JP2002222965A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光劣化後の光電変換効率の向上を図るべくＣ
ｌを含有させた非晶質半導体膜からなる光電変換層を有
していても、長期信頼性を実現できる光電変換素子を提
供する。 【解決手段】 ガラス基板１上に、透光性電極（ＳｎＯ
2 膜）２，光電変換層３，ＺｎＯ膜４及び背面電極（Ａ
ｇ膜）５がこの順に積層形成されている。光電変換層３
は、ｐ型非晶質Ｓｉ膜３ａと第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂ
と第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃとｎ型非晶質Ｓｉ膜３ｄと
の積層体にて構成されている。第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３
ｂはＳｉＨ2 Ｃｌ2 及びＨ2 を原料ガスとして形成し、
第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃはＳｉＨ4 及びＨ2 を原料ガ
スとして形成する。第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂに含まれ
るＣｌの背面電極５への拡散が、第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜
３ｃにて抑止される。
ｌを含有させた非晶質半導体膜からなる光電変換層を有
していても、長期信頼性を実現できる光電変換素子を提
供する。 【解決手段】 ガラス基板１上に、透光性電極（ＳｎＯ
2 膜）２，光電変換層３，ＺｎＯ膜４及び背面電極（Ａ
ｇ膜）５がこの順に積層形成されている。光電変換層３
は、ｐ型非晶質Ｓｉ膜３ａと第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂ
と第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃとｎ型非晶質Ｓｉ膜３ｄと
の積層体にて構成されている。第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３
ｂはＳｉＨ2 Ｃｌ2 及びＨ2 を原料ガスとして形成し、
第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃはＳｉＨ4 及びＨ2 を原料ガ
スとして形成する。第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂに含まれ
るＣｌの背面電極５への拡散が、第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜
３ｃにて抑止される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質半導体から
なる光電変換層を有する光電変換素子に関する。
なる光電変換層を有する光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコン等の非晶質半導体膜を用
いた太陽電池，光センサ等の光電変換素子は、一般的
に、ガラス，プラスチック等の透光性を有する基板上
に、ＳｎＯ 2 ，ＩＴＯ等の導電性酸化膜からなる透光性
電極と、ｐ型，ｉ型及びｎ型の各非結晶半導体膜の積層
体からなる光電変換層と、Ａｇ，Ａｌ等の高反射性導電
膜からなる裏面電極とをこの順に積層した構成を有して
いる。
いた太陽電池，光センサ等の光電変換素子は、一般的
に、ガラス，プラスチック等の透光性を有する基板上
に、ＳｎＯ 2 ，ＩＴＯ等の導電性酸化膜からなる透光性
電極と、ｐ型，ｉ型及びｎ型の各非結晶半導体膜の積層
体からなる光電変換層と、Ａｇ，Ａｌ等の高反射性導電
膜からなる裏面電極とをこの順に積層した構成を有して
いる。
【０００３】このような光電変換素子にあって、非晶質
シリコン膜を形成する際にはシラン（ＳｉＨ4 ）ガスを
原料ガスとして用いることが一般的であったが、光劣化
後の光電変換効率を向上するべく、特にｉ型非晶質シリ
コン膜を形成する際の原料ガスとしてジクロロシラン
（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスを使用することが検討されてい
る（Japanese Journal of Applied Physics, Vol.38 (1
999) pp.4007-4012)。
シリコン膜を形成する際にはシラン（ＳｉＨ4 ）ガスを
原料ガスとして用いることが一般的であったが、光劣化
後の光電変換効率を向上するべく、特にｉ型非晶質シリ
コン膜を形成する際の原料ガスとしてジクロロシラン
（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスを使用することが検討されてい
る（Japanese Journal of Applied Physics, Vol.38 (1
999) pp.4007-4012)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＨ
2 Ｃｌ2 ガスを用いてＣｌを含有するｉ型非晶質シリコ
ン膜を形成した光電変換素子にあっては、長期間経過し
た後にその光電変換効率が劣化するものが多数存在する
ことが判明した。よって、Ｃｌを含む非晶質シリコン膜
からなる光電変換層を有する光電変換素子においては、
長期信頼性の維持が望まれている。
2 Ｃｌ2 ガスを用いてＣｌを含有するｉ型非晶質シリコ
ン膜を形成した光電変換素子にあっては、長期間経過し
た後にその光電変換効率が劣化するものが多数存在する
ことが判明した。よって、Ｃｌを含む非晶質シリコン膜
からなる光電変換層を有する光電変換素子においては、
長期信頼性の維持が望まれている。
【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、光劣化の影響を抑えるために、Ｃｌを含む非晶
質半導体膜からなる光電変換層を有していても、長期信
頼性を実現できる光電変換素子を提供することを目的と
する。
であり、光劣化の影響を抑えるために、Ｃｌを含む非晶
質半導体膜からなる光電変換層を有していても、長期信
頼性を実現できる光電変換素子を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者が鋭意検
討したところによると、上記のようにＣｌを含有するｉ
型非晶質シリコン膜を用いた光電変換素子における長期
信頼性が低い原因は、非晶質シリコン膜に含まれている
Ｃｌが裏面電極に向かって拡散してその金属（Ａｇ）と
化学反応を起こすためであると考えられる。
討したところによると、上記のようにＣｌを含有するｉ
型非晶質シリコン膜を用いた光電変換素子における長期
信頼性が低い原因は、非晶質シリコン膜に含まれている
Ｃｌが裏面電極に向かって拡散してその金属（Ａｇ）と
化学反応を起こすためであると考えられる。
【０００７】そこで、第１発明に係る光電変換素子は、
透光性電極と背面電極との間に非晶質半導体からなる光
電変換層を備えた光電変換素子において、前記光電変換
層は、前記透光性電極側に設けられており、Ｃｌを所定
量以上含む第１非晶質半導体膜と、前記背面電極側に設
けられており、Ｃｌが前記所定量以下である第２非晶質
半導体膜とを有することを特徴とする。
透光性電極と背面電極との間に非晶質半導体からなる光
電変換層を備えた光電変換素子において、前記光電変換
層は、前記透光性電極側に設けられており、Ｃｌを所定
量以上含む第１非晶質半導体膜と、前記背面電極側に設
けられており、Ｃｌが前記所定量以下である第２非晶質
半導体膜とを有することを特徴とする。
【０００８】第１発明にあっては、Ｃｌを所定量以上含
む第１非晶質半導体膜と背面電極との間に、Ｃｌが所定
量以下である第２非晶質半導体膜が設けられているた
め、第１非晶質半導体膜（光電変換層）に含まれるＣｌ
の背面電極への拡散が第２非晶質半導体膜にて抑制さ
れ、Ｃｌが背面電極の金属と化学反応することはなく、
長期信頼性が保たれる。
む第１非晶質半導体膜と背面電極との間に、Ｃｌが所定
量以下である第２非晶質半導体膜が設けられているた
め、第１非晶質半導体膜（光電変換層）に含まれるＣｌ
の背面電極への拡散が第２非晶質半導体膜にて抑制さ
れ、Ｃｌが背面電極の金属と化学反応することはなく、
長期信頼性が保たれる。
【０００９】第２発明に係る光電変換素子は、第１発明
において、前記第２非晶質半導体膜の厚さが１０００Å
以上であることを特徴とする。
において、前記第２非晶質半導体膜の厚さが１０００Å
以上であることを特徴とする。
【００１０】第２発明にあっては、第２非晶質半導体膜
の厚さを１０００Å以上としており、背面電極へのＣｌ
の拡散を完全に防止する。
の厚さを１０００Å以上としており、背面電極へのＣｌ
の拡散を完全に防止する。
【００１１】第３発明に係る光電変換素子は、第１また
は第２発明において、前記所定量が３×１０16ｃｍ-1で
あることを特徴とする。
は第２発明において、前記所定量が３×１０16ｃｍ-1で
あることを特徴とする。
【００１２】第３発明にあっては、第１非晶質半導体膜
におけるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以上であり、第２非
晶質半導体膜におけるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以下と
する。よって、光劣化の影響の抑制と長期信頼性とを併
せて実現できる。
におけるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以上であり、第２非
晶質半導体膜におけるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以下と
する。よって、光劣化の影響の抑制と長期信頼性とを併
せて実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明
の光電変換素子の実施の形態としてのｐｉｎ型太陽電池
の構成を示す図である。図１において、１はガラス基板
である。ガラス基板１上には、透光性電極２，光電変換
層３，ＺｎＯ膜４及び背面電極５がこの順に積層形成さ
れている。
示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明
の光電変換素子の実施の形態としてのｐｉｎ型太陽電池
の構成を示す図である。図１において、１はガラス基板
である。ガラス基板１上には、透光性電極２，光電変換
層３，ＺｎＯ膜４及び背面電極５がこの順に積層形成さ
れている。
【００１４】透光性電極２は、例えばＳｎＯ2 膜にて構
成され、熱ＣＶＤ法でガラス基板１上に形成されてい
る。
成され、熱ＣＶＤ法でガラス基板１上に形成されてい
る。
【００１５】光電変換層３は、ｐ型非晶質Ｓｉ膜３ａ
（膜厚：２００Å）と第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂ（膜
厚：（２０００−ｘ）Å）と第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃ
（膜厚：ｘÅ）とｎ型非晶質Ｓｉ膜３ｄ（膜厚：１５０
Å）とを、透光性電極２側からこの順に積層した構成を
なす。これらの各非晶質Ｓｉ膜３ａ〜３ｄは、プラズマ
ＣＶＤ法により形成されており、その形成条件の一例を
下記表１に示す。
（膜厚：２００Å）と第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂ（膜
厚：（２０００−ｘ）Å）と第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃ
（膜厚：ｘÅ）とｎ型非晶質Ｓｉ膜３ｄ（膜厚：１５０
Å）とを、透光性電極２側からこの順に積層した構成を
なす。これらの各非晶質Ｓｉ膜３ａ〜３ｄは、プラズマ
ＣＶＤ法により形成されており、その形成条件の一例を
下記表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrosc
opy)による定量の結果、第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂにお
けるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以上であり、第２ｉ型非
晶質Ｓｉ膜３ｃにおけるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以下
であることを確認した。
opy)による定量の結果、第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂにお
けるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以上であり、第２ｉ型非
晶質Ｓｉ膜３ｃにおけるＣｌ量は３×１０16ｃｍ-1以下
であることを確認した。
【００１８】ＺｎＯ膜４は、光電変換層３の非晶質Ｓｉ
と背面電極５の金属との合金化を防ぐために設けられて
おり、スパッタ法で形成されていて、その膜厚は２５０
Åである。背面電極５は、例えばＡｇ膜にて構成され、
スパッタ法で形成されている。
と背面電極５の金属との合金化を防ぐために設けられて
おり、スパッタ法で形成されていて、その膜厚は２５０
Åである。背面電極５は、例えばＡｇ膜にて構成され、
スパッタ法で形成されている。
【００１９】このような構成を有する光電変換素子にお
いては、第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂに多量のＣｌが含ま
れており、光劣化後の変換効率を向上することができ
る。この第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂに含まれるＣｌは、
背面電極５側に向かって拡散することが考えられるが、
本発明では、Ｃｌを殆ど含まない第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜
３ｃを設けているので、そのＣｌの拡散はこの第２ｉ型
非晶質Ｓｉ膜３ｃにて抑止され、Ｃｌと背面電極５の金
属（Ａｇ）との化学反応は生じず、長期の信頼性を実現
できることになる。
いては、第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂに多量のＣｌが含ま
れており、光劣化後の変換効率を向上することができ
る。この第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂに含まれるＣｌは、
背面電極５側に向かって拡散することが考えられるが、
本発明では、Ｃｌを殆ど含まない第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜
３ｃを設けているので、そのＣｌの拡散はこの第２ｉ型
非晶質Ｓｉ膜３ｃにて抑止され、Ｃｌと背面電極５の金
属（Ａｇ）との化学反応は生じず、長期の信頼性を実現
できることになる。
【００２０】次に、このような長期信頼性を実現するた
めに必要である、言い換えるとＣｌの拡散を抑止できる
ために必要である第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃの膜厚（上
記ｘ）について説明する。
めに必要である、言い換えるとＣｌの拡散を抑止できる
ために必要である第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃの膜厚（上
記ｘ）について説明する。
【００２１】第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂ及び第２ｉ型非
晶質Ｓｉ膜３ｃの合計膜厚を２０００Åで一定とし、各
第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂ，第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃ
の膜厚を相対的に変化させて、上記のような図１に示す
構成の複数種（夫々ｘ＝５００Å，７００Å，１０００
Å，１２００Å，１５００Åとした５種類）のｐｉｎ型
太陽電池を作製し、それらの光電変換効率の経時変化を
測定した。なお、測定に際しては、２００℃で２時間ア
ニール処理を施して、光照射下に放置することで生じる
光劣化を回復させた後に測定を行った。
晶質Ｓｉ膜３ｃの合計膜厚を２０００Åで一定とし、各
第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｂ，第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３ｃ
の膜厚を相対的に変化させて、上記のような図１に示す
構成の複数種（夫々ｘ＝５００Å，７００Å，１０００
Å，１２００Å，１５００Åとした５種類）のｐｉｎ型
太陽電池を作製し、それらの光電変換効率の経時変化を
測定した。なお、測定に際しては、２００℃で２時間ア
ニール処理を施して、光照射下に放置することで生じる
光劣化を回復させた後に測定を行った。
【００２２】この測定結果を図２に示す。図２では、ア
ニール前における光電変換効率を１とした相対的な規格
化光電変換効率の値を縦軸に、経過期間を横軸にとっ
て、５種類のｐｉｎ型太陽電池の特性を夫々表してい
る。
ニール前における光電変換効率を１とした相対的な規格
化光電変換効率の値を縦軸に、経過期間を横軸にとっ
て、５種類のｐｉｎ型太陽電池の特性を夫々表してい
る。
【００２３】図２の結果から、第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜３
ｃの膜厚を１０００Å以上とすることにより、長期の信
頼性に優れたｐｉｎ型太陽電池が得られていることが分
かる。
ｃの膜厚を１０００Å以上とすることにより、長期の信
頼性に優れたｐｉｎ型太陽電池が得られていることが分
かる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明では、Ｃｌを所定量
以上含む透光性電極側の第１非晶質半導体膜と、Ｃｌが
所定量以下である背面電極側の２非晶質半導体膜とに
て、光電変換層を構成するようにしたので、第１非晶質
半導体膜に含まれるＣｌの背面電極への拡散が第２非晶
質半導体膜にて抑制され、Ｃｌが背面電極の金属と化学
反応を起こすことはなく、長期信頼性を実現することが
可能となる。
以上含む透光性電極側の第１非晶質半導体膜と、Ｃｌが
所定量以下である背面電極側の２非晶質半導体膜とに
て、光電変換層を構成するようにしたので、第１非晶質
半導体膜に含まれるＣｌの背面電極への拡散が第２非晶
質半導体膜にて抑制され、Ｃｌが背面電極の金属と化学
反応を起こすことはなく、長期信頼性を実現することが
可能となる。
【００２５】また、本発明では、第２非晶質半導体膜の
厚さを１０００Å以上とするようにしたので、背面電極
へのＣｌの拡散を完全に抑止できる。
厚さを１０００Å以上とするようにしたので、背面電極
へのＣｌの拡散を完全に抑止できる。
【００２６】更に、本発明では、第１非晶質半導体膜に
おけるＣｌ量を３×１０16ｃｍ-1以上とし、第２非晶質
半導体膜におけるＣｌ量を３×１０16ｃｍ-1以下とする
ようにしたので、光劣化の影響の抑制と長期信頼性とを
併せて実現できる。
おけるＣｌ量を３×１０16ｃｍ-1以上とし、第２非晶質
半導体膜におけるＣｌ量を３×１０16ｃｍ-1以下とする
ようにしたので、光劣化の影響の抑制と長期信頼性とを
併せて実現できる。
【図１】本発明の光電変換素子の実施の形態としてのｐ
ｉｎ型太陽電池の構成を示す図である。
ｉｎ型太陽電池の構成を示す図である。
【図２】第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜，第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜
の膜厚を異ならせた複数種のｐｉｎ型太陽電池における
光電変換効率の経時変化を示すグラフである。
の膜厚を異ならせた複数種のｐｉｎ型太陽電池における
光電変換効率の経時変化を示すグラフである。
１ ガラス基板 ２ 透光性電極 ３ 光電変換層 ３ａ ｐ型非晶質Ｓｉ膜 ３ｂ 第１ｉ型非晶質Ｓｉ膜 ３ｃ 第２ｉ型非晶質Ｓｉ膜 ３ｄ ｎ型非晶質Ｓｉ膜 ４ ＺｎＯ膜 ５ 背面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500132649 近藤 道雄 茨城県つくば市梅園１丁目１番１中央第２ 独立行政法人産業技術総合研究所内 (71)出願人 501035228 豊島 安健 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済産 業省産業技術総合研究所 電子技術総合研 究所内 (72)発明者 中島 武 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松田 彰久 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済産 業省産業技術総合研究所 電子技術総合研 究所内 (72)発明者 近藤 道雄 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済産 業省産業技術総合研究所 電子技術総合研 究所内 (72)発明者 豊島 安健 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済産 業省産業技術総合研究所 電子技術総合研 究所内 Ｆターム(参考） 5F051 AA05 BA11 CA03 CA07 CA15 CB15 CB24 DA04 FA02 FA03 FA06 FA15 GA03
Claims (3)
- 【請求項１】 透光性電極と背面電極との間に非晶質半
導体からなる光電変換層を備えた光電変換素子におい
て、前記光電変換層は、前記透光性電極側に設けられて
おり、Ｃｌを所定量以上含む第１非晶質半導体膜と、前
記背面電極側に設けられており、Ｃｌが前記所定量以下
である第２非晶質半導体膜とを有することを特徴とする
光電変換素子。 - 【請求項２】 前記第２非晶質半導体膜の厚さが１００
０Å以上である請求項１記載の光電変換素子。 - 【請求項３】 前記所定量が３×１０16ｃｍ-1である請
求項１または２記載の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001019286A JP2002222965A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001019286A JP2002222965A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002222965A true JP2002222965A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18885188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001019286A Pending JP2002222965A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002222965A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106587249A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-04-26 | 西安交通大学 | 一种叉指形有机污染物光降解器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63318166A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
| JPH03106079A (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
| JPH0548127A (ja) * | 1991-08-19 | 1993-02-26 | Showa Shell Sekiyu Kk | 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 |
| JPH07263734A (ja) * | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Canon Inc | 光起電力素子 |
-
2001
- 2001-01-26 JP JP2001019286A patent/JP2002222965A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63318166A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
| JPH03106079A (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
| JPH0548127A (ja) * | 1991-08-19 | 1993-02-26 | Showa Shell Sekiyu Kk | 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 |
| JPH07263734A (ja) * | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Canon Inc | 光起電力素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106587249A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-04-26 | 西安交通大学 | 一种叉指形有机污染物光降解器及其制备方法 |
| CN106587249B (zh) * | 2016-11-15 | 2019-06-11 | 西安交通大学 | 一种叉指形有机污染物光降解器及其制备方法 |
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