JPH01164072A - アモルフアスシリコン太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アモルファスシリコンのｐｅｉｅｎの各層
を積層して形成されたｐｉｎ構造のアモルファスシリコ
ン太陽電池に関する。

（従来の技術〕 一般に、アモルファスシリコン太＋ｓｗ池とｔ、て、た
とえば特開昭５９−５５０７８号公報（ＨＯＩＬ　３１
１０４）に記載のものなど、種ぐ９考えられており、こ
れらの太陽電池はつぎのように構成されている。

すなわち、ガラス等からなる透光性絶縁基板と、該基板
上に形成されたＩ　Ｔｏ　［Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０
ｘｉｄｅ　］等からなる透明導電膜と、該導電膜上に順
次積層されたアモルファスシリコン（以下ａ−３ｉとい
つ）のｐｍ”ｐｎの各層と、ｎ層上に形成された金属電
極膜とにより形成されている。

ところで、このように光の入射側からｐｅｉｅｎ、の各
層が配設されたａ−５ｉ太陽電池の場合、入射光のエネ
ルギにより各ａ−５ｉの層中にキャリアつまり電子−正
孔対が発生し、ｐ　＊　ｎ！で発生した電子−正孔対は
、ｐｔｎ層に存在するトラップ準位により再結合して消
滅するのに対し、ｉ層で発生した電子−正孔対は、ｉ層
に存在する内部電界により電子がｎ層へ、正孔がｐｆｆ
にそれぞれドリフトして光電流となる。

このとき、ｉ層に存在する内部電界の強２弱により、キ
ャリアの収集効率は高、低となるが、ｉ層の内部電界は
均一ではなく、ｉ層の中心付近の内部電界が最も弱くな
る。

そこで、ｉ層の中心付近の内部電界強度の増大を図るた
めに、従来ｉｌｌ中にボロン〔Ｂ〕またはリン（Ｐ）を
均一にドープする手法、ｉ層中のＢのドープ量を連続的
にｐ層方向またはｎ層方向に増大させる手法、ｉ層にＢ
とＰを同時にドープする手法やｉ層のバンドギャップを
カーボン（Ｃ）のドープ量の調整によって変化させる手
法などが考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、前記したように１層全域にＢやＰをドープす
ると、ｉ層中にＢ、Ｐによる電子−正孔対の再結合準位
が発生するため、ｉ層の膜質の低下を招き、またＣをド
ープすると、ｉ層の抵抗が大きくなるとともに、ｉ層中
に再結合準位が発生し、太陽電池の特性劣化を招くとい
う問題点があるＯ そこで、この発明では、ｉ層中での再結合準位の発生を
抑制し、ｉ層の中心付近での内部電界強度の増大を図る
ことを技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そして、前記した従来技術の問題点を解決するための手
段を、実施例に対応する第１図を用いて説明する。

すなわち、透光性絶縁基板ｆｌｌ上に、透明導電膜（２
）を介し、アモルファスシリコンのｐ＊ｉｓ”の各層（
３１、（６１＊　ｆ７）を順次積層して形成されたｐｉ
ｎ構造のアモルファスシリコン太陽電池において、この
発明では、 前記ｉ層（６）を、 前記１）ＩＥｌ１３１上に形成されたアモルファスシリ
コンのノンドープ層（４）と、前記ノンドープ＋　ｔ＋
）上に形成され、不純物のドープ量が上方に向かって連
続的に増大し前記ノンドープ層（４）よりバンドギャッ
プの狭いアモルファスシリコンのグレイデッド層（５）
とにより形成するという技術的手段を講じている。

〔作用〕

したがって、この発明によると、ノンドープ層（４）と
、不純物の量が上方に向かって連続的に増大しノンドー
プ層（４）よりもバンドギャップの狭いグレイデッド層
（５）とにより、ｉ層（６）を形成したため、従来のよ
うに１層全域にわたって不純物をドープする場合に比べ
、１ｆｆＨＧ＋の不純物のドープ量が大幅に低減され、
再結合準位の発生が抑制されてｉ層（６）の膜質の低下
が防止され、しかもｉ層（Ｇ）の中心付近のエネルギバ
ンドが平坦になることが防止されてｉａ＋６＋の中心付
近の内部電界強度が増大し、１層＋６１の全域にわ゛た
る内部電界強度が大きくなり、入射光エネルギにより発
生するキャリアの収集効率が向上する。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した図面ととも
に詳細に説明する。

第１図において、（１）はガラス等からなる透光性絶縁
基板、（２）は基板（１）上に形成されたＩＴＯ等から
なる透明導電膜、（３）は透明導電膜（２）上に形成さ
れたａ−８ｉのｐ層、（４）はｐ層＋３＋上に形成され
たａ−５ｉのノンドープ層、（５）はａ−５ｉのグレイ
デッド層であり、ノンドープ層（４）上に該ノンドープ
層（４）とほぼ同じ膜厚に形成され、不純物であるリン
（Ｐａｌのドープ量が上方に向かＣ）連続的に増大して
Ｐがドープされ、ノンドープ層（４）に比べてグレイデ
ッド層（５）のバンドギャップが狭くなっており、ノン
ドープ層（４）とグレイデッド層（５）とにより、ａ−
５ｉの１ｆｆｉｆ６１が形成されている。

このとき、グレイデッド層（６）におけるＰのドープ量
は、ノンドープｍ（４）との界面で最小の１×１０１７
！−３，上層のｎ層との界面で最大の５Ｘ１０１９（７
１１１−３に設定されており、ノンドープ層（４）およ
びグレイデッド層（５）の膜厚は、それぞれ２０００〜
５０００　’ｈでほぼ等しく設定されている。

さらに、第１図において、（７）はグレイデッド層（５
）上に形成されたａ−５ｉのｎ層、（８）はｎ層（７）
上に形成された金属電極膜であり、基板（１）、透明導
電膜［２１、Ｉ）層＋３＋、ｉ層（６＋　Ｉ　ｎ層（７
）および金属電極膜（８）により、ａ−ａｉ太陽電池が
構成されている。

つぎに、前記した太陽電池を製造するための分離形成方
式の製造装置の概略を示す第２図について説明する。

＠２図において、（９）は仕込室、（１０ａ）、（１０
ｂ）　。

（１０ｃ）、（１０ｄ）は仕込室（９）に並設されたｐ
層（３）、ノンドープ層（４）、グレイデッド層＋ｆｉ
ｌ　ｅ　ｎＢ　（７１の形成用の第１〜第４形成室、（
！ｌ）は第４形成室（１０ｄ）に並設された取出室であ
り、各室（９１、（１０ａ）（１０ｄ）。

（１１）が仕切りバルブ（１２ａ）〜（１２ｅ）により
連通自在に仕切られている。

ところで、仕込室（９）および取出室（１１）には、両
室１＋ｌ　、　Ｈと外部とを連通自在に仕切った他の仕
切りバルブ（１３ａ）、（１３ｂ）が設けられ、これら
の仕切りバルブ（１３ａ）、（１３ｂ）を通して基板＋
１１の仕込み、取り出しが行なわれ、図外の搬送装置に
より、前記した仕切りバルブ（１２ａ）〜（１２ｅ）を
通して基板＋１１が各形成室（１０ａ）〜（１０ｄ）へ
順次移動され、基板（１１上に各層が形成される。

さらに、第２図において、（１４ａ）〜（１４ｆ）は各
室（９１、（１０ａ）〜（１０ｄ）　、　（Ｉすにそれ
ぞれ形成サレタカス導入口、（１５ａ）〜（１５ｆ）は
各室（９）　、　（１０ａ）〜（１０ｄ）　。

（１すにそれぞれ形成された排気口、（１（ｉ）は各形
成室（１０ａ）〜（１０ｄ）にそれぞれ配設された一方
の電極、（１７）は各形成室（１０ａ）〜（ＩＱｄ）に
電極（則に対向して配設された他方の電極であり、各形
成室（１０ａ）〜（１０ｄ）において、画電極′Ｊφ、
（１η間に高周波電界が印加されて反応ガスが分解され
、エピタキシャル成長膜の形成が行なわれる。

なお、この皿の製造装置の例として、特開昭６０−３０
１８２号公報（ｔＩＯＩＬ　３１１０４）に記載のもの
がある。

そして、第１図に示す構成のａ−５ｉ太陽電池のエネル
ギバンド構造を図示すると、第３図の実線に示すように
なる。ただし、第３図中のＥｆはフェルミレベルを示す
。

すなわち、第３図中の破線は、ノンドープのｉ層を有す
る従来のａ−８ｉ太陽電池のエネルギバンドを示し、こ
の場合ｉ層の中心付近でエネルギバンドはほぼ平坦にな
るため、ｉ層の中心付近の内部電界は弱く、キャリアの
収集効率は低くなり、同図中の１点鎖線に示すよう（こ
、たとえばカーボン〔りのドープにより、ｉ層をバンド
ギャップの広い第１層とバンドギャップの狭い第２層と
のほぼ等しい厚さの２層構造とし、ｐ層側にバンドギャ
ップの広い第１層を配設した従来のａ−５ｉ太陽電池の
場合、バンドギャップの変化により、ｉ層の中心付近の
内部電界強度は大きくなるが、入射光エネルギによりｉ
層に発生する電子−正孔対のうちｐ層側にドリフトする
正孔に対しては、バンドギャップの変化が障壁となり、
しかもｎ層に近いｉＪＪの第２層のエネルギバンドが平
坦になって内部電界強度が弱くなり、やはりキャリアの
収集効率は低い。

これに対し、第３図中の実線で示す前記実施例のａ−５
ｉ太陽電池の場合、１ａ（６１の中心付近、すなわちノ
ンドープ層（４）とグレイデッド層（５）との界面付近
において、前記したような正孔に対する障壁はなくなり
、内部電界強度が増大し、ｉ層（６）の全域にわたる内
部電界強度が太き（なり、キャリアの収集効率の向上が
望める。

したがって、前記実施例によると、従来のように、ｉ府
全域にわたってＢ、Ｐ不純物をドープする場合に比べて
不純物のドープ量を大幅に低減でき、再結合準位の発生
を抑制して膜質の低下を防止でき、しかもｉｏ＋６＋の
全域にわたり内部電界強度を大きくでき、光エネルギに
より発生するキャリアの収集効率の向上を図ることが可
能となり、太陽電池の特性の向上を図ることができる。

なお、前記実施例では、分離形成方式の製造装置により
、ａ−５ｉ太陽電池の製造を行なったが、分離形成以外
の方式により製造を行なってもよいのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明のアモルファスシリコン太陽電
池によると、従来に比べてｉ層の不純物のドープ量を大
幅に低減でき、ｉ層における再結合準位の発生を抑制し
て膜質の低下を防止することができ、しかもｉ層の中心
付近の内部電界を増大でき、１層全域の内部電界強度を
大きくしてキヤリアの収集効率の向上を図ることができ
、特性の優れたａ−５ｉ太陽電池を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明のアモルファスシリコン太陽電池の１
実施例を示し、第１図は断面図、＠２図は製造装置の概
略図、第３図はエネルギバンドの説明図である。 ［＋１・・・透光性絶縁基板、（２１・・・透明導電膜
、（３）・・・ｐＧ、（４１・・・ノンドープｌ、ｆ［
ｉｌ・・・グレイデッドａ、（ａｔ・・・ｉ層、（７）
・・・ｎ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性絶縁基板上に、透明導電膜を介し、アモル
   ファスシリコンのｐ、ｉ、ｎの各層を順次積層して形成
   されたｐｉｎ構造のアモルファスシリコン太陽電池にお
   いて、 前記ｉ層が、 前記ｐ層上に形成されたアモルファスシリコンのノンド
   ープ層と、 前記ノンドープ層上に形成され、不純物のドープ量が上
   方に向かつて連続的に増大し前記ノンドープ層よりバン
   ドギャップの狭いアモルファスシリコンのグレイデツド
   層と からなることを特徴とするアモルファスシリコン太陽電
   池。