JP3203102B2 - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
特にたとえば太陽電池や光センサなどに用いられる光起
電力装置に関する。
装置において、変換効率の向上をめざした技術の1つ
に、表面に微細な凹凸(以下「テクスチャ」という)を
持たせた透明電極がその上に形成された基板(以下「テ
クスチャ基板」という)を用いた光閉じ込め技術があ
る。
光電流の改善に大きな効果があり、太陽電池特性の向上
に有効な技術であるが、フラット基板を用いた太陽電池
に比べると、内部量子効率が低下することが計算機シミ
ュレーションから明らかになっている。その原因の1つ
として、テクスチャ構造に起因して光起電力装置のバル
ク内に電位分布の偏りが生じるため、テクスチャ基板表
面の凹部近傍で内部電界の弱い部分が生じ、その結果と
して部分的に生成キャリアの再結合速度が大きくなる個
所が生じるためであることがシミュレーションの結果か
ら予想されている(1991年 第52回応用物理学会学術
講演会予稿集 9p-D-8)。その結果、変換効率の向上が
妨げられていた。
換効率を向上できる、光起電力装置を提供することであ
る。
よび凹凸基板上に形成される非晶質半導体層を含む光起
電力装置において、凹凸基板の凹部に相当する非晶質半
導体層の凸部にドーパントの活性化率が高い高活性化領
域を形成したことを特徴とする、光起電力装置である。
凸部に、ドーパントの活性化率が高い高活性化領域を形
成する。高活性化領域は、ハイドープ領域または微結晶
化領域として形成される。したがって、光起電力装置の
バルク内での電位分布の偏りを低減して電位分布を均一
化し、凹部近傍における内部電界が弱められるのを防
ぐ。その結果、生成キャリアの再結合速度の上昇および
内部量子効率の低下を抑える。
合速度の上昇および内部量子効率の低下を抑えることが
できるので、光起電力装置の変換効率を向上させること
ができ、高効率の光起電力装置が得られる。この発明の
上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を
参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らか
となろう。
力装置10は、いわゆる順タイプに構成され、ガラス基
板などの透光性基板12を含む。透光性基板12上に
は、テクスチャ構造を有するSnO2 などの透明電極1
4,p型のa−SiCの非晶質半導体層(p層)16,
ノンドープのa−Siからなる非晶質半導体層(i層)
18,n型のa−Siからなる非晶質半導体層(n層)
20,およびたとえばAgまたはAl等の金属からなる
裏面電極22が、順に積層形成される。ここで、透明電
極14の凹部24に相当するp層16の凸部には、ドー
パントの活性化率が高くなる高活性化領域26が形成さ
れる。
以下に示すように形成される。まず、図1(A)に示す
ように、透光性基板12上に、たとえば熱CVD法など
でテクスチャ構造を有する透明電極14が形成される。
テクスチャのヘイズ率は10%以上であり、テクスチャ
の底から頂点までの高さHおよび頂点相互間の距離Lは
いずれもたとえば50〜500nmに形成される。次い
で、その状態でチャンバ内に入れられ、図1(B)に示
すように、透明電極14上にp層16が、たとえばプラ
ズマCVD法などによって形成される。p層16は、た
とえば50〜200Åに形成される。図2(C)に示す
ように、p層16の高活性化領域26は後述のようにし
てハイドープ領域または微結晶化領域として形成される
ことによって、ドーパントの活性化率が高くなる。そし
て、図1(D)に示すように、i層18,n層20およ
び裏面電極22が、それぞれたとえばプラズマCVD法
などによって形成される。i層18は、たとえば300
0〜7000Åに形成され、n層は、たとえば50〜4
00Åに形成され、裏面電極22は、たとえば3000
Å以上に形成される。
n層20の形成条件を示す。
おいて、p層16の高活性化領域26は以下のように形
成される。まず、高活性化領域26をハイドープ領域と
して形成する場合について述べる。p層16は、図2に
示すように、原料ガスを透光性基板12表面に対して平
行(矢印Aに示す)に導入して形成される。ガス口(図
示せず)は基板を囲むように周りに配置される。このよ
うに原料ガスを透光性基板12表面に対して平行に導入
することによって、透明電極14の凸部28は原料ガス
に直接さらされるが、凹部24はさらされない。したが
って、透明電極14の表面で温度分布が生じ、凹部24
は凸部28に比べて高温になる。このときの凸部28と
凹部24との間に生じる温度差は、ガス流量によって異
なり、ガス流量が100sccm程度では20〜30℃
であるが、ガス流量が多いほど温度差が大きくなり、1
SLM以上では50℃以上になる。
導電率との関係を示す。ガス流量はトータルで1.5S
LMである。図3からわかるように、p層16の温度が
高いほど導電率は高くなり、これは、高温になるほどド
ーパントの活性化率が高いことを示している。ただし、
p層16の温度が250℃以上になると、導電率の変化
は小さくなるので、実際には150℃以下の温度でp層
16が形成されることが望ましい。
スチャ表面に形成されるp層16は、温度の高い凹部2
4ほどドーパントの活性化率が高くなり、凹部24に相
当するp層16の凸部にこの実施例の特徴である高活性
化領域26が形成される。このようにハイドープ領域を
形成することによって、光起電力装置10のバルク内で
の電位分布の偏り(テクスチャ構造に起因して生じる)
を低減して電位分布を均一化し、凹部24近傍における
内部電界が弱められるのを防ぐ。その結果、生成キャリ
アの再結合速度の上昇および内部量子効率の低下を抑え
ることができる。
された太陽電池(実施例1)の太陽電池特性を、従来構
造の太陽電池(従来例1)のそれと比較したものを表2
に示す。
ば、太陽電池特性の曲線因子(F.F.)が改善され、
変換効率(Eff.)が向上することがわかる。次に、
高活性化領域26を微結晶化領域として形成する場合、
p層16は、アモルファス半導体層として形成され、そ
の中に微結晶化領域が形成される。その方法としては固
相成長法やレーザを利用した方法がある。
を形成する方法について述べる。アモルファスSiの微
結晶化に関して、出発材料の歪みエネルギの大きい場所
に結晶核が発生しやすいことが固相成長法による薄膜多
結晶シリコンの形成実験から知られている(参考文献
1:T.Matsuyama et al.“HIGH-QUALITY POLYCRYSTALLI
NE SILICON THIN FILMS PREPARED BY SOLID PHASE CRYS
TALLIZATION (SPC)METHOD”Proc. of the MRS Fall Mee
tig, Nov. 30-Dec.4,1992, Boston)。この実験事実
は、この実施例において透明電極14の凹部24に相当
するp層16の凸部、すなわち高活性化領域26を選択
的に微結晶化領域として形成するために応用できる。す
なわち、高活性化領域26は歪みエネルギが大きいた
め、結晶核が優先的に発生し、その部分のドーパントの
活性化率を高めることができる。したがって、この実施
例ではこの方法を用いることによって、透明電極14上
にp層16がたとえばプラズマCVD法などを用いて形
成された後、その状態の基板が短時間熱処理されて結晶
核を発生させ、微結晶化領域を形成している。このと
き、p層16はたとえば100Åの膜厚に形成され、5
00〜600℃で熱処理される。そして、所望の結晶核
が形成されると固相成長(SPC)が止められるように
処理時間を制御する。たとえば30分で固相成長を止め
れば、凹部24上で所望の結晶核すなわち微結晶化領域
が形成される。
よって、光起電力装置10のバルク内での電位分布の偏
り(テクスチャ構造に起因して生じる)を低減して電位
分布を均一化し、凹部24近傍における内部電界が弱め
られるのを防ぐ。その結果、生成キャリアの再結合速度
の上昇および内部量子効率の低下を抑えることができ
る。
化して得られた光起電力装置を用いて形成された太陽電
池(実施例2)と微結晶化処理していない従来の太陽電
池(従来例2)との電流−電圧特性を図5に示す。図5
において、aは実施例2,bは従来例2の特性を示す。
また、各々の太陽電池特性を表3に示す。
例2の方が曲線因子が高く、また短絡電流が若干向上し
ており、変換効率が向上していることがわかる。したが
って、実施例2によれば、太陽電池特性を向上させるこ
とができる。次いで、レーザを利用して微結晶化領域を
形成する方法について述べる。まず、図1(A)および
(B)と同様に、透明電極14上にp層16がたとえば
プラズマCVD法などを用いて形成された後、図4に示
すように、透光性基板12側から矢印Bに示すようにレ
ーザ光が入射される。入射されたレーザ光は、透明電極
14とp層16との屈折率の差によって、図4に示すよ
うに屈折する。その結果、凹部24の底近辺にレーザ光
のエネルギが集中する部分が生じ、その部分にのみ微結
晶化領域を形成することができる。
用いて微結晶化領域を形成する場合と同様の効果が得ら
れる。なお、この発明は、透明電極14上に、n層2
0,i層18およびp層16の順に各層が積層形成され
る構造の光起電力装置に対しても用いることができる。
この場合、たとえばハイドープ領域を形成するには、n
層形成時に原料ガスを透光性基板12表面に対して平行
に導入すればよい。
場合にも、その基板にテクスチャ構造のものを用いれ
ば、利用できる。
ある。
する方法を示す図解図である。
る。
域を形成する方法を示す図解図である。
られた太陽電池および微結晶化処理していない従来の太
陽電池のそれぞれの電流−電圧特性を示すグラフであ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】凹凸基板および前記凹凸基板上に形成され
る非晶質半導体層を含む光起電力装置において、 前記凹凸基板の凹部に相当する前記非晶質半導体層の凸
部にドーパントの活性化率が高い高活性化領域を形成し
たことを特徴とする、光起電力装置。 - 【請求項2】前記高活性化領域はハイドープ領域として
形成される、請求項1記載の光起電力装置。 - 【請求項3】前記非晶質半導体層はアモルファス半導体
層として形成され、 前記高活性化領域は微結晶化領域として形成される、請
求項1記載の光起電力装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18380293A JP3203102B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 光起電力装置 |
US08/280,453 US5549763A (en) | 1993-07-26 | 1994-07-26 | Photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18380293A JP3203102B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 光起電力装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0745845A JPH0745845A (ja) | 1995-02-14 |
JP3203102B2 true JP3203102B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=16142164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18380293A Expired - Lifetime JP3203102B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3203102B2 (ja) |
-
1993
- 1993-07-26 JP JP18380293A patent/JP3203102B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0745845A (ja) | 1995-02-14 |
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