JP3048732B2 - 光起電力装置 - Google Patents

光起電力装置

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    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する光起電力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光起電力装置の特性を評価するものの一
つに、光エネルギーから電気エネルギーへの変換の割合
を示す光電変換効率がある。
【0003】従来、この光電変換効率を向上させること
を目的として、光電変換の中心的役割を担う半導体層の
膜厚の最適化や、使用している電極の電気抵抗の低減化
等の種々の工夫がなされている。
【0004】これに対して、使用する材料の形状に工夫
を加えてその光電変換効率の向上を図ろうとするものが
ある。図7は、その様な材料形状を加工した従来例の光
起電力装置の素子構造図である。図中の(71)はガラス等
の透光性基板、(72)は酸化錫等の透明導電膜からなる透
光性の前面電極で、その表面(72a)には凹凸形状が備え
られている。(73)は光電変換層で、非晶質シリコンカー
バイド膜からなるp型半導体層(73p)と、真性非晶質シ
リコンからなる光活性層(73i)そして非晶質シリコンか
らなるn型半導体層(73n)から主に構成されている。特
に本従来例では、p型半導体層(73p)と光活性層(73i)と
の間に界面特性向上のための非晶質シリコンカーバイド
からなるバッファ層(73b)を挿入している。(74)はアル
ミニュームやクロムなどからなる背面電極である。
【0005】この光起電力装置の動作機構は、以下の如
くである。
【0006】この光起電力装置に光(75)が透光性基板(7
1)の側から入射すると、光(75)は前面電極(72)を通過し
光電変換層(73)に進入する。この際、光(75)は前面電極
(72)の表面(72a)の凹凸によって散乱され、たとえそれ
まで透光性基板(71)の表面に対して垂直に入射した光で
あっても、この散乱によって進行方向が曲げられること
となる。
【0007】その結果、光(75)は、光電変換層(73)内を
斜めに通過するため実質的な走行路長が長くなり、光電
変換層(73)において多く吸収されることとなる。このこ
とは、通常吸収がされにくく、又吸収するには比較的長
い走行路長を必要とする長波長光にあっては、光の吸収
量が増加することとなり、引いては光起電力装置として
の光電変換効率が向上する。
【0008】この様な前面電極(72)の表面(72a)に凹凸
形状を設ける光起電力装置に関しては、IEEE ELECTRON
DEVICE LETTERS,VOL.EDL-4,NO.5,MAY 1983 pp.157〜159
に詳細に記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前面電
極表面(72a)の凹凸形状による散乱現象を利用するこの
構造ではその散乱を高めようとすると、いきおい前面電
極(72)の膜厚を厚くし且つ凹凸の程度を大きくすること
となる。これは、半面、前面電極(72)の材料自体の光吸
収に基づく光損失を増加させることにもなる。このた
め、斯る構造においては、光散乱による特性向上と、光
吸収損との兼ね合いによって設計されなければならな
い。
【0010】更に、前述した従来例光起電力装置のよう
な内部にp型半導体層(73p)とn型半導体層(73n)とを含
む光電変換層(73)にあっては、これら半導体層と接する
界面部分におけるキャリアの再結合が問題となる。
【0011】即ち、p型半導体層(73p)やn型半導体層
(73n)は一般に真性非晶質シリコンなどの真性半導体の
ものと比較してその膜質が悪く、これら半導体層により
形成される界面では電子等のキャリア再結合が生じ易
い。従って、この様な界面を含む光起電力装置では光生
成キャリアの消失による特性低下が見られる。
【0012】斯る事情は、異種の物質同士の接触部、例
えば金属からなる背面電極(74)と光電変換層(73)との界
面においても全く同様なことが言える。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明光起電力装置の特
徴とするところは、透光性基板上に、透光性の前面電極
と、p型導電層と光活性層とn型導電層の積層体からな
る光電変換層と、背面電極とをこの順序で重畳形成され
てなる光起電力装置に於て、前記光電変換層内の、前記
光活性層と、該光活性層に被着形成されている前記背面
電極側の、前記p型導電層又は前記n型導電層との界
面、又は前記光電変換層と前記背面電極との界面に界面
膜又は界面粒を島状に介在せしめるとともに、前記光活
性層又は前記背面電極と被着する前記光電変換層の表面
を前記界面膜又は界面粒を頂点とする凹凸形状としたこ
とにあり、更に、本発明光起電力装置の特徴とするとこ
ろは、非透光性基板上に、背面電極と、n型導電層と光
活性層とp型導電層の積層体からなる光電変換層と、透
光性の前面電極とをこの順序で重畳形成されてなる光起
電力装置に於て、前記光電変換層内の、前記光活性層
と、該光活性層に被着形成されている前記前面電極側
の、前記n型導電層又は前記p型導電層との界面、又は
前記光電変換層と前記前面電極との界面に界面膜又は界
面粒を島状に介在せしめるとともに、前記光活性層又は
前記前面電極と被着する前記光電変換層の表面を前記界
面膜又は界面粒を頂点とする凹凸形状としたことにあ
り、また、その界面膜又は界面粒の材料としては、二酸
化シリコン、窒化シリコン若しくは、酸化亜鉛とするこ
とにある。
【0014】又、前記光起電力装置に於て、前記光電変
換層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成され
ている前記背面電極側の、前記p型導電層又は前記n型
導電層との界面、又は前記光電変換層と前記背面電極と
の界面に界面膜又は界面粒を島状に介在せしめたことに
あり、更には、非透光性基板上に、背面電極と、n型導
電層と光活性層とp型導電層の積層体からなる光電変換
層と、透光性の前面電極とをこの順序で重畳形成されて
なる光起電力装置に於て、前記光電変換層内の、前記光
活性層と、該光活性層に被着形成されている前記前面電
極側の、前記n型導電層又は前記p型導電層との界面、
又は前記光電変換層と前記前面電極との界面に界面膜又
は界面粒を島状に介在せしめ、また、その界面膜又は界
面粒の材料としては、二酸化シリコン、窒化シリコン若
しくは、酸化亜鉛とすることにある。
【0015】
【作用】島状の界面膜又は界面粒を、光活性層と、背面
電極側に配置された導電層との界面、又は前記光電変換
層と前記背面電極との界面に、或いは光活性層と、この
光活性層に被着形成されている前面電極側に配置された
導電層との界面、又は光電変換層と前面電極との界面に
介在せしめることによって、光電変換層の背面電極側又
は前面電極側の表面に凹凸形状を備える、即ち、p型導
電層と光活性層とn型導電層との積層体からなる光電変
換層にあっては、この光活性層又は導電層に凹凸形状を
備えさせることにより、これら積層体に引き続いて形成
される背面電極又は前面電極の光電変換層側の表面にも
その凹凸形状を反映した凹凸形状を設けることができ
る。
【0016】このため、透光性基板から入射した光の
内、光電変換層内で吸収されなかった光は光電変換層内
を通過した後その背面電極に到達する。斯る場合、この
背面電極のその凹凸形状が、その光を効率的に反射して
再度光電変換層内へと光を導くこととなる。この様な作
用は、入射した光の実質的な走行路長を長くすることと
なり、とりわけ吸収するには比較的長い走行路長を必要
とする長波長光にあっては、その吸収量が増加し、光起
電力装置の光電変換効率の向上を成し得る。
【0017】
【0018】又、非透光性基板上に光電変換層が形成さ
れてなる光起電力装置にあっては、膜形成面側の前面電
極に光電変換層の凹凸形状を反映させることによって、
この前面電極から入射する光を、この透光性の前面電極
の凹凸によってその進路を曲げ、結果として光電変換層
内での実質的な光走行路長を長くすることができる。斯
る場合においても長波長光の吸収を高めることができる
こととなる。
【0019】
【0020】更に、この界面膜又は界面粒とは、光活性
層や導電層の表面に凹凸形状の作製後除去してもよい
が、光起電力装置内に残留せしめてもよい。この場合に
あっては、その光活性層と該光活性層と被着する導電層
との界面にこの界面膜又は界面粒が残り、光活性層と導
電層との直接接触となる部分の面積が減少することとな
る。
【0021】この面積の減少は、その界面での光生成キ
ャリアの再結合の程度を低減させることとなるため、よ
り多くの光生成キャリアを再結合させることなく外部に
取り出すことができることとなる。
【0022】また、この光活性層と導電層とにおけるキ
ャリアの再結合の低減化、あるいは同様の光電変換層と
電極との界面におけるキャリア再結合の低減化の効果を
主に得ようとする場合にあっては、光活性層や導電層の
表面に凹凸形状を設けず単にこれら界面にその界面膜又
は界面粒を島状に介在せしめたものを使用してもよい。
【0023】
【実施例】図1は、本発明第1の実施例光起電力装置の
素子構造図である。図中の(1)はガラス、石英などから
なる透光性基板、(2)は酸化インジュウム錫や酸化錫、
あるいは酸化亜鉛などからなる透光性の前面電極、(3)
は非晶質シリコン膜を主材料とする光電変換層で、これ
は主に、非晶質シリコンカーバイド膜からなるp型導電
層(3p)、真性非晶質シリコンからなる光活性層(3i)そし
て非晶質シリコンからなるn型導電層(3n)とからなる。
本例では、p型導電層(3p)と光活性層(3i)との界面特性
を向上するために、それらの間に非晶質シリコンカーバ
イドからなるバッファ層(3b)を介在せしめている。
【0024】(4)は従来周知のスパッタ法や常圧CVD
法等によって形成された酸化シリコンからなる界面膜
で、光電変換層(3)内の光活性層(3i)とn型導電層(3n)
との間に介在せしめられている。(5)は本光起電力装置
の背面電極で、アルミニューウムやクロムなどを使用す
る。
【0025】本光起電力装置では、n型導電層(3n)の表
面を界面膜(4)を凸部とする凹凸形状としている。
【0026】本実施例によれば、透光性基板(1)より入
射した光(6)は、前面電極(2)を介して光電変換層(3)内
に到達した後まず一部が吸収される。次に、光電変換層
(3)を通過した光(6)は、凹凸形状を有する背面電極(5)
の表面(5a)で反射された後、再度光電変換層(3)内に進
行し吸収される。
【0027】特に、本発明光起電力装置では、この背面
電極(5)の凹凸により光の反射が効率的に生じるととも
に、その反射は光電変換層(3)内の様々な方向に向かっ
て生じることから、光電変換層(3)内のほぼ全範囲に亘
って光電変換作用を生ぜしめることができることとな
る。
【0028】次に、図2は前記光起電力装置の製造方法
を説明するための工程別素子構造図である。本装置は次
のように形成する。
【0029】同図(a)に示す第1工程では、透光性基板
(1)上に前面電極(2)を形成した後、光電変換層(3)を構
成するp型導電層(3p)(膜厚約100Å)とバッファ層
(3b)(膜厚約100Å)そして光活性層(3i)(膜厚約5
000Å)を従来周知のプラズマCVD法によって積層
形成する。
【0030】次の同図(b)に示す第2工程で、酸化シリ
コンからなる界面膜(4)を常圧CVD法により形成す
る。実施例におけるこの界面膜(4)の膜厚は、約500
Åである。
【0031】そして同図(c)に示される第3工程では、
形成された界面膜(4)を従来周知のフォト・レジストを
使用したフォトリソ・グラフィ技術によってエッチング
除去し、島状構造とする。本例ではこの島間の間隔は、
0.1μmから10μmに設定した。
【0032】同図(d)に示す第4工程では、界面膜(4)
(4)…が島状に形成された光活性層(3i)の表面に水素プ
ラズマを晒すことにより、この光活性層(3i)をエッチン
グする。この際、そのエッチング深さが、500Åから
4000Åの範囲となるように調整する。斯る水素プラ
ズマによる処理の条件を表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】本工程により、光活性層(3i)の表面は、界
面膜(4)(4)…を頂点とする凹凸形状となる。
【0035】そして、最後に同図(e)に示す第5工程で
は、光電変換層(3)のn型半導体層(3n)(膜厚約200
Å〜300Å)を同じくプラズマCVD法によって形成
した後、背面電極(5)(膜厚約2000Å)を蒸着法に
よって積層形成する。
【0036】この光起電力装置でのこの背面電極(5)の
表面(5a)の凹凸の程度は、約1000〜5000Åであ
る。
【0037】この前記光起電力装置の光感度スペクトル
を図3に示す。同図には、本発明光起電力装置(3a)の他
に前記従来例光起電力装置(3b)と、本発明の特徴である
島状の界面膜は形成せず単に水素プラズマによるエッチ
ング処理を光活性層(3i)とn型半導体層(3n)との界面に
施した光起電力装置(3c)の特性をも同時に示している。
【0038】同図によれば、本発明装置(3a)は他の装置
(3b)(3c)のいずれと比較しても600nm以上の長波長
光の感度が大きくなっている。これは、凹凸形状を備え
た背面電極(5)の表面反射により長波長光を効果的に吸
収できたこと、更には光活性層(3i)とn型半導体層(3n)
との間に形成された界面膜(4)自体によっても入射光が
反射され、結果として光活性層(3i)での光吸収量を増加
させることができたためである。
【0039】これに対して、水素プラズマによる処理方
法のみで光活性層の表面に凹凸形状を設けた他の光起電
力装置(3c)では凹凸形状が十分でないことから、長波長
光の吸収はわずかな増加に留まっている。
【0040】同図の光起電力装置(3a)(3b)(3c)は、本発
明の効果を相互に比較するために、使用した光入射側の
前面電極の膜厚は同じ9000Åとし、かつその前面電
極自体の凹凸の程度も同様なものを使用したが、本発明
光起電力装置を使用する場合にあっては、光活性層の凹
凸形状を用いたことにより、より有効な光散乱効果が得
られることから従来の光起電力装置で使用されるような
大きな凹凸形状を有する前面電極を用いる必要がない。
【0041】したがって、その前面電極としては、その
凹凸形状が小さくまたその電極自体の膜厚を小さなもの
とすることができる。このことは、前面電極の光吸収に
基づく光吸収損を軽減することができることとなり、短
波長の感度も向上する。
【0042】更には、この凹凸形状を小さくすること
は、従来比較的発生頻度の高かった凹凸形状の粗さに基
づく前面電極と背面電極との電気的短絡が生じにくくな
る。
【0043】次に、前記本発明光起電力装置(3a)と従来
例光起電力装置(3b)それぞれの光電変換特性の比較表を
表2に示す。これによると、本発明光起電力装置(3a)は
従来のもの(3b)と比較してとりわけ短絡電流が大きく、
その値は、従来例(3b)と比較して8.5%も大きい。こ
の結果、総合的な評価値となる光電変換効率において
は、約10%もの向上が実現できている。
【0044】
【表2】
【0045】更に、本発明光起電力装置(3a)の特性向上
は、前述した光の吸収量の増加に基づくものの他に、光
電変換層内にある半導体層相互間の界面におけるキャリ
ア再結合の低減による効果をも加味したものである。
【0046】即ち、比較的界面状態の悪い光活性層(3i)
とn型半導体層(3n)との界面に、界面膜(4)を島状に介
したことから、これら層が直接接触する面積がその界面
膜(4)が占めた分だけ少なくなり、その結果キャリアの
再結合が少なくなったためである。
【0047】とりわけ、キャリア再結合の低減効果は、
光起電力装置の特性としては曲線因子と開放電圧の向上
に寄与する。
【0048】図4は、表2で用いた本発明光起電力装置
(3a)と従来例光起電力装置(3b)とのキャリア収集効率の
波長依存性を示している。この値は、光起電力装置の各
波長光照射下における、逆バイアス(−5V)印加状態
とゼロバイアス(0V)状態との夫々における光電流値
(I-5,I0)の比(I0/I-5)である。
【0049】ここで、逆バイアス状態を規格化のための
基準値としたのは、斯る状態では各波長光で発生した光
生成キャリアの殆どを光電流として収集できることか
ら、その比が1に近いものほどキャリア再結合の少ない
ことを示すことになる。
【0050】同図によれば、350nmから800nm
の範囲では、いずれも従来例光起電力装置と比較して、
本発明の方がキャリアの収集の良いことが分かる。
【0051】次に、前記本発明光起電力装置での界面膜
(4)が、光活性層(3i)とn型半導体層(3n)との界面に占
める割合と、キャリアの再結合防止のための効果との関
係について説明する。
【0052】図5は、第1の実施例光起電力装置におけ
る界面膜(4)が光活性層(3i)とn型半導体層(3n)との界
面で占める割合(占有率)と光電変換効率との関係を示
している特性図である。同図によれば30%より少ない
占有率では、0.75とほぼ一定であるのに対し30%
〜50%の範囲では光電変換効率が顕著に向上してい
る。そして、更に占有率が約50%を越えると光電変換
効率が低下しはじめ、約70%を越えると界面膜(4)の
無い場合(占有率0%の状態)と比べても光電変換効率
が下回ってしまう。
【0053】従って、本発明のごとく界面膜を使用する
場合にあっては、60%以下で使用することが好まし
く、最適範囲としては50〜70%と考えられる。
【0054】この様な占有率による光電変換効率の変化
は、本発明の効果である再結合低減効果に起因する収集
キャリア数の増加に因り光電変換効率が向上すること
と、その占有率が大きくなり過ぎたことに因りキャリア
の収集に要するキャリア移動距離が長くなり結果として
光電変換効率を低下することとのバランスによって生じ
ているものと考えられる。
【0055】この光電変換効率の値自体には、前述した
光行路長が長くなることによる光電変換効率の向上分も
含まれるが、それのみでは、図5に示すような光電変換
効率の大きな変化は生じない。従って、本発明の特徴的
な効果であるキャリア再結合の低減による効果が大きく
特性に寄与しているものと考えられる。
【0056】また、このようなキャリア再結合の低減効
果は、島状の界面膜を光電変換層と電極との間に設けて
も同様に得られる。
【0057】図6は、本発明の第2実施例光起電力装置
の素子構造断面図である。本装置の第1の実施例と異な
る点は、界面膜(4)として酸化シリコン膜といった薄膜
状のものを使用するのではなく、酸化シリコン等から成
る界面粒(4a)を使用したことである。尚、同図中で図1
に在る同一の材料のものについては同一の符号を付して
いる。
【0058】このような酸化シリコン粒は、通常ガラス
などを機械的に粉砕した後、大きさによって分類し使用
される。
【0059】斯る光起電力装置を形成するにあたって
は、前述した第1の実施例でフォトリソグラフィによる
レジストで界面膜を形成した工程に替えて、単に光活性
層(3i)の表面にこの酸化シリコンからなる界面粒(4a)を
散布することによって、これを光活性層(3i)表面に点在
せしめ、この状態で水素プラズマによる処理を行えばよ
い。その他の工程は、第1の実施例と全く同様とすれば
よい。
【0060】本発明では、実施例で説明した薄膜状態や
粒状態の酸化シリコンの他に、窒化シリコン、酸化亜鉛
等の材料を使用しても同様の効果が得られる。又、実施
例では光電変換層内の積層順序として、透光性基板から
みてp型導電層、光活性層そして、n型導電層と積層し
たが、本発明はこれに限られずn型導電層、光活性層そ
してp型導電層と積層したものであってもよい。斯る場
合にあっては、p型導電層と背面電極との間、あるいは
光活性層とp型導電層との間に界面膜等を配置すればよ
い。この事情は、後述する非透光性基板を使用した場合
であっても同様である。
【0061】また、これら界面膜や界面粒は、光活性層
や導電層をエッチングしその表面を凹凸形状とした後除
去してもよいが、本実施例の如く存置せしめたままであ
ってもよい。更に、これら界面膜や界面粒を介在せしめ
る位置としては、実施例にあっては、全て光活性層(3i)
と導電膜(3n)との界面としたが、本発明はこれに限られ
ず光電変換層(3)と背面電極(5)との間に配置してもよ
い。
【0062】更には、非透光性基板上に背面電極、光電
変換層そして前面電極を形成する場合にあっても、この
光電変換層の表面を凹凸形状とすることで、この凹凸形
状はその前面電極の形状にも反映させることができる。
このような構造によれば、前面電極から入射した光をこ
の前面電極の凹凸形状によって屈折させ、これにより光
電変換層内での光の吸収を向上させることができる。
【0063】このことは、この場合前面電極の膜厚を厚
くするといった方法によらず、光電変換層の凹凸形状を
利用することとなることから、光起電力装置としての信
頼性及び製造面での再現性の向上が成し得る。
【0064】また、本発明実施例では、光活性層や導電
層のエッチング方法として水素によるプラズマ処理のみ
で説明したが、この他にヘリウム、アルゴン等の不活性
ガスや、CF4等のフレオンガスといった反応性ガスを
使用して化学的、物理的にエッチングを行ってもよく、
またKOH等の溶剤によるウエットエッチングで処理し
てもよい。
【0065】
【発明の効果】本発明によれば、島状の界面膜又は界面
粒を、光活性層と、背面電極側に配置された導電層との
界面、又は前記光電変換層と前記背面電極との界面に、
或いは光活性層と、この光活性層に被着形成されている
前面電極側に配置された導電層との界面、又は光電変換
層と前面電極との界面に介在せしめることによって、
電変換層の光活性層や導電層に凹凸形状を備えることに
より、入射光が反射され実質的な光走行路長を長くする
ことができることから、長波長光の吸収を高めることが
でき、光起電力装置の総合的な評価値である光電変換効
率の向上が成し得る。
【0066】特に、光電変換層の凹凸形状が反映して成
る背面電極の凹凸によって反射された光は、光電変換層
内の全範囲に亘って再度反射することから光電変換作用
を効率的に行うことができる。
【0067】本発明光起電力装置では、斯る効果が大き
なものであることから、従来実質的な光走行路長は長く
するために利用される前面電極用透光性導電膜の表面の
凹凸の程度を軽減することでき、引いてはその膜厚を小
さなものとすることができる。この事情は、結局透光性
導電膜自体の光吸収による光吸収損を軽減することとな
り、更に光吸収の向上が図れる。
【0068】更には、透光性導電膜に施す凹凸形状の程
度も比較的軽度なもので足りることから、その凹凸形状
の粗さによる前面電極と背面電極との電気的短絡の発生
が低減できる。
【0069】加えて、光活性層に凹凸を設ける際に使用
した界面膜又は界面粒を素子内に残留させることによ
り、光活性層と導電層との界面で生じる光生成キャリア
の再結合を低減することができる。
【0070】以上の効果により、本発明光起電力装置に
あっては光電変換効率の向上、とりわけ短絡電流の向上
を成し得ることができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施例光起電力装置の素子構造断
面図である。
【図2】前記光起電力装置の製造方法を説明するための
工程別素子構造断面図である。
【図3】前記光起電力装置の光感度特性図である。
【図4】前記光起電力装置のキャリア収集効率の波長依
存特性図である。
【図5】前記光起電力装置における界面膜の占有率と光
電変換効率との関係を示す特性図である。
【図6】本発明第2の実施例光起電力装置の素子構造断
面図である。
【図7】従来例光起電力装置の素子構造断面図である。
【符号の説明】
(3) …光電変換層 (3p)…p型導電層 (3i)…i型導電層 (3n)…n型導電層 (4) …界面膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−228679(JP,A) 特開 昭62−209872(JP,A) 特開 昭62−90983(JP,A) 特開 昭62−116886(JP,A) 特開 昭62−54927(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性基板上に、透光性の前面電極と、
    p型導電層と光活性層とn型導電層とを順次形成された
    積層体からなる光電変換層と、背面電極とをこの順序で
    重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変換
    層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成されて
    いる前記背面電極側の前記n型導電層との界面、又は前
    記光電変換層と前記背面電極との界面に界面膜又は界面
    粒を島状に介在せしめるとともに、前記光活性層又は前
    記背面電極と被着する前記光電変換層の表面を前記界面
    膜又は界面粒を頂点とする凹凸形状としたことを特徴と
    する光起電力装置。
  2. 【請求項2】 透光性基板上に、透光性の前面電極と、
    n型導電層と光活性層とp型導電層とを順次形成された
    積層体からなる光電変換層と、背面電極とをこの順序で
    重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変換
    層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成されて
    いる前記背面電極側の前記p型導電層との界面、又は前
    記光電変換層と前記背面電極との界面に界面膜又は界面
    粒を島状に介在せしめるとともに、前記光活性層又は前
    記背面電極と被着する前記光電変換層の表面を前記界面
    膜又は界面粒を頂点とする凹凸形状としたことを特徴と
    する光起電力装置。
  3. 【請求項3】 非透光性基板上に、背面電極と、n型導
    電層と光活性層とp型導電層とを順次形成された積層体
    からなる光電変換層と、透光性の前面電極とをこの順序
    で重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変
    換層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成され
    ている前記前面電極側の前記p型導電層との界面、又は
    前記光電変換層と前記前面電極との界面に界面膜又は界
    面粒を島状に介在せしめるとともに、前記光活性層又は
    前記前面電極と被着する前記光電変換層の表面を前記界
    面膜又は界面粒を頂点とする凹凸形状としたことを特徴
    とする光起電力装置。
  4. 【請求項4】 非透光性基板上に、背面電極と、p型導
    電層と光活性層とn型導電層とを順次形成された積層体
    からなる光電変換層と、透光性の前面電極とをこの順序
    で重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変
    換層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成され
    ている前記前面電極側の前記n型導電 層との界面、又は
    前記光電変換層と前記前面電極との界面に界面膜又は界
    面粒を島状に介在せしめるとともに、前記光活性層又は
    前記前面電極と被着する前記光電変換層の表面を前記界
    面膜又は界面粒を頂点とする凹凸形状としたことを特徴
    とする光起電力装置。
  5. 【請求項5】 前記請求項1、2、3及び4の光起電力
    装置に於て、前記界面膜又は界面粒が二酸化シリコン、
    窒化シリコン若しくは酸化亜鉛であることを特徴とする
    光起電力装置。
  6. 【請求項6】 透光性基板上に、透光性の前面電極と、
    p型導電層と光活性層とn型導電層とを順次形成された
    積層体からなる光電変換層と、背面電極とをこの順序で
    重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変換
    層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成されて
    いる前記背面電極側の前記n型導電層との界面、又は前
    記光電変換層と前記背面電極との界面に界面膜又は界面
    粒を島状に介在せしめたことを特徴とする光起電力装
    置。
  7. 【請求項7】 透光性基板上に、透光性の前面電極と、
    n型導電層と光活性層とp型導電層とを順次形成された
    積層体からなる光電変換層と、背面電極とをこの順序で
    重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変換
    層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成されて
    いる前記背面電極側の前記p型導電層との界面、又は前
    記光電変換層と前記背面電極との界面に界面膜又は界面
    粒を島状に介在せしめたことを特徴とする光起電力装
    置。
  8. 【請求項8】 非透光性基板上に、背面電極と、n型導
    電層と光活性層とp型導電層とを順次形成された積層体
    からなる光電変換層と、透光性の前面電極とをこの順序
    で重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変
    換層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成され
    ている前記前面電極側の前記p型導電層との界面、又は
    前記光電変換層と前記前面電極との界面に界面膜又は界
    面粒を島状に介在せしめたことを特徴とする光起電力装
    置。
  9. 【請求項9】 非透光性基板上に、背面電極と、p型導
    電層と光活性層とn型導電層とを順次形成された積層体
    からなる光電変換層と、透光性の前面電極とをこの順序
    で重畳形成されてなる光起電力装置に於て、前記光電変
    換層内の、前記光活性層と、該光活性層に被着形成され
    ている前記前面電極側の前記n型導電 層との界面、又は
    前記光電変換層と前記前面電極との界面に界面膜又は界
    面粒を島状に介在せしめたことを特徴とする光起電力装
    置。
  10. 【請求項10】 前記請求項6、7、8及び9の光起電
    力装置に於て、前記界面膜又は界面粒が二酸化シリコ
    ン、窒化シリコン若しくは酸化亜鉛であることを特徴と
    する光起電力装置。
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Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2974485B2 (ja) * 1992-02-05 1999-11-10 キヤノン株式会社 光起電力素子の製造法
US5549763A (en) * 1993-07-26 1996-08-27 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
JP3223102B2 (ja) * 1995-06-05 2001-10-29 シャープ株式会社 太陽電池セルおよびその製造方法
JP3772456B2 (ja) * 1997-04-23 2006-05-10 三菱電機株式会社 太陽電池及びその製造方法、半導体製造装置
US6222117B1 (en) * 1998-01-05 2001-04-24 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic device, manufacturing method of photovoltaic device, photovoltaic device integrated with building material and power-generating apparatus
WO1999063600A1 (en) * 1998-06-01 1999-12-09 Kaneka Corporation Silicon-base thin-film photoelectric device
US7442629B2 (en) 2004-09-24 2008-10-28 President & Fellows Of Harvard College Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate
US7057256B2 (en) 2001-05-25 2006-06-06 President & Fellows Of Harvard College Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices
JP4518731B2 (ja) * 2002-05-15 2010-08-04 シャープ株式会社 多結晶シリコン基板表面の凹凸形成方法
WO2005013378A1 (en) * 2003-08-01 2005-02-10 Grenzone Pte Ltd An improved thin-film photovoltaic module
JP2008506249A (ja) * 2004-07-07 2008-02-28 サン−ゴバン グラス フランス 太陽光電池及びソーラーモジュール
EP2133924A4 (en) * 2007-02-16 2011-04-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd PHOTOELECTRIC CONVERTER AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
EP2022873A3 (de) 2007-08-07 2014-12-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten
DE102008001027A1 (de) 2007-08-07 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten
EP2208238B1 (en) * 2007-11-09 2013-04-24 Sunpreme Inc. Low-cost solar cells and methods for their production
TWI452703B (zh) * 2007-11-16 2014-09-11 Semiconductor Energy Lab 光電轉換裝置及其製造方法
EP2075850A3 (en) * 2007-12-28 2011-08-24 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
US8796066B2 (en) * 2008-11-07 2014-08-05 Sunpreme, Inc. Low-cost solar cells and methods for fabricating low cost substrates for solar cells
US7951640B2 (en) 2008-11-07 2011-05-31 Sunpreme, Ltd. Low-cost multi-junction solar cells and methods for their production
JP5357632B2 (ja) * 2009-05-26 2013-12-04 株式会社カネカ 光電変換装置
US20100319765A1 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Korea University Research And Business Foundation Photovoltaic devices
US9911781B2 (en) 2009-09-17 2018-03-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
US9673243B2 (en) 2009-09-17 2017-06-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
TW201115749A (en) * 2009-10-16 2011-05-01 Motech Ind Inc Surface structure of crystalline silicon solar cell and its manufacturing method
KR101086260B1 (ko) * 2010-03-26 2011-11-24 한국철강 주식회사 플렉서블 기판 또는 인플렉서블 기판을 포함하는 광기전력 장치 및 광기전력 장치의 제조 방법
US8692198B2 (en) 2010-04-21 2014-04-08 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
US20120146172A1 (en) 2010-06-18 2012-06-14 Sionyx, Inc. High Speed Photosensitive Devices and Associated Methods
JP5753445B2 (ja) 2010-06-18 2015-07-22 株式会社半導体エネルギー研究所 光電変換装置
KR101283140B1 (ko) * 2011-01-26 2013-07-05 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
US9496308B2 (en) 2011-06-09 2016-11-15 Sionyx, Llc Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods
US20130016203A1 (en) 2011-07-13 2013-01-17 Saylor Stephen D Biometric imaging devices and associated methods
JP2013058562A (ja) 2011-09-07 2013-03-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置
US9064764B2 (en) 2012-03-22 2015-06-23 Sionyx, Inc. Pixel isolation elements, devices, and associated methods
KR20150130303A (ko) 2013-02-15 2015-11-23 사이오닉스, 아이엔씨. 안티 블루밍 특성 및 관련 방법을 가지는 높은 동적 범위의 cmos 이미지 센서
TWI602315B (zh) * 2013-03-08 2017-10-11 索泰克公司 具有經組構成效能更佳之低帶隙主動層之感光元件及相關方法
WO2014151093A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Sionyx, Inc. Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods
WO2014209421A1 (en) * 2013-06-29 2014-12-31 Sionyx, Inc. Shallow trench textured regions and associated methods
EP2887406A1 (en) * 2013-12-23 2015-06-24 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Semiconductor device and method for fabricating said semiconductor device
DE102020111371A1 (de) * 2020-02-27 2021-09-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Absorptionsanreicherungsstruktur zur erhöhung der quanteneffizienz eines bildsensors

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4434318A (en) * 1981-03-25 1984-02-28 Sera Solar Corporation Solar cells and method
JPH0752778B2 (ja) * 1987-09-14 1995-06-05 三洋電機株式会社 光起電力装置
JPS6477973A (en) * 1987-09-19 1989-03-23 Mitsubishi Electric Corp Photovoltaic device
JPH01106472A (ja) * 1987-10-20 1989-04-24 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池
JPH0795602B2 (ja) * 1989-12-01 1995-10-11 三菱電機株式会社 太陽電池及びその製造方法
US5136351A (en) * 1990-03-30 1992-08-04 Sharp Kabushiki Kaisha Photovoltaic device with porous metal layer

Also Published As

Publication number Publication date
US5370747A (en) 1994-12-06
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