JP3649948B2 - 光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛を透明導電膜として使用する光起電力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非晶質半導体を主材料とする光起電力装置が、広く普及するに至っている。特に、シリコンからなる材料にあっては、その形成がプラズマＣＶＤ法というガス分解法によって成し得るものであることから、多種類の非晶質シリコンアロイを形成できるという特徴を有している。
【０００３】
然し乍ら、これら非晶質半導体は、その一方でプラズマＣＶＤ法を用いるために、形成途中にある膜或いはその下地となる膜へのそのプラズマ自体による損傷を避けることができない。特に、透明導電膜上にプラズマ反応法による非晶質半導体を形成し光起電力装置の構造とする場合、斯かるプラズマによる損傷により、その透明導電膜の構成材料である錫或いは鉛が形成途上の前記非晶質半導体に拡散し、この光起電力装置の特性を劣化させてしまう。
【０００４】
そこで、近年、耐プラズマ性に優れた酸化亜鉛をこの透明導電膜の表面にコートすることにより、このような拡散による特性劣化を防止する光起電力装置の素子構造が提案されている。斯かる内容については、Technical Digest of the 5th International Photovoltaic Science and Engineering Conference,Kyoto, Japan, p623〜626に詳細に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、酸化亜鉛は、耐プラズマ性に優れるものの、その後に形成されるｐ型半導体としての非晶質シリコンカーバイド（以下ａ−ＳｉＣと略する。）とのオーミック特性が一般に優れず、光起電力装置の変換効率特性の低下を招いている。
【０００６】
そこで、本発明の目的とするところは、このオーミック特性低下の発生しない光起電力装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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、酸化亜鉛の透明導電膜と、該透明導電膜上に形成された導電性非晶質シリコンカーバイドとを備える光起電力装置であって、前記酸化亜鉛の透明導電膜と導電性非晶質シリコンカーバイドとの間に、膜厚が１０〜３０Åのボロンを含有する非晶質シリコンを隣接配置させたことにある。
【０００９】
上述の本発明光起電力装置によれば、酸化亜鉛と非晶質シリコンカーバイドとの間にボロンを含有する非晶質シリコンを隣接配置することによって、これらの接触部のオーミック特性を向上させることが可能となる。これにより、光起電力装置内の直列抵抗成分が低減でき、光起電力特性の向上が図れることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る光起電力装置の素子構造断面図である。図中の（１）は、ガラスや石英などからなる透光性絶縁基板、（２）は透明導電膜である酸化錫、（３）は（２）からの錫の拡散を防止するもう一つの透明導電膜である酸化亜鉛、（４）は本発明の特徴であるＢ2Ｈ6ガスが添加された反応性ガスによって形成されたボロンを含有する非晶質シリコン、（５）はｐ型の導電性ａ−ＳｉＣ、（６）はバッファ用の真性ａ−ＳｉＣ、（７）は真性の非晶質シリコン、（８）はｎ型の導電性非晶質シリコン、（９）はアルミニュームなどからなる金属電極、（１０）は電流取り出し用のリード線である。 本実施形態に係る光起電力装置は、次のようにして形成した。まず、基板（１）上に熱ＣＶＤ法によって酸化錫（２）を形成した後、酸化亜鉛（３）を高周波スパッタ法により成膜する。ターゲット材料として酸化亜鉛を使用し、スパッタガスとしてアルゴン２０ｓｃｃｍ、スパッタ時の真空度３×１０-3Ｔｏｒｒとし、高周波電力３００Ｗ、基板温度１５０℃の条件で膜厚が１５０Åとなるように形成した。
【００１２】
次に、本発明の特徴である、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）をプラズマＣＶＤ法にて成膜した。代表的な反応条件として、シラン２０ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6ガス０．１ｓｃｃｍ、及び水素ガス１００ｓｃｃｍの混合ガスを用い、反応時のガス圧力，放電電力さらに基板温度は、夫々０．２Ｔｏｒｒ，３０Ｗ，１６０℃とし、その膜厚は２０Åとした。
【００１３】
そして、以下の導電性ａ−ＳｉＣ（５）、真性ａ−ＳｉＣ（６）、非晶質シリコン（７）、及び導電性非晶質シリコン（８）は、表１に示された代表的な反応条件によって形成した。また、金属電極（９）は蒸着法によるアルミニュームを使用した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
図２及び図３は、本実施形態の光起電力装置の光起電力特性と、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚との関係を示す特性図である。このボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚がゼロの状態とは、該非晶質シリコン（４）を具備せず酸化亜鉛と導電性ａ−ＳｉＣ（５）を直接被着形成させた従来のものである。
【００１６】
この光起電力特性としては、図２に、曲線因子（ＦＦ）と変換効率（η）を示し、図３に開放電圧（ＶOC）と短絡電流（Ｉ）について示している。特に、曲線因子（ＦＦ）は光起電力装置の直列抵抗成分が小さくなるとともに増加し、１の値に近付く程性能が良いことを示す。
【００１７】
図２によれば、本発明の特徴である、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）を具備しない従来の光起電力装置、即ち図中の膜厚がゼロの状態では、曲線因子が極端に低下することが判る。これは、酸化亜鉛（３）と導電性ａ−ＳｉＣ（５）とが隣接配置されているために、これら接触部におけるオーミック特性が優れず、この光起電力特性としての直列抵抗成分が増加してしまうためである。
【００１８】
一方、本実施形態に係る光起電力装置にあっては、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚の増加とともに、曲線因子（ＦＦ）が増加する。斯かる様子から、本発明光起電力装置においては上記直列抵抗成分の低減が図れていることが判る。
【００１９】
また、図３によれば本実施形態に係る光起電力装置では、その膜厚の増加とともに短絡電流の増加が観察される。これは、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚増加にともなって、該非晶質シリコン（４）自体によって吸収される入射光の量も増加するためである。
【００２０】
従って、本発明にあっては、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）を使用したことによる直列抵抗成分の減少と、その使用による光の損失との均衡を考慮して設計することが必要となる。図２及び図３によれば、短絡電流（Ｉ）の減少及び曲線因子（ＦＦ）の増加との兼ね合いから、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚を１０〜３０Åの範囲とすることが好ましく、特にその膜厚を２０Åとすることで変換効率（η）の最高値が得られている。
【００２１】
次に、本発明光起電力装置の製造方法に係る実施の形態について説明する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明光起電力装置及び光起電力装置の製造方法によれば、酸化亜鉛と導電性ａ−ＳｉＣとの間のオーミック特性を向上させることができ、良好な光起電力特性を得ることが可能となる。
【００３１】
また、本発明光起電力装置で使用する、ボロンを含有する非晶質シリコンは、導電性非晶質シリコンカーバイドと同様のプラズマＣＶＤ法によって形成し得るものであることから、工程の複雑化を招かない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光起電力装置の素子構造断面図である。
【図２】本実施形態に係る光起電力装置の光起電力特性図である。
【図３】本実施形態に係る光起電力装置の別の光起電力特性図である。
【符号の説明】
（３）…酸化亜鉛、（４）…ボロンを含有する非晶質シリコン、（５）…導電性非晶質シリコンカーバイド
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛を透明導電膜として使用する光起電力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非晶質半導体を主材料とする光起電力装置が、広く普及するに至っている。特に、シリコンからなる材料にあっては、その形成がプラズマＣＶＤ法というガス分解法によって成し得るものであることから、多種類の非晶質シリコンアロイを形成できるという特徴を有している。
【０００３】
然し乍ら、これら非晶質半導体は、その一方でプラズマＣＶＤ法を用いるために、形成途中にある膜或いはその下地となる膜へのそのプラズマ自体による損傷を避けることができない。特に、透明導電膜上にプラズマ反応法による非晶質半導体を形成し光起電力装置の構造とする場合、斯かるプラズマによる損傷により、その透明導電膜の構成材料である錫或いは鉛が形成途上の前記非晶質半導体に拡散し、この光起電力装置の特性を劣化させてしまう。
【０００４】
そこで、近年、耐プラズマ性に優れた酸化亜鉛をこの透明導電膜の表面にコートすることにより、このような拡散による特性劣化を防止する光起電力装置の素子構造が提案されている。斯かる内容については、Technical Digest of the 5th International Photovoltaic Science and Engineering Conference,Kyoto, Japan, p623〜626に詳細に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、酸化亜鉛は、耐プラズマ性に優れるものの、その後に形成されるｐ型半導体としての非晶質シリコンカーバイド（以下ａ−ＳｉＣと略する。）とのオーミック特性が一般に優れず、光起電力装置の変換効率特性の低下を招いている。
【０００６】
そこで、本発明の目的とするところは、このオーミック特性低下の発生しない光起電力装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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、酸化亜鉛の透明導電膜と、該透明導電膜上に形成された導電性非晶質シリコンカーバイドとを備える光起電力装置であって、前記酸化亜鉛の透明導電膜と導電性非晶質シリコンカーバイドとの間に、膜厚が１０〜３０Åのボロンを含有する非晶質シリコンを隣接配置させたことにある。
【０００９】
上述の本発明光起電力装置によれば、酸化亜鉛と非晶質シリコンカーバイドとの間にボロンを含有する非晶質シリコンを隣接配置することによって、これらの接触部のオーミック特性を向上させることが可能となる。これにより、光起電力装置内の直列抵抗成分が低減でき、光起電力特性の向上が図れることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る光起電力装置の素子構造断面図である。図中の（１）は、ガラスや石英などからなる透光性絶縁基板、（２）は透明導電膜である酸化錫、（３）は（２）からの錫の拡散を防止するもう一つの透明導電膜である酸化亜鉛、（４）は本発明の特徴であるＢ2Ｈ6ガスが添加された反応性ガスによって形成されたボロンを含有する非晶質シリコン、（５）はｐ型の導電性ａ−ＳｉＣ、（６）はバッファ用の真性ａ−ＳｉＣ、（７）は真性の非晶質シリコン、（８）はｎ型の導電性非晶質シリコン、（９）はアルミニュームなどからなる金属電極、（１０）は電流取り出し用のリード線である。 本実施形態に係る光起電力装置は、次のようにして形成した。まず、基板（１）上に熱ＣＶＤ法によって酸化錫（２）を形成した後、酸化亜鉛（３）を高周波スパッタ法により成膜する。ターゲット材料として酸化亜鉛を使用し、スパッタガスとしてアルゴン２０ｓｃｃｍ、スパッタ時の真空度３×１０-3Ｔｏｒｒとし、高周波電力３００Ｗ、基板温度１５０℃の条件で膜厚が１５０Åとなるように形成した。
【００１２】
次に、本発明の特徴である、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）をプラズマＣＶＤ法にて成膜した。代表的な反応条件として、シラン２０ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6ガス０．１ｓｃｃｍ、及び水素ガス１００ｓｃｃｍの混合ガスを用い、反応時のガス圧力，放電電力さらに基板温度は、夫々０．２Ｔｏｒｒ，３０Ｗ，１６０℃とし、その膜厚は２０Åとした。
【００１３】
そして、以下の導電性ａ−ＳｉＣ（５）、真性ａ−ＳｉＣ（６）、非晶質シリコン（７）、及び導電性非晶質シリコン（８）は、表１に示された代表的な反応条件によって形成した。また、金属電極（９）は蒸着法によるアルミニュームを使用した。
【００１４】
【表１】
図２及び図３は、本実施形態の光起電力装置の光起電力特性と、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚との関係を示す特性図である。このボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚がゼロの状態とは、該非晶質シリコン（４）を具備せず酸化亜鉛と導電性ａ−ＳｉＣ（５）を直接被着形成させた従来のものである。
【００１６】
この光起電力特性としては、図２に、曲線因子（ＦＦ）と変換効率（η）を示し、図３に開放電圧（ＶOC）と短絡電流（Ｉ）について示している。特に、曲線因子（ＦＦ）は光起電力装置の直列抵抗成分が小さくなるとともに増加し、１の値に近付く程性能が良いことを示す。
【００１７】
図２によれば、本発明の特徴である、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）を具備しない従来の光起電力装置、即ち図中の膜厚がゼロの状態では、曲線因子が極端に低下することが判る。これは、酸化亜鉛（３）と導電性ａ−ＳｉＣ（５）とが隣接配置されているために、これら接触部におけるオーミック特性が優れず、この光起電力特性としての直列抵抗成分が増加してしまうためである。
【００１８】
一方、本実施形態に係る光起電力装置にあっては、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚の増加とともに、曲線因子（ＦＦ）が増加する。斯かる様子から、本発明光起電力装置においては上記直列抵抗成分の低減が図れていることが判る。
【００１９】
また、図３によれば本実施形態に係る光起電力装置では、その膜厚の増加とともに短絡電流の増加が観察される。これは、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚増加にともなって、該非晶質シリコン（４）自体によって吸収される入射光の量も増加するためである。
【００２０】
従って、本発明にあっては、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）を使用したことによる直列抵抗成分の減少と、その使用による光の損失との均衡を考慮して設計することが必要となる。図２及び図３によれば、短絡電流（Ｉ）の減少及び曲線因子（ＦＦ）の増加との兼ね合いから、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚を１０〜３０Åの範囲とすることが好ましく、特にその膜厚を２０Åとすることで変換効率（η）の最高値が得られている。
【００２１】
次に、本発明光起電力装置の製造方法に係る実施の形態について説明する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明光起電力装置及び光起電力装置の製造方法によれば、酸化亜鉛と導電性ａ−ＳｉＣとの間のオーミック特性を向上させることができ、良好な光起電力特性を得ることが可能となる。
【００３１】
また、本発明光起電力装置で使用する、ボロンを含有する非晶質シリコンは、導電性非晶質シリコンカーバイドと同様のプラズマＣＶＤ法によって形成し得るものであることから、工程の複雑化を招かない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光起電力装置の素子構造断面図である。
【図２】本実施形態に係る光起電力装置の光起電力特性図である。
【図３】本実施形態に係る光起電力装置の別の光起電力特性図である。
【符号の説明】
（３）…酸化亜鉛、（４）…ボロンを含有する非晶質シリコン、（５）…導電性非晶質シリコンカーバイド
Claims (1)
- 酸化亜鉛の透明導電膜と、該透明導電膜上に形成された導電性非晶質シリコンカーバイドとを備える光起電力装置であって、前記酸化亜鉛の透明導電膜と導電性非晶質シリコンカーバイドとの間に、膜厚が１０〜３０Åのボロンを含有する非晶質シリコンを隣接配置させたことを特徴とする光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12617099A JP3649948B2 (ja) | 1991-04-08 | 1999-05-06 | 光起電力装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-75182 | 1991-04-08 | ||
| JP7518291 | 1991-04-08 | ||
| JP12617099A JP3649948B2 (ja) | 1991-04-08 | 1999-05-06 | 光起電力装置及びその製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3293183A Division JP2975744B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-11-08 | 光起電力装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340485A JPH11340485A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3649948B2 true JP3649948B2 (ja) | 2005-05-18 |
Family
ID=26416338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12617099A Expired - Fee Related JP3649948B2 (ja) | 1991-04-08 | 1999-05-06 | 光起電力装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3649948B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005109526A1 (ja) * | 2004-05-12 | 2008-03-21 | 株式会社カネカ | 薄膜光電変換装置 |
| JP4971755B2 (ja) * | 2006-11-14 | 2012-07-11 | 株式会社カネカ | 薄膜光電変換装置とその製造方法 |
-
1999
- 1999-05-06 JP JP12617099A patent/JP3649948B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH11340485A (ja) | 1999-12-10 |
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