(57)【要約】【課題】  太陽光発電に用いるアモルファスシリコン半導体層および複数層の半導体単層カーボンナノチューブ層を接合させた半導体層を設けて、太陽光など広範囲の光電変換動作を行なう、高い発電効率の多接合型の光起電力素子を提供する。【解決手段】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の発電層である。複数層接合のｓｗｃｎｔ半導体層は、１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブ層の接合であり、入射光側より大きなエネルギーバンドギャップの順に用いる。入射光表面に用いる機能性透明基板１−１は、太陽光の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の吸収であり、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の発光である。【選択図】図１
2017028234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光面の表面電極と、前記入射光面の裏側に配置された裏面電極とを備え、前記表面電極と裏面電極との間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子であって、
前記、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層は、プラズマ化させたシランガスにそれぞれ必要な添加物ガスを加え、吹きつけたｎ型シリコン層およびｐ型シリコン層の間に、添加物を含まない真性半導体のｉ型シリコン層を用いた半導体層である。プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコン層のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。
前記、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブにｎ型添加物を用いてなるｎ型半導体層およびｐ型添加物を用いてなるｐ型半導体層を複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成されたことを特徴とした多接合型の光起電力素子。
【請求項２】
複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブにｎ型添加物を用いてなるｎ型半導体層およびｐ型添加物を用いてなるｐ型半導体層の間に、添加物を含まないｉ型真性半導体層を配置させた複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成されたことを特徴とした請求項１に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項３】
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の間に、入射光を透過し得る内部電極および絶縁層を用いて接合型に形成された請求項１および請求項２に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項４】
入射光側から光の吸収特性が異なる大きなエネルギーバンドギャップの順に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された請求項１から請求項３に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項５】
複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いる半導体単層カーボンナノチューブ層を、入射光側から大きなエネルギーバンドギャップの順に、接合型に形成された請求項１から請求項４に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項６】
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いて接合型に形成された請求項１から請求項５に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項７】
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、透明基板を用いて接合型に形成された請求項１から請求項５に記載の多接合型の光起電力素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽光発電に用いるアモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）半導体層、および複数層の半導体単層カーボンナノチューブ（ｓｗｃｎｔ）層を接合させた半導体層であり、入射光表面に蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いた昼夜の光電変換動作の多接合型の光起電力素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  太陽光発電としては、単接合型のカーボンナノチューブを用いた光起電力素子が提案されている。すでに多接合型には、アモルファスシリコンおよび微結晶シリコン、アモルファスシリコンおよびアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、アモルファスシリコンおよびシリコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ）などがあり、蓄光性蛍光粒子が分散された透明基板を設けた光起電力素子がある。（例えば、特許文献１・特許文献２参照）。【０００３】  特許文献１は、カーボンナノチューブを含む半導体層を有し、構造体を用いた光起電力素子として、広いバンドギャップ範囲で光電変換を行なうことができ、高い発電効率を発揮することができる光起電力素子が記載されている。【０００４】  特許文献２は、蛍光特性を有する透明基板は、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子が分散されている。発電層にはアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、やシリコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ）の薄膜太陽電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特開２０１０−１１４３１６号公報
【特許文献２】  特開２００３−  ７８１５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】  著者  稲垣道夫  「カーボン  古くて新しい材料」  株式会社  工業調査会。２００９年，ｐ．１８０〜１９４  ｐ．２１４〜２１６。
【非特許文献２】  編著者  先端化学技術研究会  「＜重点解説＞最先端化学技術のエッセンス」  株式会社  工業調査会。２００９年，ｐ．２４〜２８。
【非特許文献３】  監修者  太陽光発電技術研究組合  「太陽光発電」  株式会社  ナツメ社。２０１１年，ｐ．２６〜２７  ｐ．８４〜８５  ｐ．９０〜９１  ｐ．９４〜９５  ｐ．９６〜１０３
【非特許文献４】  監修  江馬一弘  Ｎｅｗｔｏｎ  「光とは何か？」  株式会社ニュートンプレス。２００７年，ｐ．８〜９  ｐ．７０〜７１  ｐ．１０６〜１０７
【非特許文献５】  監修者  京極一樹  「化学のほんとうの使い道」  実業之日本社。２０１２年，ｐ．１２６〜１３８
【非特許文献６】  編集兼発行者  下中邦彦  世界大百科事典１３（せいぶつはっこう・生物発光）  平凡社。１９７０年版  ｐ．８８（ａ）
【非特許文献７】  編集兼発行者  下中邦彦  世界大百科事典２３（ルミネセンス・Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）  平凡社。１９７０年版  ｐ．２７５（ａ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  特許文献１に記載された光起電力素子は、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層は、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されており、裏面側に配置される層のカーボンナノチューブの径が、光入射面側に配置される層のカーボンナノチューブの径より小径とされる。ｐ型半導体層およびｎ型半導体層において、異なる波長の光を吸収することができる。広いバンドギャップ範囲で光電変換を行うことができ、高い発電効率を発揮することができる。また、ｐｉｎ型半導体層のｐ型半導体層のカーボンナノチューブは直径１．０５ｎｍであり、ｉ型半導体層には１．２３ｎｍ、ｎ型半導体層には１．３７ｎｍのカーボンナノチューブが用いられるとされている。広いバンドギャップ範囲での光電変換動作および高い発電効率を発揮するとの記載であり、太陽光の光電変換に問題がある。【０００８】  特許文献２に記載された構成によると、光透過孔群に入射光を集光する集光レンズ群とを備え、蛍光特性を有する透明基板は、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子が分散されている透明基板である。タンデム構造の薄膜太陽電池には、アモルファスシリコン・カーバイド（ａ−ｓｉｃ）を用いたｐｉｎ型薄膜半導体である。ｐｉｎ型薄膜半導体の光電変換層の膜厚を最適化し、さらには、それぞれの光電変換層の半導体の種類を変えて、光電変換に利用する光の波長をずらすことにより、さらに高い光電変換効率を実現することが可能であるとの記載であり、太陽光の光電変換に問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の請求項１に係る多接合型の光起電力素子は、入射光面の表面電極と、裏側に配置された裏面電極との間に、プラズマ化させたシランガスにそれぞれ必要な添加物ガスを加え、吹きつけたｎ型シリコン層およびｐ型シリコン層の間に、添加物を含まない真性半導体のｉ型シリコン層を用いた半導体層である。プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコン層のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。
複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブにｎ型添加物のリンを添加してなるｎ型半導体層およびｐ型添加物のホウ素を添加してなるｐ型半導体層のを複数層接合のｎｐ型ン化長けかっ光起電力素子である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１０】  本発明の請求項２に係る多接合型の光起電力素子は、複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の半導体単層カーボンナノチューブに、ｎ型添加物のリンを添加してなるｎ型半導体層およびｐ型添加物のホウ素を添加してなるｐ型半導体層の間に、添加物を含まない真性半導体のｉ型半導体層を用いた複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の光起電力素子である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１１】  本発明の請求項３に係る多接合型の光起電力素子は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の間に、入射光を透過し得る内部電極および絶縁層を用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１２】  本発明の請求項４に係る多接合型の光起電力素子は、入射光側から光の吸収特性が異なる大きなエネルギーバンドギャップの順に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１３】  本発明の請求項５に係る多接合型の光起電力素子は、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いる半導体単層カーボンナノチューブの層を、入射光側から大きなエネルギーバンドギャップの順に用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１４】  本発明の請求項６に係る多接合型の光起電力素子は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１５】  本発明の請求項７に係る多接合型の光起電力素子は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、透明基板を用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。
【発明の効果】
【００１６】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を、多接合型に用いた光起電力素子の発電層である。発電層は、太陽光の紫外線から赤外線までの広範囲の光を光電変換動作させるた接合型の光起電力素子である。入射光表面に蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いた光起電力素子は、太陽光の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍの程度の光を吸収し、夜間に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の発光および放射の光の光電変換であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層での動作である。太陽光および夜間に発光する光の光電変換動作の半導体層である。広範囲の光の光電変換動作の発電効率が高い太陽光発電の多接合型の光起電力素子である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【図２】透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【図３】機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【図４】透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  本発明に係る多接合型の光起電力素子のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層は、プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコン半導体層である。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体的電子物性を持つキラル型とジグザグ型の半導体単層カーボンナノチューブである。直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブに添加物をしてなるｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層およびｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。ｉ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、添加物を含まない半導体単層カーボンナノチューブの真性半導体である。複数層の半導体単層カーボンナノチューブ層を接合型に形成されたｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子である。
【００１９】  シリコンとカーボンナノチューブは第１４族元素であり、ともに価電子は４価である。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のｎ型半導体単層カーボンナノチューブには、第１５族元素の価電子５価のリンの添加物であり、ｐ型半導体単層カーボンナノチューブには、第１３族元素の価電子３価のホウ素の添加物である。ｉ型半導体単層カーボンナノチューブは、添加物を含まない真性半導体層である。プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコンのｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層には、ｎ型：ＳｉＨ４＋Ｈ２＋ＰＨ３／ｉ型：ＳｉＨ４＋Ｈ２／ｐ型：ＳｉＨ４＋Ｈ２＋Ｂ２Ｈ６の半導体層である。入射光側より、１層目をｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および２層目をｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または１層目をｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および２層目をｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合された発電層の多接合型の光起電力素子。
【００２０】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体のアモルファスシリコンのエネルギーバンドギャップは、１．４〜１．８ｅＶである。
半導体単層カーボンナノチューブは禁制帯の大きさがチューブの径に反比例し、赤外線領域に対応する。さらに半導体のナノチューブのエネルギーバンドギャップの大きさは、径の逆数に比例して０〜１ｅＶで変えることができるとされる。半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップ（特開２０１３−１９１７１３号公報の段落［００３４］に記載の算定式・ＶｇＣＮＴ＝０．８３５２／ｄｔ．．による数値）は、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶ／２ｎｍでは約０．４１８ｅＶ／３ｎｍでは約０．２７８ｅＶ／４ｎｍでは約０．２０９ｅＶ／５ｎｍでは約０．１６７ｅＶとなる。赤外線領域に対応の複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のエネルギーバンドギャップは、０．１６７ｅＶ〜０．８３５ｅＶである。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層のアモルファスシリコンのエネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶである。波長１ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線および４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光線領域対応のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層の光電変換動作である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層または複数層接合のｎｉｐ型ａｗｃｎｔ半導体層は、直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブ層の接合であり、エネルギーバンドギャップは、０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶである。波長８００ｎｍから１ｍｍ程度の赤外線領域対応の複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層での光電変換動作である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。
【００２１】  赤外線を吸収すると、半導体単層カーボンナノチューブの温度が上昇する。カーボンナノチューブの熱伝導率は９００〜２．０００Ｗ／ｍ・Ｋと地上最高の値をもっている。格子振動の伝わる速さの類似から、カーボンナノチューブの熱伝導率もダイヤモンドなみに大きく、化学的には非常に安定な高温材料として優れている。半導体単層カーボンナノチューブの層を、複数層接合の半導体層を用いたｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。高温時の光電変換動作の低下が少ないｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。
【００２２】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いたａ−ｓｉ層内部電極および絶縁層とｓｗｃｎｔ層内部電極は、光が透過する電極である。電極の間に設ける絶縁層は、メタンガスをプラズマ化させたＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層である。この、合成ダイヤモンド微粒子の絶縁層の薄膜は、シリコンに比べて、高温動作温度で５倍、光電圧化で３０倍、高速化では３倍の特性をもつ薄膜の絶縁層である。
【００２３】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層の成膜は、化学気相成長法ＣＶＤ法による成膜であり、合成ダイヤモンド微粒子の薄膜による絶縁層は、化学蒸着法ＣＶＤ法などの薄膜である。ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層およびｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層とｉ型ｓｗｃｎｔ真性半導体層の半導体単層カーボンナノチューブの層は、印刷後、加熱乾燥により形成するスクリーン印刷法、またはＣＶＤ法による成膜である。
【実施例１】
【００２４】  図１は、機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
図１に示すように、蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５にａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅを用いた多接合型の光起電力素子。【００２５】  太陽光および夜間に発光される光を機能性透明基板１−１を用いて光電変換された動作の多接合型の光起電力素子である。
機能性透明基板１−１に分散された蓄光性蛍光粒子１−２の発光および放射される発光スペクトルは、連続スペクトルであり、光の色は緑色を主体とした黄色と青色である。２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光の波長を吸収し、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を発光および放射する。例えば、５〜２０μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を使用すると、２００ｎｍ〜４５０ｎｍ程度の光の波長を吸収し、６２５ｎｍ程度の波長の光を発光および放射させる。透明ガラス中に、根本特殊ガラス社製の粒径１０μｍの蓄光性蛍光粒子（Ｇ３００）を重量２０％で分散させた蓄光ガラスなどを用いている。住田光学ガラス社製の蛍光ガラス（ルミラスＧ９）は、２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の波長の光を吸収して５４０ｎｍ程度の波長の光を発光および放射する。蓄光層に蓄光体としてＣａＳ：Ｂｉ，ＰｂおよびＺｎＳ：ＣｕをＰＭＭＡに含有させたフィルムを用いたバイエル社製５２Ｇ・の蛍光体の励起ピーク波長は４４０ｎｍであり、発光ピーク波長は５１０ｎｍである。ＰＭＭＡに含有させたフィルムを用いたバイエル社製６３Ｒ・の蛍光体の励起ピーク波長は５２０ｎｍであり、発光ピーク波長は５９０ｎｍである。このように、蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１は、太陽光の２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長の光の吸収であり、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光の発光および放射である。したがって、波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の紫外線から可視光線前半の光を吸収し、夜間に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光線の光の発光および放射の光の光電変換動作である。この蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を入射光表面に用いるのである。【００２６】  プラズマＣＶＤ反応のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、太陽光の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光（紫外線および可視光線）に対応した光電変換動作である。蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１の光の吸収は、２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長であり、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を発光および放射する。吸収する太陽光の光は、２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長であり、紫外線から可視光線前半の光を吸収する。夜間に発光および放射する波長は、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光線での光電変換動作である。
太陽光におけるｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５の光電変換動作は、波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の紫外線および可視光線であり、エネルギーバンドギャップは１．４ｅＶ〜１．８ｅＶのｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５である。
夜間に発光および放射する蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を用いた波長は、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５の動作である。【００２７】  ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８は、光が透過する電極であり、間の絶縁層７は、光が透過するメタンガスをプラズマ化させたＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を、均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層７である。この絶縁層７を用いたａ−ｓｉ層内部電極６およびｓｗｃｎｔ層内部電極８は、夜間に発光および放射される蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１の波長、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５の動作である。太陽光では、波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５での動作である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの夜間での光電変換動作は不可能である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５のエネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶであり、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅのエネルギーバンドギャップは、０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶである。エネルギーバンドギャップの大きさに依存する開放電圧、太陽光と機能性透明基板１−１の発光する光の光電変換動作は夜間異なるのである。したがって、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの間に、光が透過するａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ内部電極８を用いるのである。【００２８】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３ａ〜ｅのｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層の３１のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、リンが添加された半導体層である。ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、ホウ素が添加された半導体層である。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層には、直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブを用いた複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３ａ〜ｅである。【００２９】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅに用いた半導体単層カーボンナノチューブは、大きなエネルギーバンドギャップの半導体単層カーボンナノチューブを入射光側から設ける。半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップは、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶ／２ｎｍでは約０．４１８ｅＶ／３ｎｍでは約０．２７８ｅＶ／４ｎｍでは約０．２０９ｅＶ／５ｎｍでは約０．１６７ｅＶとなる。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の３１のａおよび３３のａの１ｎｍ層の接合は、約０．８３５ｅＶと大きく、３１のｅ３３のｅの５ｎｍ層の接合は、約０．１６７ｅＶと小さいエネルギーバンドギャップである。ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８が入射光側となり、入射光側より複数層のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅまでの接合の半導体層である。【００３０】  太陽光による赤外線は、８００ｎｍ〜１ｍｍ程度の波長である。ｎｐ型ｓｗｃ���ｔ半導体層は、赤外線領域の光電変換動作の半導体層である。直径１ｎｍ〜５ｎｍの半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップは、０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶであり、直径１ｎｍ〜５ｎｍの半導体単層カーボンナノチューブ層を複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの順に用いたのである。
【実施例２】
【００３１】  図２は、透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層およびｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図である。
図２に示すように、透明基板１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５にａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅを用いた多接合型の光起電力素子。【００３２】  太陽光の光を透明基板１を用いた光電変換動作の多接合型の光起電力素子である。
表面電極２は透明または光を透過する電極である。プラズマＣＶＤ反応のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の間に、真性半導体のｉ型半導体層を用いたアモルファスシリコン半導体層である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、太陽光の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光を光電変換させる動作の半導体層であり、エネルギーバンドギャップは１．４ｅＶ〜１．８ｅＶの半導体層である。【００３３】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの間に用いられたａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８は、光が透過する透明電極などであり、絶縁層７は、ＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層である。【００３４】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、リンが添加された半導体層である。ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、ホウ素が添加された半導体層である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３ａ〜ｅは、直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブを用いた半導体層を複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅである。
複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅに用いる半導体単層カーボンナノチューブ層は、大きなエネルギーバンドギャップの順に入射光側から設ける。半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップは、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶ・２ｎｍでは約０．４１８ｅＶ・３ｎｍでは約０．２７８ｅＶ・４ｎｍでは約０．２０９ｅＶ・５ｎｍでは約０．１６７ｅＶである。半導体単層カーボンナノチューブは、１ｎｍでは約０．８３５ｅＶと大きく、５ｎｍでは約０．１６７ｅＶと小さいエネルギーバンドギャップである。入射光側よりｎ型３１のａ〜ｅおよびｐ型３３のａ〜ｅまで、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。【００３５】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅは、太陽光の赤外線領域に対応する光の光電変換動作の半導体層である。赤外線の波長は８００ｎｍ〜１ｍｍ程度である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１ａ〜ｅ３３のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブ層のエネルギーバンドギャップは、直径５ｎｍでは約０．１６７ｅＶであり、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶである。直径５ｎｍ〜１ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブ層を、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いたのである。
【実施例３】
【００３６】  図３は、機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層およびｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
図３に示すように、蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎ型ａ−ｓｉ半導体層３・ｉ型ａ−ｓｉ真性半導体層４・ｐ型ａ−ｓｉ半導体層５を接合させたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層、ａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８を用い、ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ・ｉ型ｓｗｃｎｔ半導体層３２のａ〜ｅ・ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅを接合させたｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を用いた多接合型の光起電力素子。【００３７】  太陽光による光電変換動作や、夜間に発光および放射される蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１の光の光電変換動作の多接合型の光起電力素子は、ｎ型ａ−ｓｉ半導体層３・ｉ型ａ−ｓｉ真性半導体層４・ｐ型ａ−ｓｉ半導体層５を接合させたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。太陽光の１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を光電変換させるのであり、紫外線および可視光線に対応した光の光電変換動作である。エネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶである。
入射光表面に用いた蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１は、２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長の光を吸収し、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を発光および放射である。蓄光性蛍光粒子１−２は、太陽光の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光を吸収し、夜間に４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光を発光および放射させる。夜間に発光および放射する４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層での光電変換動作である。【００３８】  太陽光による光電変換動作の多接合型の光起電力素子は、ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ・ｉ型ｓｗｃｎｔ真性半導体層３２のａ〜ｅ・ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅの複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。太陽光の赤外線領域に対応する複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブの直径１ｎｍ〜５ｎｍの層であり、エネルギーバンドギャップは０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶである。太陽光の赤外線の波長は、８００ｎｍ〜１ｍｍ程度である。【００３９】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５およびｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅの間に、ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８を用いた多接合型の光起電力素子である。内部電極６・８および絶縁層７は、光を透過し得る透明電極などであり、メタンガスをプラズマ化させたＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層７である。太陽光の紫外線および可視光線（波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度）の光電変換動作は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５であり、赤外線（波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度）の光電変換動作は、複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅである。
機能性透明基板１−１の蓄光性蛍光粒子１−２は、太陽光の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光を吸収し、夜間に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の発光および放射であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５での光電変換動作である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層のエネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶである。直径５ｎｍ〜１ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブの複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のエネルギーバンドギャップは、０．１６７ｅＶ〜０．８３５ｅＶである。開放電圧はエネルギーバンドギャップの大きさに依存するのであり、夜間に発光する光の光電変換動作は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。異なるエネルギーバンドギャップの半導体層や、太陽光および発光する光の光電変換動作の半導体層の間に、ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８を用いた多接合型の光起電力素子である。【００４０】  図４は、透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
図４に示すように、透明基板１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５にａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅを用いた多接合型の光起電力素子。【００４１】  透明基板１を入射光表面に用いて、太陽光の光を光電変換動作の多接合型の光起電力素子である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、太陽光の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の紫外線および可視光線を光電変換動作の半導体層である。エネルギーバンドギャップは１．４ｅＶ〜１．８ｅＶの半導体層である。
複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅは、太陽光の波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度の赤外線を光電変換動作の半導体層である。エネルギーバンドギャップは０．１６７ｅＶ〜０．８３５ｅＶの半導体層である。
開放電圧は、エネルギーバンドギャップの大きさに依存するので、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅの間に、ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８を用いた多接合型の光起電力素子。【００４２】  特許文献１の発電層は、カーボンナノチューブのｐｉｎ型半導体層またはｐｎ型半導体層は、太陽光による赤外線の波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度での光電変換動作であり、紫外線および可視光線の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度での光電変換動作が不明である。【００４３】  特許文献２の発電層は、アモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ｓｉｃ）のプラズマＣＶＤ法による膜厚を変えた半導体層の多接合型による光電変換である。蓄光性蛍光粒子が分散されている透明基板の薄膜太陽電池は、太陽光線の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光を吸収し、夜間に発光および放射の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光電変換である。波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度の赤外線およびエネルギーバンドギャップが不明である。【００４４】  本発明は、アモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）半導体層と半導体単層カーボンナノチューブ（ｓｗｃｎｔ）の半導体層を多接合型に用いた光電変換であり、太陽光における紫外線から赤外線までの光、蓄光性蛍光粒子が発光および放射させる光など広範囲の波長およびエネルギーバンドギャップの数値を用いた光電変換動作である。
【符号の説明】
【００４５】  １          透明基板
１−１      機能性透明基板
１−２      蓄光性蛍光粒子
２          表面電極
３          ｎ型ａ−ｓｉ半導体層
４          ｉ型ａ−ｓｉ真性半導体層
５          ｐ型ａ−ｓｉ半導体層
６          ａ−ｓｉ層内部電極
７          絶縁層
８          ｓｗｃｎｔ層内部電極
３１のａ〜ｅ  ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層
３２のａ〜ｅ  ｉ型ｓｗｃｎｔ真性半導体層
３３のａ〜ｅ  ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層
９          裏面電極
【図１】
2017028234.tif 000003
【図２】
2017028234.tif 000004
【図３】
2017028234.tif 000005
【図４】
2017028234.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月24日(2016.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽光発電に用いるアモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）半導体層、および複数層の半導体単層カーボンナノチューブ（ｓｗｃｎｔ）層を接合させた半導体層であり、入射光表面に蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いた昼夜の光電変換動作の多接合型の光起電力素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  太陽光発電としては、単接合型のカーボンナノチューブを用いた光起電力素子が提案されている。すでに多接合型には、アモルファスシリコンおよび微結晶シリコン、アモルファスシリコンおよびアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、アモルファスシリコンおよびシリコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ）などがあり、蓄光性蛍光粒子が分散された透明基板を設けた光起電力素子がある。（例えば、特許文献１・特許文献２参照）。【０００３】  特許文献１は、カーボンナノチューブを含む半導体層を有し、構造体を用いた光起電力素子として、広いバンドギャップ範囲で光電変換を行なうことができ、高い発電効率を発揮することができる光起電力素子が記載されている。【０００４】  特許文献２は、蛍光特性を有する透明基板は、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子が分散されている。発電層にはアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、やシリコン・カーバイド（ａ−ＳｉＣ）の薄膜太陽電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特開２０１０−１１４３１６号公報
【特許文献２】  特開２００３−７８１５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】  著者  稲垣道夫  「カーボン  古くて新しい材料」  株式会社  工業調査会。  ２００９年，  ｐ．１８０〜１９４  ｐ．２１４〜２１６。
【非特許文献２】  編著者  先端化学技術研究会  「＜重点解説＞最先端化学技術のエッセンス」  株式会社  工業調査会。  ２００９年，  ｐ．２４〜２８。
【非特許文献３】  監修者  太陽光発電技術研究組合  「太陽光発電」  株式会社  ナツメ社。  ２０１１年，  ｐ．２６〜２７  ｐ．８４〜８５  ｐ．９０〜９１  ｐ．９４〜９５  ｐ．９６〜１０３
【非特許文献４】  監修  江馬一弘  Ｎｅｗｔｏｎ  「光とは何か？」  株式会社ニュートンプレス。  ２００７年，  ｐ．８〜９  ｐ．７０〜７１  ｐ．１０６〜１０７
【非特許文献５】  監修者  京極一樹  「化学のほんとうの使い道」  実業之日本社。  ２０１２年，  ｐ．１２６〜１３８
【非特許文献６】  編集兼発行者  下中邦彦  世界大百科事典１３（せいぶつはっこう・生物発光）  平凡社。  １９７０年版  ｐ．８８（ａ）
【非特許文献７】  編集兼発行者  下中邦彦  世界大百科事典２３（ルミネセンス・Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）  平凡社。  １９７０年版  ｐ．２７５（ａ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  特許文献１に記載された光起電力素子は、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層は、複数のカーボンナノチューブを含んで構成されており、裏面側に配置される層のカーボンナノチューブの径が、光入射面側に配置される層のカーボンナノチューブの径より小径とされる。ｐ型半導体層およびｎ型半導体層において、異なる波長の光を吸収することができる。広いバンドギャップ範囲で光電変換を行うことができ、高い発電効率を発揮することができる。また、ｐｉｎ型半導体層のｐ型半導体層のカーボンナノチューブは直径１．０５ｎｍであり、ｉ型半導体層には１．２３ｎｍ、ｎ型半導体層には１．３７ｎｍのカーボンナノチューブが用いられるとされている。広いバンドギャップ範囲での光電変換動作および高い発電効率を発揮するとの記載であり、太陽光の光電変換に問題がある。【０００８】  特許文献２に記載された構成によると、光透過孔群に入射光を集光する集光レンズ群とを備え、蛍光特性を有する透明基板は、蛍光粒子または蓄光性蛍光粒子が分散されている透明基板である。タンデム構造の薄膜太陽電池には、アモルファスシリコン・カーバイド（ａ−ｓｉｃ）を用いたｐｉｎ型薄膜半導体である。ｐｉｎ型薄膜半導体の光電変換層の膜厚を最適化し、さらには、それぞれの光電変換層の半導体の種類を変えて、光電変換に利用する光の波長をずらすことにより、さらに高い光電変換効率を実現することが可能であるとの記載であり、太陽光の光電変換に問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の請求項１に係る多接合型の光起電力素子は、入射光面の表面電極と、裏側に配置された裏面電極との間に、プラズマ化させたシランガスにそれぞれ必要な添加物ガスを加え、吹きつけたｎ型シリコン層およびｐ型シリコン層の間に、添加物を含まない真性半導体のｉ型シリコン層を用いた半導体層である。プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコン層のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。
複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブにｎ型添加物のリンを添加してなるｎ型半導体層およびｐ型添加物のホウ素を添加してなるｐ型半導体層を複数層接合のｎｐ型半導体層の光起電力素子である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１０】  本発明の請求項２に係る多接合型の光起電力素子は、複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の半導体単層カーボンナノチューブに、ｎ型添加物のリンを添加してなるｎ型半導体層およびｐ型添加物のホウ素を添加してなるｐ型半導体層の間に、添加物を含まない真性半導体のｉ型半導体層を用いた複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の光起電力素子である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１１】  本発明の請求項３に係る多接合型の光起電力素子は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の間に、入射光を透過し得る内部電極および絶縁層を用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１２】  本発明の請求項４に係る多接合型の光起電力素子は、入射光側から光の吸収特性が異なる大きなエネルギーバンドギャップの順に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１３】  本発明の請求項５に係る多接合型の光起電力素子は、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いる半導体単層カーボンナノチューブの層を、入射光側から大きなエネルギーバンドギャップの順に用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１４】  本発明の請求項６に係る多接合型の光起電力素子は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。【００１５】  本発明の請求項７に係る多接合型の光起電力素子は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、透明基板を用いて接合型に形成された多接合型の光起電力素子。
【発明の効果】
【００１６】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を、多接合型に用いた光起電力素子の発電層である。発電層は、太陽光の紫外線から赤外線までの広範囲の光を光電変換動作させるた接合型の光起電力素子である。入射光表面に蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いた光起電力素子は、太陽光の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍの程度の光を吸収し、夜間に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の発光および放射の光の光電変換であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層での動作である。太陽光および夜間に発光する光の光電変換動作の半導体層である。広範囲の光の光電変換動作の発電効率が高い太陽光発電の多接合型の光起電力素子である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【図２】透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【図３】機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【図４】透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  本発明に係る多接合型の光起電力素子のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層は、プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコン半導体層である。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体的電子物性を持つキラル型とジグザグ型の半導体単層カーボンナノチューブである。直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブに添加物をしてなるｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層およびｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。ｉ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、添加物を含まない半導体単層カーボンナノチューブの真性半導体である。複数層の半導体単層カーボンナノチューブ層を接合型に形成されたｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子である。
【００１９】  シリコンとカーボンナノチューブは第１４族元素であり、ともに価電子は４価である。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のｎ型半導体単層カーボンナノチューブには、第１５族元素の価電子５価のリンの添加物であり、ｐ型半導体単層カーボンナノチューブには、第１３族元素の価電子３価のホウ素の添加物である。ｉ型半導体単層カーボンナノチューブは、添加物を含まない真性半導体層である。プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコンのｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層には、ｎ型：ＳｉＨ４＋Ｈ２＋ＰＨ３／ｉ型：ＳｉＨ４＋Ｈ２／ｐ型：ＳｉＨ４＋Ｈ２＋Ｂ２Ｈ６の半導体層である。入射光側より、１層目をｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および２層目をｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または１層目をｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および２層目をｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合された発電層の多接合型の光起電力素子。
【００２０】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体のアモルファスシリコンのエネルギーバンドギャップは、１．４〜１．８ｅＶである。
半導体単層カーボンナノチューブは禁制帯の大きさがチューブの径に反比例し、赤外線領域に対応する。さらに半導体のナノチューブのエネルギーバンドギャップの大きさは、径の逆数に比例して０〜１ｅＶで変えることができるとされる。半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップ（特開２０１３−１９１７１３号公報の段落［００３４］に記載の算定式・ＶｇＣＮＴ＝０．８３５２／ｄｔ．．による数値）は、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶ／２ｎｍでは約０．４１８ｅＶ／３ｎｍでは約０．２７８ｅＶ／４ｎｍでは約０．２０９ｅＶ／５ｎｍでは約０．１６７ｅＶとなる。赤外線領域に対応の複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のエネルギーバンドギャップは、０．１６７ｅＶ〜０．８３５ｅＶである。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層のアモルファスシリコンのエネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶである。波長１ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線および４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光線領域対応のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層の光電変換動作である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層または複数層接合のｎｉｐ型ａｗｃｎｔ半導体層は、直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブ層の接合であり、エネルギーバンドギャップは、０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶである。波長８００ｎｍから１ｍｍ程度の赤外線領域対応の複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層での光電変換動作である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。
【００２１】  赤外線を吸収すると、半導体単層カーボンナノチューブの温度が上昇する。カーボンナノチューブの熱伝導率は９００〜２．０００Ｗ／ｍ・Ｋと地上最高の値をもっている。格子振動の伝わる速さの類似から、カーボンナノチューブの熱伝導率もダイヤモンドなみに大きく、化学的には非常に安定な高温材料として優れている。半導体単層カーボンナノチューブの層を、複数層接合の半導体層を用いたｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。高温時の光電変換動作の低下が少ないｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子。
【００２２】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いたａ−ｓｉ層内部電極および絶縁層とｓｗｃｎｔ層内部電極は、光が透過する電極である。電極の間に設ける絶縁層は、メタンガスをプラズマ化させたＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層である。この、合成ダイヤモンド微粒子の絶縁層の薄膜は、シリコンに比べて、高温動作温度で５倍、光電圧化で３０倍、高速化では３倍の特性をもつ薄膜の絶縁層である。
【００２３】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層の成膜は、化学気相成長法ＣＶＤ法による成膜であり、合成ダイヤモンド微粒子の薄膜による絶縁層は、化学蒸着法ＣＶＤ法などの薄膜である。ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層およびｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層とｉ型ｓｗｃｎｔ真性半導体層の半導体単層カーボンナノチューブの層は、印刷後、加熱乾燥により形成するスクリーン印刷法、またはＣＶＤ法による成膜である。
【実施例１】
【００２４】  図１は、機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
図１に示すように、蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５にａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅを用いた多接合型の光起電力素子。【００２５】  太陽光および夜間に発光される光を機能性透明基板１−１を用いて光電変換された動作の多接合型の光起電力素子である。
機能性透明基板１−１に分散された蓄光性蛍光粒子１−２の発光および放射される発光スペクトルは、連続スペクトルであり、光の色は緑色を主体とした黄色と青色である。２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光の波長を吸収し、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を発光および放射する。例えば、５〜２０μｍのＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｍｇ，Ｔｉの蓄光性蛍光粒子を使用すると、２００ｎｍ〜４５０ｎｍ程度の光の波長を吸収し、６２５ｎｍ程度の波長の光を発光および放射させる。透明ガラス中に、根本特殊ガラス社製の粒径１０μｍの蓄光性蛍光粒子（Ｇ３００）を重量２０％で分散させた蓄光ガラスなどを用いている。住田光学ガラス社製の蛍光ガラス（ルミラスＧ９）は、２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の波長の光を吸収して５４０ｎｍ程度の波長の光を発光および放射する。蓄光層に蓄光体としてＣａＳ：Ｂｉ，ＰｂおよびＺｎＳ：ＣｕをＰＭＭＡに含有させたフィルムを用いたバイエル社製５２Ｇ・の蛍光体の励起ピーク波長は４４０ｎｍであり、発光ピーク波長は５１０ｎｍである。ＰＭＭＡに含有させたフィルムを用いたバイエル社製６３Ｒ・の蛍光体の励起ピーク波長は５２０ｎｍであり、発光ピーク波長は５９０ｎｍである。このように、蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１は、太陽光の２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長の光の吸収であり、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光の発光および放射である。したがって、波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の紫外線から可視光線前半の光を吸収し、夜間に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光線の光の発光および放射の光の光電変換動作である。この蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を入射光表面に用いるのである。【００２６】  プラズマＣＶＤ反応のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、太陽光の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光（紫外線および可視光線）に対応した光電変換動作である。蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１の光の吸収は、２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長であり、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を発光および放射する。吸収する太陽光の光は、２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長であり、紫外線から可視光線前半の光を吸収する。夜間に発光および放射する波長は、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光線での光電変換動作である。
太陽光におけるｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５の光電変換動作は、波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の紫外線および可視光線であり、エネルギーバンドギャップは１．４ｅＶ〜１．８ｅＶのｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５である。
夜間に発光および放射する蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を用いた波長は、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５の動作である。【００２７】  ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８は、光が透過する電極であり、間の絶縁層７は、光が透過するメタンガスをプラズマ化させたＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を、均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層７である。この絶縁層７を用いたａ−ｓｉ層内部電極６およびｓｗｃｎｔ層内部電極８は、夜間に発光および放射される蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１の波長、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５の動作である。太陽光では、波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５での動作である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの夜間での光電変換動作は不可能である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５のエネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶであり、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅのエネルギーバンドギャップは、０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶである。エネルギーバンドギャップの大きさに依存する開放電圧、太陽光と機能性透明基板１−１の発光する光の光電変換動作は夜間異なるのである。したがって、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの間に、光が透過するａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ内部電極８を用いるのである。【００２８】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３ａ〜ｅのｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層の３１のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、リンが添加された半導体層である。ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、ホウ素が添加された半導体層である。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層には、直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブを用いた複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３ａ〜ｅである。【００２９】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅに用いた半導体単層カーボンナノチューブは、大きなエネルギーバンドギャップの半導体単層カーボンナノチューブを入射光側から設ける。半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップは、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶ／２ｎｍでは約０．４１８ｅＶ／３ｎｍでは約０．２７８ｅＶ／４ｎｍでは約０．２０９ｅＶ／５ｎｍでは約０．１６７ｅＶとなる。ｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の３１のａおよび３３のａの１ｎｍ層の接合は、約０．８３５ｅＶと大きく、３１のｅ３３のｅの５ｎｍ層の接合は、約０．１６７ｅＶと小さいエネルギーバンドギャップである。ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８が入射光側となり、入射光側より複数層のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅまでの接合の半導体層である。【００３０】  太陽光による赤外線は、８００ｎｍ〜１ｍｍ程度の波長である。ｎｐ型ｓｗｃ���ｔ半導体層は、赤外線領域の光電変換動作の半導体層である。直径１ｎｍ〜５ｎｍの半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップは、０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶであり、直径１ｎｍ〜５ｎｍの半導体単層カーボンナノチューブ層を複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの順に用いたのである。
【実施例２】
【００３１】  図２は、透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層およびｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図である。
図２に示すように、透明基板１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５にａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅを用いた多接合型の光起電力素子。【００３２】  太陽光の光を透明基板１を用いた光電変換動作の多接合型の光起電力素子である。
表面電極２は透明または光を透過する電極である。プラズマＣＶＤ反応のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の間に、真性半導体のｉ型半導体層を用いたアモルファスシリコン半導体層である。ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、太陽光の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光を光電変換させる動作の半導体層であり、エネルギーバンドギャップは１．４ｅＶ〜１．８ｅＶの半導体層である。【００３３】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅの間に用いられたａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８は、光が透過する透明電極などであり、絶縁層７は、ＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層である。【００３４】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、リンが添加された半導体層である。ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブには、ホウ素が添加された半導体層である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３ａ〜ｅは、直径１ｎｍ〜５ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブを用いた半導体層を複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅである。
複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅに用いる半導体単層カーボンナノチューブ層は、大きなエネルギーバンドギャップの順に入射光側から設ける。半導体単層カーボンナノチューブのエネルギーバンドギャップは、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶ・２ｎｍでは約０．４１８ｅＶ・３ｎｍでは約０．２７８ｅＶ・４ｎｍでは約０．２０９ｅＶ・５ｎｍでは約０．１６７ｅＶである。半導体単層カーボンナノチューブは、１ｎｍでは約０．８３５ｅＶと大きく、５ｎｍでは約０．１６７ｅＶと小さいエネルギーバンドギャップである。入射光側よりｎ型３１のａ〜ｅおよびｐ型３３のａ〜ｅまで、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。【００３５】  複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ３３のａ〜ｅは、太陽光の赤外線領域に対応する光の光電変換動作の半導体層である。赤外線の波長は８００ｎｍ〜１ｍｍ程度である。複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１ａ〜ｅ３３のａ〜ｅの半導体単層カーボンナノチューブ層のエネルギーバンドギャップは、直径５ｎｍでは約０．１６７ｅＶであり、直径１ｎｍでは約０．８３５ｅＶである。直径５ｎｍ〜１ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブ層を、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いたのである。
【実施例３】
【００３６】  図３は、機能性透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層およびｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
図３に示すように、蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎ型ａ−ｓｉ半導体層３・ｉ型ａ−ｓｉ真性半導体層４・ｐ型ａ−ｓｉ半導体層５を接合させたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層、ａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８を用い、ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ・ｉ型ｓｗｃｎｔ半導体層３２のａ〜ｅ・ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅを接合させたｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を用いた多接合型の光起電力素子。【００３７】  太陽光による光電変換動作や、夜間に発光および放射される蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１の光の光電変換動作の多接合型の光起電力素子は、ｎ型ａ−ｓｉ半導体層３・ｉ型ａ−ｓｉ真性半導体層４・ｐ型ａ−ｓｉ半導体層５を接合させたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。太陽光の１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を光電変換させるのであり、紫外線および可視光線に対応した光の光電変換動作である。エネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶである。
入射光表面に用いた蓄光性蛍光粒子１−２が分散された機能性透明基板１−１は、２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の波長の光を吸収し、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光を発光および放射である。蓄光性蛍光粒子１−２は、太陽光の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光を吸収し、夜間に４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光を発光および放射させる。夜間に発光および放射する４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の光電変換は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層での光電変換動作である。【００３８】  太陽光による光電変換動作の多接合型の光起電力素子は、ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１のａ〜ｅ・ｉ型ｓｗｃｎｔ真性半導体層３２のａ〜ｅ・ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３３のａ〜ｅの複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。太陽光の赤外線領域に対応する複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブの直径１ｎｍ〜５ｎｍの層であり、エネルギーバンドギャップは０．８３５ｅＶ〜０．１６７ｅＶである。太陽光の赤外線の波長は、８００ｎｍ〜１ｍｍ程度である。【００３９】  ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５およびｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅの間に、ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８を用いた多接合型の光起電力素子である。内部電極６・８および絶縁層７は、光を透過し得る透明電極などであり、メタンガスをプラズマ化させたＣＶＤ法による合成ダイヤモンド微粒子を均一に堆積されたナノメートル単位の薄膜の絶縁層７である。太陽光の紫外線および可視光線（波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度）の光電変換動作は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５であり、赤外線（波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度）の光電変換動作は、複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅである。
機能性透明基板１−１の蓄光性蛍光粒子１−２は、太陽光の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光を吸収し、夜間に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光の発光および放射であり、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５での光電変換動作である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層のエネルギーバンドギャップは、１．４ｅＶ〜１．８ｅＶである。直径５ｎｍ〜１ｎｍまでの半導体単層カーボンナノチューブの複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層のエネルギーバンドギャップは、０．１６７ｅＶ〜０．８３５ｅＶである。開放電圧はエネルギーバンドギャップの大きさに依存するのであり、夜間に発光する光の光電変換動作は、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。異なるエネルギーバンドギャップの半導体層や、太陽光および発光する光の光電変換動作の半導体層の間に、ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８を用いた多接合型の光起電力素子である。【００４０】  図４は、透明基板を用いたｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の多接合型の光起電力素子の断面図。
図４に示すように、透明基板１を入射光表面に用い、表面電極２と裏面電極９を備えた間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５にａ−ｓｉ層内部電極６・絶縁層７・ｓｗｃｎｔ層内部電極８および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅを用いた多接合型の光起電力素子。【００４１】  透明基板１を入射光表面に用いて、太陽光の光を光電変換動作の多接合型の光起電力素子である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５は、太陽光の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度の紫外線および可視光線を光電変換動作の半導体層である。エネルギーバンドギャップは１４ｅＶ〜１．８ｅＶの半導体層である。
複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅは、太陽光の波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度の赤外線を光電変換動作の半導体層である。エネルギーバンドギャップは０．１６７ｅＶ〜０．８３５ｅＶの半導体層である。
開放電圧は、エネルギーバンドギャップの大きさに依存するので、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層３〜５および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層３１〜３３のａ〜ｅの間に、ａ−ｓｉ層内部電極６および絶縁層７とｓｗｃｎｔ層内部電極８を用いた多接合型の光起電力素子。【００４２】  特許文献１の発電層は、カーボンナノチューブのｐｉｎ型半導体層またはｐｎ型半導体層は、太陽光による赤外線の波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度での光電変換動作であり、紫外線および可視光線の波長１ｎｍ〜８００ｎｍ程度での光電変換動作が不明である。【００４３】  特許文献２の発電層は、アモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ｓｉｃ）のプラズマＣＶＤ法による膜厚を変えた半導体層の多接合型による光電変換である。蓄光性蛍光粒子が分散されている透明基板の薄膜太陽電池は、太陽光線の波長２００ｎｍ〜５２２ｎｍ程度の光を吸収し、夜間に発光および放射の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光電変換である。波長８００ｎｍ〜１ｍｍ程度の赤外線およびエネルギーバンドギャップが不明である。【００４４】  本発明は、アモルファスシリコン（ａ−ｓｉ）半導体層と半導体単層カーボンナノチューブ（ｓｗｃｎｔ）の半導体層を多接合型に用いた光電変換であり、太陽光における紫外線から赤外線までの光、蓄光性蛍光粒子が発光および放射させる光など広範囲の波長およびエネルギーバンドギャップの数値を用いた光電変換動作である。
【符号の説明】
【００４５】  １          透明基板
１−１      機能性透明基板
１−２      蓄光性蛍光粒子
２          表面電極
３          ｎ型ａ−ｓｉ半導体層
４          ｉ型ａ−ｓｉ真性半導体層
５          ｐ型ａ−ｓｉ半導体層
６          ａ−ｓｉ層内部電極
７          絶縁層
８          ｓｗｃｎｔ層内部電極
３１のａ〜ｅ  ｎ型ｓｗｃｎｔ半導体層
３２のａ〜ｅ  ｉ型ｓｗｃｎｔ真性半導体層
３３のａ〜ｅ  ｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層
９          裏面電極
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光面の表面電極と、前記入射光面の裏側に配置された裏面電極とを備え、前記表面電極と裏面電極との間に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された多接合型の光起電力素子であって、
前記、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層は、プラズマ化させたシランガスにそれぞれ必要な添加物ガスを加え、吹きつけたｎ型シリコン層およびｐ型シリコン層の間に、添加物を含まない真性半導体のｉ型シリコン層を用いた半導体層である。プラズマＣＶＤ反応アモルファスシリコン層のｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層である。
前記、複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブにｎ型添加物を用いてなるｎ型半導体層およびｐ型添加物を用いてなるｐ型半導体層を複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成されたことを特徴とした多接合型の光起電力素子。
【請求項２】
複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層は、半導体単層カーボンナノチューブにｎ型添加物を用いてなるｎ型半導体層およびｐ型添加物を用いてなるｐ型半導体層の間に、添加物を含まないｉ型真性半導体層を配置させた複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層である。
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成されたことを特徴とした請求項１に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項３】
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の間に、入射光を透過し得る内部電極および絶縁層を用いて接合型に形成された請求項１および請求項２に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項４】
入射光側から光の吸収特性が異なる大きなエネルギーバンドギャップの順に、ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層を接合型に形成された請求項１から請求項３に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項５】
複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、または複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層に用いる半導体単層カーボンナノチューブ層を、入射光側から大きなエネルギーバンドギャップの順に、接合型に形成された請求項１から請求項４に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項６】
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、蓄光性蛍光粒子が分散された機能性透明基板を用いて接合型に形成された請求項１から請求項５に記載の多接合型の光起電力素子。
【請求項７】
ｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層、またはｎｉｐ型ａ−ｓｉ半導体層および複数層接合のｎｉｐ型ｓｗｃｎｔ半導体層の入射光表面に、透明基板を用いて接合型に形成された請求項１から請求項５に記載の多接合型の光起電力素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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