JP2614561B2 - Photovoltaic element - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質半導体と、単結
晶半導体若しくは多結晶半導体とによって形成される半
導体接合を備えたことを特徴とする光起電力素子に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device having a semiconductor junction formed by an amorphous semiconductor and a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年光起電力素子として薄膜半導体を材
料とした素子が活発に開発されている。2. Description of the Related Art In recent years, devices using thin film semiconductors as photovoltaic devices have been actively developed.
【0003】この半導体は薄膜状態で使用するものであ
ることから基本的に結晶状態は非晶質や多結晶状態の材
料を用いることになる。このことは、単結晶のような結
晶構造の秩序だった配列を必要としないため大面積化が
容易となり太陽電池のような光起電力素子の基本的条件
を十分満たし得るものである。[0003] Since this semiconductor is used in a thin film state, the crystalline state basically uses an amorphous or polycrystalline material. This does not require an ordered array of crystal structures such as a single crystal, so that the area can be easily increased and the basic conditions of a photovoltaic element such as a solar cell can be sufficiently satisfied.
【0004】しかしながら、その一方これら半導体は、
結晶構造が秩序だっていないことから結晶構造上の未結
合手を多量に含むこととなり、単結晶半導体と比較して
良質な材料とはいえない。However, these semiconductors, on the other hand,
Since the crystal structure is not ordered, it contains a large amount of dangling bonds in the crystal structure, and cannot be said to be a high quality material as compared with a single crystal semiconductor.
【0005】そこで、これら問題を解決するものとし
て、最近非晶質半導体と結晶系半導体とによって光活性
層を形成し光起電力素子とするものが提案されている。In order to solve these problems, there has recently been proposed a photovoltaic element in which a photoactive layer is formed from an amorphous semiconductor and a crystalline semiconductor.
【0006】図3(a)は、現在提案されている単結晶半
導体と非晶質半導体とによって構成される第1の従来例
である光起電力素子の素子構造図である。また同図中の
(b)はこの光起電力素子のバンドプロファイル図であ
る。図中の符号は同じ材料のものについては、同符号を
付している。FIG. 3A is a diagram showing a first conventional example of a photovoltaic element constituted by a single crystal semiconductor and an amorphous semiconductor, which is currently proposed. Also in the figure
(b) is a band profile diagram of the photovoltaic element. The same reference numerals in the figures denote the same materials.
【0007】なお、本明細書中で使用する従来例及び本
発明素子のバンドプロファイル図は、当該素子の特性等
を考慮して図式化したものであって、立証されたもので
はなく、説明を容易とするために採用しているものであ
る。[0007] The band profile diagrams of the conventional example and the device of the present invention used in the present specification are diagrammatically considered in consideration of the characteristics and the like of the device, and are not proved but are explained. This is adopted for ease of use.
【0008】図中の(31)は本光起電力素子の光入射側の
透明電極、(32)はp型非晶質シリコンからなる非晶質半
導体、(33)はn型の単結晶半導体、具体的には単結晶シ
リコンからなり、(34)は金属からなる裏面電極である。
この光起電力素子は、非晶質半導体(32)と単結晶半導体
(33)との間で1つの半導体接合を形成することになる。In the figure, (31) is a transparent electrode on the light incident side of the present photovoltaic element, (32) is an amorphous semiconductor made of p-type amorphous silicon, and (33) is an n-type single crystal semiconductor. Specifically, the back electrode is made of single crystal silicon, and (34) is a back electrode made of metal.
This photovoltaic element consists of an amorphous semiconductor (32) and a single crystal semiconductor.
One semiconductor junction is formed with (33).
【0009】また、同図に示すように単結晶シリコン(3
3)の光入射側の表面においては、入射する光のその表面
での反射による損失を低減するために凹凸形状(ハ)とな
るように加工している。Further, as shown in FIG.
The surface on the light incident side of 3) is processed to have an uneven shape (c) in order to reduce loss due to reflection of incident light on the surface.
【0010】斯る加工方法としては、単結晶半導体の表
面を当初、0.25モルの水酸化ナトリウム(液温度8
5℃)とイソプロピルアルコールに晒すことによりエッ
チングし、容易に所望の凹凸形状とすることができる。[0010] As such a processing method, the surface of a single crystal semiconductor is initially treated with 0.25 mol of sodium hydroxide (liquid temperature of 8%).
(5 ° C.) and exposure to isopropyl alcohol to easily form a desired uneven shape.
【0011】以下でその他の従来例、及び本発明素子に
おいても同様の方法による凹凸加工の処理を行ってい
る。In the following, the other conventional example and the element of the present invention are also subjected to unevenness processing by the same method.
【0012】同図(b)で示されるプロファイルによれ
ば、本光起電力素子はp型非晶質シリコン(32)とn型単
結晶シリコン(33)とで形成される内部電界(イ)(大きな
バンドの曲がり)によって入射した光を電子とホールと
に分離し取り出すことになる。According to the profile shown in FIG. 1B, this photovoltaic element has an internal electric field (A) formed of p-type amorphous silicon (32) and n-type single-crystal silicon (33). The incident light is separated into electrons and holes due to (bending of a large band) and is taken out.
【0013】斯る部分での光生成キャリアはこの内部電
界(イ)によるドリフトによる走行と、拡散による走行の
2つが寄与し効率的に外部に取り出せる。とりわけ、斯
る部分におけるキャリアの走行は前者のドリフトによる
走行が大きい。The photogenerated carriers in such a portion can be efficiently extracted to the outside by the two factors of the traveling due to the drift due to the internal electric field (a) and the traveling due to the diffusion. In particular, the carrier travels in such a portion largely due to the former drift.
【0014】ところが、同図(b)の(ロ)の部分、即ち単結
晶シリコンのバルクに相当する部分にあってはバンドの
曲がりがなくいわゆる内部電界は殆ど存在しない。した
がって、斯る部分においてはドリフトによる光生成キャ
リアの走行はなく拡散による走行のみによることとなる
ため、十分な光生成キャリアの外部取り出しは成し得な
い。However, in the portion (b) of FIG. 1B, that is, the portion corresponding to the bulk of single crystal silicon, there is no bending of the band and there is almost no internal electric field. Therefore, in such a portion, the photogenerated carriers do not travel due to the drift but only travel due to the diffusion, and thus sufficient external extraction of the photogenerated carriers cannot be achieved.
【0015】特に、拡散による場合にあっては光生成キ
ャリアの走行は電子、ホールいずれもが透明電極(31)方
向と裏面電極(34)方向のいずれに対しても均等に走行す
るものであることから、裏面電極内で光生成キャリアの
再結合が多発してしまう。In particular, in the case of diffusion, the photogenerated carriers travel in such a manner that both electrons and holes travel uniformly in both the direction of the transparent electrode (31) and the direction of the back electrode (34). Therefore, recombination of photogenerated carriers frequently occurs in the back electrode.
【0016】そこで、従来の斯様な場合の対策として、
図4に示すようなBSF(back surface field)構造を備
えた第2の従来例光起電力素子が試行されている。図中
の符号は、図3と同様の材料については、同符号を付し
ている。Therefore, as a conventional measure in such a case,
A second conventional photovoltaic element having a BSF (back surface field) structure as shown in FIG. 4 has been tried. The same reference numerals in the drawing denote the same materials as in FIG.
【0017】本素子の特徴とするところは、前述したバ
ルク(ロ)からの光生成キャリアの拡散による裏面電極(3
4)での再結合を防止するため、単結晶シリコン(33)と裏
面電極(34)の間にこの単結晶シリコン(33)とバンドギャ
ップの大きさの異なるn型の非晶質半導体(35)、具体的
には非晶質シリコンを介在せしめたことにある。The feature of this device is that the back electrode (3) is formed by the diffusion of photogenerated carriers from the bulk (b) described above.
In order to prevent recombination in 4), between the single crystal silicon (33) and the back electrode (34), the single crystal silicon (33) and the n-type amorphous semiconductor (35 ), Specifically, that amorphous silicon is interposed.
【0018】従って、本例では、非晶質半導体(32)と単
結晶半導体(33)との間で第1の半導体接合を、単結晶シ
リコン(33)と非晶質半導体(35)との間で第2の半導体接
合を形成することになる。Therefore, in the present embodiment, the first semiconductor junction between the amorphous semiconductor (32) and the single crystal semiconductor (33) is formed between the single crystal silicon (33) and the amorphous semiconductor (35). A second semiconductor junction is formed between them.
【0019】これにより、入射側から見て奥深くに在る
光生成キャリアのうち、ホールは、非晶質半導体(35)の
価電子帯の大きくつき出た部分(ニ)によって拡散するこ
とを妨げられ、一方電子は、非晶質半導体(35)が使用さ
れても導電帯へのつき出し部分(ホ)の程度ではほとんど
ブロックされないことから、第1の従来例と同様に容易
に裏面電極(34)に拡散し得、外部に取り出されることと
なる。As a result, of the photo-generated carriers that are deeper when viewed from the incident side, holes are prevented from being diffused by the largely protruding portion (d) of the valence band of the amorphous semiconductor (35). On the other hand, electrons are hardly blocked by the extent of the protruding portion (e) to the conductive band even when the amorphous semiconductor (35) is used. 34) and can be extracted outside.
【0020】このBSF構造による光起電力素子に関し
ては、例えば、「太陽光発電」p.396〜398,1980年(森
北出版)に詳細に記載されている。The photovoltaic element having the BSF structure is described in detail in, for example, "Solar Power Generation", pp. 396-398, 1980 (Moritakita Shuppan).
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】第2の従来例のような
n型非晶質シリコン(35)を設ける構造は、裏面電極(34)
での光生成キャリアの再結合を低減することに関して有
効であるが、その一方n型単結晶シリコン(33)と裏面電
極(34)との間にn型非晶質シリコン(35)を介在せしめる
ことは新たな界面をこのn型単結晶シリコン(33)とn型
非晶質シリコン(35)の間に形成することとなる。The structure in which the n-type amorphous silicon (35) is provided as in the second prior art is a back electrode (34).
Is effective in reducing the recombination of photogenerated carriers at the same time, while n-type amorphous silicon (35) is interposed between the n-type single crystal silicon (33) and the back electrode (34) This means that a new interface is formed between the n-type single crystal silicon (33) and the n-type amorphous silicon (35).
【0022】そして、この界面は結晶構造を異にするも
の同士によって形成されるものであることから、通常の
単結晶半導体同士によって形成される界面や、非晶質半
導体同士によって形成される界面とは異なり、結晶構造
の不整合に基づく多数の界面準位が発生してしまう。Since this interface is formed by ones having different crystal structures, the interface is formed by an interface formed by ordinary single crystal semiconductors or an interface formed by amorphous semiconductors. In contrast, a large number of interface states are generated based on the mismatch of the crystal structure.
【0023】更に加えて、非晶質半導体では、一般に導
電型決定不純物をドーピングすることによって、その膜
質は通常著しく劣化する。このことは、同時に導電型決
定不純物を含有する非晶質半導体、前述した従来例では
n型非晶質シリコン(35)を一方に使用する半導体接合に
あってはその導電型決定不純物に起因した界面準位の増
加をももたらし、前記光生成キャリアの再結合を増加さ
せてしまう。In addition, the film quality of an amorphous semiconductor is generally significantly deteriorated by doping with a conductivity type determining impurity. This is attributable to the conductivity-type-determining impurities in the case of a semiconductor junction using n-type amorphous silicon (35) as one of the amorphous semiconductors simultaneously containing the conductivity-type-determining impurities. This also results in an increase in the interface state, which increases the recombination of the photogenerated carriers.
【0024】従って、n型非晶質シリコン(35)を設ける
所謂BSF構造による光生成キャリアの再結合防止法は
利点と欠点を合わせ持つこととなり、従来例の如き構造
にあってはその機能を十分果たし得ず、むしろn型非晶
質シリコン(35)を設けるための製造面での煩雑さと比較
して、その効果は小さいものとなってしまっている。Therefore, the method of preventing recombination of photogenerated carriers by the so-called BSF structure in which the n-type amorphous silicon (35) is provided has both advantages and disadvantages. This effect cannot be sufficiently achieved, and the effect is small compared to the complicated manufacturing process for providing the n-type amorphous silicon (35).
【0025】斯る事情は、非晶質半導体と多結晶半導体
との間にあっても全く同様である。The same is true even between an amorphous semiconductor and a polycrystalline semiconductor.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】本発明光起電力素子の特
徴とするところは、互いに逆導電型の関係を有する非晶
質半導体と、結晶系半導体とから成る光入射側に配置さ
れた第1の半導体接合と、前記結晶系半導体と、該結晶
系半導体と同じ導電型の関係を有する非晶質半導体とか
ら成る光透過側に配置された第2の半導体接合とを具備
するとともに、前記第2の半導体接合の前記非晶質半導
体と前記結晶系半導体との間に水素を含有する真性非晶
質半導体を介在せしめたことにある。A feature of the photovoltaic element of the present invention is that a photovoltaic element arranged on the light incident side composed of an amorphous semiconductor having a reverse conductivity type and a crystalline semiconductor has a relation opposite to each other. And a second semiconductor junction disposed on the light transmission side, the second semiconductor junction comprising the crystalline semiconductor and an amorphous semiconductor having the same conductivity type as the crystalline semiconductor. An intrinsic amorphous semiconductor containing hydrogen is interposed between the amorphous semiconductor and the crystalline semiconductor of the second semiconductor junction.
【0027】[0027]
【作用】上記第2の半導体接合を構成する、同導電型の
関係を有する前記結晶系半導体と前記非晶質半導体との
間に水素を含有する真性非晶質半導体を介在せしめるこ
とにより、この第2の半導体接合における界面での光生
成キャリアの再結合を減少させ、光起電力素子の外部に
取り出しうる光生成キャリア数を増加させることとな
る。According to the present invention, an intrinsic amorphous semiconductor containing hydrogen is interposed between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor having the same conductivity type to constitute the second semiconductor junction. This reduces recombination of photogenerated carriers at the interface at the second semiconductor junction, and increases the number of photogenerated carriers that can be extracted to the outside of the photovoltaic element.
【0028】即ち、良質な膜質を有する真性非晶質半導
体を導電性の結晶系半導体と導電性の非晶質半導体との
間に介在せしめることによって、光生成キャリアの再結
合を抑制することが可能となる。That is, the recombination of photo-generated carriers can be suppressed by interposing an intrinsic amorphous semiconductor having a good film quality between the conductive crystalline semiconductor and the conductive amorphous semiconductor. It becomes possible.
【0029】また、この真性非晶質半導体として、7〜
30原子%以上の水素を含有せしめたものを使用するこ
とによって、素子形成中に、斯る水素が界面準位の未結
合手や、多結晶半導体にあっては粒界間に存する界面準
位を補償するように作用する。これにより光生成キャリ
アがさらに効率よく光起電力素子の外部に取り出すこと
ができる。Further, as the intrinsic amorphous semiconductor, 7 to
By using a material containing 30 atomic% or more of hydrogen, such a hydrogen is generated during the device formation by dangling bonds of interface states or in an interface state existing between grain boundaries in a polycrystalline semiconductor. Act to compensate for As a result, photogenerated carriers can be more efficiently taken out of the photovoltaic element.
【0030】[0030]
【実施例】図1(a)は、本発明光起電力素子の素子構造
断面図であり、又同図(b)はこの光起電力素子の内部電
界等を説明するためのバンドプロファイル図である。FIG. 1 (a) is a sectional view showing the structure of a photovoltaic device according to the present invention, and FIG. 1 (b) is a band profile diagram for explaining an internal electric field and the like of the photovoltaic device. is there.
【0031】図中の(1)は、光入射側の酸化インジュウ
ム錫、酸化錫、酸化亜鉛等からなる透明電極、(2)は非
晶質シリコンからなるp型の非晶質半導体(膜厚30〜
200Å)、(3)はn型の単結晶シリコンからなる単結
晶半導体(厚み0.1μm〜100μm)、(4)は本発
明の特徴である水素を含有した非晶質半導体、実施例で
は非晶質シリコン(膜厚20〜400Å)、(5)は非晶
質シリコンからなるn型の非晶質半導体(膜厚50〜1
000Å)、(6)はアルミニュウム、銀、チタン等の金
属からなる裏面電極である。In the figure, (1) is a transparent electrode made of indium tin oxide, tin oxide, zinc oxide or the like on the light incident side, and (2) is a p-type amorphous semiconductor made of amorphous silicon (film thickness). 30 ~
200 °), (3) is a single-crystal semiconductor (thickness: 0.1 μm to 100 μm) made of n-type single-crystal silicon, (4) is an amorphous semiconductor containing hydrogen, which is a feature of the present invention. (5) is an n-type amorphous semiconductor made of amorphous silicon (film thickness: 50 to 1 mm).
000 °) and (6) are back electrodes made of metals such as aluminum, silver and titanium.
【0032】本素子では、p型非晶質半導体(2)とn型
単結晶半導体(3)とによって第1の半導体接合が形成さ
れ、n型単結晶半導体(3)とn型非晶質半導体(5)にあっ
ては、非晶質半導体(4)を介して第2の半導体接合を形
成することとなる。In this device, a first semiconductor junction is formed by the p-type amorphous semiconductor (2) and the n-type single crystal semiconductor (3), and the n-type single crystal semiconductor (3) and the n-type amorphous semiconductor In the case of the semiconductor (5), a second semiconductor junction is formed via the amorphous semiconductor (4).
【0033】なお、本例では第1及び第2の半導体接合
を形成する材料して単結晶半導体(3)を使用したが、本
発明の作用効果はこの材料を多結晶半導体、具体的には
多結晶シリコンを使用した場合にあっても全く同様に得
られるものである。In this embodiment, the single-crystal semiconductor (3) is used as the material for forming the first and second semiconductor junctions. However, the operation and effect of the present invention are as follows. Even when polycrystalline silicon is used, it can be obtained in exactly the same manner.
【0034】水素を含有した非晶質半導体(4)以外は従
来周知の膜、あるいはバルクの半導体材料である。使用
した非晶質半導体(2)(4)(5)のプラズマCVD法による
形成の場合の代表的な諸条件を表1に示す。Except for the amorphous semiconductor (4) containing hydrogen, it is a conventionally known film or bulk semiconductor material. Table 1 shows typical conditions for forming the used amorphous semiconductors (2), (4) and (5) by the plasma CVD method.
【0035】[0035]
【表1】 [Table 1]
【0036】なお、表1に示した条件によって形成され
た水素を含有する非晶質シリコン(4)の水素含有量は7
〜30原子%であった。The hydrogen content of the amorphous silicon (4) containing hydrogen formed under the conditions shown in Table 1 is 7
-30 atomic%.
【0037】また、本発明の特徴である非晶質半導体
(4)は、本例で使用した非晶質シリコンに限られず、非
晶質シリコンカーバイド、非晶質シリコンゲルマニュー
ム、さらには非晶質シリコンナイトライドであってもよ
い。斯る膜を使用する場合のプロズマCVD法による代
表的な形成ガスとしては、非晶質シリコンカーバイドに
あってはシラン(SiH4)ガスとメタン(CH4)ガスを、 非晶
質シリコンゲルマニュームではシラン(SiH4)ガスとゲル
マン(GeH4)ガスを、さらに非晶質シリコンナイトライド
ではシラン(SiH4)ガスとアンモニア(NH3)ガスを使用す
る。An amorphous semiconductor which is a feature of the present invention
(4) is not limited to the amorphous silicon used in this example, but may be amorphous silicon carbide, amorphous silicon germanium, or even amorphous silicon nitride. As a typical forming gas by the plasma CVD method when using such a film, silane (SiH 4 ) gas and methane (CH 4 ) gas are used in amorphous silicon carbide, and amorphous silicon germanium is used in amorphous silicon germanium. Silane (SiH 4 ) gas and germane (GeH 4 ) gas are used, and silane (SiH 4 ) gas and ammonia (NH 3 ) gas are used for amorphous silicon nitride.
【0038】本光起電力素子における内部電界の様子を
同図(b)のバンドプロファイル図に従って説明すると、
まず光入射側のp型非晶質半導体(2)と単結晶半導体(3)
によって形成される大きな内部電界(イ)(図中の大きな
バンドの曲がり)と、単結晶半導体(3)とn型非晶質半
導体(5)によって真性非晶質半導体(4)を介在させつつ形
成される比較的小さな内部電界(ロ)とがある。この内部
電界(ロ)の部分は前述のBSF構造を成している。The state of the internal electric field in the photovoltaic device will be described with reference to the band profile diagram of FIG.
First, the p-type amorphous semiconductor (2) and the single crystal semiconductor (3) on the light incident side
A large internal electric field (a) (bending of a large band in the figure) formed by the single crystal semiconductor (3) and the n-type amorphous semiconductor (5) with the intrinsic amorphous semiconductor (4) interposed There is a relatively small internal electric field (b) that is formed. This portion of the internal electric field (b) has the above-mentioned BSF structure.
【0039】本発明によれば、真性非晶質半導体(4)を
介在せしめたことにより、単結晶半導体(3)とn型非晶
質半導体(5)との直接接触の場合に発生する界面準位が
大きく軽減される。According to the present invention, since the intrinsic amorphous semiconductor (4) is interposed, an interface generated in the case of direct contact between the single crystal semiconductor (3) and the n-type amorphous semiconductor (5) is obtained. The level is greatly reduced.
【0040】図2は前記本発明光起電力素子(21)の光感
度スペクトル図である。FIG. 2 is a photosensitivity spectrum diagram of the photovoltaic device (21) of the present invention.
【0041】なお、本素子の作成にあたっても、単結晶
半導体(3)の光入射面には光反射低減のための凹凸形状
を前述したと同様の方法によって設けられている。本例
における凹凸形状の高さの程度は、1〜10μmであ
る。When the present device is manufactured, the light incident surface of the single crystal semiconductor (3) is provided with a concave / convex shape for reducing light reflection by the same method as described above. In this example, the height of the uneven shape is 1 to 10 μm.
【0042】なお、図2中の(22)は従来の光起電力素子
で、本発明光起電力素子と比較して水素を含有した非晶
質シリコン(4)を具備しておらず、且つ素子表面に凹凸
形状を施していない構造である。(23)は素子表面に凹凸
形状は施されているものの本発明の特徴である非晶質シ
リコン(4)を備えておらず単結晶半導体(3)とn型非晶質
半導体(5)を直接接触させた従来の光起電力素子であ
る。Incidentally, (22) in FIG. 2 is a conventional photovoltaic element, which is not provided with amorphous silicon (4) containing hydrogen as compared with the photovoltaic element of the present invention, and This is a structure in which the surface of the element has no irregularities. (23) does not include amorphous silicon (4), which is a feature of the present invention, although the surface of the element is provided with an uneven shape, and a single crystal semiconductor (3) and an n-type amorphous semiconductor (5) are used. This is a conventional photovoltaic element in direct contact.
【0043】同図によれば、従来の光起電力素子(22)と
(23)とでは、表面に凹凸形状を備えることで光起電力素
子(23)の方が、600nmから1200nmの波長領域
で大きな光感度特性を示している。然し乍ら、本発明光
起電力素子(21)にあっては、この従来光起電力素子(23)
と比較してもさらに長波長光の領域で光感度特性が向上
している。According to the figure, the conventional photovoltaic element (22) and
In the case of (23), the photovoltaic element (23) shows larger photosensitivity characteristics in the wavelength region from 600 nm to 1200 nm due to the provision of the unevenness on the surface. However, in the photovoltaic element (21) of the present invention, the conventional photovoltaic element (23)
Compared to the above, the light sensitivity characteristics are further improved in the long wavelength light region.
【0044】特に、ここで注意すべきことは、本発明光
起電力素子(21)は、従来の光起電力素子(23)と比較して
短波長領域から800nm程度の長波長領域までの光感
度特性はほとんど同じレベルを維持したままの状態で、
尚且つ長波長光での光感度特性の向上が観測されること
である。In particular, it should be noted here that the photovoltaic device (21) of the present invention has a light wavelength ranging from a short wavelength region to a long wavelength region of about 800 nm as compared with the conventional photovoltaic device (23). While keeping the sensitivity characteristics almost the same level,
In addition, the improvement of the photosensitivity characteristics with long wavelength light is observed.
【0045】斯る結果は、本発明光起電力素子では、光
入射面から見て深い領域で吸収された光を効率よくキャ
リアとして取り出し得ていることを示すものである。These results indicate that, in the photovoltaic device of the present invention, light absorbed in a deep region as viewed from the light incident surface can be efficiently extracted as a carrier.
【0046】なお、本発明光起電力素子の説明で使用し
た実施例の素子構造にあっては、結晶構造の異なるもの
同士の接合としては上述した第2の半導体接合の他に、
第1の半導体接合がある。具体的にはp型非晶質半導体
(2)と単結晶半導体(3)とから成る半導体接合である。Incidentally, in the device structure of the embodiment used in the description of the photovoltaic device of the present invention, in addition to the above-described second semiconductor junction, those having different crystal structures may be used as junctions.
There is a first semiconductor junction. Specifically, a p-type amorphous semiconductor
This is a semiconductor junction composed of (2) and a single crystal semiconductor (3).
【0047】この接合部分においても第2の半導体接合
と同様の界面準位は生じるものの斯る部分にあっては、
内部電界(イ)が非常に大きなものであることから、本発
明で解決しようとしたキャリアの拡散現象による再結合
防止といった問題を余り考慮する必要はなく、その大き
な内部電界に基づくドリフトによって光生成キャリアの
ほとんどが外部に取り出すことができてしまうためであ
る。Although an interface level similar to that of the second semiconductor junction is generated in this junction, in such a portion,
Since the internal electric field (a) is very large, there is no need to consider the problem of preventing recombination due to the diffusion phenomenon of carriers, which was attempted by the present invention. This is because most of the carriers can be taken out to the outside.
【0048】尤も、この第1の半導体接合で生じる界面
準位での光生成キャリアの再結合をも十分に軽減するに
は、本発明で使用した真性非晶質半導体をp型非晶質半
導体(2)と単結晶半導体(3)との間に介在せしめることは
有効である。However, in order to sufficiently reduce the recombination of photogenerated carriers at the interface level generated at the first semiconductor junction, the intrinsic amorphous semiconductor used in the present invention must be a p-type amorphous semiconductor. It is effective to interpose between (2) and the single crystal semiconductor (3).
【0049】なお、本例では非晶質半導体として、プラ
ズマCVD法による形成方法を使用して説明したが本発
明光起電力素子においてはこれに限られるものではな
く、スパッタ法、蒸着法、さらには光CVD法によって
形成された非晶質半導体を使用しても全く同様の効果を
呈するものである。In the present embodiment, the amorphous semiconductor is formed by a plasma CVD method. However, the present invention is not limited to this. For example, a sputtering method, a vapor deposition method, Exhibits exactly the same effect even when an amorphous semiconductor formed by a photo-CVD method is used.
【0050】また、実施例では単結晶半導体として、n
型を使用したが本発明はこれに限られるものではなくp
型であってもよいことは言うまでもない。この場合にあ
っては、非晶質半導体(2)は、n型となり、非晶質半導
体(5)はp型とすればよい。In the embodiment, n is a single crystal semiconductor.
Although the type was used, the present invention is not limited to this.
Needless to say, it may be a type. In this case, the amorphous semiconductor (2) may be n-type, and the amorphous semiconductor (5) may be p-type.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明光起電力素子においては、同じ導
電型を有する結晶系半導体と非晶質半導体との間に水素
を含有する真性非晶質半導体を介在せしめることによっ
て、従来問題となる結晶系半導体と非晶質半導体との間
の界面準位を低減することが可能となり光起電力素子と
しての光生成キャリアの外部取り出しを効率的に行うこ
とが可能となる。In the photovoltaic device of the present invention, a conventional problem arises because an intrinsic amorphous semiconductor containing hydrogen is interposed between a crystalline semiconductor and an amorphous semiconductor having the same conductivity type. It is possible to reduce the interface state between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor, and it is possible to efficiently take out photogenerated carriers as a photovoltaic element from the outside.
【0052】従って、本素子によれば短波長光での光感
度を低下させることなくとりわけ長波長光の光感度特性
を向上させることができる。これにより、光起電力素子
の開放電圧、曲線因子が向上する。Therefore, according to the present device, it is possible to improve the light sensitivity characteristic of long-wavelength light without lowering the light sensitivity of short-wavelength light. Thereby, the open-circuit voltage and the fill factor of the photovoltaic element are improved.
【図1】本発明光起電力素子の実施例を説明するための
素子構造断面図と、バンドプロファイル図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a device structure and a band profile diagram for explaining an example of a photovoltaic device of the present invention.
【図2】前記光起電力素子の光感度スペクトル特性図で
ある。FIG. 2 is a light sensitivity spectrum characteristic diagram of the photovoltaic element.
【図3】第1の従来例光起電力素子を説明するための素
子構造断面図と、バンドプロファイル図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an element structure for explaining a first conventional example photovoltaic element and a band profile diagram.
【図4】第2の従来例光起電力素子を説明するための素
子構造断面図と、バンドプロファイル図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of an element structure for explaining a second conventional example of a photovoltaic element, and a band profile diagram.
(2)p型非晶質半導体 (3)n型単結晶半導
体 (4)水素を含有する非晶質半導体 (5)n型非晶質半導
体(2) p-type amorphous semiconductor (3) n-type single crystal semiconductor (4) hydrogen-containing amorphous semiconductor (5) n-type amorphous semiconductor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−130671(JP,A) 特開 平1−280367(JP,A) 特開 昭60−218880(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-130671 (JP, A) JP-A-1-280367 (JP, A) JP-A-60-218880 (JP, A)
Claims (1)
導体と、単結晶半導体若しくは多結晶半導体(以下、こ
れらを結晶系半導体と称する。)とから成る光入射側に
配置された第1の半導体接合と、前記結晶系半導体と、
該結晶系半導体と同じ導電型の関係を有する非晶質半導
体とから成る光透過側に配置された第2の半導体接合と
を具備するとともに、前記第2の半導体接合の前記非晶
質半導体と前記結晶系半導体との間に水素を含有する真
性非晶質半導体を介在せしめたことを特徴とする光起電
力素子。1. A first semiconductor device comprising: an amorphous semiconductor having a reverse conductivity type; and a single-crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor (hereinafter, referred to as a crystalline semiconductor). Semiconductor junction, and the crystalline semiconductor,
A second semiconductor junction disposed on the light transmitting side, the second semiconductor junction comprising an amorphous semiconductor having the same conductivity type as the crystalline semiconductor; and the second semiconductor junction of the second semiconductor junction A photovoltaic element, wherein an intrinsic amorphous semiconductor containing hydrogen is interposed between the crystalline semiconductor and the crystalline semiconductor.
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