JP5295059B2 - 光電変換装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態1の概略構成を示す断面図である。図1において、光電変換装置1は、絶縁性の透明な基板2と、その上に微細な凹凸である表面テクスチャ構造を有する透明電極3、非晶質Si光電変換層4、中間層5、微結晶Si光電変換層6、裏面電極7が順に積層された構成を備える。また、基板2上には、不純物の阻止層として、必要に応じて酸化Siなどのアンダーコート層8を設けるようにしてもよい。
図4は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態2の中間層とその両側に接合された半導体層の断面構成をエネルギーバンドを用いて示す図である。図4において、この光電変換装置は、図3(b)の負電荷保持中間層304と正電荷保持中間層305との間に導電性透明酸化層306が設けられている。
図5は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態3の中間層とその両側に接合された半導体層の断面構成をエネルギーバンドを用いて示す図である。図5において、この光電変換装置は、図3(b)の負電荷保持中間層304と正電荷保持中間層305との間に電荷調整用中間層307が設けられている。
図6は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態4の中間層とその両側に接合された半導体層の断面構成をエネルギーバンドを用いて示す図である。図6において、この光電変換装置は、図3(b)の負電荷保持中間層304と正電荷保持中間層305との間にバンドオフセット調整用中間層308が設けられている。
実施の形態1では酸素ガスの供給の有無で中間層5の固定電荷を制御したのに対し、実施の形態5は酸素ガスをプラズマセルを通して供給し、流量およびRFパワーを調整することによってプラズマ活性化率の大小を制御することで活性化酸素の割合を変化させたものである。
実施の形態1では酸素ガスの供給の有無で中間層5の固定電荷を制御したのに対し、実施の形態6は、酸素ガスを供給する代わりに還元性ガスを供給することで中間層5の固定電荷を制御したものである。ここでは、還元性ガスとしてはH2Oとした。
実施の形態1では酸素ガスの供給の有無で中間層5の固定電荷を制御したのに対し、実施の形態7は、n型半導体層に接する層の成膜後にH2Oの雰囲気で一定時間処理し、且つp型半導体層に接する層の成膜後にO3の雰囲気で一定時間処理するものである。
2 基板
3 透明電極
4 非晶質Si光電変換層
4a p型非晶質SiC半導体層
4b i型非晶質Si半導体層
4c、4d n型非晶質Si半導体層
5 中間層
5a 正電荷保持酸化アルミニウム層
5b 負電荷保持酸化アルミニウム層
6 微結晶Si光電変換層
6a、6d p型微結晶Si半導体層
6b i型微結晶Si半導体層
6c n型微結晶Si半導体層
7 裏面電極
8 アンダーコート層
11 透明導電層
302 n型半導体層
303 p型半導体層
304 負電荷保持中間層
305 正電荷保持中間層
306 導電性透明酸化層
307 電荷調整用中間層
308 バンドオフセット調整用中間層
Claims (13)
- n型半導体層とp型半導体層とを有する第1光電変換層と、
n型半導体層とp型半導体層とを有するとともに前記第1光電変換層と光吸収波長特性が異なる第2光電変換層と、
前記第1光電変換層のn型半導体層と前記第2光電変換層のp型半導体層との間に挟まれた位置にあって、前記第1光電変換層のn型半導体層に接する側において酸素含有量が相対的に少なく前記第2光電変換層のp型半導体層に接する側において酸素含有量が相対的に多い、三酸化二アルミニウム(Al 2 O 3 )、二酸化ハフニウム(HfO 2 )、二酸化ジルコニウム(ZrO 2 )のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成された酸化膜よりなる透光性の中間層と、を備え、
前記中間層は、前記第1光電変換層のn型半導体層に接する側に正の固定電荷がより多く存在し且つ前記第2光電変換層のp型半導体層に接する側に負の固定電荷がより多く存在することを特徴とする光電変換装置。 - 前記中間層は少なくとも2層で構成され、前記第1光電変換層のn型半導体層に接する層は正の固定電荷がより多く存在し、前記第2光電変換層のp型半導体層に接する層は負の固定電荷がより多く存在することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記固定電荷密度は、n側の正電荷、p側の負電荷ともに半導体層との界面で最大となることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
- 前記中間層は少なくとも3層で構成され、2層目の固定電荷密度の絶対値はその両側の層の固定電荷密度の絶対値より小さいことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記中間層は少なくとも3層で構成され、2層目のバンドギャップはその両側の層のバンドギャップより小さいことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記中間層は少なくとも3層で構成され、2層目は導電性透明酸化膜であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記中間層の両側のポテンシャル差が0.5eV以上2.0eV以下の範囲であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- n型半導体層とp型半導体層とを有する第1光電変換層を形成する工程と、
n型半導体層とp型半導体層とを有するとともに前記第1光電変換層と光吸収波長特性が異なる第2光電変換層を形成する工程と、
前記第1光電変換層のn型半導体層と前記第2光電変換層のp型半導体層との間に挟まれた位置に、前記n型半導体層に接する側の雰囲気は前記p型半導体層に接する側に比べてより酸化能力の弱い条件で、前記第1光電変換層のn型半導体層に接する側において酸素含有量が相対的に少なく前記第2光電変換層のp型半導体層に接する側において酸素含有量が相対的に多い、三酸化二アルミニウム(Al 2 O 3 )、二酸化ハフニウム(HfO 2 )、二酸化ジルコニウム(ZrO 2 )のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成された酸化膜よりなり、前記第1光電変換層のn型半導体層に接する側に正の固定電荷がより多く存在し且つ前記第2光電変換層のp型半導体層に接する側に負の固定電荷がより多く存在する透光性の中間層を成膜する工程とを備えることを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 前記酸化能力は、酸素を含むガスの供給量で調整することを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置の製造方法。
- 前記酸化能力は、酸素を含むガスの中の活性酸素成分の大小で調整することを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置の製造方法。
- 前記ガスの中の活性酸素成分の大小は、プラズマによる活性化の大小で調整することを特徴とする請求項10に記載の光電変換装置の製造方法。
- 前記酸化能力は、酸化性のガスと還元性のガスの供給量で調整することを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置の製造方法。
- n型半導体層とp型半導体層とを有する第1光電変換層を形成する工程と、
n型半導体層とp型半導体層とを有するとともに前記第1光電変換層と光吸収波長特性が異なる第2光電変換層を形成する工程と、
前記第1光電変換層のn型半導体層と前記第2光電変換層のp型半導体層との間に挟まれた位置に、前記n型半導体層に接する層の成膜後に還元性の雰囲気で一定時間処理し、且つp型半導体層に接する層の成膜後に酸化性の雰囲気で一定時間処理することにより、前記第1光電変換層のn型半導体層に接する側において酸素含有量が相対的に少なく前記第2光電変換層のp型半導体層に接する側において酸素含有量が相対的に多い、三酸化二アルミニウム(Al 2 O 3 )、二酸化ハフニウム(HfO 2 )、二酸化ジルコニウム(ZrO 2 )のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成された絶縁体よりなり、前記第1光電変換層のn型半導体層に接する側に正の固定電荷がより多く存在し且つ前記第2光電変換層のp型半導体層に接する側に負の固定電荷がより多く存在する透光性の中間層を成膜する工程とを備えることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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