JP2747110B2 - 積層型アモルファスシリコン太陽電池 - Google Patents
積層型アモルファスシリコン太陽電池Info
- Publication number
- JP2747110B2 JP2747110B2 JP2326055A JP32605590A JP2747110B2 JP 2747110 B2 JP2747110 B2 JP 2747110B2 JP 2326055 A JP2326055 A JP 2326055A JP 32605590 A JP32605590 A JP 32605590A JP 2747110 B2 JP2747110 B2 JP 2747110B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- cell
- sige
- amorphous silicon
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
-
- 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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アモルファスシリコンを用いた太陽電池に
関し、特に、高効率で光劣化の少ない積層型アモルファ
スシリコン太陽電池に関する。
関し、特に、高効率で光劣化の少ない積層型アモルファ
スシリコン太陽電池に関する。
［従来の技術］ 太陽電池は、半導体層として使用する材料によって、
様々な種類に分けられるが、その内、半導体材料として
アモルファスシリコン（以下ａ−Siと略記する）あるい
はアモルファス合金を材料としたアモルファス太陽電池
は、他の材料よりも低コストで製造できることから、将
来のエネルギー源として、期待されている。
様々な種類に分けられるが、その内、半導体材料として
アモルファスシリコン（以下ａ−Siと略記する）あるい
はアモルファス合金を材料としたアモルファス太陽電池
は、他の材料よりも低コストで製造できることから、将
来のエネルギー源として、期待されている。
しかしながら、ａ−Si（アモルファスシリコン）を真
性半導体層（以下ｉ層と略記する）として用いるpin単
層型のａ−Si太陽電池は、長時間の光照射によって、特
性が大きく劣化するという問題（光劣化）があった。こ
れは、ｉ層のａ−Si、あるいはアモルファス合金が、光
照射によって光誘起欠陥を生じることが主因であること
が知られている。
性半導体層（以下ｉ層と略記する）として用いるpin単
層型のａ−Si太陽電池は、長時間の光照射によって、特
性が大きく劣化するという問題（光劣化）があった。こ
れは、ｉ層のａ−Si、あるいはアモルファス合金が、光
照射によって光誘起欠陥を生じることが主因であること
が知られている。
以上の単層型ａ−Si太陽電池に対し、pin構造を２段
以上重ねたスタック型（積層型）アモルファス太陽電池
が考案されている。
以上重ねたスタック型（積層型）アモルファス太陽電池
が考案されている。
このうち、pin構造を２段重ね、光入射側（上部）の
ｉ層にａ−Siを用い、下部のｉ層にアモルファスシリコ
ンゲルマニウム（以下ａ−SiGeと略記する）を用いたａ
−Si/a−SiGe2−スタック型（積層型）太陽電池（以下S
i/SiGeスタックセルと略記する）は、ａ−SiGeが、ａ−
Siよりも光学的バンドギャップが狭いことを利用して、
ａ−Si層を透過した太陽光をａ−SiGe層で吸収すること
によって、単層型ａ−Si太陽電池よりも高い光電変換効
率を得ることに成功している。さらに一般にスタックセ
ル（積層型太陽電池）は、単層型のａ−Si太陽電池より
も光劣化が少ないことが知られている。
ｉ層にａ−Siを用い、下部のｉ層にアモルファスシリコ
ンゲルマニウム（以下ａ−SiGeと略記する）を用いたａ
−Si/a−SiGe2−スタック型（積層型）太陽電池（以下S
i/SiGeスタックセルと略記する）は、ａ−SiGeが、ａ−
Siよりも光学的バンドギャップが狭いことを利用して、
ａ−Si層を透過した太陽光をａ−SiGe層で吸収すること
によって、単層型ａ−Si太陽電池よりも高い光電変換効
率を得ることに成功している。さらに一般にスタックセ
ル（積層型太陽電池）は、単層型のａ−Si太陽電池より
も光劣化が少ないことが知られている。
Si/SiGeスタックセルを作成する場合に、高い変換効
率を得るためには、従来、光入射側上部のSi層に比較的
光学的バンドギャップ（Egopt）の大きなａ−Siを用
い、下部のSiGe層にはできるかぎりEgoptの小さなａ−S
iGeを用いることによって、太陽エネルギーを効率的にS
i層とSiGe層に吸収させることが好適であった。具体的
には、Si層のEgoptは1.73〜1.85eV、SiGe層のEgoptは1.
4〜1.6eVが好適に用いられていた。また、Si/SiGeスタ
ックセルの特性は、上部Si層のｉ層膜厚及び下部SiGe層
のｉ層膜厚に大きく左右される。ａ−Siのｉ層とａ−Si
Geのｉ層の最適な膜厚は、ａ−Si,a−SiGeのEgoptと膜
質に大きく左右されるが、前述のEgoptのSi層及びSiGe
層で、局在準位が少なく、拡散長の長い良好な膜質のも
のを用いるならば、ａ−Siのｉ層は2500〜4000Å,a−Si
Geのｉ層は2800〜4000Åが好適に用いられていた。
率を得るためには、従来、光入射側上部のSi層に比較的
光学的バンドギャップ（Egopt）の大きなａ−Siを用
い、下部のSiGe層にはできるかぎりEgoptの小さなａ−S
iGeを用いることによって、太陽エネルギーを効率的にS
i層とSiGe層に吸収させることが好適であった。具体的
には、Si層のEgoptは1.73〜1.85eV、SiGe層のEgoptは1.
4〜1.6eVが好適に用いられていた。また、Si/SiGeスタ
ックセルの特性は、上部Si層のｉ層膜厚及び下部SiGe層
のｉ層膜厚に大きく左右される。ａ−Siのｉ層とａ−Si
Geのｉ層の最適な膜厚は、ａ−Si,a−SiGeのEgoptと膜
質に大きく左右されるが、前述のEgoptのSi層及びSiGe
層で、局在準位が少なく、拡散長の長い良好な膜質のも
のを用いるならば、ａ−Siのｉ層は2500〜4000Å,a−Si
Geのｉ層は2800〜4000Åが好適に用いられていた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来のSi/SiGeスタックセル
では、高い変換効率を得ることはできるが、光劣化が十
分低減されたとは言えなかった。
では、高い変換効率を得ることはできるが、光劣化が十
分低減されたとは言えなかった。
これは、単層型ａ−Si太陽電池の光劣化に比較すれば
少ないと言えるが、例えば、48℃でAM1.5;100mW/cm2の
擬似太陽光を最適負荷状態で550時間照射した場合、光
照射前の初期光電変換効率に対し、15〜20％の光劣化を
示すという解決すべき課題点を有していた。
少ないと言えるが、例えば、48℃でAM1.5;100mW/cm2の
擬似太陽光を最適負荷状態で550時間照射した場合、光
照射前の初期光電変換効率に対し、15〜20％の光劣化を
示すという解決すべき課題点を有していた。
［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の課題点に鑑み、光電変換効率
の値を高くし維持したまま、尚かつ光劣化が少なく、信
頼性の高いSi/SiGeスタックセルを提供することにあ
る。
の値を高くし維持したまま、尚かつ光劣化が少なく、信
頼性の高いSi/SiGeスタックセルを提供することにあ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上述した課題を解決するための手段とし
て、 光入射側上部に、アモルファスシリコン層を用いた真
性半導体層を有する第１セルを有し、該第１セルの下部
に、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Si1-xG
ex）層を用いた真性半導体層を有する第２セルを有する
積層型アモルファスシリコン太陽電池において、 前記アモルファスシリコンゲルマニウム層のゲルマニ
ウムの組成比ｘが0.25〜0.60、かつ該層の膜厚が1200〜
2300Åであり、前記アモルファスシリコン層の含有水素
量が、原子数で９〜17％、かつ該層の膜厚が1300〜1700
Åであることを特徴とする積層型アモルファスシリコン
太陽電池、を提供するものである。
て、 光入射側上部に、アモルファスシリコン層を用いた真
性半導体層を有する第１セルを有し、該第１セルの下部
に、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Si1-xG
ex）層を用いた真性半導体層を有する第２セルを有する
積層型アモルファスシリコン太陽電池において、 前記アモルファスシリコンゲルマニウム層のゲルマニ
ウムの組成比ｘが0.25〜0.60、かつ該層の膜厚が1200〜
2300Åであり、前記アモルファスシリコン層の含有水素
量が、原子数で９〜17％、かつ該層の膜厚が1300〜1700
Åであることを特徴とする積層型アモルファスシリコン
太陽電池、を提供するものである。
［作用］ 以下、本発明に到った経緯とともに、上述した本発明
の手段の作用について説明する。
の手段の作用について説明する。
本発明者らは、上述の課題点を解決するにあたり、以
下のような知見を得た。
下のような知見を得た。
すなわち、Si/SiGeスタックセルの光劣化は、下部の
ａ−SiGeの劣化が第一の原因となっており、上部のａ−
Siの光劣化が第二の原因となっていることである。
ａ−SiGeの劣化が第一の原因となっており、上部のａ−
Siの光劣化が第二の原因となっていることである。
以上の知見についてさらに詳しく説明する。
Si/SiGeスタックセルの光劣化を分析するにあたり、
まず第４図に示した構成の単層型ａ−Si太陽電池（ａ−
Siシングルセル）と、単層型ａ−SiGe太陽電池（ａ−Si
Geシングルセル）のそれぞれの光劣化を測定した。
まず第４図に示した構成の単層型ａ−Si太陽電池（ａ−
Siシングルセル）と、単層型ａ−SiGe太陽電池（ａ−Si
Geシングルセル）のそれぞれの光劣化を測定した。
第４図は、単層型太陽電池（シングルセル）の一例の
段面構造を示したものであり、同図において、101は導
電性基板、102、103は裏面反射層、401はｎ層、402はｉ
層、403はｐ層、404は透明電極、405は集電電極であ
る。
段面構造を示したものであり、同図において、101は導
電性基板、102、103は裏面反射層、401はｎ層、402はｉ
層、403はｐ層、404は透明電極、405は集電電極であ
る。
ここでａ−Siシングルセルのｉ層は4000Å、ａ−SiGe
シングルセルのｉ層は2800Åのものを用い、それぞれ最
適負荷状態で、太陽電池の温度を25℃にして、AM1.5;10
0mW/cm2の擬似太陽光を200時間照射した。
シングルセルのｉ層は2800Åのものを用い、それぞれ最
適負荷状態で、太陽電池の温度を25℃にして、AM1.5;10
0mW/cm2の擬似太陽光を200時間照射した。
その結果、第５図のデータを得た。第５図は、光照射
時間（横軸）と、光電変換効率を初期値で割った値（縦
軸）との関係を示す図である。
時間（横軸）と、光電変換効率を初期値で割った値（縦
軸）との関係を示す図である。
第５図から明らかように、光照射初期では、ａ−Siシ
ングルセルとａ−SiGeシングルセルの劣化率（初期の光
電変換効率を100％とした場合の効率の低下率）に差は
少ないが、光照射20時間後程度からａ−SiGeシングルセ
ルの劣化率が大きくなる。また、ａ−Siシングルセルの
効率が光照射時間の対数に対して、ほぼ直線的に低下し
ているのに対し、ａ−SiGeシングルセルの効率は上に凸
の曲線になっている。
ングルセルとａ−SiGeシングルセルの劣化率（初期の光
電変換効率を100％とした場合の効率の低下率）に差は
少ないが、光照射20時間後程度からａ−SiGeシングルセ
ルの劣化率が大きくなる。また、ａ−Siシングルセルの
効率が光照射時間の対数に対して、ほぼ直線的に低下し
ているのに対し、ａ−SiGeシングルセルの効率は上に凸
の曲線になっている。
また、第２図中のＢは、従来のSi/SiGeスタックセル
の光劣化の結果を示したものである。第２図において、
横軸は光照射時間、縦軸は初期値を１とした太陽変換効
率である。最適負荷状態で、太陽電池の温度48℃で、AM
1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を550時間照射したところ、
劣化率は18％であった。第２図Ｂから明らかなように、
従来のSi/SiGeスタックセルにおいても、効率は照射時
間の対数に対して上に凸の曲線を示している。
の光劣化の結果を示したものである。第２図において、
横軸は光照射時間、縦軸は初期値を１とした太陽変換効
率である。最適負荷状態で、太陽電池の温度48℃で、AM
1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を550時間照射したところ、
劣化率は18％であった。第２図Ｂから明らかなように、
従来のSi/SiGeスタックセルにおいても、効率は照射時
間の対数に対して上に凸の曲線を示している。
そこでａ−Siシングルセルとａ−SiGeシングルセルの
劣化率を、照射光量とｉ層の膜厚の依存性を考慮して、
Si/SiGeスタックセルの光劣化を計算した結果、ａ−SiG
eのｉ層の光劣化が第一の原因で、ａ−Siのｉ層光劣化
が第二の原因であることがわかった。
劣化率を、照射光量とｉ層の膜厚の依存性を考慮して、
Si/SiGeスタックセルの光劣化を計算した結果、ａ−SiG
eのｉ層の光劣化が第一の原因で、ａ−Siのｉ層光劣化
が第二の原因であることがわかった。
そこで、まずａ−SiGeのｉ層の光劣化を改善するため
に実験を重ねた結果、以下のような知見を得た。すなわ
ち、ａ−Si1-xGexとして、Geの組成比ｘが0.25〜0.60、
Egoptが1.35〜1.55eVのものを用い、ｉ層の膜厚を1000
〜2500Åにすることによって、良好な初期効率を保ちつ
つ、ａ−SiGeのｉ層の光劣化を大巾に低減することがで
きるということである。以下、この様な知見に至った経
緯について説明する。
に実験を重ねた結果、以下のような知見を得た。すなわ
ち、ａ−Si1-xGexとして、Geの組成比ｘが0.25〜0.60、
Egoptが1.35〜1.55eVのものを用い、ｉ層の膜厚を1000
〜2500Åにすることによって、良好な初期効率を保ちつ
つ、ａ−SiGeのｉ層の光劣化を大巾に低減することがで
きるということである。以下、この様な知見に至った経
緯について説明する。
ガラス基板上に、RF高周波によるプラズマCVD法（以
下GD法と略記する）によって種々の組成のａ−SiGe膜を
約１μｍ堆積した。原料ガスとして、Si2H6とGeH4を用
い、希釈ガスとしてH2を用いて、GeH4ガスのSi2H6に対
する流量比を変えることによって、ａ−Si1-xGexの組成
比ｘの異なるａ−SiGe膜を作成した。
下GD法と略記する）によって種々の組成のａ−SiGe膜を
約１μｍ堆積した。原料ガスとして、Si2H6とGeH4を用
い、希釈ガスとしてH2を用いて、GeH4ガスのSi2H6に対
する流量比を変えることによって、ａ−Si1-xGexの組成
比ｘの異なるａ−SiGe膜を作成した。
第６図は、組成比ｘを変えたEgoptの異なるａ−SiGe
膜に、AM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を200時間照射した
時のａ−SiGeのημτ（ただし、ηは量子効率、μは易
動度、τはキャリアの寿命）の光劣化を示すグラフであ
る。第６図から明らかなように、Egoptが1.55eVを越え
る、すなわちGeの組成比ｘが0.25を下まわるａ−SiGe膜
は劣化率が大きく、Egoptが1.35〜1.55eV、すなわちGe
の組成比ｘが0.25〜0.60のａ−SiGe膜は劣化率が小さ
い。ここでGeの組成比ｘは、Ｘ線マイクロアナライザー
によって測定した。
膜に、AM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を200時間照射した
時のａ−SiGeのημτ（ただし、ηは量子効率、μは易
動度、τはキャリアの寿命）の光劣化を示すグラフであ
る。第６図から明らかなように、Egoptが1.55eVを越え
る、すなわちGeの組成比ｘが0.25を下まわるａ−SiGe膜
は劣化率が大きく、Egoptが1.35〜1.55eV、すなわちGe
の組成比ｘが0.25〜0.60のａ−SiGe膜は劣化率が小さ
い。ここでGeの組成比ｘは、Ｘ線マイクロアナライザー
によって測定した。
また、Egoptが1.35eV未満でGeの組成比ｘが0.60を上
回るａ−SiGe膜は、ημτの絶対値が悪化してしまう。
またpin構造の太陽電池のｉ層として用いた場合には、V
ocが低下し、ημτが悪いことからわかるように、膜質
も良くないため、良い太陽電池特性が得られない。
回るａ−SiGe膜は、ημτの絶対値が悪化してしまう。
またpin構造の太陽電池のｉ層として用いた場合には、V
ocが低下し、ημτが悪いことからわかるように、膜質
も良くないため、良い太陽電池特性が得られない。
したがって、太陽電池のｉ層として用いるａ−Si1-xG
exは、Geの組成比ｘが0.25〜0.60であることによって、
太陽電池の初期効率及び劣化率を良好な値にすることが
できる。
exは、Geの組成比ｘが0.25〜0.60であることによって、
太陽電池の初期効率及び劣化率を良好な値にすることが
できる。
また第７図は、ｉ層のａ−SiGe膜の膜厚を500〜3500
Åまで変化させて、種々のａ−SiGeシングルセルを作成
し、開放状態で、25℃で、AM1.5;100mW/cm2の擬似太陽
光を200時間照射した場合の光電変換効率の初期値を１
とした値のグラフである。
Åまで変化させて、種々のａ−SiGeシングルセルを作成
し、開放状態で、25℃で、AM1.5;100mW/cm2の擬似太陽
光を200時間照射した場合の光電変換効率の初期値を１
とした値のグラフである。
また、第８図はｉ層のａ−SiGe膜の膜厚に対する光電
変換効率の初期値（初期効率）のグラフである。ただ
し、太陽電池の構成は第４図に示したもので、SiGeはEg
optが1.50eV、Geの組成比ｘが0.33のものを用いた。
変換効率の初期値（初期効率）のグラフである。ただ
し、太陽電池の構成は第４図に示したもので、SiGeはEg
optが1.50eV、Geの組成比ｘが0.33のものを用いた。
第７図と第８図から明らかなように、ｉ層のａ−SiGe
の膜厚が2500Åを越えると光照射による劣化率が大き
く、1000Å未満にすると、太陽光を十分に吸収できない
ため、短絡電流（Jsc）が低下し、初期効率が悪化して
しまう。
の膜厚が2500Åを越えると光照射による劣化率が大き
く、1000Å未満にすると、太陽光を十分に吸収できない
ため、短絡電流（Jsc）が低下し、初期効率が悪化して
しまう。
したがって、太陽電池のｉ層として、Geの組成比ｘが
0.25〜0.60で、膜厚が1000〜2500Åのａ−SiGe膜を用い
ることによって、良好な初期効率を保ちつつ、光電変換
効率の光劣化を大巾に低減することができる。
0.25〜0.60で、膜厚が1000〜2500Åのａ−SiGe膜を用い
ることによって、良好な初期効率を保ちつつ、光電変換
効率の光劣化を大巾に低減することができる。
次に本発明者は、ａ−Siのｉ層の光劣化を改善するた
めに実験を重ねた結果、以下のような知見を得た。すな
わちａ−SiのEgoptを1.65〜1.77eV、すなわち含有水素
量を５〜20％にし、膜厚を1000〜2500Åとすることによ
って、光入射側のｉ層のａ−Siの光劣化を大巾に改善す
ることができる。
めに実験を重ねた結果、以下のような知見を得た。すな
わちａ−SiのEgoptを1.65〜1.77eV、すなわち含有水素
量を５〜20％にし、膜厚を1000〜2500Åとすることによ
って、光入射側のｉ層のａ−Siの光劣化を大巾に改善す
ることができる。
第９図は、前記GD法で、ｉ層のａ−Siを堆積する時の
基板温度を150℃〜350℃まで変化させて、第４図に示し
た構造のａ−Siシングルセルを種々作成し、開放状態
で、AM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を25℃で200時間照射
した結果のグラフである。
基板温度を150℃〜350℃まで変化させて、第４図に示し
た構造のａ−Siシングルセルを種々作成し、開放状態
で、AM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を25℃で200時間照射
した結果のグラフである。
また第１表は、ａ−Siの基板温度と、Egoptと、含有
水素量（CH）との対応を示した表である。
水素量（CH）との対応を示した表である。
Egoptは、ａ−Siをガラス基板上に堆積して測定し、
水素含有量CHは、ａ−Siを結晶Si基板上に堆積して、FT
−IR（フーリエ変換赤外分光）の測定から求めた。
水素含有量CHは、ａ−Siを結晶Si基板上に堆積して、FT
−IR（フーリエ変換赤外分光）の測定から求めた。
第１表と第９図から明らかなように、Egoptが1.77e
V、CHが20％を越える、基板温度150℃のａ−Siは光劣化
が大きい。一方、CHが５％未満のａ−Siは微結晶化して
いて暗伝導度（σｄ）が高く、太陽電池のｉ層としては
適さない。したがって、Egoptが1.65〜1.77eVで、CHが
５〜20％のａ−Siをｉ層に用いれば、初期値を高い値で
保ちつつ、光劣化を低減することができる。
V、CHが20％を越える、基板温度150℃のａ−Siは光劣化
が大きい。一方、CHが５％未満のａ−Siは微結晶化して
いて暗伝導度（σｄ）が高く、太陽電池のｉ層としては
適さない。したがって、Egoptが1.65〜1.77eVで、CHが
５〜20％のａ−Siをｉ層に用いれば、初期値を高い値で
保ちつつ、光劣化を低減することができる。
第10図は、第４図に示した構造のａ−Siシングルセル
のｉ層の膜厚を500〜4000Åまで変化させて種々作成し
たものを、開放状態でAM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光
を、25℃で200時間照射した結果のグラフである。縦軸
は初期効率を１とした場合の効率である。
のｉ層の膜厚を500〜4000Åまで変化させて種々作成し
たものを、開放状態でAM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光
を、25℃で200時間照射した結果のグラフである。縦軸
は初期効率を１とした場合の効率である。
また第11図は、ｉ層の膜厚に対する初期効率のグラフ
である。第10図から明らかなように、ｉ層の膜厚が薄い
方が光劣化は少なく、ｉ層の膜厚が2500Å以上になると
光劣化が大きくなる。また、第11図より、膜厚が1000Å
以下になると、急速に初期効率が悪化する。なお、膜厚
が1000〜2500Åでは、ａ−Siシングルセルとしては光吸
収が少ないが、Si−SiGeスタックセルの上部のｉ層とし
ては、下部のａ−SiGeのｉ層で吸収させるので良好な水
準である。したがってａ−Siのｉ層の膜厚を1000〜2500
Åにすることによって、初期効率を高い値に保ちつつ、
光劣化を低減させることができる。
である。第10図から明らかなように、ｉ層の膜厚が薄い
方が光劣化は少なく、ｉ層の膜厚が2500Å以上になると
光劣化が大きくなる。また、第11図より、膜厚が1000Å
以下になると、急速に初期効率が悪化する。なお、膜厚
が1000〜2500Åでは、ａ−Siシングルセルとしては光吸
収が少ないが、Si−SiGeスタックセルの上部のｉ層とし
ては、下部のａ−SiGeのｉ層で吸収させるので良好な水
準である。したがってａ−Siのｉ層の膜厚を1000〜2500
Åにすることによって、初期効率を高い値に保ちつつ、
光劣化を低減させることができる。
本発明者らは、以上の様々な実験から得られた知見を
全て総合して、本発明を完成させた。
全て総合して、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、光入射側を上部とした場合、ア
モルファスシリコンゲルマニウムを下部の真性半導体層
に用い、アモルファスシリコンを上部の真性半導体層に
用いた、積層型アモルファスシリコン太陽電池に於て、
下部のアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Si1-xG
ex）層のGeの組成比ｘが0.25〜0.60であって、膜厚が10
00〜2500Åであり、上部のアモルファスシリコン層の光
学的バンドギャップが、1.65〜1.77eVであって、含有水
素量が原子数で５〜20％であり、膜厚が1000〜2500Åで
あることを特徴とする、積層型アモルファスシリコン太
陽電池によって、初期効率が高く、光劣化の少ない太陽
電池を達成できた。
モルファスシリコンゲルマニウムを下部の真性半導体層
に用い、アモルファスシリコンを上部の真性半導体層に
用いた、積層型アモルファスシリコン太陽電池に於て、
下部のアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Si1-xG
ex）層のGeの組成比ｘが0.25〜0.60であって、膜厚が10
00〜2500Åであり、上部のアモルファスシリコン層の光
学的バンドギャップが、1.65〜1.77eVであって、含有水
素量が原子数で５〜20％であり、膜厚が1000〜2500Åで
あることを特徴とする、積層型アモルファスシリコン太
陽電池によって、初期効率が高く、光劣化の少ない太陽
電池を達成できた。
すなわち、本発明の構成の太陽電池によって、高い光
電変換効率と共に光劣化が少なく、信頼性の高い太陽電
池を提供することができた。
電変換効率と共に光劣化が少なく、信頼性の高い太陽電
池を提供することができた。
具体的には、AM1.5;100mW/cm2のソーラーシミュレー
ターで、初期効率11％以上で、約１年間の太陽光照射に
相当すると考えられている、48℃におけるAM1.5;100mW/
cm2,550hr（時間）の擬似太陽光照射による劣化率が８
％の値を達成した。この値は本発明者らによって初めて
達成されたものである。
ターで、初期効率11％以上で、約１年間の太陽光照射に
相当すると考えられている、48℃におけるAM1.5;100mW/
cm2,550hr（時間）の擬似太陽光照射による劣化率が８
％の値を達成した。この値は本発明者らによって初めて
達成されたものである。
ここで、本発明のSi/SiGeスタックセルの特性と従来
のSi/SiGeスタックセルの特性の違いをさらに詳しく説
明する。
のSi/SiGeスタックセルの特性の違いをさらに詳しく説
明する。
従来のSi/SiGeスタックセルはａ−SiGeのEgoptが1.4
〜1.6eV、膜厚が2800〜4000Å,a−SiのEgoptが1.73〜1.
85eV、膜厚が2500〜4000Åが好適に用いられており、本
発明者らは、従来の構成のSi/SiGeスタックセルで、AM
1.5;100mW/cm2のソーラーシミュレータで12.5％の初期
効率を得た。しかしながら、最適負荷状態で48℃で、AM
1.5;100mW/cm2,550hrの光照射で劣化率が19.2％であっ
た。
〜1.6eV、膜厚が2800〜4000Å,a−SiのEgoptが1.73〜1.
85eV、膜厚が2500〜4000Åが好適に用いられており、本
発明者らは、従来の構成のSi/SiGeスタックセルで、AM
1.5;100mW/cm2のソーラーシミュレータで12.5％の初期
効率を得た。しかしながら、最適負荷状態で48℃で、AM
1.5;100mW/cm2,550hrの光照射で劣化率が19.2％であっ
た。
それに対し、本発明の構成のSi/SiGeスタックセルの
一例では、前述と同様の測定で、初期効率が11.2％、劣
化率が８％であった。
一例では、前述と同様の測定で、初期効率が11.2％、劣
化率が８％であった。
第２図は、以上の２つの例のSi/SiGeスタックセルの
光劣化のグラフであり、横軸は光照射時間、縦軸は初期
効率を１とした光劣化後の効率である。第２図から明ら
かなように本発明のSi/SiGeスタックセルＡによって劣
化率が大巾に改善された。また、従来の構成のSi/SiGe
スタックセルＢの方が初期効率は少し高いが、１年間の
太陽光照射にあたる550時間を越えると、本発明のSi/Si
GeスタックセルＡの方が効率が高くなる。
光劣化のグラフであり、横軸は光照射時間、縦軸は初期
効率を１とした光劣化後の効率である。第２図から明ら
かなように本発明のSi/SiGeスタックセルＡによって劣
化率が大巾に改善された。また、従来の構成のSi/SiGe
スタックセルＢの方が初期効率は少し高いが、１年間の
太陽光照射にあたる550時間を越えると、本発明のSi/Si
GeスタックセルＡの方が効率が高くなる。
この結果はすなわち、初期の一年間は、従来のSi/SiG
eスタックセルＢの方が効率は高いが、一年後以降太陽
電池の耐用年数の間、本発明のSi/SiGeスタックセルＡ
の方が効率が高くなることを示している。
eスタックセルＢの方が効率は高いが、一年後以降太陽
電池の耐用年数の間、本発明のSi/SiGeスタックセルＡ
の方が効率が高くなることを示している。
また、発電システムの設計上からも、太陽電池の光電
変換効率は、安定している方が望ましい。
変換効率は、安定している方が望ましい。
以上のことから、本発明のSi/SiGeスタックセルは、
従来のSi/SiGeスタックセルよりも優位な特性であるこ
とがわかる。
従来のSi/SiGeスタックセルよりも優位な特性であるこ
とがわかる。
本発明のSi/SiGeスタックセルに於て、下部のｉ層に
使用するａ−SiGeのGeの組成比ｘ、及びEgoptは、好ま
しくはそれぞれ0.25〜0.60及び1.35〜1.55eV、より好ま
しくは0.25〜0.50及び1.40〜1.55eV、最適には0.30〜0.
45及び1.40〜1.52eVが望ましく、膜厚は、好ましくは10
00〜2500Å、より好ましくは1500〜2500Å、最適には17
00〜2300Åが望ましい。
使用するａ−SiGeのGeの組成比ｘ、及びEgoptは、好ま
しくはそれぞれ0.25〜0.60及び1.35〜1.55eV、より好ま
しくは0.25〜0.50及び1.40〜1.55eV、最適には0.30〜0.
45及び1.40〜1.52eVが望ましく、膜厚は、好ましくは10
00〜2500Å、より好ましくは1500〜2500Å、最適には17
00〜2300Åが望ましい。
また、上部のｉ層に使用するａ−SiのEgoptは、好ま
しくは1.65〜1.77eV、より好ましくは1.69〜1.77eV、最
適には1.69〜1.76eVが良く、水素含有量は、好ましくは
５〜20％、より好ましくは８〜20％、最適には８〜18％
が望ましい。また膜厚は、好ましくは1000〜2500Å、よ
り好ましくは1000〜2000Å、最適には1200〜1700Åであ
ることが望ましい。
しくは1.65〜1.77eV、より好ましくは1.69〜1.77eV、最
適には1.69〜1.76eVが良く、水素含有量は、好ましくは
５〜20％、より好ましくは８〜20％、最適には８〜18％
が望ましい。また膜厚は、好ましくは1000〜2500Å、よ
り好ましくは1000〜2000Å、最適には1200〜1700Åであ
ることが望ましい。
さらに、本発明のSi/SiGeスタックセルに使用するａ
−SiGeは、コンスタントフォトメソッド（CPM）で測定
したアーバックテイルの特性エネルギー（Eu）が、60me
V以下であることが望ましく、ａ−SiはEuが55meV以下で
あることが望ましい。またａ−Siもａ−SiGeも局在準位
が少なく、不純物が少なく、キャリアの拡散長が長い方
が望ましい。
−SiGeは、コンスタントフォトメソッド（CPM）で測定
したアーバックテイルの特性エネルギー（Eu）が、60me
V以下であることが望ましく、ａ−SiはEuが55meV以下で
あることが望ましい。またａ−Siもａ−SiGeも局在準位
が少なく、不純物が少なく、キャリアの拡散長が長い方
が望ましい。
以下本発明のSi/SiGeスタックセルの構成についてさ
らに詳しく述べる。
らに詳しく述べる。
本発明のSi/SiGeスタックセルを形成する基板は、ガ
ラス基板を用いることもできるし、ステンレス、Al等の
導電性基板を用いることもできるし、ポリイミド等の合
成樹脂フィルムを用いることもできる。ただし、合成樹
脂フィルムを用いる場合は、ａ−Siあるいはａ−SiGeの
成膜温度の耐熱性を有するものを選択して使用する必要
がある。また、ガラス基板等の透明基板上に形成する場
合と、不透明基板上に形成する場合では、各層を形成す
る順序が逆になる。
ラス基板を用いることもできるし、ステンレス、Al等の
導電性基板を用いることもできるし、ポリイミド等の合
成樹脂フィルムを用いることもできる。ただし、合成樹
脂フィルムを用いる場合は、ａ−Siあるいはａ−SiGeの
成膜温度の耐熱性を有するものを選択して使用する必要
がある。また、ガラス基板等の透明基板上に形成する場
合と、不透明基板上に形成する場合では、各層を形成す
る順序が逆になる。
以下不透明基板上にSi/SiGeスタックセルを形成する
順序に従って、各層について説明する。
順序に従って、各層について説明する。
裏面反射層は必要に応じて、Ag,Al,AlとSiの合金、Cr
等の金属薄膜を用いることができる。また金属薄膜上に
ZnO等の薄膜を重ねることもできる。
等の金属薄膜を用いることができる。また金属薄膜上に
ZnO等の薄膜を重ねることもできる。
光入射側に対して上部のセルを第１セル、下部のセル
を第２セルとすれば、第２セルのｎ層はリン（Ｐ）をド
ーピングしたａ−Siが好適に用いられ、膜厚は100〜500
Åが望ましい。第２セルのｉ層は前述のａ−SiGeを用い
る。第２セルのＰ層はａ−Siあるいは、微結晶Siあるい
はａ−SiCあるいは微結晶SiCが好適に用いられる。いず
れの場合もボロン（Ｂ）をドーピングし、膜厚は30〜20
0Åが望ましい。
を第２セルとすれば、第２セルのｎ層はリン（Ｐ）をド
ーピングしたａ−Siが好適に用いられ、膜厚は100〜500
Åが望ましい。第２セルのｉ層は前述のａ−SiGeを用い
る。第２セルのＰ層はａ−Siあるいは、微結晶Siあるい
はａ−SiCあるいは微結晶SiCが好適に用いられる。いず
れの場合もボロン（Ｂ）をドーピングし、膜厚は30〜20
0Åが望ましい。
また第１セルのｎ層は、Ｐをドーピングしたａ−Siが
好適に用いられ、膜厚は100〜300Åが望ましい。第１セ
ルのｉ層は前述のａ−Siが用いられる。第１セルのＰ層
はａ−Si、あるいは微結晶Si、あるいはａ−SiC、ある
いは微結晶SiCが好適に用いられ、いずれの場合もＢを
ドーピングし、膜厚は、30〜150Åが望ましい。またｎ
層とＰ層はできるだけ活性化エネルギーが小さく、導電
率が低いことが望ましい。
好適に用いられ、膜厚は100〜300Åが望ましい。第１セ
ルのｉ層は前述のａ−Siが用いられる。第１セルのＰ層
はａ−Si、あるいは微結晶Si、あるいはａ−SiC、ある
いは微結晶SiCが好適に用いられ、いずれの場合もＢを
ドーピングし、膜厚は、30〜150Åが望ましい。またｎ
層とＰ層はできるだけ活性化エネルギーが小さく、導電
率が低いことが望ましい。
また第１セルの上部には、透明導電膜として、インジ
ウムティンオキサイド（ITO）、あるいはインジウムオ
キサイド（IO）、あるいはSnO2、あるいはTiO2等が好適
に用いられる。透明導電膜の膜厚は太陽光の吸収が最大
になるように光学的に設計されるが、例えばITOの場
合、約700Åあるいは約2000Åが好適に用いられる。
ウムティンオキサイド（ITO）、あるいはインジウムオ
キサイド（IO）、あるいはSnO2、あるいはTiO2等が好適
に用いられる。透明導電膜の膜厚は太陽光の吸収が最大
になるように光学的に設計されるが、例えばITOの場
合、約700Åあるいは約2000Åが好適に用いられる。
さらに、透明導電膜の上部に、Ag,Au,Al,Cr等の金属
あるいは金属ペーストによって集電電極を所望のパター
ンで形成しても良い。
あるいは金属ペーストによって集電電極を所望のパター
ンで形成しても良い。
本発明のSi/SiGeスタックセルを基本にした太陽電池
の製品は、所望の電流、電圧を得るために、所望の面積
で適当な段数で直列に接続して集積化される。また前述
の層構成以外に表面保護層、裏面保護層等が追加され
る。
の製品は、所望の電流、電圧を得るために、所望の面積
で適当な段数で直列に接続して集積化される。また前述
の層構成以外に表面保護層、裏面保護層等が追加され
る。
［実施例］ （実施例１） 第１図は、本発明のSi/SiGeスタックセル（積層型太
陽電池）の一例の断面図である。第１図において、101
は導電性基板、102,103は裏面反射層、104は第２セルの
ｎ層、105は第２セルのｉ層、106は第２セルのＰ層、10
7は第１セルのｎ層、108は第１セルのｉ層、109は第１
セルのＰ層、110は透明導電膜、111は集電電極である。
陽電池）の一例の断面図である。第１図において、101
は導電性基板、102,103は裏面反射層、104は第２セルの
ｎ層、105は第２セルのｉ層、106は第２セルのＰ層、10
7は第１セルのｎ層、108は第１セルのｉ層、109は第１
セルのＰ層、110は透明導電膜、111は集電電極である。
第１図の構成のSi/SiGeスタックセルにおいて、第２
セルのｉ層105として、Geの組成比ｘが0.36,Egoptが1.4
8eVで膜厚が2000Åのａ−SiGeを用い、第１セルのｉ層1
08として、Egoptが1.73eVであって、含有水素量が15％
であって、膜厚が1500Åであるａ−Siを用いることによ
って、本発明のSi/SiGeスタックセルを形成した。
セルのｉ層105として、Geの組成比ｘが0.36,Egoptが1.4
8eVで膜厚が2000Åのａ−SiGeを用い、第１セルのｉ層1
08として、Egoptが1.73eVであって、含有水素量が15％
であって、膜厚が1500Åであるａ−Siを用いることによ
って、本発明のSi/SiGeスタックセルを形成した。
このスタックセルを、AM1.5;100mW/cm2のソーラーシ
ミュレーターで、25℃で初期効率を測定したところ、1
1.2％であった。また、最適負荷状態で、48℃でAM1.5;1
00mW/cm2の擬似太陽光を550時間照射したところ、劣化
率は８％であった。
ミュレーターで、25℃で初期効率を測定したところ、1
1.2％であった。また、最適負荷状態で、48℃でAM1.5;1
00mW/cm2の擬似太陽光を550時間照射したところ、劣化
率は８％であった。
以上のように、本実施例によれば、高い初期効率で、
高劣化が少なく信頼性の高い太陽電池を提供することが
できた。
高劣化が少なく信頼性の高い太陽電池を提供することが
できた。
以下本実施例のSi/SiGeスタックセルの細部の構成を
製造工程に従って説明する。
製造工程に従って説明する。
まずステンレス基板101を洗浄し、乾燥させ、基板温
度400℃で、EB蒸着によってAgを4000Å蒸着し、RFスパ
ッタ法によってZnOを5000Å蒸着した。
度400℃で、EB蒸着によってAgを4000Å蒸着し、RFスパ
ッタ法によってZnOを5000Å蒸着した。
次に、基板101をRF高周波によるプラズマCVD法（GD
法）を行なう成膜室に移し、基板温度を300℃に保ちつ
つ、Si2H6とH2とSi2H6に対して１％のpH3を導入して、R
F高周波を印加して、プラズマを生起させてガスを分解
し、ｎ型のａ−Siを約200Å堆積し、ｎ層104を形成し
た。
法）を行なう成膜室に移し、基板温度を300℃に保ちつ
つ、Si2H6とH2とSi2H6に対して１％のpH3を導入して、R
F高周波を印加して、プラズマを生起させてガスを分解
し、ｎ型のａ−Siを約200Å堆積し、ｎ層104を形成し
た。
次に基板温度を300℃に保ちつつ、Si2H6とGeH4とH2を
導入して、ｎ層と同様にGD法によってａ−SiGeを約2000
Å堆積し、ｉ層105を形成した。このときn/i界面とi/P
界面では、GeH4の流量を徐々に変化させて、いわゆるバ
ッファー層を形成した。
導入して、ｎ層と同様にGD法によってａ−SiGeを約2000
Å堆積し、ｉ層105を形成した。このときn/i界面とi/P
界面では、GeH4の流量を徐々に変化させて、いわゆるバ
ッファー層を形成した。
次に基板温度を265℃に保ちつつ、SiH4とH2とSiH4に
対し40％のBF3を導入し、GD法によってＰ型微結晶Siを
約70Å堆積し、Ｐ層106を形成した。
対し40％のBF3を導入し、GD法によってＰ型微結晶Siを
約70Å堆積し、Ｐ層106を形成した。
次に基板温度を250℃に保ちつつ、ｎ層104と同様に、
ｎ層107を約200Å形成した。
ｎ層107を約200Å形成した。
次に基板温度を250Åに保ちつつ、Si2H6とH2を導入し
て、ａ−Siを約1500Å堆積し、ｉ層108を形成した。
て、ａ−Siを約1500Å堆積し、ｉ層108を形成した。
次に基板温度を200℃に保ちつつ、Ｐ層106と同様にＰ
層109を約50Å形成した。この後、基板温度200℃で蒸着
法によってITOを700Å蒸着した。
層109を約50Å形成した。この後、基板温度200℃で蒸着
法によってITOを700Å蒸着した。
次に、室温で、Crを200ÅとAgを5000Å蒸着した所望
のパターンの集電電極111を形成し、第１図に示した本
発明のSi/SiGeスタックセルを完成した。
のパターンの集電電極111を形成し、第１図に示した本
発明のSi/SiGeスタックセルを完成した。
前記ａ−SiGeの堆積と同処方にて、ガラス基板にａ−
SiGeを約１μｍ堆積し、膜特性を評価したところ、Eg
optは1.48eV、Geの組成比ｘが0.35であり、CPMによるア
ーバックテイルの特性エネルギー（Eu）は52meVであっ
た。
SiGeを約１μｍ堆積し、膜特性を評価したところ、Eg
optは1.48eV、Geの組成比ｘが0.35であり、CPMによるア
ーバックテイルの特性エネルギー（Eu）は52meVであっ
た。
また、前記ａ−Siの堆積と同処方にて、ガラス基板上
にａ−Siを約１μｍ堆積し、膜特性を評価したところ、
Egoptは1.73eV、水素含有量は15％、Euは47meVであっ
た。
にａ−Siを約１μｍ堆積し、膜特性を評価したところ、
Egoptは1.73eV、水素含有量は15％、Euは47meVであっ
た。
（比較例１） 実施例１と比較するために、第１図の構成で、膜作製
条件を変化させて第２セルのｉ層であるａ−SiGeの膜厚
とGeの組成比ｘ及び第１セルのｉ層であるａ−Siの膜厚
と水素含有量を変化させて、第３表に示す８種類の従来
のSi/SiGeスタックセルを作成した。
条件を変化させて第２セルのｉ層であるａ−SiGeの膜厚
とGeの組成比ｘ及び第１セルのｉ層であるａ−Siの膜厚
と水素含有量を変化させて、第３表に示す８種類の従来
のSi/SiGeスタックセルを作成した。
ここで第２セルのｉ層と第１セルのｉ層以外の層はす
べて、実施例１と同様の構成とした。
べて、実施例１と同様の構成とした。
作成した８種類のスタックセルを、AM1.5,100mw/cm2
のソーラーシュミレータで25℃で初期効率を測定した。
また、48℃でAM1.5,100mw/cm2の擬似太陽光を550時間照
射した後の光電変換効率を測定し、劣化率を計算した。
測定結果を第３表にまとめた。
のソーラーシュミレータで25℃で初期効率を測定した。
また、48℃でAM1.5,100mw/cm2の擬似太陽光を550時間照
射した後の光電変換効率を測定し、劣化率を計算した。
測定結果を第３表にまとめた。
第３表に示した８種類のスタックセルは、第２セルの
ｉ層であるａ−SiGe層と第１セルのｉ層であるａ−Si層
の何れかが本発明のSi/SiGeスタックセルの範囲からは
ずれているものである。
ｉ層であるａ−SiGe層と第１セルのｉ層であるａ−Si層
の何れかが本発明のSi/SiGeスタックセルの範囲からは
ずれているものである。
第３表に示したように、本発明のSi/SiGeスタックセ
ルから範囲のはずれたものは、比較例2,3,4,5,7,8のよ
うに初期効率が悪いか、あるいは比較例1,6のように初
期効率は良好だが劣化率が大きく、何れも本発明のよう
に初期効率が高く劣化率の小さなものは得られなかっ
た。
ルから範囲のはずれたものは、比較例2,3,4,5,7,8のよ
うに初期効率が悪いか、あるいは比較例1,6のように初
期効率は良好だが劣化率が大きく、何れも本発明のよう
に初期効率が高く劣化率の小さなものは得られなかっ
た。
従来好適に用いられていた比較例１は、初期効率は良
好であるが、劣化率が大きいため、屋外での約１年間に
相当する550時間の光照射では効率が低下した。本発明
のSi/SiGeスタックセルの方が大幅に劣化率が少なく、
屋外で約１年間後以降の光電変換効率が高い。
好であるが、劣化率が大きいため、屋外での約１年間に
相当する550時間の光照射では効率が低下した。本発明
のSi/SiGeスタックセルの方が大幅に劣化率が少なく、
屋外で約１年間後以降の光電変換効率が高い。
（実施例２） 本発明の他の実施例について、以下に説明する。
第１図の構成のSi/SiGeスタックセルにおいて、第２
セルのｉ層105として、Geの組成比ｘが0.40、Egoptが1.
46eVで膜厚が1800Åのａ−SiGeを用い、第１セルのｉ層
108として、Egoptが1.75eVであって、含有水素量が17％
であって、膜厚が1700Åであるａ−Siを用いることによ
って、本発明のSi/SiGeスタックセルを形成した。
セルのｉ層105として、Geの組成比ｘが0.40、Egoptが1.
46eVで膜厚が1800Åのａ−SiGeを用い、第１セルのｉ層
108として、Egoptが1.75eVであって、含有水素量が17％
であって、膜厚が1700Åであるａ−Siを用いることによ
って、本発明のSi/SiGeスタックセルを形成した。
AM1.5;100mW/cm2のソーラーシミュレーターで25℃で
初期効率を測定したところ、11.6％であった。また、最
適負荷状態で48℃でAM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を550
時間照射したところ、劣化率は9.5％であった。
初期効率を測定したところ、11.6％であった。また、最
適負荷状態で48℃でAM1.5;100mW/cm2の擬似太陽光を550
時間照射したところ、劣化率は9.5％であった。
以上のように、高い初期効率で、光劣化が少なく、信
頼性の高い太陽電池を提供できた。
頼性の高い太陽電池を提供できた。
本実施例の細部の構成は、第２セルのｎ層104とｉ層1
05、第１セルのｉ層108以外は実施例１と全く同様であ
る。
05、第１セルのｉ層108以外は実施例１と全く同様であ
る。
第２セルのｎ層104は、基板温度を320℃で、他の条件
は実施例１と同様の条件で約200Å形成した。第２セル
のｉ層105は、基板温度を320℃に保ちつつ、成膜室にSi
2H6とGeH4とH2を導入して、GD法によってａ−SiGeを約1
800Å堆積して形成した。このとき実施例１と同様にn/i
界面とi/P界面にバッファー層を形成した。また第１セ
ルのｉ層108は基板温度を200℃に保ちつつ、成膜室にSi
2H6とH2を導入して、GD法によってａ−Siを1700Å堆積
して形成した。
は実施例１と同様の条件で約200Å形成した。第２セル
のｉ層105は、基板温度を320℃に保ちつつ、成膜室にSi
2H6とGeH4とH2を導入して、GD法によってａ−SiGeを約1
800Å堆積して形成した。このとき実施例１と同様にn/i
界面とi/P界面にバッファー層を形成した。また第１セ
ルのｉ層108は基板温度を200℃に保ちつつ、成膜室にSi
2H6とH2を導入して、GD法によってａ−Siを1700Å堆積
して形成した。
また前記のａ−SiGeとａ−Siをガラス基板に約１μｍ
堆積し、CPMによるアーバックテイルの特性エネルギー
（Eu）を測定したところ、ａ−SiGeは53meVであり、ａ
−Siは48meVであった。
堆積し、CPMによるアーバックテイルの特性エネルギー
（Eu）を測定したところ、ａ−SiGeは53meVであり、ａ
−Siは48meVであった。
（実施例３） 第１図の構成のSi/SiGeスタックセルにおいて、第２
セルのｉ層であるａ−SiGe層の膜厚とGeの組成比ｘ、及
び第１セルのｉ層であるａ−Si層の膜厚と水素含有量
が、実施例1,2と異なる本発明のSi/SiGeスタックセルを
さらに１種類形成した。
セルのｉ層であるａ−SiGe層の膜厚とGeの組成比ｘ、及
び第１セルのｉ層であるａ−Si層の膜厚と水素含有量
が、実施例1,2と異なる本発明のSi/SiGeスタックセルを
さらに１種類形成した。
ここで第１セル、第２セルのｉ層は作製条件を変え、
それ以外の層は実施例１と同様に作製した。ただしｎ層
及びｐ層形成時の基板温度はｉ層の基板温度に合わせて
調整した。
それ以外の層は実施例１と同様に作製した。ただしｎ層
及びｐ層形成時の基板温度はｉ層の基板温度に合わせて
調整した。
用いたａ−SiGe層とａ−Si層の特性と、本発明のSi/S
iGeスタックセルの特性を第２表の実施例３に示した。
iGeスタックセルの特性を第２表の実施例３に示した。
第２表に示した様に、本発明のSi−SiGeスタックセル
は、初期効率が高く、光劣化が少なかった。
は、初期効率が高く、光劣化が少なかった。
（比較例９） 第１図の構成のSi/SiGeスタックセルにおいて、第２
セルのｉ層であるａ−SiGe層の膜厚とGeの組成比ｘ、及
び第１セルのｉ層であるａ−Si層の膜厚と水素含有量
が、実施例1,2と異なる本比較例のSi/SiGeスタックセル
をさらに１種類形成した。
セルのｉ層であるａ−SiGe層の膜厚とGeの組成比ｘ、及
び第１セルのｉ層であるａ−Si層の膜厚と水素含有量
が、実施例1,2と異なる本比較例のSi/SiGeスタックセル
をさらに１種類形成した。
ここで第１セル、第２セルのｉ層は作製条件を変え、
それ以外の層は実施例１と同様に作製した。ただしｎ層
及びｐ層形成時の基板温度はｉ層の基板温度に合わせて
調整した。
それ以外の層は実施例１と同様に作製した。ただしｎ層
及びｐ層形成時の基板温度はｉ層の基板温度に合わせて
調整した。
用いたａ−SiGe層とａ−Si層の特性と、本発明のSi/S
iGeスタックセルの特性を第２表の比較例９に示した。
iGeスタックセルの特性を第２表の比較例９に示した。
第２表に示した様に、本比較例のSi/SiGeスタックセ
ルは、初期効率が高いが、光劣化率も大きかった。
ルは、初期効率が高いが、光劣化率も大きかった。
（実施例４） 第３図は、本発明の更に他の実施例のSi/SiGeスタッ
クセルの構造を示す断面図である。第３図において、30
1はガラス基板、302は透明導電膜、303は第１セルのＰ
層、304は第１セルのｉ層、305は第１セルのｎ層、306
は第２セルのＰ層、307は第２セルのｉ層、308は第２セ
ルのｎ層、309は裏面反射層、310は裏面電極である、 第３図の構成のSi/SiGeスタックセルにおいて、第１
セルのｉ層304として、Egoptが1.69eVであって、含有水
素量が９％であって、膜厚が1300Åであるａ−Siを用
い、第２セルのｉ層307として、Geの組成比ｘが0.28,Eg
optが1.53eVで膜厚が2300Åのａ−SiGeを用いることに
よって、本発明のSi−SiGeスタックセルを形成した。
クセルの構造を示す断面図である。第３図において、30
1はガラス基板、302は透明導電膜、303は第１セルのＰ
層、304は第１セルのｉ層、305は第１セルのｎ層、306
は第２セルのＰ層、307は第２セルのｉ層、308は第２セ
ルのｎ層、309は裏面反射層、310は裏面電極である、 第３図の構成のSi/SiGeスタックセルにおいて、第１
セルのｉ層304として、Egoptが1.69eVであって、含有水
素量が９％であって、膜厚が1300Åであるａ−Siを用
い、第２セルのｉ層307として、Geの組成比ｘが0.28,Eg
optが1.53eVで膜厚が2300Åのａ−SiGeを用いることに
よって、本発明のSi−SiGeスタックセルを形成した。
以下本実施例のSi/SiGeスタックセルの細部の構成を
製造順序に従って説明する。
製造順序に従って説明する。
ガラス基板301を洗浄、乾燥させ、基板温度500℃に保
ちつつ、蒸着法によってITOを1800Å蒸着した後、SnO2
を約200Å蒸着して、透明導電膜302を形成した。
ちつつ、蒸着法によってITOを1800Å蒸着した後、SnO2
を約200Å蒸着して、透明導電膜302を形成した。
次に、基板をGD法による成膜室に移し、基板温度を35
0℃に保ちつつ、SiH4とH2とSiH4に対し40％のBF3を成膜
室に導入して、GD法によってＢをドーピングしたＰ型微
結晶Siを80Å堆積して第１セルのＰ層303を形成した。
0℃に保ちつつ、SiH4とH2とSiH4に対し40％のBF3を成膜
室に導入して、GD法によってＢをドーピングしたＰ型微
結晶Siを80Å堆積して第１セルのＰ層303を形成した。
次に基板温度を350℃に保ちつつ、Si2H6とH2を成膜室
に導入して、GD法により、ａ−Siを1300Å堆積して、第
１セルのｉ層304を形成した。次に基板温度を320℃に保
ちつつ、Si2H6とH2とSi2H6に対して１％のPH3を成膜室
に導入して、GD法によってＰをドーピングしたｎ型ａ−
Siを200Å堆積し、第１セルのｎ層305を形成した。
に導入して、GD法により、ａ−Siを1300Å堆積して、第
１セルのｉ層304を形成した。次に基板温度を320℃に保
ちつつ、Si2H6とH2とSi2H6に対して１％のPH3を成膜室
に導入して、GD法によってＰをドーピングしたｎ型ａ−
Siを200Å堆積し、第１セルのｎ層305を形成した。
次に基板温度を300℃に保ちつつ、第１セルのＰ層303
と同様に第２セルのＰ層306を100Å形成した。次に基板
温度を285℃に保ちつつ、Si2H6とGeH4とH2を成膜室に導
入して、GD法によってａ−SiGeを2300Å堆積して第２セ
ルのｉ層307を形成した。このときP/i界面とi/n界面に
はバッファー層を形成した。次に基板温度を250℃に保
ちつつ、第１セルのｎ層305と同様にして、第２セルの
ｎ層308を220Å形成した。
と同様に第２セルのＰ層306を100Å形成した。次に基板
温度を285℃に保ちつつ、Si2H6とGeH4とH2を成膜室に導
入して、GD法によってａ−SiGeを2300Å堆積して第２セ
ルのｉ層307を形成した。このときP/i界面とi/n界面に
はバッファー層を形成した。次に基板温度を250℃に保
ちつつ、第１セルのｎ層305と同様にして、第２セルの
ｎ層308を220Å形成した。
次にRFスパッタ法によって、ZnOを3000Å堆積して、
裏面反射層309を形成した。次に蒸着法によって、Crを2
00ÅとAlを5000Å蒸着して、裏面電極310を形成して、
第３図に示した構造のSi/SiGeスタックセルを形成し
た。
裏面反射層309を形成した。次に蒸着法によって、Crを2
00ÅとAlを5000Å蒸着して、裏面電極310を形成して、
第３図に示した構造のSi/SiGeスタックセルを形成し
た。
本実施例のｉ層のａ−Si及びａ−SiGeを、同処方でガ
ラス基板上に約１μｍ堆積したところ、CPMによるアー
バックテイルの特性エネルギーEuの値は、ａ−Si膜が50
meV,a−SiGe膜が51meVであった。
ラス基板上に約１μｍ堆積したところ、CPMによるアー
バックテイルの特性エネルギーEuの値は、ａ−Si膜が50
meV,a−SiGe膜が51meVであった。
このスタックセルを、AM1.5;100mW/cm2のソーラーシ
ミュレーターで、25℃で初期効率を測定したところ、1
1.0％であった。また、48℃でAM1.5;100mW/cm2の擬似太
陽光を550時間照射したところ、劣化率は7.3％であっ
た。
ミュレーターで、25℃で初期効率を測定したところ、1
1.0％であった。また、48℃でAM1.5;100mW/cm2の擬似太
陽光を550時間照射したところ、劣化率は7.3％であっ
た。
以上のように、本実施例によれば高い初期効率で、光
劣化が少なく、信頼性の高い太陽電池を提供できた。以
上の実施例に使用したａ−SiGeとａ−Siの膜厚と、基板
温度と、Egoptと、水素含有量（CH）と、アーバックテ
イルの特性エネルギー（Eu）、及び太陽電池特性を第２
表にまとめた。
劣化が少なく、信頼性の高い太陽電池を提供できた。以
上の実施例に使用したａ−SiGeとａ−Siの膜厚と、基板
温度と、Egoptと、水素含有量（CH）と、アーバックテ
イルの特性エネルギー（Eu）、及び太陽電池特性を第２
表にまとめた。
［発明の効果］ 以上に述べてきたごとく、本発明のSi/SiGeスタック
セルによれば、初期の光電変換効率を高い値に維持しな
がら、光劣化を大巾に低減させた、高効率、高信頼性の
アモルファス太陽電池を実現することができる。
セルによれば、初期の光電変換効率を高い値に維持しな
がら、光劣化を大巾に低減させた、高効率、高信頼性の
アモルファス太陽電池を実現することができる。
特に、本発明のSi/SiGeスタックセルは、屋外での設
置１年後以降において、従来のSi/SiGeスタックセルよ
りも高い効率を保つという効果が得られる。
置１年後以降において、従来のSi/SiGeスタックセルよ
りも高い効率を保つという効果が得られる。
さらに、本発明のSi/SiGeスタックセルは、太陽電池
の劣化率と、効率を良好にするため、従来より真性半導
体層の膜厚を薄くした。これにより、総膜厚が、従来の
Si/SiGeスタックセルよりも薄くなり、薄膜の応力が減
少し、基板からの膜ハガレを起こすことが少なくなっ
た。また、膜厚が薄いために、SiH4やGeH4等の原料ガス
の使用量が減少し、生産速度が向上して、製造コストを
低減することができた。
の劣化率と、効率を良好にするため、従来より真性半導
体層の膜厚を薄くした。これにより、総膜厚が、従来の
Si/SiGeスタックセルよりも薄くなり、薄膜の応力が減
少し、基板からの膜ハガレを起こすことが少なくなっ
た。また、膜厚が薄いために、SiH4やGeH4等の原料ガス
の使用量が減少し、生産速度が向上して、製造コストを
低減することができた。
第１図は、本発明のSi/SiGeスタックセルの一例の断面
図である。 第２図は、本発明のSi/SiGeスタックセルと従来のSi/Si
Geスタックセルの効率の光劣化を比較したグラフであ
る。 第３図は、本発明のSi/SiGeスタックセルの他の一例の
断面図である。 第４図は、単層型太陽電池（シングルセル）の一例を示
す断面図である。 第５図は、ａ−Siシングルセルとａ−SiGeシングルセル
の光劣化を比較したグラフである。 第６図は、ａ−Si1-xGexのGeの組成比ｘの異なる膜の光
劣化を比較したグラフである。 第７図は、SiGeシングルセルのｉ層の膜厚と光照射200
時間後の効率のグラフである。 第８図は、SiGeシングルセルのｉ層の膜厚と初期効率の
グラフである。 第９図は、Siシングルセルの基板温度と光照射200時間
後の効率のグラフである。 第10図は、Siシングルセルのｉ層の膜厚と光照射200時
間後の効率のグラフである。 第11図は、Siシングルセルのｉ層の膜厚と初期効率のグ
ラフである。 101……導電性基板、 102,103……裏面反射層、 104……第２セルのｎ層、 105……第２セルのｉ層、 106……第２セルのＰ層、 107……第１セルのｎ層、 108……第１セルのｉ層、 109……第１セルのＰ層、110……透明電極（透明導電
膜）、 111……集電電極、301……ガラス基板、 302……透明電極（透明導電膜）、303……第１セルのＰ
層、 304……第１セルのｉ層、 305……第１セルのｎ層、 306……第２セルのＰ層、 307……第２セルのｉ層、 308……第２セルのｎ層、309……裏面反射層、 310……裏面電極、401……ｎ層、 402……ｉ層、403……Ｐ層、 404……透明電極（透明導電膜）、405……集電電極。
図である。 第２図は、本発明のSi/SiGeスタックセルと従来のSi/Si
Geスタックセルの効率の光劣化を比較したグラフであ
る。 第３図は、本発明のSi/SiGeスタックセルの他の一例の
断面図である。 第４図は、単層型太陽電池（シングルセル）の一例を示
す断面図である。 第５図は、ａ−Siシングルセルとａ−SiGeシングルセル
の光劣化を比較したグラフである。 第６図は、ａ−Si1-xGexのGeの組成比ｘの異なる膜の光
劣化を比較したグラフである。 第７図は、SiGeシングルセルのｉ層の膜厚と光照射200
時間後の効率のグラフである。 第８図は、SiGeシングルセルのｉ層の膜厚と初期効率の
グラフである。 第９図は、Siシングルセルの基板温度と光照射200時間
後の効率のグラフである。 第10図は、Siシングルセルのｉ層の膜厚と光照射200時
間後の効率のグラフである。 第11図は、Siシングルセルのｉ層の膜厚と初期効率のグ
ラフである。 101……導電性基板、 102,103……裏面反射層、 104……第２セルのｎ層、 105……第２セルのｉ層、 106……第２セルのＰ層、 107……第１セルのｎ層、 108……第１セルのｉ層、 109……第１セルのＰ層、110……透明電極（透明導電
膜）、 111……集電電極、301……ガラス基板、 302……透明電極（透明導電膜）、303……第１セルのＰ
層、 304……第１セルのｉ層、 305……第１セルのｎ層、 306……第２セルのＰ層、 307……第２セルのｉ層、 308……第２セルのｎ層、309……裏面反射層、 310……裏面電極、401……ｎ層、 402……ｉ層、403……Ｐ層、 404……透明電極（透明導電膜）、405……集電電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】光入射側上部に、アモルファスシリコン層
を用いた真性半導体層を有する第１セルを有し、該第１
セルの下部に、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ
−Si1-xGex）層を用いた真性半導体層を有する第２セル
を有する積層型アモルファスシリコン太陽電池におい
て、 前記アモルファスシリコンゲルマニウム層のゲルマニウ
ムの組成比ｘが0.25〜0.60、かつ該層の膜厚が1200〜23
00Åであり、前記アモルファスシリコン層の含有水素量
が、原子数で９〜17％、かつ該層の膜厚が1300〜1700Å
であることを特徴とする積層型アモルファスシリコン太
陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2326055A JP2747110B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 積層型アモルファスシリコン太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2326055A JP2747110B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 積層型アモルファスシリコン太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199684A JPH04199684A (ja) | 1992-07-20 |
| JP2747110B2 true JP2747110B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=18183605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2326055A Expired - Lifetime JP2747110B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 積層型アモルファスシリコン太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2747110B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2326055A patent/JP2747110B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04199684A (ja) | 1992-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8030120B2 (en) | Hybrid window layer for photovoltaic cells | |
| Mazzarella et al. | Nanocrystalline n-type silicon oxide front contacts for silicon heterojunction solar cells: photocurrent enhancement on planar and textured substrates | |
| US6288325B1 (en) | Producing thin film photovoltaic modules with high integrity interconnects and dual layer contacts | |
| US6368892B1 (en) | Monolithic multi-junction solar cells with amorphous silicon and CIS and their alloys | |
| Schropp et al. | Amorphous silicon, microcrystalline silicon, and thin-film polycrystalline silicon solar cells | |
| JP2006080557A (ja) | 高水素希釈低温プラズマ蒸着によって製造されるアモルファスシリコン系素子の向上せしめられた安定化特性 | |
| WO2013061637A1 (ja) | 光電変換装置とその製造方法、および光電変換モジュール | |
| JPS6249672A (ja) | アモルフアス光起電力素子 | |
| US4398054A (en) | Compensated amorphous silicon solar cell incorporating an insulating layer | |
| US4941032A (en) | Semiconductor device | |
| JP4284582B2 (ja) | 多接合型薄膜太陽電池とその製造方法 | |
| US5419783A (en) | Photovoltaic device and manufacturing method therefor | |
| JPH11150282A (ja) | 光起電力素子及びその製造方法 | |
| Guha et al. | Science and technology of amorphous silicon alloy photovoltaics | |
| JPH10190030A (ja) | 光起電力素子 | |
| JP2747110B2 (ja) | 積層型アモルファスシリコン太陽電池 | |
| Carlson et al. | Advances in amorphous silicon photovoltaic technology | |
| JP3245962B2 (ja) | 薄膜太陽電池の製造方法 | |
| JP2918814B2 (ja) | 光起電力素子及びその製造方法 | |
| JPH05275725A (ja) | 光起電力装置及びその製造方法 | |
| JP2775460B2 (ja) | 非晶質太陽電池の製造方法 | |
| JP2669834B2 (ja) | 積層型光起電力装置 | |
| JP2918815B2 (ja) | 光起電力素子及びその製造方法 | |
| JP2000077694A (ja) | 光起電力素子および太陽電池モジュ―ル | |
| JP2958491B2 (ja) | 光電変換装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080213 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090213 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100213 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100213 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110213 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |