JP2000068533A - 微結晶シリコン薄膜太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
微結晶シリコン薄膜太陽電池及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｎ型水素化微結晶シリコン層の反射電極側に
さらにｎ型水素化アモルファスシリコン層を形成するこ
とによって、現時点で利用可能な堆積プロセスを使用し
て形成されることができる、改善された出力特性を発揮
できる微結晶シリコン薄膜太陽電池を提供する。 【解決手段】 微結晶シリコン薄膜太陽電池が、基板
と、該基板の上に形成された、ｐ型水素化微結晶シリコ
ン層、微結晶バッファ層、ｉ型水素化微結晶シリコン
層、及びｎ型水素化微結晶シリコン層を少なくとも含む
積層構造と、該積層構造の上に形成された反射電極と、
を備える。ｎ型水素化微結晶シリコン層の反射電極側に
は、さらにｎ型水素化アモルファスシリコン層が形成さ
れている。
さらにｎ型水素化アモルファスシリコン層を形成するこ
とによって、現時点で利用可能な堆積プロセスを使用し
て形成されることができる、改善された出力特性を発揮
できる微結晶シリコン薄膜太陽電池を提供する。 【解決手段】 微結晶シリコン薄膜太陽電池が、基板
と、該基板の上に形成された、ｐ型水素化微結晶シリコ
ン層、微結晶バッファ層、ｉ型水素化微結晶シリコン
層、及びｎ型水素化微結晶シリコン層を少なくとも含む
積層構造と、該積層構造の上に形成された反射電極と、
を備える。ｎ型水素化微結晶シリコン層の反射電極側に
は、さらにｎ型水素化アモルファスシリコン層が形成さ
れている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微結晶シリコン薄
膜太陽電池に関し、より詳細には、微結晶太陽電池構造
（多層構造）と、その微結晶太陽電池構造のｎ型水素化
微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層の裏側表面上に形
成されたｎ型アモルファスシリコン薄膜と、を含み、そ
れによって、改善された動作特性（出力特性）を発揮で
きる微結晶シリコン薄膜太陽電池に関する。
膜太陽電池に関し、より詳細には、微結晶太陽電池構造
（多層構造）と、その微結晶太陽電池構造のｎ型水素化
微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層の裏側表面上に形
成されたｎ型アモルファスシリコン薄膜と、を含み、そ
れによって、改善された動作特性（出力特性）を発揮で
きる微結晶シリコン薄膜太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来技術によって形成される、
バッファ層を有する水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ）太陽電池５０の構成を模式的に示す断面図であ
る。この水素化微結晶シリコン太陽電池５０は、プラズ
マＣＶＤ法によって形成されており、アモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｉ）技術に基づいて形成されるアモルファ
スシリコン薄膜太陽電池の構造に比べて、光に起因する
劣化の点で、優れている。
バッファ層を有する水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ）太陽電池５０の構成を模式的に示す断面図であ
る。この水素化微結晶シリコン太陽電池５０は、プラズ
マＣＶＤ法によって形成されており、アモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｉ）技術に基づいて形成されるアモルファ
スシリコン薄膜太陽電池の構造に比べて、光に起因する
劣化の点で、優れている。
【０００３】水素化微結晶シリコン太陽電池における微
結晶ｐ型（μｃ−ｐ）シリコン層及び微結晶ｉ型（μｃ
−ｉ）シリコン層の使用は、以下に示す２つの利点を有
している。第１に、ｐ型微結晶シリコン層は透明性がよ
り良く且つ優れた電気的特性を有しているので、より多
くの光を透過させてｉ型層に到達させ、より多くのキャ
リアの生成を生じさせるとともに、そのように光励起さ
れたキャリアに対するより良い引き出し性能を示す。第
２に、ｉ型微結晶シリコン層は、光に起因する劣化を生
じない。
結晶ｐ型（μｃ−ｐ）シリコン層及び微結晶ｉ型（μｃ
−ｉ）シリコン層の使用は、以下に示す２つの利点を有
している。第１に、ｐ型微結晶シリコン層は透明性がよ
り良く且つ優れた電気的特性を有しているので、より多
くの光を透過させてｉ型層に到達させ、より多くのキャ
リアの生成を生じさせるとともに、そのように光励起さ
れたキャリアに対するより良い引き出し性能を示す。第
２に、ｉ型微結晶シリコン層は、光に起因する劣化を生
じない。
【０００４】このような水素化微結晶シリコン太陽電池
５０は、通常は、前述のようにプラズマＣＶＤ法によっ
て形成される。具体的には、まず、ガラス基板５１の一
表面を、ＳｎＯ2或いはＺｎＯのような材料で形成され
たテクスチュア状或いは非テクスチュア状の透明導電性
酸化物（ＴＣＯ）層５２でコーティングする。そのＴＣ
Ｏ層５２の上に、ガラス基板５１を通じて光を照射しな
がら、まずｐ型微結晶（μｃ−ｐ）シリコン層５３を形
成する。続いて、その上には、微結晶バッファ層５４、
ｉ型微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層５５、及びｎ型微結
晶（μｃ−ｎ）シリコン層５６を、順に形成する。さら
に、ｎ型微結晶シリコン層５６の上に裏面反射電極５７
を設けて、水素化微結晶シリコン太陽電池５０が完成す
る。
５０は、通常は、前述のようにプラズマＣＶＤ法によっ
て形成される。具体的には、まず、ガラス基板５１の一
表面を、ＳｎＯ2或いはＺｎＯのような材料で形成され
たテクスチュア状或いは非テクスチュア状の透明導電性
酸化物（ＴＣＯ）層５２でコーティングする。そのＴＣ
Ｏ層５２の上に、ガラス基板５１を通じて光を照射しな
がら、まずｐ型微結晶（μｃ−ｐ）シリコン層５３を形
成する。続いて、その上には、微結晶バッファ層５４、
ｉ型微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層５５、及びｎ型微結
晶（μｃ−ｎ）シリコン層５６を、順に形成する。さら
に、ｎ型微結晶シリコン層５６の上に裏面反射電極５７
を設けて、水素化微結晶シリコン太陽電池５０が完成す
る。
【０００５】上記の構造を有する従来の水素化微結晶シ
リコン太陽電池５０のプラズマＣＶＤ法による形成（堆
積）プロセスでは、まずｐ型微結晶シリコン層５３を形
成しているが、これは、ホールの移動度が小さいことを
考慮して、その引き出しを実現させるためである。ま
た、ｐ型微結晶シリコン層５３とｉ型微結晶シリコン層
５５との間に微結晶バッファ層５４を付加していること
によって、形成される太陽電池５０の動作特性が改善さ
れる。
リコン太陽電池５０のプラズマＣＶＤ法による形成（堆
積）プロセスでは、まずｐ型微結晶シリコン層５３を形
成しているが、これは、ホールの移動度が小さいことを
考慮して、その引き出しを実現させるためである。ま
た、ｐ型微結晶シリコン層５３とｉ型微結晶シリコン層
５５との間に微結晶バッファ層５４を付加していること
によって、形成される太陽電池５０の動作特性が改善さ
れる。
【０００６】図４に図示されるような上記の従来の水素
化微結晶シリコン太陽電池５０の最終的な構造は、「水
素化微結晶シリコンp-b-i-n構造（μｃ−Ｓｉ：Ｈ p-b-
i-n構造）」とも称される。そのような構造は、単一接
合の太陽電池として単独で使用され得るほか、多接合の
太陽電池に組み込まれて、例えば、タンデムセル型構造
の最下部セルとして、より広いバンドギャップを有する
最上段の太陽電池セルを通過してくるより長い波長のフ
ォトンの吸収能力を向上させる目的で、使用され得る。
化微結晶シリコン太陽電池５０の最終的な構造は、「水
素化微結晶シリコンp-b-i-n構造（μｃ−Ｓｉ：Ｈ p-b-
i-n構造）」とも称される。そのような構造は、単一接
合の太陽電池として単独で使用され得るほか、多接合の
太陽電池に組み込まれて、例えば、タンデムセル型構造
の最下部セルとして、より広いバンドギャップを有する
最上段の太陽電池セルを通過してくるより長い波長のフ
ォトンの吸収能力を向上させる目的で、使用され得る。
【０００７】プラズマＣＶＤ法による微結晶シリコン
（μｃ−Ｓｉ）層の成長は、一般に、水素による高希釈
状態で行われる。通常は、シリコンを含むガスは、全体
のガス流量の１５％よりも少なく、また、印加電力の周
波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きい。印加電力、ガ
ス流量、基板温度、堆積圧力のようなプロセス（堆積）
パラメータは、形成される膜を装置の全体構造に組み込
んだときに最良の電気的及び光学的な特性が発揮される
よう最適化するために、選択される。ここで重要な点
は、太陽電池構造に含まれる個々の層に対する最適プラ
ズマ条件は、一般に同じではない点である。
（μｃ−Ｓｉ）層の成長は、一般に、水素による高希釈
状態で行われる。通常は、シリコンを含むガスは、全体
のガス流量の１５％よりも少なく、また、印加電力の周
波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きい。印加電力、ガ
ス流量、基板温度、堆積圧力のようなプロセス（堆積）
パラメータは、形成される膜を装置の全体構造に組み込
んだときに最良の電気的及び光学的な特性が発揮される
よう最適化するために、選択される。ここで重要な点
は、太陽電池構造に含まれる個々の層に対する最適プラ
ズマ条件は、一般に同じではない点である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の水素化微結晶シリコン太陽電池５０では、図５Ｂ
の模式的なバンド構造図に示すように、ｉ型微結晶シリ
コン層５５とｎ型微結晶シリコン層５６との間の界面
に、何ら障壁が存在しない。そのため、光励起されたキ
ャリアのうちで本来はｐ型微結晶シリコン層５３の側に
集めたいホールが、ｉ型微結晶シリコン層５５とｎ型微
結晶シリコン層５６との間の界面を容易に通過して、ｎ
型微結晶シリコン層５６の中に入っていってしまう。こ
れによって、このような構成を有する従来の太陽電池５
０の動作特性は低下される。
従来の水素化微結晶シリコン太陽電池５０では、図５Ｂ
の模式的なバンド構造図に示すように、ｉ型微結晶シリ
コン層５５とｎ型微結晶シリコン層５６との間の界面
に、何ら障壁が存在しない。そのため、光励起されたキ
ャリアのうちで本来はｐ型微結晶シリコン層５３の側に
集めたいホールが、ｉ型微結晶シリコン層５５とｎ型微
結晶シリコン層５６との間の界面を容易に通過して、ｎ
型微結晶シリコン層５６の中に入っていってしまう。こ
れによって、このような構成を有する従来の太陽電池５
０の動作特性は低下される。
【０００９】なお、図５Ｂのバンド構造図では、ｐ型微
結晶シリコン層５３とｉ型微結晶シリコン層５５との間
の微結晶バッファ層５４（図４参照）は、省略してい
る。
結晶シリコン層５３とｉ型微結晶シリコン層５５との間
の微結晶バッファ層５４（図４参照）は、省略してい
る。
【００１０】さらに、上記のようなプラズマＣＶＤ法に
よって形成（堆積）された微結晶シリコン太陽電池５０
の特性は、一般に、ｉ型微結晶（μｃ−ｉ）層５５の質
によって制約を受ける。特に、膜の電気的特性は、太陽
電池５０のｉ型微結晶シリコン層５５の中における電界
分布を決定する。ｉ型微結晶シリコン層５５の中の電界
分布は、光励起されたキャリアの再結合率、及び光励起
されたキャリアの順方向バイアス依存性を決定する。こ
れらの特性は、開放電圧、短絡電流、及びフィルファク
タの点で、太陽電池５０の動作に大きく影響を与える。
よって形成（堆積）された微結晶シリコン太陽電池５０
の特性は、一般に、ｉ型微結晶（μｃ−ｉ）層５５の質
によって制約を受ける。特に、膜の電気的特性は、太陽
電池５０のｉ型微結晶シリコン層５５の中における電界
分布を決定する。ｉ型微結晶シリコン層５５の中の電界
分布は、光励起されたキャリアの再結合率、及び光励起
されたキャリアの順方向バイアス依存性を決定する。こ
れらの特性は、開放電圧、短絡電流、及びフィルファク
タの点で、太陽電池５０の動作に大きく影響を与える。
【００１１】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであって、その目的は、（１）現時点で利
用可能な堆積プロセスを使用して形成されることができ
る、改善された出力特性を発揮できる微結晶シリコン薄
膜太陽電池を提供すること、及び（２）そのような微結
晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法を提供すること、で
ある。
なされたものであって、その目的は、（１）現時点で利
用可能な堆積プロセスを使用して形成されることができ
る、改善された出力特性を発揮できる微結晶シリコン薄
膜太陽電池を提供すること、及び（２）そのような微結
晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法を提供すること、で
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の微結晶シリコン
薄膜太陽電池は、基板と、該基板の上に形成された、ｐ
型水素化微結晶シリコン層、微結晶バッファ層、ｉ型水
素化微結晶シリコン層、及びｎ型水素化微結晶シリコン
層を少なくとも含む積層構造と、該積層構造の上に形成
された反射電極と、を備える水素化微結晶シリコン薄膜
太陽電池であって、該ｎ型水素化微結晶シリコン層の該
反射電極側に、さらにｎ型水素化アモルファスシリコン
層が形成されており、そのことによって、上記の目的が
達成される。
薄膜太陽電池は、基板と、該基板の上に形成された、ｐ
型水素化微結晶シリコン層、微結晶バッファ層、ｉ型水
素化微結晶シリコン層、及びｎ型水素化微結晶シリコン
層を少なくとも含む積層構造と、該積層構造の上に形成
された反射電極と、を備える水素化微結晶シリコン薄膜
太陽電池であって、該ｎ型水素化微結晶シリコン層の該
反射電極側に、さらにｎ型水素化アモルファスシリコン
層が形成されており、そのことによって、上記の目的が
達成される。
【００１３】前記ｎ型水素化アモルファスシリコン層
は、シリコン、水素、及び所定のｎ型ドーパントを含む
ガスの混合気体から、プラズマＣＶＤ法によって形成さ
れ得る。
は、シリコン、水素、及び所定のｎ型ドーパントを含む
ガスの混合気体から、プラズマＣＶＤ法によって形成さ
れ得る。
【００１４】前記ｎ型ドーパントは、リンであり得る。
【００１５】好ましくは、前記ｎ型水素化アモルファス
シリコン層の厚さが約５０Å〜約１５０Åの範囲にあ
る。
シリコン層の厚さが約５０Å〜約１５０Åの範囲にあ
る。
【００１６】前記ｐ型水素化微結晶シリコン層、前記微
結晶バッファ層、前記ｉ型水素化微結晶シリコン層、及
び前記ｎ型水素化微結晶シリコン層は、プラズマＣＶＤ
法により、シリコン、水素、所定のｎ型ドーパント、及
び所定のｐ型ドーパントを含む原料ガスの交流電界下で
の分解によって形成され得る。
結晶バッファ層、前記ｉ型水素化微結晶シリコン層、及
び前記ｎ型水素化微結晶シリコン層は、プラズマＣＶＤ
法により、シリコン、水素、所定のｎ型ドーパント、及
び所定のｐ型ドーパントを含む原料ガスの交流電界下で
の分解によって形成され得る。
【００１７】前記ｎ型ドーパントはリンであり得て、前
記ｐ型ドーパントはボロンであり得る。
記ｐ型ドーパントはボロンであり得る。
【００１８】本発明によって提供される微結晶シリコン
薄膜太陽電池の製造方法は、基板の上に、ｐ型水素化微
結晶シリコン層、微結晶バッファ層、ｉ型水素化微結晶
シリコン層、及びｎ型水素化微結晶シリコン層を少なく
とも含む積層構造を、プラズマＣＶＤ法によって形成す
るステップと、該積層構造の上に反射電極を形成するス
テップと、を包含する水素化微結晶シリコン薄膜太陽電
池の製造方法であって、該方法は、該ｎ型水素化微結晶
シリコン層の該反射電極側に、プラズマＣＶＤ法によっ
てｎ型水素化アモルファスシリコン層を形成するステッ
プをさらに包含しており、そのことによって、前述の目
的が達成される。
薄膜太陽電池の製造方法は、基板の上に、ｐ型水素化微
結晶シリコン層、微結晶バッファ層、ｉ型水素化微結晶
シリコン層、及びｎ型水素化微結晶シリコン層を少なく
とも含む積層構造を、プラズマＣＶＤ法によって形成す
るステップと、該積層構造の上に反射電極を形成するス
テップと、を包含する水素化微結晶シリコン薄膜太陽電
池の製造方法であって、該方法は、該ｎ型水素化微結晶
シリコン層の該反射電極側に、プラズマＣＶＤ法によっ
てｎ型水素化アモルファスシリコン層を形成するステッ
プをさらに包含しており、そのことによって、前述の目
的が達成される。
【００１９】本発明の製造方法では、前記ｎ型水素化ア
モルファスシリコン層を、シリコン、水素、及び所定の
ｎ型ドーパントを含むガスの混合気体からプラズマＣＶ
Ｄ法により形成し得る。
モルファスシリコン層を、シリコン、水素、及び所定の
ｎ型ドーパントを含むガスの混合気体からプラズマＣＶ
Ｄ法により形成し得る。
【００２０】前記ｎ型ドーパントは、リンであり得る。
【００２１】前記ｎ型水素化アモルファスシリコン層の
厚さは、約５０Å〜約１５０Åの範囲にあり得る。
厚さは、約５０Å〜約１５０Åの範囲にあり得る。
【００２２】本発明の製造方法では、前記ｐ型水素化微
結晶シリコン層、前記微結晶バッファ層、前記ｉ型水素
化微結晶シリコン層、及び前記ｎ型水素化微結晶シリコ
ン層を、プラズマＣＶＤ法により、シリコン、水素、所
定のｎ型ドーパント、及び所定のｐ型ドーパントを含む
原料ガスの交流電界下での分解によって形成し得る。
結晶シリコン層、前記微結晶バッファ層、前記ｉ型水素
化微結晶シリコン層、及び前記ｎ型水素化微結晶シリコ
ン層を、プラズマＣＶＤ法により、シリコン、水素、所
定のｎ型ドーパント、及び所定のｐ型ドーパントを含む
原料ガスの交流電界下での分解によって形成し得る。
【００２３】前記ｎ型ドーパントはリンであり得て、前
記ｐ型ドーパントはボロンであり得る。
記ｐ型ドーパントはボロンであり得る。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による水素化微結
晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）太陽電池１００の構成を
模式的に示す断面図である。
晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）太陽電池１００の構成を
模式的に示す断面図である。
【００２５】図１に示す太陽電池１００の構成では、ガ
ラス基板１０１の一表面をコーティングしているＳｎＯ
2或いはＺｎＯのような材料で形成されたテクスチュア
状或いは非テクスチュア状の透明導電性酸化物（ＴＣ
Ｏ）層１０２の上に、ｐ型水素化微結晶シリコン（μｃ
−Ｓｉ：Ｈ）層１０３、微結晶バッファ層１０４、ｉ型
水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層１０５、ｎ
型水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層１０６、
ｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層１
０７、及び裏面反射電極１０８が、順に設けられてい
る。図４に示した従来技術の太陽電池５０の構成では、
ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７が存在してい
ない。上記の本発明による太陽電池１００の構成に含ま
れる各微結晶シリコン層１０３〜１０６及びｎ型水素化
アモルファスシリコン層１０７は、シリコン、水素、及
び各層に対する適切なドーパントを含む原料ガスの混合
気体から、プラズマＣＶＤ法によって形成される。ドー
パントとしては、ｎ型層の形成時には例えばＰＨ3など
を使用し、ｐ型層の形成時には例えばＢ2Ｈ6などを使用
する。
ラス基板１０１の一表面をコーティングしているＳｎＯ
2或いはＺｎＯのような材料で形成されたテクスチュア
状或いは非テクスチュア状の透明導電性酸化物（ＴＣ
Ｏ）層１０２の上に、ｐ型水素化微結晶シリコン（μｃ
−Ｓｉ：Ｈ）層１０３、微結晶バッファ層１０４、ｉ型
水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層１０５、ｎ
型水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層１０６、
ｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層１
０７、及び裏面反射電極１０８が、順に設けられてい
る。図４に示した従来技術の太陽電池５０の構成では、
ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７が存在してい
ない。上記の本発明による太陽電池１００の構成に含ま
れる各微結晶シリコン層１０３〜１０６及びｎ型水素化
アモルファスシリコン層１０７は、シリコン、水素、及
び各層に対する適切なドーパントを含む原料ガスの混合
気体から、プラズマＣＶＤ法によって形成される。ドー
パントとしては、ｎ型層の形成時には例えばＰＨ3など
を使用し、ｐ型層の形成時には例えばＢ2Ｈ6などを使用
する。
【００２６】先に述べたように、ｉ型微結晶シリコン層
１０５の質が固定されると、得られる太陽電池１００の
性能は、このｉ型微結晶シリコン層１０５の質によって
決定される。特に、ｉ型微結晶シリコン層１０５の中に
おける電界分布は、光励起されたキャリアの再結合率を
決定し、それによって、これらのキャリアが端子から引
き出される程度を決定する。これは、次に開放電圧及び
フィルファクタに影響を与える。これより、堆積パラメ
ータが固定されたときの膜の特性は、電界分布を改善し
て装置の動作特性を改善する能力を、大きく制約し得
る。
１０５の質が固定されると、得られる太陽電池１００の
性能は、このｉ型微結晶シリコン層１０５の質によって
決定される。特に、ｉ型微結晶シリコン層１０５の中に
おける電界分布は、光励起されたキャリアの再結合率を
決定し、それによって、これらのキャリアが端子から引
き出される程度を決定する。これは、次に開放電圧及び
フィルファクタに影響を与える。これより、堆積パラメ
ータが固定されたときの膜の特性は、電界分布を改善し
て装置の動作特性を改善する能力を、大きく制約し得
る。
【００２７】上記のように、本発明の水素化微結晶シリ
コン太陽電池１００では、ｎ型微結晶シリコン層１０６
の裏面側にｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７を
設けているが、これによって、アモルファス材料のバン
ドギャップが微結晶材料におけるバンドギャップよりも
高い点に起因する効果が得られる。具体的には、ｎ型水
素化アモルファスシリコン層１０７の効果は、以下の２
点である。
コン太陽電池１００では、ｎ型微結晶シリコン層１０６
の裏面側にｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７を
設けているが、これによって、アモルファス材料のバン
ドギャップが微結晶材料におけるバンドギャップよりも
高い点に起因する効果が得られる。具体的には、ｎ型水
素化アモルファスシリコン層１０７の効果は、以下の２
点である。
【００２８】第１に、ｎ型水素化アモルファスシリコン
層１０７の存在によって、ｉ型微結晶シリコン層１０５
とｎ型微結晶シリコン層１０６との間の界面に存在して
ｉ型微結晶シリコン層１０５の中にまで延びている電界
が、強められる。ｉ型微結晶シリコン層１０５の中に至
るこの電界が強められることによって、ｉ型微結晶シリ
コン層１０５の中における光励起キャリアの再結合率が
減少され、ｉ型層の中の電界分布プロファイルが改善さ
れるとともに、より大きいフィルファクタが効果的に得
られる。
層１０７の存在によって、ｉ型微結晶シリコン層１０５
とｎ型微結晶シリコン層１０６との間の界面に存在して
ｉ型微結晶シリコン層１０５の中にまで延びている電界
が、強められる。ｉ型微結晶シリコン層１０５の中に至
るこの電界が強められることによって、ｉ型微結晶シリ
コン層１０５の中における光励起キャリアの再結合率が
減少され、ｉ型層の中の電界分布プロファイルが改善さ
れるとともに、より大きいフィルファクタが効果的に得
られる。
【００２９】第２に、アモルファス材料のバンドギャッ
プが大きいので、ｉ型微結晶シリコン層１０５のバンド
端が下方に曲げられて、ビルトインポテンシャルの増加
をもたらす。これによって、開放電圧が効果的に増加さ
れる。この点を図５Ａの模式的なバンド構造図を参照し
てさらに説明すると、本発明によれば、ｎ型微結晶シリ
コン層１０６の裏面電極側に、ｎ型微結晶シリコン層１
０６のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有
するｎ型アモルファス層１０７をさらに形成している。
これによって、ｉ型微結晶シリコン層１０５とｎ型微結
晶シリコン層１０６との間の界面における価電子帯側
に、ホールに対する障壁が形成される。光励起されたキ
ャリアのうちでｐ型微結晶シリコン層１０３の側に集め
たいホールは、この障壁を容易に通過することができ
ず、ｎ型微結晶シリコン層１０７への侵入が抑制され
る。この結果、発生した光励起キャリアの内のホールが
有効に使用されて、太陽電池１００の動作特性が改善さ
れることになる。
プが大きいので、ｉ型微結晶シリコン層１０５のバンド
端が下方に曲げられて、ビルトインポテンシャルの増加
をもたらす。これによって、開放電圧が効果的に増加さ
れる。この点を図５Ａの模式的なバンド構造図を参照し
てさらに説明すると、本発明によれば、ｎ型微結晶シリ
コン層１０６の裏面電極側に、ｎ型微結晶シリコン層１
０６のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有
するｎ型アモルファス層１０７をさらに形成している。
これによって、ｉ型微結晶シリコン層１０５とｎ型微結
晶シリコン層１０６との間の界面における価電子帯側
に、ホールに対する障壁が形成される。光励起されたキ
ャリアのうちでｐ型微結晶シリコン層１０３の側に集め
たいホールは、この障壁を容易に通過することができ
ず、ｎ型微結晶シリコン層１０７への侵入が抑制され
る。この結果、発生した光励起キャリアの内のホールが
有効に使用されて、太陽電池１００の動作特性が改善さ
れることになる。
【００３０】なお、図５Ａのバンド構造図では、ｐ型微
結晶シリコン層１０３とｉ型微結晶シリコン層１０５と
の間の微結晶バッファ層１０４（図１参照）は、省略し
ている。
結晶シリコン層１０３とｉ型微結晶シリコン層１０５と
の間の微結晶バッファ層１０４（図１参照）は、省略し
ている。
【００３１】本発明におけるｎ型水素化アモルファスシ
リコン層１０７は、前述のように、プラズマＣＶＤ法に
よって形成される。これは、微結晶太陽電池構造を形成
するために使用される既存の膜形成技術に対して互換性
を有していること、及び、堆積される膜の特性を制御す
るにあたってフレキシビリティを有していること、によ
る。
リコン層１０７は、前述のように、プラズマＣＶＤ法に
よって形成される。これは、微結晶太陽電池構造を形成
するために使用される既存の膜形成技術に対して互換性
を有していること、及び、堆積される膜の特性を制御す
るにあたってフレキシビリティを有していること、によ
る。
【００３２】図２は、ｎ型水素化アモルファスシリコン
層１０７を有さない図４に示す従来の水素化微結晶太陽
電池５０（ｐｂｉｎ構造）と、図１に示すようにｎ型微
結晶（μｃ−ｎ）シリコン層の上にｎ型水素化アモルフ
ァスシリコン層１０７が堆積されている本発明の水素化
微結晶太陽電池１００（ｐｂｉｎ／ａ−ｎ構造）とにお
ける、出力特性（バイアス電圧Ｖbias（単位：Ｖ）に対
する電流Ｊ（単位：ｍＡ））を比較する図である。
層１０７を有さない図４に示す従来の水素化微結晶太陽
電池５０（ｐｂｉｎ構造）と、図１に示すようにｎ型微
結晶（μｃ−ｎ）シリコン層の上にｎ型水素化アモルフ
ァスシリコン層１０７が堆積されている本発明の水素化
微結晶太陽電池１００（ｐｂｉｎ／ａ−ｎ構造）とにお
ける、出力特性（バイアス電圧Ｖbias（単位：Ｖ）に対
する電流Ｊ（単位：ｍＡ））を比較する図である。
【００３３】図２の測定にあたっては、ｎ型水素化アモ
ルファスシリコン層１０７は、周波数１３．５６ＭＨｚ
のプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＨ4、Ｈ2、及びＰＨ
3のガス流量をそれぞれ約８ｓｃｃｍ、約２５ｓｃｃ
ｍ、及び約０．５ｓｃｃｍとし、圧力約０．３Ｔｏｒｒ
及び基板温度約１５０℃として、厚さ約５０Åに堆積し
た。なお、ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７の
堆積時の高周波電力は、２５Ｗであった。
ルファスシリコン層１０７は、周波数１３．５６ＭＨｚ
のプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＨ4、Ｈ2、及びＰＨ
3のガス流量をそれぞれ約８ｓｃｃｍ、約２５ｓｃｃ
ｍ、及び約０．５ｓｃｃｍとし、圧力約０．３Ｔｏｒｒ
及び基板温度約１５０℃として、厚さ約５０Åに堆積し
た。なお、ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７の
堆積時の高周波電力は、２５Ｗであった。
【００３４】表１には、ｎ型水素化アモルファスシリコ
ン層１０７の有る場合と無い場合とにおける太陽電池の
動作特性（具体的には、短絡電流Ｊｓｃ、開放電圧Ｖｏ
ｃ、フィルファクタＦＦ、及び出力Ｐ）の比較データを
示す。
ン層１０７の有る場合と無い場合とにおける太陽電池の
動作特性（具体的には、短絡電流Ｊｓｃ、開放電圧Ｖｏ
ｃ、フィルファクタＦＦ、及び出力Ｐ）の比較データを
示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】表１より、ｎ型水素化アモルファスシリコ
ン層１０７を有さない従来のサンプル（ｐｂｉｎ構造）
に比べて、ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７を
有する本発明のサンプル（ｐｂｉｎ／ａ−ｎ構造）で
は、著しい効果が得られていることがわかる。具体的に
は、開放電圧Ｖｏｃが３９％増加し、フィルファクタは
１６％改善されている。これらによって、太陽電池の変
換効率は、全体で６０％以上の改善を示している。
ン層１０７を有さない従来のサンプル（ｐｂｉｎ構造）
に比べて、ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７を
有する本発明のサンプル（ｐｂｉｎ／ａ−ｎ構造）で
は、著しい効果が得られていることがわかる。具体的に
は、開放電圧Ｖｏｃが３９％増加し、フィルファクタは
１６％改善されている。これらによって、太陽電池の変
換効率は、全体で６０％以上の改善を示している。
【００３７】次に、図３は、ｎ型水素化アモルファスシ
リコン層１０７を有する本発明の太陽電池１００の動作
特性（具体的には、(a)短絡電流Ｊｓｃ、(b)開放電圧Ｖ
ｏｃ、(c)フィルファクタＦＦ、及び(d)出力Ｐ）を、ｎ
型水素化アモルファスシリコン層１０７の厚さの関数と
して示す図である。各動作特性は、ｎ型水素化アモルフ
ァスシリコン層１０７の厚さが５０Åの場合の太陽電池
特性で、規格化されている。
リコン層１０７を有する本発明の太陽電池１００の動作
特性（具体的には、(a)短絡電流Ｊｓｃ、(b)開放電圧Ｖ
ｏｃ、(c)フィルファクタＦＦ、及び(d)出力Ｐ）を、ｎ
型水素化アモルファスシリコン層１０７の厚さの関数と
して示す図である。各動作特性は、ｎ型水素化アモルフ
ァスシリコン層１０７の厚さが５０Åの場合の太陽電池
特性で、規格化されている。
【００３８】図３の測定にあたっては、ｎ型水素化アモ
ルファスシリコン層１０７は、周波数１３．５６ＭＨｚ
のプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＨ4、Ｈ2、及びＰＨ
3のガス流量をそれぞれ約８ｓｃｃｍ、約２５ｓｃｃ
ｍ、及び約０．５ｓｃｃｍとし、圧力約０．３Ｔｏｒｒ
及び基板温度約１５０℃にて堆積した。なお、ｎ型水素
化アモルファスシリコン層１０７の堆積時の高周波電力
は、約２５Ｗであった。また、図３において、ｎ型水素
化アモルファスシリコン層１０７が存在しない場合の各
特性値は、それぞれ縦軸上のプロット（すなわち、ｎ型
水素化アモルファスシリコン層１０７の厚さ＝０の場合
のプロット）として、示されている。
ルファスシリコン層１０７は、周波数１３．５６ＭＨｚ
のプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＨ4、Ｈ2、及びＰＨ
3のガス流量をそれぞれ約８ｓｃｃｍ、約２５ｓｃｃ
ｍ、及び約０．５ｓｃｃｍとし、圧力約０．３Ｔｏｒｒ
及び基板温度約１５０℃にて堆積した。なお、ｎ型水素
化アモルファスシリコン層１０７の堆積時の高周波電力
は、約２５Ｗであった。また、図３において、ｎ型水素
化アモルファスシリコン層１０７が存在しない場合の各
特性値は、それぞれ縦軸上のプロット（すなわち、ｎ型
水素化アモルファスシリコン層１０７の厚さ＝０の場合
のプロット）として、示されている。
【００３９】図３より、ｎ型水素化アモルファスシリコ
ン層１０７の厚さが約５０Å〜約１５０Åの場合に、太
陽電池の動作特性の著しい改善が認められる。
ン層１０７の厚さが約５０Å〜約１５０Åの場合に、太
陽電池の動作特性の著しい改善が認められる。
【００４０】これに対して、ｎ型水素化アモルファスシ
リコン層１０７の厚さが約５０Åよりも小さい場合の特
性は、図３では外挿されて破線で示されている。この領
域では、ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７が存
在しない場合のプロットに向けて、太陽電池の特性は低
下している。
リコン層１０７の厚さが約５０Åよりも小さい場合の特
性は、図３では外挿されて破線で示されている。この領
域では、ｎ型水素化アモルファスシリコン層１０７が存
在しない場合のプロットに向けて、太陽電池の特性は低
下している。
【００４１】一方、ｎ型水素化アモルファスシリコン層
１０７の厚さを上記の範囲よりもさらに厚くすると、太
陽電池の動作特性、特にフィルファクタＦＦ及び短絡電
流Ｊｓｃが低減される。より厚いｎ型水素化アモルファ
スシリコン層１０７の中では、開放電圧Ｖｏｃが次第に
増加する。しかし、この効果は、フィルファクタ及び短
絡電流の減少として観察されるように、光励起キャリア
の再結合及び吸収の増加によって、厚いｎ型水素化アモ
ルファスシリコン層１０７の中でキャンセルされる。
１０７の厚さを上記の範囲よりもさらに厚くすると、太
陽電池の動作特性、特にフィルファクタＦＦ及び短絡電
流Ｊｓｃが低減される。より厚いｎ型水素化アモルファ
スシリコン層１０７の中では、開放電圧Ｖｏｃが次第に
増加する。しかし、この効果は、フィルファクタ及び短
絡電流の減少として観察されるように、光励起キャリア
の再結合及び吸収の増加によって、厚いｎ型水素化アモ
ルファスシリコン層１０７の中でキャンセルされる。
【００４２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の水素化
微結晶シリコン太陽電池では、ｎ型微結晶シリコン層の
裏面側に、ｎ型水素化アモルファスシリコン層をさらに
設けている。これによって、アモルファス材料のバンド
ギャップが微結晶材料におけるバンドギャップよりも高
い点に起因して、改善された動作特性（出力特性）を発
揮する微結晶シリコン薄膜太陽電池が得られる。
微結晶シリコン太陽電池では、ｎ型微結晶シリコン層の
裏面側に、ｎ型水素化アモルファスシリコン層をさらに
設けている。これによって、アモルファス材料のバンド
ギャップが微結晶材料におけるバンドギャップよりも高
い点に起因して、改善された動作特性（出力特性）を発
揮する微結晶シリコン薄膜太陽電池が得られる。
【００４３】さらに、このような本発明の水素化微結晶
シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）接合を有する太陽電池は、
現時点で利用可能な堆積プロセスと互換性があり且つ実
用に適したプロセスを使用して、製造可能である。
シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）接合を有する太陽電池は、
現時点で利用可能な堆積プロセスと互換性があり且つ実
用に適したプロセスを使用して、製造可能である。
【図１】本発明による水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ）太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。
ｉ：Ｈ）太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す本発明による太陽電池と図
４に示す従来技術による太陽電池との特性の比較とし
て、規格化されたＩ−Ｖ特性（バイアス電圧Ｖbiasに対
する電流Ｊの特性）を示す図である。
４に示す従来技術による太陽電池との特性の比較とし
て、規格化されたＩ−Ｖ特性（バイアス電圧Ｖbiasに対
する電流Ｊの特性）を示す図である。
【図３】図１に示す本発明による太陽電池における、規
格化された動作特性（短絡電流Ｊｓｃ、開放電圧Ｖｏ
ｃ、フィルファクタＦＦ、及び出力Ｐ）のｎ型水素化ア
モルファスシリコン層の厚さに対する依存性を示す図で
ある。
格化された動作特性（短絡電流Ｊｓｃ、開放電圧Ｖｏ
ｃ、フィルファクタＦＦ、及び出力Ｐ）のｎ型水素化ア
モルファスシリコン層の厚さに対する依存性を示す図で
ある。
【図４】従来技術による水素化微結晶シリコン（μｃ−
Ｓｉ：Ｈ）太陽電池の構成を模式的に示す断面図であ
る。
Ｓｉ：Ｈ）太陽電池の構成を模式的に示す断面図であ
る。
【図５Ａ】図１の本発明による太陽電池における、ｉ型
微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層とｎ型微結晶（μｃ−
ｎ）シリコン層との間の界面近傍を中心としたバンド構
造を模式的に示す図である。
微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層とｎ型微結晶（μｃ−
ｎ）シリコン層との間の界面近傍を中心としたバンド構
造を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】図４の従来技術による太陽電池における、ｉ
型微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層とｎ型微結晶（μｃ−
ｎ）シリコン層との間の界面近傍を中心としたバンド構
造を模式的に示す図である。
型微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層とｎ型微結晶（μｃ−
ｎ）シリコン層との間の界面近傍を中心としたバンド構
造を模式的に示す図である。
５０、１００ 水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：
Ｈ）太陽電池 ５１、１０１ ガラス基板 ５２、１０２ 透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層 ５３、１０３ ｐ型微結晶（μｃ−ｐ）シリコン層 ５４、１０４ 微結晶バッファ層 ５５、１０５ ｉ型微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層 ５６、１０６ ｎ型微結晶（μｃ−ｎ）シリコン層 １０７ ｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ：Ｈ）層 ５７、１０８ 裏面反射電極
Ｈ）太陽電池 ５１、１０１ ガラス基板 ５２、１０２ 透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層 ５３、１０３ ｐ型微結晶（μｃ−ｐ）シリコン層 ５４、１０４ 微結晶バッファ層 ５５、１０５ ｉ型微結晶（μｃ−ｉ）シリコン層 ５６、１０６ ｎ型微結晶（μｃ−ｎ）シリコン層 １０７ ｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ：Ｈ）層 ５７、１０８ 裏面反射電極
Claims (12)
- 【請求項１】 基板と、 該基板の上に形成された、ｐ型水素化微結晶シリコン
層、微結晶バッファ層、ｉ型水素化微結晶シリコン層、
及びｎ型水素化微結晶シリコン層を少なくとも含む積層
構造と、 該積層構造の上に形成された反射電極と、を備える水素
化微結晶シリコン薄膜太陽電池であって、 該ｎ型水素化微結晶シリコン層の該反射電極側に、さら
にｎ型水素化アモルファスシリコン層が形成されてい
る、水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池。 - 【請求項２】 前記ｎ型水素化アモルファスシリコン層
は、シリコン、水素、及び所定のｎ型ドーパントを含む
ガスの混合気体から、プラズマＣＶＤ法によって形成さ
れている、請求項１に記載の水素化微結晶シリコン薄膜
太陽電池。 - 【請求項３】 前記ｎ型ドーパントがリンである、請求
項２に記載の水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池。 - 【請求項４】 前記ｎ型水素化アモルファスシリコン層
の厚さが約５０Å〜約１５０Åの範囲にある、請求項１
から３の何れか１つに記載の水素化微結晶シリコン薄膜
太陽電池。 - 【請求項５】 前記ｐ型水素化微結晶シリコン層、前記
微結晶バッファ層、前記ｉ型水素化微結晶シリコン層、
及び前記ｎ型水素化微結晶シリコン層は、プラズマＣＶ
Ｄ法により、シリコン、水素、所定のｎ型ドーパント、
及び所定のｐ型ドーパントを含む原料ガスの交流電界下
での分解によって形成されている、請求項１から４の何
れか１つに記載の水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池。 - 【請求項６】 前記ｎ型ドーパントがリンであり、前記
ｐ型ドーパントがボロンである、請求項５に記載の水素
化微結晶シリコン薄膜太陽電池。 - 【請求項７】 基板の上に、ｐ型水素化微結晶シリコン
層、微結晶バッファ層、ｉ型水素化微結晶シリコン層、
及びｎ型水素化微結晶シリコン層を少なくとも含む積層
構造を、プラズマＣＶＤ法によって形成するステップ
と、 該積層構造の上に反射電極を形成するステップと、を包
含する水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法で
あって、 該方法は、該ｎ型水素化微結晶シリコン層の該反射電極
側に、プラズマＣＶＤ法によってｎ型水素化アモルファ
スシリコン層を形成するステップをさらに包含する、水
素化微結晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項８】 前記ｎ型水素化アモルファスシリコン層
を、シリコン、水素、及び所定のｎ型ドーパントを含む
ガスの混合気体からプラズマＣＶＤ法により形成する、
請求項７に記載の水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池の
製造方法。 - 【請求項９】 前記ｎ型ドーパントがリンである、請求
項８に記載の水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池の製造
方法。 - 【請求項１０】 前記ｎ型水素化アモルファスシリコン
層の厚さが約５０Å〜約１５０Åの範囲にある、請求項
７から９の何れか１つに記載の水素化微結晶シリコン薄
膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項１１】 前記ｐ型水素化微結晶シリコン層、前
記微結晶バッファ層、前記ｉ型水素化微結晶シリコン
層、及び前記ｎ型水素化微結晶シリコン層を、プラズマ
ＣＶＤ法により、シリコン、水素、所定のｎ型ドーパン
ト、及び所定のｐ型ドーパントを含む原料ガスの交流電
界下での分解によって形成する、請求項７から１０の何
れか１つに記載の水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池の
製造方法。 - 【請求項１２】 前記ｎ型ドーパントがリンであり、前
記ｐ型ドーパントがボロンである、請求項１１に記載の
水素化微結晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10239306A JP2000068533A (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | 微結晶シリコン薄膜太陽電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10239306A JP2000068533A (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | 微結晶シリコン薄膜太陽電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068533A true JP2000068533A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=17042765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10239306A Withdrawn JP2000068533A (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | 微結晶シリコン薄膜太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000068533A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007114432A1 (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 光電変換装置及びその製造方法 |
| WO2011125878A1 (ja) * | 2010-04-02 | 2011-10-13 | 株式会社アルバック | 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法 |
| KR101484620B1 (ko) * | 2008-02-04 | 2015-01-21 | 엘지전자 주식회사 | 실리콘 태양전지 |
-
1998
- 1998-08-25 JP JP10239306A patent/JP2000068533A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007114432A1 (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 光電変換装置及びその製造方法 |
| JP2007281018A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| KR101484620B1 (ko) * | 2008-02-04 | 2015-01-21 | 엘지전자 주식회사 | 실리콘 태양전지 |
| WO2011125878A1 (ja) * | 2010-04-02 | 2011-10-13 | 株式会社アルバック | 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法 |
| JPWO2011125878A1 (ja) * | 2010-04-02 | 2013-07-11 | 株式会社アルバック | 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法 |
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