DE2512898A1 - Halbleiter-photoelement mit pn- uebergang - Google Patents
Halbleiter-photoelement mit pn- uebergangInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit pn-übergang, die insbesondere als Photoelement z. B. als Sonnenzelle verwendbar
ist.
Herkömmliche Sonnenzellen weisen typischerweise einen pn-übergang auf, der in einem monokristallinen Siliciumsubstrat ausgebildet
ist. Im typischen Fall wird ein n-Typ-Oberflächenbereich
in ein p-Typ-Siliciumsubstrat eindiffundiert und Öhmsche Kontakte werden angebracht. Im Betrieb wird die Anordnung der Sonnenstrahlung
ausgesetzt und auf die n-Typ-Oberflache auftreffende Photonen
wandern zu der Grenzschicht und zu dem p-Typ-Substrat, wo sie
durch Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren absorbiert werden. Die in der Grenzschicht erzeugten Löcher (oder die in die Grenzschicht
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diffundierenden Löcher) werden durch die sich aufbauende Spannung
zu dem n-Typ-Oberflächenbereich abgezogen, wo sie entweder
die Anordnung als Photostrom verlassen oder sich ansammeln, um eine durch das Licht induzierte Spannung an den offenen Anschlüssen
zu erzeugen.
Der Umwandlungswirkungsgrad von herkömmlichen Sonnenzellen ist jedoch durch eine Anzahl von Faktoren stark begrenzt. Einer dieser
Faktoren besteht darin, daß die in der Grenzschicht sich aufbauende Spannung durch die relativ schmale Bandlücke (oder
verbotene Zone) des n-Typ-Siliciums und das begrenzte Ausmaß beschränkt
ist, bis zu welchem die beiden Siliciumschichten dotiert werden können. Auch wenn die sich aufbauende Spannung der
Anordnung durch Erhöhung der Dotierung der beiden den Übergang bildenden Schichten erhöht werden kann, führt eine solche übermäßige
Dotierung zu einer Verringerung des Umwandlungswirkungsgrades der Anordnung, da sie den Wirkungsgrad der Ladungsträgersammlung
verringert. Aus diesem Grunde sind die an den offenen Anschlüssen einer typischen Siliciumsonnenzelle erreichbaren
Spannungen nur etwa 50 % der Siliciumbandlücke.
Ein zweiter Faktor, der den Umwandlungswirkungsgrad herkömmlicher Siliciumsonnenzellen beschränkt, besteht darin, daß Silicium
die Eigenschaft besitzt, hochenergetische Photonen (Photonen des blauen und violetten Spektralbereiches) in der Nähe der
Oberfläche zu absorbieren, typischerweise innerhalb einer Oberflächentiefe von einem Mikron. Demzufolge werden viele hochenergetische
Photonen in der Nähe der Oberfläche des n-Typ-Bereichs absorbiert und die durch diese Absorption erzeugten Ladungsträger
rekombinieren an der Oberfläche. Solche rekombinierenden Ladungsträger gehen dadurch für die Erzeugung des Photostromes
verloren.
- 3 509841/0667
Ein dritter beschränkender Faktor besteht darin, daß die niederenergetischen Photonen (Photonen des roten oder nahen infraroten
Sp.aktralbereichs) tief in das Silicium eindringen, bevor sie absorbiert werden. Auch wenn die Minoritätsladungsträger, die durch
die tiefe Absorption erzeugt werden, zum Photostrom beitragen können, wenn die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger ausreicht,
um sie in die Grenzschicht driften zu lassen, verkleinert der Schritt der Diffusion bei hoher Temperatur, der für die
Bildung des n-Typ-Bereichs erforderlich ist, die Lebensdauer der
Minoritätsladungsträger in dem p-Typ-Substrat deutlich. Aus diesem Grunde gehen viele Ladungsträger, die durch die tiefe Absorption
erzeugt werden, für den Photostrom verloren.
Erfindungsgemäß kann eine Halbleiteranordnung mit Grenzschicht
zu einem Photoelement mit verbessertem Umwandlungswirkungsgrad
verwendet werden, indem die Bandlücken und die Elektronenaffinitäten
der die Anordnung bildenden Materialien geeignet ausgewählt werden.
Ein Photoelement mit Grenzschicht gemäß der Erfindung besitzt einen Obergang, der zwischen einer ersten Schicht aus halbleitendem
Material, das einen Leitfähigkeitstyp aufweist (n oder ρ), und einer zweiten Schicht aus einem unterschiedlich aufgebauten
Material gebildet wird, das den anderen Leitfähigkeitstyp aufweist (p oder n), wobei die zweite Schicht eine relativ größere
Energiebandlücke als das Halbleitermaterial und eine Elektronenaffinität besitzt, die kleiner oder gleich der Elektronenaffinität
des Halbleitermaterials ist. Vorzugsweise ist das Material mit der breiteren Bandlücke ein glasartiges amorphes Material,
das einen niedrigen Widerstand unter etwa 10 Ohm cm besitzt oder so dotiert ist, daß es einen söLchen niedrigen Widerstand
besitzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Niveaus der Ener-
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-U-
giebänder der Materialien im wesentlichen auf gleicher Höhe. Insbesondere
bei Anordnungen, die n-Typ-Schichten mit größerer Bandlücke verwenden, ist das Niveau des Leitfähigkeitsbandes
des Materials mit der größeren Bandlücke vorzugsweise das gleiche Energieniveau wie das Niveau des Leitfähigkeitsbandes des Materials
mit der schmaleren Bandlücke im elektrisch neutralen Zustand. Bei Anordnungen, die p-Typ-Schichten mit der größeren
Bandlücke verwenden, ist vorzugsweise das Energieniveau des Valenzbandes des Materials mit der größeren Bandlücke im wesentlichen
auf demselben Energieniveau wie das Niveau des Valenzbandes des Materials mit der kleineren Bandlücke.
Die erfindungsgemäßen Photoelemente erzielen eine verbesserte
Energieumwandlung mit Hilfe einer höheren sich aufbauenden Spannung und einer verbesserten Ausbeute der LadungsträgerSammlung.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen hervor.
Im folgenden wild die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung mit Grenzschicht gemäß der Erfindung, die insbesondere als
Photoelement verwendbar ist,
Fig. 2A und 2B schematisch bevorzugte Anordnungen der Energiebänder
für die Anordnung der Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen Strom, Spannung und auftreffender Strahlung für eine Anordnung
gemäß der Erfindung, und
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Fig. 4 eine graphische Darstellung der Quantenausbeute einer Anordnung
gemäß der Erfindung als Funktion der Wellenlänge.
In Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch eine Halbleiteranordnung
mit Grenzschicht als Photoelement dargestellt. Diese Anordnung besteht aus einer ersten aktiven Schicht 10 aus einem Halbleitermaterial,
z. B. aus kristallinem Silicium, das einen Leitfähigkeitstyp aufweist (n oder p) und aus einer zweiten aktiven
Schicht 11 aus einem davon verschieden aufgebauten Material mit relativ größerer Bandlücke, das den anderen Leitfähigkeitstyp
aufweist (p bzw. n). Die Schicht 11 mit größerer Bandlücke ist in Kontakt mit der Halbleiterschicht 10 mit der kleineren Bandlücke,
so daß eine Grenzschicht 12 zwischen diesen gebildet wird. Das Material mit der größeren Bandlücke ist vorzugsweise ein
glasartiges amorphes Material, wie z. B. Indiumtrioxid, das dotiert
ist, so daß es eine Leitfähigkeit im halbleitenden Bereich aufweist (d. h. es besitzt einen niedrigen Widerstand unterhalb
7
etwa 10 Ohm cm oder ist
etwa 10 Ohm cm oder ist
gen Widerstand besitzt).
7
etwa 10 Ohm cm oder ist so dotiert, daß es einen solchen niedri-
etwa 10 Ohm cm oder ist so dotiert, daß es einen solchen niedri-
An den Schichten 10 und 11 sind.Elektroden 13 bzw. 14 angebracht,
um einen Ohmschen Kontakt mit diesen herzustellen. Die Elektrode 13 kann beispielsweise für p-Typ-Silicium Aluminium und für
n-Typ-Silicium Zinn sein. Die Elektrode 14 kann für die Schichten
mit größerer Bandlücke vom η-Typ ebenfalls Aluminium und für die Schichten vom p-Typ Zinn sein. Die Elektrode, mit der
die direkt der einfallenden Strahlung ausgesetzte Schicht kontaktiert ist, ist vorzugsweise ein transparentes leitfähiges Material,
wie z. B. Zinnoxid, oder die Elektrodenfläche ist verkleinert und weist eine gitterförmige oder fingerförmige Gestalt
auf, um den Lichteinfall auf die Oberflächenschicht zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Schicht 11 mit der größeren Bandlücke die direkt bestrahlte Schicht und die Elektrode 11
- 6 509841/0667
ist die transparente Elektrode oder die Elektrode mit der verkleinerten
Fläche.
Die Elektroden 13 und 14 sind elektrisch an ein energieaufnehmendes
Element 15, z. B. eine Batterie oder einen Detektor (z. B. einen Stromdetektor oder einen Spannungsdetektor) in einer Weise
angeschlossen, die sich für die Energieübertragung in Form eines elektrischen Stromes von der Grenzschichtanordnung zu dem aufnehmenden
Element 15 eignet.
Das Halbleitermaterial mit der geringeren Bandlücke der Schicht 10 kann ein übliches monokristallines Halbleitermaterial, wie
z. B. Silicium oder Galliumarsenid, ein polykristallines Halbleitermaterial,
wie z. B. ein polykristalliner Film aus Silicium oder Si Ge1 , oder ein halbleitendes glasartiges amorphes Ma-
X JL-X
terial mit einer relativ schmalen Bandlücke sein. Vorzugsweise ist das Material mit der schmaleren Bandlücke mit n- oder p-Typ-Verunreinigungen
dotiert, so daß ein Widevstandswert in der
Größenordnung von 1 bis 10 Ohm cm erhalten wird. Dotierungskon-
15 19 zentrationen in der Größenordnung von 10 bis 10 Fremdatomen pro Kubikzentimeter sind im typischen Falle ausreichend, um solche
Widerstandswerte zu erhalten.
Das Material der Schicht 11 sollte so gewählt oder angepaßt werfen,
daf es eine Anzahl von Forderungen erfüllt. Es sollte sich in der Zusammensetzung von dem Material der Schicht 10 unterscheiden,
es sollte einen niedrigeren Widerstandswert aufweisen, es sollte eine Bandlücke besitzen, die größer ist als die doppelte
Bandlücke des Materials mit der schmaleren Bandlücke, und es sollte eine Elektronenaffinität aufweisen, die kleiner oder gleich
der Elektronenaffinität des Materials mit der schmaleren Bandlücke
ist. Vorzugsweise ist dieses Material ein glasartiges amorphes Material, das eine Leitfähigkeit im halbleitenden Be-
509841/0667
reich besitzt, d. h. das einen niedrigen Widerstandswert unter
7
etwa 10 Ohm cm aufweist, oder
etwa 10 Ohm cm aufweist, oder
solche Leitfähigkeit aufweist.
etwa 10 Ohm cm aufweist, oder das so dotiert ist, daß es eine
Das Material mit der größeren Bandlücke der Schicht 11 sollte in der Zusammensetzung von dem Material der Schicht 10 verschieden
sein, so daß eine Sperrschicht zwischen den zwei Schichten gebildet wird. Üblicherweise bedeutet diese Forderung, daß das
Material (ohne die Dotierungsbestandteile) der Schicht 11 aus einem chemischen Element oder einer Verbindung hergestellt ist,
die von dem Element oder der Verbindung verschieden ist, aus der die Schicht 10 hergestellt ist.
Das Material mit der größeren Bandlücke sollte erforderlichenfalls
dotiert werden, so daß es einen niedrigen Widerstands wert
7
unterhalb etwa 10 0hm cm besitzt. Widerstandswerte von wenigen 0hm cm oder noch kleinere Widerstandswerte können verwendet werden.
unterhalb etwa 10 0hm cm besitzt. Widerstandswerte von wenigen 0hm cm oder noch kleinere Widerstandswerte können verwendet werden.
Die Bandlücke und die bevorzugten Energieniveaus der Bänder für die Materialien mit der größeren Bandlücke sind aus den Fig. 2A
und 2B zu sehen, die schematisch den Bandverlauf für Obergänge mit einer Schicht mit größerer Bandlücke vom η-Typ bzw. für eine
Schicht mit größerer Bandlücke vom p-Typ darstellen. Wie diese Figuren zeigen, sind die Bandlücken der Schichten mit der größeren
Bandlücke und der Schichten mit der kleineren Bandlücke die Energieabstände zwischen dem Energieniveau des Leitfähigkeitsbandes und dem Energieniveau des Valenzbandes für die betreffenden
Materialien.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ist die Bandlücke des Materials
mit der größeren Bandlücke zumindest zweimal so breit wie die Bandlücke des Materials mit der schmaleren Bandlücke.
Wenn daher das Material mit der schmaleren Bandlücke Silicium
- 8 509841 /0667
ist, sollte die Bandlücke der Schicht mit der größeren Bandlücke größer als 2,22 Elektronenvolt sein, und wenn das Material mit
der schmaleren Bandlücke Galliumarsenid ist, sollte diese Bandlücke größer als etwa 2,80 Elektronenvolt sein. Diese größere
Bandlücke ermöglicht die Verwendung eines größeren Teils der schmaleren Bandlücke für die sich aufbauende Spannung, wodurch
der Spannungsfaktor der Anordnung vergrößert wird.
Für die Schichten mit der größeren Bandlücke werden erfindungsgemäß
vorzugsweise glasartige amorphe Materialien und insbesondere transparente glasartige amorphe Materialien verwendet. Der
hier verwendete Ausdruck "glasartiges amorphes Material" oder "glasartiges Material" bezeichnet Materialien, die nur eine Ordnung
mit kurzer Reichweite aufweisen. Mit diesem Ausdruck sollen nicht nur Gläser erfaßt werden, sondern auch solche "amorphe"
Materialien, die eine nennenswerte Ordnung mit kurzer Reichweite aufweisen. Es sollen jedoch sowohl kristalline Substanzen (wie
z. B. Silicium und Siliciumdioxid) als auch echt amorphe Materialien ausgeschlossen sein, die keine merkliche Ordnung aufweisen.
Gläser, die eine spezielle Klasse dieser glasartigen amorphen Materialien darstellen, sind typischerweise abgekühlte Flüssig-
18
keiten mit einer Viskosität von über 10 Poise bei Umgebungstemperatur.
Sie werden allgemein gekennzeichnet: 1. durch die Existenz einer einzigen Phase, 2. durch das allmähliche Erweichen
und anschließende Schmelzen bei zunehmender Temperatur anstelle einer scharfen Schmelzcharakteristik, 3. durch muschelförmige
Bruchstellen und 4. durch das Fehlen von Kristallreflexen bei der Rontgenstrahlbeugung. Die wesentlichen Vorteile des
glasartigen amorphen Materials bei der Verwendung in Sonnenzellen sind ihre relativ großen Bandlücken und die Tatsache, daß viele
Gläser in einem weiten Wellenlängenbereich der Sonnenstrahlung durchlässig sind.
- 9 509841/0667
Der hier verwendete Ausdruck "transparentes glasartiges amorphes Material" bezeichnet solche glasartigen Materialien, die im wesentlichen
für das sichtbare Licht durchlässig sind. Insbesondere sollte eine glasartige Schicht, um im Sinne der Erfindung als
transparent für die Herstellung einer Sonnenzelle angesehen zu werden, mehr als etwa 80 % des einfallenden Lichtes im Wellenlängenbereich
zwischen etwa 4000 S und etwa 7000 R durchlassen.
Bei den erfindungsgemäßen Grenzschichtanordnungen hat der Unterschied
in der Breite der Bandlücken der die Anordnung bildenden Schichten Potentialspitzen oder Absenkungen in der Obergangszone
zur Folge, wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist. Diese Potentialspitzen oder Absenkungen können den Trägerfluß in unerwünschter
Weise behindern. Wenn die Anordnung als Photoelement verwendet wird, werden deshalb die Elektronenaffxnitäten des Materials mit
der größeren Bandlücke und des Materials mit der schmaleren Bandlücke vorzugsweise so gewählt, daß sie die Impedanz der Absenkung
minimal machen, während eine hohe Spannung an den offenen Anschlüssen aufrechterhalten wird. Dieses Ergebnis kann bei einer
Anordnung mit einem n-Typ-Material als Material mit der größeren
Bandlücke dadurch erhalten werden, daß als Material mit der grösseren Bandlücke ein Material gewählt wird, das eine Elektronenaffinität
aufweist, die etwa gleich der des Materials mit der schmaleren Bandlücke ist oder die um einen Betrag kleiner als
die des Materials mit der schmaleren Bandlücke ist, welcher nicht größer als die schmalere Bandlücke ist. Durch diese Bedingung
wird das Leitfähigkeitsband der zwei Schichten auf im wesentlichen
dasselbe Energieniveau gelegt und die Absenkung wird dadurch auf eine sehr dünne Abmessung reduziert, durch die die Ladungsträger
leicht tunneln können. Während die Elektronenaffinität des Materials mit der größeren Bandlücke etwas höher sein kann
als die des Materials mit der schmaleren Bandlücke, wird die Spannung an den offenen Anschlüssen proportional durch den Ober-
- 10 509841 /0667
schußbetrag verringert. Entsprechend wird in einer Anordnung mit einem Material mit größerer Bandlücke vom p-Typ das Material mit
der größeren Bandlücke so gewählt, daß es einen Elektronenaffinität
besitzt, die um einen Betrag kleiner als die des Materials mit der schmaleren Bandlücke über die schmalere Bandlücke hinaus
ist. Durch diese Bedingung wird das Valenzband des Materials mit der größeren Bandlücke im wesentlichen auf das gleiche Energieniveau
gelegt wie das des Materials mit der schmaleren Bandlücke und die Impedanz der Absenkung wird minimal gemacht, wobei
eine hohe Spannung an den offenen Anschlüssen aufrechterhalten wird.
Die Bandlücken und die Elektronenaffinitäten der Materialien,
aus denen die Anordnung aufgebaut ist, sind genau bestimmte und im allgemeinen tabellenmäßig erfaßte Werte. Die Bandlücken sind
im allgemeinen als solche tabelliert und die Elektronenaffinitäten
können erhalten werden, indem die tabellierten Potentialschwellenhöhen von den tabellierten Austrittsarbeiten subtrahiert
werden. Typische Materialien sind z. B. in "American Institue
of Physics Handbook", 3. Auflage, 19 72, McGraw-Hill, tabelliert
Wenn ζ. B. die Austrittsarbeiten der Materialien mit der größeren
Bandlücke und der kleineren Bandlücke bekannt sind oder wenn die Differenzen zwischen diesen Austrittsarbeiten bekannt sind (wie
sie z. B. durch Messung der in der Sperrschicht aufgebauten Spannung bestimmt werden), ist eine genauere Auswahl der bevorzugten
Elektronenaffinitäten möglich. Wenn in diesen Fällen das Material
mit der größeren Bandlücke ein Material vom η-Typ ist,
ist die Elektronenaffinität des Materials mit der größeren Bandlücke
im Idealfalle im wesentlichen gleich der Elektronenaffinität des Materials mit der kleineren Bandlücke vermindert um den
Absolutwert der Differenz zwischen den Austrittsarbeiten der
zwei Materialien. Wenn das Material mit der größeren Bandlücke
- 11 -
503841 /0667
- ii -
ein Material vom p-Typ ist, ist seine Elektronenaffinität im
Idealfalle im wesentlichen gleich der Elektronenaffinität des Materials
mit der kleineren Bandlücke vergrößert um den Absolutwert der Differenz zwischen den Austrittsarbeiten.
Materialien, die als besonders vorteilhaft für die Verwendung als Materialien mit der größeren Bandlücke in Verbindung mit herkömmlichen
Halbleitern (wie z. B. Silicium, Germanium, Galliumarsenid, Galliumphosphid und Siliciumcarbid) festgestellt wurden,
umfassen Indiumtrioxid (InO3), Zinnoxid (SnO2), Cadmiumoxid (CdO),
Antimontrioxid (Sb2O3), Bleioxid (PbO), Vanadiumoxid (V2O5),
Germaniumoxid (GeO«), Vanogermanat-Gläser, Vanophosphat-Gläser,
Bleisilicat-Gläser und glasartige Mischungen dieser Substanzen.
Materialien, die für die Verwendung mit Substraten von p-Typ-Silicium,
p-Typ-Germanium, p-Typ-Galliumarsenid und p-Typ-Galliumphosphid
bevorzugt werden, sind Indiumtrioxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Antimontrioxid und Mischungen dieser Substanzen.
Für n-Typ-Siliciumsubstrate wird ein Glas mit den folgenden Oxidbestandteilen
bevorzugt, das mit· Indiumtrioxid dotiert ist.
Oxidbestandteil bevorzugter Gehalt zulässiger Bereich
in Mol%
0,2 % - 2,6 %
34,6 % - 37,6 %
0,8 % - 0,9 %
52,5 % - 52,6 %
0 % - 2,2 %
6,3 % - 9,7 %
PbO | 0,2 |
B2°3 | 34,6 |
Al2O3 | 0,8 |
ZnO | 52,5 |
CeO2 | 2,2 |
SiO2 | 9,7 |
TABELLE 1 |
- 12 -
5098 4 1/0667
-. 12 -
Bevorzugte Materialien für die Verwendung mit p-Typ-GalBimarsenidsubstraten
sind Bleioxid, Germaniumoxid, Vanadiumoxid, Vanogermanat-Glas,
Vanophosphat-Glas und Mischungen dieser Substanzen.
Für n-Typ-Galliumarsenidsubstrate wird ein glasartiges amorphes
Material bevorzugt, das die in Tabelle 1 angegebene Zusammensetzung besitzt und mit Indiumtrioxid dotiert ist.
Die Dicke der Schicht des Materials mit der größeren Bandlücke beträgt vorzugsweise nicht mehr als etwa einige Mikron und nicht
weniger als etwa wenige hundert Angstrom. Im allgemeinen sollte die Schicht so dünn sein, wie es in Verbindung mit der Einhaltung
einer ausreichenden Dicke möglich ist, um ein merkliches Tunneln der Träger durch diese Schicht zu verhindern. Indem die
Schicht ausreichend dünn gemacht wird, können auch aus Materialien, die normalerweise nicht als transparent angesehen werden,
Schichten hergestellt werden, die ausreichende Lichtmengen durchlassen, um verwendbar zu sein.
Die Anordnung der Fig. 1 kann durch irgend eines von mehreren Verfahren
hergestellt werden. Zweckmäßigerweise wird eine dünne Schicht des glasartigen amorphen Materials auf einem Halbleitersubstrat
durch ein herkömmliches Verfahren, wie z. B. Aufdampfen unter Vakuum aufgebracht. Die glasartige Schicht wird dann auf
einen niedrigen Widerstandswert im halbleitenden Bereich dotiert. Die Dotierung kann entweder durch eine herkömmliche Diffusionsdotierung
erfolgen oder durch das Dotierungsverfahren, das in der US-Patentanmeldung 2 27 93 2 beschrieben ist. Die Elektroden
werden dann aufgebracht, z. B. durch Aufdampfen unter
Vakuum oder durch Kathodenzerstäubung, und der so erhaltene Aufbau wird dann dicht verschlossen. Die Elektroden werden dann an
ein energieaufnehmendes Element, wie z. B. eine Batterie, mit aufladender Polarität angeschlossen.
- 13 509841/0667 ■
Im Betrieb als Sonnenzelle wird die Anordnung der Fig. 1 der Sonnenstrahlung ausgesetzt und elektrische Energie fließt von
der Anordnung zu dem energieaufnehmenden Element. Es wird angenommen, daß das Material mit der größeren Bandlücke als ein
Fenster wirkt, durch das die auftreffende Sonnenstrahlung auf das Halbleitersubstrat gelangt, wobei diese Theorie nur eine
Vermutung ist und keine Einschränkung darstellen soll. Die Photonen der Strahlung werden in dem Substrat durch Erzeugung von
Elektron-Loch-Paaren absorbiert. In Anordnungen mit Substraten vom n-Tyρ warden Löcher, die in der Übergangszone erzeugt werden
(oder die in diese Zone diffundieren), durch die aufgebaute Spannung zu der Schicht 11 abgezogen, wo sie entweder zu dem
Photostrom beitragen oder angesammelt werden, um eine Gleichgewichtsspannung an den offenen Anschlüssen zu erzeugen. In Anordnungen
mit Substraten vom p-Typ werden die Elektronen mit demselben Ergebnis in die Schicht 11 abgezogen.
Der Aufbau und die Herstellung solcher Anordnungen soll durch die folgenden speziellen Beispiele weiter erläutert werden:
Ein Photoelement wurde hergestellt, indem durch Aufdampfen im Vakuum eine 1000 Ä* dicke Schicht von Indiumtrioxid auf ein SiIiciumplättchen
von einem QuadratZentimeter aufgebracht wurde, das
eine Leitfähigkeit vom p-Typ mit einem spezifischen Widerstand von etwa 10 Ohm cm infolge einer Bordotierung besaß. Die Indiumtr!oxidschicht
wurde dann durch Aufbringen eines Dotierungsmittels aus metallischem Indium auf die Oberfläche der Schicht durch
Aufdampfen im Vakuum und Erhitzen der so erhaltenen Anordnung auf etwa 400° C für etwa 10 Minuten dotiert. Als Ergebnis dieser
Behandlung wurde der spezifische Widerstand des Indiumtrioxids von einem anfängt
100 0hm cm verringert.
100 0hm cm verringert.
7 oxids von einem anfänglichen Wert von etwa 10 0hm cm auf etwa
509841/0667 - m -
Dann wurden Elektroden auf der Indiumtrioxidschicht und dem Siliciumsubstrat
angebracht. Die obere Elektrode wurde durch Aufbringen einer ein Mikron dicken Zinnschicht auf die Indiumtrioxidschicht
mit Hilfe einer fingerförmigen Maske hergestellt.
Die so erhaltene fingerförmige Elektrode bedeckte weniger als
etwa 6 % der freiliegenden Oberfläche der Indiumtrioxidschicht. Die untere Elektrode wurde hergestellt, indem etwa 5000 Ä Gold
auf die freiliegende Oberfläche des Siliciumsubstrates durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht wurde.
Wenn die Anordnung der Sonnenstrahlung ausgesetzt wurde, arbeitete
sie als Sonnenzelle. Die Spannung zwischen den Elektroden bei offenem Stromkreis wurde mit 0,3 Volt und der Kurzschlußstrom
mit 2 5 Milliampere gemessen für eine einfallende Strahlung von etwa 90 Milliwatt pro QuadratZentimeter. Fig. 3 zeigt graphisch
die Beziehung zwischen dem Kurzschlußphotostrom, der Spannung bei offenem Stromkreis und der Intensität der einfallenden
Strahlung. In Fig. 4 ist die Quantenausbeute für verschiedene Wellenlängen graphisch aufgetragen. Fig. 4 zeigt das spektrale
Ansprechverhalten der Anordnung auf die Strahlung in den wesentlichen Spektralbereichen. Diese.Sonnenzelle zeigte keine merkliche
Impedanz, die der Absenkung des Energiebandes zuzuschreiben ist.
Es wurde ein Photoelement hergestellt, in-dem auf ein quadratisches
Galliumphosphidplättchen von einem QuadratZentimeter ein
Glas vom p-Typ mit der folgenden Zusammensetzung aufgebracht
wurde:
- 15 509841/0667
TABELLE | 2 | in | 5 5 O |
Mol% | |
Oxidbestandteil | Gehalt | ||||
PbO SiO2 P2°3 |
49, 49, 1, |
||||
Das Galliumphosphidsubstrat enthielt Zinkverunreinigungen vom
17
η-Typ mit einer Konzentration von etwa 2 χ 10 Atomen pro Kubikzentimeter.
Das Glas mit der oben angegebenen Zusammensetzung wurde nach dem bekannten Sedimentationsverfahren abgeschieden,
wobei eine Schicht von etwa 5000 8 Dicke gebildet wurde. Das Glas wurde dann dotiert, indem eine Schicht aus Boroxid auf dieses aufgebracht
wurde, deren Dicke auf weniger als etwa 100 8 geschätzt wurde, und die Anordnung für 10 Minuten auf 3 50° C erhitzt wurde.
Eine Chromelektrode von etwa 500 8 Dicke wurde auf dem Glas und eine Goldelektrode von 100 Ä Dicke wurde auf dem Galliumphosphid
aufgebracht.
Die so erhaltene Anordnung arbeitete als Photoelement und zeigte keine merkliche Impedanz, die der Absenkung des Energiebandes zuzuschreiben
ist.
Ein Photoelement wurde im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß Galliumarsenid
vom η-Typ anstelle des Galliumphosphids vom η-Typ verwendet wurde. Die so erhaltene Anordnung arbeitete als Photoelement und zeigte
keine merkliche Impedanz, die der Absenkung des Energiebandes zuzuschreiben ist.
- 16 50 98A1/0667
Ein Photoelement wurde hergestellt, indem eine 500 Ä dicke
Schicht der bevorzugten Glaszusammensetzung der Tabelle 1 auf ein ein QuadratZentimeter großes Plättchen Siliciumcarbid vom
η-Typ aufgebracht wurde, das mit Stickstoff bis zu einer Konzentration
von 2 χ 10 dotiert war. Eine Chromelektrode wurde auf dem Glas und eine Goldelektrode auf dem Siliciumcarbid angebracht.
Die so erhaltene Anordnung arbeitete als Photoelement und zeigte keine merkliche Impedanz,die der Absenkung des Energiebandes
zuzuschreiben ist.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnungen sind denen
herkömmlicher Silxciumsonnenzellen überlegen. Es wird vermutet, auch wenn diese Theorie nicht als Einschränkung anzusehen ist,
daß diese vorteilhaften Eigenschaften von dem verbesserten Wirkungsgrad der Ladungsträgersammlung und der höheren aufgebauten
Spannung herrühren. Der Wirkungsgrad der LadungsSammlung ist zumindest
aus zwei Gründen verbessert. Einmal ist das Material mit der größeren Bandlücke im wesentlichen durchlässig für hochenergetische
Photonen und verringert dadurch die Verluste durch Oberflächenrekombination.
Zum anderen kann die Anordnung infolge der Tatsache, daß das Material mit der größeren Bandlücke im allgemeinen
bei niedrigeren Temperaturen dotiert werden kann, als sie bei der Herstellung von herkömmlichen diffundierten Übergängen
verwendet werden, mit einer verbesserten Lebensdauer der Minoritätsträger in dem Halbleitersubstrat hergestellt werden. Diese
verlängerte Lebensdauer ermöglicht, daß mehr Minoritätsträger, die durch das tiefe Eindringen von niederenergetischen Photonen
erzeugt werden, zu der Übergangszone diffundieren und damit zu dem Photostrom beitragen.
Die höhere aufgebaute Spannung ist eine Folge der Ungleichheit der Bandlücken der zwei Schichten, die zu einer nahezu vollstän-
- 17 509841/0667
digen Ausnützung der Halbleiterbandlücke bei dem Aufbau der Spannung
führt.
Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung einen erhöhten
Ausstoß und niedrigere Herstellungskosten aufgrund der verhältnismäßig einfachen Verfahrensschritte, die für die Herstellung
erforderlich sind.
- 18 509841/066 7
Claims (16)
- ANSPRÜCHEί1j Halbleiteranordnung mit einer Grenzschicht, die aus zwei Schichten unterschiedlich aufgebauten Halbleitermaterials besteht, die in Kontakt miteinander angeordnet sind, wobei jede dieser Schichten einen anderen Leitfähigkeitstyp besitzt, und wobei das Material jeder dieser Schichten durch eine Bandlücke, die das Leitfähigkeitsband von dem Valenzband trennt, und durch eine Elektronenaffinität charakterisiert ist, und mit Elektroden zur elektrischen Kontaktierung jeder dieser Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandlücke des Materials der einen Halbleiterschicht mehr als zweimal so breit ist wie die Bandlücke des Materials der anderen Halbleiterschicht, und daß die Elektronenaffinität des Materials der Schicht mit der größeren Bandlücke im wesentlichen gleich oder kleiner ist als die Elektronenaffinität der Schicht des Materials mit der kleineren Bandlücke.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenaffinität des Materials mit der größeren Bandlücke um wenigstens den Betrag der kleineren Bandlücke kleiner ist als die Elektronenaffinität des Materials mit der kleineren Bandlücke.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsbänder der Materialien der zwei Schichten im wesentlichen auf dem gleichen Energieniveau liegen.- 19 -509841 /0667
- 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Materials mit der größeren
Bandlücke n-Typ-Leitfähigkeit aufweist, daß die Schicht des
Materials mit der kleineren Bandlücke p-Typ-Leitfähigkeit
aufweist, und daß die Leitfähigkeitsbänder der Materialien
dieser zwei Schichten im wesentlichen auf dem gleichen Energieniveau liegen. - 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Valenzbänder der Materialien der zwei
Schichten im wesentlichen auf dem gleichen Energieniveau liegen, - 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Materials mit der größeren Bandlücke p-Typ-Leitfähigkeit aufweist, daß das Material mit der kleineren Bandlücke n-Typ-Leitfähigkeit aufweist, und daß die Valenzbänder der Materialien dieser zwei Schichten im wesentlichen auf dem gleichen Energieniveau liegen.
- 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material wenigstens einer der Schichten ein glasartiges amorphes Material ist.
- 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material wenigstens einer der Schichten
eines der folgenden Materialien ist: Indiumtrioxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Antimontrioxid, Bleioxid, Vanaftumoxid, Germaniumoxid, Vanogermanat-Glas, Vanophosphat-Glas, Bleisilicat-Glas und glasartige Mischungen dieser Substanzen. - 9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht mit der kleineren Bandlücke p-Typ-Silicium ist, und daß das Material der Schicht mit- 20 -509841 /0667der größeren Bandlücke eines der folgenden Materialien ist: Indiumtrioxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Antimontrioxid und glasartige Mischungen dieser Substanzen.
- 10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht mit der kleineren Bandlücke ein n-Typ-Halbleiter ist und daß das Material der Schicht mit der größeren Bandlücke ein Glas der folgenden Zusammensetzung ist:
Bestandteil Gehalt in Mol% PbO 0,2 - 2,6 B2°3 34,6 - 37,6 Al2O3 0,8 - 0,9 Zn° 52,5 - 52,6 CeO2 0 - 2,2 SiO2 6,3 - 9,7 - 11. Photoelement zur Erzeugung elektrischer Energie bei Auftreffen von elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Spektralbereich mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein halbleitendes Substrat, das eine Art von Leitfähigkeit aufweist, durch eine kontinuierliche Schicht eines glasartigen amorphen Materials, das die andere Art der Leitfähigkeit aufweist, wobei diese Schicht aus dem glasartigen amorphen Material auf dem Substrat angeordnet ist, mit diesem einen pn-übergang bildet , im wesentlichen transparent für elektromagnetische Strahlung in dem bestimmten Spektralbereich ist und einen Wider-stand von weniger als etwa 10 0hm cm aufweist, durch eine das Substrat elektrisch kontaktierende Elektrode und durch eine die Schicht aus glasartigem amorphem Material elektrisch kon-- 21 50 9 8 Λ 1 /0667taktierende Elektrode, die die elektromagnetische Strahlung in dem bestimmten Spektralbereich auf die Schicht aus glasartigem amorphem Material auftreffen läßt.
- 12. Photoelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das glasartige amorphe Material ein Glas ist.
- 13. Photoelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die die Schicht aus glasartigem amorphem Material kontaktierende Elektrode ein transparentes leitfähiges Material ist.
- 14. Vorrichtung zur Ausnützung der Energie von elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Spektralbereich mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein halbleitendes Substrat, das eine Art von Leitfähigkeit aufweist, durch eine auf dem Substrat aufgebrachte und mit diesem einen pn-übergang bildende kontinuierliche Schicht aus einem glasartigen amorphen Material, das die andere Art der Leitfähigkeit aufweist, durch eine das Substrat elektrisch kontaktierende Elektrode, durch eine die Schicht aus glasartigem amorphem Material kontaktierende Elektrode, durch eine Einrichtung zur Aufnahme und Ausnutzung elektrischer Energie und durch eine Schaltung zur Übertragung elektrischer Energie, die zwischen den das Substrat und die Schicht aus glasartigem amorphem Material kontaktierenden Elektroden erzeugt wird, zu der die elektrische Energie aufnehmenden und ausnützenden Einrichtung.
- 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das glasartige amorphe Material im wesentlichen für die elektromagnetische Strahlung in dem bestimmten Spek-- 22 -509841 /0667tralbereich durchlässig ist und einen spezifischen Wider-7 stand von weniger als etwa 10 Ohm cm aufweist.
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das glasartige amorphe Material ein Glas ist.50984 1 /0667Leerseite
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10010177B4 (de) * | 1999-03-05 | 2010-04-08 | Panasonic Corp., Kadoma | Solarzelle mit einer p-Typ Lichtabsorptionsschicht und einer Cd-freien n-Typ Schicht, die einen größeren Bandabstand und eine größere Elektronenaffinität aufweist |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPS6428968A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-31 | Fuji Electric Co Ltd | Solar cell |
JPH0652799B2 (ja) * | 1987-08-15 | 1994-07-06 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
-
1975
- 1975-03-21 IL IL46896A patent/IL46896A/en unknown
- 1975-03-24 DE DE19752512898 patent/DE2512898A1/de active Pending
- 1975-03-25 GB GB12305/75A patent/GB1501015A/en not_active Expired
- 1975-03-26 FR FR7509513A patent/FR2266312B3/fr not_active Expired
- 1975-03-26 NL NL7503616A patent/NL7503616A/xx unknown
- 1975-03-26 JP JP50035631A patent/JPS50134392A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10010177B4 (de) * | 1999-03-05 | 2010-04-08 | Panasonic Corp., Kadoma | Solarzelle mit einer p-Typ Lichtabsorptionsschicht und einer Cd-freien n-Typ Schicht, die einen größeren Bandabstand und eine größere Elektronenaffinität aufweist |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1501015A (en) | 1978-02-15 |
IL46896A (en) | 1977-07-31 |
FR2266312B3 (de) | 1977-12-02 |
IL46896A0 (en) | 1975-05-22 |
FR2266312A1 (de) | 1975-10-24 |
NL7503616A (nl) | 1975-09-30 |
JPS50134392A (de) | 1975-10-24 |
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