JP3197673B2 - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池や光センサ等
の光起電力装置に関する。
の光起電力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、光起電力装置は、発電層として
用いられる半導体の種類により、単結晶系、多結晶系、
非晶質系に分類される。
用いられる半導体の種類により、単結晶系、多結晶系、
非晶質系に分類される。
【０００３】この中で、ここ数年、活発な研究開発がな
されたのが、非晶質系からなる光起電力装置である。そ
の理由として、従来の単結晶系のものと比較して、非晶
質系は大面積の形成が容易であり、かつその製造工程に
要するエネルギーが小さくてすむことなどから低コスト
が期待できたためである。
されたのが、非晶質系からなる光起電力装置である。そ
の理由として、従来の単結晶系のものと比較して、非晶
質系は大面積の形成が容易であり、かつその製造工程に
要するエネルギーが小さくてすむことなどから低コスト
が期待できたためである。
【０００４】しかし、これまで多くの研究成果を得たに
もかかわらず、その性能面では単結晶系の光起電力装置
には及んでいない。
もかかわらず、その性能面では単結晶系の光起電力装置
には及んでいない。
【０００５】そこで、近年、光起電力装置の開発の新た
な試みとして、非晶質半導体と結晶系半導体（単結晶半
導体，多結晶半導体）とを組み合わせて半導体接合を形
成させることにより、それぞれの物性が持つ長所を活か
すことで、より高い光電変換効率を得る研究が進められ
ている。
な試みとして、非晶質半導体と結晶系半導体（単結晶半
導体，多結晶半導体）とを組み合わせて半導体接合を形
成させることにより、それぞれの物性が持つ長所を活か
すことで、より高い光電変換効率を得る研究が進められ
ている。
【０００６】しかし、通常、前記の各半導体を単に接触
させるだけでは、良好な半導体接合を形成することはで
きない。例えば、図５（ｂ）に示すように、ｎ型の単結
晶半導体１１とｐ型の非晶質半導体１２とを直接接触さ
せ、ｐｎ接合（ヘテロｐｎ接合）を形成したとしても、
同図（ａ）のバンドプロファイルに示すように、ホール
に対する高い障壁が形成されるため、光起電力装置とし
て十分な光電変換効率を得ることはできない。
させるだけでは、良好な半導体接合を形成することはで
きない。例えば、図５（ｂ）に示すように、ｎ型の単結
晶半導体１１とｐ型の非晶質半導体１２とを直接接触さ
せ、ｐｎ接合（ヘテロｐｎ接合）を形成したとしても、
同図（ａ）のバンドプロファイルに示すように、ホール
に対する高い障壁が形成されるため、光起電力装置とし
て十分な光電変換効率を得ることはできない。
【０００７】これは、光照射により発生した半導体中の
光生成キャリアの多くが前記ｐｎ接合界面での再結合に
より失われてしまい、前記光生成キャリアを外部に取り
出せないためである。
光生成キャリアの多くが前記ｐｎ接合界面での再結合に
より失われてしまい、前記光生成キャリアを外部に取り
出せないためである。
【０００８】かかる再結合の原因は、前記非晶質半導体
の局在準位によると考えられる。即ち、非晶質半導体で
は、一般に導電型決定不純物をドーピングすることによ
り、その膜質は著しく劣化する。この影響はバンドギャ
ップ内の局在準位の増加として現れる。そして、この局
在準位は、ｐｎ接合界面に界面準位を生成するように働
きかけ、結果として前記光キャリアを再結合させること
になる。
の局在準位によると考えられる。即ち、非晶質半導体で
は、一般に導電型決定不純物をドーピングすることによ
り、その膜質は著しく劣化する。この影響はバンドギャ
ップ内の局在準位の増加として現れる。そして、この局
在準位は、ｐｎ接合界面に界面準位を生成するように働
きかけ、結果として前記光キャリアを再結合させること
になる。
【０００９】そこで、本願出願人は、図６（ｂ）に示す
ように、前記のｐｎ接合を薄膜の真性非晶質半導体膜１
３を介在させて行う構造（以下、ＨＩＴ構造という。）
を有した光起電力装置を提案した（特開平４−１９９７
５０号公報参照）。これにより、ｐｎ接合界面での膜質
が良好なものとなり、界面準位密度が低下し、光生成キ
ャリアの再結合を抑制することが可能となった。即ち、
同図（ａ）に示すように、ホールに対する障壁が幾分低
くなり、従来よりも高い光電変換効率を得ることができ
た。
ように、前記のｐｎ接合を薄膜の真性非晶質半導体膜１
３を介在させて行う構造（以下、ＨＩＴ構造という。）
を有した光起電力装置を提案した（特開平４−１９９７
５０号公報参照）。これにより、ｐｎ接合界面での膜質
が良好なものとなり、界面準位密度が低下し、光生成キ
ャリアの再結合を抑制することが可能となった。即ち、
同図（ａ）に示すように、ホールに対する障壁が幾分低
くなり、従来よりも高い光電変換効率を得ることができ
た。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ＨＩＴ構造は、ｎ型の単結晶半導体膜１１に真性非晶質
半導体膜１３を接触するものであり、これが良質な膜で
あるとしても、単結晶半導体膜１１との間で異種物質界
面を形成するものであるから、この異種物質界面におい
て分子ネットワークが連続的に繋がり難いという問題は
依然として残される。即ち、未結合手（ダングリングボ
ンド）や格子歪みに起因する局在準位ができるため、界
面準位を十分に低減することはできない。加えて、ホー
ルに対する障壁が低くなったとは言え、未だ残ってい
る。
ＨＩＴ構造は、ｎ型の単結晶半導体膜１１に真性非晶質
半導体膜１３を接触するものであり、これが良質な膜で
あるとしても、単結晶半導体膜１１との間で異種物質界
面を形成するものであるから、この異種物質界面におい
て分子ネットワークが連続的に繋がり難いという問題は
依然として残される。即ち、未結合手（ダングリングボ
ンド）や格子歪みに起因する局在準位ができるため、界
面準位を十分に低減することはできない。加えて、ホー
ルに対する障壁が低くなったとは言え、未だ残ってい
る。
【００１１】本発明は、上記の事情に鑑み、異種物質界
面における分子ネットワークが連続的に繋がり易くなる
ようにして界面準位を低減し、光電変換効率を向上させ
得る光起電力装置を提供することを目的とする。
面における分子ネットワークが連続的に繋がり易くなる
ようにして界面準位を低減し、光電変換効率を向上させ
得る光起電力装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光起電力装置
は、上記の課題を解決するために、互いに逆導電型の関
係を有する非晶質半導体と結晶系半導体との間に薄膜の
真性非晶質半導体を介在させた光起電力装置において、
前記の真性非晶質半導体は、フッ素を含有し、前記の非
晶質半導体との界面側では結晶系半導体との界面側にお
けるよりもフッ素含有量が少なくされていることを特徴
としている。
は、上記の課題を解決するために、互いに逆導電型の関
係を有する非晶質半導体と結晶系半導体との間に薄膜の
真性非晶質半導体を介在させた光起電力装置において、
前記の真性非晶質半導体は、フッ素を含有し、前記の非
晶質半導体との界面側では結晶系半導体との界面側にお
けるよりもフッ素含有量が少なくされていることを特徴
としている。
【００１３】
【作用】上記の構成によれば、前記の真性非晶質半導体
がフッ素を含有することによりその分子ネットワークは
結晶系に近いものとなり、結晶系半導体と真性非晶質半
導体との界面における分子ネットワークの繋がりは連続
的なものに近づく。即ち、従来は上記の界面にだけかか
っていた格子歪みがならされるため、界面準位密度が低
減する。加えて、前記真性非晶質半導体の裏面側でのバ
ンドギャップＥｇが結晶系半導体のＥｇに近づくため、
光電変換効率が向上する。一方、フッ素の含有量は、非
晶質半導体との界面側で少なくされているので、非晶質
半導体側（光入射側）でのバンドギャップは結晶系半導
体側（裏面側）でのバンドギャップよりも大きくなり、
当該真性非晶質半導体にフッ素が均一に含まれている場
合と比較して高い電圧を得ることが可能となる。
がフッ素を含有することによりその分子ネットワークは
結晶系に近いものとなり、結晶系半導体と真性非晶質半
導体との界面における分子ネットワークの繋がりは連続
的なものに近づく。即ち、従来は上記の界面にだけかか
っていた格子歪みがならされるため、界面準位密度が低
減する。加えて、前記真性非晶質半導体の裏面側でのバ
ンドギャップＥｇが結晶系半導体のＥｇに近づくため、
光電変換効率が向上する。一方、フッ素の含有量は、非
晶質半導体との界面側で少なくされているので、非晶質
半導体側（光入射側）でのバンドギャップは結晶系半導
体側（裏面側）でのバンドギャップよりも大きくなり、
当該真性非晶質半導体にフッ素が均一に含まれている場
合と比較して高い電圧を得ることが可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図に基づい
て説明する。
て説明する。
【００１５】図１は、本発明の光起電力装置の断面図お
よびこれに対応付けたバンドプロファイルを示した概念
図である。
よびこれに対応付けたバンドプロファイルを示した概念
図である。
【００１６】同図（ｂ）において、１はｎ型単結晶シリ
コン基板、２は真性非晶質シリコン膜、３は前記ｎ型単
結晶シリコン基板１と逆導電型となるｐ型非晶質シリコ
ン膜、４はｎ型単結晶シリコン基板１とコンタクトする
アルミニウムなどからなる電極、５はＩＴＯ（Ｉｎｄｉ
ｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜や酸化スズ等からなる透
明電極膜である。
コン基板、２は真性非晶質シリコン膜、３は前記ｎ型単
結晶シリコン基板１と逆導電型となるｐ型非晶質シリコ
ン膜、４はｎ型単結晶シリコン基板１とコンタクトする
アルミニウムなどからなる電極、５はＩＴＯ（Ｉｎｄｉ
ｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜や酸化スズ等からなる透
明電極膜である。
【００１７】前記の真性非晶質シリコン膜２は、水素
（Ｈ）およびフッ素（Ｆ）を含んでおり、このフッ素
（Ｆ）量は前記のｎ型単結晶シリコン基板１との界面側
（裏面側）で多くなっている。即ち、真性非晶質シリコ
ン膜２中のＦ量（ＣF ），Ｈ量（ＣH ）において、光入
射側のＣF ／ＣH ＜上記界面側（裏面側）のＣF ／
ＣH 、の関係を充たすようにしてある。また、本実施例
では、Ｆ量（ＣF ）は、上記界面側（裏面側）で対Ｓｉ
比０．１％程度としている。
（Ｈ）およびフッ素（Ｆ）を含んでおり、このフッ素
（Ｆ）量は前記のｎ型単結晶シリコン基板１との界面側
（裏面側）で多くなっている。即ち、真性非晶質シリコ
ン膜２中のＦ量（ＣF ），Ｈ量（ＣH ）において、光入
射側のＣF ／ＣH ＜上記界面側（裏面側）のＣF ／
ＣH 、の関係を充たすようにしてある。また、本実施例
では、Ｆ量（ＣF ）は、上記界面側（裏面側）で対Ｓｉ
比０．１％程度としている。
【００１８】このように、上記界面側（裏面側）にフッ
素（Ｆ）を含むことにより、この界面側では真性非晶質
シリコン膜２は結晶系に近い構造を持つに至り、異種物
質界面を形成するものではあるが、分子ネットワークが
連続的に繋がり易くなる。従って、格子歪みの発生が低
減され、局在準位ができ難くなり、界面準位密度が低減
する。加えて、上記真性非晶質シリコン膜２の裏面側で
のバンドギャップＥｇが、結晶シリコン１のＥｇに近づ
くため、同図（ａ）に示しているように、ホールに対す
る障壁が従来のＨＩＴ構造のものより低くなり、光電変
換効率が向上する。一方、ｐ型非晶質シリコン膜３との
界面側（光入射側）においては、フッ素量は少ない或い
はフッ素は存在しないので、高い電圧が得られるように
なっている。即ち、前述した、光入射側のＣF ／ＣH ＜
裏面側のＣF ／ＣH 、の関係を充たすため、光入射側の
Ｅg ＞裏面側のＥg 、の関係が生じ、真性非晶質シリコ
ン膜２に均一にフッ素（Ｆ）を含めたものよりも、高い
電圧が得られることになる。
素（Ｆ）を含むことにより、この界面側では真性非晶質
シリコン膜２は結晶系に近い構造を持つに至り、異種物
質界面を形成するものではあるが、分子ネットワークが
連続的に繋がり易くなる。従って、格子歪みの発生が低
減され、局在準位ができ難くなり、界面準位密度が低減
する。加えて、上記真性非晶質シリコン膜２の裏面側で
のバンドギャップＥｇが、結晶シリコン１のＥｇに近づ
くため、同図（ａ）に示しているように、ホールに対す
る障壁が従来のＨＩＴ構造のものより低くなり、光電変
換効率が向上する。一方、ｐ型非晶質シリコン膜３との
界面側（光入射側）においては、フッ素量は少ない或い
はフッ素は存在しないので、高い電圧が得られるように
なっている。即ち、前述した、光入射側のＣF ／ＣH ＜
裏面側のＣF ／ＣH 、の関係を充たすため、光入射側の
Ｅg ＞裏面側のＥg 、の関係が生じ、真性非晶質シリコ
ン膜２に均一にフッ素（Ｆ）を含めたものよりも、高い
電圧が得られることになる。
【００１９】本実施例の光起電力装置の形成方法として
は、まず、ｎ型単結晶シリコン基板１上にプラズマＣＶ
Ｄ法により真性非晶質シリコン膜２を成膜する。このプ
ラズマＣＶＤによる膜形成は、基板温度２００℃、ＲＦ
パワー１０Ｗ、反応室内圧力０．１Ｔｏｒｒの条件下で
行った。また、反応室内に供給するガスとしては、Ｓｉ
Ｆ4 ，ＳｉＨ4 ，Ｈ2 を用い、Ｈ2 の流量は１００ｓｃ
ｃｍに、ＳｉＨ4 の流量は１ｓｃｃｍに各々設定した。
一方、ＳｉＦ4 については、図２に示すように、真性非
晶質シリコン膜２の成膜開始時は、流量を１０ｓｃｃｍ
とし、次第に少なくして、必要膜厚が得られるころに流
量が０となるように流量制御している。これにより、ｎ
型単結晶シリコン基板１との界面側でフッ素（Ｆ）を多
く含み次第にフッ素（Ｆ）量が少なくされた真性非晶質
シリコン２が形成される。このように、ｎ型単結晶シリ
コン基板１との界面側でフッ素（Ｆ）を多く含むことに
より、この界面側では、下地となる単結晶に倣った構造
（エピタキシャル結晶構造に近似した構造或いは微結晶
構造）が得られ易くなる。また、上述のようにフッ素
（Ｆ）量を一定の勾配で徐々に少なくすることにより、
真性非晶質シリコン２においてグレーデッドなバンドプ
ロファイルが得られる。
は、まず、ｎ型単結晶シリコン基板１上にプラズマＣＶ
Ｄ法により真性非晶質シリコン膜２を成膜する。このプ
ラズマＣＶＤによる膜形成は、基板温度２００℃、ＲＦ
パワー１０Ｗ、反応室内圧力０．１Ｔｏｒｒの条件下で
行った。また、反応室内に供給するガスとしては、Ｓｉ
Ｆ4 ，ＳｉＨ4 ，Ｈ2 を用い、Ｈ2 の流量は１００ｓｃ
ｃｍに、ＳｉＨ4 の流量は１ｓｃｃｍに各々設定した。
一方、ＳｉＦ4 については、図２に示すように、真性非
晶質シリコン膜２の成膜開始時は、流量を１０ｓｃｃｍ
とし、次第に少なくして、必要膜厚が得られるころに流
量が０となるように流量制御している。これにより、ｎ
型単結晶シリコン基板１との界面側でフッ素（Ｆ）を多
く含み次第にフッ素（Ｆ）量が少なくされた真性非晶質
シリコン２が形成される。このように、ｎ型単結晶シリ
コン基板１との界面側でフッ素（Ｆ）を多く含むことに
より、この界面側では、下地となる単結晶に倣った構造
（エピタキシャル結晶構造に近似した構造或いは微結晶
構造）が得られ易くなる。また、上述のようにフッ素
（Ｆ）量を一定の勾配で徐々に少なくすることにより、
真性非晶質シリコン２においてグレーデッドなバンドプ
ロファイルが得られる。
【００２０】次に、同じくプラズマＣＶＤ法により、真
性非晶質シリコン膜２上にｐ型非晶質シリコン膜３を堆
積する。このプラズマＣＶＤ法による膜形成は、基板温
度２００℃、ＲＦパワー１０Ｗ、反応室内圧力０．１Ｔ
ｏｒｒの条件下で行った。また、反応室内に供給するガ
スとしては、ＳｉＨ4 とＢ2 Ｈ6 を用い、ＳｉＨ4 の流
量は５ｓｃｃｍに設定し、Ｂ2 Ｈ6 のＳｉＨ4 に対する
流量比は５％に設定した。
性非晶質シリコン膜２上にｐ型非晶質シリコン膜３を堆
積する。このプラズマＣＶＤ法による膜形成は、基板温
度２００℃、ＲＦパワー１０Ｗ、反応室内圧力０．１Ｔ
ｏｒｒの条件下で行った。また、反応室内に供給するガ
スとしては、ＳｉＨ4 とＢ2 Ｈ6 を用い、ＳｉＨ4 の流
量は５ｓｃｃｍに設定し、Ｂ2 Ｈ6 のＳｉＨ4 に対する
流量比は５％に設定した。
【００２１】次に、光入射側となるｐ型非晶質シリコン
膜３上には透明導電膜５を形成し、ｎ型単結晶シリコン
基板１の裏面には金属電極４を形成する。
膜３上には透明導電膜５を形成し、ｎ型単結晶シリコン
基板１の裏面には金属電極４を形成する。
【００２２】これにより、本発明の光起電力装置が得ら
れる。
れる。
【００２３】図３は、前述したプラズマＣＶＤ法により
真性非晶質シリコン膜２を成膜する工程において、成膜
開始時のＳｉＦ4 ／ＳｉＨ4 流量比を、０％、５％、１
０％としたときの、その各々の条件下で得られた真性非
晶質シリコン膜２を用いた光起電力装置の光電変換効率
を示したグラフである。ここで、ＳｉＦ4 ／ＳｉＨ4流
量比が０の場合とは、真性非晶質シリコン膜２がフッ素
（Ｆ）を含んでいない従来のＨＩＴ構造に相当する。こ
のグラフから明らかなように、本発明の光起電力装置の
光電変換効率は、従来のＨＩＴ構造の光起電力装置に比
べ高くなっていることが分かる。
真性非晶質シリコン膜２を成膜する工程において、成膜
開始時のＳｉＦ4 ／ＳｉＨ4 流量比を、０％、５％、１
０％としたときの、その各々の条件下で得られた真性非
晶質シリコン膜２を用いた光起電力装置の光電変換効率
を示したグラフである。ここで、ＳｉＦ4 ／ＳｉＨ4流
量比が０の場合とは、真性非晶質シリコン膜２がフッ素
（Ｆ）を含んでいない従来のＨＩＴ構造に相当する。こ
のグラフから明らかなように、本発明の光起電力装置の
光電変換効率は、従来のＨＩＴ構造の光起電力装置に比
べ高くなっていることが分かる。
【００２４】図４は、従来のＨＩＴ構造を有する光起電
力装置と、本発明の構造を有する光起電力装置とにおけ
る、各々の真性非晶質シリコン膜２の膜厚を変化させた
ときの光電変換効率の変化を示したグラフである。この
グラフから分かるように、共に真性非晶質シリコン膜２
の膜厚が数Å〜２５０Åの間においてヘテロｐｎ接合構
造のものより高い変換効率を示すが、その効率の高さ
は、本発明の構造を有する光起電力装置の方が高くなっ
ている。また、本発明の構造では、真性非晶質シリコン
膜２の膜厚が約３０Åのところで光電変換効率のピーク
を迎え、真性非晶質シリコン膜２の最適膜厚は従来のＨ
ＩＴ構造のものよりも薄くなっている。
力装置と、本発明の構造を有する光起電力装置とにおけ
る、各々の真性非晶質シリコン膜２の膜厚を変化させた
ときの光電変換効率の変化を示したグラフである。この
グラフから分かるように、共に真性非晶質シリコン膜２
の膜厚が数Å〜２５０Åの間においてヘテロｐｎ接合構
造のものより高い変換効率を示すが、その効率の高さ
は、本発明の構造を有する光起電力装置の方が高くなっ
ている。また、本発明の構造では、真性非晶質シリコン
膜２の膜厚が約３０Åのところで光電変換効率のピーク
を迎え、真性非晶質シリコン膜２の最適膜厚は従来のＨ
ＩＴ構造のものよりも薄くなっている。
【００２５】なお、真性非晶質シリコン膜２の膜厚が２
５０Åを越えると光電変換効率が低下するのは、従来の
ＨＩＴ構造においてもいえるものであるが、これは、真
性非晶質シリコン膜２が、界面準位の低減を主な機能と
し、当該膜２自体の層中で発生する光キャリアはほとん
ど変化効率に寄与せず、むしろ、変換効率の低下を引き
起こすためと考えられる。
５０Åを越えると光電変換効率が低下するのは、従来の
ＨＩＴ構造においてもいえるものであるが、これは、真
性非晶質シリコン膜２が、界面準位の低減を主な機能と
し、当該膜２自体の層中で発生する光キャリアはほとん
ど変化効率に寄与せず、むしろ、変換効率の低下を引き
起こすためと考えられる。
【００２６】また、本発明で採用する真性非晶質シリコ
ン膜の膜厚の下限値としては、通常のプラズマＣＶＤ装
置やスパッタ装置あるいは、常圧ＣＶＤ装置などによる
形成で制御可能な数Åまでとされるが、その膜厚の制御
容易性からすれば、２０Å以上が好適である。
ン膜の膜厚の下限値としては、通常のプラズマＣＶＤ装
置やスパッタ装置あるいは、常圧ＣＶＤ装置などによる
形成で制御可能な数Åまでとされるが、その膜厚の制御
容易性からすれば、２０Å以上が好適である。
【００２７】更に、ここでいう真性非晶質シリコンと
は、例えば、前記のプラズマＣＶＤ法によって形成され
たものであれば、導電型決定不純物としてのドーピング
ガスを全く添加することなく形成された真性非晶質シリ
コンを含むことは勿論であるが、それ以外に微量のドー
ピングガスを添加して形成することにより、実質的に真
性型に制御された非晶質シリコンをも含むものである。
は、例えば、前記のプラズマＣＶＤ法によって形成され
たものであれば、導電型決定不純物としてのドーピング
ガスを全く添加することなく形成された真性非晶質シリ
コンを含むことは勿論であるが、それ以外に微量のドー
ピングガスを添加して形成することにより、実質的に真
性型に制御された非晶質シリコンをも含むものである。
【００２８】非晶質シリコンなどの非晶質半導体では、
一般に不純物をなんら添加することなく形成した場合で
も、僅かではあるが導電性を顕すことがあるためで、例
えば、非晶質シリコンの場合、僅かなｎ型を示す。本発
明は、真性非晶質半導体として、このような実質的に真
性な非晶質半導体をも使用しうるものである。
一般に不純物をなんら添加することなく形成した場合で
も、僅かではあるが導電性を顕すことがあるためで、例
えば、非晶質シリコンの場合、僅かなｎ型を示す。本発
明は、真性非晶質半導体として、このような実質的に真
性な非晶質半導体をも使用しうるものである。
【００２９】また、本実施例では、結晶系半導体として
単結晶半導体を例示したが、これに限らず多結晶半導体
を用いてもよいものである。この場合においても、真性
非晶質半導体との間で異種物質界面を形成するが、前述
したように、分子ネットワークが連続的に繋がり易くな
るとともにバンドプロファイルがスムーズに繋がりやす
くなるので、光電変換効率の向上が図れる。また、この
ように結晶系半導体として多結晶シリコン膜を用いる場
合は、真性非晶質シリコン膜２の膜厚としては３５０Å
以下が好適となる。
単結晶半導体を例示したが、これに限らず多結晶半導体
を用いてもよいものである。この場合においても、真性
非晶質半導体との間で異種物質界面を形成するが、前述
したように、分子ネットワークが連続的に繋がり易くな
るとともにバンドプロファイルがスムーズに繋がりやす
くなるので、光電変換効率の向上が図れる。また、この
ように結晶系半導体として多結晶シリコン膜を用いる場
合は、真性非晶質シリコン膜２の膜厚としては３５０Å
以下が好適となる。
【００３０】更に、ドープ膜である非晶質半導体と結晶
系半導体とは互いに逆導電型の関係を有すればよいもの
であり、本実施例とは逆に、結晶系半導体をｐ型とし、
非晶質半導体をｎ型とするようにしてもよい。
系半導体とは互いに逆導電型の関係を有すればよいもの
であり、本実施例とは逆に、結晶系半導体をｐ型とし、
非晶質半導体をｎ型とするようにしてもよい。
【００３１】また、本実施例では、Ｆ量は、上記界面側
（裏面側）で対Ｓｉ比０．１％程度としたが、これに限
るものではない。ただし、Ｆ量の対Ｓｉ比は、１％を越
えないのが望ましいと考えられる。
（裏面側）で対Ｓｉ比０．１％程度としたが、これに限
るものではない。ただし、Ｆ量の対Ｓｉ比は、１％を越
えないのが望ましいと考えられる。
【００３２】また、本実施例では、真性非晶質シリコン
膜２のプラズマＣＶＤ法による形成で、ＳｉＦ4 の流量
を制御することとしたが、ＳｉＦ4 の流量を均一にし、
膜全体にフッ素を均一に含む真性非晶質シリコン膜２を
成膜した後、この真性非晶質シリコン膜２の光入射側に
含まれているフッ素を水素と交換するＨ2 プラズマ処理
を行うようにしてもよいものである。その他、ＳｉＦ4
を供給しないプラズマＣＶＤ法とＦ2 プラズマ処理とを
組み合わせることにより、フッ素含有量に変化を持たせ
るようにしてもよい。
膜２のプラズマＣＶＤ法による形成で、ＳｉＦ4 の流量
を制御することとしたが、ＳｉＦ4 の流量を均一にし、
膜全体にフッ素を均一に含む真性非晶質シリコン膜２を
成膜した後、この真性非晶質シリコン膜２の光入射側に
含まれているフッ素を水素と交換するＨ2 プラズマ処理
を行うようにしてもよいものである。その他、ＳｉＦ4
を供給しないプラズマＣＶＤ法とＦ2 プラズマ処理とを
組み合わせることにより、フッ素含有量に変化を持たせ
るようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、真性非
晶質半導体がフッ素を含有することによりその分子ネッ
トワークは結晶系に近いものとなり、結晶系半導体と真
性非晶質半導体との界面における分子ネットワークの繋
がりは連続的なものに近づく。即ち、従来は上記の界面
にだけかかっていた格子歪みがならされるため、界面準
位密度が低減する。加えて、上記非晶質半導体の裏面側
でのバンドギャップＥｇが結晶系半導体のＥｇに近づく
ため、光電変換効率が向上する。一方、フッ素の含有量
は、非晶質半導体との界面側で少なくされているので、
当該真性非晶質半導体にフッ素が均一に含まれている場
合と比較して高い電圧を得ることが可能となる。
晶質半導体がフッ素を含有することによりその分子ネッ
トワークは結晶系に近いものとなり、結晶系半導体と真
性非晶質半導体との界面における分子ネットワークの繋
がりは連続的なものに近づく。即ち、従来は上記の界面
にだけかかっていた格子歪みがならされるため、界面準
位密度が低減する。加えて、上記非晶質半導体の裏面側
でのバンドギャップＥｇが結晶系半導体のＥｇに近づく
ため、光電変換効率が向上する。一方、フッ素の含有量
は、非晶質半導体との界面側で少なくされているので、
当該真性非晶質半導体にフッ素が均一に含まれている場
合と比較して高い電圧を得ることが可能となる。
【図１】同図（ａ）は本発明の光起電力装置のバンドプ
ロファイルを示したグラフであり、同図（ｂ）は断面構
造図である。
ロファイルを示したグラフであり、同図（ｂ）は断面構
造図である。
【図２】本発明の真性非晶質シリコン膜の成膜するとき
の、経過時間に対する各供給ガスの流量変化を示すグラ
フである。
の、経過時間に対する各供給ガスの流量変化を示すグラ
フである。
【図３】本発明の真性非晶質シリコン膜成膜開始時のＳ
ｉＦ4 ／ＳｉＨ4 流量比を異ならせ、その各々の条件下
で得られた真性非晶質シリコン膜を用いた光起電力装置
の変換効率を示したグラフである。
ｉＦ4 ／ＳｉＨ4 流量比を異ならせ、その各々の条件下
で得られた真性非晶質シリコン膜を用いた光起電力装置
の変換効率を示したグラフである。
【図４】本発明の光起電力装置と従来のＨＩＴ構造を有
する光起電力装置とにおける、各々の真性非晶質半導体
の膜厚を変化させたときの光電変換効率の変化を示した
グラフである。
する光起電力装置とにおける、各々の真性非晶質半導体
の膜厚を変化させたときの光電変換効率の変化を示した
グラフである。
【図５】従来のｐｎヘテロ接合を有する光起電力装置の
断面構造およびバンドプロファイルを示す模式図であ
る。
断面構造およびバンドプロファイルを示す模式図であ
る。
【図６】従来のＨＩＴ構造を有する光起電力装置の断面
構造およびバンドプロファイルを示す模式図である。
構造およびバンドプロファイルを示す模式図である。
１ ｎ型単結晶シリコン膜 ２ 真性非晶質シリコン膜 ３ ｐ型非晶質シリコン膜 ４ 電極 ５ 透明電極膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−291967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−32181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−178385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−167371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−11329（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (1)
- 【請求項１】 互いに逆導電型の関係を有する非晶質半
導体と結晶系半導体との間に薄膜の真性非晶質半導体を
介在させた光起電力装置において、前記の真性非晶質半
導体は、フッ素を含有し、前記の非晶質半導体との界面
側では結晶系半導体との界面側におけるよりもフッ素含
有量が少なくされていることを特徴とする光起電力装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10500193A JP3197673B2 (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10500193A JP3197673B2 (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291342A JPH06291342A (ja) | 1994-10-18 |
| JP3197673B2 true JP3197673B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=14395853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10500193A Expired - Lifetime JP3197673B2 (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3197673B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3490964B2 (ja) | 2000-09-05 | 2004-01-26 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置 |
| JP5927028B2 (ja) * | 2011-05-11 | 2016-05-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 光電変換装置 |
| JP6025106B2 (ja) | 2012-03-02 | 2016-11-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光起電力装置 |
| EP2980861B1 (en) * | 2013-03-28 | 2020-01-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Solar cell |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP10500193A patent/JP3197673B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06291342A (ja) | 1994-10-18 |
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