CN1223013C - 光电转换元件 - Google Patents

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Abstract

在具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件进行叠层光电转换元件中，提供在多个单位元件间的p/n界面附近，氧原子浓度和/或碳原子浓度有极大值的峰的光电转换元件。因此提供使p/n界面的结构稳定，提高界面特性及膜粘附性，光电转换效率高的光电转换元件。

Description

光电转换元件
技术领域
本发明涉及由硅系非单晶半导体材料构成的光电转换元件。
背景技术
光电转换元件是将太阳光等的光能变换成电能的半导体元件。作为其半导体材料，非晶硅(a-Si:H)所代表的非晶材料，因为价廉、可以大面积化及薄膜化、组成的自由度大、可在宽范围控制电的及光学的特性等的理由而引人注目，进行着很多的研究。
由上述非晶材料构成的光电转换元件，尤其是非晶太阳能电池提高光电转换效率是重要的课题。
作为解决该课题的方法，美国专利2,949,498号说明书公开了使用单位元件结构的太阳能电池多个叠层的所谓串联式电池的方法。该串联式电池是通过将不同带隙的元件叠层，有效地吸收太阳光光谱的各部分而提高转换效率，该叠层的元件设计成位于顶层下方的所谓底层的带隙比位于入射光侧的所谓顶层的带隙窄的样子。另外，也研究了在前述顶层与底层之间设所谓中间层的3层串联式电池(以下称三层电池)。
另外，一般在透明电极侧，即光入射侧配置p层，提高光的综合收集效率，使实际上真性的半导体(以后称i型层)多介于p层与n层之间，这样容易收集入射光生成的电子一空穴对之中扩散距离短的空穴。
此外，利用微晶硅具有的高导电性和在短波长领域吸收系数小的物性，通过光入射侧的p层使用微晶硅，改善短路电流(Jsc)。另外，微晶硅与非晶硅相比因为是宽隙，所以不纯物添加效率高，光电转换元件内的内部电场增大。其结果释放电压(Voc)也得到改善，光电转换效率提高已有报道(“Enhancement of open circuit voltage in highefficiency amorphous sililon alloy solar cells”S.Guha，J.Yang，P.Nath and M.Hack：Appl.Phys.lett.，49(1986)218)。
发明内容
然而，这些光电转换元件，很难稳定地控制p层与n层接合部的界面特性，由于接合状态、杂质量的变化，导致串联电阻的增加，随之I～V(current-voltage)特性降低等成为特性变化的原因。
因此，本发明目的通过使p/n界面的结构稳定、提高界面特性与膜粘附性，提供光电转换效率高的光电转换元件。
本发明提供在具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件叠层的光电转换元件中，在前述多个单位元件间的p/n界面附近，氧原子浓度有极大值的峰值的光电转换元件。在有关光电转换元件中，前述氧原子浓度峰值的浓度(峰值氧浓度)优选是1×1018原子/cm3以上、1×1022原子/cm3以下。
另外，本发明提供在具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件叠层的光电转换元件中，在前述多个单位元件间的p/n界面附近，碳原子浓度有极大值峰值的光电转换元件。在有关光电转换元件中，前述碳原子浓度峰值的浓度(峰值碳浓度)优选是1×1016原子/cm3以上、1×1020原子/cm3以下。
此外，本发明还提供在具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件叠层的光电动热元件中，在前述多个单位元件间的p/n界面附近，氧原子浓度及碳原子浓度有极大值峰值的光电转换元件。在有关光电转换元件中，前述氧原子浓度峰值的浓度(峰值氧浓度)优选是1×1018原子/cm3以上、1×1022原子/cm3以下，且前述碳原子浓度峰的浓度(峰值碳浓度)优选是1×1016原子/cm3以上、1×1020原子/cm3以下。
这些本发明提供的光电转换元件，优选前述p/n界面的p层由氢化微晶硅构成，并优选前述单位元件的p层设在光入射侧。
根据有关光电转换元件，通过控制p/n界面附近的氧和/或碳的含有量，可使前述界面的结构稳定、提高界面特性及膜粘附性。
再者，所谓本发明的p/n界面，表示具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件叠层的光电转换元件的一方单位元件的p型半导体层，与另一方单位元件的n型半导体层的叠层界面。以下。没有特别说明时，本说明书中p/n界面用语，意味着与单纯的pn接合半导体元件的p/n界面不同的，如上述的单位元件间的界面。
附图的简单说明
图1是模式地表示本发明的光电转换元件构成的一个例子的图。
图2是表示在实施例制作的三层电池的膜厚方向的氧浓度分布图。
图3是表示实施例制作的三层电池的顶面n层的峰值氧浓度与初期转换效率关系的图。
图4是表示在实施例制作的三层电池的膜厚方向的碳浓度分布图。
图5是表示实施例制作的三层电池的中间p层的峰值碳浓度与初期转换效率关系的图。
图6是表示制作本发明光电转换元件所用最佳成膜装置的模式图。
发明的实施方案
以下利用图详细地说明本发明，但本发明的光电转换元件不受这些任何限定。
图1是模式地表示适合应用本发明的光电转换元件的pin型非晶质太阳能电池。图1是光从图的上部射入结构的太阳能电池，图1中100表示太阳能电池本体、114表示底层、115表示中间层、116表示顶层、101表示基板、102表示下部电极、103、106、109表示n型半导体层，104、107、110表示i型半导体层，105、108、111表示p型半导体层，112表示上部电极、113表示集电电极。底层114、中间层115、顶层116分别是前述的单位元件。
(基板)
作为半导体层堆积的适用基板101，可以是单晶质或非单晶质的材料，这些又可以是导电性材料，还可以是电绝缘性的材料。此外，这些可以是透光性材料，还可以是非透光性材料，但优选是变形、扭曲少、具有所期望强度的材料。
具体地，可列举Fe，Ni，Cr，Al，Mo，Au，Nb，Ta，V，Ti，Pt，Pb等的金属或这些的合金，例如，黄铜、不锈钢等的薄板及其复合体，及聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯、醋酸纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂等的耐热性合成树脂的薄膜或片材或这些与玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、金属纤维等的复合体、以及对这些的金属的薄板、树脂片等的表面采用溅射法、蒸镀法、镀金法等进行不同材质的金属薄膜和/或Sio2，Si3N4，Al2O3，AlN等绝缘性薄膜表面涂布处理的材料和玻璃、陶瓷等。
前述基板是导电性金属等时，可作为直接导出电流用的电极，是电绝缘性的合成树脂等时，希望对形成堆积膜侧的表面采用镀金、蒸镀、溅射等的方法预先进行Al，Ag，Pt，Au，Ni，Ti，Mo，W，Fe，V，Cr，Cu，不锈钢，黄铜，镍铬耐热合金，SnO2，In2O3，ZnO，ITO等的所谓金属单质或合金，及透明导电性氧化物(TCO)表面处理，预先形成导出电流用的电极。当然，前述基板即使是导电性的金属等，为了提高长波长光在基板表面上的反射率，或为了防止基板材质与堆积膜之间的构成元素的相互扩散，也可以将不同种类的金属层等设在前述基板上形成堆积膜的一侧。
另外，作为前述基板的表面性可以是所谓的平滑面，也可以是微小的凹凸面。成为微小的凹凸面时，其凹凸形状通过使之是球状、圆锥状、角锥状等，且其最大高度(Rmax)优选为50nm至500nm，该表面的光反射成为漫发散、导致该表面的发射光光路长的增大。基板的厚度虽然适当决定可形成如所期望的光电转换元件，但从基板的制造上及使用上、机械强度等的观点考虑，其厚度通常为10μm以上。
本发明的光电转换元件，根据该元件的构成方式选择适宜的电极使用。作为这些的电极，可列举下部电极、上部电极(透明电极)、集电电极(只是，这里所说的所谓上部电极表示设在光入射侧的电极、所谓下部电极表示中间夹半导体层的相对上部电极而设的电极)。以下详细说明这些的电极。
(下部电极)
本发明用的下部电极102设在基板101与n型半导体层103之间。但基板101具导电性时，该基板可兼下部电极。只是，基板101即便是导电性而片材电阻值高时，作为导出电流用的低电阻的电极、或为了提高基板面的反射率谋求入射光的有效利用也可设置电极102。
作为电极材料，可列举Ag，Au，Pt，Ni，Cr，Cu，Al，Ti，Zn，Mo，W等的金属或这些的合金，用真空蒸镀，电子束蒸镀，溅射等形成这类等金属的薄膜。另外，所形成的金属薄膜优选对光电转换元件的输出功率不成为电阻成分。
在下部电极102与n型半导体层103之间。虽然图中没有示出，但也可以设导电性氧化锌等的透明导电层。透明导电层在功能上可称为防扩散层。该防扩散层具有不仅防止构成下部电极102的金属元素向n型半导体层中扩散，而且由于具有若干的电阻值，故可防止中间夹半导体层而设的下部电极102与上部电极112之间因针孔等的缺陷而发生的短路，以及利用薄膜发生多重干涉将入射的光封入光电转换元件内等的效果。
(上部电极(透明电极))
作为本发明用的透明电极112，为了使半导体层内有效地吸收来自太阳或白色萤光灯等的光，优选光的透过率是85％以上，此外，优选片材电阻值是300Ω/□以下，使之在电上对光电转换元件的输出功率不成为电阻成分。作为具有这种特性的材料，可列举将SiO2，In2O3，ZnO，CdO，CDSnO4，ITO(In2O3+SnO2)等的金属氧化物或Au，Al，Cu等的金属制成极薄半透明状膜的金属薄膜等。
透明电极112在图1中因为是叠层在p型半导体层111的上面，故优选两者彼此的粘附性好的。作为这些的制作方法，可采用电阻加热蒸镀法、电子束加热蒸镀法、溅射法、喷雾法等，根据需要可适当地选择。
(集电电极)
本发明用的集电电极113，为了降低透明电极112的表面电阻值而设在透明电极112上。作为电极材料，可列举Ag，Cr，Ni，Al，Au，Ti，Pt，Cu，Mo，W等的金属或这些的合金的薄膜。这些的薄膜可以叠层使用。另外，适宜地设计其形状及面积使之充分确保进入半导体层的光入射光量。
例如，其形状相对于光电转换元件的受光面一样地扩展，且相对于受光面积其面积优选是15％以下、更优选是10％以下。另外，作为片电阻值优选是50Ω/□以下、更优选是10Ω/□以下。
(半导体层)
半导体层103、104、105、106、107、108、109、110、111依照通常的薄膜制作工艺制得，可按照需要采用蒸镀法、溅射法、高频等离子体CVD法、微波等离子体CVD法、ECR法、热CVD法、LPCVD法等公知的方法制作。作为工业上采用的方法，最好采用等离子体分解原料气体，堆积在基板上的等离子体CVD法。
另外，作为反应装置，可按照需要使用间歇式的装置或连续成膜装置等。制作价电子控制的半导体时，采用同时分解含磷、硼等作为构成原子的PH3，B2H6气体等的方法进行。
(i型半导体层)
本光电转换元件，作为构成适用的i型半导体层的半导体材料，在制作非晶硅锗的i层时，可列举a-SiGe:H，a-SiGe:F，a-SiGe:H:F等的所谓IV族合金系半导体材料。另外，在叠层单位元件构成的串联式电池结构中，作为构成非晶硅锗以外的i型半导体层的半导体材料，可列举a-Si:H，a-Si:F，a-Si:H:F，a-SiC:H，a-SiC:F，a-SiC:H:F，聚-Si:H，聚-Si:F，聚-Si:H:F等所谓IV族及IV族合金系半导体材料以及、III-V及II-VI族的所谓化合物半导体材料等。
作为CVD法用的原料气体，作为含硅元素的化合物可以用线形或环形硅烷化合物，具体地，例如可列举SiH4，SiF4，(SiF2)5，(SiF2)6，(SiF2)4，Si2F6，Si3F8，SiHF3，SiH2F2，Si2H2F4，Si2H3F3，SiCl4，(SiCl2)5，SiBr4，(SiBr2)5，SiCl6，SiHCl3，SiHBr2，SiH2Cl2，SiCl3F3等的气体状态的硅烷化合物、或容易气化制得的硅烷化合物。
另外，作为含锗元素的化合物，可列举线形锗烷或卤化锗、环形锗烷、或卤化锗、线形或环形锗化合物及有烷基等的有机锗化合物，具体地，可列举GeH4、Ge2H6、Ge2H8、n-Ge4H10、t-Ge4H10、Ge5H10、GeH3Cl、GeH2F2、Ge(CH3)4、Ge(C2H5)4、Ge(C6H5)4、Ge(CH3)4F2、GeF2、GeF4等。
(p型半导体层及n型半导体层)
作为构成本光电转换元件适用的p型或n型半导体层的半导体材料，可通过在构成前述的i型半导体层的半导体材料，可通过在构成前述的i型半导体层的半导体材料中掺杂价电子控制剂制得。制作方法可适当使用与前述的i型半导体层制作方法相同的方法。另外，作为原料，在获得周期表等IV族堆积膜时，作为获得p型半导体用的价电子控制剂可以使用含周期表第III族元素的化合物。作为第III族的元素可列举B，作为含B的化合物，具体地可列举BF3、B2H6、B4H10、B5H9、B5H11、B6H10、B(CH3)3、B(C2H5)3、B6H12等。
作为获得n型半导体用的价电子控制剂，可以用含周期表第V族元素的化合物。作为第V族的元素可列举P、N，作为含这些元素的化合物，具体地可列举N2、NH3、N2H5N3、N2H4、NH4N3、PH3、P(OCH3)3、P(OC2H5)3、P(C3H7)3、P(OC4H9)3、P(CH3)3、P(C2H5)3、P(C3H7)3、P(C4H9)3、P(SCN)3、P2H4等。
以下，对本发明的p/n界面附近的氧浓度及碳浓度的控制详细地进行说明。
光电转换元件，在有pn或pin结构的多个单位元件进行叠层的串联式电池的情况时，单位元件间的p层与n层的界面，由于界面的匹配性、杂质量等的微妙变化或结构上的扭曲，导致串联电阻的增加，随之发生I-V特性的下降，对光电转换元件性能的影响很大。另外，由于成膜时放电初期的等离子体作用，使p/n界面受到大的破坏，故可引起界面特性的降低。
本发明者反复潜心研究的结果，发现通过在该p层、n层的界面附近微量添加氧和/或碳，界面控制变得容易，有助于特性的提高，从而完成了本发明。
在p层、n层中，过去把作为杂质的B、P元素分别作为价电子控制剂使用，而本发明除此之外，还使之在单位元件间的p/n界面附近形成具有氧原子浓度和/或碳原子浓度为极大值的峰。
在p/n界面附近控制氧原子浓度具有峰值时，例如，通过控制含有作为构成元素的氧的气体导入量，可控制峰值氧浓度。此时，峰值氧浓度优选控制在1×1018原子/cm3以上、1×1022原子/cm3以下。
在p/n界面附近控制碳原子浓度具有峰值时，例如，通过控制含有作为构成元素的碳的气体导入量，可控制峰值碳浓度。此时，峰值碳浓度优选控制在1×1016原子/cm3以上、1×1020原子/cm3以下。
再者，本发明的氧与碳元素的添加方法也可以是除此以外的方法，本发明不受前述方法任何限定。
所谓本发明的“p/n界面附近”，是指单位元件间的p/n界面为中心在p层侧、n层侧±100nm的范围内(总计有200nm厚的范围内)。由于发现在±10nm的范围内存在峰值浓度时，对本发明的界面特性提高效果更好，故更优选。
有关浓度分布，例如，有在p/n界面±0的位置有峰为左右对称的分布、在p层或n层侧有峰的分布。从界面看浓度的峰，当处于光入射侧时有提高光学特性的效果，当处于反光入射侧时，有防止杂质元素扩散、防止等离子体破坏、提高膜粘附性的效果。
如上述在p/n界面附近有峰值氧浓度，通过控制该峰值氧浓度为1×1018原子/cm3以上、1×1022原子/cm3以下，可获得特别大的效果。另外，在p/n界面附近有峰值碳浓度，通过控制该峰值碳浓度为1×1016原子/cm3以上、1×1020原子/cm3以下，可获得特别大的效果。
即在这样的条件下通过控制氧浓度和/或碳浓度，可有效防止决定p型及n型半导体导电型的杂质的扩散、可提高界面特性。另外，决定p、n导电型的杂质元素过多时，由于光导电率的降低而导致串联电阻成分增加，所以估计通过氧和/或碳添加可扩宽其杂质量的控制范围，且对提高光学特性也有效果。
此外，通过添加氧和/或碳，难以遭受等离子体的破坏，形成耐性大的界面。另外，界面部分的结构扭曲得到缓和，界面匹配性提高、膜的粘附性、稳定性也提高。
前述峰值氧浓度低于1×1018原子/cm3和/或前述峰值碳浓度低于1×1016原子/cm3时，有时不能充分获得本发明的效果。而，前述峰值氧浓度超过1×1022原子/cm3和/或前述峰值碳浓度超过1×1020原子/cm3时，相反界面的结构不稳定，而且对电特性、光学特性等赋予不良影响。
(实施例)
以下例举本发明的实施例，但本发明的内容不受以下实施例限定。
(实施例1)
用图6的CVD成膜装置，如下所述制作本发明的太阳能电池三层电池。图6中，600表示反应室、101表示基板、602表示阳极电极、603表示阴极电极、604表示基板加热用加热器、605表示接地用端子、606表示匹配箱、607表示RF电源、608表示排气管、609表示排气泵、610表示成膜气体导入管、620、630、640、650、660、670、680、622、632、642、652、662、672及682表示阀，621、631、641、651、661、671及681表示质量流量调节器。
首先，把表面进行镜面研磨成0.05μmRmax的5cm四方形大小的不锈钢制(SUS304)基板101放入没图示出的溅射装置中，将该装置内真空排气成10-5Pa以后，导入Ar气，使内压成为0.6Pa用200W的功率发生DC等离子放电，用Ag靶进行溅射，堆积约500nm的Ag。
然后把靶改成ZnO，在内压、功率都相同的条件下发生DC等离子放电进行溅射，堆积约500nm的ZnO。
用以上的工序制作下部电极102后，取出基板101、安装在反应室600的阴板603上，用排气泵609充分排气，在没有图示出的离子域使反应室600中的真空度成为10-4Pa。
然后用基板加热用加热器604把基板101加热到300℃。基板温度一定后，打开阀620、622，控制质量流量调节器621的流量，通过气体导入管610从没有图示的SiH4气体钢瓶把SiH4气体以300sccm导入反应室600中。
再者，这里所谓sccm是流量的单位、是1sccm＝1cm3/min(标准状态)，以后流量的单位用sccm表示。
同样地打开阀640、642，控制质量流量调节器641的流量供给H2气300sccm，打开阀650、652，控制质量流量调节器651的流量导入用H2气稀释成5％的PH3气10sccm。
调节反应室600的内压为200Pa后，通过匹配箱606从RF电源607投入10W的功率，发生等离子放电，把n型非晶质硅层103堆积为40nm。
停止供气后，再把反应室600抽成真空，反应室600中的真空度排气到10-4Pa以下后，打开阀620、622、630、632、640、642，以SiH4气30sccm和H2气300sccm及GeH4气5.0sccm导入反应室600。从RF电源607投入20W的功率发生等离子放电，把非晶质硅锗的i层104堆积约180nm。
然后，把质量流量调节器的流量设定为0sccm，通过关闭阀620、622、630、632、640、642，瞬时地使GeH4气、SiH4气与H2气的流量为0sccm。将RF功率变成0W停止等离子放电停止供气后，将反应室600中的真空度排气成10-4Pa以下后，打开阀620、622、640、642、660、662，以SiH4气1sccm和H2气300sccm及用H2气稀释成5％的BF3气10sccm导入反应室600。
接着从RF电源607投入20W的功率，发生等离子放电将p层105堆积为10nm制作底层114。再者，在该条件下采用玻璃基板上堆积p层的试料，通过用透射电子显微镜(TEM)观察截面确认是粒径2nm～10nm的微晶。
然后与上述的n层103同样地堆积n层106后，除了GeH4气的流量为2.5sccm以外，与上述的i层104同样地堆积i层107为100nm。
然后采用与上述的p层105同样的方法堆积p层108，但从此时成膜途中打开阀670、672，控制质量流量调节器671的流量导入O2气，然后对与成膜的n层109的界面进行控制使渐渐地氧浓度增加，制作中间层115。
此外，堆积n层109时，除上述条件外打开阀670、672，控制质量流量调节器671的流量导入O2气。此时控制氧浓度使之与中间p层108连接，且控制O2气流量使之在界面附近具有峰值，然后慢慢地减少。
然后导入SiH4气30sccm和H2气300sccm，投入20W的功率，堆积非晶质硅的i层110为70nm后、堆积p层111，形成顶层116。
然后将形成半导体层的基板101冷却后，从反应室600中取出，放入没图示出的电阻加热的蒸镀装置中，将该装置内真空排气成10-5Pa以下后，导入氧气，使内压成为50Pa后，用电阻加热蒸镀In与Sn的合金，堆积有兼防反射效果的透明导电膜(ITO膜(铟锡氧化物膜))，成为上部电极112。
蒸镀结束后，取出试料用没图示出的干蚀刻装置分离成1cm×1cm大小的准电池后，移到其他的蒸镀装置，用电子束蒸镀法形成铝的集电电极113。把制得的太阳能电池作为No.1-1.
然后除了改变中间p层108与顶面n层109的O2气流量以外，其他与上述方法同样地进行成膜制作试料。把试料作为No.1-2、1-3、1-4、1-5。
图2表示各试料膜厚方向的氧浓度分布，尤其是表示顶面n层、中间p层界面附近的浓度分布。再者，有关氧浓度用SIMS进行测定。由其测定结果确认在p/n界面附近的顶面n层侧，氧原子浓度有峰值。
另外，用太阳模拟器按100mW/cm2的强度对各试料照射AM-1.5的太阳光光谱的光，通过求电压电流曲线测定太阳能电池的初期转换效率，把所得结果示于图3。
图3示出了各试样的顶面n层的峰值氧浓度为横坐标时初期转换效率η。这里初期转换效率η(标准化)是试料1-2的初期转换效率作为1进行标准化来表示。
这里，从太阳能电池的实用性与可靠性的方面考虑作为初期转换效率用上述标准化后的值将0.95规定为下限值。该下限值以上的初期转换效率值表明制得的p/n界面附近的最佳峰值氧浓度的范围是1×1018原子/cm3以上、1×1022原子/cm3以下。
(实施例2)
用图6的成膜装置，与实施例1同样地制作三层电池。只是本例中将中间p层与顶面n层中的O2气变为CH4气。即打开阀680、682，控制质量流量调节器681的流量供给CH4气，改变其流量制作试料2-1、2-2、2-3、2-4、2-5。
图4表示各试料在膜厚方向的碳浓度分布，尤其是表示顶面n层、中间p层界面附近的浓度分布。再者，有关碳浓度用SIMS进行测定。由其测定结果确认在p/n界面附近的中间p层侧碳原子浓度有峰值。
另外，采用与实施例1相同的方法对各试料测定初期转换效率，将所得结果示于图5。
图5中示出各试料在中间p层的峰值碳浓度为横坐标时的初期转换效率η。这里初期转换效率η(标准化)，将试料2-2的转换效率作为1进行标准化表示。
这里与实施例1同样地，从太阳能电池的实用性与可靠性的方面考虑，作为优选的初期转换效率，用上述标准化后的值将0.95规定为下限值。该下限值以上的初期转换效率值说明在所得p/n界面附近的最佳峰值碳浓度的范围是1×1016原子/cm3以上、1×1020原子/cm3以下。
(实施例3)
用图6的成膜装置与实施例1同样地制作三层电池。只是本例中把在中间p层和顶面n层中同时供给O2气与CH4气。即打开阀670、672、680、682，控制质量流量调节器671、681的流量，供给O2气与CH4气，改变其流量制作试料。此时制作试料是使峰值氧浓度与峰值碳浓度存在p/n界面附近的中间p层侧，与实施例1、2同样地观察试料的峰值氧浓度和峰值碳浓度与初期转换效率的关系。其结果得到与实施例1、2相同的结果，确认p/n界面附近的峰值氧浓度与峰值碳浓度的最佳值是与实施例1、2同样的值。
(实施例4)
用图6的成膜装置，与实施例1同样地制作三层电池。只是本例中制作试料使峰值氧浓度存在于中间p层/顶面n层界面附近的中间p层侧。与实施例1同样地改变氧浓度，观察峰值氧浓度与初期转换效率的关系。其结果得到与实施例1同样的结果，确认在p/n界面附近的峰值氧浓度的最佳值是与实施例1同样的值。
如以上所述，根据本发明的适用实施例可得到以下所示的结果。
即，通过在上述条件下制作光电转换元件，可防止决定p型和/或n型半导体导电型的杂质的扩散，提高界面特性。另外，决定p、n导电型的杂质元素太多时，由于光导电率的降低而导致串联电阻成分增加，所以通过在本发明的条件下添加氧和/或碳，确信可扩宽其杂质量的控制范围，而且光学特性提高。
此外，通过添加氧和/或碳，难以遭受等离子体的破坏，形成耐性大的界面。另外，界面部分的结构扭曲得到缓和，界面匹配性提高、膜的粘附性、稳定性也提高。
这样通过提高界面特性可得到光电转换效率高的光电转换元件，又得到界面匹配性好、结构稳定性(膜的粘附性)高的光电转换元件。

Claims (3)

1.光电转换元件，其特征在于在具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件叠层的光电转换元件中，在前述多个单位元件间的p/n界面附近，氧原子浓度有极大值的峰，氧原子浓度峰值的浓度是1×1018原子/cm3以上、1×1022原子/cm3以下。
2.光电转换元件，其特征在于在具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件叠层的光电转换元件中，在前述多个单位元件间的p/n界面附近，碳原子浓度有极大值的峰，碳原子浓度峰值的浓度是1×1016原子/cm3以上、1×1020原子/cm3以下。
3.光电转换元件，其特征在于在具有由硅系非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件叠层的光电转换元件中，在前述多个单位元件间的p/n界面附近，氧原子浓度与碳原子浓度有极大值的峰，氧原子浓度峰值的浓度是1×1018原子/cm3以上、1×1022原子/cm3以下，且碳原子浓度峰值的浓度是1×1016原子/cm3以上、1×1020原子/cm3以下。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8178778B2 (en) * 2005-03-24 2012-05-15 Kyocera Corporation Photovoltaic conversion element and manufacturing method therefor, and photovoltaic conversion module using same
US20070137699A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 General Electric Company Solar cell and method for fabricating solar cell
EP2133924A4 (en) * 2007-02-16 2011-04-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd PHOTOELECTRIC CONVERTER AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
US20110017298A1 (en) * 2007-11-14 2011-01-27 Stion Corporation Multi-junction solar cell devices
KR100876613B1 (ko) 2008-05-27 2008-12-31 한국철강 주식회사 탄뎀 박막 실리콘 태양전지 및 그 제조방법
US20090301562A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 Stion Corporation High efficiency photovoltaic cell and manufacturing method
US20110017257A1 (en) * 2008-08-27 2011-01-27 Stion Corporation Multi-junction solar module and method for current matching between a plurality of first photovoltaic devices and second photovoltaic devices
US20100051090A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Stion Corporation Four terminal multi-junction thin film photovoltaic device and method
US8569613B1 (en) 2008-09-29 2013-10-29 Stion Corporation Multi-terminal photovoltaic module including independent cells and related system
US20100078059A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Stion Corporation Method and structure for thin film tandem photovoltaic cell
US8232134B2 (en) 2008-09-30 2012-07-31 Stion Corporation Rapid thermal method and device for thin film tandem cell
JP5180781B2 (ja) * 2008-11-05 2013-04-10 三菱重工業株式会社 光電変換装置の製造方法および光電変換装置
US8563850B2 (en) * 2009-03-16 2013-10-22 Stion Corporation Tandem photovoltaic cell and method using three glass substrate configuration
CN102097540A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 英属开曼群岛商精曜有限公司 一种堆栈型太阳能薄膜电池及其制作方法
US20110220177A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 United Solar Ovonic Llc Tandem photovoltaic device with dual function semiconductor layer
TWI491066B (zh) * 2010-06-07 2015-07-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 發光二極體及其製造方法
CN102280551B (zh) * 2010-06-08 2015-08-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 发光二极管及其制造方法
JP2012023342A (ja) * 2010-06-18 2012-02-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置及びその作製方法
CN102206799B (zh) * 2011-04-20 2012-12-19 北京大学 一种锗基mos器件衬底的表面钝化方法
JP5919559B2 (ja) 2011-06-30 2016-05-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光起電力装置
JP5824681B2 (ja) 2011-06-30 2015-11-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光起電力装置
CN102270691A (zh) * 2011-08-11 2011-12-07 北京泰富新能源科技有限公司 一种薄膜太阳能电池
CN103346017B (zh) * 2013-07-17 2016-11-16 重庆大学 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
EP3113224B1 (en) 2015-06-12 2020-07-08 Canon Kabushiki Kaisha Imaging apparatus, method of manufacturing the same, and camera
JP6785427B2 (ja) * 2016-02-01 2020-11-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 太陽電池素子および太陽電池モジュール

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2949498A (en) 1955-10-31 1960-08-16 Texas Instruments Inc Solar energy converter
US2948498A (en) * 1956-10-04 1960-08-09 Trane Co Roll-out mechanism
US4776894A (en) * 1986-08-18 1988-10-11 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
US4891330A (en) * 1987-07-27 1990-01-02 Energy Conversion Devices, Inc. Method of fabricating n-type and p-type microcrystalline semiconductor alloy material including band gap widening elements
DE69326878T2 (de) 1992-12-14 2000-04-27 Canon K.K., Tokio/Tokyo Lichtempfindliches Element mit einer mehrschichtigen Schicht mit erhöhter Wasserstoff oder/und Halogenatom Konzentration im Grenzflächenbereich benachbarter Schichten
JP2984537B2 (ja) * 1994-03-25 1999-11-29 キヤノン株式会社 光起電力素子
JP2733471B2 (ja) 1996-02-05 1998-03-30 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
JP3294097B2 (ja) 1996-02-14 2002-06-17 三菱重工業株式会社 非晶質半導体太陽電池
JP2000138384A (ja) 1998-10-30 2000-05-16 Sanyo Electric Co Ltd 非晶質半導体素子及びその製造方法
JP3589581B2 (ja) 1999-02-26 2004-11-17 株式会社カネカ タンデム型の薄膜光電変換装置の製造方法
EP1056139A3 (en) * 1999-05-28 2007-09-19 Sharp Kabushiki Kaisha Method for manufacturing photoelectric conversion device
US6614506B2 (en) * 2000-05-31 2003-09-02 Canon Kabushiki Kaisha Image forming apparatus and registration correcting method of the image forming apparatus
JP4560245B2 (ja) 2001-06-29 2010-10-13 キヤノン株式会社 光起電力素子

Also Published As

Publication number Publication date
US20030227017A1 (en) 2003-12-11
JP2004014812A (ja) 2004-01-15
EP1372198A3 (en) 2009-03-04
US6911594B2 (en) 2005-06-28
CN1469494A (zh) 2004-01-21
EP1372198A2 (en) 2003-12-17

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