JP2721769B2 - 光起電力素子 - Google Patents
光起電力素子Info
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- JP2721769B2 JP2721769B2 JP4059713A JP5971392A JP2721769B2 JP 2721769 B2 JP2721769 B2 JP 2721769B2 JP 4059713 A JP4059713 A JP 4059713A JP 5971392 A JP5971392 A JP 5971392A JP 2721769 B2 JP2721769 B2 JP 2721769B2
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- Japan
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- layer
- amorphous semiconductor
- type amorphous
- semiconductor layer
- amorphous silicon
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子の構造に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の代表的な光起電力素子として、受
光面側の透明電極と裏面電極との間にｐ−ｉ−ｎ接合型
の非晶質半導体層を備えるものがある。
光面側の透明電極と裏面電極との間にｐ−ｉ−ｎ接合型
の非晶質半導体層を備えるものがある。
【０００３】ｐ−ｉ−ｎ接合型の非晶質半導体層として
は、透明電極側から順にｐ型非晶質半導体層（以下、ｐ
層と略記する。）と、ｉ型非晶質半導体層（以下、ｉ層
と略記する。）と、ｎ型非晶質半導体層（以下、ｎ層と
略記する。）とを積層したものと、逆に透明電極側から
ｎ層、ｉ層、ｐ層の順に積層したものとがある。
は、透明電極側から順にｐ型非晶質半導体層（以下、ｐ
層と略記する。）と、ｉ型非晶質半導体層（以下、ｉ層
と略記する。）と、ｎ型非晶質半導体層（以下、ｎ層と
略記する。）とを積層したものと、逆に透明電極側から
ｎ層、ｉ層、ｐ層の順に積層したものとがある。
【０００４】また、非晶質半導体としては、アモルファ
スシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモル
ファスシリコンゲルマニウム等が用いられる。
スシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモル
ファスシリコンゲルマニウム等が用いられる。
【０００５】更に、上記非晶質半導体層は、光電変換効
率を高めるため、表面と裏面との一方または双方が凹凸
面に形成された、いわゆるテクスチャ構造を有するもの
がある。すなわち、テクスチャ構造を有する非晶質半導
体層を備える光起電力素子では、従来のフラットな表面
や裏面では吸収しきれなかった光を、凹凸のある表面あ
るいは裏面で乱反射することにより非晶質半導体層で吸
収できるようになる、いわゆる光閉じ込めと呼ばれる効
果が得られ、この光閉じ込めによって光電変換効率が高
められる。
率を高めるため、表面と裏面との一方または双方が凹凸
面に形成された、いわゆるテクスチャ構造を有するもの
がある。すなわち、テクスチャ構造を有する非晶質半導
体層を備える光起電力素子では、従来のフラットな表面
や裏面では吸収しきれなかった光を、凹凸のある表面あ
るいは裏面で乱反射することにより非晶質半導体層で吸
収できるようになる、いわゆる光閉じ込めと呼ばれる効
果が得られ、この光閉じ込めによって光電変換効率が高
められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところがこの従来例
は、数値シミュレーションにより詳細に検討した結果、
光学的には前述のごとく有効であるが、電気的にはむし
ろフラットのものより劣っていることが判明した。
は、数値シミュレーションにより詳細に検討した結果、
光学的には前述のごとく有効であるが、電気的にはむし
ろフラットのものより劣っていることが判明した。
【０００７】例えば、図２に示すように、厚さが４００
０Åで、凹凸の繰り返しピッチが４０００Åのｐ−ｉ−
ｎ接合型非晶質半導体層に、通常のデバイス解析で一般
に用いられる解法、すなわち、数式１及び数式２で表さ
れる電流連続の方程式、数式３で表されるポアソン方程
式、数式４及び数式５で表される電流の式からなる連立
法定式を解く解法を用いてシミュレーションを行う。
０Åで、凹凸の繰り返しピッチが４０００Åのｐ−ｉ−
ｎ接合型非晶質半導体層に、通常のデバイス解析で一般
に用いられる解法、すなわち、数式１及び数式２で表さ
れる電流連続の方程式、数式３で表されるポアソン方程
式、数式４及び数式５で表される電流の式からなる連立
法定式を解く解法を用いてシミュレーションを行う。
【０００８】
【数式１】−▽・Ｊｎ＋ｑＲ＝０
【０００９】
【数式２】−▽・Ｊｐ−ｑＲ＝０
【００１０】
【数式３】▽（ε▽ψ）＝ｑ（ｎ−ｐ−ＮD＋ＮA）
【００１１】
【数式４】Ｊn＝−ｑμnｎ・▽ψ＋ｋＴμn・▽ｎ
【００１２】
【数式５】Ｊp＝−ｑμpｐ・▽ψ−ｋＴμp・▽ｐ
【００１３】ここでは、電気的な特性を把握するため、
光吸収はｉ層全域で一定とした。また、これらの数式に
おいて、ｎは電子の濃度、ｐはホールの濃度、Ｊｎは電
子による電流密度、Ｊｐはホールによる電流密度、ψは
電位、ＮD はイオン化ドナー濃度、ＮA はイオン化アク
セプタ濃度、ｑは素電荷である。
光吸収はｉ層全域で一定とした。また、これらの数式に
おいて、ｎは電子の濃度、ｐはホールの濃度、Ｊｎは電
子による電流密度、Ｊｐはホールによる電流密度、ψは
電位、ＮD はイオン化ドナー濃度、ＮA はイオン化アク
セプタ濃度、ｑは素電荷である。
【００１４】上記のシミュレーションの結果、電気的な
特性をもっともよく表すパラメータである内部量子効
率、「出力電流／（ｑ×生成キャリア総数）」は、フラ
ット太陽電池の場合０．７３であるのに対し、テクスチ
ャ太陽電池では０．６７と低下することがわかった。
特性をもっともよく表すパラメータである内部量子効
率、「出力電流／（ｑ×生成キャリア総数）」は、フラ
ット太陽電池の場合０．７３であるのに対し、テクスチ
ャ太陽電池では０．６７と低下することがわかった。
【００１５】この内部量子効率の低下の原因は、テクス
チャ太陽電池においては、図３（Ａ）の電位分布（計算
結果）図の断面Ａならびに断面Ｂにおける電位分布が図
３（Ｂ）に示すように各部分において異なり、この電界
の弱い部分でキャリア再結合が多くなるためであると考
えられる。
チャ太陽電池においては、図３（Ａ）の電位分布（計算
結果）図の断面Ａならびに断面Ｂにおける電位分布が図
３（Ｂ）に示すように各部分において異なり、この電界
の弱い部分でキャリア再結合が多くなるためであると考
えられる。
【００１６】本発明の目的は、テクスチャ構造を有する
光起電力素子の電気的特性及び光電変換効率を高めるこ
とにある。
光起電力素子の電気的特性及び光電変換効率を高めるこ
とにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、凹凸構造を有
するｐ−ｉ−ｎ接合型の非晶質半導体層を備える光起電
力素子において、ｉ型非晶質半導体層のｐ型非晶質半導
体層近傍の凸部分が局部的にｎ型非晶質半導体に、ま
た、ｉ型非晶質半導体層のｎ型非晶質半導体層近傍の凸
部分が局部的にｐ型非晶質半導体に置換されたことを特
徴とする。
するｐ−ｉ−ｎ接合型の非晶質半導体層を備える光起電
力素子において、ｉ型非晶質半導体層のｐ型非晶質半導
体層近傍の凸部分が局部的にｎ型非晶質半導体に、ま
た、ｉ型非晶質半導体層のｎ型非晶質半導体層近傍の凸
部分が局部的にｐ型非晶質半導体に置換されたことを特
徴とする。
【００１８】
【作用】本発明においては、ｉ層のｐ型非晶質半導体層
近傍の凸部分の局部とｐ型非晶質半導体層とがｎ−ｐ接
合され、ｉ層のｎ型非晶質半導体層近傍の凸部分の局部
とｎ型非晶質半導体層とがｐ−ｎ接合されることにな
る。その結果、ｉ層での電位分布がより均一となり、電
界の弱い部分が少なくなる。
近傍の凸部分の局部とｐ型非晶質半導体層とがｎ−ｐ接
合され、ｉ層のｎ型非晶質半導体層近傍の凸部分の局部
とｎ型非晶質半導体層とがｐ−ｎ接合されることにな
る。その結果、ｉ層での電位分布がより均一となり、電
界の弱い部分が少なくなる。
【００１９】
【実施例】本発明の一実施例に係る光起電力素子を図１
に基づき具体的に説明すれば、以下の通りである。
に基づき具体的に説明すれば、以下の通りである。
【００２０】この光起電力素子はガラス基板１と、これ
の一面に順に積層された透明電極としてのＴＣＯ膜２、
非晶質半導体層３及び裏面電極４とを備える。
の一面に順に積層された透明電極としてのＴＣＯ膜２、
非晶質半導体層３及び裏面電極４とを備える。
【００２１】ＴＣＯ膜２は例えば酸化錫（ＳｎＯ 2 ）、
酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ 3 ）、酸化インジウム錫（ＩＴ
Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等で構成すればよいが、ここ
では酸化錫（ＳｎＯ 2 ）を用いている。
酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ 3 ）、酸化インジウム錫（ＩＴ
Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等で構成すればよいが、ここ
では酸化錫（ＳｎＯ 2 ）を用いている。
【００２２】このＴＣＯ膜２は、例えばＣＶＤ法により
所定の膜厚に形成された後、フォトリソグラフィにより
表面を繰り返しピッチ１μｍ程度で凹凸が繰り返し連続
する凹凸面に形成している。
所定の膜厚に形成された後、フォトリソグラフィにより
表面を繰り返しピッチ１μｍ程度で凹凸が繰り返し連続
する凹凸面に形成している。
【００２３】非晶質半導体層３は、アモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ）、アモルファスシリコンカーバイド（ａ
−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンゲルマニウム等のア
モルファスシリコン系の半導体で形成すればよく、ここ
ではアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）を
用いている。
ン（ａ−Ｓｉ）、アモルファスシリコンカーバイド（ａ
−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンゲルマニウム等のア
モルファスシリコン系の半導体で形成すればよく、ここ
ではアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）を
用いている。
【００２４】非晶質半導体層３は、それぞれプラズマＣ
ＶＤ法によって形成されたｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイドからなるｐ層３ｐ、ｐ層３ｐの表面に形成され
る谷部、すなわち、ｐ層３ｐに積層されるｉ層３ｉのｐ
層３ｐ近傍の凸部に形成されたｎ型アモルファスシリコ
ンカーバイドからなるｎ層３ｎａ、ｉ型アモルファスシ
リコンカーバイドからなるｉ層３ｉ、ｉ層３ｉのｎ層３
ｎ近傍の凸部に形成されたｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイドからなるｐ層３ｐａ及びｎ型アモルファスシリ
コンカーバイドからなるｎ層３ｎを備える。
ＶＤ法によって形成されたｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイドからなるｐ層３ｐ、ｐ層３ｐの表面に形成され
る谷部、すなわち、ｐ層３ｐに積層されるｉ層３ｉのｐ
層３ｐ近傍の凸部に形成されたｎ型アモルファスシリコ
ンカーバイドからなるｎ層３ｎａ、ｉ型アモルファスシ
リコンカーバイドからなるｉ層３ｉ、ｉ層３ｉのｎ層３
ｎ近傍の凸部に形成されたｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイドからなるｐ層３ｐａ及びｎ型アモルファスシリ
コンカーバイドからなるｎ層３ｎを備える。
【００２５】ｐ層３ｐの膜厚は１００Å程度に形成され
る。
る。
【００２６】ｐ層３ｐ近傍の凸部に形成されたｎ層３ｎ
ａはＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝１０ｐｐｍの雰囲気中で膜厚１
０００Å程度に成膜した後、フオトリソグラフィにより
凸部のみをエッチングしてｐ層３ｐの表面に形成される
谷部に残される。
ａはＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝１０ｐｐｍの雰囲気中で膜厚１
０００Å程度に成膜した後、フオトリソグラフィにより
凸部のみをエッチングしてｐ層３ｐの表面に形成される
谷部に残される。
【００２７】ｉ層３ｉは、ｐ層３ｐとｎ層３ｎａとの表
面に積層され、その膜厚は約４０００Åとしている。
面に積層され、その膜厚は約４０００Åとしている。
【００２８】ｉ層３ｉのｎ層３ｎ近傍の凸部に形成され
たｐ層３ｐａはＢ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4＝１０ｐｐｍの雰囲
気中で膜厚１０００Å程度に成膜した後、フオトリソグ
ラフィにより一部分をエッチングして、その表面を凹凸
面に形成している。
たｐ層３ｐａはＢ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4＝１０ｐｐｍの雰囲
気中で膜厚１０００Å程度に成膜した後、フオトリソグ
ラフィにより一部分をエッチングして、その表面を凹凸
面に形成している。
【００２９】ｎ層３ｎの膜厚は５００Å程度としてい
る。裏面電極４はアルミニウム（Ａｌ）を蒸着法によっ
て形成した。
る。裏面電極４はアルミニウム（Ａｌ）を蒸着法によっ
て形成した。
【００３０】この実施例においては、ｉ層３ｉのｐ層３
ｐ近傍の凸部分のｎ層３ｎａとｐ層３ｐとがｎ−ｐ接合
され、ｉ層３ｉのｎ層３ｎ近傍の凸部分のｐ層３ｐａと
ｎ層３ｎとがｐ−ｎ接合されるので、ｉ層３ｉでの電位
分布がより均一となり、電界の弱い部分が少なくなる。
その結果、例えば開放電圧等の電気的特性及び光電変換
効率が高められる。
ｐ近傍の凸部分のｎ層３ｎａとｐ層３ｐとがｎ−ｐ接合
され、ｉ層３ｉのｎ層３ｎ近傍の凸部分のｐ層３ｐａと
ｎ層３ｎとがｐ−ｎ接合されるので、ｉ層３ｉでの電位
分布がより均一となり、電界の弱い部分が少なくなる。
その結果、例えば開放電圧等の電気的特性及び光電変換
効率が高められる。
【００３１】比較例として、非晶質半導体層３がそれぞ
れプラズマＣＶＤ法によって形成されたｐ型アモルファ
スシリコンカーバイドからなるｐ層３ｐ、ｉ型アモルフ
ァスシリコンカーバイドからなるｉ層３ｉ及びｎ型アモ
ルファスシリコンカーバイドからなるｎ層３ｎを備える
光起電力素子を作った。
れプラズマＣＶＤ法によって形成されたｐ型アモルファ
スシリコンカーバイドからなるｐ層３ｐ、ｉ型アモルフ
ァスシリコンカーバイドからなるｉ層３ｉ及びｎ型アモ
ルファスシリコンカーバイドからなるｎ層３ｎを備える
光起電力素子を作った。
【００３２】この比較例のｐ層３ｐの膜厚は１００Å程
度とし、ｉ層３ｉの膜厚は約４０００Åとし、ｎ層３ｎ
の膜厚は５００Å程度としている。
度とし、ｉ層３ｉの膜厚は約４０００Åとし、ｎ層３ｎ
の膜厚は５００Å程度としている。
【００３３】上記の一実施例と比較例とについて光電変
換効率を求めたところ、比較例の光電変換効率は８．０
％であるのに対して上記の一実施例の光電変換効率は
８．２％に高められていることが分かった。
換効率を求めたところ、比較例の光電変換効率は８．０
％であるのに対して上記の一実施例の光電変換効率は
８．２％に高められていることが分かった。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光起電力
素子によれば、ｉ層での電位分布が均一化され、電界の
弱い部分がなくなって、開放電圧等の電気的特性及び光
電変換効率が高められる。
素子によれば、ｉ層での電位分布が均一化され、電界の
弱い部分がなくなって、開放電圧等の電気的特性及び光
電変換効率が高められる。
【図１】本発明の一実施例に係る光起電力素子の構造を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図２】従来例の構造を示す模式図である。
【図３】従来例の数値シミュレーション結果を示す電位
分布図である。
分布図である。
３ 非晶質半導体層 ３ｉ ｉ層 ３ｎ ｎ層 ３ｎａ ｎ層 ３ｐ ｐ層 ３ｐａ ｐ層
Claims (1)
- 【請求項１】 凹凸構造を有するｐ−ｉ−ｎ接合型の非
晶質半導体層を備える光起電力素子において、ｉ型非晶
質半導体層のｐ型非晶質半導体層近傍の凸部分が局部的
にｎ型非晶質半導体に、また、ｉ型非晶質半導体層のｎ
型非晶質半導体層近傍の凸部分が局部的にｐ型非晶質半
導体に置換されたことを特徴とする光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4059713A JP2721769B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4059713A JP2721769B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05226679A JPH05226679A (ja) | 1993-09-03 |
| JP2721769B2 true JP2721769B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=13121128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4059713A Expired - Fee Related JP2721769B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2721769B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE9219128U1 (de) * | 1992-01-10 | 1998-04-16 | Kullmann Wikus Saegenfab | Sägeblatt |
-
1992
- 1992-02-13 JP JP4059713A patent/JP2721769B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05226679A (ja) | 1993-09-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |