JP2710246B2 - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JP2710246B2
JP2710246B2 JP3036626A JP3662691A JP2710246B2 JP 2710246 B2 JP2710246 B2 JP 2710246B2 JP 3036626 A JP3036626 A JP 3036626A JP 3662691 A JP3662691 A JP 3662691A JP 2710246 B2 JP2710246 B2 JP 2710246B2
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solar cell
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子に係り、
特に光電変換効率が高く、高信頼性の、太陽電池などに
用いられ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,
In particular, the present invention relates to a photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency and high reliability and used for a solar cell or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である太陽電池は、電卓、腕時計など民生用の
小電力用電源として広く応用されており、また、従来、
石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替用電力として
実用化可能な技術として注目されている。太陽電池は半
導体のpn接合の光起電力を利用した技術であり、シリ
コンなどの半導体が太陽光を吸収し電子と正孔の光キャ
リヤーを生成し、該光キャリヤーをpn接合部の内部電
界に依りドリフトさせ、外部に取り出すものである。こ
の様な太陽電池の作製方法としては、ほぼ半導体プロセ
スを用いることにより行われる。具体的には、cz法な
どの結晶成長法によりp型、あるいはn型に価電子制御
したシリコンの単結晶を作製し、該単結晶をスライスし
て約300μmの厚みのシリコンウエハーを作る。さら
に前記ウエハーの導電型と反対の導電型となるように価
電子制御剤を拡散などの適当な手段により、異種の導電
型の層を形成することでpn接合を作るものである。
2. Description of the Related Art Solar cells, which are photoelectric conversion elements that convert sunlight into electric energy, have been widely applied as small power sources for consumer use such as calculators and wristwatches.
It is attracting attention as a technology that can be put to practical use as a substitute for fossil fuels such as oil and coal. A solar cell is a technology that utilizes the photovoltaic power of a pn junction of a semiconductor. A semiconductor such as silicon absorbs sunlight to generate photocarriers of electrons and holes, and the photocarriers are converted into an electric field inside the pn junction. It drifts out and is taken out. Such a method for manufacturing a solar cell is generally performed by using a semiconductor process. Specifically, a single crystal of silicon whose valence electrons are controlled to p-type or n-type is formed by a crystal growth method such as the cz method, and the single crystal is sliced to form a silicon wafer having a thickness of about 300 μm. Further, a pn junction is formed by forming a layer of a different conductivity type by an appropriate means such as diffusion of a valence electron controlling agent so as to have a conductivity type opposite to the conductivity type of the wafer.

【0003】ところで、信頼性や、変換効率の観点か
ら、現在、主に実用化されている太陽電池には、単結晶
シリコンが使われているが、上述のように太陽電池作製
は半導体プロセスを用いるため生産コストは高いものと
なっている。
[0003] From the viewpoints of reliability and conversion efficiency, single-crystal silicon is used in solar cells that are currently mainly put to practical use, but as described above, solar cell fabrication involves a semiconductor process. Production costs are high due to use.

【0004】単結晶シリコン太陽電池の他の欠点は、単
結晶シリコンは間接遷移であるため光吸収係数が小さ
く、単結晶の太陽電池は入射太陽光を吸収するために少
なくとも50ミクロンの厚さにしなければならないこと
や、バンドギャップが約1.1eVであり太陽電池とし
て好適な1.5eVよりも狭いため長波長成分を有効に
利用できないことである。また、仮に、多結晶シリコン
を用いて生産コストを下げたとしても、間接遷移の問題
は残り、太陽電池の厚さを減らすことはできない。さら
に多結晶シリコンには粒界その他の問題を合わせ持って
いる。
Another disadvantage of single crystal silicon solar cells is that single crystal silicon has a low light absorption coefficient due to indirect transitions, and single crystal solar cells must be at least 50 microns thick to absorb incident sunlight. That is, the band gap is about 1.1 eV, which is narrower than 1.5 eV which is suitable for a solar cell, so that a long wavelength component cannot be used effectively. Also, even if the production cost is reduced by using polycrystalline silicon, the problem of indirect transition remains, and the thickness of the solar cell cannot be reduced. Polycrystalline silicon also has grain boundaries and other problems.

【0005】更に、結晶質であるがために面積の大きな
ウエハーは製造できず大面積化が困難であり、大きな電
力を取り出す場合には単位素子を直列化あるいは、並列
化をするための配線を行なわなければならないことや、
屋外で使用する際に太陽電池を様々な気象条件によりも
たらされる機械的損傷から保護するため、高価な実装が
必要になることなどから、単位発電量に対する生産コス
トが既存の発電方法に比べて割高になってしまうという
問題がある。このような事情から太陽電池の電力用とし
ての実用化を進めるに当たって、低コスト化及び大面積
化が重要な技術的課題であり、様々な検討がなされてお
り、コストの安い材料、変換効率の高い材料などの材料
の探求が行なわれてきたがこのような太陽電池の材料と
しては、非結晶質シリコン、非結晶質シリコンゲルマニ
ュウム、非結晶質炭化珪素などのテトラへドラル系の非
晶質半導体や、CdS,Cu2 SなどのII−VI族やGa
As,GaAlAsなどのIII −V族の化合物半導体等
が挙げられる。とりわけ、非晶質半導体を光起電力発生
層に用いた薄膜太陽電池は、単結晶太陽電池に比較して
大面積の膜が作製できることや、膜厚が薄くて済むこ
と、任意の基板材料に堆積できることなどの長所があり
有望視されている。
Further, a large-area wafer cannot be manufactured due to the crystalline nature, and it is difficult to increase the area. If a large amount of power is to be taken out, wiring for serializing or parallelizing the unit elements must be provided. What you have to do,
Production costs per unit power generation are higher than existing power generation methods, as expensive solar cell installations are required to protect solar cells from mechanical damage caused by various weather conditions when used outdoors. There is a problem that it becomes. Under these circumstances, in promoting the practical use of solar cells for electric power, cost reduction and large area are important technical issues, and various studies have been made. Exploration of materials such as high-quality materials has been conducted, but such materials for solar cells include tetrahedral amorphous semiconductors such as amorphous silicon, amorphous silicon germanium, and amorphous silicon carbide. And II-VI group such as CdS and Cu 2 S, and Ga
Group III-V compound semiconductors such as As and GaAlAs are exemplified. In particular, a thin-film solar cell using an amorphous semiconductor for the photovoltaic power generation layer can produce a large-area film compared to a single-crystal solar cell, can have a small thickness, and can be used for any substrate material. It has advantages such as being able to be deposited and is considered promising.

【0006】しかしながら、上記非晶質半導体を用いた
太陽電池は、電力用素子としては光電変換効率の向上、
信頼性の向上の面で問題が残っている。
However, a solar cell using the above amorphous semiconductor has improved photoelectric conversion efficiency as a power element.
Problems remain in terms of improving reliability.

【0007】非晶質半導体を用いた太陽電池の光電変換
効率の向上の手段としては、例えば、バンドギャップを
狭くして長波長の光に対する感度を増加することが行わ
れている。即ち、非晶質シリコンは、バンドギャップが
約1.7eV位であるため約700ナノメーター以上の
長波長の光は吸収できず、有効に利用できないため、長
波長光に感度のある、バンドギャップが狭い材料を用い
ることが検討されている。この様な材料としては成膜時
のシリコン原料ガスとゲルマニューム原料ガスの比を変
えることで容易にバンドギャップを1.3eV位から
1.7eV位まで任意に変化できる非晶質シリコンゲル
マニュームが挙げられる。
As a means for improving the photoelectric conversion efficiency of a solar cell using an amorphous semiconductor, for example, a method of narrowing the band gap to increase the sensitivity to long-wavelength light has been performed. That is, since amorphous silicon has a band gap of about 1.7 eV, it cannot absorb light having a long wavelength of about 700 nm or more and cannot be used effectively. The use of a material having a small width is being studied. As such a material, there is an amorphous silicon germanium that can easily change the band gap from 1.3 eV to 1.7 eV easily by changing the ratio between the silicon source gas and the germanium source gas during film formation. .

【0008】また、太陽電池の変換効率を向上させる他
の方法として単位素子構造の太陽電池を複数積層するい
わゆるタンデムセルを用いることが米国特許2,94
9,498号明細書に開示されている。このタンデムセ
ルにはpn接合結晶半導体が用いられたがその思想は非
晶質あるいは結晶質いずれにも共通するものであり、太
陽光スペクトルを、異なるバンドギャップの光起電力素
子により効率よく吸収させ、Vocを増大させる事によ
り発電効率を向上させるものであった。
Another method for improving the conversion efficiency of a solar cell is to use a so-called tandem cell in which a plurality of solar cells having a unit element structure are stacked.
9,498. Although a pn junction crystal semiconductor was used for this tandem cell, the idea is common to both amorphous and crystalline semiconductors, and the solar spectrum was efficiently absorbed by photovoltaic elements having different band gaps. , Voc to increase the power generation efficiency.

【0009】タンデムセルは、異なるバンドギャップの
素子を積層し太陽光線のスぺクトルの各部分を効率よく
吸収することにより変換効率を向上させるものであり積
層する素子の光入射側に位置するいわゆるトップ層のバ
ンドギャップよりも該トップ層の下に位置するいわゆる
ボトム層のバンドギャップが狭くなる様に設計される。
これに対して浜川らは同じバンドギャップの非晶質シリ
コンを光起電力素子間に絶縁層を持たない形で多重積層
し素子全体のVocを増加させるいわゆるカスケード型
電池を報告している。この方法では同じバンドギャップ
の非晶質シリコン材料から作られる単位素子を積層する
方法である。
A tandem cell is a device in which devices having different band gaps are stacked and the conversion efficiency is improved by efficiently absorbing each part of the solar spectrum, and a so-called so-called tandem cell located on the light incident side of the stacked devices. The band gap of the so-called bottom layer located below the top layer is designed to be narrower than the band gap of the top layer.
On the other hand, Hamakawa et al. Report a so-called cascade type battery in which amorphous silicon having the same band gap is multi-layered without an insulating layer between photovoltaic elements to increase Voc of the entire element. In this method, unit elements made of an amorphous silicon material having the same band gap are stacked.

【0010】非晶質シリコンゲルマニュームはバンドギ
ャップが狭く長波長の光に対し感度が優れているため上
述したタンデムセルのボトム層として好適な材料として
用いられる。
Amorphous silicon germanium is used as a suitable material for the bottom layer of the above-described tandem cell because of its narrow band gap and excellent sensitivity to long-wavelength light.

【0011】ところで、このように長波長感度を向上さ
せ、また、タンデムセルのボトム層としても応用可能な
非晶質シリコンゲルマニュームは、一般的に膜質に於い
ては非晶質シリコンよりも劣り太陽電池を作製した場合
も変換効率が低いという欠点がある。この原因はバンド
ギャップ内の局在準位が非晶質シリコンに比べて多いた
めである。このため、バンドギャップ内準位を減らして
膜質を向上させるための研究開発が行なわれているが、
例えば、活性化されたフッ素原子を用いて非晶質シリコ
ンゲルマニューム中のダングリングボンドの補償を行な
い局在準位密度を低減した非晶質シリコンゲルマニュー
ムが、特公昭63−48197号明細書等に開示されて
いる。
By the way, amorphous silicon germanium which can improve the long-wavelength sensitivity and can also be used as a bottom layer of a tandem cell is generally inferior in film quality to amorphous silicon. Even when a battery is manufactured, there is a disadvantage that the conversion efficiency is low. This is because the number of localized levels in the band gap is larger than that in amorphous silicon. For this reason, research and development are being conducted to improve the film quality by reducing the level in the band gap.
For example, an amorphous silicon germanium in which the dangling bonds in the amorphous silicon germanium are compensated for by using activated fluorine atoms to reduce the localized level density is disclosed in JP-B-63-48197. It has been disclosed.

【0012】一方、上述のような膜質の本質的な向上以
外の方法で非晶質シリコンゲルマニューム太陽電池特性
の向上が検討されている。その一例としてp型半導体及
び/またはn型半導体とi型半導体層との接合界面に於
てバンド幅の傾斜を持たせるいわゆるバッファ層を用い
る方法が米国特許第4,254,429号、米国特許第
4,377,723号に開示されている。該バッファ層
の目的は非晶質シリコンによって作製されるp型半導体
またはn型半導体と非晶質シリコンゲルマニュームで作
製されるi型半導体との接合界面には、格子定数の違い
により多数の準位が生成されるために接合界面に非晶質
シリコンを用いることにより準位を無くして接合を良く
しキャリアの走行性を損なわないようにしてVocを向
上させることにある。
On the other hand, improvement of the characteristics of the amorphous silicon germanium solar cell has been studied by a method other than the above-described improvement of the film quality. As an example, US Pat. No. 4,254,429 and US Pat. No. 4,254,429 disclose a method using a so-called buffer layer having a bandwidth gradient at a junction interface between a p-type semiconductor and / or an n-type semiconductor and an i-type semiconductor layer. No. 4,377,723. The purpose of the buffer layer is to provide a large number of levels at the junction interface between a p-type semiconductor or n-type semiconductor made of amorphous silicon and an i-type semiconductor made of amorphous silicon germanium due to a difference in lattice constant. The purpose of the present invention is to improve the Voc by using amorphous silicon at the bonding interface to eliminate the level and improve the bonding and not to impair the traveling property of the carrier.

【0013】さらに、他の方法として、シリコンとゲル
マニュームの組成比を変化させることによりイントリン
ジック層中に組成の分布を設け特性を向上させるいわゆ
る傾斜層を設ける方法が開示されている。
Further, as another method, there is disclosed a method of providing a so-called gradient layer for changing the composition ratio of silicon and germanium to thereby distribute the composition in the intrinsic layer and improve the characteristics.

【0014】例えば、米国特許第4,816,082号
に依れば、光入射側の第1の価電子制御された半導体層
に接する部分のi層のバンドギャップを広くし、中央部
に向かうに従い徐々にバンドギャップを狭くし、更に、
第2の価電子制御された半導体層に向かうに従い徐々に
バンドギャップを広くしていく方法が開示されている。
該方法に依れば、光により発生したキャリヤーは、内部
電界の働きにより、効率良く分離でき膜特性が向上す
る。
For example, according to US Pat. No. 4,816,082, the band gap of the i-layer in contact with the first valence-electron-controlled semiconductor layer on the light incident side is widened toward the center. Gradually narrow the band gap according to
A method is disclosed in which the band gap is gradually widened toward the second valence electron controlled semiconductor layer.
According to this method, the carrier generated by light can be efficiently separated by the action of the internal electric field, and the film characteristics are improved.

【0015】ところで、非晶質半導体を用いた太陽電池
の他の問題点は、光照射により変換効率が低下すること
である。これは、非晶質シリコン及び非晶質シリコンゲ
ルマニュームは光照射により膜質が低下してしまい、こ
のためキャリヤーの走行性が悪くなることにより引き起
こされるものであり、結晶系には見られない、非晶質半
導体特有の現象である。そのため電力用途に用いる場
合、信頼性が劣り、実用化の障害となっているのが実状
である。非晶質半導体の光劣化の改善は、鋭意研究がな
されているが、膜質を改善することにより光劣化を防止
する検討がされている一方、セル構造の改良による光劣
化の低減も検討されている。この様な方法の具体例とし
て、上述したタンデムセル構造を用いることは有効な手
段であり、イントリンジック層を薄くしキャリヤーの走
行距離を短くすることにより、光照射によるセル特性の
低下が少なくなることが確認されている。
Another problem of a solar cell using an amorphous semiconductor is that the conversion efficiency is reduced by light irradiation. This is caused by the fact that the film quality of amorphous silicon and amorphous silicon germanium is deteriorated by light irradiation, and therefore, the mobility of the carrier is deteriorated. This is a phenomenon peculiar to a crystalline semiconductor. Therefore, when it is used for electric power, the reliability is inferior and it is an obstacle to practical use. Despite extensive research into improving photodeterioration of amorphous semiconductors, studies have been made to prevent photodeterioration by improving the film quality, while reducing photodegradation by improving the cell structure has also been studied. I have. As a specific example of such a method, the use of the above-described tandem cell structure is an effective means, and by reducing the thickness of the intrinsic layer and the traveling distance of the carrier, the cell characteristics are less likely to be degraded by light irradiation. Has been confirmed to be.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記非晶質太陽電池に於いては、結晶系シリコン太陽電池
に比べ膜質が劣るため変換効率が充分ではなく、1ワッ
ト当りの発電コストは既存の原子力、火力、水力発電等
よりも高いものとなっている。非晶質シリコン系の太陽
電池が既存の発電方法と伍して電力用途に用いられるた
めには変換効率をさらに向上させることが求められてい
る。
However, in the above-mentioned amorphous solar cell, the conversion efficiency is not sufficient because the film quality is inferior to that of the crystalline silicon solar cell, and the power generation cost per watt is lower than that of the existing nuclear solar cell. , Thermal power, hydroelectric power, etc. In order for amorphous silicon-based solar cells to be used for power applications in line with existing power generation methods, it is required to further improve the conversion efficiency.

【0017】更に、上述したように光劣化のメカニズム
の解明及び光劣化防止の検討が続けられているにもかか
わらず光劣化の問題は完全には解決できておらず、非晶
質シリコン系の太陽電池は更に信頼性が求められてい
る。上述したスタックセルによる劣化防止の方法に於て
はイントリンジック層を薄くすることにより光起電力素
子の全体の光吸収量が減少するために、光劣化防止とし
ては効果的となり得るものの初期光起電力特性は減少し
てしまうため、信頼性が高く、かつ高効率という要求を
両立する太陽電池は実現できていないのが現状である。
Further, as described above, although the mechanism of photodeterioration has been elucidated and studies on prevention of photodeterioration have been continued, the problem of photodeterioration has not been completely solved. Solar cells are required to have higher reliability. In the above-described method for preventing deterioration by the stack cell, the thinning of the intrinsic layer reduces the total amount of light absorbed by the photovoltaic element. Since the electromotive force characteristic is reduced, a solar cell satisfying both requirements of high reliability and high efficiency has not been realized at present.

【0018】本発明の目的は、上述した問題点を解決
し、信頼性が高くかつ光電変換効率の高い太陽電池等に
用いられる光起電力素子を提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a photovoltaic element used for a solar cell or the like having high reliability and high photoelectric conversion efficiency.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題点を克服し、光劣化が少なく、且つ、変換効率の高
い太陽電池を鋭意検討した結果、成膜に用いるシリコン
系ガスとゲルマニューム系ガスの化学量比を制御するこ
とで連続光照射に対して導電率および膜中の欠陥の増加
が極めて少ない良質の膜が得られると言う知見を得、さ
らに非晶質シリコンゲルマニューム領域中の膜厚方向に
対するシリコンとゲルマニュームの組成比を制御するこ
とにより初期効率の高い太陽電池が得られるという知見
を得た。本発明は該知見に基いて更なる研究を行ない、
光起電力素子に適用し、完成するに至ったものであり、
本発明の骨子とするところは、非晶質シリコンゲルマニ
ュームを構成材料とし、ゲルマニューム原子量が層厚方
向内部で高くP型及びN型半導体層側で低くなるように
層厚方向に連続して変化しているI型半導体層を有する
pin型の光起電力素子において、 前記I型半導体層と
前記P型半導体層との間及び前記I型半導体層と前記N
型半導体層との間に非晶質シリコンからなるI型半導体
のバッファ層を設け、 前記I型半導体層は、前記バッフ
ァ層との界面側においてゲルマニューム原子量が20原
子%以上であり、且つ該I型半導体層の層厚方向内部の
ゲルマニューム原子量が最大となる部分のゲルマニュー
ム原子量が70原子%以下であるようにしたことであ
る。また、前記バッファ層の厚みを50から1000オ
ングストロームとすることで好適な構成となる。さら
に、本発明はpin型の単位素子構造を2つ以上積層す
る積層型光起電力素子に応用することも可能である。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have overcome the above-mentioned problems, and have studied diligently for a solar cell with low light degradation and high conversion efficiency. By controlling the stoichiometric ratio of the germanium-based gas, it was found that a high-quality film with very little increase in conductivity and defects in the film could be obtained by continuous light irradiation. It was found that by controlling the composition ratio of silicon and germanium in the film thickness direction, a solar cell with high initial efficiency can be obtained. The present invention conducts further research based on the findings,
It was applied to a photovoltaic element and completed.
The gist of the present invention is amorphous silicon germanium.
With germanium atomic weight as the thickness
So that it is higher on the inside and lower on the P-type and N-type semiconductor layers.
Having an I-type semiconductor layer that changes continuously in the layer thickness direction
In the pin-type photovoltaic element, the I-type semiconductor layer
Between the P-type semiconductor layer and between the I-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer.
Type semiconductor made of amorphous silicon between the semiconductor layer
Buffer layer, and the I-type semiconductor layer includes the buffer layer.
Germanium atomic weight of 20
% Or more and in the thickness direction of the I-type semiconductor layer.
The germanium at the part where the germanium atomic weight is the largest
That the atomic weight of the system is 70 atomic% or less.
You. Further, the thickness of the buffer layer is set to 50 to 1000
In this case, a preferable configuration can be obtained by using the ungstrom. Further
According to the present invention, two or more pin-type unit element structures are stacked.
It can also be applied to a stacked photovoltaic element.

【0020】以下に、図面を用いて本発明について詳細
に説明するが、本発明の光起電力素子はこれにより何ら
限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the photovoltaic device of the present invention is not limited thereto.

【0021】まず、本発明の説明に先だって本発明の光
起電力素子を応用するに好適なpin型非晶質太陽電池
について説明する。
First, prior to the description of the present invention, a pin type amorphous solar cell suitable for applying the photovoltaic device of the present invention will be described.

【0022】図6〜図9は、本発明の光起電力素子を応
用するに好適なpin型非晶質太陽電池を模式的に表わ
したものである。
FIGS. 6 to 9 schematically show a pin type amorphous solar cell suitable for applying the photovoltaic device of the present invention.

【0023】なお、各実施例において、同一構成部材に
ついては同一符号を付する。
In each embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals.

【0024】図6は光が図の上部から入射する構造の太
陽電池で有り、図に於いて300は太陽電池本体、30
1は基板、302は下部電極、303はn型半導体層
(以下、n層という)、304はi型半導体層(以下、
i層という)、305はp型半導体層(以下、p層とい
う)、306は上部電極、307は集電電極を表わす。
図7は基板301が透明であり、光が図の下部から入射
する構造の太陽電池を示す。したがって、下部電極30
2、n層303、i層304、p層305、上部電極3
06の配置は図6に示したものと逆になっている。30
0´は太陽電池本体を示す。
FIG. 6 shows a solar cell having a structure in which light is incident from the upper part of the figure.
1 is a substrate, 302 is a lower electrode, 303 is an n-type semiconductor layer (hereinafter, referred to as an n-layer), and 304 is an i-type semiconductor layer (hereinafter, referred to as an n-type semiconductor layer).
305, a p-type semiconductor layer (hereinafter, referred to as a p-layer); 306, an upper electrode; and 307, a current collecting electrode.
FIG. 7 shows a solar cell in which the substrate 301 is transparent and light enters from the bottom of the figure. Therefore, the lower electrode 30
2, n layer 303, i layer 304, p layer 305, upper electrode 3
The arrangement of 06 is opposite to that shown in FIG. 30
0 'indicates a solar cell main body.

【0025】図8は図6を2層積層した構造の太陽電池
で有り、図に於いて310は太陽電池本体、308およ
び309は太陽電池の単位素子を表わし、303,31
3はn層、304,314はi層、305,315はp
層を表わす。図9は図6を3層積層した構造の太陽電池
で有り、図に於いて312は太陽電池本体、308,3
11、および309は太陽電池の単位素子を表わし、3
03,313,323はn層、304,314,324
はi層、305,315,325はp層を表わす。な
お、いずれの光起電力素子に於いてもn層とp層とは目
的に応じて各層の積層順を入れかえて使用することもで
きる。以下、これらの光起電力素子の構成について説明
する。
FIG. 8 shows a solar cell having a structure in which two layers of FIG. 6 are laminated. In FIG. 8, reference numeral 310 denotes a solar cell body, 308 and 309 denote solar cell unit elements, and 303 and 31.
3 is an n layer, 304 and 314 are i layers, and 305 and 315 are p layers.
Represents a layer. FIG. 9 shows a solar cell having a structure in which three layers of FIG. 6 are laminated. In the figure, reference numeral 312 denotes a solar cell main body;
11 and 309 represent unit elements of the solar cell, and 3
03, 313, 323 are n layers, 304, 314, 324
Represents an i-layer, and 305, 315, and 325 represent a p-layer. In any of the photovoltaic elements, the n-layer and the p-layer can be used by changing the order of lamination according to the purpose. Hereinafter, the configurations of these photovoltaic elements will be described.

【0026】(基板)半導体層303,304,305
は高々1μm程度の薄膜であるため適当な基板上に堆積
される。このような基板301としては、単結晶質もし
くは非単結晶質のものであってもよく、さらにそれらは
導電性のものであっても、また電気絶縁性のものであっ
てもよい。さらには、それらは透光性のものであって
も、また非透光性のものであってもよいが、変形、歪み
が少なく、所望の強度を有するものであることが好まし
い。具体的にはFe,Ni,Cr,Al,Mo,Au,
Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pb等の金属またはこれ
らの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその
複合体、及びポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボ
ネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ
塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ
アミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフ
ィルムまたはシート又はこれらとガラスファイバー、カ
ーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との
複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面
に異種材質の金属薄膜及び/またはSiO2 ,Si3
4 ,Al23,AlN等の絶縁性薄膜をスパッタ法、
蒸着法、鍍金法により表面コーティング処理を行ったも
のおよび、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。
(Substrate) Semiconductor layers 303, 304, 305
Is a thin film of at most about 1 μm, and is deposited on a suitable substrate. Such a substrate 301 may be a single-crystal or non-single-crystal substrate, and may be a conductive or electrically insulating substrate. Further, they may be light-transmitting or non-light-transmitting, but preferably have a small amount of deformation and distortion and a desired strength. Specifically, Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au,
Metals such as Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb or alloys thereof, for example, thin plates such as brass and stainless steel and composites thereof, and polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinyl chloride Films or sheets of heat-resistant synthetic resins such as vinylidene, polystyrene, polyamide, polyimide, epoxy or composites of these with glass fibers, carbon fibers, boron fibers, metal fibers, etc., and thin plates of these metals, resin sheets, etc. Metal thin films of different materials and / or SiO 2 , Si 3 N on the surface
4 , an insulating thin film such as Al 2 O 3 or AlN is sputtered,
Examples thereof include those subjected to a surface coating treatment by a vapor deposition method and a plating method, and glass and ceramics.

【0027】前記基板を太陽電池用の基板として用いる
場合には、該帯状基板が金属等の電気導電性である場合
には直接電流取り出し用の電極としても良いし、合成樹
脂等の電気絶縁性である場合には堆積膜の形成される側
の表面にAl,Ag,Pt,Au,Ni,Ti,Mo,
W,Fe,V,Cr,Cu,ステンレス,真ちゅう,ニ
クロム,SnO2 ,In23 ,ZnO,ITO等のい
わゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物(TC
O)を鍍金、蒸着、スパッタ等の方法であらかじめ表面
処理を行って電流取り出し用の電極を形成しておくこと
が望ましい。
When the substrate is used as a substrate for a solar cell, if the substrate is electrically conductive such as a metal, it may be used as an electrode for direct current extraction, or an electrically insulating material such as synthetic resin. , Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo,
W, Fe, V, Cr, Cu, stainless steel, brass, nichrome, SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, ITO and other so-called simple metals or alloys, and transparent conductive oxides (TC
It is desirable that O) be subjected to a surface treatment in advance by plating, vapor deposition, sputtering, or the like to form an electrode for extracting current.

【0028】勿論、前記帯状基板が金属等の電気導電性
のものであっても、長波長光の基板表面上での反射率を
向上させたり、基板材質と堆積膜との間での構成元素の
相互拡散を防止する等の目的で異種の金属層等を前記基
板上の堆積膜が形成される側に設けても良い。又、前記
基板が比較的透明であって、該基板の側から光入射を行
う層構成の太陽電池とする場合には前記透明導電性酸化
物や金属薄膜等の導電性薄膜をあらかじめ堆積形成して
おくことが望ましい。
Of course, even if the strip-shaped substrate is made of an electrically conductive material such as a metal, the reflectance of long-wavelength light on the substrate surface can be improved, or the constituent elements between the substrate material and the deposited film can be improved. A different kind of metal layer or the like may be provided on the side of the substrate on which the deposited film is formed, for the purpose of preventing mutual diffusion of the metal. When the substrate is relatively transparent and a solar cell having a layer configuration in which light is incident from the side of the substrate, a conductive thin film such as the transparent conductive oxide or a metal thin film is deposited and formed in advance. It is desirable to keep.

【0029】また、前記基板の表面性としてはいわゆる
平滑面であっても、微小の凹凸面であっても良い。
The surface of the substrate may be a so-called smooth surface or a fine uneven surface.

【0030】微小の凹凸面とする場合にはその凹凸形状
は球状、円錐状、角錐状等であって、且つその最大高さ
(Rmax )が好ましくは500Å乃至5000Åとする
ことにより、該表面での光反射が乱反射となり、該表面
での反射光の光路長の増大をもたらす。基板の形状は、
用途により平滑表面或は凸凹表面の板状、長尺ベルト
状、円筒状等であることができ、その厚さは、所望通り
の光起電力素子を形成し得るように適宜決定するが、光
起電力素子として可撓性が要求される場合、または基板
の側より光入射がなされる場合には、基板としての機能
が充分発揮される範囲内で可能な限り薄くすることが出
来る。しかしながら、基板の製造上及び取扱い上、機械
的強度等の点から、通常は、10μm以上とされる。
In the case of forming a fine uneven surface, the uneven shape is spherical, conical, pyramidal or the like, and the maximum height (R max ) is preferably set to 500 to 5000 °. The light reflection at the surface becomes irregular reflection, resulting in an increase in the optical path length of the reflected light at the surface. The shape of the substrate is
Depending on the application, it may be in the form of a plate having a smooth surface or an uneven surface, a long belt shape, a cylindrical shape, and the like. The thickness thereof is appropriately determined so that a desired photovoltaic element can be formed. When flexibility is required for the electromotive element, or when light is incident from the side of the substrate, the thickness can be made as thin as possible within a range where the function as the substrate is sufficiently exhibited. However, the thickness is usually 10 μm or more from the viewpoint of manufacturing and handling of the substrate, mechanical strength and the like.

【0031】本発明の光起電力素子においては、当該素
子の構成形態により適宜の電極が選択使用される。それ
らの電極としては、下部電極、上部電極(透明電極)、
集電電極を挙げることができる(ただし、ここでいう上
部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、下部電
極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して設けられた
ものを示すこととする)。
In the photovoltaic device of the present invention, an appropriate electrode is selected and used depending on the configuration of the device. These electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode),
A collecting electrode can be used (however, the upper electrode referred to here refers to one provided on the light incident side, and the lower electrode refers to one provided facing the upper electrode with the semiconductor layer interposed therebetween. Will be shown).

【0032】これらの電極について以下に詳しく説明す
る。
These electrodes will be described in detail below.

【0033】(下部電極)本発明において用いられる下
部電極302としては、上述した基板301の材料が透
光性であるか否かによって、光起電力発生用の光を照射
する面が異なる故(たとえば基板301が金属等の非透
光性の材料である場合には、図6で示したごとく上部電
極306側から光起電力発生用の光を照射する。)その
設置される場所が異なる。具体的には、図6、図8及び
図9のような層構成の場合には基板301とn層303
との間に設けられる。しかし、基板301が導電性であ
る場合には、該基板が下部電極を兼ねることができる。
ただし、基板301が導電性であってもシート抵抗値が
高い場合には、電流取り出し用の低抵抗の電極として、
あるいは基板面での反射率を高め入射光の有効利用を図
る目的で電極302を設置してもよい。
(Lower electrode) The lower electrode 302 used in the present invention has a different surface on which light for generating photovoltaic light is irradiated, depending on whether or not the material of the substrate 301 is translucent. For example, when the substrate 301 is a non-translucent material such as a metal, light for generating photovoltaic power is irradiated from the upper electrode 306 side as shown in FIG. 6). Specifically, in the case of a layer configuration as shown in FIGS. 6, 8, and 9, the substrate 301 and the n-layer 303
And provided between them. However, when the substrate 301 is conductive, the substrate can also serve as the lower electrode.
However, if the sheet resistance is high even if the substrate 301 is conductive, it is used as a low-resistance electrode for extracting current.
Alternatively, the electrode 302 may be provided for the purpose of increasing the reflectance on the substrate surface and effectively using the incident light.

【0034】図7の場合には透光性の基板301が用い
られており、基板301の側から光が入射されるので、
電流取り出し及び当該電極での光反射用の目的で、下部
電極302が基板301と対向して半導体層を挟んで設
けられている。
In the case of FIG. 7, a light-transmitting substrate 301 is used, and light enters from the substrate 301 side.
For the purpose of extracting current and reflecting light at the electrode, a lower electrode 302 is provided opposite to the substrate 301 with a semiconductor layer interposed therebetween.

【0035】また、基板301として電気絶縁性のもの
を用いる場合には電流取り出し用の電極として、基板3
01とn層303との間に下部電極302が設けられ
る。電極材料としては、Ag,Au,Pt,Ni,C
r,Cu,Al,Ti,Zn,Mo,W等の金属又はこ
れらの合金が挙げられ、これらの金属の薄膜を真空蒸
着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等で形成する。ま
た、形成された金属薄膜は光起電力素子の出力に対して
抵抗成分とならぬように配慮されねばならず、シート抵
抗値として好ましくは50Ω以下、より好ましくは10
Ω以下であることが望ましい。
When an electrically insulating material is used as the substrate 301, the substrate 3 is used as an electrode for extracting current.
The lower electrode 302 is provided between the first layer 01 and the n-layer 303. Ag, Au, Pt, Ni, C
Metals such as r, Cu, Al, Ti, Zn, Mo and W or alloys thereof are listed, and thin films of these metals are formed by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering or the like. Further, care must be taken that the formed metal thin film does not become a resistance component with respect to the output of the photovoltaic element, and the sheet resistance is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.
It is desirable that it be Ω or less.

【0036】下部電極302とn層303との間に、図
中には示されていないが、導電性酸化亜鉛等の拡散防止
層を設けても良い。該拡散防止層の効果としては下部電
極302を構成する金属元素がn型半導体層中へ拡散す
るのを防止するのみならず、若干の抵抗値をもたせるこ
とで半導体層を挟んで設けられた下部電極302と透明
電極(上部電極)306との間にピンホール等の欠陥で
発生するショートを防止すること、及び薄膜による多重
干渉を発生させ入射された光を光起電力素子内に閉じ込
める等の効果を挙げることができる。
Although not shown in the figure, a diffusion preventing layer such as conductive zinc oxide may be provided between the lower electrode 302 and the n-layer 303. The effect of the diffusion preventing layer is not only to prevent the metal element forming the lower electrode 302 from diffusing into the n-type semiconductor layer, but also to provide a small resistance value so that the lower portion provided with the semiconductor layer interposed therebetween. For example, a short circuit caused by a defect such as a pinhole between the electrode 302 and the transparent electrode (upper electrode) 306 is prevented, and multiple interference by a thin film is generated to confine incident light in a photovoltaic element. The effect can be raised.

【0037】(上部電極(透明電極))本発明において
用いられる透明電極(上部電極)306としては太陽や
白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率良く吸収させ
るために光の透過率が85%以上であることが望まし
く、さらに、電気的には光起電力素子の出力に対して抵
抗成分とならぬようにシート抵抗値は100Ω以下であ
ることが望ましい。このような特性を備えた材料とし
て、SnO2 ,In23 ,ZnO,CdO,CdSn
4 ,ITO(In23 +SnO2 )などの金属酸化
物や、Au,Al,Cu等の金属を極めて薄く半透明状
に成膜した金属薄膜等が挙げられる。透明電極は図6,
図8,図9においてはそれぞれp層305,315,3
25の上に積層され、図7においては基板301の上に
積層されるものであるため、互いの密着性の良いものを
選ぶことが必要である。これらの作製方法としては、抵
抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパタリング
法、スプレー法等を用いることができ所望に応じて適宜
選択される。
(Upper Electrode (Transparent Electrode)) The transparent electrode (upper electrode) 306 used in the present invention has a light transmittance to efficiently absorb light from the sun or a white fluorescent lamp into the semiconductor layer. The sheet resistance is desirably 85% or more, and the sheet resistance is desirably 100Ω or less so that the output of the photovoltaic element does not become a resistance component. Materials having such characteristics include SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, CdO, and CdSn.
Examples include metal oxides such as O 4 and ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ), and metal thin films in which metals such as Au, Al, and Cu are formed to be extremely thin and translucent. Figure 6 shows the transparent electrode.
8 and 9, p layers 305, 315, and 3
25, and is stacked on the substrate 301 in FIG. 7, it is necessary to select one having good adhesion to each other. As a manufacturing method thereof, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and is appropriately selected as desired.

【0038】(集電電極)本発明において用いられる集
電電極307は、透明電極306の表面抵抗値を低減さ
せる目的で透明電極306上に設けられる。電極材料と
してはAg,Cr,Ni,Al,Ag,Au,Ti,P
t,Cu,Mo,W等の金属またはこれらの合金の薄膜
が挙げられる。これらの薄膜は積層させて用いることが
できる。また、半導体層への光入射光量が十分に確保さ
れるよう、その形状及び面積が適宜設計される。
(Current Collecting Electrode) The current collecting electrode 307 used in the present invention is provided on the transparent electrode 306 for the purpose of reducing the surface resistance of the transparent electrode 306. Ag, Cr, Ni, Al, Ag, Au, Ti, P
Examples include thin films of metals such as t, Cu, Mo, and W or alloys thereof. These thin films can be stacked and used. The shape and area of the semiconductor layer are appropriately designed so that the amount of light incident on the semiconductor layer is sufficiently ensured.

【0039】たとえば、その形状は光起電力素子の受光
面に対して一様に広がり、且つ受光面積に対してその面
積は好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下
であることが望ましい。
For example, it is desirable that the shape is uniformly spread over the light receiving surface of the photovoltaic element, and that the area is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, with respect to the light receiving area.

【0040】また、シート抵抗値としては、好ましくは
50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望
ましい。
The sheet resistance is desirably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.

【0041】半導体層303,304,305は通常の
薄膜作製プロセスに依って作製されるもので、蒸着法、
スパッタ法、高周波プラズマCVD法、マイクロ波プラ
ズマCVD法、ECR法、熱CVD法、LPCVD法等
公知の方法を所望に応じて用いることにより作製でき
る。工業的に採用されている方法としては、原料ガスを
プラズマで分解し、基板状に堆積させるプラズマCVD
法が好んで用いられる。また、反応装置としては、バッ
チ式の装置や連続成膜装置などが所望に応じて使用でき
る。価電子制御された半導体を作製する場合は、リン、
ボロン等を構成原子として含むPH3 ,B26 ガス等
を同時に分解することにより行なわれる。 (i層)本光起電力素子において好適に用いられるi層
を構成する半導体材料としては、非晶質シリコンゲルマ
ニュームのi層を作製する場合はa−SiGe:H,a
−SiGe:F,a−SiGe:H:F等のいわゆるIV
族合金系半導体材料が挙げられる。また、単位素子構成
を積層したタンデムセル構造に於て非晶質シリコンゲル
マニューム以外のi層を構成する半導体材料としては、
a−Si:H,a−Si:F,a−Si:H:F,a−
SiC:H,a−SiC:F,a−SiC:H:F,p
oly−Si:H,poly−Si:F,poly−S
i:H:F等のいわゆるIV族及びIV族合金系半導体材料
の他、III −V及びII−VI族のいわゆる化合物半導体材
料等が挙げられる。
The semiconductor layers 303, 304, and 305 are manufactured by a normal thin film manufacturing process.
It can be manufactured by using a known method such as a sputtering method, a high-frequency plasma CVD method, a microwave plasma CVD method, an ECR method, a thermal CVD method, or an LPCVD method as required. An industrially adopted method is a plasma CVD method in which a source gas is decomposed by plasma and deposited on a substrate.
The method is preferably used. In addition, as the reaction device, a batch type device, a continuous film forming device, or the like can be used as desired. When manufacturing a valence-controlled semiconductor, phosphorus,
It is carried out by simultaneously decomposing PH 3 and B 2 H 6 gases containing boron and the like as constituent atoms. (I-layer) As a semiconductor material constituting the i-layer suitably used in the present photovoltaic element, a-SiGe: H, a is used when an i-layer of amorphous silicon germanium is produced.
So-called IV such as -SiGe: F, a-SiGe: H: F
Group alloy semiconductor materials. Further, as a semiconductor material constituting an i-layer other than amorphous silicon germanium in a tandem cell structure in which unit element configurations are stacked,
a-Si: H, a-Si: F, a-Si: H: F, a-
SiC: H, a-SiC: F, a-SiC: H: F, p
poly-Si: H, poly-Si: F, poly-S
In addition to so-called group IV and group IV alloy semiconductor materials such as i: H: F, so-called compound semiconductor materials of group III-V and group II-VI and the like can be mentioned.

【0042】CVD法に用いる原料ガスとしては、シリ
コン元素を含む化合物として鎖状または環状シラン化合
物が用いられ、具体的には、例えば、SiH4 ,SiF
4 ,(SiF25 ,(SiF26 ,(SiF2
4 ,Si26 ,Si38 ,SiHF3 ,SiH2
2 ,Si224 ,Si233 ,SiCl4
(SiCl25 ,SiBr4 ,(SiBr25 ,S
iCl6 ,SiHCl3 ,SiHBr2 ,SiH2 Cl
2 ,SiCl33 などのガス状態のまたは容易にガス
化し得るものが挙げられる。
As a raw material gas used in the CVD method, a chain or cyclic silane compound is used as a compound containing a silicon element. Specifically, for example, SiH 4 , SiF
4, (SiF 2) 5, (SiF 2) 6, (SiF 2)
4 , Si 2 F 6 , Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH 2 F
2 , Si 2 H 2 F 4 , Si 2 H 3 F 3 , SiCl 4 ,
(SiCl 2 ) 5 , SiBr 4 , (SiBr 2 ) 5 , S
iCl 6 , SiHCl 3 , SiHBr 2 , SiH 2 Cl
2 , SiCl 3 F 3, etc., which are in a gas state or can be easily gasified.

【0043】また、ゲルマニューム元素を含む化合物と
して、鎖状ゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニューム、
環状ゲルマン、またはハロゲン化ゲルマニューム、鎖状
または環状ゲルマニューム化合物及びアルキル基などを
有する有機ゲルマニューム化合物、具体的にはGeH
4 ,Ge26 ,Ge38 ,n−GeH10,t−Ge
410,GeH6 ,Ge510,GeH3 Cl,GeH
22 ,Ge(CH34 ,Ge(C254 ,Ge
(C654 ,Ge(CH322 ,GeF2 ,G
eF4などが挙げられる。
As the compound containing a germanium element, a chain germane or a halogenated germanium,
Cyclic germane, or halogenated germanium, chain or cyclic germanium compound, and organic germanium compound having an alkyl group or the like, specifically GeH
4 , Ge 2 H 6 , Ge 3 H 8 , n-GeH 10 , t-Ge
4 H 10, GeH 6, Ge 5 H 10, GeH 3 Cl, GeH
2 F 2, Ge (CH 3 ) 4, Ge (C 2 H 5) 4, Ge
(C 6 H 5 ) 4 , Ge (CH 3 ) 2 F 2 , GeF 2 , G
eF 4 and the like.

【0044】(p層及びn層)本光起電力素子において
好適に用いられるp層またはn層を構成する半導体材料
としては、前述したi層を構成する半導体材料に価電子
制御剤をドーピングすることによって得られる。作製方
法は、前述したi層の作製方法と同様の方法が好適に利
用できる。また原料としては、周期律表第IV族堆積膜を
得る場合、p型半導体を得るための価電子制御剤として
は周期律表第III 族の元素を含む化合物が用いられる。
第III 族の元素としては、B,Al,Ga,Inが挙げ
られる。第III 族元素を含む化合物としては、具体的に
は、BF3 ,B26 ,B410,B59 ,B5
11,B610,B(CH33 ,B(C253
612,Al(CH32 Cl,Al(CH33
Al(OCH32 Cl,Al(CH3 )Cl2 ,Al
(C253 ,Al(OC253 ,Al(CH
33 Cl3 ,Al(i−C495 ,Al(C3
73 ,Al(OC493 ,Ga(OCH33
Ga(OC253 ,Ga(OC373 ,Ga
(CH33 ,Ga26 ,GaH(C252 ,G
a(OC25 ),(C252 ,In(CH3
3 ,In(C373,In(C493 等が挙げ
られる。
(P-layer and n-layer) As the semiconductor material constituting the p-layer or the n-layer suitably used in the present photovoltaic element, the above-mentioned semiconductor material constituting the i-layer is doped with a valence electron controlling agent. Obtained by: As the manufacturing method, a method similar to the above-described method for manufacturing the i-layer can be suitably used. When a group IV deposited film of the periodic table is obtained as a raw material, a compound containing a group III element of the periodic table is used as a valence electron controlling agent for obtaining a p-type semiconductor.
Group III elements include B, Al, Ga, and In. Specific examples of the compound containing a Group III element include BF 3 , B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , and B 5
H 11, B 6 H 10, B (CH 3) 3, B (C 2 H 5) 3,
B 6 H 12 , Al (CH 3 ) 2 Cl, Al (CH 3 ) 3 ,
Al (OCH 3 ) 2 Cl, Al (CH 3 ) Cl 2 , Al
(C 2 H 5 ) 3 , Al (OC 2 H 5 ) 3 , Al (CH
3 ) 3 Cl 3 , Al (i-C 4 H 9 ) 5 , Al (C 3 H
7 ) 3 , Al (OC 4 H 9 ) 3 , Ga (OCH 3 ) 3 ,
Ga (OC 2 H 5 ) 3 , Ga (OC 3 H 7 ) 3 , Ga
(CH 3 ) 3 , Ga 2 H 6 , GaH (C 2 H 5 ) 2 , G
a (OC 2 H 5 ), (C 2 H 5 ) 2 , In (CH 3 )
3 , In (C 3 H 7 ) 3 , In (C 4 H 9 ) 3 and the like.

【0045】n型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第V族の元素を含む化合物が用いられる。
第V族の元素としては、P,N,As,Sbが挙げられ
る。第V族の元素を含む化合物としては、具体的には、
NH3 HN3 ,N253 ,N24 ,NH43
PH3 ,P(OCH33 ,P(OC253 ,P
(C373 ,P(OC493 ,P(CH3
3 ,P(C253 ,P(C373 ,P(C4
93 ,P(OCH33 ,P(OC253 ,P
(OC373 ,P(OC493 ,P(SCN)
3 ,P24 ,PH3 ,AsH3 ,AsH3 ,As(O
CH33 ,As(OC253 ,As(OC3
73 ,As(OC493 ,As(CH33 ,A
s(CH33 ,As(C253 ,As(C6
53 ,SbH3 ,Sb(OCH33 ,Sb(OC2
53 ,Sb(OC373 ,Sb(OC49
3 ,Sb(CH33 ,Sb(C373 ,Sb(C
493 等が挙げられる。
As a valence electron controlling agent for obtaining an n-type semiconductor, a compound containing an element of Group V of the periodic table is used.
Group V elements include P, N, As, and Sb. As the compound containing a Group V element, specifically,
NH 3 HN 3, N 2 H 5 N 3, N 2 H 4, NH 4 N 3,
PH 3 , P (OCH 3 ) 3 , P (OC 2 H 5 ) 3 , P
(C 3 H 7 ) 3 , P (OC 4 H 9 ) 3 , P (CH 3 )
3 , P (C 2 H 5 ) 3 , P (C 3 H 7 ) 3 , P (C 4 H
9 ) 3 , P (OCH 3 ) 3 , P (OC 2 H 5 ) 3 , P
(OC 3 H 7 ) 3 , P (OC 4 H 9 ) 3 , P (SCN)
3 , P 2 H 4 , PH 3 , AsH 3 , AsH 3 , As (O
CH 3 ) 3 , As (OC 2 H 5 ) 3 , As (OC 3 H
7 ) 3 , As (OC 4 H 9 ) 3 , As (CH 3 ) 3 , A
s (CH 3 ) 3 , As (C 2 H 5 ) 3 , As (C 6 H
5 ) 3 , SbH 3 , Sb (OCH 3 ) 3 , Sb (OC 2
H 5) 3, Sb (OC 3 H 7) 3, Sb (OC 4 H 9)
3 , Sb (CH 3 ) 3 , Sb (C 3 H 7 ) 3 , Sb (C
4 H 9 ) 3 and the like.

【0046】もちろん、これらの原料ガスは1種であっ
ても良いが、2種またはそれ以上を併用してもよい。
Of course, these source gases may be used alone or in combination of two or more.

【0047】前記した原料物質が常温、常圧下で気体状
態である場合にはマスフローコントローラー(以下MF
C)等によって成膜空間への導入量を制御し、液体状態
である場合には、Ar,He等の希ガスまたは水素ガス
をキャリアーガスとして、必要に応じ温度制御が可能な
バブラーを用いてガス化し、また固体状態である場合に
は、Ar,He等の希ガスまたは水素ガスをキャリアー
ガスとして加熱昇華炉を用いてガス化して、主にキャリ
アーガス流量と炉温度により導入量を制御する。
When the above-mentioned raw material is in a gaseous state at normal temperature and normal pressure, a mass flow controller (hereinafter MF)
The amount introduced into the film formation space is controlled by C) or the like, and in the case of a liquid state, a rare gas such as Ar or He or a hydrogen gas is used as a carrier gas, and a bubbler capable of controlling the temperature is used as necessary. In the case of gasification or in a solid state, a rare gas such as Ar or He or hydrogen gas is used as a carrier gas to gasify using a heating sublimation furnace, and the amount introduced is controlled mainly by the flow rate of the carrier gas and the furnace temperature. .

【0048】ところで、図6乃至図9の構成の従来の素
子のバンドギャップのプロファイルは、図10乃至図1
2のように示される。図に於いて上部の線はエネルギー
準位の伝導帯の底、下部の線は価電子帯の頂上を示し、
403はn層、405はp層、404はi層を示す。ま
た、408及び409はバッファ層を示す。図10に於
てi層404のバンドギャップは不純物ドーピング層と
なるn層403、p層405よりも狭くなっている。
Incidentally, the band gap profiles of the conventional devices having the structures shown in FIGS. 6 to 9 are shown in FIGS.
It is shown as 2. In the figure, the upper line shows the bottom of the energy level conduction band, the lower line shows the top of the valence band,
403 denotes an n layer, 405 denotes a p layer, and 404 denotes an i layer. Reference numerals 408 and 409 denote buffer layers. In FIG. 10, the band gap of the i-layer 404 is smaller than that of the n-layer 403 and the p-layer 405 serving as impurity doping layers.

【0049】このようなバンドプロファイルの場合、開
放電圧はi層404により決定されるため、バンドギャ
ップの狭い材料を用いると開放電圧は小さくなってしま
う。また、p層405に接するi層404で発生した自
由電子及び自由正孔はpi界面に存在する高濃度の再結
合準位により、再結合してしまうため、有効に取り出さ
れることなく失われてしまう。また、光の入射側では、
光量が大きく、内部に向かうに従い吸収される光量は、
指数関数的に減少する。光入射側では吸収した光のエネ
ルギーは、バンドギャップ以上のエネルギーがあり、余
分なエネルギーを有効利用できていないことになる。こ
のような欠点を解決する方法として図11に示すような
バッファ層を設ける構成が用いられる。図に於て408
及び409はバッファ層でありpiおよびni界面の局
在準位を減少させる効果を持つ。さらに、図12に示す
ような素子構成が提案されている。図に於いて403、
405はそれぞれドーピング層となるn層、p層、40
4はi層である。図に於て光は左側から入射するものと
する。ここでi層404は光入射側にバンドギャップ調
整剤を含まないバッファ層409を設けバンドギャップ
を広くし、その後徐々にバンドギャップ調整剤を増加し
て行きバンドギャップが狭くなるような傾斜バッファ層
404´を設けている。更に光入射側の反対側に向けて
バンドギャップ調整剤を減少して行きバンドギャップが
広くなるような傾斜層404″が設けられている。
In the case of such a band profile, since the open-circuit voltage is determined by the i-layer 404, if a material having a narrow band gap is used, the open-circuit voltage becomes small. Further, free electrons and free holes generated in the i-layer 404 in contact with the p-layer 405 recombine due to a high concentration of recombination levels existing at the pi interface, and are lost without being effectively extracted. I will. On the light incident side,
The amount of light is large, and the amount of light absorbed toward the inside is
Exponentially decreases. On the light incident side, the energy of the absorbed light has energy equal to or greater than the band gap, and the excess energy cannot be used effectively. As a method for solving such a defect, a configuration in which a buffer layer is provided as shown in FIG. 11 is used. 408 in the figure
And 409 are buffer layers, which have the effect of reducing localized levels at the pi and ni interfaces. Further, an element configuration as shown in FIG. 12 has been proposed. 403 in the figure,
405 is an n-layer, a p-layer, and 40 each serving as a doping layer.
4 is an i layer. In the figure, it is assumed that light enters from the left side. Here, the i-layer 404 is provided with a buffer layer 409 containing no band gap adjusting agent on the light incident side to increase the band gap, and then gradually increase the band gap adjusting agent to narrow the band gap. 404 'is provided. Further, an inclined layer 404 ″ is provided so that the band gap adjusting agent is reduced toward the side opposite to the light incident side to increase the band gap.

【0050】このようなバンドプロファイルを設けるこ
とにより、光は有効に利用でき、開放電圧が向上し、フ
ァイルファクターも改善されることが開示されている。
このような方法は一般に初期効率を向上させることを主
眼として検討されているものであるが、光劣化に関して
は特に配慮がなされていない。
It is disclosed that by providing such a band profile, light can be effectively used, the open voltage is improved, and the file factor is also improved.
Such a method is generally studied with a view to improving the initial efficiency, but no particular consideration is given to light degradation.

【0051】本発明の骨子は上述したバンドプロファイ
ルの改善による初期効率の向上に加えて、さらに、光劣
化の少ない素子構成を考案したことにある。本発明者ら
は非晶質シリコンゲルマニュームが特定のゲルマニュー
ム元素の組成に於いて光劣化が少ないことを見いだし、
このような光劣化が少ない組成の非晶質シリコンゲルマ
ニュームを用い、かつ、変換効率の高いセルを考案し
た。
The gist of the present invention lies in the fact that, in addition to the improvement of the initial efficiency by the improvement of the band profile described above, an element structure with less light deterioration is devised. The present inventors have found that amorphous silicon germanium has less photodegradation in the composition of specific germanium elements,
A cell having a high conversion efficiency using an amorphous silicon germanium having a composition with little light degradation has been devised.

【0052】以下に本発明者の行なった実験を示す。An experiment performed by the present inventors will be described below.

【0053】〈実験〉図13に示す公知のRF放電プラ
ズマCVD成膜装置を用いて以下のようにして非晶質シ
リコンゲルマニューム膜を作製した。
<Experiment> An amorphous silicon germanium film was prepared as follows using a known RF discharge plasma CVD film forming apparatus shown in FIG.

【0054】図13に於て700は反応チャンバー、7
01は基板、702はアノード電極、703はカソード
電極、704は基板加熱用ヒーター、705は接地用端
子、706はマッチングボックス、707は13.56
MHzのRF電源、708は排気管、709は排気ポン
プ、710は成膜ガス導入管、720,730,74
0,750,760,722,732,742,752
および762はバルブ、721,731,741,75
1および761はマスフローコントローラーを示す。
In FIG. 13, reference numeral 700 denotes a reaction chamber;
01 is a substrate, 702 is an anode electrode, 703 is a cathode electrode, 704 is a heater for heating a substrate, 705 is a terminal for grounding, 706 is a matching box, 707 is 13.56.
MHz RF power supply, 708 is an exhaust pipe, 709 is an exhaust pump, 710 is a deposition gas introduction pipe, 720, 730, 74
0,750,760,722,732,742,752
And 762 are valves, 721, 731, 741, 75
Reference numerals 1 and 761 denote mass flow controllers.

【0055】まず、5cm角の大きさのコーニング社製7
059番ガラス701を反応チャンバー700の中のカ
ソードに取り付け、排気ポンプ709により充分排気
し、不図示のイオンゲージで反応チャンバー700の中
の真空度が10-6Torrと成るようにした。次に基板
加熱用ヒーター704で基板701を300℃に加熱し
た。基板温度が一定になった後、バルブ720,722
を開け、マスフローコントローラー721を制御して不
図示のSiH4 ガスボンベからSiH4 ガス30scc
mをガス導入管710を介して反応チャンバー700の
中に導入した。同様にしてバルブ740,742を開け
てマスフローコントローラー741を制御してH2 ガス
300sccmを供給し、バルブ730,732を開
け、マスフローコントローラー731を制御して、Ge
4 ガス1sccmを導入した。反応チャンバー700
の内圧を1.5Torrに保つように不図示の圧力コン
トローラーを調整した後、RF電源707から20Wの
パワーを投入し、マッチングボックス706を調整する
ことにより反射波を最小にしながらプラズマ放電を60
分間行い、非晶質シリコンゲルマニューム膜を1μm堆
積した。ガス供給をやめ反応チャンバー700から試料
を取り出し、試料No.をS−1とした。同様にしてG
eH4 ガス量3sccm,5sccm,10sccm,
20sccm,40sccmと変化させて試料を作製し
それぞれS−2,S−3,S−4,S−5,S−6とし
た。これらの試料の一部をオージェ電子分光スペクトル
法により元素分析し、ゲルマニューム元素の膜中の組成
比を求めた。ゲルマニューム元素以外の組成はシリコン
と水素であった。試料の一部を可視分光器を用いて吸収
係数を測定することにより光学的バンドギャップを測定
した。以上の結果を表1に示した。
First, a Corning 7 made 5 cm square.
The No. 059 glass 701 was attached to the cathode in the reaction chamber 700 and sufficiently evacuated by the exhaust pump 709 so that the degree of vacuum in the reaction chamber 700 became 10 −6 Torr by an ion gauge (not shown). Next, the substrate 701 was heated to 300 ° C. by the substrate heating heater 704. After the substrate temperature becomes constant, valves 720, 722
Is opened and the mass flow controller 721 is controlled to supply 30 scc of SiH 4 gas from a SiH 4 gas cylinder (not shown).
m was introduced into the reaction chamber 700 via the gas introduction pipe 710. Similarly, the valves 740 and 742 are opened and the mass flow controller 741 is controlled to supply H 2 gas at 300 sccm. The valves 730 and 732 are opened and the mass flow controller 731 is controlled to supply Ge.
1 sccm of H 4 gas was introduced. Reaction chamber 700
After adjusting a pressure controller (not shown) so as to maintain the internal pressure at 1.5 Torr, a power of 20 W is supplied from the RF power source 707, and the matching box 706 is adjusted to minimize the reflected wave so as to reduce the plasma discharge by 60W.
After that, an amorphous silicon germanium film was deposited at 1 μm. The gas supply was stopped, the sample was taken out of the reaction chamber 700, and the sample no. Was designated as S-1. Similarly, G
eH 4 gas amount 3 sccm, 5 sccm, 10 sccm,
Samples were prepared by changing to 20 sccm and 40 sccm, and the samples were designated as S-2, S-3, S-4, S-5, and S-6, respectively. Some of these samples were subjected to elemental analysis by Auger electron spectroscopy to determine the composition ratio of germanium elements in the film. The composition other than the germanium element was silicon and hydrogen. The optical band gap was measured by measuring the absorption coefficient of a part of the sample using a visible spectroscope. Table 1 shows the above results.

【0056】[0056]

【表1】 さらに、試料の一部を不図示の電子ビーム真空蒸着装
置(ULBAC社製、EBX−6D)に移して該蒸着装
置内を真空に引き、ギャップ幅250μmで長さ1cmの
Cr電極を1000Å堆積した。次に、これらの試料を
温度制御可能な試料台の上に設置し25℃一定に保ちキ
セノンランプを光源として疑似太陽光源(以下ソーラー
シミュレータと呼ぶ)を用いてAM−1.5の太陽光ス
ペクトルの光を100mW/cm2 の強度で照射し初期の
光伝導度σP (0)を測定し、その後、前記シミュレー
タの光を100時間連続照射後、光伝導度σP (10
0)を測定した。
[Table 1] Further, a part of the sample was transferred to an electron beam vacuum vapor deposition apparatus (EBX-6D, manufactured by ULBAC) (not shown), the inside of the vapor deposition apparatus was evacuated, and a Cr electrode having a gap width of 250 μm and a length of 1 cm was deposited at 1000 °. . Next, these samples were placed on a temperature-controllable sample stage, kept at a constant 25 ° C., and the sunlight spectrum of AM-1.5 was measured using a xenon lamp as a light source and a simulated solar light source (hereinafter referred to as a solar simulator). Is irradiated at an intensity of 100 mW / cm 2 to measure the initial photoconductivity σ P (0). Then, after continuously irradiating the simulator with light for 100 hours, the photoconductivity σ P (10)
0) was measured.

【0057】結果を図14に示した。図に示されるよう
にゲルマニューム元素の組成比が大きい膜は光劣化が少
なく、ゲルマニューム元素の組成比が20atm%以上
であるものは、光照射に対して安定であることがわか
る。特にゲルマニューム元素が30atm%以上である
とき光照射に対して極めて安定であることがわかる。
FIG. 14 shows the results. As shown in the figure, it is understood that a film having a large composition ratio of the germanium element has little light degradation, and a film having a composition ratio of the germanium element of 20 atm% or more is stable to light irradiation. In particular, when the germanium element content is 30 atm% or more, it is found that it is extremely stable to light irradiation.

【0058】ところで、従来の素子構成に於てはP型半
導体及び/またはN型半導体とイントリンシック層との
接合界面に於てバンド幅の傾斜を持たせることにより内
部電界を向上させるいわゆるバッファ層を用いることで
太陽電池特性の向上を図っているが、このバッファ層は
シリコンとゲルマニュームの組成比を連続的に変えるこ
とでバンドギャップを約1.7eVから約1.5eVま
で変化させて作製していた。この時のゲルマニュームの
組成比は、0から50atm%くらいまで変化してい
る。また、シリコンとゲルマニュームの組成比を変化さ
せることによりイントリンシック層中に組成の分布を設
け特性を向上させる、いわゆる傾斜層を設ける場合でも
バンドギャップの広い組成を用いる場合にはゲルマニュ
ームの組成比が20atm%以下の部分を含んでいた。
この様な太陽電池に於ては上述したゲルマニュームが少
ないと劣化しやすいという事実は考慮されておらず、従
ってバッファ層、傾斜層により初期効率は改善される
が、劣化に対しては、配慮されていなかったのが実状で
ある。
By the way, in the conventional element structure, a so-called buffer layer is provided in which the internal electric field is improved by giving a gradient of the bandwidth at the junction interface between the P-type semiconductor and / or the N-type semiconductor and the intrinsic layer. The buffer layer is manufactured by changing the band gap from about 1.7 eV to about 1.5 eV by continuously changing the composition ratio of silicon and germanium. I was At this time, the composition ratio of the germanium varies from 0 to about 50 atm%. Also, by changing the composition ratio of silicon and germanium to improve the characteristics by providing a composition distribution in the intrinsic layer, even when providing a so-called gradient layer, the composition ratio of the germanium is increased when a composition having a wide band gap is used. It contained a portion of 20 atm% or less.
In such a solar cell, the fact that the aforementioned germanium is liable to be degraded when the germanium is small is not taken into consideration. Therefore, the initial efficiency is improved by the buffer layer and the gradient layer, but the degradation is considered. The fact is that they did not.

【0059】本発明の素子構造に於いては、光劣化しや
すい組成の非晶質シリコンゲルマニュームを含まず、な
おかつ、バッファ層及び傾斜層を設けることで初期効率
を向上させることも可能にしたものである。
The device structure of the present invention does not include amorphous silicon germanium having a composition that is liable to be photodegraded, and the initial efficiency can be improved by providing a buffer layer and a gradient layer. It is.

【0060】図1は前記実験の結果に基づき従来例をさ
らに改善することで得られた本発明の光起電力素子の構
成のひとつを模式的に示すものである。同図において、
100は光起電力素子本体、101は基板、102は下
部電極、103はn層、108および109はゲルマニ
ューム元素を含まない層でバッファ層となるi1 層、1
04はゲルマニューム元素を含む層でi2 層、105は
p層、106は上部電極、107は集電電極である。i
1 層108,109とi2 層104とでi層を構成す
る。この素子のバンドプロファイルを図2に示した。図
に於いて光は左側(p層205側)から入射するものと
する。図に於て200はi層本体、203はn層、20
4は非晶質ゲルマニュームシリコン層のi2 層、205
はp層、208および209はバッファ層たるi1 層で
ある。また、この素子のバンドプロファイルは図3のよ
うに非晶質ゲルマニュームシリコン層のi2 層204を
光入射側を広くするように傾斜を設けてもよいし、図4
の様に逆に光入射側を狭くしても構わない。さらに、図
5の様に傾斜層204および204′を組み合わせても
良い。また図2〜図5のp層およびn層は積層する順番
を入れ換えても構わない。バッファとなるi1 層208
および209はゲルマニュームを含まない非晶質シリコ
ン層で構成され、バンドギャップが1.7eV程度であ
り300nmから730nmまでの光を吸収する。i2
層204,204′は成膜時の原料ガスであるシリコン
元素を含むガスとゲルマニューム元素を含むガスを分解
させて作製され、図3、図4、図5の様に傾斜を設ける
場合には、前記ガスの流量比を変化させることによりゲ
ルマニュームの組成を変化させる。この様な傾斜層の機
能を図5の場合を例にして特定の構成で説明する。図5
のバッファ層となるi1 層209に接する部分のi2
204′のバンドギャップは1.55eV程度となって
おり、光入射側と反対の方向に向けて徐々に狭くなり最
も狭い場合部分のバンドギャップは1.45eV程度と
なっている。i2 層204のバンドギャップはn層20
3に向けて徐々に広くなるように設計されバッファ層と
なるi1 層208に接する部分ではバンドギャップは
1.55eV程度に設計されている。このように構成さ
れた素子に於てバンドプロファイルの機能は以下のよう
に説明される。
FIG. 1 schematically shows one configuration of a photovoltaic device of the present invention obtained by further improving the conventional example based on the results of the above experiment. In the figure,
100 is a photovoltaic element main body, 101 is a substrate, 102 is a lower electrode, 103 is an n-layer, 108 and 109 are layers that do not contain a germanium element and are i 1 layers serving as buffer layers, 1
04 is a layer containing a germanium element, i 2 layer, 105 is a p layer, 106 is an upper electrode, and 107 is a current collecting electrode. i
Constituting the i-layer in the first layer 109 and i 2 layer 104. FIG. 2 shows the band profile of this device. In the drawing, it is assumed that light is incident from the left side (p layer 205 side). In the figure, 200 is the i-layer main body, 203 is the n-layer, 20
4 is an i 2 layer of an amorphous germanium silicon layer, 205
Is a p layer, and 208 and 209 are i 1 layers which are buffer layers. The band profile of this device may be such that the i 2 layer 204 of an amorphous germanium silicon layer is inclined so that the light incident side is widened as shown in FIG.
Conversely, the light incident side may be narrowed as in the above. Further, the inclined layers 204 and 204 'may be combined as shown in FIG. The order of lamination of the p-layer and the n-layer in FIGS. 2 to 5 may be changed. I 1 layer 208 serving as a buffer
And 209 are made of an amorphous silicon layer containing no germanium, have a band gap of about 1.7 eV, and absorb light from 300 nm to 730 nm. i 2
The layers 204 and 204 'are formed by decomposing a gas containing a silicon element and a gas containing a germanium element, which are source gases at the time of film formation, and in the case where a slope is provided as shown in FIGS. 3, 4, and 5, The composition of the germanium is changed by changing the flow rate ratio of the gas. The function of such a gradient layer will be described with a specific configuration, taking the case of FIG. 5 as an example. FIG.
The band gap of the i 2 layer 204 ′ at the portion in contact with the i 1 layer 209 serving as the buffer layer is about 1.55 eV, and gradually becomes narrower in the direction opposite to the light incident side, and the narrowest portion The band gap is about 1.45 eV. The band gap of the i 2 layer 204 is n layer 20
The band gap is designed to be about 1.55 eV at a portion in contact with the i 1 layer 208 which is designed to gradually increase toward 3 and becomes a buffer layer. The function of the band profile in the device configured as described above will be described as follows.

【0061】照射光はp型半導体層205の側から入射
し、バッファ層となるi1 層209、i2 層204′及
び204、バッファ層となるi1 層208に於て光キャ
リヤーが発生する。バッファ層となるi1 層209はバ
ンドギャップが広いため波長の短い光のみを吸収し、波
長の長い光は透過するため、セルの内部まで光が到達
し、光を有効に利用することができる。またpi界面を
非晶質シリコンゲルマニュームで作製した場合、該膜の
膜質が悪いことや、p層と非晶質シリコンゲルマニュー
ムとの格子間隔の不整合などのために再結合準位は多く
なり太陽電池特性は悪い。一方、非晶質シリコンで作製
したときは、再結合準位が比較的少ないため、pi界面
で発生した高濃度のキャリヤーが再結合しないで有効に
取り出せる。また再結合準位が少ないため開放電圧も大
きくなる。i2 層204′では徐々にバンドギャップが
狭くなることによりp層205に近いところで短波長の
光を、遠いところで長波長の光を吸収するようになる。
バッファ層となるi1 層208はバッファ層となるi1
層209とほぼ同様の機能を有する層でありni界面で
の格子の不整合などを緩和する。
Irradiation light is incident from the p-type semiconductor layer 205 side, and optical carriers are generated in the i 1 layer 209 and i 2 layers 204 ′ and 204 serving as buffer layers and the i 1 layer 208 serving as a buffer layer. . Since the i 1 layer 209 serving as a buffer layer has a wide band gap, it absorbs only light having a short wavelength and transmits light having a long wavelength, so that light reaches the inside of the cell and can be used effectively. . When the pi interface is made of amorphous silicon germanium, recombination levels increase due to poor film quality of the film and mismatching of the lattice spacing between the p layer and the amorphous silicon germanium. Battery characteristics are poor. On the other hand, when made of amorphous silicon, since the recombination level is relatively small, high-concentration carriers generated at the pi interface can be effectively taken out without recombination. In addition, the open circuit voltage increases because the recombination level is small. In the i 2 layer 204 ′, the band gap gradually narrows, so that short-wavelength light is absorbed near the p-layer 205 and long-wavelength light is absorbed far from the p-layer 205.
I 1 layer 208 serving as a buffer layer is i 1 as the buffer layer
This layer has a function substantially similar to that of the layer 209, and alleviates lattice mismatch at the ni interface.

【0062】さらに、このバンドプロファイルが光生成
キャリヤーの収集に対して与える効果は以下のように説
明される。i2 層204′に於て伝導帯の底のエネルギ
ーの傾斜はp層205側が大きくn層203側が小さく
なるため自由電子に対して電界が大きくなるように働
く。そのため自由電子はn層203に対して加速され有
効に取り出される。それに対し、価電子帯の頂上のエネ
ルギーはp層205側で小さくn層203側で大きいた
め自由正孔に対して電界が小さくなるように働く。しか
しi2 層204’はp層に近いため自由電子のドリフト
距離は短くあまり問題にならない。
Further, the effect of this band profile on the collection of photogenerated carriers is explained as follows. In the i 2 layer 204 ′, the energy gradient at the bottom of the conduction band is large on the p layer 205 side and small on the n layer 203 side, so that the electric field acts on the free electrons to increase. Therefore, free electrons are accelerated with respect to the n-layer 203 and are effectively extracted. On the other hand, since the energy at the top of the valence band is small on the p-layer 205 side and large on the n-layer 203 side, it acts to reduce the electric field with respect to free holes. However, since the i 2 layer 204 ′ is close to the p layer, the drift distance of the free electrons is short and does not cause much problem.

【0063】i層204の伝導帯の底のエネルギーの傾
斜はp層205側が小さくn層203側が大きくなるた
め自由電子に対して電界が小さくなるように働く。その
ため自由電子の走行性に対しては不利ではあるが、一般
に正孔よりも電子の走行性の方がよいため余り問題とは
ならない。それに対し、価電子帯の頂上のエネルギーは
p層205側で大きくn層203側で小さいため自由正
孔に対して電界が大きくなるように働く。一般に太陽電
池特性は正孔の走行性に律速されるためこのように正孔
に対して電界が大きくなる構造とすると太陽電池特性は
向上する。また、図2乃至図5のバンドプロファイルの
太陽電池では非晶質シリコンゲルマニューム膜中のゲル
マニューム元素の組成比は20atm%以上であるため
光劣化は起りにくい膜質となっている。
The energy gradient at the bottom of the conduction band of the i-layer 204 is smaller on the p-layer 205 side and larger on the n-layer 203 side, so that the electric field for free electrons is reduced. Although this is disadvantageous for the traveling property of free electrons, it is generally not a problem because the traveling property of electrons is generally better than that of holes. On the other hand, since the energy at the top of the valence band is large on the p-layer 205 side and small on the n-layer 203 side, the electric field acts on the free holes to increase. In general, solar cell characteristics are limited by the traveling properties of holes, and thus a structure in which an electric field is increased with respect to holes improves solar cell characteristics. Further, in the solar cells having the band profiles shown in FIGS. 2 to 5, the composition ratio of the germanium element in the amorphous silicon germanium film is 20 atm% or more, so that the film quality is hardly deteriorated by light.

【0064】上述した図2乃至図5のバンドプロファイ
ルを有する図1のpin構造を図6乃至図9に示した素
子構造に用いることにより高効率で信頼性の高い太陽電
池が作製可能である。
By using the pin structure shown in FIG. 1 having the band profiles shown in FIGS. 2 to 5 in the element structure shown in FIGS. 6 to 9, a highly efficient and highly reliable solar cell can be manufactured.

【0065】[0065]

【実施例】次に本発明の好適な実施例を以下に示すが本
発明の内容は、以下の実施例で制約されるものではな
い。 (実施例1)本発明の図2に示すバンドプロファイルの
pin層を用いて図6の構成の太陽電池を図13に示す
装置により以下のようにして作製した。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the contents of the present invention are not limited by the following embodiments. (Example 1) A solar cell having the structure shown in FIG. 6 was manufactured by the apparatus shown in FIG. 13 as follows using the pin layer having the band profile shown in FIG. 2 of the present invention.

【0066】まず、表面を鏡面研磨し0.05μmR
max とした5cm角の大きさのステンレス製(SUS30
4)基板101を不図示のスパッタ装置にいれ、該装置
内を10-7Torr以下に真空排気した後、Arガスを
導入し、内圧を5mTorrとして200Wのパワーで
DCプラズマ放電を生起しAgのターゲットによりスパ
ッタを行い、約5000ÅのAgを堆積した。その後タ
ーゲットをZnOに変えて内圧、パワーとも同じ条件で
DCプラズマ放電を生起しスパッタを行い、約5000
ÅのZnOを堆積した。以上の工程で下部電極102を
作製した後、基板101を取り出し反応チャンバー70
0の中のカソードに取り付け排気ポンプ709により充
分排気し、不図示のイオンゲージで反応チャンバー70
0の中の真空度が10-6Torrと成るようにした。次
に基板加熱用ヒーター704で基板701を300℃に
加熱した。基板温度が一定になった後、バルブ720,
722を開け、マスフローコントローラー721の流量
を制御して不図示のSiH4 ガスボンベからSiH4
ス30sccmをガス導入管710を介して反応チャン
バー700の中に導入した。同様にしてバルブ740,
742を開けマスフローコントローラー741の流量を
制御してH2 ガスを300sccm供給し、バルブ75
0,752を開け、マスフローコントローラー751の
流量を制御してH2 ガスで5%に希釈されたPH3 ガス
を10sccm導入した。反応チャンバー700の内圧
が1.5Torrに成るように調整した後、マッチング
ボックス706を介してRF電源707から10Wのパ
ワーを投入し、プラズマ放電を3分間行いn型非晶質シ
リコン層103を400Å堆積した。ガス供給をやめた
後、反応チャンバー700を再び真空に引き、反応チャ
ンバー700の中の真空度を10-6Torr以下に排気
した後、バルブ720,722,730,732,74
0,742を開けてSiH4 ガス30sccmとH2
ス300sccmとを反応チャンバー700に導入し
た。この時、GeH4 ガスのマスフローコントローラー
731の流量はOsccmに絞っておき成膜開始時は流
量をOsccmとした。RF電源707から20Wのパ
ワーを投入しプラズマ放電を10秒間行い膜厚10Åの
バッファ層のi1 層108を堆積した後、GeH4 ガス
のマスフローコントローラー731の流量設定を瞬時に
5sccmに上げて成膜を続け20分間の成膜を行い約
2000Åの非晶質シリコンゲルマニュームのi2 層1
04を堆積した。マスフローコントローラー731の応
答速度は充分速く設定流量に対し1秒以内に到達しオー
バーシュートも無く設定流量に対する誤差が±2%であ
った。また流量を急激に上げることで圧力の変動が生じ
ないように不図示の圧力コントローラーで制御した。マ
スフローコントローラー731の流量制御はマイクロコ
ンピュータを用いて正確に行えるようにした。尚、この
条件で堆積される非晶質シリコンゲルマニューム膜のバ
ンドギャップは実験例で確認したように約1.53eV
である。次に、GeH4 ガスのマスフローコントローラ
ーの流量設定を0sccmとし、電磁弁を閉じることに
よりGeH4 ガス流量を瞬時に0sccmとしてSiH
4 ガスとH2 ガスのみで成膜を続け10秒間の成膜を行
ない膜厚10Åのバッファ層となるi1 層109を堆積
した。RF電源707のパワーを0Wにしてプラズマ放
電を止めてガス供給をやめた後、反応チャンバー700
の中の真空度を10-6Torr以下に排気した後、バル
ブ720,722,730,732,740,742を
開けてSiH4 ガス1sccmとH2 ガス300scc
mとH2 ガスで5%に希釈したB26 ガス10scc
mとを反応チャンバー700に導入した。続いてRF電
源707から200Wのパワーを投入しプラズマ放電を
生起し5分間成膜を行ないp層105を100Å堆積し
た。尚、この条件でp層をガラス基板状に堆積した試料
により粒径20Åから100Åの微結晶であることを反
射型高速電子線回折(RHEED)により確認した。次
に、基板101を反応チャンバー700から取り出し、
不図示の抵抗加熱の蒸着装置に入れて、該装置内を10
-7Torr以下に真空排気した後、酸素ガスを導入し、
内圧を0.5mTorrとした後InとSnの合金を抵
抗加熱により蒸着し、反射防止効果を兼ねた機能を有す
る透明導電膜(ITO膜)を700Å堆積し上部電極1
06とした。蒸着終了後試料を取り出し不図示のドライ
エッチング装置により1cm×1cmの大きさのサブセルに
分解した後、別の蒸着装置に移し、電子ビーム蒸着法に
よりアルミの集電電極107を形成した。得られた太陽
電池をNo.1−1とした。
First, the surface is mirror-polished to a thickness of 0.05 μmR.
max and was 5cm angle of size made of stainless steel (SUS30
4) The substrate 101 is placed in a sputtering apparatus (not shown), and the inside of the apparatus is evacuated to 10 −7 Torr or less. Then, Ar gas is introduced, the internal pressure is set to 5 mTorr, and DC plasma discharge is generated at a power of 200 W to generate Ag plasma. The target was sputtered to deposit about 5000 ° of Ag. After that, the target was changed to ZnO, a DC plasma discharge was generated under the same conditions of the internal pressure and the power, and sputtering was performed.
Zn ZnO was deposited. After the lower electrode 102 is manufactured in the above steps, the substrate 101 is taken out and the reaction chamber 70 is removed.
0, and evacuated sufficiently by an exhaust pump 709, using an ion gauge (not shown).
The degree of vacuum in 0 was set to 10 -6 Torr. Next, the substrate 701 was heated to 300 ° C. by the substrate heating heater 704. After the substrate temperature becomes constant, the valve 720,
Opened 722, introduced from SiH 4 gas cylinder, not shown to control the flow rate of the mass flow controllers 721 and SiH 4 gas 30sccm into the reaction chamber 700 through the gas inlet pipe 710. Similarly, the valve 740,
742 is opened, H 2 gas is supplied at 300 sccm by controlling the flow rate of the mass flow controller 741, and the valve 75 is opened.
0,752 was opened, and the flow rate of the mass flow controller 751 was controlled to introduce 10 sccm of PH 3 gas diluted to 5% with H 2 gas. After adjusting the internal pressure of the reaction chamber 700 to 1.5 Torr, a power of 10 W is supplied from the RF power supply 707 through the matching box 706, plasma discharge is performed for 3 minutes to form the n-type amorphous silicon layer 103 at 400 ° C. Deposited. After stopping the gas supply, the reaction chamber 700 is evacuated again, and the degree of vacuum in the reaction chamber 700 is evacuated to 10 -6 Torr or less, and then the valves 720, 722, 730, 732, 74
0,742 was opened, and 30 sccm of SiH 4 gas and 300 sccm of H 2 gas were introduced into the reaction chamber 700. At this time, the flow rate of the GeH 4 gas from the mass flow controller 731 was reduced to Osccm, and the flow rate was set to Osccm at the start of film formation. After applying a power of 20 W from the RF power source 707 and performing plasma discharge for 10 seconds to deposit an i 1 layer 108 of a buffer layer having a thickness of 10 °, the flow rate setting of the GeH 4 gas mass flow controller 731 is instantaneously increased to 5 sccm. i 2 layers of amorphous silicon germanium of about 2000Å perform deposition of continued film 20 minutes 1
04 was deposited. The response speed of the mass flow controller 731 was sufficiently fast and reached within 1 second with respect to the set flow rate, and there was no overshoot and the error with respect to the set flow rate was ± 2%. The pressure was controlled by a pressure controller (not shown) so that the pressure did not fluctuate by rapidly increasing the flow rate. The flow rate of the mass flow controller 731 was controlled accurately using a microcomputer. The band gap of the amorphous silicon germanium film deposited under these conditions was about 1.53 eV as confirmed in the experimental example.
It is. Next, the flow rate of the GeH 4 gas was set to 0 sccm by the mass flow controller, and the flow rate of the GeH 4 gas was instantaneously reduced to 0 sccm by closing the solenoid valve.
Film formation was continued with only 4 gas and H 2 gas, and film formation was performed for 10 seconds, and an i 1 layer 109 serving as a buffer layer having a film thickness of 10 ° was deposited. After the power of the RF power source 707 was set to 0 W to stop the plasma discharge and stop the gas supply, the reaction chamber 700 was stopped.
After evacuating the inside to 10 -6 Torr or less, the valves 720, 722, 730, 732, 740 and 742 are opened to open 1 sccm of SiH 4 gas and 300 sccc of H 2 gas.
B 2 H 6 gas 10scc diluted to 5% by m and H 2 gas
m was introduced into the reaction chamber 700. Subsequently, a power of 200 W was applied from the RF power supply 707 to generate plasma discharge, and a film was formed for 5 minutes to deposit the p-layer 105 at 100 °. Note that a sample in which the p-layer was deposited on a glass substrate under these conditions was confirmed by reflection high-speed electron beam diffraction (RHEED) to be microcrystals having a particle size of 20 ° to 100 °. Next, the substrate 101 is taken out of the reaction chamber 700,
It is placed in a resistance heating vapor deposition device (not shown),
After evacuating to -7 Torr or less, introducing oxygen gas,
After the internal pressure was adjusted to 0.5 mTorr, an alloy of In and Sn was deposited by resistance heating, and a transparent conductive film (ITO film) having a function also as an anti-reflection effect was deposited at 700.degree.
06. After the vapor deposition was completed, the sample was taken out and decomposed into sub-cells of 1 cm × 1 cm by a dry etching device (not shown), then transferred to another vapor deposition device, and an aluminum current collecting electrode 107 was formed by an electron beam vapor deposition method. The obtained solar cell was no. 1-1.

【0067】次に、バッファ層108の最適膜厚を求め
るためバッファ層108の成膜時間を変えた以外は上述
した方法と同様にして成膜を行ない膜厚を変化させた試
料を作製した。試料をNo.1−2,No.1−3,N
o.1−4,No.1−5,No.1−7とした。これ
らの試料をソーラーシミュレータを用いてAM−1.5
の太陽光スペクトルの光を100mW/cm2 の強度で照
射し、電圧−電流曲線を求めることにより太陽電池の初
期特性を測定した。
Next, in order to obtain the optimum film thickness of the buffer layer 108, the film formation was performed in the same manner as described above except that the film formation time of the buffer layer 108 was changed, and a sample having a changed film thickness was produced. The sample was no. 1-2, No. 1-3, N
o. 1-4, No. 1-5, No. 1; 1-7. These samples were subjected to AM-1.5 using a solar simulator.
Was irradiated at an intensity of 100 mW / cm 2 , and the initial characteristics of the solar cell were measured by obtaining a voltage-current curve.

【0068】得られた結果を図15に示した。図に於て
変換効率ηは、バッファ層を用いないときの変換効率を
1として規格化して表わした。図15からバッファ層1
08の膜厚が50Åから1000Åである時に初期特性
が向上することがわかった。さらに、バッファ層109
の成膜時間を変えた以外は上述した方法と同様にして成
膜を行ないバッファ層109の膜厚を変化させた試料を
作製した。試料をNo.1−8,No.1−9,No.
1−10,No.1−11,No.1−12,No.1
−13,No.1−14とした。これらの試料をそれぞ
れ、上述した方法で初期特性を測定した。得られた結果
を図16に示した。図に於て変換効率ηは、バッファ層
を用いないときの変換効率を1として規格化して表わし
た。図16からバッファ層109の膜厚が50Åから1
000Åとすることにより初期特性が向上することがわ
かった。 (実施例2)次にバッファ層となるi1 層108,10
9をそれぞれ300Åとした本発明の図2のプロファイ
ルを有するi層(i1 層及びi2 層)を用いた図6に示
す層構成の太陽電池を図13に示す装置を用いて実施例
1と全く同様にして作製した。下部電極102を堆積し
たステンレス製基板101を反応チャンバー700の中
に入れn層103を400Å堆積し、膜厚300Åのバ
ッファ層108を堆積した後、実施例1と同様にGeH
4 ガスのマスフローコントローラーの流量設定を瞬時に
1sccmに上げて成膜を行いバンドギャップ1.67
eVの非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約
2000Å堆積した。さらに、膜厚300Åのバッファ
層109を堆積し、p型非晶質シリコン層105を10
0Å堆積した。基板101を反応チャンバー700から
取り出し、上部電極106及び集電電極107を形成し
た。得られた太陽電池をNo.2−1とした。
FIG. 15 shows the obtained results. In the figure, the conversion efficiency η is normalized by assuming that the conversion efficiency when no buffer layer is used is 1. From FIG. 15, buffer layer 1
It was found that the initial characteristics were improved when the film thickness of 08 was 50 ° to 1000 °. Further, the buffer layer 109
A film was formed in the same manner as described above except that the film formation time was changed, and a sample in which the thickness of the buffer layer 109 was changed was produced. The sample was no. 1-8, no. 1-9, No.
1-10, No. No. 1-11, No. 1-12, no. 1
-13, No. 1-14. The initial characteristics of each of these samples were measured by the method described above. FIG. 16 shows the obtained result. In the figure, the conversion efficiency η is normalized by assuming that the conversion efficiency when no buffer layer is used is 1. FIG. 16 shows that the buffer layer 109 has a thickness of 50 ° to 1
It was found that the initial characteristics were improved by setting the temperature to 000 °. (Embodiment 2) Next, i 1 layers 108 and 10 serving as buffer layers
A solar cell having a layer configuration shown in FIG. 6 using an i-layer (i 1 layer and i 2 layer) having the profile of FIG. It was produced in exactly the same way as described above. The stainless steel substrate 101 on which the lower electrode 102 has been deposited is placed in a reaction chamber 700, the n-layer 103 is deposited at 400 °, and the buffer layer 108 having a thickness of 300 ° is deposited.
The film was formed by instantaneously increasing the flow rate setting of the 4 gas mass flow controller to 1 sccm and forming a band gap of 1.67.
An i-layer 104 of amorphous silicon germanium eV was deposited at about 2000 °. Further, a buffer layer 109 having a thickness of 300 ° is deposited, and a p-type amorphous silicon
0Å deposited. The substrate 101 was taken out of the reaction chamber 700, and an upper electrode 106 and a current collecting electrode 107 were formed. The obtained solar cell was no. 2-1.

【0069】次に、i層104のバンドギャップを変え
るためi層104堆積時のGeH4 ガス流量を変えた以
外は上述した方法と同様にして成膜を行ない、i層10
4のバンドギャップがそれぞれ1.53eV,1.42
eV,1.30eV,1.22eVの試料を作製した。
尚、この時それぞれの試料の膜厚は同じになるようにし
た。得られた試料をNo.2−2,No.2−3,N
o.2−4とした。これらの試料をそれぞれ、上述した
方法により初期特性を測定し次に、これらの試料の光劣
化特性を以下のようにして評価した。
Next, in order to change the band gap of the i-layer 104, a film was formed in the same manner as described above except that the flow rate of GeH 4 gas at the time of depositing the i-layer 104 was changed.
4 have a band gap of 1.53 eV and 1.42, respectively.
Samples of eV, 1.30 eV, and 1.22 eV were prepared.
At this time, the thickness of each sample was set to be the same. The obtained sample was designated as No. 2-2, No. 2-3, N
o. 2-4. The initial characteristics of each of these samples were measured by the method described above, and then the light deterioration characteristics of these samples were evaluated as follows.

【0070】試料の上部電極106側よりAM1.5光
(100mW/cm2 )を照射したときの初期光電変換効
率η(0)を求めた。次に、前述の光電変換効率を求め
た際に得られる開放電圧Voc及び短絡電流1scから
最適負荷を算出し、負荷抵抗を各々の試料に接続した。
The initial photoelectric conversion efficiency η (0) when the sample was irradiated with AM1.5 light (100 mW / cm 2 ) from the upper electrode 106 side was determined. Next, an optimum load was calculated from the open-circuit voltage Voc and the short-circuit current 1 sc obtained when the above-described photoelectric conversion efficiency was obtained, and a load resistance was connected to each sample.

【0071】次に負荷抵抗を接続された試料を25℃一
定に保たれた試料台上に配置し、前述と同じAM1.5
光(100mW/cm2 )を500hr連続照射した後、
再び前述と同様に試料の上部電極106側よりAM1.
5光(100mW/cm2 )を照射したときの光電変換効
率η(500)を求めた。この様にして得られたη(5
00)とη(0)とから劣化率{1−η(500)/η
(0)}を求めた。得られた結果を図17に示した。図
17から分かるように、i層104のゲルマニューム元
素の組成が20atm%以上の試料は光照射に対し安定
であることが分かる。 (比較例1)図13に示す装置を用いて実施例1とほぼ
同様の方法により従来の傾斜型のバッファ層を持つ図1
1のバンドプロファイルのi層を用いて図6の層構成の
太陽電池を作製し電気特性を測定した。
Next, the sample to which the load resistance was connected was placed on a sample table kept at a constant temperature of 25 ° C.
After continuously irradiating light (100 mW / cm 2 ) for 500 hours,
Again, from the upper electrode 106 side of the sample, AM1.
The photoelectric conversion efficiency η (500) when irradiating five lights (100 mW / cm 2 ) was determined. The thus obtained η (5
00) and η (0), the deterioration rate {1−η (500) / η
(0)} was determined. The results obtained are shown in FIG. As can be seen from FIG. 17, it is understood that the sample in which the composition of the germanium element of the i-layer 104 is 20 atm% or more is stable against light irradiation. (Comparative Example 1) FIG. 1 shows a conventional tilted buffer layer using the apparatus shown in FIG.
A solar cell having the layer configuration shown in FIG. 6 was manufactured using the i-layer having the band profile of No. 1, and the electrical characteristics were measured.

【0072】まず、下部電極302を堆積したステンレ
ス製基板301を反応チャンバー700の中のカーソー
ドに取り付け排気ポンプ709により充分排気した。次
に基板加熱用ヒーター704で基板701を300℃に
加熱した。基板温度が一定になった後、実施例1と同様
にしてn層303を400Å堆積した。ガス供給をやめ
た後、反応チャンバー700を再び真空に引き、バルブ
720,722,730,732,740,742を開
けてSiH4 ガス30sccmとH2 ガス300scc
mとを反応チャンバー700に導入した。この時、Ge
4 ガスのマスフローコントローラーはOsccmに絞
っておくことにより成膜開始時は流量をOsccmとし
た。マッチングボックス706を介してRF電源707
から5Wのパワーを投入しプラズマ放電を開始すると同
時にGeH4 ガスのマスフローコントローラー731の
流量設定を2sccm/minの速度で上げながら成膜
を続け5分間の成膜を行なった。5分後のGeH4 ガス
の流量は10sccmとなりこの間の成膜で約300Å
の傾斜バッファ層408が堆積された。バッファ層のバ
ンドギャップは1.7eVから1.42eVまで傾斜し
ている。その後GeH4 の流量を10sccm一定に保
ち15分間の成膜を行なった。この間の成膜で約150
0Åのバンドギャップ1.42eVの非晶質シリコンゲ
ルマニュームのi層404が堆積された。次にGeH4
ガスのマスフローコントローラーの流量設定を2scc
m/minの速度で下げながら成膜を続け5分間成膜を
行なった。5分後のGeH4 ガスの流量は0sccmと
なった。この間の成膜で約300Åの傾斜バッファ層4
09が堆積された。バッファ層のバンドギャップは1.
42eVから1.7eVまで傾斜している。直ちにRF
放電を止めSiH4 ガスとH2 ガスの供給をやめた後、
反応チャンバ−700を真空に引き、SiH4 ガスとB
26 ガスを導入して実施例1と同様にしてp層305
を200Å堆積した。基板701を反応チャンバー70
0から取り出し、不図示の透明導電膜堆積装置に入れ
て、上部電極306としてITO膜を700Å堆積し
た。成膜終了後試料をエッチングして1cm×1cmの大き
さのサブセルに分離した後、別の蒸着装置に移し電子ビ
ーム蒸着法により集電電極307を形成した。得られた
試料をR−1とした。
First, the stainless steel substrate 301 on which the lower electrode 302 was deposited was attached to a cathode in the reaction chamber 700 and sufficiently exhausted by the exhaust pump 709. Next, the substrate 701 was heated to 300 ° C. by the substrate heating heater 704. After the substrate temperature became constant, an n-layer 303 was deposited at 400 ° in the same manner as in Example 1. After stopping the gas supply, the reaction chamber 700 is evacuated again, and the valves 720, 722, 730, 732, 740, 742 are opened to open the SiH 4 gas at 30 sccm and the H 2 gas at 300 sccc.
m was introduced into the reaction chamber 700. At this time, Ge
The mass flow controller of the H 4 gas was restricted to Osccm so that the flow rate was set to Osccm at the start of film formation. RF power supply 707 via matching box 706
At the same time, the plasma discharge was started, and at the same time, the film formation was continued for 5 minutes while increasing the flow rate setting of the GeH 4 gas mass flow controller 731 at a rate of 2 sccm / min. After 5 minutes, the flow rate of the GeH 4 gas was 10 sccm, and the film formation during this time was about 300 ° C.
Of the graded buffer layer 408 was deposited. The band gap of the buffer layer is inclined from 1.7 eV to 1.42 eV. Thereafter, the film was formed for 15 minutes while maintaining the flow rate of GeH 4 at 10 sccm. Approximately 150
An i-layer 404 of amorphous silicon germanium with a 0 ° bandgap of 1.42 eV was deposited. Next, GeH 4
Set the flow rate of the gas mass flow controller to 2scc
The film formation was continued while decreasing at a speed of m / min, and the film formation was performed for 5 minutes. After 5 minutes, the flow rate of the GeH 4 gas became 0 sccm. During this time, the inclined buffer layer 4 of about 300 ° is formed.
09 was deposited. The band gap of the buffer layer is 1.
The slope is from 42 eV to 1.7 eV. RF immediately
After stopping the discharge and stopping the supply of SiH 4 gas and H 2 gas,
The reaction chamber 700 is evacuated, and SiH 4 gas and B
The p layer 305 was introduced in the same manner as in Example 1 by introducing 2 H 6 gas.
Was deposited 200 mm. The substrate 701 is placed in the reaction chamber 70
Then, the film was taken out of the apparatus and placed in a transparent conductive film deposition apparatus (not shown) to deposit an ITO film as the upper electrode 306 at 700 °. After the film formation, the sample was etched and separated into sub-cells having a size of 1 cm × 1 cm, and then transferred to another vapor deposition apparatus to form a current collecting electrode 307 by electron beam vapor deposition. The obtained sample was designated as R-1.

【0073】以上の試料にソーラーシミュレータ光(A
M1.5、100mW/cm2 )を照射し電圧電流特性を
測定することにより太陽電池初期変換効率(ηR
(0))を測定し、実施例2と同様にしてAM1.5光
(100mW/cm2 )を500hr連続照射した後の変
換効率(ηR (50))を測定した。実施例2の各試料
の初期変換効率ηを比較例1の初期変換効率ηR (0)
で規格化した値η(0)/ηR (0)を図18に示し
た。また、試料の劣化後の変換効率η(500)を比較
例1の劣化後の変換効率ηR (500)で規格化した値
η(500)/ηR (500)を図19に示した。
The above sample was provided with solar simulator light (A
M1.5, 100 mW / cm 2 ) and measuring the voltage-current characteristics to obtain the initial conversion efficiency (η R ) of the solar cell.
(0)) was measured, and the conversion efficiency (η R (50)) after continuous irradiation of AM1.5 light (100 mW / cm 2 ) for 500 hours was measured in the same manner as in Example 2. The initial conversion efficiency η of each sample of Example 2 was compared with the initial conversion efficiency η R (0) of Comparative Example 1.
FIG. 18 shows the values η (0) / η R (0) normalized by. FIG. 19 shows a value η (500) / η R (500) obtained by normalizing the conversion efficiency η (500) after deterioration of the sample by the conversion efficiency η R (500) after deterioration in Comparative Example 1.

【0074】以上の結果から理解されるように実施例2
の太陽電池は比較例1と比べて同様に初期特性を有する
とともに、ゲルマニューム元素の組成比を20から70
atm%の範囲とすることにより劣化後の特性は、比較
例よりも向上することがわかった。 (実施例3)次にi層204にバンドギャップ傾斜層を
設けた、本発明の図3のバンドプロファイルのi層を有
する図6に示す層構成の太陽電池を図13に示す装置を
用いて実施例2とほぼ同様にして作製した。
As understood from the above results, the second embodiment
The solar cell of Comparative Example 1 has initial characteristics similarly to Comparative Example 1, and the composition ratio of the germanium element is 20 to 70.
It has been found that the characteristics after deterioration are improved as compared with the comparative example by setting the range of atm%. Embodiment 3 Next, a solar cell having a layer configuration shown in FIG. 6 having an i-layer having the band profile of FIG. 3 of the present invention in which a bandgap gradient layer is provided on the i-layer 204 using an apparatus shown in FIG. It was produced in substantially the same manner as in Example 2.

【0075】下部電極102を堆積したステンレス製基
板101を反応チャンバー700の中に入れn型非晶質
シリコン層103を400Å堆積した。膜厚300Åの
バッファ層108を堆積した後、実施例1と同様にGe
4 ガスのマスフローコントローラー731の流量設定
を瞬時に5sccmに上げてさらに0.5sccm/m
inの速度で流量を上げていき10分間の成膜を行いバ
ンドギャップが1.53eVから1.42eVまで変化
した非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約1
000Å堆積した。その後、GeH4 ガスのマスフロー
コントローラー731の流量設定を0sccmとし、電
磁弁を閉じることによりGeH4 ガス流量を瞬時に0s
ccmとしてSiH4 ガスとH2 ガスのみで成膜を続け
3分間の成膜を行ない膜厚300Åのバッファ層109
を堆積した。放電終了後、実施例2と同様にp型非晶質
シリコン層105を100Å堆積した。基板101を反
応チャンバー700から取り出し、上部電極106及び
集電電極107を形成した。得られた太陽電池をNo.
3−1とした。また、傾斜層の傾きと太陽電池特性の関
係を調べるためi層104を作製する際のGeH4 ガス
流量の変化量を種々変化させた以外は、上述と同様の方
法を用いて成膜を行い表2のNo.3−2およびNo.
3−3に示すようなバンドプロファイルを持つ太陽電池
を作製した。
The stainless steel substrate 101 on which the lower electrode 102 was deposited was placed in a reaction chamber 700, and an n-type amorphous silicon layer 103 was deposited at 400 °. After depositing the buffer layer 108 having a thickness of 300 °, Ge
The flow rate setting of the H 4 gas mass flow controller 731 was instantaneously increased to 5 sccm and further increased to 0.5 sccm / m.
The film was formed for 10 minutes by increasing the flow rate at a rate of in, and the i-layer 104 of amorphous silicon germanium whose band gap changed from 1.53 eV to 1.42 eV was reduced to about 1 layer.
000Å deposited. Thereafter, the flow rate setting of the GeH 4 gas mass flow controller 731 was set to 0 sccm, and the GeH 4 gas flow rate was instantaneously set to 0 s by closing the solenoid valve.
The film was formed with only SiH 4 gas and H 2 gas as ccm, and the film was formed for 3 minutes.
Was deposited. After the discharge, a p-type amorphous silicon layer 105 was deposited at a thickness of 100 ° in the same manner as in Example 2. The substrate 101 was taken out of the reaction chamber 700, and an upper electrode 106 and a current collecting electrode 107 were formed. The obtained solar cell was no.
3-1. In addition, a film was formed using the same method as described above, except that the amount of change in the flow rate of GeH 4 gas when forming the i-layer 104 was varied in order to examine the relationship between the inclination of the inclined layer and the solar cell characteristics. No. of Table 2 3-2 and No. 3
A solar cell having a band profile as shown in 3-3 was produced.

【0076】[0076]

【表2】 次に本発明の図4のバンドプロファイルのi層を有する
図6に示す層構成の太陽電池を上述と同様の操作で作製
した。n層103およびバッファ層108を堆積した
後、GeH4 ガスのマスフローコントローラー731の
流量設定を10sccmとして0.5sccm/min
の速度で流量を下げていき10分間の成膜を行いバンド
ギャップが1.42eVから1.53eVまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約100
0Å堆積した。バッファ層109を堆積後、p層105
を堆積し、上部電極106及び集電電極107を形成し
た。得られた太陽電池をNo.3−4とした。さらに、
傾斜層の傾きと太陽電池特性の関係を調べるためi層1
04を作製する際のGeH4 ガス流量の変化量を種々変
化させ表3のNo.3−5およびNo.3−6に示すよ
うなバンドプロファイルを持つ太陽電池を作製した。
[Table 2] Next, a solar cell having the layer configuration shown in FIG. 6 and having the i-layer having the band profile of FIG. 4 of the present invention was produced by the same operation as described above. After depositing the n-layer 103 and the buffer layer 108, the flow rate of the GeH 4 gas by the mass flow controller 731 is set to 10 sccm, and 0.5 sccm / min.
The flow rate was lowered at a speed of 10 m / min, and a film was formed for 10 minutes to form an amorphous silicon germanium i-layer 104 having a band gap changed from 1.42 eV to 1.53 eV for about 100 hours.
0Å deposited. After depositing the buffer layer 109, the p-layer 105
To form an upper electrode 106 and a collecting electrode 107. The obtained solar cell was no. 3-4. further,
I-layer 1 to investigate the relationship between the inclination of the gradient layer and the solar cell characteristics
No. 04 in Table 3 by varying the amount of change in the flow rate of GeH 4 gas when preparing No. 04. Nos. 3-5 and No. A solar cell having a band profile as shown in 3-6 was produced.

【0077】[0077]

【表3】 さらに本発明の図5のバンドプロファイルのi層を有す
る図6に示す層構成の太陽電池を上述と同様の操作で作
製した。n層103およびバッファ層108を堆積した
後、GeH4 ガスのマスフローコントローラー731の
流量設定を5sccmとして0.75sccm/min
の速度で流量を上げていき5分間の成膜を行いバンドギ
ャップが1.53eVから1.42eVまで変化した非
晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約500Å
堆積しその後GeH4 ガスのマスフローコントローラー
731の流量を0.75sccm/minの速度で下げ
ていき5分間の成膜を行いバンドギャップが1.42e
Vから1.53eVまで変化した非晶質シリコンゲルマ
ニュームのi層104を約500Å堆積し、バッファ層
109、p層105を堆積した後、上部電極106及び
集電電極107を形成した。得られた太陽電池をNo.
3−7とした。さらに、傾斜層の傾きと太陽電池特性の
関係を調べるためi層104を作製する際のGeH4
ス流量の変化量を種々変化させ表4のNo.3−8およ
びNo.3−9に示すようなバンドプロファイルを持つ
太陽電池を作製した。
[Table 3] Further, a solar cell having the layer configuration shown in FIG. 6 having the i-layer of the band profile of FIG. 5 of the present invention was produced by the same operation as described above. After depositing the n-layer 103 and the buffer layer 108, the flow rate setting of the GeH 4 gas mass flow controller 731 is set to 5 sccm, and 0.75 sccm / min.
The flow rate was increased at a rate of 5 ° C. to form a film for 5 minutes, and the amorphous silicon germanium i-layer 104 having a band gap changed from 1.53 eV to 1.42 eV was formed at about 500 ° C.
After the deposition, the flow rate of the GeH 4 gas through the mass flow controller 731 is reduced at a rate of 0.75 sccm / min, and a film is formed for 5 minutes to have a band gap of 1.42 e.
An i-layer 104 of amorphous silicon germanium changed from V to 1.53 eV was deposited at about 500 °, a buffer layer 109 and a p-layer 105 were deposited, and then an upper electrode 106 and a current collecting electrode 107 were formed. The obtained solar cell was no.
3-7. Further, in order to examine the relationship between the inclination of the inclined layer and the solar cell characteristics, the amount of change in the flow rate of the GeH 4 gas when the i-layer 104 was manufactured was variously changed. Nos. 3-8 and No. 3; A solar cell having a band profile as shown in 3-9 was produced.

【0078】[0078]

【表4】 これらの試料をそれぞれ、上述した方法により初期変換
効率η(0)及び500時間光照射後の変換効率η(5
00)を測定し劣化率Δηを求めた(1−η(500)
/η(0)の計算式から算出した。)。その後比較例1
の試料R−1の初期効率ηR および劣化率ΔηR で規格
化して、得られた結果η/ηR 、Δη/ΔηR を表2〜
表4に示した。表2〜表4の結果から全ての試料の劣化
特性は比較例1よりも劣化が少なく特にi層104のバ
ンドギャップが中央が狭く端に向かうに従い広くなるよ
うな傾斜とすることにより初期特性、劣化とも比較例1
よりも向上することがわかった。 (実施例4)次に基板をガラスにしたときの本発明の実
施例を示す。本発明の図1に示す構成のi層を有する図
7の太陽電池を図13に示す装置を用いて実施例2とほ
ぼ同様にして作製した。
[Table 4] These samples were respectively subjected to the initial conversion efficiency η (0) and the conversion efficiency η (5
00) was measured to determine the deterioration rate Δη (1−η (500)
/ Η (0). ). Then Comparative Example 1
Table 2 shows the results η / η R and Δη / Δη R obtained by normalizing the initial efficiency η R and the deterioration rate Δη R of the sample R-1.
The results are shown in Table 4. From the results of Tables 2 to 4, the deterioration characteristics of all the samples are less deteriorated than those of Comparative Example 1, and particularly, the bandgap of the i-layer 104 is set such that the bandgap becomes narrower toward the center and becomes wider toward the end, so that the initial characteristics are improved. Comparative example 1 with deterioration
It turned out to be better than that. (Embodiment 4) Next, an embodiment of the present invention in which the substrate is made of glass will be described. The solar cell of FIG. 7 having the i-layer of the configuration shown in FIG. 1 of the present invention was produced in substantially the same manner as in Example 2 using the apparatus shown in FIG.

【0079】石英ガラス製の基板301に不図示の蒸着
器で透明導電膜SnO2 を3000Å堆積し、上部電極
306を作製した。その後、基板301を反応チャンバ
ー700の中に入れp型非晶質シリコン層105を10
0Å堆積し、膜厚300Åのバッファ層108を堆積し
た後、実施例3と同様にGeH4 ガスのマスフローコン
トローラー731の流量設定を瞬時に5sccmとして
0.75sccm/minの速度で流量を上げていき5
分間の成膜を行いバンドギャップが1.53eVから
1.42eVまで変化した非晶質シリコンゲルマニュー
ムのi層104を約500Å堆積しその後GeH4 ガス
のマスフローコントローラー731の流量設定を0.7
5sccm/minの速度で下げていき5分間の成膜を
行いバンドギャップが1.42eVから1.53eVま
で変化した非晶質シリコンゲルマニュームのi層104
を約500Å堆積した。
A transparent conductive film SnO 2 was deposited on a quartz glass substrate 301 by an evaporator (not shown) at 3000 ° to form an upper electrode 306. Thereafter, the substrate 301 is placed in the reaction chamber 700 and the p-type amorphous silicon
After depositing 0 ° and depositing the buffer layer 108 having a thickness of 300 °, the flow rate of the GeH 4 gas mass flow controller 731 is instantaneously set to 5 sccm and the flow rate is increased at a rate of 0.75 sccm / min as in the third embodiment. 5
The amorphous silicon germanium i-layer 104 having a band gap changed from 1.53 eV to 1.42 eV is deposited for about 500 °, and then the flow rate of the GeH 4 gas mass flow controller 731 is set to 0.7.
The amorphous silicon germanium i-layer 104 having a band gap changed from 1.42 eV to 1.53 eV by forming the film at a rate of 5 sccm / min and decreasing the film thickness for 5 minutes.
Was deposited at about 500 °.

【0080】その後、GeH4 ガスのマスフローコント
ローラー731の流量設置を0sccmとし、電磁弁を
閉じることによりGeH4 ガス流量を瞬時に0sccm
としてSiH4 ガスとH2 ガスのみで成膜を続け3分間
の成膜を行ない膜厚300Åのバッファ層109を堆積
した。放電終了後、実施例2と同様にn層103を40
0Å堆積した。基板301を反応チャンバー700から
取り出し、不図示の電子ビーム蒸着器によりアルミニュ
ームを5000Å堆積して上部電極302を形成した。
得られた太陽電池をNo.4−1とした。この試料を上
述した方法により初期変換効率η(0)及び500時間
光照射後の変換効率η(500)を測定し劣化率Δηを
求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR (0)および
劣化率ΔηR で規格化して、得られた結果η(0)/η
R (0)、およびΔη/ΔηR を表5に示した。この結
果から、本発明のバンドプロファイルを用いることで変
換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られることが
わかる。 (実施例5)次に、本発明の図5のバンドプロファイル
のi層をボトム層に用いた図8に示すタンデムセル構成
の太陽電池を図13に示す装置を用いて実施例3とほぼ
同様にして作製した。
Thereafter, the flow rate of the GeH 4 gas mass flow controller 731 was set to 0 sccm, and the flow rate of the GeH 4 gas was instantaneously reduced to 0 sccm by closing the solenoid valve.
Then, film formation was continued with only SiH 4 gas and H 2 gas, and film formation was performed for 3 minutes to deposit a buffer layer 109 having a thickness of 300 °. After the completion of the discharge, the n-layer
0Å deposited. The substrate 301 was taken out of the reaction chamber 700, and 5000 nm of aluminum was deposited by an electron beam evaporator (not shown) to form an upper electrode 302.
The obtained solar cell was no. 4-1. The initial conversion efficiency η (0) of this sample and the conversion efficiency η (500) after 500 hours of light irradiation were measured by the above-described method to determine the deterioration rate Δη, and the initial efficiency η R (0) of the sample R-1 of Comparative Example 1 was obtained. ) And the deterioration rate Δη R , and the obtained result η (0) / η
Table 5 shows R (0) and Δη / Δη R. From this result, it is understood that a highly reliable solar cell with high conversion efficiency can be obtained by using the band profile of the present invention. (Embodiment 5) Next, a solar cell having a tandem cell structure shown in FIG. 8 using the i-layer having the band profile of FIG. It was produced.

【0081】下部電極302を堆積したステンレス製基
板301にn層103を400Å堆積し、膜厚300Å
のバッファ層108を堆積した後、GeH4 ガスのマス
フローコントローラー731の流量設定を5sccmと
して0.75sccm/minの速度で流量を上げてい
き5分間の成膜を行いバンドギャップが1.53eVか
ら1.42eVまで変化した非晶質シリコンゲルマニュ
ームのi層104を約500Å堆積しその後GeH4
スのマスフローコントローラー731の流量を0.75
sccm/minの速度で下げていき5分間の成膜を行
いバンドギャップが1.42eVから1.53eVまで
変化した非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を
約500Å堆積し、バッファ層109、p層105を堆
積しボトム層を作製した。さらにn層313を400Å
堆積してSiH4 ガスとH2 ガスでi層314を100
0Åおよびp層315を100Å堆積してトップ層を作
製した後、上部電極306及び集電電極307を形成し
た。得られた太陽電池をNo.5−1とした。この試料
を上述した方法により初期変換効率η(0)及び500
時間光照射後の変換効率η(500)を測定し劣化率Δ
ηを求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR および劣
化率ΔηR で規格化して、得られた結果η(0)/ηR
(0)およびΔη/ΔηR を表5に示した。この結果か
ら本発明のバンドプロファイルを用いることで変換効率
が高く、信頼性の高い太陽電池が得られることがわか
る。 (実施例6)次に、本発明の図5のバンドプロファイル
のi層をボトム層に用いた図9に示すトリプルセル構成
の太陽電池を図13に示す装置を用いて実施例5とほぼ
同様にして作製した。
The n-layer 103 is deposited on the stainless steel substrate 301 on which the lower electrode 302 is deposited by 400 .ANG.
After the buffer layer 108 is deposited, the flow rate is increased at a rate of 0.75 sccm / min by setting the flow rate of the GeH 4 gas mass flow controller 731 to 5 sccm, and a film is formed for 5 minutes, and the band gap is changed from 1.53 eV to 1 An i-layer 104 of amorphous silicon germanium changed to .42 eV was deposited at about 500 °, and then the flow rate of the GeH 4 gas through the mass flow controller 731 was set to 0.75.
A film is formed at a rate of sccm / min for 5 minutes, and an i-layer 104 of amorphous silicon germanium having a band gap changed from 1.42 eV to 1.53 eV is deposited at about 500 °, a buffer layer 109 and a p-layer. 105 was deposited to form a bottom layer. Further, the n-layer 313 is
The i-layer 314 is deposited with SiH 4 gas and H 2 gas for 100
After a 0 ° and p-layer 315 were deposited at 100 ° to form a top layer, an upper electrode 306 and a current collecting electrode 307 were formed. The obtained solar cell was no. 5-1. This sample was subjected to initial conversion efficiency η (0) and 500 according to the method described above.
The conversion efficiency η (500) after irradiation with time light is measured and the deterioration rate Δ
η is obtained and normalized by the initial efficiency η R and the deterioration rate Δη R of the sample R-1 of Comparative Example 1, and the obtained result η (0) / η R
(0) and Δη / Δη R are shown in Table 5. From these results, it can be seen that the use of the band profile of the present invention makes it possible to obtain a solar cell with high conversion efficiency and high reliability. (Embodiment 6) Next, a solar cell having a triple cell structure shown in FIG. 9 using the i-layer having the band profile of FIG. 5 as the bottom layer of the present invention is substantially similar to Embodiment 5 using the apparatus shown in FIG. It was produced.

【0082】下部電極302を堆積したステンレス製基
板301にn層103、バッファ層108を堆積した
後、GeH4 ガスのマスフローコントローラー731の
流量設定を5sccmとして0.755sccm/mi
nの速度で流量を上げていき5分間の成膜を行いバンド
ギャップが1.53eVから1.42eVまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約500
Å堆積しその後GeH4 ガスのマスフローコントローラ
ー731の流量を0.75sccm/minの速度で下
げていき5分間の成膜を行いバンドギャップが1.42
eVから1.53eVまで変化した非晶質シリコンゲル
マニュームのi層104を約500Å堆積し、バッファ
層109、p層105を堆積しボトム層を作製した。そ
の後n層313、i層314を3000Å及びp層31
5を堆積し、ミドル層を形成した。さらに、n層32
3、i層324を700Å及びp層325を堆積し、ト
ップ層を形成し、上部電極306及び集電電極307を
形成した。得られた太陽電池をNo.6−1とした。こ
の試料を上述した方法により初期変換効率η(0)及び
500時間光照射後の変換効率η(500)を測定し劣
化率Δηを求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR
(0)および劣化率ΔηR で規格化して、得られた結果
η(0)/ηR (0)およびΔη/ΔηR を表5に示し
た。この結果から本発明のバンドプロファイルを用いる
ことで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られ
ることがわかる。
After depositing the n layer 103 and the buffer layer 108 on the stainless steel substrate 301 on which the lower electrode 302 is deposited, the flow rate of the GeH 4 gas mass flow controller 731 is set to 5 sccm and set to 0.755 sccm / mi.
The flow rate was increased at a rate of n to form a film for 5 minutes, and an i-layer 104 of amorphous silicon germanium having a band gap changed from 1.53 eV to 1.42 eV was applied for about 500 hours.
Å After the deposition, the flow rate of the GeH 4 gas through the mass flow controller 731 is reduced at a rate of 0.75 sccm / min to form a film for 5 minutes, and the band gap is 1.42.
An i-layer 104 of amorphous silicon germanium whose eV was changed from eV to 1.53 eV was deposited at about 500 °, and a buffer layer 109 and a p-layer 105 were deposited to form a bottom layer. Thereafter, the n-layer 313 and the i-layer 314 are set to 3000 ° and the p-layer 31 is formed.
5 was deposited to form a middle layer. Further, the n-layer 32
3, 700 ° of i-layer 324 and p-layer 325 were deposited, a top layer was formed, and upper electrode 306 and current collecting electrode 307 were formed. The obtained solar cell was no. 6-1. The initial conversion efficiency η (0) of this sample and the conversion efficiency η (500) after light irradiation for 500 hours were measured by the above-described method to determine the deterioration rate Δη, and the initial efficiency η R of the sample R-1 of Comparative Example 1 was obtained.
Table 5 shows the obtained results η (0) / η R (0) and Δη / Δη R normalized by (0) and the deterioration rate Δη R. From these results, it can be seen that the use of the band profile of the present invention makes it possible to obtain a solar cell with high conversion efficiency and high reliability.

【0083】[0083]

【表5】 (実施例7)次にi層204の成膜ガスを表6に示す条
件で種々変えて、本発明の図3のバンドプロファイルの
i層を作製し、図6に示す層構成の太陽電池を図13に
示す装置を用いて実施例3の試料3−7とほぼ同様にし
て作製した。得られた太陽電池をNo.7−1,No.
7−2及びNo.7−3とした。この試料を上述した方
法により初期変換効率η(0)及び500時間光照射後
の変換効率η(500)を測定し劣化率Δηを求め比較
例1の試料R−1の初期効率ηR (0)および劣化率Δ
ηR で規格化して、得られた結果η(0)/ηR (0)
およびΔη/ΔηR を表6に示した。この結果から本発
明のバンドプロファイルを用いることで変換効率が高
く、信頼性の高い太陽電池が得られることがわかる。
[Table 5] (Example 7) Next, the film formation gas of the i-layer 204 was changed variously under the conditions shown in Table 6 to produce an i-layer having the band profile of FIG. 3 of the present invention. Using the apparatus shown in FIG. 13, it was manufactured in substantially the same manner as Sample 3-7 of Example 3. The obtained solar cell was no. 7-1, No.
7-2 and No. 7 7-3. The initial conversion efficiency η (0) of this sample and the conversion efficiency η (500) after 500 hours of light irradiation were measured by the above-described method to determine the deterioration rate Δη, and the initial efficiency η R (0 ) And degradation rate Δ
Normalized by η R and obtained result η (0) / η R (0)
And Δη / Δη R are shown in Table 6. From these results, it can be seen that the use of the band profile of the present invention makes it possible to obtain a solar cell with high conversion efficiency and high reliability.

【0084】[0084]

【表6】 (実施例8)次にp層205の成膜ガスを種々変えて表
7に示す条件で、本発明の図3のバンドプロファイルの
i層を作製し、図6に示す層構成の太陽電池を図13に
示す装置を用いて実施例3の試料3−7とほぼ同様にし
て作製した。得られた太陽電池をNo.8−1,No.
8−2およびNo.8−3とした。尚、この試料に用い
たp層をガラス基板状に堆積して実施例1と同様にRH
EEDで結晶性を評価した結果を併せて表7に示した。
この試料を上述した方法により初期変換効率η(0)及
び500時間光照射後の変換効率η(500)を測定し
劣化率Δηを求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR
(0)および劣化率ΔηR で規格化して、得られた結果
η(0)/ηR (0)およびΔη/ΔηR を表7に示し
た。この結果から本発明のバンドプロファイルを用いる
ことで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られ
ることがわかる。
[Table 6] (Embodiment 8) Next, an i-layer having the band profile of FIG. 3 of the present invention was manufactured under the conditions shown in Table 7 by changing the film forming gas of the p-layer 205 variously. Using the apparatus shown in FIG. 13, it was manufactured in substantially the same manner as Sample 3-7 of Example 3. The obtained solar cell was no. 8-1, No. 1;
8-2 and No. 9 8-3. The p-layer used for this sample was deposited on a glass substrate,
Table 7 also shows the results of evaluating the crystallinity by EED.
The initial conversion efficiency η (0) of this sample and the conversion efficiency η (500) after light irradiation for 500 hours were measured by the above-described method to determine the deterioration rate Δη, and the initial efficiency η R of the sample R-1 of Comparative Example 1 was obtained.
Table 7 shows the obtained results η (0) / η R (0) and Δη / Δη R normalized by (0) and the deterioration rate Δη R. From these results, it can be seen that the use of the band profile of the present invention makes it possible to obtain a solar cell with high conversion efficiency and high reliability.

【0085】[0085]

【表7】 [Table 7]

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の光起電力素子によれば、非晶質
シリコンゲルマニュームを構成材料とし、ゲルマニュー
ム原子量が層厚方向内部で高くP型及びN型半導体層側
で低くなるように層厚方向に連続して変化しているI型
半導体層を有するpin型の光起電力素子において、前
記I型半導体層と前記P型半導体層との間及び前記I型
半導体層と前記N型半導体層との間に非晶質シリコンか
らなるI型半導体のバッファ層を設け、前記I型半導体
層は、前記バッファ層との界面側においてゲルマニュー
ム原子量が20原子%以上であり、且つ該I型半導体層
の層厚方向内部のゲルマニューム原子量が最大となる部
分のゲルマニューム原子量が70原子%以下であるよう
にすることで、信頼性が高く、かつ変換効率が高い太陽
電池が得られる。
According to the photovoltaic device of the present invention, an amorphous
Silicon germanium
Higher atomic weight inside the layer thickness direction, P-type and N-type semiconductor layer side
I type continuously changing in the layer thickness direction so as to become lower
In a pin type photovoltaic device having a semiconductor layer,
Between the I-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and the I-type semiconductor layer;
Amorphous silicon between the semiconductor layer and the N-type semiconductor layer
Providing an I-type semiconductor buffer layer comprising:
The layer is formed on the gel side at the interface side with the buffer layer.
Having an atomic weight of at least 20 atomic% and the I-type semiconductor layer
Where the germanium atomic weight inside the layer thickness direction becomes the maximum
Germanium atomic weight of less than 70 atomic%
By doing so, a solar cell with high reliability and high conversion efficiency can be obtained.

【0087】また、前記バッファ層の厚みを50から1
000オングストロームとすることにより、更に信頼性
が高く、かつ更に変換効率が高い太陽電池が得られる。
The buffer layer may have a thickness of 50 to 1
By setting the thickness to 2,000 angstroms, a solar cell with higher reliability and higher conversion efficiency can be obtained.

【0088】また、本発明はpinの単位素子構造を2
つ以上積層する積層型光起電力素子に応用し、前記単位
素子構造の少なくともひとつが上記の光起電力素子から
なるようにすることで、信頼性が高く、かつ変換効率が
高い太陽電池が得られる。
In the present invention, the unit element structure of the pin is 2
It applied to the stacked photovoltaic device of laminating One or more, the unit
At least one of the element structures is from the above photovoltaic element
By doing so, a solar cell with high reliability and high conversion efficiency can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光起電力素子のi層の構成を模式的に
示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an i-layer of a photovoltaic device of the present invention.

【図2】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a band profile of the pin structure of FIG. 1;

【図3】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 3 is a view showing a band profile of the pin structure of FIG. 1;

【図4】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 4 is a view showing a band profile of the pin structure of FIG. 1;

【図5】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a band profile of the pin structure of FIG. 1;

【図6】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional photovoltaic element.

【図7】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional photovoltaic element.

【図8】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional photovoltaic element.

【図9】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional photovoltaic element.

【図10】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a band profile of a conventional photovoltaic element.

【図11】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a band profile of a conventional photovoltaic element.

【図12】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a band profile of a conventional photovoltaic element.

【図13】本発明の光起電力素子を作製するのに好適な
成膜装置を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic view showing a film forming apparatus suitable for producing a photovoltaic element of the present invention.

【図14】バンドギャップの異なる試料の光劣化特性を
示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing light degradation characteristics of samples having different band gaps.

【図15】本発明の光起電力素子の構成の一部であるバ
ッファ層の効果を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an effect of a buffer layer which is a part of the configuration of the photovoltaic device of the present invention.

【図16】本発明の光起電力素子の構成の一部であるバ
ッファ層の効果を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an effect of a buffer layer which is a part of the configuration of the photovoltaic device of the present invention.

【図17】本発明の光起電力素子の構成の一部であるゲ
ルマニューム元素の組成比と劣化特性の関係を示す図で
ある。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the composition ratio of germanium elements, which are part of the configuration of the photovoltaic device of the present invention, and the degradation characteristics.

【図18】本発明の光起電力素子の構成の一部である傾
斜層の効果を示す図である。
FIG. 18 is a view showing an effect of a gradient layer which is a part of the configuration of the photovoltaic device of the present invention.

【図19】本発明の光起電力素子の構成の一部である傾
斜層の効果を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an effect of a gradient layer which is a part of the configuration of the photovoltaic device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 基板, 301 基板、102 下部電極,
302 下部電極、103 n型半導体層, 203
n型半導体層, 303 n型半導体層,313n型半
導体層, 323 n型半導体層, 403 n型半導
体層、104 i型半導体層, 204 i型半導体
層, 204’ i型半導体層, 304 i型半導体
層, 314 i型半導体層, 324 i型半導体
層, 404 i型半導体層, 404’ i型半導体
層、105 p型半導体層, 205 p型半導体層,
305 p型半導体層,315 p型半導体層, 3
25 p型半導体層, 405 p型半導体層、108
バッファ層, 109 バッファ層, 208 バッ
ファ層, 209 バッファ層, 408 バッファ
層,409 バッファ層、106 透明電極, 306
透明電極、107 集電電極, 307 集電電極、
700 反応チャンバー、 701 基板、 702ア
ノード電極、 703 カソード電極、 704 基板
加熱用ヒーター、 705 接地用端子、706 マッ
チングボックス、 707 RF電源、 708 排気
管、 709 排気ポンプ、710 成膜ガス導入管、
720 バルブ, 730 バルブ, 740 バル
ブ, 750 バルブ,760 バルブ,722 バル
ブ, 732 バルブ, 742 バルブ,752 バ
ルブ, 762 バルブ、721 マスフローコントロ
ーラー, 731 マスフローコントローラー,741
マスフローコントローラー, 751 マスフローコ
ントローラー,761 マスフローコントローラー。
101 substrate, 301 substrate, 102 lower electrode,
302 lower electrode, 103 n-type semiconductor layer, 203
n-type semiconductor layer, 303 n-type semiconductor layer, 313 n-type semiconductor layer, 323 n-type semiconductor layer, 403 n-type semiconductor layer, 104 i-type semiconductor layer, 204 i-type semiconductor layer, 204 ′ i-type semiconductor layer, 304 i-type Semiconductor layer, 314 i-type semiconductor layer, 324 i-type semiconductor layer, 404 i-type semiconductor layer, 404 ′ i-type semiconductor layer, 105 p-type semiconductor layer, 205 p-type semiconductor layer,
305 p-type semiconductor layer, 315 p-type semiconductor layer, 3
25 p-type semiconductor layer, 405 p-type semiconductor layer, 108
Buffer layer, 109 buffer layer, 208 buffer layer, 209 buffer layer, 408 buffer layer, 409 buffer layer, 106 transparent electrode, 306
Transparent electrode, 107 current collecting electrode, 307 current collecting electrode,
700 reaction chamber, 701 substrate, 702 anode electrode, 703 cathode electrode, 704 substrate heating heater, 705 grounding terminal, 706 matching box, 707 RF power supply, 708 exhaust pipe, 709 exhaust pump, 710 deposition gas introduction pipe,
720 valve, 730 valve, 740 valve, 750 valve, 760 valve, 722 valve, 732 valve, 742 valve, 752 valve, 762 valve, 721 mass flow controller, 731 mass flow controller, 741
Mass Flow Controller, 751 Mass Flow Controller, 761 Mass Flow Controller.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−205770(JP,A) 特開 昭60−30181(JP,A) 特開 昭64−71182(JP,A)Continuation of the front page (56) References JP-A-59-205770 (JP, A) JP-A-60-30181 (JP, A) JP-A-64-71182 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 非晶質シリコンゲルマニュームを構成材
料とし、ゲルマニューム原子量が層厚方向内部で高くP
型及びN型半導体層側で低くなるように層厚方向に連続
して変化しているI型半導体層を有するpin型の光起
電力素子において、 前記I型半導体層と前記P型半導体層との間及び前記I
型半導体層と前記N型半導体層との間に非晶質シリコン
からなるI型半導体のバッファ層を設け、 前記I型半導体層は、前記バッファ層との界面側におい
てゲルマニューム原子量が20原子%以上であり、且つ
該I型半導体層の層厚方向内部のゲルマニューム原子量
が最大となる部分のゲルマニューム原子量が70原子%
以下であることを特徴とする光起電力素子。
An amorphous silicon germanium constituent material
The atomic weight of germanium is high inside the layer thickness direction
Continuous in the layer thickness direction so that it becomes lower on the side of the N-type and N-type semiconductor layers
-Type photovoltaic with I-type semiconductor layer changing
In the power device, between the I-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and the I-type semiconductor layer.
Amorphous silicon between the n-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer
A buffer layer of an I-type semiconductor is provided, and the I-type semiconductor layer is located on an interface side with the buffer layer.
Has a germanium atomic weight of 20 atomic% or more, and
Germanium atomic weight inside the thickness direction of the I-type semiconductor layer
Of the germanium in the part where the maximum is 70 atomic%
A photovoltaic element characterized by the following.
【請求項2】 前記バッファ層の厚みが50から100
0オングストロームであることを特徴とする請求項1記
載の光起電力素子。
2. The method according to claim 1, wherein said buffer layer has a thickness of 50 to 100.
2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the thickness is 0 Å.
【請求項3】 pin型の単位素子構造を2つ以上積層
する積層型光起電力素子において、 前記単位素子構造の少なくともひとつが請求項1または
請求項2に記載の光起電力素子からなることを特徴とす
る光起電力素子。
3. Stacking two or more pin-type unit element structures
In a stacked photovoltaic element, at least one of the unit element structures is
A photovoltaic device according to claim 2.
Photovoltaic element.
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US4816082A (en) * 1987-08-19 1989-03-28 Energy Conversion Devices, Inc. Thin film solar cell including a spatially modulated intrinsic layer

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