JP2810495B2 - 光起電力素子 - Google Patents
光起電力素子Info
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- JP2810495B2 JP2810495B2 JP2160876A JP16087690A JP2810495B2 JP 2810495 B2 JP2810495 B2 JP 2810495B2 JP 2160876 A JP2160876 A JP 2160876A JP 16087690 A JP16087690 A JP 16087690A JP 2810495 B2 JP2810495 B2 JP 2810495B2
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- sige
- photovoltaic device
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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
- 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
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- 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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、非晶質半導体を用いた光起電力素子に関す
る。
る。
（ロ） 従来技術 薄膜太陽電池で代表される非晶質シリコン太陽電池で
は、その変換効率を高めるために入射光の波長に適した
光学的バンドギャップを有する半導体材料の研究開発が
進められている。
は、その変換効率を高めるために入射光の波長に適した
光学的バンドギャップを有する半導体材料の研究開発が
進められている。
近年、その１つである長波長領域に感度を有する非晶
質シリコンゲルマニューム（以下SiGeと略する）におい
て、２つの特徴が見い出されている。第１は、Proc.20t
h IEEE PVSC.,1988,p.79に記載されるように光電変換層
として用いた非晶質SiGeの光学的バンドギャップを漸次
変化させることにより、変換効率の高い光起電力素子が
得られること、第２には、Technical Digest of the In
t.PVSEC−3,1987,p.561に開示されるように、光電変換
層の非晶質SiGeにボロンを微量ドープすることにより特
性が向上することである。
質シリコンゲルマニューム（以下SiGeと略する）におい
て、２つの特徴が見い出されている。第１は、Proc.20t
h IEEE PVSC.,1988,p.79に記載されるように光電変換層
として用いた非晶質SiGeの光学的バンドギャップを漸次
変化させることにより、変換効率の高い光起電力素子が
得られること、第２には、Technical Digest of the In
t.PVSEC−3,1987,p.561に開示されるように、光電変換
層の非晶質SiGeにボロンを微量ドープすることにより特
性が向上することである。
（ハ） 発明が解決しようとする課題 しかしながら、前述の非晶質SiGe層のボロンドープに
よる特性向上は、層中のゲルマニューム（以下Ge）含有
量を一定とした場合のみに確認される現象で、該非晶質
SiGe層内のGe含有量を漸次変化させた場合については、
かかる現象は見られなかった。
よる特性向上は、層中のゲルマニューム（以下Ge）含有
量を一定とした場合のみに確認される現象で、該非晶質
SiGe層内のGe含有量を漸次変化させた場合については、
かかる現象は見られなかった。
本発明の目的は、かかる課題に鑑み非晶質SiGe層のGe
含有量を漸次変化させた構造において、ボロンドーピン
グによる素子特性の向上を実現した光起電力素子を提供
することにある。
含有量を漸次変化させた構造において、ボロンドーピン
グによる素子特性の向上を実現した光起電力素子を提供
することにある。
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明の光起電力素子の特徴とするところは、光電変
換層がボロンを含有する非晶質シリコンゲルマニューム
層からなる光起電力素子において、前記非晶質シリコン
ゲルマニューム層中の、ゲルマニューム含有量を漸次変
化させ、且つ前記ゲルマニューム含有量に対する前記ボ
ロン含有量の比を一定としたことにある。
換層がボロンを含有する非晶質シリコンゲルマニューム
層からなる光起電力素子において、前記非晶質シリコン
ゲルマニューム層中の、ゲルマニューム含有量を漸次変
化させ、且つ前記ゲルマニューム含有量に対する前記ボ
ロン含有量の比を一定としたことにある。
（ホ） 作用 非晶質SiGe膜のGe含有量を変化させた場合の、該非晶
質SiGe膜の膜質が最適となるボロン（以下Ｂと略す）含
有量との関係を第３図に示す。同図の「最適」とは、非
晶質SiGe膜の電子移動度と正孔移動度のうち、いずれか
小さい値のものが最大となる条件である。同図の横軸
は、非晶質SiGe膜中のGe含有量を示し、縦軸は、該非晶
質SiGe膜の膜質が最適となるGeに対するＢの含有量の比
を示している。
質SiGe膜の膜質が最適となるボロン（以下Ｂと略す）含
有量との関係を第３図に示す。同図の「最適」とは、非
晶質SiGe膜の電子移動度と正孔移動度のうち、いずれか
小さい値のものが最大となる条件である。同図の横軸
は、非晶質SiGe膜中のGe含有量を示し、縦軸は、該非晶
質SiGe膜の膜質が最適となるGeに対するＢの含有量の比
を示している。
同図で示すように、いずれのGe含有量においても該Ge
含有量に対するＢ含有量の比を１×10-6以上３×10-6以
下とすることにより最適なSiGe膜が得られている。
含有量に対するＢ含有量の比を１×10-6以上３×10-6以
下とすることにより最適なSiGe膜が得られている。
従って、非晶質SiGe膜のGe含有量が漸次変化せしめた
光電変換層を有する光起電力素子においても、該非晶質
SiGe層のGe含有量に対するＢ含有量の比を１×10-6以上
３×10-6以下に制御することによってかかる光起電力素
子の変換効率の向上を計ることができる。
光電変換層を有する光起電力素子においても、該非晶質
SiGe層のGe含有量に対するＢ含有量の比を１×10-6以上
３×10-6以下に制御することによってかかる光起電力素
子の変換効率の向上を計ることができる。
（ヘ） 実施例 第１図（ａ）に本発明の実施例太陽電池断面図を示
す。当該太陽電池は入射光を波長領域で区分して、光電
変換する３層積層型の太陽電池である。
す。当該太陽電池は入射光を波長領域で区分して、光電
変換する３層積層型の太陽電池である。
図中の（１）は透光性絶縁基板、（２）はSnO2膜など
の透明導電膜、（３）はｐ型非晶質シリコン、（４）は
第１の光電変換層で50〜100℃の基板温度で形成したｉ
型非晶質シリコン、（５）はｎ型非晶質シリコン、
（６）はｐ型非晶質シリコン、（７）は第２の光電変換
層で、200℃の基板温度で形成したｉ型非晶質シリコ
ン、（８）はｎ型微結晶シリコン、（９）はｐ型非晶質
シリコン、（10）は本発明の特徴である光電変換層で膜
厚が3000Åのｉ型非晶質SiGe、（11）はｎ型微結晶シリ
コンで、（12）は金属電極である。本構造のうち、
（３）から（５）は第１層目の太陽電池、（６）から
（８）は、第２層目の太陽電池、（９）から（11）は第
３層目の太陽電池を構成している。
の透明導電膜、（３）はｐ型非晶質シリコン、（４）は
第１の光電変換層で50〜100℃の基板温度で形成したｉ
型非晶質シリコン、（５）はｎ型非晶質シリコン、
（６）はｐ型非晶質シリコン、（７）は第２の光電変換
層で、200℃の基板温度で形成したｉ型非晶質シリコ
ン、（８）はｎ型微結晶シリコン、（９）はｐ型非晶質
シリコン、（10）は本発明の特徴である光電変換層で膜
厚が3000Åのｉ型非晶質SiGe、（11）はｎ型微結晶シリ
コンで、（12）は金属電極である。本構造のうち、
（３）から（５）は第１層目の太陽電池、（６）から
（８）は、第２層目の太陽電池、（９）から（11）は第
３層目の太陽電池を構成している。
さらに同図（ｂ）は第３層目のｉ型非晶質SiGe（10）
層中のGeとＢの含有量を、同図（ｃ）はｉ型非晶質SiGe
（10）層中のGeとＢの含有量の比をそれぞれｉ型非晶質
SiGe（10）層の膜厚の位置と対応するように示してい
る。特に第１図（ｂ）の横軸は非晶質SiGe（10）層の膜
厚の長さであり、左縦軸はGeの原子密度、右縦軸は、Ｂ
の原子密度を示す。
層中のGeとＢの含有量を、同図（ｃ）はｉ型非晶質SiGe
（10）層中のGeとＢの含有量の比をそれぞれｉ型非晶質
SiGe（10）層の膜厚の位置と対応するように示してい
る。特に第１図（ｂ）の横軸は非晶質SiGe（10）層の膜
厚の長さであり、左縦軸はGeの原子密度、右縦軸は、Ｂ
の原子密度を示す。
実施例太陽電池のｉ型非晶質SiGe層以外は従来の非晶
質シリコン太陽電池と同様のものである。
質シリコン太陽電池と同様のものである。
以下に本発明のｉ型非晶質SiGe（10）層の形成方法に
ついて詳述する。
ついて詳述する。
ｉ型非晶質SiGe（10）層の形成においては、Geの含有
量を初期形成において急増し、以後漸減する構造を採用
した。かような構造は、前述のProc.20th IEEE PVSC.,1
988,p.79において公知とされているものである。
量を初期形成において急増し、以後漸減する構造を採用
した。かような構造は、前述のProc.20th IEEE PVSC.,1
988,p.79において公知とされているものである。
そこで、ｉ型非晶質SiGe（10）層の形成開始から200
Åにかけては、Ge含有量をゼロから2.5×1022cm-3まで
急増し、同時にＢ含有量をゼロから５×1016cm-3まで急
増する。但し、本形成過程においてもGe含有量に対する
Ｂ含有量の比は２×10-6一定となるように調整して行
う。
Åにかけては、Ge含有量をゼロから2.5×1022cm-3まで
急増し、同時にＢ含有量をゼロから５×1016cm-3まで急
増する。但し、本形成過程においてもGe含有量に対する
Ｂ含有量の比は２×10-6一定となるように調整して行
う。
次に前記Ge及びＢの含有量をｉ型非晶質SiGe（10）層
の形成終了時までに漸減する。本過程においてもGe含有
量に対するＢ含有量の比は２×10-6一定となるように調
整している。
の形成終了時までに漸減する。本過程においてもGe含有
量に対するＢ含有量の比は２×10-6一定となるように調
整している。
具体的な形成条件としては、基板温度は250℃、反応
時ガス圧を0.1〜0.2torrとし、高周波電力10Wにて成膜
した。反応ガスは主ガスとして、SiH4（シラン）ガスを
用い20sccm一定とした。Geのドーピングのためのガスと
して、GeH4ガスを０〜4sccm,Bドーピングのためのガス
としてB2H6ガスを０〜0.00004sccm,さらに希釈用として
H2を０〜100sccm、それぞれの範囲で変化させた。
時ガス圧を0.1〜0.2torrとし、高周波電力10Wにて成膜
した。反応ガスは主ガスとして、SiH4（シラン）ガスを
用い20sccm一定とした。Geのドーピングのためのガスと
して、GeH4ガスを０〜4sccm,Bドーピングのためのガス
としてB2H6ガスを０〜0.00004sccm,さらに希釈用として
H2を０〜100sccm、それぞれの範囲で変化させた。
Ge及びＢの含有量の調整は、前記各反応ガスの流量を
調整することによって行っている。
調整することによって行っている。
本発明の光起電力素子と、従来の光起電力素子との特
性を比較した。この場合の従来の光起電力素子として２
種類用意した。これらは、いずれもｉ型非晶質SiGe（1
0）層に相当する部分以外は全て実施例の構造と同様
で、その１つはｉ型非晶質SiGe（10）層に相当する部分
をGe含有量の濃度勾配はつけるがＢのドーピングは全く
行わなかったもの、他の１つはGe含有量の濃度勾配をつ
け、かつＢを一定量（５×1016cm-3）ドーピングしたも
のである。
性を比較した。この場合の従来の光起電力素子として２
種類用意した。これらは、いずれもｉ型非晶質SiGe（1
0）層に相当する部分以外は全て実施例の構造と同様
で、その１つはｉ型非晶質SiGe（10）層に相当する部分
をGe含有量の濃度勾配はつけるがＢのドーピングは全く
行わなかったもの、他の１つはGe含有量の濃度勾配をつ
け、かつＢを一定量（５×1016cm-3）ドーピングしたも
のである。
その結果、本発明による太陽電池は、Ｂドープを行わ
なかったものと比較して曲率因子が５％改善し、変換効
率としても５％向上した。また５×1016cm-3の一定量の
Ｂドーピングを行った太陽電池と比較しても曲率因子が
７％改善し、変換効率としては７％向上した。
なかったものと比較して曲率因子が５％改善し、変換効
率としても５％向上した。また５×1016cm-3の一定量の
Ｂドーピングを行った太陽電池と比較しても曲率因子が
７％改善し、変換効率としては７％向上した。
さらに本発明者等は、光電変換層である非晶質SiGe層
中におけるGe含有量に対するＢ含有量の比と、かかる光
電変換層を採用した太陽電池変換効率との関係を調べ
た。
中におけるGe含有量に対するＢ含有量の比と、かかる光
電変換層を採用した太陽電池変換効率との関係を調べ
た。
その結果を第２図に示す。縦軸はＢ原子をドーピング
していない場合の太陽電池変換効率を１と規格化して示
している。図示より、非晶質SiGe層におけるGe含有量に
対するＢ含有量の比が１×10-6以上３×10-6以下の場合
太陽電池としては好適であることが判った。
していない場合の太陽電池変換効率を１と規格化して示
している。図示より、非晶質SiGe層におけるGe含有量に
対するＢ含有量の比が１×10-6以上３×10-6以下の場合
太陽電池としては好適であることが判った。
実施例においては、３層の積層型太陽電池によって説
明したがこれに限るものではなく、１層のみによる太陽
電池においても同様な効果を得ることができることは言
うまでもない。
明したがこれに限るものではなく、１層のみによる太陽
電池においても同様な効果を得ることができることは言
うまでもない。
さらに、実施例では基板である透光性絶縁基板からの
入射光を利用する構造のみについて説明したが、本発明
はこれに限るものではなく、薄膜形成面側からの光入射
を利用する太陽電池においても同様に利用することは可
能である。但し、この場合、ｉ型非晶質SiGeに置けるGe
ドーピング量の漸減又は漸増は前述の実施例と逆に行う
ことが必要である。
入射光を利用する構造のみについて説明したが、本発明
はこれに限るものではなく、薄膜形成面側からの光入射
を利用する太陽電池においても同様に利用することは可
能である。但し、この場合、ｉ型非晶質SiGeに置けるGe
ドーピング量の漸減又は漸増は前述の実施例と逆に行う
ことが必要である。
また、本発明による光起電力素子の特性向上の効果
は、実施例で示すようなGe含有量の急増及び漸減を同時
に含むものに限られるものではなく、Ge含有量を漸減あ
るいは漸増のみとした構造においても同様に認められ
る。
は、実施例で示すようなGe含有量の急増及び漸減を同時
に含むものに限られるものではなく、Ge含有量を漸減あ
るいは漸増のみとした構造においても同様に認められ
る。
（ト） 発明の効果 本発明による光起電力素子では、光電変換層のGe含有
量を変化せしめる構造においてＢドーピングによる特性
向上を実現することができる。
量を変化せしめる構造においてＢドーピングによる特性
向上を実現することができる。
第１図は本発明の実施例太陽電池断面図、第２図はGe含
有量に対するＢ含有量の比に対する太陽電池変換効率の
関係を示す曲線図、第３図は非晶質SiGe膜中のGe含有量
に対する該非晶質SiGe膜の最適なGeに対するＢの比を示
す曲線図である。
有量に対するＢ含有量の比に対する太陽電池変換効率の
関係を示す曲線図、第３図は非晶質SiGe膜中のGe含有量
に対する該非晶質SiGe膜の最適なGeに対するＢの比を示
す曲線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−71182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−49672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−97979（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−232685（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】光電変換層がボロンを含有する非晶質シリ
コンゲルマニューム層からなる光起電力素子において、
前記非晶質シリコンゲルマニューム層中の、ゲルマニュ
ーム含有量を漸次変化させ、且つ前記ゲルマニューム含
有量に対する前記ボロン含有量の比を一定としたことを
特徴とする光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160876A JP2810495B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160876A JP2810495B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0451574A JPH0451574A (ja) | 1992-02-20 |
| JP2810495B2 true JP2810495B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=15724284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2160876A Expired - Lifetime JP2810495B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810495B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI483406B (zh) * | 2010-05-18 | 2015-05-01 | Au Optronics Corp | 太陽電池 |
-
1990
- 1990-06-19 JP JP2160876A patent/JP2810495B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0451574A (ja) | 1992-02-20 |
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