JP3245111B2 - 非晶質シリコン太陽電池 - Google Patents
非晶質シリコン太陽電池Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非晶質シリコン太陽
電池に関し、特にｐｉｎ接合を基本構成とする非晶質シ
リコン太陽電池に関する。
電池に関し、特にｐｉｎ接合を基本構成とする非晶質シ
リコン太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉと呼
ぶ）太陽電池は、ガラス、ステンレスなどの金属あるい
はポリイミド系の高分子フィルムなど、種々の材料を基
板として用いることができるとともに、２００℃以下の
低温で形成できるため、低コスト化が可能な太陽電池と
して有望視されている。
ぶ）太陽電池は、ガラス、ステンレスなどの金属あるい
はポリイミド系の高分子フィルムなど、種々の材料を基
板として用いることができるとともに、２００℃以下の
低温で形成できるため、低コスト化が可能な太陽電池と
して有望視されている。
【０００３】図４は、典型的な例として、従来技術によ
るガラス基板上のａ−Ｓｉ太陽電池の基本構成を示す。
図中の符番１は、例えばガラスからなる基板である。こ
の基板１上には、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2 ）あるいは
ＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）からなる透明電極２が
形成されている。この透明電極２は、通常、熱ＣＶＤ法
あるいはスパッタ法等の手法で形成される。前記透明電
極２上には、ａ−Ｓｉあるいはアモルファスシリコンカ
ーバイト（ａ−ＳｉＣ）からなるｐ層３、ａ−Ｓｉから
なるｉ層４、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣあるいは微細な結晶
を含むａ−Ｓｉからなるｎ層５が順次形成されている。
前記ｎ層５上には、銀（Ａｇ）あるいはアルミニウム
（Ａｌ）等からなる金属電極６が形成されている。ここ
で、金属電極６は、通常、真空蒸着法、スパッタ法ある
いは印刷法等の手法で形成される。
るガラス基板上のａ−Ｓｉ太陽電池の基本構成を示す。
図中の符番１は、例えばガラスからなる基板である。こ
の基板１上には、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2 ）あるいは
ＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）からなる透明電極２が
形成されている。この透明電極２は、通常、熱ＣＶＤ法
あるいはスパッタ法等の手法で形成される。前記透明電
極２上には、ａ−Ｓｉあるいはアモルファスシリコンカ
ーバイト（ａ−ＳｉＣ）からなるｐ層３、ａ−Ｓｉから
なるｉ層４、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣあるいは微細な結晶
を含むａ−Ｓｉからなるｎ層５が順次形成されている。
前記ｎ層５上には、銀（Ａｇ）あるいはアルミニウム
（Ａｌ）等からなる金属電極６が形成されている。ここ
で、金属電極６は、通常、真空蒸着法、スパッタ法ある
いは印刷法等の手法で形成される。
【０００４】図４の構成のａ−Ｓｉ太陽電池において、
入射光は基板１側から入射し、透明電極２及びｐ層３を
透過し、ｉ層４で吸収され、電子・正孔対を生ずる。発
生した電子及び正孔は、ｉ層４内に生じた内部電界によ
り各々ｎ層５及びｐ層３側に分極、移動し、電流として
外部回路に取り出される。
入射光は基板１側から入射し、透明電極２及びｐ層３を
透過し、ｉ層４で吸収され、電子・正孔対を生ずる。発
生した電子及び正孔は、ｉ層４内に生じた内部電界によ
り各々ｎ層５及びｐ層３側に分極、移動し、電流として
外部回路に取り出される。
【０００５】図４に示したａ−Ｓｉ太陽電池は、ｐ層
３、ｉ層４及びｎ層５の内、最も厚いｉ層４でも、その
膜厚は高々５００ｎｍ程度の薄膜積層型デバイスである
ため、その特性には各層間の界面特性が大きな影響を及
ぼす。
３、ｉ層４及びｎ層５の内、最も厚いｉ層４でも、その
膜厚は高々５００ｎｍ程度の薄膜積層型デバイスである
ため、その特性には各層間の界面特性が大きな影響を及
ぼす。
【０００６】ｐ層３、ｉ層４およびｎ層５は、通常、シ
ラン（ＳｉＨ4 ）あるいはジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）等の
Ｓｉを含む原料ガスを高周波グロー放電プラズマによっ
て分解するプラズマＣＶＤ法で形成される場合が多い。
ｐ層３は、成膜の際、原料ガスに３価のドーパントとし
てジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）等を添加して価電子制御を行
い、ｐ型半導体とする。同様に、ｎ層５は、成膜の際、
原料ガスに５価のドーパントとしてフォスフィン（ＰＨ
3 ）を添加して価電子制御を行い、ｎ型半導体とする。
発電層であるｉ層４は、基本的に不純物を含まない真性
半導体である。
ラン（ＳｉＨ4 ）あるいはジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）等の
Ｓｉを含む原料ガスを高周波グロー放電プラズマによっ
て分解するプラズマＣＶＤ法で形成される場合が多い。
ｐ層３は、成膜の際、原料ガスに３価のドーパントとし
てジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）等を添加して価電子制御を行
い、ｐ型半導体とする。同様に、ｎ層５は、成膜の際、
原料ガスに５価のドーパントとしてフォスフィン（ＰＨ
3 ）を添加して価電子制御を行い、ｎ型半導体とする。
発電層であるｉ層４は、基本的に不純物を含まない真性
半導体である。
【０００７】ｐ層３、ｉ層４及びｎ層５の成膜では、予
め真空排気された真空容器に、シランあるいは水素（Ｈ
2 ）もしくはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）など
で希釈したシランあるいはジシランなどの原料ガスを所
定流量導入し、圧力を調整した後、放電用電極に通常周
波数１３．５６ＭＨｚの高周波電界を印加し、グロー放
電プラズマを発生させ、原料ガスを分解し、予め透明電
極２を形成した基板１上にａ−Ｓｉを成膜する。成膜
中、基板１は所定温度に加熱されている。
め真空排気された真空容器に、シランあるいは水素（Ｈ
2 ）もしくはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）など
で希釈したシランあるいはジシランなどの原料ガスを所
定流量導入し、圧力を調整した後、放電用電極に通常周
波数１３．５６ＭＨｚの高周波電界を印加し、グロー放
電プラズマを発生させ、原料ガスを分解し、予め透明電
極２を形成した基板１上にａ−Ｓｉを成膜する。成膜
中、基板１は所定温度に加熱されている。
【０００８】ところで、図４の構成のａ−Ｓｉ太陽電池
において、光電流を発生するのは、ｉ層４である。十分
な光を吸収するためのｉ層４の膜厚は、ｉ層４内に含ま
れる不純物の量や電子的な欠陥密度など、その膜質にも
依存するが、通常３００〜５００ｎｍ程度である。これ
に対し、発電層であるｉ層４により多くの光を入射させ
るためには、集電層であるｐ層３及びｎ層５での光吸収
は、可能な限り低減する必要がある。このため、ｐ層３
及びｎ層５の膜厚は、導電率にも依存するが、通常７〜
３０ｎｍ程度であり、ｉ層４に比べて薄い。
において、光電流を発生するのは、ｉ層４である。十分
な光を吸収するためのｉ層４の膜厚は、ｉ層４内に含ま
れる不純物の量や電子的な欠陥密度など、その膜質にも
依存するが、通常３００〜５００ｎｍ程度である。これ
に対し、発電層であるｉ層４により多くの光を入射させ
るためには、集電層であるｐ層３及びｎ層５での光吸収
は、可能な限り低減する必要がある。このため、ｐ層３
及びｎ層５の膜厚は、導電率にも依存するが、通常７〜
３０ｎｍ程度であり、ｉ層４に比べて薄い。
【０００９】さらに、ｐ層３は光学的禁制帯幅を拡大し
て吸収損失を低減するため、成膜の際、原料ガスとして
シランあるいはジシランとともにメタンあるいはエチレ
ンなどの炭化水素系ガスを用い、アモルファスシリコン
カーバイトとする手法が一般的に用いられている。
て吸収損失を低減するため、成膜の際、原料ガスとして
シランあるいはジシランとともにメタンあるいはエチレ
ンなどの炭化水素系ガスを用い、アモルファスシリコン
カーバイトとする手法が一般的に用いられている。
【００１０】ｐ層３にアモルファスシリコンカーバイト
を用いた場合、成膜条件を適正化することにより、光学
的禁制帯幅はａ−Ｓｉの１．７５ｅＶ程度に対し、２．
０ｅＶ程度になるため、ｐ層単膜としては、光吸収損失
が低減し、光入射層としての特性は向上する。しかし、
太陽電池として図４に示す積層構造を構成した場合、下
記の問題点を生じる。
を用いた場合、成膜条件を適正化することにより、光学
的禁制帯幅はａ−Ｓｉの１．７５ｅＶ程度に対し、２．
０ｅＶ程度になるため、ｐ層単膜としては、光吸収損失
が低減し、光入射層としての特性は向上する。しかし、
太陽電池として図４に示す積層構造を構成した場合、下
記の問題点を生じる。
【００１１】(1) ｐ層３にアモルファスシリコンカーバ
イト、ｉ層４にカーボンを含まないアモルファスシリコ
ンを用いるため、ｐ層／ｉ層界面に組成不整合に伴う欠
陥が発生する。アモルファスシリコンは非晶質材料であ
るため、結晶系材料と比較して、組成不整合に伴う欠陥
発生の程度は小さいものの、前述したように薄膜積層型
デバイスであるため、変換効率に及ぼす影響は極めて大
きい。
イト、ｉ層４にカーボンを含まないアモルファスシリコ
ンを用いるため、ｐ層／ｉ層界面に組成不整合に伴う欠
陥が発生する。アモルファスシリコンは非晶質材料であ
るため、結晶系材料と比較して、組成不整合に伴う欠陥
発生の程度は小さいものの、前述したように薄膜積層型
デバイスであるため、変換効率に及ぼす影響は極めて大
きい。
【００１２】ｐ層／ｉ層界面近傍に欠陥が発生した場
合、ｉ層４で光発生した電子−正孔対のうち、ｐ層側に
ドリフトしてきた正孔が界面欠陥に捕捉されるため、短
絡電流が低下するとともに、シリーズ抵抗が増加し、形
状因子が低下するため、変換効率が低下し、ｐ層３に光
学的禁制帯幅の大きなアモルファスシリコンカーバイト
を用いた利点が十分には活かし切れないという問題があ
る。
合、ｉ層４で光発生した電子−正孔対のうち、ｐ層側に
ドリフトしてきた正孔が界面欠陥に捕捉されるため、短
絡電流が低下するとともに、シリーズ抵抗が増加し、形
状因子が低下するため、変換効率が低下し、ｐ層３に光
学的禁制帯幅の大きなアモルファスシリコンカーバイト
を用いた利点が十分には活かし切れないという問題があ
る。
【００１３】(2) 上記(1) の問題点に対する対策とし
て、ｐ層３とｉ層４の間に組成傾斜型のバッファ層を挿
入する方法がある。即ち、この方法は、ｐ層３側からｉ
層４側へ向かって、カーボン成分を徐々に減少させた組
成傾斜型のバッファ層を設けることにより、前述した組
成不整合に伴う欠陥発生を抑制し、界面特性を改善する
手法である。
て、ｐ層３とｉ層４の間に組成傾斜型のバッファ層を挿
入する方法がある。即ち、この方法は、ｐ層３側からｉ
層４側へ向かって、カーボン成分を徐々に減少させた組
成傾斜型のバッファ層を設けることにより、前述した組
成不整合に伴う欠陥発生を抑制し、界面特性を改善する
手法である。
【００１４】バッファ層は、原料ガスである例えばシラ
ンと例えばメタンの流量比を成膜時間とともに変化させ
ることで形成することができる。この方法の場合、ｐ層
／ｉ層界面特性が改善され、太陽電池としての初期特性
は向上する。しかし、組成傾斜型のバッファ層は不安定
な材料であり、光照射によって電気導電率が大きく低下
するため、組成傾斜型のバッファ層を用いて太陽電池を
構成した場合、光劣化率が大きくなり、光照射後の太陽
電池の安定化効率は十分には改善されないという問題点
がある。
ンと例えばメタンの流量比を成膜時間とともに変化させ
ることで形成することができる。この方法の場合、ｐ層
／ｉ層界面特性が改善され、太陽電池としての初期特性
は向上する。しかし、組成傾斜型のバッファ層は不安定
な材料であり、光照射によって電気導電率が大きく低下
するため、組成傾斜型のバッファ層を用いて太陽電池を
構成した場合、光劣化率が大きくなり、光照射後の太陽
電池の安定化効率は十分には改善されないという問題点
がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
を考慮してなされたもので、ｐｉｎ接合の一部を構成す
るｐ層にアモルファスシリコンカーバイトを用いるとと
もに、ｐ層とｉ層間のバッファ層の組成をｐ層とｉ層の
中間的なＣＨ4 比を有するとともに、ｉ層側界面のみＣ
Ｈ4 が徐々に小さくなる構成とすることにより、光照射
後も高い変換効率を有する非晶質シリコン太陽電池を提
供することを目的とする。
を考慮してなされたもので、ｐｉｎ接合の一部を構成す
るｐ層にアモルファスシリコンカーバイトを用いるとと
もに、ｐ層とｉ層間のバッファ層の組成をｐ層とｉ層の
中間的なＣＨ4 比を有するとともに、ｉ層側界面のみＣ
Ｈ4 が徐々に小さくなる構成とすることにより、光照射
後も高い変換効率を有する非晶質シリコン太陽電池を提
供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、透明基板上に
透明電極を介してｐｉｎ接合を形成した非晶質シリコン
太陽電池であり、ｐｉｎ接合は透明電極側のｐ層上にバ
ッファ層、アモルファスシリコンからなるｉ層及びｎ層
を順次成膜してなり、前記ｐ層にｉ層よりも光学的禁制
帯幅の大きなアモルファスシリコンカーバイトを用い、
かつ前記バッファ層の構造は二重になっており、ｐ層側
のバッファ層はｐ層とｉ層の中間的なカーボン比を有
し、ｉ層側のバッファ層においてはカーボン比が徐々に
小さくなることを特徴とする非晶質シリコン太陽電池で
ある。
透明電極を介してｐｉｎ接合を形成した非晶質シリコン
太陽電池であり、ｐｉｎ接合は透明電極側のｐ層上にバ
ッファ層、アモルファスシリコンからなるｉ層及びｎ層
を順次成膜してなり、前記ｐ層にｉ層よりも光学的禁制
帯幅の大きなアモルファスシリコンカーバイトを用い、
かつ前記バッファ層の構造は二重になっており、ｐ層側
のバッファ層はｐ層とｉ層の中間的なカーボン比を有
し、ｉ層側のバッファ層においてはカーボン比が徐々に
小さくなることを特徴とする非晶質シリコン太陽電池で
ある。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
説明する。まず、本発明に係る非晶質シリコン太陽電池
の製造に使用されるプラズマＣＶＤ装置について図２を
参照して説明する。
説明する。まず、本発明に係る非晶質シリコン太陽電池
の製造に使用されるプラズマＣＶＤ装置について図２を
参照して説明する。
【００１８】図中の符番11は反応容器である。この反応
容器11内には、基板ホルダ（図示せず）により支持され
たガラス基板12を加熱する基板加熱ヒータ13、放電用電
極14が互いに対向して配置されている。前記放電用電極
14には、インピーダンス整合器15を介して高周波電源16
が接続されている。前記基板加熱ヒータ13と放電用電極
14間には、ラジカル加熱用電源17に接続されたラジカル
加熱ヒータ18が配置されている。前記ラジカル加熱用電
源17よりラジカル加熱ヒータ18にバイアス電圧を印加で
きるようになっている。前記ラジカル加熱ヒータ18にバ
イアス電圧を印加することにより、プラズマとガラス基
板12との距離が変化するため、成膜速度を制御すること
が可能である。前記ラジカル加熱ヒータ18は、プラズマ
中のラジカルを活性化して、高品質のｉ層を形成する目
的で設けている。前記反応容器11には、前記放電用電極
14部分に原料ガスを供給する反応ガス導入管19が連結さ
れている。また、反応容器11には該反応容器11内を排気
する排気管20が連結され、該排気管20には真空ポンプ21
が接続されている。前記放電用電極14はアース線22を介
して接地されている。
容器11内には、基板ホルダ（図示せず）により支持され
たガラス基板12を加熱する基板加熱ヒータ13、放電用電
極14が互いに対向して配置されている。前記放電用電極
14には、インピーダンス整合器15を介して高周波電源16
が接続されている。前記基板加熱ヒータ13と放電用電極
14間には、ラジカル加熱用電源17に接続されたラジカル
加熱ヒータ18が配置されている。前記ラジカル加熱用電
源17よりラジカル加熱ヒータ18にバイアス電圧を印加で
きるようになっている。前記ラジカル加熱ヒータ18にバ
イアス電圧を印加することにより、プラズマとガラス基
板12との距離が変化するため、成膜速度を制御すること
が可能である。前記ラジカル加熱ヒータ18は、プラズマ
中のラジカルを活性化して、高品質のｉ層を形成する目
的で設けている。前記反応容器11には、前記放電用電極
14部分に原料ガスを供給する反応ガス導入管19が連結さ
れている。また、反応容器11には該反応容器11内を排気
する排気管20が連結され、該排気管20には真空ポンプ21
が接続されている。前記放電用電極14はアース線22を介
して接地されている。
【００１９】次に、こうした構成のプラズマＣＶＤ装置
を用いてｐｉｎ型ａ−Ｓｉ太陽電池を製造する方法に図
１を参照して説明する。 (1) 予め、透明基板32として予め熱ＣＶＤ法で酸化スズ
（ＳｎＯ2 ）を形成したガラス基板31を中性洗剤及び有
機溶剤で洗浄、乾燥した後、図２に示すプラズマＣＶＤ
法装置により、膜厚１０ｎｍのｐ層33を形成した。
を用いてｐｉｎ型ａ−Ｓｉ太陽電池を製造する方法に図
１を参照して説明する。 (1) 予め、透明基板32として予め熱ＣＶＤ法で酸化スズ
（ＳｎＯ2 ）を形成したガラス基板31を中性洗剤及び有
機溶剤で洗浄、乾燥した後、図２に示すプラズマＣＶＤ
法装置により、膜厚１０ｎｍのｐ層33を形成した。
【００２０】即ち、まず、ガラス基板31を真空中でｐ層
成膜室に搬送し、基板加熱用ヒータ13上にセットした。
次に、真空ポンプ21により、反応容器11内を５．０×１
０−７Ｔｏｒｒまで排気した後、基板加熱用ヒータ１３
に通電し、基板を所定温度、通常１００〜２００℃に加
熱し、温度を十分安定させた後、反応容器11内に反応ガ
ス導入管19を介してｐ層33成膜用の原料ガスを導入し
た。
成膜室に搬送し、基板加熱用ヒータ13上にセットした。
次に、真空ポンプ21により、反応容器11内を５．０×１
０−７Ｔｏｒｒまで排気した後、基板加熱用ヒータ１３
に通電し、基板を所定温度、通常１００〜２００℃に加
熱し、温度を十分安定させた後、反応容器11内に反応ガ
ス導入管19を介してｐ層33成膜用の原料ガスを導入し
た。
【００２１】ここで、ｐ層33成膜には、原料ガスとし
て、シラン（ＳｉＨ4 ）、メタン（ＣＨ4 ）、水素（Ｈ
2 ）及びジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いた。メタンの流量
比（ＣＨ4 ／（ＳｉＨ4 ＋ＣＨ4 ））は、０．７５とし
た。所定流量の原料ガスを導入した反応容器11内の圧力
は、図示しない圧力調整機構によって、所定圧力、通常
３０〜５００ｍＴｏｒｒに制御されている。
て、シラン（ＳｉＨ4 ）、メタン（ＣＨ4 ）、水素（Ｈ
2 ）及びジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いた。メタンの流量
比（ＣＨ4 ／（ＳｉＨ4 ＋ＣＨ4 ））は、０．７５とし
た。所定流量の原料ガスを導入した反応容器11内の圧力
は、図示しない圧力調整機構によって、所定圧力、通常
３０〜５００ｍＴｏｒｒに制御されている。
【００２２】(2) 次に、反応容器11内の温度及び圧力を
十分安定させた後、高周波電源16から、インピーダンス
整合器15を介して放電用電極14に１０Ｗの高周波電力を
印加してグロー放電プラズマを発生させ、基板12上にｐ
層33を成膜した。ここで、ｐ層33の膜厚は１０ｎｍとし
た。
十分安定させた後、高周波電源16から、インピーダンス
整合器15を介して放電用電極14に１０Ｗの高周波電力を
印加してグロー放電プラズマを発生させ、基板12上にｐ
層33を成膜した。ここで、ｐ層33の膜厚は１０ｎｍとし
た。
【００２３】(3) 次に、ｐ層を成膜した後、ジボランの
供給を停止するとともにメタンの流量比（（ＣＨ4 ／
（ＳｉＨ4 ＋ＣＨ4 ））を０．５に変化させ、第１バッ
ファ層34を成膜した。ここで、第１バッファ層34の膜厚
は６ｎｍとした。
供給を停止するとともにメタンの流量比（（ＣＨ4 ／
（ＳｉＨ4 ＋ＣＨ4 ））を０．５に変化させ、第１バッ
ファ層34を成膜した。ここで、第１バッファ層34の膜厚
は６ｎｍとした。
【００２４】（４）次に、第１バッファ層３４を形成し
た後、プラズマを停止することなく、メタンの液量比
（（ＣＨ４／（ＳｉＨ４＋ＣＨ４））を徐々に０まで減
少させ、第２バッファ層３５を成膜した。ここで、第２
バッファ層３５の膜厚は３ｎｍとした。
た後、プラズマを停止することなく、メタンの液量比
（（ＣＨ４／（ＳｉＨ４＋ＣＨ４））を徐々に０まで減
少させ、第２バッファ層３５を成膜した。ここで、第２
バッファ層３５の膜厚は３ｎｍとした。
【００２５】なお、第１バッファ層34及び第２バッファ
層35の膜厚は、本実施例に記載した値に限定する必要は
ない。即ち、第１バッファ層34は３〜１５ｎｍの範囲に
あれば、本実施例と同様の効果がある。ここで、第１バ
ッファ層34の膜厚が１５ｎｍを越えると、第１バッファ
層34での光吸収が大きくなり、短絡電流が低下する。一
方、第２バッファ層35の膜厚は、１．５〜５ｎｍの範囲
であれば、本実施例と同様の効果がある。組成傾斜層で
ある第２バッファ層35の膜厚が５ｎｍを越えると、前述
した光照射に伴う電気導電率の低下の影響が大きくな
り、第２バッファ層35の挿入の効果が小さくなる。
層35の膜厚は、本実施例に記載した値に限定する必要は
ない。即ち、第１バッファ層34は３〜１５ｎｍの範囲に
あれば、本実施例と同様の効果がある。ここで、第１バ
ッファ層34の膜厚が１５ｎｍを越えると、第１バッファ
層34での光吸収が大きくなり、短絡電流が低下する。一
方、第２バッファ層35の膜厚は、１．５〜５ｎｍの範囲
であれば、本実施例と同様の効果がある。組成傾斜層で
ある第２バッファ層35の膜厚が５ｎｍを越えると、前述
した光照射に伴う電気導電率の低下の影響が大きくな
り、第２バッファ層35の挿入の効果が小さくなる。
【００２６】(5) 次に、ｐ層33、第１バッファ層34及び
第２バッファ層35を形成したガラス基板31を真空中でｉ
層成膜室に搬送し、前述と同様のプラズマＣＶＤ法によ
りｉ層36を成膜した。原料ガスにはシランを用いた。本
実施例ではｉ層36の膜厚は３５０ｎｍとした。つづい
て、ｉ層36を成膜した基板31は、ｎ層成膜室に搬送し、
前述と同様のプラズマＣＶＤ法によりｎ層37を形成し
た。ｎ層37の成膜には、原料ガスとしてシッラン及びフ
ォスフィンを用いた。本実施例では、ｎ層37の膜厚は３
０ｎｍとした。
第２バッファ層35を形成したガラス基板31を真空中でｉ
層成膜室に搬送し、前述と同様のプラズマＣＶＤ法によ
りｉ層36を成膜した。原料ガスにはシランを用いた。本
実施例ではｉ層36の膜厚は３５０ｎｍとした。つづい
て、ｉ層36を成膜した基板31は、ｎ層成膜室に搬送し、
前述と同様のプラズマＣＶＤ法によりｎ層37を形成し
た。ｎ層37の成膜には、原料ガスとしてシッラン及びフ
ォスフィンを用いた。本実施例では、ｎ層37の膜厚は３
０ｎｍとした。
【００２７】(6) 次に、ｎ層37を成膜した後、抵抗加熱
式の真空蒸着法により、金属電極38として膜厚４００ｎ
ｍのアルミニウム（Ａｌ）をｎ層38上に成膜し、ａ−Ｓ
ｉ太陽電池を製作した。
式の真空蒸着法により、金属電極38として膜厚４００ｎ
ｍのアルミニウム（Ａｌ）をｎ層38上に成膜し、ａ−Ｓ
ｉ太陽電池を製作した。
【００２８】このようにして製造されるａ−Ｓｉ太陽電
池は、図１に示すようにガラス基板31上に、透明電極3
2、ｐ層33、第１バッファ層34、第２バッファ層35、ｉ
層３６、ｎ層37及び金属電極38を順次設け、ｐ層33にア
モルファスシリコンカーバイトを用い、第１バッファ層
34はｐ層33とｉ層36の中間的な組成を有する層であり、
第２バッファ層35は傾斜組成型の層である構成となって
いる。しかるに、こうした構成のａ−Ｓｉ太陽電池は、
次のような効果を有する。
池は、図１に示すようにガラス基板31上に、透明電極3
2、ｐ層33、第１バッファ層34、第２バッファ層35、ｉ
層３６、ｎ層37及び金属電極38を順次設け、ｐ層33にア
モルファスシリコンカーバイトを用い、第１バッファ層
34はｐ層33とｉ層36の中間的な組成を有する層であり、
第２バッファ層35は傾斜組成型の層である構成となって
いる。しかるに、こうした構成のａ−Ｓｉ太陽電池は、
次のような効果を有する。
【００２９】1)ｐ層33として、アモルファスシリコンよ
り光学的禁制帯幅の大きいアモルファスシリコンカーバ
イトを用いているため、ｐ層33での光吸収が低減する。
このため、多くの入射光がｉ層33に到達するため、下記
表１に示すように短絡電流が増大する。
り光学的禁制帯幅の大きいアモルファスシリコンカーバ
イトを用いているため、ｐ層33での光吸収が低減する。
このため、多くの入射光がｉ層33に到達するため、下記
表１に示すように短絡電流が増大する。
【００３０】2)ｐ層33／ｉ層36界面にバッファ層を挿入
し、ｉ層36側界面にはカーボン成分傾斜組成膜を採用し
たため、ｐ層33とｉ層36の組成不整合に伴う界面欠陥の
発生が抑制される。このため、バッファ層を有しない従
来技術のａ−Ｓｉ太陽電池と比較して、表１に示したよ
うに短絡電流及び形状因子が増大する。図３は、本実施
例と後述する比較例１の分光感度特性を示す。図３によ
れば、本実施例では、５００ｎｍ以下の短波長感度が向
上しており、ｐ／ｉ界面特性が改善されたことが確認さ
れた。
し、ｉ層36側界面にはカーボン成分傾斜組成膜を採用し
たため、ｐ層33とｉ層36の組成不整合に伴う界面欠陥の
発生が抑制される。このため、バッファ層を有しない従
来技術のａ−Ｓｉ太陽電池と比較して、表１に示したよ
うに短絡電流及び形状因子が増大する。図３は、本実施
例と後述する比較例１の分光感度特性を示す。図３によ
れば、本実施例では、５００ｎｍ以下の短波長感度が向
上しており、ｐ／ｉ界面特性が改善されたことが確認さ
れた。
【００３１】3)ｐ層33／ｉ層36間のバッファ層は、基本
的にｐ層とｉ層の中間的なＣＨ4 比を有するアモルファ
スシリコンカーバイトであり、カーボン成分傾斜組成膜
はｉ層側界面のみとしているため、従来技術によるカー
ボン成分傾斜組成バッファ層と比較して、光照射に伴う
電気導電率の低下が小さい。このため、光照射後も高い
変換効率を維持することができる。
的にｐ層とｉ層の中間的なＣＨ4 比を有するアモルファ
スシリコンカーバイトであり、カーボン成分傾斜組成膜
はｉ層側界面のみとしているため、従来技術によるカー
ボン成分傾斜組成バッファ層と比較して、光照射に伴う
電気導電率の低下が小さい。このため、光照射後も高い
変換効率を維持することができる。
【００３２】事実、比較例１として、バッファ層を全く
有しないａ−Ｓｉ太陽電池を作製した。また、比較例２
として、従来型の組成傾斜バッファ層をｐ層33とｉ層26
間に挿入したａ−Ｓｉ太陽電池も作製した。但し、比較
例１及び比較例２において、透明電極32、ｐ層33、ｉ層
３６、ｎ層37及び金属電極38の膜厚並びに各層の成膜条
件は、前記した本実施例に係るａ−Ｓｉ太陽電池と全く
同一とした。
有しないａ−Ｓｉ太陽電池を作製した。また、比較例２
として、従来型の組成傾斜バッファ層をｐ層33とｉ層26
間に挿入したａ−Ｓｉ太陽電池も作製した。但し、比較
例１及び比較例２において、透明電極32、ｐ層33、ｉ層
３６、ｎ層37及び金属電極38の膜厚並びに各層の成膜条
件は、前記した本実施例に係るａ−Ｓｉ太陽電池と全く
同一とした。
【００３３】以上のようにして作製した３種類のａ−Ｓ
ｉ太陽電池の模擬太陽光を照射し、その電圧−電流特性
を計測した。模擬太陽光照射条件は、下記の通りであ
る。 スペクトル：ＡＭ１．５、 照射強度：１００ｍＷ／ｃｍ2 、 照射温度：２５℃ また、初期特性計測後、模擬太陽光を連続して５０時間
照射した後、安定化効率を計測した。計測結果は、下記
表１に示す通りである。
ｉ太陽電池の模擬太陽光を照射し、その電圧−電流特性
を計測した。模擬太陽光照射条件は、下記の通りであ
る。 スペクトル：ＡＭ１．５、 照射強度：１００ｍＷ／ｃｍ2 、 照射温度：２５℃ また、初期特性計測後、模擬太陽光を連続して５０時間
照射した後、安定化効率を計測した。計測結果は、下記
表１に示す通りである。
【００３４】
【表１】 表１より、本実施例の方が、比較例１及び比較例２と比
べ、短絡電流、開放電圧、形状因子、及び効率の値が大
きく、改善されていることが確認できた。
べ、短絡電流、開放電圧、形状因子、及び効率の値が大
きく、改善されていることが確認できた。
【００３５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ｐ
ｉｎ接合の一部を構成するｐ層にアモルファスシリコン
カーバイトを用いるとともに、ｐ層とｉ層間のバッファ
層の組成をｐ層とｉ層の中間的なＣＨ4 比を有するとと
もに、ｉ層側界面のみＣＨ4 が徐々に小さくなる構成と
することにより、光照射後も高い変換効率を有する非晶
質シリコン太陽電池を提供できる。
ｉｎ接合の一部を構成するｐ層にアモルファスシリコン
カーバイトを用いるとともに、ｐ層とｉ層間のバッファ
層の組成をｐ層とｉ層の中間的なＣＨ4 比を有するとと
もに、ｉ層側界面のみＣＨ4 が徐々に小さくなる構成と
することにより、光照射後も高い変換効率を有する非晶
質シリコン太陽電池を提供できる。
【図１】本発明の一実施例に係る非晶質シリコン太陽電
池の断面図。
池の断面図。
【図２】本発明に係る非晶質シリコン太陽電池の製造に
使用されるプラズマＣＶＤ装置の説明図。
使用されるプラズマＣＶＤ装置の説明図。
【図３】図１の非晶質シリコン太陽電池及び従来の非晶
質シリコン太陽電池における量子効率と波長との関係を
示す特性図。
質シリコン太陽電池における量子効率と波長との関係を
示す特性図。
【図４】従来のｐｉｎ型ａ−Ｓｉ太陽電池の断面図。
11…反応容器、 12…基板、 13…基板加熱ヒータ、 14…放電用電極、 15…インピーダンス整合器、 16…高周波電源、 17…ラジカル加熱用電源、 18…ラジカル加熱ヒータ、 19…反応ガス導入管、 20…排気管、 21…真空ポンプ、 31…ガラス基板、 32…透明電極、 33…ｐ層、 34…第１バッファ層、 35…第２バッファ層、 36…ｉ層、 37…ｎ層、 38…金属電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青井 辰史 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22 号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (56)参考文献 特開 平６−77512（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】 透明基板上に透明電極を介してｐｉｎ接
合を形成した非晶質シリコン太陽電池であり、ｐｉｎ接
合は透明電極側のｐ層上にバッファ層、アモルファスシ
リコンからなるｉ層及びｎ層を順次成膜してなり、前記
ｐ層にｉ層よりも光学的禁制帯幅の大きなアモルファス
シリコンカーバイトを用い、かつ前記バッファ層の構造
は二重になっており、ｐ層側のバッファ層はｐ層とｉ層
の中間的なカーボン比を有し、ｉ層側のバッファ層にお
いてはカーボン比が徐々に小さくなることを特徴とする
非晶質シリコン太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09326298A JP3245111B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 非晶質シリコン太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09326298A JP3245111B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 非晶質シリコン太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11298015A JPH11298015A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3245111B2 true JP3245111B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=14077580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09326298A Expired - Fee Related JP3245111B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 非晶質シリコン太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3245111B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008004813A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Sharp Corp | シリコン系薄膜光電変換素子の製造方法、製造装置およびシリコン系薄膜光電変換素子 |
-
1998
- 1998-04-06 JP JP09326298A patent/JP3245111B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11298015A (ja) | 1999-10-29 |
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