JP2740337B2 - 光起電力素子 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光起電力素子に係り、特にエネルギー変換
効率の良好な積層（stack）型の光起電力素子に関す
る。
効率の良好な積層（stack）型の光起電力素子に関す
る。
本発明の光起電力素子は、太陽電池や光センサーや固
体撮像素子等に好適に用いられるものである。
体撮像素子等に好適に用いられるものである。
各種機器において、駆動エネルギー源として太陽電池
や受光素子として光センサー等の光起電力素子が利用さ
れている。
や受光素子として光センサー等の光起電力素子が利用さ
れている。
太陽電池等の光起電力素子は機能部分にpn接合やpin
接合を用いており、これらpn接合やpin接合を構成する
半導体としては一般にシリコンが用いられている。光エ
ネルギーを起電力に変換する効率の点からは、単結晶シ
リコンを用いるのが好ましいが大面積化及び低コスト化
の点からはアモルファスシリコンが有利とされている。
接合を用いており、これらpn接合やpin接合を構成する
半導体としては一般にシリコンが用いられている。光エ
ネルギーを起電力に変換する効率の点からは、単結晶シ
リコンを用いるのが好ましいが大面積化及び低コスト化
の点からはアモルファスシリコンが有利とされている。
近年においては、アモルファスシリコンなみの低コス
トと単結晶シリコンなみの高エネルギー変換効率とを得
る目的で多結晶シリコンの使用が検討されている。とこ
ろが、従来提案されている方法では形成容易な塊状の多
結晶をスライスして板状体としこれを用いていたために
厚さを0.3mm以下にすることは困難であり、光起電力を
取り出す際の電気抵抗を低く抑えることには限界があっ
た。
トと単結晶シリコンなみの高エネルギー変換効率とを得
る目的で多結晶シリコンの使用が検討されている。とこ
ろが、従来提案されている方法では形成容易な塊状の多
結晶をスライスして板状体としこれを用いていたために
厚さを0.3mm以下にすることは困難であり、光起電力を
取り出す際の電気抵抗を低く抑えることには限界があっ
た。
また、塊状の多結晶をスライスした板状体を光起電力
素子に用いるには板状体を精密に研磨する等の処理も必
要であるので板状体はある程度の強度を有していなけれ
ばならず、十分な光量吸収が可能な必要充分な最少限の
厚さまで薄くすることができず、従って材料の有効利用
が十分ではなかった。
素子に用いるには板状体を精密に研磨する等の処理も必
要であるので板状体はある程度の強度を有していなけれ
ばならず、十分な光量吸収が可能な必要充分な最少限の
厚さまで薄くすることができず、従って材料の有効利用
が十分ではなかった。
効率のよい光起電力素子を形成するためには、光照射
を受けて光キャリアを発生する半導体層の層厚が光を吸
収するには充分厚いことが望ましいが、発生した光キャ
リアの拡散、素子全体の低抵抗化、及び材料の有効利用
のためには必要最低限の層厚であることが望ましい。
を受けて光キャリアを発生する半導体層の層厚が光を吸
収するには充分厚いことが望ましいが、発生した光キャ
リアの拡散、素子全体の低抵抗化、及び材料の有効利用
のためには必要最低限の層厚であることが望ましい。
即ち、効率を高め且つ製造コストを下げるためには十
分な薄型化が必要である。
分な薄型化が必要である。
そこで、化学的気相成長法（CVD）等の薄膜形成技術
を用いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされ
ているが、結晶粒径がせいぜい百分の数ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶シリコンスライス法の場合に比
べてもエネルギー変換効率が低い。
を用いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされ
ているが、結晶粒径がせいぜい百分の数ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶シリコンスライス法の場合に比
べてもエネルギー変換効率が低い。
また、上記CVD法により形成した多結晶シリコン薄膜
にレーザ光を照射し溶融再結晶化させて結晶粒径を大き
くするという試みもなされているが、低コスト化が十分
でなく、また安定した製造も困難である。
にレーザ光を照射し溶融再結晶化させて結晶粒径を大き
くするという試みもなされているが、低コスト化が十分
でなく、また安定した製造も困難である。
この様な事情はシリコンのみならず化合物半導体の場
合も同様である。
合も同様である。
そこで、薄型で結晶粒径が十分に大きく且つ良好なエ
ネルギー変換効率を有する太陽電池として、本出願人は
特開昭63−182872号公報において、「基体表面上に該基
体表面の材料よりも核形成密度が十分に大きく且つ単一
の核だけが成長する程度に十分微細な異種材料に基づき
形成された第１の導電型の半導体の実質的単結晶層と該
単結晶層の上方の第２の導電型の半導体の実質的単結晶
層とを有することを特徴とする、太陽電池」を明らかに
した。
ネルギー変換効率を有する太陽電池として、本出願人は
特開昭63−182872号公報において、「基体表面上に該基
体表面の材料よりも核形成密度が十分に大きく且つ単一
の核だけが成長する程度に十分微細な異種材料に基づき
形成された第１の導電型の半導体の実質的単結晶層と該
単結晶層の上方の第２の導電型の半導体の実質的単結晶
層とを有することを特徴とする、太陽電池」を明らかに
した。
第５図は、前記公報に記載されている太陽電池の模式
図であり、ここで11は基体であり、12は異種材料であ
り、13はたとえばｐ型の単結晶層であり、14はたとえば
ｉ型の単結晶層であり、15はたとえばｎ型の単結晶層で
ある。
図であり、ここで11は基体であり、12は異種材料であ
り、13はたとえばｐ型の単結晶層であり、14はたとえば
ｉ型の単結晶層であり、15はたとえばｎ型の単結晶層で
ある。
この太陽電池は、選択的単結晶成長法を用いて製造さ
れる。選択的単結晶成長法は、表面エネルギー、付着係
数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での
核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基体
上に選択的に結晶を成長させる方法である。即ち、非核
形成面（核形成密度の小さい面）に設けられた該非核形
成面よりも核形成密度が十分に大きく且つ結晶成長して
単結晶となる核が唯一形成され得る程度に微小な表面積
の核形成面に基づいて単結晶を成長させる方法で、この
方法では非核形成面からは結晶の成長はおこらず、核形
成面からのみ単結晶の成長がおこる。
れる。選択的単結晶成長法は、表面エネルギー、付着係
数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での
核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基体
上に選択的に結晶を成長させる方法である。即ち、非核
形成面（核形成密度の小さい面）に設けられた該非核形
成面よりも核形成密度が十分に大きく且つ結晶成長して
単結晶となる核が唯一形成され得る程度に微小な表面積
の核形成面に基づいて単結晶を成長させる方法で、この
方法では非核形成面からは結晶の成長はおこらず、核形
成面からのみ単結晶の成長がおこる。
本発明は、前記従来技術を更に発展させたものであっ
て、特にエネルギー変換効率が良好で大面積化が可能で
低コストの光起電力素子を提供することを目的とするも
のである。
て、特にエネルギー変換効率が良好で大面積化が可能で
低コストの光起電力素子を提供することを目的とするも
のである。
本発明の他の目的は基体上の所望の位置に選択的に積
層型のエネルギー変換効率が良好な光起電力素子を提供
することである。
層型のエネルギー変換効率が良好な光起電力素子を提供
することである。
本発明は、上述した課題を解決するための手段とし
て、 基体上に、横方向において、互いに接触しないように
隔離されて形成された複数領域の単結晶層内にそれぞれ
形成された、第１の導電型の単結晶層と、その反対導電
型の第２の導電型の単結晶層とを有する第１の光起電力
要素と、 該第１の光起電力要素を形成していない領域及び該第
１の光起電力要素を形成した領域上の全面を一様に覆っ
て形成された非晶質、微結晶または多結晶の層内に形成
された第１の導電型層と、その反対導電型の第２の導電
型層とを有する第２の光起電力要素と、 を有することを特徴とする光起電力素子を提供するもの
である。
て、 基体上に、横方向において、互いに接触しないように
隔離されて形成された複数領域の単結晶層内にそれぞれ
形成された、第１の導電型の単結晶層と、その反対導電
型の第２の導電型の単結晶層とを有する第１の光起電力
要素と、 該第１の光起電力要素を形成していない領域及び該第
１の光起電力要素を形成した領域上の全面を一様に覆っ
て形成された非晶質、微結晶または多結晶の層内に形成
された第１の導電型層と、その反対導電型の第２の導電
型層とを有する第２の光起電力要素と、 を有することを特徴とする光起電力素子を提供するもの
である。
以下、図面を参照しながら本発明を一実施例を基に、
具体的に説明する。
具体的に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を説明するための模式的
な概略断面図である。
な概略断面図である。
第１図に示された光起電力素子は、導電性表面を有す
る下地材料１上に開口部を有する絶縁層３を有する基体
上に、開口部上に設けられた第１の導電型の単結晶層４
と、該単結晶層４を覆い光照射により光キャリアを効率
よく発生する単結晶層５と、該単結晶層５を覆う第２の
導電型の層６とを有する第１の光起電力要素、及び第１
の導電型の非晶質層７とｉ型の非晶質層８と第２の導電
型の非晶質層９とを有する第２の光起電力要素、及び透
明導電体層10とを有している。なお、本願発明は前記構
成に何ら限定されるものではなく、例えば絶縁層の表面
（絶縁性の表面）と導電性表面とは同一平面にあっても
よい。
る下地材料１上に開口部を有する絶縁層３を有する基体
上に、開口部上に設けられた第１の導電型の単結晶層４
と、該単結晶層４を覆い光照射により光キャリアを効率
よく発生する単結晶層５と、該単結晶層５を覆う第２の
導電型の層６とを有する第１の光起電力要素、及び第１
の導電型の非晶質層７とｉ型の非晶質層８と第２の導電
型の非晶質層９とを有する第２の光起電力要素、及び透
明導電体層10とを有している。なお、本願発明は前記構
成に何ら限定されるものではなく、例えば絶縁層の表面
（絶縁性の表面）と導電性表面とは同一平面にあっても
よい。
本発明に使用し得る導電性表面を有する下地材料とし
ては例えば、ステンレス等の金属材料、又は例えばアル
ミナ、ガラス等の絶縁性の材料表面に蒸着等の手法によ
り導電処理を施したものが挙げられる。
ては例えば、ステンレス等の金属材料、又は例えばアル
ミナ、ガラス等の絶縁性の材料表面に蒸着等の手法によ
り導電処理を施したものが挙げられる。
本発明に使用し得る絶縁層３としては、例えば酸化ケ
イ素（SiOx）、酸化窒化ケイ素（SiOxNy）等の絶縁性材
料が挙げられる。
イ素（SiOx）、酸化窒化ケイ素（SiOxNy）等の絶縁性材
料が挙げられる。
前記絶縁層３が有する開口部の大きさとしては、第１
図に示すように、開口により露出した下地材料１の表面
を核形成面２、絶縁層３の表面を非核形成面とする場合
には、好ましくは最大径４μｍ以下、より好ましくは２
μｍ以下、最適には１μｍ以下とするのが選択性よく単
結晶を得るためには望ましい。
図に示すように、開口により露出した下地材料１の表面
を核形成面２、絶縁層３の表面を非核形成面とする場合
には、好ましくは最大径４μｍ以下、より好ましくは２
μｍ以下、最適には１μｍ以下とするのが選択性よく単
結晶を得るためには望ましい。
また、本発明の他の実施例を示す第３図に示すよう
に、開口により露出した下地材料１の表面上に核形成面
又は種子2aを異種材料で設け、開口により露出した下地
材料１の表面と絶縁層３の表面を非核形成面とする場合
には、開口部の大きさを、好ましくは30μｍ以下、より
好ましくは１μｍ以上20μｍ以下、最適には２μｍ以上
10μｍ以下とするのが選択性よく単結晶層を形成するた
めには望ましい。また、核形成面（又は種子）2aとして
設ける異種材料の大きさはその径が開口部の大きさ未満
であり、好ましくは４μｍ以下、より好ましくは２μｍ
以下、最適には１μｍ以下とするのが、選択性よく単結
晶を形成し、下地材料との良好な電気的接触を得るため
には望ましい。
に、開口により露出した下地材料１の表面上に核形成面
又は種子2aを異種材料で設け、開口により露出した下地
材料１の表面と絶縁層３の表面を非核形成面とする場合
には、開口部の大きさを、好ましくは30μｍ以下、より
好ましくは１μｍ以上20μｍ以下、最適には２μｍ以上
10μｍ以下とするのが選択性よく単結晶層を形成するた
めには望ましい。また、核形成面（又は種子）2aとして
設ける異種材料の大きさはその径が開口部の大きさ未満
であり、好ましくは４μｍ以下、より好ましくは２μｍ
以下、最適には１μｍ以下とするのが、選択性よく単結
晶を形成し、下地材料との良好な電気的接触を得るため
には望ましい。
ここで、開口及び異種材料の形状としては、例えば四
角形、六角形等の多角形状や円、楕円等が好ましい。
角形、六角形等の多角形状や円、楕円等が好ましい。
また、ここで選択性よく単結晶層を形成するために
は、前記核形成面2,2aの核形成密度は非核形成面の核形
成密度の102倍以上であることが好ましく、103倍以上で
あることがより好ましい。
は、前記核形成面2,2aの核形成密度は非核形成面の核形
成密度の102倍以上であることが好ましく、103倍以上で
あることがより好ましい。
該絶縁層３は、たとえばCVD法やスパッタ法等の堆積
膜形成法を用いて一旦下地材料１の表面に形成した後
に、レジストパターンを形成した反応性イオンエッチン
グ（RIE）等のエッチング処理により微小部分（たとえ
ば１μｍ×１μｍ）を除去して適宜の間隔（たとえば10
μｍ×10μｍ）をおいて下地材料１の表面を露出させれ
ばよい。
膜形成法を用いて一旦下地材料１の表面に形成した後
に、レジストパターンを形成した反応性イオンエッチン
グ（RIE）等のエッチング処理により微小部分（たとえ
ば１μｍ×１μｍ）を除去して適宜の間隔（たとえば10
μｍ×10μｍ）をおいて下地材料１の表面を露出させれ
ばよい。
第１の導電型を有する単結晶層４は、第１の光起電力
要素から効率よく起電力を取り出すために、ｐ型、p
+型、ｎ型又はn+型とすることが好ましい。また、下地
材料１との良好な電気接合（オーミック接合）を得るた
めにはヘビードープのp+型又はn+型とすることが望まし
い。
要素から効率よく起電力を取り出すために、ｐ型、p
+型、ｎ型又はn+型とすることが好ましい。また、下地
材料１との良好な電気接合（オーミック接合）を得るた
めにはヘビードープのp+型又はn+型とすることが望まし
い。
単結晶層４の大きさは、前記開口部の大きさ以上であ
ることが好ましく、より好ましくは１μｍ以上５μｍ以
下、最適には1.5μｍ以上４μｍ以下とするのが、リー
ク電流の発生を抑え、且つ下地材料との良好な接触を得
るためには望ましい。
ることが好ましく、より好ましくは１μｍ以上５μｍ以
下、最適には1.5μｍ以上４μｍ以下とするのが、リー
ク電流の発生を抑え、且つ下地材料との良好な接触を得
るためには望ましい。
単結晶層５は、第１の光起電力要素に入射した光によ
り光キャリアを発生し得る単結晶層領域であって、ｐ
型、p-型、ｉ型、ｎ型、n-型とすることが望ましい。
り光キャリアを発生し得る単結晶層領域であって、ｐ
型、p-型、ｉ型、ｎ型、n-型とすることが望ましい。
単結晶層５の層厚は、好ましくは10μｍ以上50μｍ以
下、より好ましくは20μｍ以上50μｍ以下、とするのが
効率よく光キャリアを発生し、光起電力素子の光電変換
効率を高めるには望ましい。
下、より好ましくは20μｍ以上50μｍ以下、とするのが
効率よく光キャリアを発生し、光起電力素子の光電変換
効率を高めるには望ましい。
第２の導電型の層６は、多結晶質、単結晶質、非晶
質、あるいは粒径30Å以上50Å以下の微小な結晶が非晶
質中に分散されたもの（微結晶質）で形成され、第１の
導電型とは反対導電型であるｐ型、p+型、ｎ型、又はn+
型とするのが望ましい。
質、あるいは粒径30Å以上50Å以下の微小な結晶が非晶
質中に分散されたもの（微結晶質）で形成され、第１の
導電型とは反対導電型であるｐ型、p+型、ｎ型、又はn+
型とするのが望ましい。
前記層６により前記単結晶層５が覆われており、第１
の光起電力要素においてキャリアを効率よく発生する役
割の単結晶層５は粒界を持たないためキャリアの再結合
が起こりにくく、発生した光キャリアによって効率よく
光起電力を取り出し得る。
の光起電力要素においてキャリアを効率よく発生する役
割の単結晶層５は粒界を持たないためキャリアの再結合
が起こりにくく、発生した光キャリアによって効率よく
光起電力を取り出し得る。
また、層６に多結晶材料を用いる場合、層６の粒界凖
位はバンドギャップの多数キャリア側（ｎ型ならフェル
ミレベルより下側、ｐ型ならフェルミレベルより上側）
に形成されるので粒界準位における再結合はほとんどお
こらない。
位はバンドギャップの多数キャリア側（ｎ型ならフェル
ミレベルより下側、ｐ型ならフェルミレベルより上側）
に形成されるので粒界準位における再結合はほとんどお
こらない。
加えて、層６に多結晶材料を用いる場合は、特に、第
２の光起電力要素と第１の光起電力要素の単結晶領域と
の間に流れる電流の方向には粒界のない多結晶構造（例
えば柱状構造）とするのが層６の高抵抗化を避けるため
には望ましい。
２の光起電力要素と第１の光起電力要素の単結晶領域と
の間に流れる電流の方向には粒界のない多結晶構造（例
えば柱状構造）とするのが層６の高抵抗化を避けるため
には望ましい。
第２の導電型の層６の層厚としては、好ましくは、0.
1μｍ以上1.0μｍ以下、より好ましくは0.2μｍ以上0.5
μｍ以下とするのが効率よく光起電力を取り出すために
は望ましい。
1μｍ以上1.0μｍ以下、より好ましくは0.2μｍ以上0.5
μｍ以下とするのが効率よく光起電力を取り出すために
は望ましい。
本実施態様例においては、前記単結晶層４、単結晶層
５及び層６の３層の積層体により第１の光起電力要素が
形成されている。
５及び層６の３層の積層体により第１の光起電力要素が
形成されている。
前記第１の光起電力要素を覆って第２の光起電力要素
が積層される。
が積層される。
該第２の光起電力要素は、p+型、ｐ型、p-型、n+型、
ｎ型又はn-型等の第１の導電型を有する非晶質層７、ｉ
型の非晶質層８及びn+型、ｎ型、n-、p+型、ｐ型又はp-
型等の前記第１の導電型とは反対の導電型の第２の導電
型を有する非晶質層９を有している。
ｎ型又はn-型等の第１の導電型を有する非晶質層７、ｉ
型の非晶質層８及びn+型、ｎ型、n-、p+型、ｐ型又はp-
型等の前記第１の導電型とは反対の導電型の第２の導電
型を有する非晶質層９を有している。
尚、第２の光起電力要素を形成する材料は非晶質材料
のみに限定されるものではなく、粒径30Å以上500Å以
下の微細な結晶が非晶質相中に分散した微結晶質材料を
用いてもよい。また、第２の光起電力要素の第1,第２の
導電型を有する7,9には多結晶材料を用いてもよい。
のみに限定されるものではなく、粒径30Å以上500Å以
下の微細な結晶が非晶質相中に分散した微結晶質材料を
用いてもよい。また、第２の光起電力要素の第1,第２の
導電型を有する7,9には多結晶材料を用いてもよい。
例えば、短波長光の吸収が少ない微結晶質材料を光入
射側の第２の導電型を有する層９に用いることにより、
光キャリアを発生させるｉ型の非晶質層８中に短波長光
をより強く導入できるため、光エネルギーの利用効率を
向上させることができる。また、電気導電度の大きさ微
結晶質材料を光入射側とは反対側の第１の導電型の層に
用いることにより、第２の光起電力要素の内部抵抗を下
げることができるため、開放電圧及び短絡電流を大きく
することができる。
射側の第２の導電型を有する層９に用いることにより、
光キャリアを発生させるｉ型の非晶質層８中に短波長光
をより強く導入できるため、光エネルギーの利用効率を
向上させることができる。また、電気導電度の大きさ微
結晶質材料を光入射側とは反対側の第１の導電型の層に
用いることにより、第２の光起電力要素の内部抵抗を下
げることができるため、開放電圧及び短絡電流を大きく
することができる。
上記非晶質層７の厚さは、例えば、好ましくは50Å以
上100Å以下、より好ましくは50Å以上70Å以下であ
り、上記非晶質層８の厚さは、例えば、好ましくは3000
Å以上6000Å以下、より好ましくは4000Å以上5000Å以
下であり、上記非晶質層９の厚さは、例えば、好ましく
は100Å以上500Å以下、より好ましくは200Å以上300Å
以下である。
上100Å以下、より好ましくは50Å以上70Å以下であ
り、上記非晶質層８の厚さは、例えば、好ましくは3000
Å以上6000Å以下、より好ましくは4000Å以上5000Å以
下であり、上記非晶質層９の厚さは、例えば、好ましく
は100Å以上500Å以下、より好ましくは200Å以上300Å
以下である。
こうして、基体上に第１の光起電力要素と第２の光起
電力要素を積層し、光入射側に光起電力収集用の上部電
極10を設ける。
電力要素を積層し、光入射側に光起電力収集用の上部電
極10を設ける。
前記上部電極10は、たとえばITO,SnO2,ZnO等の層厚0.
4〜１μｍの透明導電体層等からなる。該層は上記層９
上の光入射側に形成される。
4〜１μｍの透明導電体層等からなる。該層は上記層９
上の光入射側に形成される。
また、前記透明導電体層上に、例えば、くし歯状、網
目状、格子状等の形状の集電電極を更に設けてもよい。
本発明により形成された光起電力素子は自形を有しファ
セット（facet）に囲まれた単結晶を光起電力素子の単
結晶領域として使用し得、テクスチャー構造を利用した
照射光の有効利用ができるため変換効率を高めることが
できる。
目状、格子状等の形状の集電電極を更に設けてもよい。
本発明により形成された光起電力素子は自形を有しファ
セット（facet）に囲まれた単結晶を光起電力素子の単
結晶領域として使用し得、テクスチャー構造を利用した
照射光の有効利用ができるため変換効率を高めることが
できる。
また、基体と反対側の光起電力要素上に設ける上部電
極10は広い面積で光起電力要素と接しているため上部電
極と光起電力要素との接触抵抗を低くできる。
極10は広い面積で光起電力要素と接しているため上部電
極と光起電力要素との接触抵抗を低くできる。
本発明の光起電力素子の実施態様例の一例を示すと、
第１図において、下地材料１はステンレス鋼からなる導
電性の材料であり一方の電極（下方電極）の機能も兼ね
ている、該下地材料１上にはSiO2層からなる絶縁層３が
形成されている。
第１図において、下地材料１はステンレス鋼からなる導
電性の材料であり一方の電極（下方電極）の機能も兼ね
ている、該下地材料１上にはSiO2層からなる絶縁層３が
形成されている。
第１の導電型の単結晶層４はp+型単結晶Si層であり、
単結晶層５はｐ型単結晶Si層であり、第２の導電型の層
６はn+型多結晶Si層である。これら３層の積層体により
第１の光起電力要素が構成される。
単結晶層５はｐ型単結晶Si層であり、第２の導電型の層
６はn+型多結晶Si層である。これら３層の積層体により
第１の光起電力要素が構成される。
上記単結晶Si層4,5は選択的単結晶成長法により形成
される。即ち、たとえば、上記絶縁層３より露出せしめ
られた、結晶成長処理により単結晶となる核が唯一形成
され得るに充分小さい下地材料１の表面を核形成面とし
且つSiO2層３の表面を非核形成面とし、気相法による結
晶成長を施すことにより単結晶4,5を形成する。
される。即ち、たとえば、上記絶縁層３より露出せしめ
られた、結晶成長処理により単結晶となる核が唯一形成
され得るに充分小さい下地材料１の表面を核形成面とし
且つSiO2層３の表面を非核形成面とし、気相法による結
晶成長を施すことにより単結晶4,5を形成する。
また、非晶質層7,8,9はそれぞれｐ型非晶質Si:H層、
ｉ型非晶質Si:H層およびｎ型非晶質Si:H層であり、これ
らにより第２の光起電力要素が構成される。また、これ
らの非晶質層7,8,9にはハロゲン原子を含有させてもよ
い。
ｉ型非晶質Si:H層およびｎ型非晶質Si:H層であり、これ
らにより第２の光起電力要素が構成される。また、これ
らの非晶質層7,8,9にはハロゲン原子を含有させてもよ
い。
非晶質層９上にスズを含有する酸化インジウム（IT
O）からなる上部電極10を設けた。
O）からなる上部電極10を設けた。
以上のように本発明の光起電力素子の一実施態様例を
示したが、本発明は前述の実施態様例のみに何等限定さ
れるものではない。
示したが、本発明は前述の実施態様例のみに何等限定さ
れるものではない。
例えば、本発明における第１の光起電力要素は基体上
に単数設けられても複数設けられてもよい。大面積化を
特に要求される太陽電池等の電力供給手段に本発明の光
起電力素子を適用する場合には、第１の光起電力要素の
複数を設け、大面積化に対応する高効率の光起電力素子
を提供し得る。
に単数設けられても複数設けられてもよい。大面積化を
特に要求される太陽電池等の電力供給手段に本発明の光
起電力素子を適用する場合には、第１の光起電力要素の
複数を設け、大面積化に対応する高効率の光起電力素子
を提供し得る。
尚、太陽電池として第１の光起電力要素の複数を有す
る光起電力素子を用いる場合には、光起電力要素の複数
の各々からの電流、及び電圧のばらつきを抑えるため規
則的に第１の光起電力要素を配することが望ましい。規
則的な配置の好ましい例としては、正方格子状（４回対
称位置）や、蜂の巣格子状（６回対称位置）等の対称性
の高い位置に第１の光起電力要素を配する例が挙げられ
る。
る光起電力素子を用いる場合には、光起電力要素の複数
の各々からの電流、及び電圧のばらつきを抑えるため規
則的に第１の光起電力要素を配することが望ましい。規
則的な配置の好ましい例としては、正方格子状（４回対
称位置）や、蜂の巣格子状（６回対称位置）等の対称性
の高い位置に第１の光起電力要素を配する例が挙げられ
る。
太陽電池に本発明を用いる場合には、単結晶領域の大
きさは、好ましくは５μｍ以上300μｍ以下、より好ま
しくは10μｍ以上100μｍ以下、単結晶領域間の距離
は、好ましくは0.1μｍ以上10μｍ以下、より好ましく
は0.3μｍ以上５μｍ以下、最適には0.5μｍ以上３μｍ
以下とすることが高い変換効率を得るために望ましい。
きさは、好ましくは５μｍ以上300μｍ以下、より好ま
しくは10μｍ以上100μｍ以下、単結晶領域間の距離
は、好ましくは0.1μｍ以上10μｍ以下、より好ましく
は0.3μｍ以上５μｍ以下、最適には0.5μｍ以上３μｍ
以下とすることが高い変換効率を得るために望ましい。
また、太陽電池の受光面における第１の光起電力要素
の単結晶領域と第２の光起電力要素の光入射面−基体方
向の投影面積比（Scryst／Samor）としては好ましくは
0.5以上1.0未満、より好ましくは0.7以上1.0未満、最適
には0.9以上1.0未満が望ましい。
の単結晶領域と第２の光起電力要素の光入射面−基体方
向の投影面積比（Scryst／Samor）としては好ましくは
0.5以上1.0未満、より好ましくは0.7以上1.0未満、最適
には0.9以上1.0未満が望ましい。
本発明の光起電力素子を長尺のラインセンサー等のセ
ンサーの受光部に用いる場合には、所望のセンサー画素
間隔をあけて画素のパターンに合わせて配列すればよ
い。この時センサーの受光部に配列する光起電力素子は
各画素に単数の光起電力素子を設けても、複数の光起電
力素子を設けてもよい。
ンサーの受光部に用いる場合には、所望のセンサー画素
間隔をあけて画素のパターンに合わせて配列すればよ
い。この時センサーの受光部に配列する光起電力素子は
各画素に単数の光起電力素子を設けても、複数の光起電
力素子を設けてもよい。
複数の光起電力素子を設ける場合には、単結晶領域の
大きさは、好ましく５μｍ以上100μｍ以下、単結晶領
域間の距離は0.1μｍ以上10μｍ以下とするのが１画素
あたりの感度を高め、各センサー画素間のばらつきを少
なくするために望ましい。
大きさは、好ましく５μｍ以上100μｍ以下、単結晶領
域間の距離は0.1μｍ以上10μｍ以下とするのが１画素
あたりの感度を高め、各センサー画素間のばらつきを少
なくするために望ましい。
本発明の光起電力素子に第１の光起電力要素の複数を
設ける場合には、単結晶領域の配置のピッチは好ましく
は６μｍ以上310μｍ以下、より好ましくは10μｍ以上1
00μｍ以下が望ましい。
設ける場合には、単結晶領域の配置のピッチは好ましく
は６μｍ以上310μｍ以下、より好ましくは10μｍ以上1
00μｍ以下が望ましい。
本発明はおいて、第１の光起電力要素の単結晶領域は
選択結晶成長処理により形成するものであり、前述した
非核形成面と該非核形成面よりも核形成密度が大きく、
結晶成長処理により単結晶となる核が唯一形成され得る
に充分小さな核形成面とを有する基体に、例えば熱CVD
法、プラズマCVD法、光CVD法等の化学気相堆積（CVD）
法や蒸着法、スパッタ法等の物理気相堆積（PVD）法等
の気相法を用いることにより結晶成長処理を施せばよ
い。
選択結晶成長処理により形成するものであり、前述した
非核形成面と該非核形成面よりも核形成密度が大きく、
結晶成長処理により単結晶となる核が唯一形成され得る
に充分小さな核形成面とを有する基体に、例えば熱CVD
法、プラズマCVD法、光CVD法等の化学気相堆積（CVD）
法や蒸着法、スパッタ法等の物理気相堆積（PVD）法等
の気相法を用いることにより結晶成長処理を施せばよ
い。
結晶成長処理の例を示すと、前記気相法としては、例
えばSiO2面を非核形成面としてステンレス面を核形成面
とし、例えば、Si単結晶を成長させる場合には、基体温
度を700〜1100℃程度とし、反応ガスとして例えばSiH2C
l2，SiCl4，SiHCl3，SiF4，SiH4等の結晶材料を含むガ
ス状原料物質、エッチング作用をし得るガスとしては例
えばHCl等のハロゲン原子含有のガス、及び希釈ガス例
えばH2等を適宜組み合わせて用い、反応圧力を例えば0.
1Torr以上500Torr以下、より好ましくは100Torr以上200
Torr以下とする条件下での熱CVD法等が挙げられる。
えばSiO2面を非核形成面としてステンレス面を核形成面
とし、例えば、Si単結晶を成長させる場合には、基体温
度を700〜1100℃程度とし、反応ガスとして例えばSiH2C
l2，SiCl4，SiHCl3，SiF4，SiH4等の結晶材料を含むガ
ス状原料物質、エッチング作用をし得るガスとしては例
えばHCl等のハロゲン原子含有のガス、及び希釈ガス例
えばH2等を適宜組み合わせて用い、反応圧力を例えば0.
1Torr以上500Torr以下、より好ましくは100Torr以上200
Torr以下とする条件下での熱CVD法等が挙げられる。
また、更にドーピングガスとして導電型を制御するた
めのPH3，B2H6等のドーパントとなり得る原子を含有す
るガス状物質を用いることができる。
めのPH3，B2H6等のドーパントとなり得る原子を含有す
るガス状物質を用いることができる。
前述の実施態様例におけるp+型単結晶４、ｐ型単結晶
層５を形成する際の結晶成長処理の例としては、導入す
るガスとしてSiH2Cl2＋HCl＋H2（流量比1.2:1.4:100）
及びドーピングガスとしてのB2H6の混合ガスを用いて、
温度900℃、圧力150Torrの条件下で、上記ドーピングガ
スの濃度を適宜変化させて選択的単結晶成長法により連
続して層4,5を形成する。
層５を形成する際の結晶成長処理の例としては、導入す
るガスとしてSiH2Cl2＋HCl＋H2（流量比1.2:1.4:100）
及びドーピングガスとしてのB2H6の混合ガスを用いて、
温度900℃、圧力150Torrの条件下で、上記ドーピングガ
スの濃度を適宜変化させて選択的単結晶成長法により連
続して層4,5を形成する。
ところで単結晶領域以外の層の形成方法としては、非
晶質層を形成する場合には、プラズマCVD法、スパッタ
法等による通常の非晶質光起電力要素の形成方法を用い
ればよい。
晶質層を形成する場合には、プラズマCVD法、スパッタ
法等による通常の非晶質光起電力要素の形成方法を用い
ればよい。
また、多結晶半導体層を形成するためには、前記絶縁
層上にも核が発生し、単結晶層５及び絶縁層を覆うよう
前記選択結晶成長処理の条件よりも結晶材料となる原子
を含むガス状物質の混合比を上げる、又はエッチング作
用をし得るガスの混合比を下げる、又は基体温度を下げ
吸着原子の再蒸発及び拡散を抑制するあるいはこれ等を
組み合わせて、単結晶層4,5を有する基体表面に核ので
きやすい条件で結晶成長処理すればよい。
層上にも核が発生し、単結晶層５及び絶縁層を覆うよう
前記選択結晶成長処理の条件よりも結晶材料となる原子
を含むガス状物質の混合比を上げる、又はエッチング作
用をし得るガスの混合比を下げる、又は基体温度を下げ
吸着原子の再蒸発及び拡散を抑制するあるいはこれ等を
組み合わせて、単結晶層4,5を有する基体表面に核ので
きやすい条件で結晶成長処理すればよい。
本発明の光起電力素子の形成方法によれば、基体の所
望の位置に光起電力素子を形成し得るため太陽電池やセ
ンサー等の設計の自由度を拡大すると共に、第１、第２
の光起電力要素が積層され、光電変換の光エネルギーの
利用率が高く、変換効率のよい光起電力素子が提供でき
る。
望の位置に光起電力素子を形成し得るため太陽電池やセ
ンサー等の設計の自由度を拡大すると共に、第１、第２
の光起電力要素が積層され、光電変換の光エネルギーの
利用率が高く、変換効率のよい光起電力素子が提供でき
る。
また、前述の実施態様例として示した第１図図示の光
起電力素子は、隣接する第１の光起電力要素の単結晶領
域どうしが接触していないので第１の光起電力要素にお
けるキャリアの発生をになう単結晶層５にはキャリアの
再結合を起こす粒界準位を形成する原因である結晶粒界
が存在せず、従って該第１の光起電力要素自体が高いエ
ネルギー変換効率を示す。また該第１の光起電力要素間
の領域には非晶質半導体層７〜９からなる第２光起電力
要素が存在するので、この領域においても入射光を光電
変換して電気エネルギーを得ることができる。このた
め、前述の実施態様例では総合的に高いエネルギー変換
効率が得られる。
起電力素子は、隣接する第１の光起電力要素の単結晶領
域どうしが接触していないので第１の光起電力要素にお
けるキャリアの発生をになう単結晶層５にはキャリアの
再結合を起こす粒界準位を形成する原因である結晶粒界
が存在せず、従って該第１の光起電力要素自体が高いエ
ネルギー変換効率を示す。また該第１の光起電力要素間
の領域には非晶質半導体層７〜９からなる第２光起電力
要素が存在するので、この領域においても入射光を光電
変換して電気エネルギーを得ることができる。このた
め、前述の実施態様例では総合的に高いエネルギー変換
効率が得られる。
また、前述の実施態様例においては、下地材料１に容
易に入手でき、かつ低コストなステンレス鋼を用いてお
り、第２の光起電力要素として非晶質半導体層からなる
ものを用いているので、大面積化及び低コスト化が可能
である。
易に入手でき、かつ低コストなステンレス鋼を用いてお
り、第２の光起電力要素として非晶質半導体層からなる
ものを用いているので、大面積化及び低コスト化が可能
である。
第２図は本発明による光起電力素子の第２の実施態様
例を示す概略断面図である。本図において、上記第１図
におけると同様の部材には同一の符号が付されている。
例を示す概略断面図である。本図において、上記第１図
におけると同様の部材には同一の符号が付されている。
本実施態様例は、上記第１実施例の層９と電極10との
間に更にｐ型非晶質SixC1-x:H層７′、ｉ型非晶質SixC
1-x:H層８′、及びｎ型非晶質SixC1-x:H層９′が形成さ
れている。ここで、０＜ｘ≦１である。また、ここで非
晶質層７′,8′,9′にハロゲン原子を含有させてもよ
い。
間に更にｐ型非晶質SixC1-x:H層７′、ｉ型非晶質SixC
1-x:H層８′、及びｎ型非晶質SixC1-x:H層９′が形成さ
れている。ここで、０＜ｘ≦１である。また、ここで非
晶質層７′,8′,9′にハロゲン原子を含有させてもよ
い。
上記非晶質層７′の厚さは、好ましくは50Å以上100
Å以下、より好ましくは50Å以上70Å以下であり、上記
非晶質層８′の厚さは例えば好ましくは2000Å以上4000
Å以下、より好ましくは2500Å以上3500Å以下であり、
上記非晶質層９′の厚さは例えば好ましくは100Å以上5
00Å以下、より好ましくは200Å以上300Å以下が望まし
い。
Å以下、より好ましくは50Å以上70Å以下であり、上記
非晶質層８′の厚さは例えば好ましくは2000Å以上4000
Å以下、より好ましくは2500Å以上3500Å以下であり、
上記非晶質層９′の厚さは例えば好ましくは100Å以上5
00Å以下、より好ましくは200Å以上300Å以下が望まし
い。
これらの層は、たとえばRFプラズマCVD法、DCプラズ
マCVD法又はスパッタ法等の気相法により形成される。
その際、原料ガスとしてはSiH4，Si2H6等のシリコン含
有ガス及びCH4，C2H6等の炭素原子含有ガスの混合ガス
が用いられ、ドーピングガスとしてはそれぞれ周期律表
第III族の元素を含む材料としてB2H6や周期律表第Ｖ族
の元素を含む材料としてPH3を添加すればよい。
マCVD法又はスパッタ法等の気相法により形成される。
その際、原料ガスとしてはSiH4，Si2H6等のシリコン含
有ガス及びCH4，C2H6等の炭素原子含有ガスの混合ガス
が用いられ、ドーピングガスとしてはそれぞれ周期律表
第III族の元素を含む材料としてB2H6や周期律表第Ｖ族
の元素を含む材料としてPH3を添加すればよい。
上述の第２の実施態様例によれば、前記第１の実施態
様例の層構成に加えて、より広いバンドギャップを有す
る非晶質半導体層７′,8′,9′からなる第３の光起電力
要素を有するため短波長光を効率よくエネルギー変換で
き、総合的エネルギー変換効率を更に向上させることが
できる。
様例の層構成に加えて、より広いバンドギャップを有す
る非晶質半導体層７′,8′,9′からなる第３の光起電力
要素を有するため短波長光を効率よくエネルギー変換で
き、総合的エネルギー変換効率を更に向上させることが
できる。
尚、この第３の光起電力要素の非晶質層７′,9′は微
結晶質材料で形成してもよい。また、第２、第３の光起
電力要素の材料はSi系、Si−Ｃ系に限定されるものでは
なく、Si−Ge,Si−Ｎ等の他の半導体材料も使用可能で
ある。また第１の光起電力要素の単結晶領域を形成する
材料もSi系に限定されるものではなく、Ge,InP,GaAs等
の他の半導体結晶材料も使用可能である。
結晶質材料で形成してもよい。また、第２、第３の光起
電力要素の材料はSi系、Si−Ｃ系に限定されるものでは
なく、Si−Ge,Si−Ｎ等の他の半導体材料も使用可能で
ある。また第１の光起電力要素の単結晶領域を形成する
材料もSi系に限定されるものではなく、Ge,InP,GaAs等
の他の半導体結晶材料も使用可能である。
第３図は本発明による光起電力素子の第３の実施態様
例を示す概略断面図である。本図において、上記第１図
におけると同様の部材には同一の符号が付されている。
例を示す概略断面図である。本図において、上記第１図
におけると同様の部材には同一の符号が付されている。
本実施態様例は、下地材料１の表面上にSiO2からなる
絶縁層３を形成する際の該層を形成しない部分をかなり
大きく形成した例であり、該部分の中心に微小な単結晶
Si層2aが形成されており、単結晶Si層４が下地材料１に
対し大きな面積を介して接触している点が上記第１実施
態様例と異なる。
絶縁層３を形成する際の該層を形成しない部分をかなり
大きく形成した例であり、該部分の中心に微小な単結晶
Si層2aが形成されており、単結晶Si層４が下地材料１に
対し大きな面積を介して接触している点が上記第１実施
態様例と異なる。
ここで前記単結晶層2aを形成するには、下地材料１の
核形成密度より核形成密度の高い材料（例えばシリコン
イオン打込みにより組成変化した窒化ケイ素等）を核形
成面とし前述の結晶成長処理を施して単結晶を形成する
方法や、熱処理により単一体に凝集し得るに充分小さい
多結晶又は非晶質の半導体材料（原種子）を開口内の下
地材料上に配し、原種子の融点以下の温度で熱処理し、
前記原種子を単結晶化する方法等が用いられる。
核形成密度より核形成密度の高い材料（例えばシリコン
イオン打込みにより組成変化した窒化ケイ素等）を核形
成面とし前述の結晶成長処理を施して単結晶を形成する
方法や、熱処理により単一体に凝集し得るに充分小さい
多結晶又は非晶質の半導体材料（原種子）を開口内の下
地材料上に配し、原種子の融点以下の温度で熱処理し、
前記原種子を単結晶化する方法等が用いられる。
該単結晶層４及び単結晶層５の形成の際の選択的単結
晶成長は、微小Si層2aの露出面を核形成面とし且つ前記
微小SiO2層よりも核形成密度の小さい下地材料１の露出
面及びSiO2層３の表面を非核形成面として行なわれ、層
４は下地材料１の露出面を覆う様に形成される。また、
前記層４は前記下地材料１の露出面を越えて前記SiO2層
３上にまで形成してもよい。尚、層５の形成以後の工程
は上記第１実施態様例と同様にして行なわれる。
晶成長は、微小Si層2aの露出面を核形成面とし且つ前記
微小SiO2層よりも核形成密度の小さい下地材料１の露出
面及びSiO2層３の表面を非核形成面として行なわれ、層
４は下地材料１の露出面を覆う様に形成される。また、
前記層４は前記下地材料１の露出面を越えて前記SiO2層
３上にまで形成してもよい。尚、層５の形成以後の工程
は上記第１実施態様例と同様にして行なわれる。
本実施態様例は、層４が下地材料１と広い面積にわた
って接触しているので、直列抵抗及びキャリア再結晶が
減少し、エネルギー変換効率を増大させることができ
る。
って接触しているので、直列抵抗及びキャリア再結晶が
減少し、エネルギー変換効率を増大させることができ
る。
（実施例１） 第１図において、１はステンレス鋼からなる導電性の
下地材料であり、該下地材料上にはSiO2層３が層厚1500
Åで形成されている。該SiO2層は、CVD法を用いて一旦
下地材料１の全面に形成した後、レジストパターンを形
成し反応性イオンエッチング（RIE）により微小部分
（１μｍ×１μｍ）を除去して間隔（10μｍ×10μｍ）
をおいて下地材料１の表面を露出させることにより形成
した。
下地材料であり、該下地材料上にはSiO2層３が層厚1500
Åで形成されている。該SiO2層は、CVD法を用いて一旦
下地材料１の全面に形成した後、レジストパターンを形
成し反応性イオンエッチング（RIE）により微小部分
（１μｍ×１μｍ）を除去して間隔（10μｍ×10μｍ）
をおいて下地材料１の表面を露出させることにより形成
した。
単結晶Si層4,5は選択的単結晶成長法により形成され
る。即ち、上記SiO2層３の形成により露出せしめられた
下地材料１の表面を核形成面とし且つSiO2層３の露出面
を前記核形成面よりも核形成密度の低い非核形成面と
し、以下の様な気相法による結晶成長処理を行なう。Si
H2Cl2＋HCl＋H2（流量比1.2:1.4:100）及びドーピング
ガスとしてのB2H6の混合ガスを用いて、温度900℃、圧
力150Torrの条件下で、上記ドーピングガスの濃度を変
化させて選択的単結晶成長法により連続して層4,5を形
成した。層５の径は８μｍであった。また、上記多結晶
Si層６は、前述した結晶成長処理からHClの導入をやめ
ドーパントをPH3とした以外は同じ条件のCVD法により上
記層５の露出面及び上記SiO2層３の表面を覆う様に形成
される。
る。即ち、上記SiO2層３の形成により露出せしめられた
下地材料１の表面を核形成面とし且つSiO2層３の露出面
を前記核形成面よりも核形成密度の低い非核形成面と
し、以下の様な気相法による結晶成長処理を行なう。Si
H2Cl2＋HCl＋H2（流量比1.2:1.4:100）及びドーピング
ガスとしてのB2H6の混合ガスを用いて、温度900℃、圧
力150Torrの条件下で、上記ドーピングガスの濃度を変
化させて選択的単結晶成長法により連続して層4,5を形
成した。層５の径は８μｍであった。また、上記多結晶
Si層６は、前述した結晶成長処理からHClの導入をやめ
ドーパントをPH3とした以外は同じ条件のCVD法により上
記層５の露出面及び上記SiO2層３の表面を覆う様に形成
される。
また、7,8,9はそれぞれｐ型非晶質Si:H層、ｉ型非晶
質Si:H層及びｎ型非晶質Si:H層であり、これらにより第
２の光起電力要素が構成される。これらの層は以下に述
べる条件にてRFプラズマCVD法により上記層６上に形成
した。
質Si:H層及びｎ型非晶質Si:H層であり、これらにより第
２の光起電力要素が構成される。これらの層は以下に述
べる条件にてRFプラズマCVD法により上記層６上に形成
した。
具体的には、RFプラズマCVD装置に、SiH4（10scc
m），H2（10sccm）、水素ガスで１％に希釈したジボラ
ン（１％B2H6／H2）（1sccm）を導入し、反応室内の圧
力を0.5Torrに保った。
m），H2（10sccm）、水素ガスで１％に希釈したジボラ
ン（１％B2H6／H2）（1sccm）を導入し、反応室内の圧
力を0.5Torrに保った。
ここで、下地材料温度を250℃とし、13.56MHzの高周
波電力によるプラズマを生成せしめｐ型非晶質Si:H層７
を、300Å厚に形成した。その後、１％B2H6／H2の導入
のみを止め、ｉ型非晶質Si:H層８を4000Å厚に形成し
た。しかる後、今度は水素ガスで１％に希釈したホスフ
ィン（１％PH3／H2）（1sccm）をSiH4（10sccm）、H
2（10sccm）とともに導入し、反応室内の圧力を0.5Torr
として、ｎ型非晶質Si:H層９を50Å厚に形成する。
波電力によるプラズマを生成せしめｐ型非晶質Si:H層７
を、300Å厚に形成した。その後、１％B2H6／H2の導入
のみを止め、ｉ型非晶質Si:H層８を4000Å厚に形成し
た。しかる後、今度は水素ガスで１％に希釈したホスフ
ィン（１％PH3／H2）（1sccm）をSiH4（10sccm）、H
2（10sccm）とともに導入し、反応室内の圧力を0.5Torr
として、ｎ型非晶質Si:H層９を50Å厚に形成する。
10は上部電極であり、ITOの厚さ１μｍの透明導電体
層からなる。該層は上記層９上の光入射側に形成した。
層からなる。該層は上記層９上の光入射側に形成した。
本実施例では、上記下地材料１が一方の電極として機
能している。
能している。
以上の様な本実施例に光起電力素子は、隣接する第１
の光起電力要素の単結晶層どうしが接触していないので
結晶粒界が存在せず、従って該第１の光起電力要素自体
は高いエネルギー変換効率を示し、また該第１の光起電
力要素間の領域には非晶質半導体層７〜９からなる第２
の光起電力要素が存在するので、この領域においても入
射光を光電変換して電気エネルギーを得ることができ
る。このため、本実施例では総合的に高いエネルギー変
換効率が得られる。また、下地材料１にステンレス鋼を
用いており、第２の光起電力要素として非晶質半導体層
からなるものを用いているので、大面積化及び低コスト
化が可能である。
の光起電力要素の単結晶層どうしが接触していないので
結晶粒界が存在せず、従って該第１の光起電力要素自体
は高いエネルギー変換効率を示し、また該第１の光起電
力要素間の領域には非晶質半導体層７〜９からなる第２
の光起電力要素が存在するので、この領域においても入
射光を光電変換して電気エネルギーを得ることができ
る。このため、本実施例では総合的に高いエネルギー変
換効率が得られる。また、下地材料１にステンレス鋼を
用いており、第２の光起電力要素として非晶質半導体層
からなるものを用いているので、大面積化及び低コスト
化が可能である。
（実施例２） 第２図を参照し本実施例を説明する。
本実施例は、上記第１実施例の層９と電極10との間に
ｐ型非晶質SixC1-x:H層７′、ｉ型非晶質SixC1-x:H層
８′及びｎ型非晶質SixC1-x:H層９′が形成されてい
る。ここで、０＜ｘ≦１である。
ｐ型非晶質SixC1-x:H層７′、ｉ型非晶質SixC1-x:H層
８′及びｎ型非晶質SixC1-x:H層９′が形成されてい
る。ここで、０＜ｘ≦１である。
これらの層は、RFプラズマCVD法、DCプラズマCVD法等
により形成される。その際、原料ガスとしてはSiH4のシ
リコン原子含有ガス及びCH4の炭素原子含有ガスの混合
ガスが用いられ、ｐ型半導体層やｎ型半導体層を形成す
るためのドーピングガスとしてはそれぞれ周期律表第II
I族の元素を含む材料としてB2H6や周期律表第Ｖ族の元
素を含む材料としてPH3を添加すればよい。
により形成される。その際、原料ガスとしてはSiH4のシ
リコン原子含有ガス及びCH4の炭素原子含有ガスの混合
ガスが用いられ、ｐ型半導体層やｎ型半導体層を形成す
るためのドーピングガスとしてはそれぞれ周期律表第II
I族の元素を含む材料としてB2H6や周期律表第Ｖ族の元
素を含む材料としてPH3を添加すればよい。
RFプラズマCVD装置に、SiH4（7sccm）、CH4（3scc
m）、H2（10sccm）、１％B2H6／H2（1sccm）を導入し、
反応室内の圧力を0.5Torrに保った。更に、下地材料温
度を300℃とし、13.56MHzの高周波電力によりプラズマ
を生成せしめ、ｐ型非晶質SixC1-x:H層７′を300Å厚に
形成する。その後、１％B2H6／H2のみを止め、ｉ型非晶
質SixC1-x:H層８′を4000Å厚に形成する。しかる後、
今度は１％PH3／H2（1sccm）をSiH4（7sccm）、CH4（3s
ccm）、H2（10sccm）とともに導入し、反応室内の圧力
を0.5Torrとして、ｎ型非晶質SixC1-x:H層９′を50Å厚
に形成する。
m）、H2（10sccm）、１％B2H6／H2（1sccm）を導入し、
反応室内の圧力を0.5Torrに保った。更に、下地材料温
度を300℃とし、13.56MHzの高周波電力によりプラズマ
を生成せしめ、ｐ型非晶質SixC1-x:H層７′を300Å厚に
形成する。その後、１％B2H6／H2のみを止め、ｉ型非晶
質SixC1-x:H層８′を4000Å厚に形成する。しかる後、
今度は１％PH3／H2（1sccm）をSiH4（7sccm）、CH4（3s
ccm）、H2（10sccm）とともに導入し、反応室内の圧力
を0.5Torrとして、ｎ型非晶質SixC1-x:H層９′を50Å厚
に形成する。
本実施例によれば、上記第１実施例において非晶質半
導体層７〜９では効率良くエネルギー変換できにくい短
波長光を、大きなエネルギーギャップを有する非晶質半
導体層７′〜９′で効率良くエネルギー変換でき、総合
的エネルギー変換効率を更に向上させることができる。
導体層７〜９では効率良くエネルギー変換できにくい短
波長光を、大きなエネルギーギャップを有する非晶質半
導体層７′〜９′で効率良くエネルギー変換でき、総合
的エネルギー変換効率を更に向上させることができる。
（実施例３） 第３図を参照し説明する。
本実施例は、下地材料１の表面上にSiO2層３を形成す
る際の該層を形成しない部分が大きく、該分の中心に原
種子を凝集させて単結晶化した微小な単結晶Si層2aが形
成されており、単結晶Si層４が下地材料１に対し大きな
面積を介して接触している。該層４及び層５の形成の際
の選択的単結晶成長は、微小Si層2aを種子とし且つ下地
材料１の露出面及びSiO2層３の露出面を非核形成面とし
て行なわれ、層４は下地材料１の露出面を完全に覆う様
に形成される。尚、層５の形成以後の工程は上記第１実
施例と同様にして行なわれる。
る際の該層を形成しない部分が大きく、該分の中心に原
種子を凝集させて単結晶化した微小な単結晶Si層2aが形
成されており、単結晶Si層４が下地材料１に対し大きな
面積を介して接触している。該層４及び層５の形成の際
の選択的単結晶成長は、微小Si層2aを種子とし且つ下地
材料１の露出面及びSiO2層３の露出面を非核形成面とし
て行なわれ、層４は下地材料１の露出面を完全に覆う様
に形成される。尚、層５の形成以後の工程は上記第１実
施例と同様にして行なわれる。
本実施例は、層４が下地材料１と広い面積にわたって
接触しているので、直列抵抗及びキャリア再結合が減少
し、エネルギー変換効率を増大させることができる。
接触しているので、直列抵抗及びキャリア再結合が減少
し、エネルギー変換効率を増大させることができる。
（実施例４） 第１図に示す第１の光起電力要素のn+型の多結晶層６
を単結晶層4,5の形成にひき続き、単結晶材料で形成し
た以外は実施例１と同様にして第４図に示す光起電力素
子を形成した。
を単結晶層4,5の形成にひき続き、単結晶材料で形成し
た以外は実施例１と同様にして第４図に示す光起電力素
子を形成した。
第４図中の単結晶層６の形成は以下の条件にて行っ
た。
た。
SiH2Cl2＋HCl＋H2（流量比1.2:1.4:100）及び１％PH3
／H2をSiH2Cl2に対して流量比0.2で導入し、温度900
℃、圧力150Torrであった。
／H2をSiH2Cl2に対して流量比0.2で導入し、温度900
℃、圧力150Torrであった。
本実施例により形成された光起電力素子は、単結晶領
域が大きいため実施例１にも増して高い効率であって、
かつ多結晶粒界の影響により生じることがあった第１の
光起電力要素の特性のばらつきが抑えられ、入射光強度
に対して忠実な出力を得ることができた。
域が大きいため実施例１にも増して高い効率であって、
かつ多結晶粒界の影響により生じることがあった第１の
光起電力要素の特性のばらつきが抑えられ、入射光強度
に対して忠実な出力を得ることができた。
以上説明したように、本発明の光起電力素子は、隣接
する第１の光起電力要素の単結晶領域どうしが接触して
いないので第１の光起電力要素におけるキャリアの発生
をになう単結晶領域にはキャリアの再結合を起こす粒界
準位を形成する原因である結晶粒界が存在せず、従って
該第１の光起電力要素自体が高いエネルギー変換効率を
示す効果がある。また、該第１の光起電力要素間の領域
には、第２の光起電力要素が存在するので、この領域に
おいても入射光を光電変換して電気エネルギーを得るこ
とができ、総合的に高いエネルギー変換効率が得られ
る。
する第１の光起電力要素の単結晶領域どうしが接触して
いないので第１の光起電力要素におけるキャリアの発生
をになう単結晶領域にはキャリアの再結合を起こす粒界
準位を形成する原因である結晶粒界が存在せず、従って
該第１の光起電力要素自体が高いエネルギー変換効率を
示す効果がある。また、該第１の光起電力要素間の領域
には、第２の光起電力要素が存在するので、この領域に
おいても入射光を光電変換して電気エネルギーを得るこ
とができ、総合的に高いエネルギー変換効率が得られ
る。
また、本発明においては、下地材料に、容易に入手で
き、かつ低コストな材料、例えば、ステンレス鋼を用い
ることができ、第２の光起電力要素として非晶質半導体
層からなるものを用いることができるので、大面積化及
び低コスト化が可能である。
き、かつ低コストな材料、例えば、ステンレス鋼を用い
ることができ、第２の光起電力要素として非晶質半導体
層からなるものを用いることができるので、大面積化及
び低コスト化が可能である。
本発明の光起電力素子の形成方法によれば、基体の所
望の位置に光起電力素子を形成し得るため太陽電池やセ
ンサー等の設計の自由度を拡大すると共に、第１、第２
の光起電力要素が積層され、光電変換の光エネルギーの
利用率が高く、変換効率のよい光起電力素子を得ること
ができる。
望の位置に光起電力素子を形成し得るため太陽電池やセ
ンサー等の設計の自由度を拡大すると共に、第１、第２
の光起電力要素が積層され、光電変換の光エネルギーの
利用率が高く、変換効率のよい光起電力素子を得ること
ができる。
第１図〜第４図は、本発明による光起電力素子の模式的
説明図である。 第５図は、太陽電池の従来例を説明するための模式的説
明図である。 1:下地材料、3:絶縁層、4:第１の導電型の単結晶層、5:
単結晶層、6:第２の導電型の層、7:第１の導電型の非晶
質層、8:i型の非晶質層、9:第２の導電型の非晶質層、1
0:透明導電体層。
説明図である。 第５図は、太陽電池の従来例を説明するための模式的説
明図である。 1:下地材料、3:絶縁層、4:第１の導電型の単結晶層、5:
単結晶層、6:第２の導電型の層、7:第１の導電型の非晶
質層、8:i型の非晶質層、9:第２の導電型の非晶質層、1
0:透明導電体層。
Claims (6)
- 【請求項１】基体上に、横方向において、互いに接触し
ないように隔離されて形成された複数領域の単結晶層内
にそれぞれ形成された、第１の導電型の単結晶層と、そ
の反対導電型の第２の導電型の単結晶層とを有する第１
の光起電力要素と、 該第１の光起電力要素を形成していない領域及び該第１
の光起電力要素を形成した領域上の全面を一様に覆って
形成された非晶質、微結晶または多結晶の層内に形成さ
れた第１の導電型層と、その反対導電型の第２の導電型
層とを有する第２の光起電力要素と、 を有することを特徴とする光起電力素子。 - 【請求項２】前記単結晶層は、単結晶シリコン層である
請求項１記載の光起電力素子。 - 【請求項３】前記非晶質、微結晶または多結晶の層は、
非晶質、微結晶または多結晶のシリコン層である請求項
１記載の光起電力素子。 - 【請求項４】前記第１の光起電力要素は、ｐ型単結晶シ
リコン層及びｎ型単結晶シリコン層を有している請求項
１記載の光起電力素子。 - 【請求項５】前記第２の光起電力要素は、ｐ型非晶質、
微結晶または多結晶のシリコン層、ｉ型非晶質、微結晶
または多結晶のシリコン層、及びｎ型非晶質、微結晶ま
たは多結晶のシリコン層を有している請求項１記載の光
起電力素子。 - 【請求項６】前記第２の光起電力要素の上に、該要素の
面を一様に覆い、層内に第１の導電型層とその反対導電
型の第２の導電型層とを形成した非晶質の層を有する第
３の光起電力要素を設けてなる請求項１記載の光起電力
素子。
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| USD963834S1 (en) | 2020-10-27 | 2022-09-13 | Gregory S. Daniels | Roof vent with a circular integrated fan |
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- 1990-06-15 JP JP2155262A patent/JP2740337B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-15 FR FR9007508A patent/FR2648624B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-16 CN CN90104925A patent/CN1023362C/zh not_active Expired - Lifetime
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