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太阳能 电池

阅读：26发布：2020-05-13

专利汇可以提供太阳能电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供能够通过简单的构成实现低成本化和稳定的动作、并通过在能带隙中形成能级的新技术实现转换效率高的太阳能电池。太阳能电池通过层叠基板、导电性的第一电极、电动势层、p型半导体层、以及导电性的第二电极而构成，在所述电动势层，使被绝缘性物质覆盖的n型金属氧化物半导体发生光激发结构变化，由此在能带隙中形成能级而捕获电子，所述太阳能电池通过照射光来光激发电动势层的能带隙中的电子，从而产生电动势。电动势层被填充被绝缘性的覆膜覆盖的微粒子的n型金属氧化物半导体，通过照射紫外线发生光激发结构变化，由此在能带隙内形成新能级。通过在第一电极与所述电动势层之间设置n型金属氧化物半导体的层，由此能够进行效率高且稳定的动作。，下面是太阳能电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种太阳能电池，其特征在于，
所述太阳能电池通过层叠基板、导电性的第一电极、电动势层、p型半导体层、以及导电性的第二电极而构成，在所述电动势层，使被绝缘性物质覆盖的n型金属氧化物半导体通过紫外线照射而发生光激发结构变化，由此在能带隙中形成能级而捕获电子，所述电动势层中的所述n型金属氧化物半导体是氧化锡、二氧化钛和氧化锌中的任一者，或者是氧化锡、二氧化钛以及氧化锌组合而成的复合物，
所述太阳能电池通过照射光来光激发电动势层的能带隙中的电子，从而产生电动势。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，
在所述第一电极与所述电动势层之间设置有n型金属氧化物半导体的层。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
使所述基板为导电性材料并兼用作所述第一电极。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
所述第一电极和所述第二电极中的至少一者是透明电极，
从透明的电极侧照射光。
5.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
设置于所述第一电极与所述电动势层之间的n型金属氧化物半导体是二氧化钛。
6.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
所述p型半导体是氧化镍或者铜铝氧化物。
7.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
覆盖所述n型金属氧化物半导体的绝缘性物质是绝缘性树脂或无机绝缘物。
8.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
所述电动势层通过包括以下工序的制造工序制造：
将在n型金属氧化物半导体的元素中结合了有机物而成的有机金属盐和绝缘物溶解在有机溶剂中，并将该有机溶剂涂布在设置于所述基板的所述第一电极上，或者在第一电极上设置n型金属氧化物半导体的层的情况下，将该有机溶剂涂布在n型金属氧化物半导体的层上；
在涂布后干燥并烧结；
在将被绝缘性物质覆盖的所述n型金属氧化物半导体的金属盐的层烧结了之后照射紫外线，使其发生光激发结构变化。
9.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
所述基板是树脂片。
10.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
将所述第一电极的表面设为凹凸形状。
11.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，
在不能照射光时，通过来自电动势层的能量来维持作为电池的功能。

说明书全文

太阳能 电池

技术领域

[0001] 本发明涉及基于利用了金属氧化物的光激发结构变化的动作原理而在安全性、耐环境性上优良的无机固态的太阳能电池。

背景技术

[0002] 在对矿物燃料的枯竭和伴随着二氧化碳的增多而地球变暖等地球环境问题提高意识当中，作为清洁能源的太阳能电池受到关注。太阳能电池的材料可分为硅系、化合物系、有机系这三种，但从作为资源的存在量和成本方面讲，最广泛应用的是硅系。

[0003] 在原理上，向p型半导体与n型半导体的接合面照射光，由于光伏效应而产生电子，通过整流作用使电子向一定方向移动，从电极输出到外部，从而将光能变换为电能。

[0004] 图12是说明硅太阳能电池的原理的能带图。一旦将n型半导体76与p型半导体78接合，则传导带58、价电子带60以及费米能级62变为如图12所示，在接合部附近产生电子64和空穴65互相扩散而结成一体的扩散电流，电子64和空穴65彼此抵消而在接合部附近形成电子和空穴少的耗尽层80。此时，形成了n型半导体区域为正、p型半导体区域为负的电位。

[0005] 一旦在该状态下照射具有能带隙以上的能量的光、即太阳光36，则在硅中会形成电子-空穴对，电子64及空穴65在硅中扩散而到达pn结部，通过pn结的电场，电子64被分离到n型半导体区域，空穴65被分离到p型半导体区域。在该过程中，n型半导体区域聚集过剩的电子而带电为负，p型半导体区域带电为正，电流经由负荷从p型半导体区域的电极流向n型半导体区域的电极。

[0006] 作为太阳能电池的技术课题，转换效率的改善成为大的课题。因此，一直以来存在各种提案。

[0007] 从太阳能电池的结构面来讲，存在在背面设置电场层并降低载流子的再结合损失的BSF(Back Surface Field，背面场)型(例如参照专利文献1、2等)、反射不生成载流子而到达背面成为热的能带隙以下的能量的光来降低动作温度的BSR(Back Surface Reflection，背反射)型(例如参照专利文献3等)。

[0008] 另外，作为在能量转换效率的提高上具有理想的能带结构的太阳能电池，提出了以下的太阳能电池：具有由黄铜矿结构半导体构成的光吸收层，在光吸收层中，形成了第一半导体层随着接近第二半导体层而减小能带隙，第二半导体层具有大于第一半导体层中的最小的能带隙的能带隙的双级能带隙(例如参照专利文献4等)。

[0009] 并且，也提出了以下的太阳能电池结构：通过在p型光吸收层的光入射侧层叠了与光吸收层相比禁带宽(能带隙)大的n型半导体而成的异形接合型的pn结的形成，光吸收层在禁带中具有局部能级或中间能带(例如参照专利文献5等)。

[0010] 在先技术文献

[0011] 专利文献

[0012] 专利文献1：日本专利文献特开2009-182290号公报；

[0013] 专利文献2：日本专利文献特开2007-266488号公报；

[0014] 专利文献3：日本专利文献特开2000-174304号公报；

[0015] 专利文献4：日本专利文献特开2007-335792号公报；

[0016] 专利文献5：日本专利文献特开2009-117431号公报。

发明内容

[0017] 发明所要解决的问题

[0018] 太阳能电池不限于硅型，转换效率的改善一直以来是重要的课题。

[0019] 作为阻碍转换效率的主要因素，存在透过损失、量子损失、电子-空穴对的再结合损失、由于pn结不完全而产生的损失、太阳能电池表面的反射损失等。透过损失是由于具有能带隙以下的能量的光子(photon)透过而产生的损失。量子损失是由具有能带隙以上的能量的光子生成的电子-空穴对保持与能带隙相应的能量、剩余变化为热能而产生的损失。电子-空穴对的再结合损失是在硅表面或内部的再结合损失。由于pn结不完全而产生的损失也是制造上的问题。太阳能电池表面的反射损失是由太阳光的一部分从透明电极表面反射而引起的损失。

[0020] 如在专利文献5中作为高效化的手段而提出的那样，在光吸收层的禁带中具有局部能级或中间能带的太阳能电池结构，可以说是作为有效地减小能带隙的方法而减少损失的结构，是如下的结构：通过有机溶剂清洗和／或蚀刻p型ZnTe基板的表面，在p型ZnTe基板的表面上通过分子束外延法(MBE)使气相状态的锌、气相状态的碲(Te)、以及氧自由基反应，将p型ZnTe1-xOx光吸收层成膜，接着通过分子束外延法(MBE)使气相状态的锌和氧自由基反应，在p型ZnTe1-xOx光吸收层上层叠n型ZnO层。无论是在结构上还是在制造上均很复杂。

[0021] 本发明的目的在于提供一种太阳能电池，其能够通过简单的构成实现低成本化和稳定的动作并且通过在能带隙中形成能级的新的技术，而提供转换效率高的太阳能电池。

[0022] 本发明为了通过简单的构成和制造方法实现转换效率高的太阳能电池，而提供以下特征的太阳能电池：所述太阳能电池通过层叠基板、导电性的第一电极、电动势层、p型半导体层、以及导电性的第二电极而构成，在所述电动势层，使被绝缘性物质覆盖的n型金属氧化物半导体发生光激发结构变化，由此在能带隙中形成能级而捕获电子，所述太阳能电池通过照射光来光激发电动势层的能带隙中的电子，从而产生电动势。

[0023] 通过在第一电极与所述电动势层之间设置n型金属氧化物半导体的层，能够进行转换效率高且稳定的动作。

[0024] 使基板为导电性材料并兼用作第一电极，由此构造变得简单。

[0025] 第一电极和所述第二电极中的至少一者是透明电极，通过从透明的电极侧照射光，来产生电动势。并且，基于本发明的太阳能电池由于通过光照射而引起电子向电动势层的移动来着色，因此提高了光的吸收效率。

[0026] 作为材料，设置于第一电极与电动势层之间的n型金属氧化物半导体是二氧化钛，p型半导体是氧化镍或者铜铝氧化物。电动势层中的n型金属氧化物半导体是氧化锡、二氧化钛和氧化锌中的任一者，或者是氧化锡、二氧化钛以及氧化锌组合而成的复合物，覆盖n型金属氧化物半导体的绝缘性物质是绝缘性树脂或无机绝缘物。

[0027] 作为电动势层的制造方法，通过包括以下工序的制造工序制造：将在n型金属氧化物半导体的元素中结合了有机物而成的有机金属盐和绝缘物溶解在有机溶剂中，并将该有机溶剂涂布在设置于基板的第一电极上，或者将该有机溶剂涂布在设置于第一电极上的n型金属氧化物半导体的层上；在涂布后干燥并烧结；在烧结后将被绝缘性物质覆盖的n型金属氧化物半导体的层照射紫外线使其发生光激发结构变化。

[0028] 基板可使用树脂片，从而能够实现柔软的太阳能电池。

[0029] 通过将第一电极的表面设为凹凸形状，从而表面积变大，能够进行效率更高的光能的吸收，并且能够提高与电动势层的密合性，减少因构造的缺陷带来的损失。

[0030] 基于本发明的太阳能电池在电动势层也具有充电功能，因此能够在不能照射光时，通过来自电动势层的能量来维持作为电池的功能。

[0031] 发明效果

[0032] 根据本发明涉及的太阳能电池，是利用能带隙中的新能级的电动势原理，所述能带隙中的新能级通过利用金属氧化物的光激发结构变化的技术而形成，因此能够实现透过损失、量子损失、电子-空穴对的再结合损失少并且能够通过着色功能进行良好的太阳光的吸收、太阳能电池表面的反射损失少的太阳能电池。

[0033] 由于具有充电功能，也可以用作可蓄电的太阳能电池。附图说明

[0034] 图1是表示本发明涉及的太阳能电池的构成的图；

[0035] 图2是说明基于本发明的太阳能电池的电动势层的图；

[0036] 图3是说明使其发生光激发结构变化的电动势层的制造工序的图；

[0037] 图4的(A)、(B)是说明由光激发结构变化产生的功能的能带图；

[0038] 图5是说明通过光激发结构变化形成的新能级的能带图；

[0039] 图6的(A)、(B)是说明绝缘覆膜了的氧化钛的基于光激发结构变化的功能的能带图；

[0040] 图7是说明由光激发结构变化引起的电子的行为的图；

[0041] 图8的(A)、(B)是说明基于本发明的太阳能电池的功能的图；

[0042] 图9是表示基于本发明的太阳能电池的基本构成的图；

[0043] 图10是说明基于本发明的太阳能电池的使用状态的图；

[0044] 图11是将太阳能电池的第一电极形成锥型的凹凸而成为TEXTURE型的太阳能电池的图；

[0045] 图12是说明太阳能电池的基本原理的能带图。

具体实施方式

[0046] 本发明是基于在电动势层上采用光激发结构变化技术的新的电动势原理的太阳能电池。光激发结构变化是通过光的照射而激发的物质的原子间距离发生变化的现象，通过利用作为非晶质的金属氧化物的n型金属氧化物半导体发生光激发结构变化的性质，而在n型金属氧化物半导体的能带隙内形成新的能级。

[0047] 图1是表示基于本发明的太阳能电池的截面构造的图。在图1中，太阳能电池10在基板12上形成导电性的第一电极14，并且层叠了n型金属氧化物半导体层16、通过光照射而产生电动势的电动势层18、p型金属氧化物半导体层20和第二电极22。

[0048] 基板12可以是绝缘性的物质，也可以是导电性的物质，例如可使用玻璃基板、高分子薄膜的树脂片、或者金属箔片。

[0049] 第一电极14和第二电极22形成导电性的膜即可，例如作为金属电极有包含铝(A1)的银(Ag)合金膜。作为其形成方法，可以列举出溅射法、离子镀、电子束蒸镀、真空蒸镀、化学蒸镀等气相制膜法。另外，金属电极可以通过电镀法、无电解电镀法等形成。作为电镀所使用的金属，一般可使用铜、铜合金、镍、铝、银、金、锌或锡等。

[0050] 另外，作为透明的导电性电极，可以使用掺杂了锡的氧化铟(ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡))的导电膜。

[0051] n型金属氧化物半导体层16在材料方面使用二氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)或者氧化锌(ZnO)作为材料。

[0052] 向电动势层18填充被绝缘性的覆膜覆盖的微粒子的n型金属氧化物半导体，通过紫外线照射发生光激发结构变化，成为具有电动势功能的层。n型金属氧化物半导体被硅酮的绝缘性覆膜覆盖。作为可在电动势层18中使用的n型金属氧化物半导体材料，优选二氧化钛、氧化锡、氧化锌，也可以为组合了二氧化钛、氧化锡以及氧化锌中的任两者而成的复合材料、或者组合了三者而成的复合材料。

[0053] 在电动势层18上形成的p型金属氧化物半导体层20是为了防止来自上部的第二电极22的电子的注入而设置的。作为p型金属氧化物半导体层20的材料，可以使用氧化镍(NiO)、铜铝氧化物(CuAlO2)等。

[0054] 接着，示出实际试做的例子。

[0055] 基板12使用了玻璃。将作为电极14的、掺杂了锡的氧化铟(ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡))的导电膜形成在该玻璃基板12上，并且将作为n型金属氧化物半导体层的二氧化钛通过溅射法形成在ITO上。p型金属氧化物半导体层20通过溅射法由氧化镍形成，第二电极22与第一电极14同样地由ITO形成。

[0056] 关于电动势层18，以下详细地说明其构造和制造方法。

[0057] 图2是详细地说明图1中的电动势层18的构造的图。电动势层18使用硅酮作为绝缘性覆膜28，使用二氧化钛作为n型金属氧化物半导体26，电动势层18成为填充了被硅酮覆盖的二氧化钛的构造。电动势层18具有通过二氧化钛被紫外线照射发生光激发结构变化而能够蓄积能量的功能。

[0058] 作为电动势层18所使用的n型金属氧化物半导体26的材料，可以是二氧化钛、氧化锡、或氧化锌，从金属的脂肪族酸盐在制造工序中分解而被生成。因此，作为金属的脂肪族酸盐，能够使用可通过在氧化性气氛下照射紫外线或者烧结来进行分解或燃烧而变化为金属氧化物的物质。作为脂肪族酸，例如可使用脂肪族单羧酸、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。

[0059] 更具体地说，作为饱和脂肪族单羧酸，可以列举出甲酸、乙酸、丙酸、已酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、硬脂酸等。作为不饱和脂肪族单羧酸，可以使用丙烯酸、丁烯酸、巴豆酸、异巴豆酸、亚麻酸、油酸等高度不饱和单羧酸。

[0060] 另外，脂肪族酸盐从通过加热容易进行分解或燃烧、溶剂溶解性高、分解或燃烧后的膜致密、容易处理、廉价、与金属的盐的合成容易等理由出发，优选脂肪族酸与金属的盐。

[0061] 绝缘覆膜28除了硅酮以外，作为无机绝缘物可以是矿物油、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)等，作为绝缘性树脂可以是聚乙烯、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、聚酰亚胺、醋酸纤维素等热塑性树脂、酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂、烯丙树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯等热固化性树脂。

[0062] 图3是说明电动势层18的制造方法的工序的图。

[0063] 首先，准备了在玻璃基板12上将ITO和二氧化钛通过溅射法形成了层的基板。然后，在溶剂中混合脂肪酸钛和硅酮油并搅拌，制造涂布液(S1)。接着，在使准备的基板旋转的同时通过旋转器将涂布液旋转涂布在二氧化钛的层上(S2)。通过基板的旋转，形成0.3～1μm的薄层。该层具体地说可以认为是覆盖了硅酮的二氧化钛的金属盐被埋入硅酮层中的构造，不存在空隙部。

[0064] 接着，在50℃的气氛中将其放置10分钟左右并干燥(S3)，之后进行烧结(S4)。烧结温度为300℃～400℃，烧结时间为10分钟～1小时。由此，脂肪族酸盐分解，形成被硅酮的绝缘膜覆盖的二氧化钛的微粒子层。

[0065] 形成被硅酮的绝缘覆膜覆盖的二氧化钛的层的上述制造方法是被认为涂布热分解法的方法。

[0066] 下一个制造工序是紫外线照射工序(S5)。紫外线照射的波长为254nm，强度为20mW/cm2，照射大约40分钟。通过该紫外线照射，改变电动势层的二氧化钛的原子间距离，而产生光激发结构变化现象。其结果是，在二氧化钛的能带隙内形成新的能级。

[0067] 图4的(A)、(B)是用于说明被紫外线照射的物质通过光激发结构变化而形成新的能级的现象的能带图。首先，为了说明基本的原理，考虑在ITO上层叠了氧化锡和氧化镁复合而成的层(SnO2-MgO复合层)的情况。

[0068] 图4的(A)是能带图，并且是由ITO52、中间结晶层54以及SnO2-MgO复合层56构成的构造。在传导带58与价电子带60之间存在费米能级62，ITO52的费米能级62靠近传导带58，SnO2-MgO复合层56的费米能级62存在于传导带58与价电子带60的中间。一旦被照射紫外线66，则中间结晶层54中的价电子带60的电子64被激发到传导体58。

[0069] 在图4的(B)所示的紫外线66照射中的状态下，通过紫外线66的照射，中间结晶层54的区域中的价电子带60的电子64被激发到传导带58，被激发的电子64由于传导带58的倾斜而被容纳在ITO的传导带58上。另一方面，电子64所脱离的空穴65积存在价电子带60上。
在中间结晶层54中，在紫外线激发与再结合之间产生时间差，通过具有该时间差，进行原子的再排列。因此，残留在中间结晶层54的价电子带60上的空穴65移动到能带隙中，形成新的能级70。并且，通过空穴65移动到能带隙中，变为着色层级，即使接近SnO2-MgO复合层56的ITO52也会产生着色现象。

[0070] 图5示出了通过紫外线照射在中间结晶层54的能带隙中形成了新的能级70的再结合后的状态。仅观测到在ITO52和SnO2-MgO复合层56的界面上能带隙中的电子密度的增加，芯电子的化学位移也被观测到，因此可以认为原子间隔发生了变化。

[0071] 这样，说明了通过向SnO2-MgO复合层56照射紫外线而能够在能带隙内形成新的能级70，但是作为太阳能电池，利用了新形成的能级70，并且需要在电极与n型金属氧化物半导体之间形成绝缘层，并控制电子。

[0072] 图1所示的电动势层18如在图1及图2中所说明的那样，是以形成有基于硅酮的绝缘覆膜28的二氧化钛为材料的n型金属氧化物半导体。在此情况下，能带图中，在二氧化钛与ITO之间具有由绝缘层构成的障壁。

[0073] 图6的(A)、(B)是说明在ITO52与二氧化钛57之间存在绝缘层68的情况下、基于光激发结构变化的新能级的形成状态的能带图。由绝缘层68构成的障壁存在于传导带58。

[0074] 图6的(A)是在二氧化钛57与ITO52之间具有绝缘层68的情况下照射紫外线66的状态的能带图。一旦向被绝缘覆膜的二氧化钛57照射紫外线66，则处于二氧化钛57的价电子带60的电子64被激发到传导带58。在与ITO52的界面附近，该电子64以某种概率穿过绝缘层68而暂时移动到ITO52。二氧化钛57的光激发结构变化在电子的不在中产生，价电子带60的电子64脱离的部位的原子间距离发生变化。此时的能级70移动到能带隙内。

[0075] 图6的(B)是在被照射紫外线66的期间反复产生上述现象并在能带隙内形成了多个能级70的状态。但是，应被这些能级70捕捉的电子被紫外线66激发而移动到ITO52。这样产生的电子不在的能带隙内的能级70在紫外线照射结束之后也残留。绝缘层68的作用是在ITO52与二氧化钛57之间制造障壁，使被激发的电子64通过而形成电子不在的能带隙内的能级70。移动到ITO52的电子64由于绝缘层68周边的带电电位而留在ITO52。

[0076] 图7是示意性地表现被绝缘覆膜28覆盖的二氧化钛57通过紫外线照射而产生光激发结构变化、电子移动到ITO52的状态的图。电子64通过隧道效应经过由绝缘覆膜28构成的障壁而移动到ITO52，并由于绝缘覆膜28的电位产生的弱捕获力而残留。

[0077] 作为太阳能电池，进一步与电动势层18重叠而层叠p型金属氧化物半导体层20形成阻挡层，并且设置了第二电极22。对于基于这样的构造的太阳能电池的原理以图8的(A)和(B)的能带图进行说明。

[0078] 图8的(A)是针对被构成第一电极14的ITO52与构成第二电极22的ITO74夹持、由电动势层18中的绝缘层68和二氧化钛57、以及作为p型金属氧化物半导体20而发挥功能的氧化镍72构成的太阳能电池照射太阳光36的情况下的能带图。

[0079] 传导带58具有绝缘层68和由p型金属氧化物半导体20形成的阻挡层72夹着电动势层18而成的障壁。

[0080] 一般来说，太阳能电池基本上成为由电极夹持p型半导体和n型半导体的构造，在该pn结中会产生光伏效应。即，是阻挡n型区域的电子向p型区域移动、p型区域的空穴向n型区域移动的方向的电位。一旦在该状态下照射具有能带隙以上的能量的光，则会形成电子-空穴对(载流子)。电子和空穴通过扩散而到达pn结部，通过pn结的电场，电子分离到n型区域，空穴分离到P区域。

[0081] 与此相对，在图8的(A)所示的基于本发明的太阳能电池中，p型金属氧化物半导体和n型金属氧化物半导体呈现为pn结，但是n型金属氧化物半导体被绝缘膜覆盖而形成有障壁。被用作n型金属氧化物半导体的二氧化钛照射紫外线而使其发生光激发结构变化，在能带隙中形成了能级。因此，通过基于能带隙以下的能量的光照射，电子被注入到能级。通过该过程，在电动势层18中成为电子64充满的状态。由此，在电极间产生电位差、即电动势，能够发挥作为太阳能电池的功能。

[0082] 图8的(B)是在将负荷(未图示。)与ITO52和ITO74连接而用作电源的情况下、即电子放电的状态的能带图。由于负荷的连接，通过电极间的电位差而释放电子，电流流动。电子64从电动势层18通过隧道效应通过绝缘层而被供应，但是从处于能带隙中的能级70供应的电子由于被照射太阳光36，因此通过能带隙能量以下的低能量陆续被补充。即使在连接了负荷的状态下，处于能带隙中的能级70也始终处于被电子埋入的状态。

[0083] 即，一旦在被照射太阳光36的状态下连接负荷，则被捕获到能带隙的电子64以某种概率成为传导带的自由电子。该自由电子移动到ITO52。在电动势层18中形成电子-空穴对，电子64在能带隙中扩散而到达能级70，空穴65在价电子带60上分离到氧化镍72区域。在该过程中，在ITO52聚集过剩的电子而带电为负，氧化镍72区域带电为正，电子64经由负荷从ITO52流向作为第二电极22用于氧化镍72的ITO74。

[0084] 以上，发挥了作为以下电池的功能：如在能带图中说明的那样，在形成于二氧化钛的能带隙中的能级上，通过太阳光的照射而充满电子，将负荷连接在电极上，由此释放电子而输出能量。因此，由于无需如以往的太阳能电池那样的、能隙以上的光能，在形成于能带隙内的能级上激发电子并充满电子，因此能够实现在极低的光能下的电池功能。

[0085] 并且，在电子埋入形成于二氧化钛的能带隙中的能级的状态下，也具有着色功能，另外，由于能够全部输出该埋入的电子，因此即使在未被照射太阳光的情况下，也能够临时作为充进了能量的二次电池而发挥功能。

[0086] 图9示出了基于本发明的基本的太阳能电池50的构成。在图9中，太阳能电池50是在基板12上形成导电性的第一电极14、并层叠了产生能量的电动势层18、p型金属氧化物半导体层20以及第二电极22的构成。

[0087] 具体地说，在玻璃基板12上层叠ITO作为第一电极14，并且由被绝缘膜覆盖并发生了光激发结构变化的二氧化钛构成电动势层18，层叠了氧化镍形成的P型金属氧化物半导体层20、ITO形成的第二电极。

[0088] 图10是说明在图9中说明的基于本发明的基本的太阳能电池的动作的图。

[0089] 一旦在电动势层18中充满了电子64、并将负荷32连接在第一电极14和第二电极22，则电子64通过第一电极向负荷侧移动，电流34流过负荷32。负荷32通过开关38的接通或断开而控制与太阳能电池50的连接。即使在电流流到负荷32的情况下，电动势层18中的电子64也会通过太阳光36的照射而始终供应。

[0090] 由于电动势层18被电子64埋上，因此电动势层18由于发生了光激发结构变化的二氧化钛的着色现象而着色，提高了光吸收率。

[0091] 另外，由于在能带隙内形成了新的能级，因此，不会有以往的太阳能电池的光激发能量看得见的、损失能隙以下的能量的情况，也不会有电子-空穴对保持与能隙相应的能量而剩余变为热能的情况，因此具有透过损失及量子损失少的特性。

[0092] 并且，将绝缘层覆膜在n型金属氧化物半导体上，因此也具有再结合损失少的特性。

[0093] 图11是使第一电极成为TEXTURE型而在表面上形成细微的锥体的构造。第一电极14表面的TEXTURE型构造面75通过锥形状的凹凸而提高了与电动势层18的密合性，在照射太阳光的情况下，能够有效地吸收入射光，能够降低光能的损失，因此可降低光能的损失，提高转换效率。

[0094] 通过基于TEXTURE型构造的第一电极14与电动势层18的密合性的提高，具有减少由于接合不完全而产生的损失的效果。

[0095] 在基于本发明的太阳能电池中，在电动势层中，对二氧化钛进行了绝缘覆膜，使传导带具有了障壁。能够将该功能成为在第一电极与电动势层之间通过溅射法形成二氧化钛的薄层而加强障壁功能的构造，这就是图1所示的太阳能电池的构造。

[0096] 电动势层的二氧化钛通过硅酮形成了绝缘覆膜，但是未必成为均匀的覆膜而产生偏差，在极端的情况下也存在不能形成覆膜而与电极直接接触的情况。这样的情况也成为电子通过再次结合而被注入到氧化钛、在能带隙中不能形成能级而转换效率下降的主要因素。因此，为了成为转换效率更高的太阳能电池，如图1所示在第一电极与电动势层之间形成了二氧化钛的薄层。

[0097] 该二氧化钛的薄层起到了作为绝缘层的功能，在元件的特性的偏差少、制造线上的稳定性以及成品率的提高方面是有效的。

[0098] 基于本发明的太阳能电池是利用了能带隙内形成的能级而不是超过能带隙的电子的移动的发电原理，透过损失、量子损失、电子-空穴对的再结合损失、由于pn结不完全而产生的损失、太阳光的反射损失等损失少，具有高的转换效率。

[0099] 以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明包含不损害其目的和优点的适当的变形，并且不受上述实施方式的限定。

[0100] 符号说明

[0101] 10、50 太阳能电池

[0102] 12 基板

[0103] 14 第一电极

[0104] 16 n型金属氧化物半导体层

[0105] 18 电动势层

[0106] 20 p型金属氧化物半导体层

[0107] 22 第二电极

[0108] 26 n型金属氧化物半导体

[0109] 28 绝缘覆膜

[0110] 32 负荷

[0111] 34 电流

[0112] 36 太阳光

[0113] 52、74 ITO

[0114] 54 中间结晶层

[0115] 56 SnO2-MgO复合层

[0116] 57 二氧化钛

[0117] 58 传导带

[0118] 60 价电子带

[0119] 62 费米能级

[0120] 64 电子

[0121] 65 空穴

[0122] 66 紫外线

[0123] 68 绝缘层

[0124] 70 能级

[0125] 72 氧化镍

[0126] 75 TEXTURE型构造面

[0127] 76 n型半导体

[0128] 78 p型半导体

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