯ２　などの絶縁性薄膜は、これらの元素の拡散を防ぐ作用を奏する。なお、従来の薄膜型光電池（図１）では、受光面側の半導体層（ｎ＋層）は透明電極に接続される必要がある。従って、欠陥低減膜を適用することができない。
【００３５】
かくして、図３に示される光電変換素子によれば、欠陥低減膜７０を用いることにより、半導体層３０の欠陥を減少させ、光電変換効率を向上させることができる。
【００３６】
ここで、図３に基づく具体的構造（材料構成）の例について説明すると、欠陥低減膜７０は、ＳｉＮｘを材料とし、膜厚３ｎｍ〜３μｍを有する。他の構成要素については、図２の例と同様である。
【００３７】
図４は、本発明による光電変換素子の第３実施形態を示す断面図である。図４においては、図２又は図３における要素と同一の要素に同一の符号が付されることにより、その説明が省略される。図２又は図３の構造に対する図４の構造の相違点について説明すると、欠陥低減膜１７０が、水素又はハロゲン元素を０．１ｐｐｍ　〜２０％含有する。そのため、図５に示されるように、半導体層３０の受光面側界面３０ａでは、半導体層を形成する主な元素（ゲルマニウム）が水素又はハロゲン元素と結合することができる。
【００３８】
したがって、未結合手（ダングリングボンド）が水素又はハロゲン元素と結合することにより、半導体層３０の受光面側界面３０ａの電気的欠陥が減少する。すなわち、半導体層の形成時には２００〜８００℃の熱処理が行われるが、この熱処理中に欠陥低減膜１７０に含有される水素又はハロゲン元素が拡散し、半導体層界面３０ａの未結合手と結合する。なお、従来の薄膜型光電池（図１）では、受光面側の半導体層（ｎ＋層）は透明電極に接続される必要があり、従って、欠陥低減膜を用いて界面の欠陥を減少させることができない。かくして、図４に示される光電変換素子によれば、半導体層界面の欠陥が減少するため、光電変換効率を向上させることができる。
【００３９】
ここで、図４における欠陥低減膜１７０の構成を例示すると、その材料はＳｉＯ２　、膜厚は３ｎｍ〜３μｍ、添加元素はＨ２　、濃度は２％である。
【００４０】
ところで、図２、図３又は図４の断面図において、ｎ＋層３２に接続するマイナス電極６２を形成するための開口部４０については、裏面側に向かうほど広く形成されているとのみ説明してきたが、その具体的形状としては、図６の斜視図に示されるようにライン形状とすることも、あるいは、図７の斜視図に示されるようにドット形状とすることも可能である。
【００４１】
そして、いずれの場合にあっても、開口部頂上部のｎ＋層とマイナス電極とが接続する面積は、光電池面積の１０％以下に設定される。なお、抵抗損失を十分に小さくし且つ電極による影を最小にするためには、ライン形状で２〜５％、ドット形状で０．３〜２％に設定することが最適である。
【００４２】
作製の容易さ、コスト、抵抗損失等を考慮し、ライン形状又はドット形状のいずれをも選択することができる。ライン形状のメリットとしては、開口部の加工及び電極の形成が容易であり、コストを低減することができる、という点が挙げられる。一方、ドット形状のメリットとしては、電極の影による入射光損失を少なくすることができる、という点が挙げられる。
【００４３】
かくして、図６又は図７に示されるようにライン形状又はドット形状に開口部を形成した場合には、薄膜光電池において、電極の影による入射光量の減少を最小限に抑制しつつ、電極抵抗を減少させることができる。従って、高光密度に適した高性能光電池を提供することが可能となる。
【００４４】
ここで、図６及び図７に基づく具体的構造の例について説明すると、図６のライン形状の場合には、上部サイズは２０μｍ、下部サイズは５０μｍ、開口部ピッチは０．７ｍｍ、ｎ＋層とマイナス電極とが接触する面積の電池面積に対する率は３％である。一方、図７のドット形状の場合には、上部サイズは４０μｍ、下部サイズは８０μｍ、開口部ピッチは０．５ｍｍ、ｎ＋層とマイナス電極とが接触する面積の電池面積に対する率は０．６４％である。
【００４５】
ところで、図２、図３又は図４に示される構造では、マイナス微細電極６２及びプラス微細電極６６が交互に形成されているだけであり、このままでは電流を取り出すことができない。そこで、本発明は、電極を２層構造として複数の微細電極をとりまとめ、外部に電流を取り出すための集合電極を設けるための構造を提供する。
【００４６】
図８は、かかる２層電極構造を示す斜視図であり、図９は、その構造を説明するために一部を便宜的に分解して示す斜視図である。これらの図に示されるように、マイナス微細電極６２及びプラス微細電極６６が交互に設けられる。マイナス電極６２は開口部を通してｎ＋層３２へ、プラス電極６６はｐ＋層３６へ接続する。そして、微細電極６２及び６６の裏面側に第２の絶縁膜８０が設けられる。この絶縁膜８０には、図９に示されるような、マイナス微細電極６２及びプラス微細電極６６に接続するための開口部が設けられる。そして、この第２の絶縁膜８０の裏面側にマイナス集合電極９２及びプラス集合電極９６が設けられる。
【００４７】
図８及び図９に示される２層電極構造の作用について説明すると、第２の絶縁膜８０を介してマイナス集合電極９２及びプラス集合電極９６を設けることにより、光電池の面積を増加させることなく、外部に電力を取り出す電極を形成することができる。また、マイナス及びプラスの両集合電極を裏面側に設けることにより、装置への取り付け性を容易にすることができる。
【００４８】
かくして、図８及び図９に示される２層電極構造によれば、光電池の面積を増やすことなく集合電極を設けることができるため、性能（面積当たりの出力電力）を維持することができる。また、装置への取り付け性が容易になるため、装置のコストを低減することができ、かつ信頼性を向上させることができる。
【００４９】
ここで、図８及び図９に基づく具体的構造の例について説明すると、微細電極６２及び６６は、Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕ等を材料とし、プラス微細電極６６では厚み０．５〜５μｍを有する。第２の絶縁膜８０は、感光性ポリイミドを材料とし、厚み１〜１０μｍを有する。集合電極９２及び９６は、Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ、はんだ等を材料とし、厚み０．５〜２０μｍを有する。
【００５０】
図１０は、本発明による光電変換素子の第４実施形態を示す断面図である。この実施形態においては、光透過性基板に代えてシリコンを主成分とする半導体基板が使用される。図１０に示される光電変換素子の基本的構成について受光面側から説明すると、反射防止膜１１０は、光反射損失を減少させるための１〜３層の光学薄膜である。多結晶、単結晶などの結晶Ｓｉ基板１２０は、赤外光を透過する半導体基板である。結晶Ｓｉ裏面側ｎ＋層１２２は、下部のナローギャップ半導体薄膜１３０とヘテロｐｎ接合を形成するためにＳｉ基板の裏面側に形成された半導体層である。
【００５１】
結晶Ｓｉ裏面側ｎ＋層１２２及びナローギャップ半導体薄膜１３０は、光を吸収し電荷を発生する。結晶Ｓｉ裏面側ｎ＋層１２２とナローギャップ半導体薄膜１３０のｐ層１３４とで構成されるｐｎ接合により電子（−キャリア）はｎ＋層１２２へ、正孔（＋キャリア）はナローギャップ半導体薄膜１３０のｐ＋層１３６へ移動する。また、ヘテロｐｎ接合を設けたことにより、発生する電圧を増加させることが可能になる。
【００５２】
ｎ＋層１２２へ接続する開口部（−電極形成部分）４０は、受光面側のｎ＋層１２２に接続する電極を裏面側に設けるために形成されたものである。絶縁膜５０、マイナス微細電極６２及びプラス微細電極６６は、図２に示されるものと同様である。なお、図１０の構成では結晶Ｓｉ基板をｎ型としたが、ｐ層とｎ層とを入れ替えることにより同様の構成を作製することが可能である。
【００５３】
図１０に示される基本的構成を備えた光電変換素子の作用について説明すると、基板として結晶Ｓｉが用いられているため、光透過性基板使用時に比べて欠陥の少ないナローギャップ半導体層を形成することができる。従って、変換効率を向上させることができる。また、従来のＧｅ結晶基板を用いた裏面電極型に比べて、コストを低減させることができる。ただし、ガラス等の基板よりは高価である。
【００５４】
かくして、図１０に示される光電変換素子によれば、電極面積を広くとることができるため、高光密度に適した高性能光電池を低コストで提供することができる。その結果、ＴＰＶシステムに用いられた場合には、ＴＰＶシステムの発電量を増加させつつ装置のコストを低減することが可能となる。
【００５５】
ここで、図１０に基づく具体的構造（材料構成）の例について説明すると、反射防止膜１１０は、ＭｇＦ２　，ＺｎＳ，ＳｉＯ２　，ＴｉＯ２　などから構成される多層膜であり、受光面側の反射率を減少させる作用を奏する。結晶Ｓｉ基板１２０は、多結晶又は単結晶で、厚み０．１〜０．６ｍｍ程度、サイズ１ｃｍ×１ｃｍ〜１００ｃｍ×１００ｃｍ程度（円形でも良い）、ｎ層キャリア濃度１×１０１４〜１×１０１８ｃｍ−３、ｎ＋層キャリア濃度１×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３を有する。
【００５６】
ナローギャップ半導体薄膜１３０は、カーボン（Ｃ）、ＡｌＧａＡｓ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ、アモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）、ＳｉＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，Ｇｅ，ＰｂＳ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂなどを材料とし、バンドギャップ０．２〜１．６ｅＶ程度、厚み０．２〜３０μｍ、ｐ層キャリア濃度１×１０１４〜１×１０１８ｃｍ−３、ｐ＋層キャリア濃度１×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３を有する。
【００５７】
Ｓｉのｎ＋層１２２へ接続する開口部４０においては、上部幅は１〜５０μｍ程度、下部幅は５〜２００μｍ程度である。また、微細電極６２及び６６は、Ａｌ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等を材料とする。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、性能向上の面で問題となる透明電極を用いることなく薄膜光電池を成立させる電極構造を有する、低コストで高性能な光電変換素子（光電池）が提供される。また、かかる光電変換素子（光電池）において半導体界面の欠陥を減少させることができる受光面側の構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光透過性基板を用いた従来の薄膜型光電変換素子の断面図である。
【図２】本発明による光電変換素子の第１実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による光電変換素子の第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明による光電変換素子の第３実施形態を示す断面図である。
【図５】半導体層界面の未結合手が水素又はハロゲンと結合した構造を模擬的に示す図である。
【図６】ｎ＋層に接続するマイナス電極を形成するためのライン形状の開口部を示す斜視図である。
【図７】ｎ＋層に接続するマイナス電極を形成するためのドット形状の開口部を示す斜視図である。
【図８】裏面電極型薄膜光電変換素子の２層電極構造を示す斜視図である。
【図９】２層電極構造を説明するために一部を便宜的に分解して示す斜視図である。
【図１０】本発明による光電変換素子の第４実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…多層光制御薄膜
２０…光透過性基板
３０…半導体層
３０ａ…半導体層３０の受光面側界面
３２…ｎ＋層
３４…ｐ層
３６…ｐ＋層
４０…開口部（−電極形成部分）
５０…絶縁膜
６０…透明電極
６１…金属電極
６２…マイナス微細電極
６６…プラス微細電極
７０，１７０…欠陥低減膜
８０…第２の絶縁膜
９２…マイナス集合電極
９６…プラス集合電極
１１０…反射防止膜
１２０…結晶Ｓｉ基板
１２２…結晶Ｓｉ裏面側ｎ＋層
１３０…ナローギャップ半導体薄膜
１３４…ナローギャップ半導体薄膜１３０のｐ層
１３６…ナローギャップ半導体薄膜１３０のｐ＋層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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