專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于利用了金屬氧化物的光激發(fā)結構變化的動作原理而在安全性、耐環(huán)境性上優(yōu)良的無機固態(tài)的太陽能電池。
背景技術：
在對礦物燃料的枯竭和伴隨著二氧化碳的增多而地球變暖等地球環(huán)境問題提高意識當中，作為清潔能源的太陽能電池受到關注。太陽能電池的材料可分為硅系、化合物系、有機系這三種，但從作為資源的存在量和成本方面講，最廣泛應用的是硅系。在原理上，向P型半導體與η型半導體的接合面照射光，由于光伏效應而產生電子，通過整流作用使電子向一定方向移動，從電極輸出到外部，從而將光能變換為電能。圖12是說明硅太陽能電池的原理的能帶圖。一旦將η型半導體76與P型半導體78接合，則傳導帶58、價電子帶60以及費米能級62變?yōu)槿鐖D12所示，在接合部附近產生電子64和空穴65互相擴散而結成一體的擴散電流，電子64和空穴65彼此抵消而在接合部附近形成電子和空穴少的耗盡層80。此時，形成了 η型半導體區(qū)域為正、P型半導體區(qū)域為負的電位。一旦在該狀態(tài)下照射具有能帶隙以上的能量的光、即太陽光36，則在硅中會形成電子-空穴對，電子64及空穴65在硅中擴散而到達ρη結部，通過ρη結的電場，電子64被分離到η型半導體區(qū)域，空穴65被分離到P型半導體區(qū)域。在該過程中，η型半導體區(qū)域聚集過剩的電子而帶電為負，P型半導體區(qū)域帶電為正，電流經由負荷從P型半導體區(qū)域的電極流向η型半導體區(qū)域的電極。作為太陽能電池的技術課題，轉換效率的改善成為大的課題。因此，一直以來存在各種提案。從太陽能電池的結構面來講，存在在背面設置電場層并降低載流子的再結合損失的BSF(Back Surface Field,背面場)型(例如參照專利文獻1、2等)、反射不生成載流子而到達背面成為熱的能帶隙以下的能量的光來降低動作溫度的BSR(Back SurfaceReflection,背反射)型(例如參照專利文獻3等)。另外，作為在能量轉換效率的提高上具有理想的能帶結構的太陽能電池，提出了以下的太陽能電池:具有由黃銅礦結構半導體構成的光吸收層，在光吸收層中，形成了第一半導體層隨著接近第二半導體層而減小能帶隙，第二半導體層具有大于第一半導體層中的最小的能帶隙的能帶隙的雙級能帶隙(例如參照專利文獻4等)。并且，也提出了以下的太陽能電池結構:通過在P型光吸收層的光入射側層疊了與光吸收層相比禁帶寬(能帶隙)大的η型半導體而成的異形接合型的ρη結的形成，光吸收層在禁帶中具有局部能級或中間能帶(例如參照專利文獻5等)。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利文獻特開2009-182290號公報；
專利文獻2:日本專利文獻特開2007-266488號公報；專利文獻3:日本專利文獻特開2000-174304號公報；專利文獻4:日本專利文獻特開2007-335792號公報；專利文獻5:日本專利文獻特開2009-117431號公報。

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題太陽能電池不限于硅型，轉換效率的改善一直以來是重要的課題。作為阻礙轉換效率的主要因素，存在透過損失、量子損失、電子-空穴對的再結合損失、由于Pn結不完全而產生的損失、太陽能電池表面的反射損失等。透過損失是由于具有能帶隙以下的能量的光子(photon)透過而產生的損失。量子損失是由具有能帶隙以上的能量的光子生成的電子-空穴對保持與能帶隙相應的能量、剩余變化為熱能而產生的損失。電子-空穴對的再結合損失是在硅表面或內部的再結合損失。由于Pn結不完全而產生的損失也是制造上的問題。太陽能電池表面的反射損失是由太陽光的一部分從透明電極表面反射而引起的損失。如在專利文獻5中作為高效化的手段而提出的那樣，在光吸收層的禁帶中具有局部能級或中間能帶的太陽能電池結構，可以說是作為有效地減小能帶隙的方法而減少損失的結構，是如下的結構:通過有機溶劑清洗和/或蝕刻P型ZnTe基板的表面,在P型ZnTe基板的表面上通過分子束外延法(MBE)使氣相狀態(tài)的鋅、氣相狀態(tài)的碲(Te)、以及氧自由基反應，將P型ZnTel-xOx光吸收層成膜，接著通過分子束外延法(MBE)使氣相狀態(tài)的鋅和氧自由基反應，在P型ZnTel-xOx光吸收層上層疊η型ZnO層。無論是在結構上還是在制造上均很復雜。本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能電池，其能夠通過簡單的構成實現低成本化和穩(wěn)定的動作并且通過在能帶隙中形成能級的新的技術，而提供轉換效率高的太陽能電池。本發(fā)明為了通過簡單的構成和制造方法實現轉換效率高的太陽能電池，而提供以下特征的太陽能電池:所述太陽能電池通過層疊基板、導電性的第一電極、電動勢層、P型半導體層、以及導電性的第二電極而構成，在所述電動勢層，使被絕緣性物質覆蓋的η型金屬氧化物半導體發(fā)生光激發(fā)結構變化，由此在能帶隙中形成能級而捕獲電子，所述太陽能電池通過照射光來光激發(fā)電動勢層的能帶隙中的電子，從而產生電動勢。通過在第一電極與所述電動勢層之間設置η型金屬氧化物半導體的層，能夠進行轉換效率高且穩(wěn)定的動作。使基板為導電性材料并兼用作第一電極，由此構造變得簡單。第一電極和所述第二電極中的至少一者是透明電極，通過從透明的電極側照射光，來產生電動勢。并且，基于本發(fā)明的太陽能電池由于通過光照射而引起電子向電動勢層的移動來著色，因此提高了光的吸收效率。作為材料，設置于第一電極與電動勢層之間的η型金屬氧化物半導體是二氧化鈦，P型半導體是氧化鎳或者銅鋁氧化物。電動勢層中的η型金屬氧化物半導體是氧化錫、二氧化鈦和氧化鋅中的任一者，或者是氧化錫、二氧化鈦以及氧化鋅組合而成的復合物，覆蓋η型金屬氧化物半導體的絕緣性物質是絕緣性樹脂或無機絕緣物。
作為電動勢層的制造方法，通過包括以下工序的制造工序制造:將在η型金屬氧化物半導體的元素中結合了有機物而成的有機金屬鹽和絕緣物溶解在有機溶劑中，并將該有機溶劑涂布在設置于基板的第一電極上，或者將該有機溶劑涂布在設置于第一電極上的η型金屬氧化物半導體的層上；在涂布后干燥并燒結；在燒結后將被絕緣性物質覆蓋的η型金屬氧化物半導體的層照射紫外線使其發(fā)生光激發(fā)結構變化?；蹇墒褂脴渲瑥亩軌驅崿F柔軟的太陽能電池。通過將第一電極的表面設為凹凸形狀，從而表面積變大，能夠進行效率更高的光能的吸收，并且能夠提高與電動勢層的密合性，減少因構造的缺陷帶來的損失?；诒景l(fā)明的太陽能電池在電動勢層也具有充電功能，因此能夠在不能照射光時，通過來自電動勢層的能量來維持作為電池的功能。發(fā)明效果根據本發(fā)明涉及的太陽能電池，是利用能帶隙中的新能級的電動勢原理，所述能帶隙中的新能級通過利用金屬氧化物的光激發(fā)結構變化的技術而形成，因此能夠實現透過損失、量子損失、電子-空穴對的再結合損失少并且能夠通過著色功能進行良好的太陽光的吸收、太陽能電池表面的反射損失少的太陽能電池。由于具有充電功能，也可以用作可蓄電的太陽能電池。


圖1是表示本發(fā)明涉及的太陽能電池的構成的圖；圖2是說明基于本發(fā)明的太陽能電池的電動勢層的圖；圖3是說明使其發(fā)生光激發(fā)結構變化的電動勢層的制造工序的圖；圖4的(A)、(B)是說明由光激發(fā)結構變化產生的功能的能帶圖；圖5是說明通過光激發(fā)結構變化形成的新能級的能帶圖；圖6的㈧、⑶是說明絕緣覆膜了的氧化鈦的基于光激發(fā)結構變化的功能的能帶圖；圖7是說明由光激發(fā)結構變化引起的電子的行為的圖；圖8的㈧、⑶是說明基于本發(fā)明的太陽能電池的功能的圖；圖9是表示基于本發(fā)明的太陽能電池的基本構成的圖；圖10是說明基于本發(fā)明的太陽能電池的使用狀態(tài)的圖；圖11是將太陽能電池的第一電極形成錐型的凹凸而成為TEXTURE型的太陽能電池的圖；圖12是說明太陽能電池的基本原理的能帶圖。
具體實施例方式本發(fā)明是基于在電動勢層上采用光激發(fā)結構變化技術的新的電動勢原理的太陽能電池。光激發(fā)結構變化是通過光的照射而激發(fā)的物質的原子間距離發(fā)生變化的現象，通過利用作為非晶質的金屬氧化物的η型金屬氧化物半導體發(fā)生光激發(fā)結構變化的性質，而在η型金屬氧化物半導體的能帶隙內形成新的能級。圖1是表示基于本發(fā)明的太陽能電池的截面構造的圖。在圖1中，太陽能電池10在基板12上形成導電性的第一電極14，并且層疊了 η型金屬氧化物半導體層16、通過光照射而產生電動勢的電動勢層18、P型金屬氧化物半導體層20和第二電極22。基板12可以是絕緣性的物質，也可以是導電性的物質，例如可使用玻璃基板、高分子薄膜的樹脂片、或者金屬箔片。第一電極14和第二電極22形成導電性的膜即可，例如作為金屬電極有包含鋁(Al)的銀(Ag)合金膜。作為其形成方法，可以列舉出濺射法、離子鍍、電子束蒸鍍、真空蒸鍍、化學蒸鍍等氣相制膜法。另外，金屬電極可以通過電鍍法、無電解電鍍法等形成。作為電鍍所使用的金屬，一般可使用銅、銅合金、鎳、鋁、銀、金、鋅或錫等。另外，作為透明的導電性電極，可以使用摻雜了錫的氧化銦(IT0(Indium TinOxide，氧化銦錫))的導電膜。η型金屬氧化物半導體層16在材料方面使用二氧化鈦(TiO2)、氧化錫(SnO2)或者氧化鋅(ZnO)作為材料。向電動勢層18填充被絕緣性的覆膜覆蓋的微粒子的η型金屬氧化物半導體，通過紫外線照射發(fā)生光激發(fā)結構變化，成為具有電動勢功能的層。η型金屬氧化物半導體被硅酮的絕緣性覆膜覆蓋。作為可在電動勢層18中使用的η型金屬氧化物半導體材料，優(yōu)選二氧化鈦、氧化錫、氧化鋅，也可以為組合了 二氧化鈦、氧化錫以及氧化鋅中的任兩者而成的復合材料、或者組合了三者而成的復合材料。在電動勢層18上形成的P型金屬氧化物半導體層20是為了防止來自上部的第二電極22的電子的注入而設置的。作為P型金屬氧化物半導體層20的材料，可以使用氧化鎳(NiO)、銅鋁氧化物(CuAlO2)等。接著，示出實際試做的例子?；?2使用了玻璃。將作為電極14的、摻雜了錫的氧化銦(IT0(Indium TinOxide，氧化銦錫))的導電膜形成在該玻璃基板12上，并且將作為η型金屬氧化物半導體層的二氧化鈦通過濺射法形成在ITO上。P型金屬氧化物半導體層22通過濺射法由氧化鎳形成，第二電極22與第一電極14同樣地由ITO形成。關于電動勢層18，以下詳細地說明其構造和制造方法。圖2是詳細地說明圖1中的電動勢層18的構造的圖。電動勢層18使用硅酮作為絕緣性覆膜28，使用二氧化鈦作為η型金屬氧化物半導體26，電動勢層18成為填充了被硅酮覆蓋的二氧化鈦的構造。電動勢層18具有通過二氧化鈦被紫外線照射發(fā)生光激發(fā)結構變化而能夠蓄積能量的功能。作為電動勢層18所使用的η型金屬氧化物半導體26的材料，可以是二氧化鈦、氧化錫、或氧化鋅，從金屬的脂肪族酸鹽在制造工序中分解而被生成。因此，作為金屬的脂肪族酸鹽，能夠使用可通過在氧化性氣氛下照射紫外線或者燒結來進行分解或燃燒而變化為金屬氧化物的物質。作為脂肪族酸，例如可使用脂肪族單羧酸、脂肪族二羧酸、脂肪族三羧酸、脂肪族四羧酸等脂肪族多羧酸。更具體地說，作為飽和脂肪族單羧酸，可以列舉出甲酸、乙酸、丙酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、硬脂酸等。作為不飽和脂肪族單羧酸，可以使用丙烯酸、丁烯酸、巴豆酸、異巴豆酸、亞麻酸、油酸等高度不飽和單羧酸。另外，脂肪族酸鹽從通過加熱容易進行分解或燃燒、溶劑溶解性高、分解或燃燒后的膜致密、容易處理、廉價、與金屬的鹽的合成容易等理由出發(fā)，優(yōu)選脂肪族酸與金屬的鹽。絕緣覆膜28除了硅酮以外，作為無機絕緣物可以是礦物油、氧化鎂(MgO)、二氧化硅(SiO2)等，作為絕緣性樹脂可以是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、醋酸纖維素等熱塑性樹脂、酚醛樹脂、氨基樹月旨、不飽和聚酯樹脂、烯丙樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等熱固化性樹脂。圖3是說明電動勢層18的制造方法的工序的圖。首先，準備了在玻璃基板12上將ITO和二氧化鈦通過濺射法形成了層的基板。然后，在溶劑中混合脂肪酸鈦和硅酮油并攪拌，制造涂布液(Si)。接著，在使準備的基板旋轉的同時通過旋轉器將涂布液旋轉涂布在二氧化鈦的層上(S2)。通過基板的旋轉，形成
0.3 I μ m的薄層。該層具體地說可以認為是覆蓋了硅酮的二氧化鈦的金屬鹽被埋入硅酮層中的構造，不存在空隙部。接著，在50°C的氣氛中將其放置10分鐘左右并干燥(S3)，之后進行燒結(S4)。燒結溫度為300°C 400°C，燒結時間為10分鐘 I小時。由此，脂肪族酸鹽分解，形成被硅酮的絕緣膜覆蓋的二氧化鈦的微粒子層。形成被硅酮的絕緣覆膜覆蓋的二氧化鈦的層的上述制造方法是被認為涂布熱分解法的方法。下一個制造工序是紫外線照射工序(S5)。紫外線照射的波長為254nm，強度為20mff/cm2,照射大約40分鐘。通過該紫外線照射，改變電動勢層的二氧化鈦的原子間距離，而產生光激發(fā)結構變化現象。其結果是，在二氧化鈦的能帶隙內形成新的能級。圖4的(A)、(B)是用于說明被紫外線照射的物質通過光激發(fā)結構變化而形成新的能級的現象的能帶圖。首先，為了說明基本的原理，考慮在ITO上層疊了氧化錫和氧化鎂復合而成的層(SnO2-MgO復合層)的情況。圖4的㈧是能帶圖，并且是由ITO 52、中間結晶層54以及SnO2-MgO復合層56構成的構造。在傳導帶58與價電子帶60之間存在費米能級62，IT052的費米能級62靠近傳導帶58, SnO2-MgO復合層56的費米能級62存在于傳導帶58與價電子帶60的中間。一旦被照射紫外線66，則中間結晶層54中的價電子帶60的電子64被激發(fā)到傳導體58。在圖4的(B)所示的紫外線66照射中的狀態(tài)下，通過紫外線66的照射，中間結晶層54的區(qū)域中的價電子帶60的電子64被激發(fā)到傳導帶58，被激發(fā)的電子64由于傳導帶58的傾斜而被容納在ITO的傳導帶54上。另一方面，電子64所脫離的空穴65積存在價電子帶60上。在中間結晶層54中，在紫外線激發(fā)與再結合之間產生時間差，通過具有該時間差，進行原子的再排列。因此，殘留在中間結晶層54的價電子帶60上的空穴65移動到能帶隙中，形成新的能級70。并且，通過空穴65移動到能帶隙中，變?yōu)橹珜蛹?，即使接近SnO2-MgO復合層56的IT052也會產生著色現象。圖5示出了通過紫外線照射在中間結晶層54的能帶隙中形成了新的能級70的再結合后的狀態(tài)。僅觀測到在IT052和SnO2-MgO復合層56的界面上能帶隙中的電子密度的增加，芯電子的化學位移也被觀測到，因此可以認為原子間隔發(fā)生了變化。這樣，說明了通過向SnO2-MgO復合層56照射紫外線而能夠在能帶隙內形成新的能級70，但是作為太陽能電池，利用了新形成的能級70，并且需要在電極與η型金屬氧化物半導體之間形成絕緣層，并控制電子。
圖1所示的電動勢層18如在圖1及圖2中所說明的那樣，是以形成有基于硅酮的絕緣覆膜28的二氧化鈦為材料的η型金屬氧化物半導體。在此情況下，能帶圖中，在二氧化鈦與ITO之間具有由絕緣層構成的障壁。圖6的(A)、⑶是說明在ΙΤ052與二氧化鈦57之間存在絕緣層68的情況下、基于光激發(fā)結構變化的新能級的形成狀態(tài)的能帶圖。由絕緣層68構成的障壁存在于傳導帶58。圖6的(A)是在二氧化鈦57與ΙΤ052之間具有絕緣層68的情況下照射紫外線66的狀態(tài)的能帶圖。一旦向被絕緣覆膜的二氧化鈦57照射紫外線66，則處于二氧化鈦57的價電子帶60的電子64被激發(fā)到傳導帶58。在與ΙΤ052的界面附近，該電子64以某種概率穿過絕緣層66而暫時移動到ΙΤ052。二氧化鈦57的光激發(fā)結構變化在電子的不在中產生，價電子帶60的電子64脫離的部位的原子間距離發(fā)生變化。此時的能級70移動到能帶隙內。圖6的(B)是在被照射紫外線66的期間反復產生上述現象并在能帶隙內形成了多個能級70的狀態(tài)。但是，應被這些能級70捕捉的電子被紫外線66激發(fā)而移動到ΙΤ052。這樣產生的電子不在的能帶隙內的能級70在紫外線照射結束之后也殘留。絕緣層68的作用是在ΙΤ052與二氧化鈦57之間制造障壁，使被激發(fā)的電子64通過而形成電子不在的能帶隙內的能級70。移動到ΙΤ052的電子64由于絕緣層68周邊的帶電電位而留在ΙΤ052。圖7是示意性地表現被絕緣覆膜28覆蓋的二氧化鈦57通過紫外線照射而產生光激發(fā)結構變化、電子移動到ΙΤ052的狀態(tài)的圖。電子64通過隧道效應經過由絕緣覆膜28構成的障壁而移動到ΙΤ052，并由于絕緣覆膜28的電位產生的弱捕獲力而殘留。作為太陽能電池，進一步與電動勢層18重疊而層疊P型金屬氧化物半導體層20形成阻擋層，并且設置了第二電極22。對于基于這樣的構造的太陽能電池的原理以圖8的(A)和⑶的能帶圖進行說明。圖8的(A)是針對被構成第一電極14的ΙΤ052與構成第二電極24的ΙΤ074夾持、由電動勢層18中的絕緣層68和二氧化鈦57、以及作為P型金屬氧化物半導體22而發(fā)揮功能的氧化鎳72構成的太陽能電池照射太陽光36的情況下的能帶圖。傳導帶58具有絕緣層68和由P型金屬氧化物半導體22形成的阻擋層72夾著電動勢層18而成的障壁。一般來說，太陽能電池基本上成為由電極夾持P型半導體和η型半導體的構造，在該Pn結中會產生光伏效應。即，是阻擋η型區(qū)域的電子向P型區(qū)域移動、P型區(qū)域的空穴向η型區(qū)域移動的方向的電位。一旦在該狀態(tài)下照射具有能帶隙以上的能量的光，則會形成電子-空穴對(載流子)。電子和空穴通過擴散而到達ρη結部，通過ρη結的電場，電子分離到η型區(qū)域，空穴分離到P區(qū)域。與此相對，在圖8的(A)所示的基于本發(fā)明的太陽能電池中，P型金屬氧化物半導體和η型金屬氧化物半導體呈現為ρη結，但是η型金屬氧化物半導體被絕緣膜覆蓋而形成有障壁。被用作η型金屬氧化物半導體的二氧化鈦照射紫外線而使其發(fā)生光激發(fā)結構變化，在能帶隙中形成了能級。因此，通過基于能帶隙以下的能量的光照射，電子被注入到能級。通過該過程，在電動勢層18中成為電子64充滿的狀態(tài)。由此，在電極間產生電位差、即電動勢，能夠發(fā)揮作為太陽能電池的功能。
圖8的⑶是在將負荷(未圖示。)與IT052和IT074連接而用作電源的情況下、即電子放電的狀態(tài)的能帶圖。由于負荷的連接，通過電極間的電位差而釋放電子，電流流動。電子64從充電層18通過隧道效應通過絕緣層而被供應，但是從處于能帶隙中的能級70供應的電子由于被照射太陽光36，因此通過能帶隙能量以下的低能量陸續(xù)被補充。即使在連接了負荷的狀態(tài)下，處于能帶隙中的能級70也始終處于被電子埋入的狀態(tài)。S卩，一旦在被照射太陽光36的狀態(tài)下連接負荷，則被捕獲到能帶隙的電子64以某種概率成為傳導帶的自由電子。該自由電子移動到IT052。在充電層18中形成電子-空穴對，電子64在能帶隙中擴散而到達能級70，空穴65在價電子帶60上分離到氧化鎳72區(qū)域。在該過程中，在IT052聚集過剩的電子而帶電為負，氧化鎳72區(qū)域帶電為正，電子64經由負荷從IT052流向作為第二電極22用于氧化鎳72的IT074。以上，發(fā)揮了作為以下電池的功能:如在能帶圖中說明的那樣，在形成于二氧化鈦的能帶隙中的能級上，通過太陽光的照射而充滿電子，將負荷連接在電極上，由此釋放電子而輸出能量。因此，由于無需如以往的太陽能電池那樣的、能隙以上的光能，在形成于能帶隙內的能級上激發(fā)電子并充滿電子，因此能夠實現在極低的光能下的電池功能。并且，在電子埋入形成于二氧化鈦的能帶隙中的能級的狀態(tài)下，也具有著色功能，另外，由于能夠全部輸出該埋入的電子，因此即使在未被照射太陽光的情況下，也能夠臨時作為充進了能量的二次電池而發(fā)揮功能。圖9示出了基于本發(fā)明的基本的太陽能電池50的構成。在圖9中，太陽能電池50是在基板12上形成導電性的第一電極14、并層疊了產生能量的電動勢層18、p型金屬氧化物半導體層20以及第二電極22的構成。具體地說，在玻璃基板12上層疊ITO作為第一電極14，并且由被絕緣膜覆蓋并發(fā)生了光激發(fā)結構變化的二氧化鈦構成電動勢層18，層疊了氧化鎳形成的P型金屬氧化物半導體層20、ITO形成的第二電極。圖10是說明在圖9中說明的基于本發(fā)明的基本的太陽能電池的動作的圖?！┰陔妱觿輰?8中充滿了電子64、并將負荷32連接在第一電極14和第二電極22，則電子64通過第一電極向負荷側移動，電流34流過負荷32。負荷32通過開關38的接通或斷開而控制與太陽能電池50的連接。即使在電流流到負荷32的情況下，電動勢層18中的電子64也會通過太陽光36的照射而始終供應。由于電動勢層18被電子64埋上，因此電動勢層18由于發(fā)生了光激發(fā)結構變化的二氧化鈦的著色現象而著色，提高了光吸收率。另外，由于在能帶隙內形成了新的能級，因此，不會有以往的太陽能電池的光激發(fā)能量看得見的、損失能隙以下的能量的情況，也不會有電子-空穴對保持與能隙相應的能量而剩余變?yōu)闊崮艿那闆r，因此具有透過損失及量子損失少的特性。并且，將絕緣層覆膜在η型金屬氧化物半導體上，因此也具有再結合損失少的特性。圖11是使第一電極成為TEXTURE型而在表面上形成細微的錐體的構造。第一電極14表面的TEXTURE型構造面74通過錐形狀的凹凸而提高了與充電層18的密合性，在照射太陽光的情況下，能夠有效地吸收入射光，能夠降低光能的損失，因此可降低光能的損失，提高轉換效率。
通過基于TEXTURE型構造的第一電極14與電動勢層18的密合性的提高，具有減少由于接合不完全而產生的損失的效果。在基于本發(fā)明的太陽能電池中，在電動勢層中，對二氧化鈦進行了絕緣覆膜，使傳導帶具有了障壁。能夠將該功能成為在第一電極與電動勢層之間通過濺射法形成二氧化鈦的薄層而加強障壁功能的構造，這就是圖1所示的二次電池的構造。電動勢層的二氧化鈦通過硅酮形成了絕緣覆膜，但是未必成為均勻的覆膜而產生偏差，在極端的情況下也存在不能形成覆膜而與電極直接接觸的情況。這樣的情況也成為電子通過再次結合而被注入到氧化鈦、在能帶隙中不能形成能級而轉換效率下降的主要因素。因此，為了成為轉換效率更高的太陽能電池，如圖1所示在第一電極與電動勢層之間形成了二氧化鈦的薄層。該二氧化鈦的薄層起到了作為絕緣層的功能，在元件的特性的偏差少、制造線上的穩(wěn)定性以及成品率的提聞方面是有效的?；诒景l(fā)明的太陽能電池是利用了能帶隙內形成的能級而不是超過能帶隙的電子的移動的發(fā)電原理，透過損失、量子損失、電子-空穴對的再結合損失、由于ρη結不完全而廣生的損失、太陽光的反射損失等損失少，具有聞的轉換效率。以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但是本發(fā)明包含不損害其目的和優(yōu)點的適當的變形，并且不受上述實施方式的限定。符號說明10,50太陽能電池12 基板14第一電極16 η型金屬氧化物半導體層18電動勢層20 P型金屬氧化物半導體層22第二電極26 η型金屬氧化物半導體28絕緣覆膜32 負荷34 電流36太陽光52,74 ITO54中間結晶層56 SnO2-MgO 復合層57 二氧化鈦58傳導帶60價電子帶62費米能級64 電子65 空穴
66紫外線68絕緣層70 能級72氧化鎳74 TEXTURE 型構造面76 η型半導體78 P型半導體
權利要求
1.一種太陽能電池，其特征在于， 所述太陽能電池通過層疊基板、導電性的第一電極、電動勢層、P型半導體層、以及導電性的第二電極而構成，在所述電動勢層，使被絕緣性物質覆蓋的η型金屬氧化物半導體發(fā)生光激發(fā)結構變化，由此在能帶隙中形成能級而捕獲電子， 所述太陽能電池通過照射光來光激發(fā)電動勢層的能帶隙中的電子，從而產生電動勢。
2.如權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于， 在所述第一電極與所述電動勢層之間設置有η型金屬氧化物半導體的層。
3.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 使所述基板為導電性材料并兼用作所述第一電極。
4.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一電極和所述第二電極中的至少一者是透明電極， 從透明的電極側照射光。
5.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 設置于所述第一電極與所述電動勢層之間的η型金屬氧化物半導體是二氧化鈦。
6.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 所述P型半導體是氧化鎳或者銅鋁氧化物。
7.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 所述電動勢層中的所述η型金屬氧化物半導體是氧化錫、二氧化鈦和氧化鋅中的任一者，或者是氧化錫、二氧化鈦以及氧化鋅組合而成的復合物。
8.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 覆蓋所述η型金屬氧化物半導體的絕緣性物質是絕緣性樹脂或無機絕緣物。
9.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 所述電動勢層通過包括以下工序的制造工序制造: 將在η型金屬氧化物半導體的元素中結合了有機物而成的有機金屬鹽和絕緣物溶解在有機溶劑中，并將該有機溶劑涂布在設置于所述基板的所述第一電極上，或者在第一電極上設置η型金屬氧化物半導體的層的情況下，將該有機溶劑涂布在η型金屬氧化物半導體的層上； 在涂布后干燥并燒結； 在將被絕緣性物質覆蓋的所述η型金屬氧化物半導體的金屬鹽的層燒結了之后照射紫外線，使其發(fā)生光激發(fā)結構變化。
10.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 所述基板是樹脂片。
11.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 將所述第一電極的表面設為凹凸形狀。
12.如權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于， 在不能照射光時，通過來自電動勢層的能量來維持作為電池的功能。
全文摘要
提供能夠通過簡單的構成實現低成本化和穩(wěn)定的動作、并通過在能帶隙中形成能級的新技術實現轉換效率高的太陽能電池。太陽能電池通過層疊基板、導電性的第一電極、電動勢層、p型半導體層、以及導電性的第二電極而構成，在所述電動勢層，使被絕緣性物質覆蓋的n型金屬氧化物半導體發(fā)生光激發(fā)結構變化，由此在能帶隙中形成能級而捕獲電子，所述太陽能電池通過照射光來光激發(fā)電動勢層的能帶隙中的電子，從而產生電動勢。電動勢層被填充被絕緣性的覆膜覆蓋的微粒子的n型金屬氧化物半導體，通過照射紫外線發(fā)生光激發(fā)結構變化，由此在能帶隙內形成新能級。通過在第一電極與所述電動勢層之間設置n型金屬氧化物半導體的層，由此能夠進行效率高且穩(wěn)定的動作。
文檔編號H01L31/04GK103155162SQ201080069428
公開日2013年6月12日 申請日期2010年10月7日 優(yōu)先權日2010年10月7日
發(fā)明者中澤明 申請人:刮拉技術有限公司