DE60317285T2

DE60317285T2 - Fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60317285T2
Application number: DE60317285T
Authority: DE
Inventors: Masaki Shima; Shigeharu Taira
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP4240984B2; DE60317285D1; US20040065807A1; CN1497741A; JP2004134432A; EP1811577A1; US7075052B2; EP1811577B1; DE60326499D1; EP1408558B1; CN100483746C; EP1408558A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung und genauer gesagt eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die einen Nichteinkristall-Halbleiter anwendet, wie z. B. einen mikrokristallinen oder polykristallinen Halbleiter, der eine große Anzahl an Kristallkörnern als photoelektrische Umwandlungsschicht aufweist.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, in welcher ein mikrokristalliner Silicium-(μc-Si-)Halbleiter als photoelektrische Umwandlungsschicht eingesetzt wird, ist vor kurzem in der japanischen Patentanmeldung JP-A 2001-284619 und JP-A 2002-076396 vorgeschlagen worden. Die Bezeichnung „mikrokristalliner Silicium-(μc-Si-)Halbleiter" bezeichnet einen Halbleiter, der eine große Anzahl an Kristallkörnern mit einer maximalen Korngröße von nicht mehr als etwa 100 nm und elementares Silicium aufweist, in welchem eine amorphe Phase vorliegt. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung , in welcher mikrokristallines Silicium (μc-Si) als photoelektrische Umwandlungsschicht eingesetzt wird, weist, verglichen mit einer aus amorphem Silicium (a-Si) bestehenden photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung eine deutlich reduzierte Photoderioration auf. Im Dokument EP-A-1032052 ist eine photoelektrische Dünnfilm-Umwandlungsvorrichtung aus Silicium mit Schichten offenbart, die unterschiedliche kristalline Ausrichtungen zeigen.
Im Dokument US-A-2002/0005519 ist eine Halbleitervorrichtung aus kristallinem Silicium offenbart, die Schichten aus polykristallinem Silicium umfasst.
6 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Struktur einer herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, in welcher mikrokristallines Silicium (μc-Si) als photoelektrische Umwandlungsschicht eingesetzt wird. Die Struktur einer herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsschicht, in welcher mikrokristallines Silicium (μc-Si) als photoelektrische Umwandlungsschicht eingesetzt wird, ist nachstehend bezugnehmend auf 6 beschrieben.
In einer herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist eine Metallelektrodenschicht 102 aus Ag mit einer Dicke von etwa 300 nm auf der oberen Oberfläche eines Glassubstrats 101 wie in 6 gezeigt ausgebildet. Eine transparente Elektrode 103 aus aluminiumdotierten Zinkoxid (AZO) mit einer Dicke von etwa 100 nm ist auf der oberen Oberfläche der Metallelektrodenschicht 102 ausgebildet. Auf der oberen Oberfläche der transparenten Elektrode 103 ist eine Energieerzeugungseinheit ausgebildet, die erhalten wird, indem eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, mit Phosphor dotierte n-Schicht 104 (Dicke: etwa 50 nm), eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, stark dotierte i-Schicht ohne Verunreinigungen (Dicke: etwa 2 μm) zur Bestimmung des Leitfähigkeitstyps und eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, mit Bor dotierte p-Schicht 106 (Dicke: etwa 10 nm) nacheinander übereinander gestapelt werden. Eine transparente Elektrode 107 mit einer Dicke von etwa 80 nm ist auf der Energieerzeugungseinheit ausgebildet. Eine Sammelelektrode 108 aus Silberpaste ist auf vorgegebenen Abschnitten der oberen Oberfläche der transparenten Elektrode 107 ausgebildet. Eine herkömmliche photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, in welcher mikrokristallines Silicium (μc-Si) als photoelektrische Umwandlungsschicht (Energieerzeugungseinheit) eingesetzt wird, ist so aufgebaut.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Zustände von Kristallkörnern, die in den Schichten der in 6 gezeigten herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung enthalten sind. Bezugnehmend auf 7, weisen viele der in der i-Schicht 105 vorliegenden Kristallkörner 105a Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 101a des Substrats 101 stehen. Ferner weisen viele der in der n-Schicht 104 bzw. der p-Schicht 106 vorliegenden Kristallkörner 104a bzw. 106a im Wesentlichen isotrope Formen oder Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 101a des Substrats 101 stehen. Folglich sind viele der in der n-Schicht 104, der i-Schicht 105 und der p-Schicht 106, die die Energieerzeugungseinheit bilden, vorliegenden Kristallkörner 104a, 105a und 106a im Wesentlich senkrecht zur Hauptoberfläche 101a des Substrats 101 unidirektional ausgerichtet. Ferner weisen viele der in der transparenten Elektrode 103, die unter der n-Schicht 104 bereitgestellt ist, vorliegenden Kristallkörner 103a auch Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 101a des Substrats 101 stehen.
In der zuvor angeführten herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, in welcher mikrokristallines Silicium (μc-Si) als photoelektrische Umwandlungsschicht (Energieerzeugungseinheit) eingesetzt wird, ist die Leerlaufspannung, die einen wichtigen Ausgangsparameter davon darstellt, jedoch nachteilig klein.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die geeignet ist, ihre Leerlaufspannung zu verbessern.
Zur Erreichung des oben erwähnten Ziels, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung nach eingehenden Studien herausgefunden, dass es möglich ist, die Leerlaufspannung zu verbessern, indem man die Hauptachsen von Kristallkörnern, welche in einer Nichteinkristall-Halbleiterschicht vorliegen, die eine photoelektrische Umwandlungsschicht bildet, entlang einer vorgegebenen Richtung anordnet.
Eine erfindungsgemäße photoelektrische Umwandlungsvorrichtung ist in Anspruch 1 angeführt. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
In der vorliegenden Erfindung steht die Bezeichnung „Nichteinkristall-Halbleiterschicht" für ein umfassendes Konzept, das beispielsweise eine polykristalline Halbleiterschicht, eine mikrokristalline Halbleiterschicht und eine amorphe Halbleiterschicht miteinschließt.
Die zuvor angeführten und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen.
ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Zustände von Kristallkörnern, die in Schichten der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform enthalten sind;
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gemäß einem Beispiel zeigt;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Zustände von Kristallkörnern, die in Schichten der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dem in 3 gezeigten Beispiel enthalten sind;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Zustände von Kristallkörnern, die in Schichten einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß einer Modifikation des in 3 gezeigten Beispiels enthalten sind;
6 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Struktur einer herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung; und
7 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Zustände von Kristallkörnern, die in Schichten der in 6 gezeigten herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung enthalten ist.
Nachstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezugnehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform
Die Gesamtstruktur einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bezugnehmend auf 1 beschrieben.
In der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist eine Metallelektrodenschicht 2 aus Ag mit einer Dicke von etwa 300 nm auf der oberen Oberfläche eines Glassubstrats 1 wie in 1 gezeigt ausgebildet. Eine transparente Elektrode 3 aus AZO (aluminiumdotiertes Zinkoxid) mit einer Dicke von etwa 100 nm ist auf der oberen Oberfläche der Metallelektrodenschicht 2 ausgebildet. Die transparente Elektrode 3 ist ein Beispiel für die „Elektrodenschicht" in der vorliegenden Erfindung. Auf der oberen Oberfläche der transparenten Elektrode 3 ist eine Energieerzeugungseinheit ausgebildet, die erhalten wird, indem eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, mit Phosphor dotierte n-Schicht 4 (Dicke: etwa 50 nm), eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, stark dotierte i-Schicht 5 ohne Verunreinigungen (Dicke: etwa 2 μm) zur Bestimmung des Leitfähigkeitstyps und eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, mit Bor dotierte p-Schicht 6 (Dicke: etwa 10 nm) nacheinander übereinander gestapelt werden. Die n-Schicht 4 und die p-Schicht 6 sind Beispiele für die „erste Nichteinkristall-Halbleiterschicht" bzw. die „zweite Nichteinkristall-Halbleiterschicht" in der vorliegenden Erfindung. Die i-Schicht 5 ist ein Beispiel für die „dritte Nichteinkristall-Halbleiterschicht" in der vorliegenden Erfindung. Eine weitere transparente Elektrode 7 mit einer Dicke von etwa 80 nm ist auf der oberen Oberfläche der Energieerzeugungseinheit ausgebildet. Kollektoren 8 aus Silberpaste sind auf vorgegebenen Abschnitten der oberen Oberfläche der transparenten Elektrode 7 ausgebildet. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform, in welcher mikrokristallines Silicium (μc-Si) als photoelektrische Umwandlungsschicht (Energieerzeugungseinheit) eingesetzt wird, ist so aufgebaut.
Bezugnehmend auf 2 weisen viele Kristallkörner 4a, die in der n-Schicht 4 vorliegen, Hauptachsen auf, die im Wesentlichen parallel zur Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 stehen, wenn die Kristallkörner in den Schichten der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten sind. Viele der in der i-Schicht 5 enthaltenen Kristallkörner 5a weisen Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 stehen. Ferner weisen viele der in der p-Schicht 6 enthaltenen Kristallkörner 6a im Wesentlichen isotrope Formen oder Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 stehen. Die Kristallkörner 4a und 5a sind folglich nicht kontinuierlich, und das wie aus der i-Schicht 5 ersichtliche Verhältnis zwischen den Korngrenzen ist auf der Grenzfläche zwischen der n-Schicht 4 und der i-Schicht 5 reduziert. Daher fließt fast kein Sperrleckstrom auf der Grenzfläche zwischen der n-Schicht 4 und der i-Schicht 5, wodurch die Leerlaufspannung merklich verbessert werden kann. Ferner weisen viele der in der transparenten Elektrode 3 enthaltenen Kristallkörner 3a Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 stehen. Somit sind die Kristallkörner 3a und 4a auf der Grenzfläche zwischen der n-Schicht 4 und der transparenten Elektrode 3 ebenso nicht kontinuierlich ausgebildet, wodurch der Sperrleckstrom unterdrückt wird und es dadurch zu einer merklichen zusätzlichen Verbesserung der Leerlaufspannung kommt.

Der nachstehende Vergleichsversuch wurde durchgeführt, um die Wirkungen der zuvor angeführten ersten Ausführungsform zu bestätigen. Zuerst wurden n-Schichten 4, i-Schichten 5 und p-Schichten 6 nacheinander auf den oberen Oberflächen der transparenten Elektroden 3 mittels Plasma-CVD unter den in Tabelle 1 angeführten Bedingungen gestapelt, wodurch Proben der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform und eine photoelektrische Vergleichsumwandlungsvorrichtung erhalten wurden. In der Vergleichsprobe wurden die i-Schicht 5 und die p-Schicht 6 unter den gleichen Bedingungen ausgebildet, wie die Probe gemäß dieser Ausführungsform, während lediglich die n-Schicht 4 unter anderen Bedingungen ausgebildet wurde. Tabelle 1

Ausbildungsbedingungen	Substrat-Temperatur (°C)	Reaktionsdruck (Pa)	Hochfrequenzleistung (W)	Gasströmungsgeschwindigkeit (sccm)
n-Schicht (erste Ausführungsform)	160	35	100	SiH₄	3
				H₂	100
				PH₃	0,2
n-Schicht (Vergleichs-Ausführungsform)	160	35	50	SiH₄	1
				H₂	200
				PH₃	0,2
i-Schicht	200	150	50	SiH₄	20
				H₂	400
p-Schicht	160	35	10	SiH₄	3
				H₂	300
				B₂H₆	0,05

Abschnitte der n-Schichten 4 mit einer Dicke von etwa 50 nm, die unter den in Tabelle 1 angeführten Bedingungen hergestellt wurden, wurden mit einem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) beobachtet, um Messungen hinsichtlich der Kristallkörnerformen vorzunehmen. In Tabelle 2 sind die Ergebnisse angeführt. Bezugnehmend auf Tabelle 2, weisen die Zahlenwerte auf mittlere Messwerte, und die Richtungen stehen in Bezug zu den Hauptoberflächen 1a der Substrate 1. Tabelle 2

Kristallkorngröße (parallele Richtung) Kristallkorngröße (senkrechte Richtung)

n-Schicht (erste Ausführungsform) 15 nm 7 nm

n-Schicht (Vergleichsbeispiel) 7 nm 7 nm
Aus Tabelle 2 geht hervor, dass viele der in der n-Schicht der Probe gemäß der Ausführungsform enthaltenen Kristallkörner Hauptachsen aufwiesen, die im Wesentlichen parallel zur Hauptachse 1a des Substrats 1 waren. Es wurde auch festgestellt, dass viele der in der n-Schicht 4 der Vergleichsprobe enthaltenen Kristallkörner eine im Wesentlichen isotrope Form aufwiesen.
Abschnitte der unter den in Tabelle 1 angeführten Bedingungen ausgebildeten i-Schichten 5 wurden ebenfalls mit einem TEM beobachtet, was ergab, dass Kristallkörner mit einer Größe von zumindest durchschnittlich etwa 20 nm und durchschnittlich etwa 7 nm senkrecht bzw. parallel zu den Hauptoberflächen 1a des Substrats 1 stehen. Anders gesagt stellte sich heraus, dass die i-Schichten 5 in der Probe gemäß der Ausführungsform und die Vergleichsprobe Hauptachsen aufwiesen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen 1a des Substrats 1 standen. Während die mittlere Korngröße der in der n-Schicht 4 der Probe gemäß der obigen Ausführungsform enthaltenen Kristallkörner 4a in der im Wesentlichen parallel zur Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 verlaufenden Richtung etwa 15 nm beträgt, beträgt jene der in der i-Schicht 5 in der im Wesentlichen parallel zur Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 verlaufenden Richtung enthaltenen Kristallkörner etwa 7 nm, wodurch die senkrecht zur Hauptoberfläche 1a des Substrats 1a stehenden Kristallkörner 5a hinsichtlich ihrer Nichtkontinuität auf der Grenzfläche zwischen der n-Schicht 4 und der i-Schicht 5 zusätzlich verbessert sind. Folglich wird der Sperrleckstrom stärker unterdrückt, was die Leerlaufspannung deutlich verbessert.
Zur Bestätigung der zuvor angeführten Wirkungen der obigen Ausführungsform wurden die Ausgangseigenschaften der Probe gemäß der obigen Ausführungsform und der Vergleichsprobe unter Pseudo-Sonnenbestrahlungsbedingungen von AM 1,5, 100 mW/cm² und 25°C gemessen. Die Abkürzung AM (atmosphärische Masse) steht für das Verhältnis zwischen dem direkt auf die Erdatmosphäre fallenden Sonnenlichtgang und dem senkrecht auf die Standardatmosphäre fallenden Sonnenlichtgang (Standardatmosphärendruck: 1.013 hPa). Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angeführt. Tabelle 3

Leerlaufspannung (V) Kurzschlussstrom (mA/cm²) Kurvenfaktor Umwandlungswirksamkeit (%)

erste Ausführungsform 0,53 22,5 0,72 8,6

Vergleichsbeispiel 0,49 23,0 0,70 7,9
Aus Tabelle 3 geht hervor, dass die Probe der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform, die bezüglich des Kurzschlussstroms der Vergleichsprobe entspricht, verglichen mit der Vergleichsprobe eine verbesserte Leerlaufspannung und einen verbesserten Kurvenfaktor aufwies. Folglich ist es klar, dass die Umwandlungswirksamkeit gemäß der obigen Ausführungsform verbessert ist.
Beispiel
In einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß einem Beispiel ist die Verteilung der Kristallkörner 19a und 20a, im Gegensatz zur zuvor angeführten Ausführungsform, in einer p-Schicht 16 nicht kontinuierlich. Die Struktur der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel ist nachstehend in Bezug auf 3 beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, wird eine Metallelektrodenschicht 12 aus Ag mit einer Dicke von etwa 300 nm auf der oberen Oberfläche eines Glassubstrats 11 ausgebildet. Eine transparente Elektrode 13 aus AZO mit einer Dicke von etwa 100 nm wird auf der oberen Oberfläche der Metallelektrodenschicht 12 ausgebildet. Die transparente Elektrode 13 ist ein Beispiel für die „Elektrodenschicht" im vorliegenden Beispiel. Auf der oberen Oberfläche der transparenten Elektrode 13 ist eine Energieerzeugungseinheit ausgebildet, die erhalten wird, indem eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, mit Phosphor dotierte n-Schicht 14 (Dicke: etwa 50 nm), eine aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) bestehende, stark dotierte i-Schicht 15 ohne Verun reinigungen (Dicke: etwa 2 μm) zur Bestimmung des Leitfähigkeitstyps und eine aus mikrokristallinem Silicium ((μc-Si) bestehende, mit Bor dotierte p-Schicht 16 (Dicke: etwa 10 nm) nacheinander übereinander gestapelt werden.
Gemäß dem Beispiel besteht die p-Schicht 16 aus einer p2-Schicht 18, die mit der oberen Oberfläche der i-Schicht 15 in Kontakt ist, und einer p1-Schicht 20, die auf der oberen Oberfläche der p2-Schicht 19 ausgebildet ist.
Eine transparente Elektrode 17 mit einer Dicke von etwa 80 nm ist auf der oberen Oberfläche der Energieerzeugungseinheit ausgebildet. Kollektoren 80 aus Silberpaste sind auf vorgegebenen Abschnitten der oberen Oberfläche der transparenten Elektrode 17 ausgebildet. Die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel, in welcher mikrokristallines Silicium (μc-Si) als photoelektrische Umwandlungsschicht (Energieerzeugungseinheit) eingesetzt wird, ist so aufgebaut.
Bezugnehmend auf 4 weisen viele der in der n-Schicht 14 enthaltenen Kristallkörner 14a eine im Wesentlichen isotrope Form auf, wenn sie sich im Zustand von Kristallkörnern befinden, die in den Schichten der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel enthalten sind. Viele Kristallkörner 15a, die in der i-Schicht 15 enthalten sind, weisen Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 11a des Substrats 11 stehen. Viele der in der p1-Schicht 20 enthaltenen Kristallkörner 20a weisen eine im Wesentlichen isotrope Form oder Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche 11a des Substrats 11 stehen, während viele der Kristallkörner 19a, die in der p2-Schicht 19 enthalten sind, Hauptachsen aufweisen, die im Wesentlichen parallel zur Hauptoberfläche 11a des Substrats 11 stehen.
Die Verteilung der Kristallkörner 15a, 16a, 19a und 20a ist nicht nur auf der Grenzfläche zwischen der i-Schicht 15 und der p-Schicht 16, sondern auch auf der Grenzfläche zwischen der p2-Schicht 19 und der p1-Schicht 20 nicht kontinuierlich, wodurch die Anzahl der Korngrenzen, die senkrecht zur Hauptoberfläche 11a des Substrats 11 stehen und einen deutlichen Weg für den Sperrleckstrom in der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ausbilden, auf den jeweiligen Grenzflächen deutlich reduziert ist. Folglich wird der Sperrleckstrom stärker unterdrückt, was die Leerlaufspannung zusätzlich verbessert.

Zur Bestätigung der Wirkungen gemäß dem zuvor angeführten Beispiel, wurde der nachstehende Versuch durchgeführt: Eine Probe der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel wurde hergestellt, indem eine n-Schicht 14, eine i-Schicht 15, eine p2-Schicht 19 und eine p1-Schicht 20 auf der oberen Oberfläche einer transparenten Elektrodenschicht 13 mittels Plasma-CVD unter den in Tabelle 4 angeführten Bedingungen nacheinander gestapelt wurden. Tabelle 4

Bildungsbedingungen	Substrat-Temperatur (°C)	Reaktionsdruck (Pa)	Hochfrequenzleistung (W)	Gasströmungsgeschwindigkeit (sscm)
Bildungsbedingungen	Substrat-Temperatur (°C)	Reaktionsdruck (Pa)	Hochfrequenzleistung (W)	SiH₄	H₂	B₂H₆	PH₃
n-Schicht	150	35	50	1	200	-	0,02
i-Schicht	200	150	50	20	400	-	-
p2-Schicht	120	150	50	2	200	0,01	-
p1-Schicht	120	150	40	3	300	0,02	-

Anschließend wurden die Ausgangseigenschaften der Probe der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel unter Pseudo-Sonnenbestrahlungsbedingungen von AM 1,5, 100 mW/cm² und 25°C gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angeführt. Tabelle 5

Leerlaufspannung (V) Kurzschlussstrom (mA/cm²) Kurvenfaktor Umwandlungswirksamkeit (%)

zweite Ausführungsform 0,51 22,9 0,73 8,5
Aus Tabelle 5 geht hervor, dass die Probe der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß dem Beispiel in Bezug auf die Leerlaufspannung und den Kurvenfaktor sowie Umwandlungswirksamkeit, verglichen mit der Probe der photoelektrischen Vergleichsumwandlungsvorrichtung für die in Tabelle 3 gezeigte erste Ausführungsform, verbessert war. Es war möglich zu bestätigen, dass die Probe gemäß dem Beispiel Eigenschaften erhielt, die jenen der Probe gemäß der Ausführungsform der Erfindung entsprachen.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Zustände von Kristallkörnern, die in Schichten einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß einer Modifikation des in 3 gezeigten Beispiels enthalten sind.
Bezugnehmend auf 5 ist eine p1-Schicht 20, die eine p-Schicht 26 bildet, im Gegensatz zur zuvor Angeführten, in Kontakt mit einer i-Schicht 15 in dieser Modifikation des Beispiels. Viele der Kristallkörner 20a, die in der p1-Schicht 20 enthalten sind, weisen eine im Wesentlichen isotrope Form oder Hauptachsen auf, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptoberfläche 11a eines Substrats 11 stehen, während viele der Kristallkörner 19a, die in einer p2-Schicht 19 enthalten sind, Hauptachsen aufweisen, die ähnlich dem Beispiel im Wesentlichen parallel zur Hauptoberfläche 11a des Substrats 11 stehen. Folglich ist die Verteilung der Kristallkörner 19a und 20a auf der Grenzfläche zwischen der p1-Schicht 20 und der p2-Schicht 19 ähnlich dem Beispiel nicht kontinuierlich, wodurch die Anzahl der Korngrenzen, die senkrecht zur Hauptoberfläche 11a des Substrats 11 stehen und einen deutlichen Weg für den Sperrleckstrom in der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ausbilden, auf dieser Grenzfläche deutlich reduziert ist. Folglich wird der Sperrleckstrom merklich unterdrückt, wodurch es zu einer Verbesserung der Leerlaufspannung kommt.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und veranschaulicht wurde, versteht es sich, dass dies zur Veranschaulichung und nur als Beispiel dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist; der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nur durch die Bedingungen der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Die Hauptoberfläche 1a oder 11a des Substrats 1 oder 11, die in jeder der angeführten Ausführungsformen und in jedem der angeführten Beispiele eine im Wesentlichen planare Form aufweist, kann beispielsweise alternativ dazu eine unregelmäßige Form aufweisen. In einem solchen Fall sind die Hauptachsen der in den Schichten enthaltenen Kristallkörner im Wesentlichen senkrecht oder im Wesentlichen parallel zur unregelmäßigen Hauptoberfläche. Anders gesagt, sind die im Wesentlichen parallel zur Filmdickenrichtung (senkrechte Richtung) verlaufenden Korngrenzen gegebenenfalls nicht kontinuierlich, da ein Strom im Wesentlichen entlang der Filmdickenrichtung in der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung fließt.
Während die Hauptachsenrichtungen der in den Schichten enthaltenen Kristallkörner in jeder der zuvor angeführten Ausführungsformen und in jedem der zuvor angeführten Beispielen um etwa 90° voneinander abweicht, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, aber die Hauptachsenrichtungen der in den Schichten enthaltenen Kristallkörner weichen vorzugsweise um etwa 30° voneinander ab.
Während die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gemäß jeder der zuvor angeführten Ausführungsformen und jedem der angeführten Beispiele eine Einzelenergieerzeugungseinheit aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, aber zumindest eine Energieerzeugungseinheit kann durch die Energieerzeugungseinheit gemäß jeder der zuvor angeführten Ausführungsformen und jedem der Beispiele in der so genannten Photovoltaik-Mehrschichtvorrichtung ausgebildet werden, indem eine Vielzahl an Energieerzeugungseinheiten übereinander gestapelt werden. Folglich wird die Anzahl an Korngrenzen, die senkrecht zu einer Hauptoberfläche ei nes Substrats stehen, zumindest in einer Energieerzeugungseinheit reduziert werden, wodurch der Sperrleckstrom unterdrückt werden kann. Folglich kann die Leerlaufspannung verbessert werden.
Während jede der oben angeführten Ausführungsformen und jedes der Beispiele in Bezug auf eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung beschrieben wurde, die aus mikrokristallinem Silicium (μc-Si) besteht, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung kann alternativ dazu aus einem anderen Halbleitermaterial, wie z. B. SiGe oder SiC, bestehen.

Claims

Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, Folgendes umfassend: ein Substrat (1, 11) mit einer Hauptoberfläche (1a, 11a), eine auf der Hauptoberfläche des Substrats ausgebildete erste Nichteinkristall-Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp (4, 14); eine auf der Hauptoberfläche des Substrats ausgebildete zweite Nichteinkristall-Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (6, 16, 19, 20); und eine zwischen der ersten Nichteinkristall-Halbleiterschicht und der zweiten Nichteinkristall-Halbleiterschicht ausgebildete, im Wesentlichen intrinsische dritte Nichteinkristall-Halbleiterschicht (5, 15), worin die in der dritten Nichteinkristall-Halbleiterschicht enthaltenen Kristallkörner (5a, 15a) im Mittel eine Größe entlang einer zur Hauptoberfläche des Substrats senkrecht stehenden Achse auf einem Zwischenflächenabschnitt zwischen zumindest entweder der ersten Nichteinkristall-Halbleiterschicht oder der zweiten Nichteinkristall-Halbleiterschicht aufweisen, die größer ist als die Größe entlang einer zur Hauptoberfläche auf dem Zwischenflächenabschnitt parallel verlaufenden Achse; wobei die entweder in der ersten oder der zweiten Halbleiterschicht enthaltenen Kristallkörner (4a, 19a) im Mittel eine Größe entlang einer zur Hauptoberfläche parallel verlaufenden Achse entlang des Zwischenflächenabschnitts aufweisen, die größer ist als die Größe entlang einer zur Hauptoberfläche auf dem Zwischenflächenabschnitt senkrecht stehenden Achse.
Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die mittlere Korngröße der in beiden Halbleiterschichten in der zur Hauptoberfläche des Substrats parallel verlaufenden Richtung enthaltenen Kristallkörner (4a, 19a) größer ist als die mittlere Korngröße der in der dritten Nichteinkristall-Halbleiterschicht in der zur Hauptoberfläche des Substrats parallel verlaufenden Richtung enthaltenen Kristallkörner (5a, 15a).
Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste Nichteinkristall-Halbleiterschicht, die zweite Nichteinkristall-Halbleiterschicht und die dritte Nichteinkristall-Halbleiterschicht aus mikrokristallinen Halbleiterschichten (4, 5, 6, 14, 15, 16, 19, 20) bestehen.
Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, worin die erste Nichteinkristall-Halbleiterschicht, die zweite Nichteinkristall-Halbleiterschicht und die dritte Nichteinkristall-Halbleiterschicht aus mikrokristallinen Siliciumschichten (4, 5, 6, 14, 15, 16, 19, 20) bestehen.
Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine zwischen dem Substrat und entweder der ersten Nichteinkristall-Halbleiterschicht oder der zweiten Nichteinkristall-Halbleiterschicht ausgebildete Elektrodenschicht (3) umfasst, um entweder mit der ersten Nichteinkristall-Halbleiterschicht oder der zweiten Nichteinkristall-Halbleiterschicht in Kontakt zu treten, worin die in der Elektrodenschicht enthaltenen Kristallkörner (3a) im Mittel eine Größe entlang einer zur Hauptoberfläche des Substrats senkrecht stehenden Achse aufweisen, die größer ist als die Größe entlang einer beliebigen zur Hauptoberfläche parallel verlaufenden Achse.
Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, worin die Elektrodenschicht eine transparente Elektrodenschicht (3) ist.
Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, worin die transparente Elektrodenschicht (3) aus AZO besteht.
Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, die zumindest eine Energieerzeugungseinheit umfasst, welche die erste Nichteinkristall-Halbleiterschicht, die zweite Nichteinkristall-Halbleiterschicht und die dritte Nichteinkristall-Halbleiterschicht aufweist.