JPH0147025B2 - - Google Patents
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- JPH0147025B2 JPH0147025B2 JP54136981A JP13698179A JPH0147025B2 JP H0147025 B2 JPH0147025 B2 JP H0147025B2 JP 54136981 A JP54136981 A JP 54136981A JP 13698179 A JP13698179 A JP 13698179A JP H0147025 B2 JPH0147025 B2 JP H0147025B2
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、入射光エネルギーによつてキヤリア
を生ずる能動領域を持つ半導体基板を備え、この
能動領域を覆う電気絶縁層上に金属接触が設けら
れている太陽電池に関する。
を生ずる能動領域を持つ半導体基板を備え、この
能動領域を覆う電気絶縁層上に金属接触が設けら
れている太陽電池に関する。
半導体基板表面に平行にpn接合面を持つ従来
の太陽電池の一つの変形として、MIS型太陽電池
と呼ばれているものが公知である。この太陽電池
では、光のエネルギーによつて作られた電子正孔
対の分裂が、5nm以下の薄い絶縁層で隔離された
金属と半導体との間に形成されるシヨツトキ接触
の電場内で行われる。この絶縁層は半導体基板が
シリコンである場合SiO2層である。電子がトン
ネル効果によつて通り抜けるこの酸化物は、通常
のシヨツトキ接触太陽電池に比べて太陽電池の直
列抵抗はあまり大きくすることなく照射中の無負
荷電圧を高める。このMIS太陽電池の一種は例え
ばアール・ジエイ・スターン（R.J.Stirn）及び
ワイ・シー・エム・イエー（Y.C.M.Yeh）の論
文「アプライド・フイジツクス・レターズ
（Appl.Phys.Letters）」第27巻第２号、95〜98ペ
ージ、1975.7.15に記載されている。
の太陽電池の一つの変形として、MIS型太陽電池
と呼ばれているものが公知である。この太陽電池
では、光のエネルギーによつて作られた電子正孔
対の分裂が、5nm以下の薄い絶縁層で隔離された
金属と半導体との間に形成されるシヨツトキ接触
の電場内で行われる。この絶縁層は半導体基板が
シリコンである場合SiO2層である。電子がトン
ネル効果によつて通り抜けるこの酸化物は、通常
のシヨツトキ接触太陽電池に比べて太陽電池の直
列抵抗はあまり大きくすることなく照射中の無負
荷電圧を高める。このMIS太陽電池の一種は例え
ばアール・ジエイ・スターン（R.J.Stirn）及び
ワイ・シー・エム・イエー（Y.C.M.Yeh）の論
文「アプライド・フイジツクス・レターズ
（Appl.Phys.Letters）」第27巻第２号、95〜98ペ
ージ、1975.7.15に記載されている。
この太陽電池のpn接合型太陽電池と比較した
長所は次のとおりである。
長所は次のとおりである。
ａ） 高温の製作工程がなく廉価である。
ｂ） 拡散に基づく結晶欠陥の発生がない。この
欠陥は再結合中心として作用し効率を著しく低
下させる。
欠陥は再結合中心として作用し効率を著しく低
下させる。
ｃ） 電場が半導体表面にまで達し紫外光の吸収
が高電場中で生ずるため、短波長領域で効率が
高くなる。
が高電場中で生ずるため、短波長領域で効率が
高くなる。
ｄ） 耐放射線性が高い。
ｅ） 多結晶および無定形の廉価な半導体材料が
問題無く使用される。
問題無く使用される。
しかし他方では大面積のMIS接合の一様な製作
と極端に薄い透光性金属層の形成に困難な問題が
ある。
と極端に薄い透光性金属層の形成に困難な問題が
ある。
上記の難点を避けて廉価な太陽電池を製作する
別の方法は、反転層太陽電池と呼ばれているもの
にすることである。この型の太陽電池では荷電体
を集めるため、比較的厚い属層から成る導体路系
とその下に作られたpn接合あるいはMIS障壁接
触が使用される。金属導体路間の区域は透明な誘
電体層で覆われ、この層は同時に反射防止層とな
る。絶縁体−半導体境界面に生ずる固定電荷によ
り半導体内には誘電層の直下に多数キヤリアから
成る反転層とそれに続く空間電荷領域が形成され
る。この反転は誘起pn接合の一半を構成し、そ
の内部に発生する強い電場により光によつて作ら
れたキヤリアが集められる。反転層の電気抵抗は
比較的低いから、光で作られた少数キヤリアはこ
の薄い表面反転層内を金属フイルム内と同様に拡
散によつて接触に向かつて進みそこから流れ出
る。
別の方法は、反転層太陽電池と呼ばれているもの
にすることである。この型の太陽電池では荷電体
を集めるため、比較的厚い属層から成る導体路系
とその下に作られたpn接合あるいはMIS障壁接
触が使用される。金属導体路間の区域は透明な誘
電体層で覆われ、この層は同時に反射防止層とな
る。絶縁体−半導体境界面に生ずる固定電荷によ
り半導体内には誘電層の直下に多数キヤリアから
成る反転層とそれに続く空間電荷領域が形成され
る。この反転は誘起pn接合の一半を構成し、そ
の内部に発生する強い電場により光によつて作ら
れたキヤリアが集められる。反転層の電気抵抗は
比較的低いから、光で作られた少数キヤリアはこ
の薄い表面反転層内を金属フイルム内と同様に拡
散によつて接触に向かつて進みそこから流れ出
る。
上記のMIS型太陽電池と同様に反転層太陽電池
も表面再結合速度が低いことに基づいてpn接合
型太陽電池よりも高い紫外線感度を持つことが予
期される。反転層の導電率を高くして光電流をで
きるだけ大きくするためには、境界面電荷密度
（QSS）をできるだけ高くし、同時に表面状態密度
（NSS）を小さくしなければならない。表面状態
は少数キヤリアを捕獲することにより電気伝導度
を低下させる。従つて反転層太陽電池が満たすべ
き主要な条件は次の二つとなる。
も表面再結合速度が低いことに基づいてpn接合
型太陽電池よりも高い紫外線感度を持つことが予
期される。反転層の導電率を高くして光電流をで
きるだけ大きくするためには、境界面電荷密度
（QSS）をできるだけ高くし、同時に表面状態密度
（NSS）を小さくしなければならない。表面状態
は少数キヤリアを捕獲することにより電気伝導度
を低下させる。従つて反転層太陽電池が満たすべ
き主要な条件は次の二つとなる。
(1) 良導電性の反転層を得るために、境界面電荷
密度が高くなること。
密度が高くなること。
(2) 再結合によるキヤリアの損失を少なくするた
め、表面状態密度が低くなること。
め、表面状態密度が低くなること。
シリコン半導体基板表面の誘電体層として熱酸
化層を使用する場合には、この層の形成に1000℃
以上の高温が必要で消費電力が大きく結晶欠陥の
発生の危険が高くなることを無視しても、境界面
電荷密度QSSを高くして反転層の電気抵抗を低下
させると、それに伴つて常に表面状態密度NSSが
高くなる。境界面電荷密度QSSの上昇は、比較的
低い温度において酸素中テンパー処理を行い、又
シリコン基板表面を（100）面の代わりに（111）
面とすることによつて達成される。極端な場合に
はQSS／ｑ（ｑは電気素量）の値は１×1012cm-2に
達するが、同時に表面状態密度NSSの値が極めて
高く1012cm-2eV-1程度になる。
化層を使用する場合には、この層の形成に1000℃
以上の高温が必要で消費電力が大きく結晶欠陥の
発生の危険が高くなることを無視しても、境界面
電荷密度QSSを高くして反転層の電気抵抗を低下
させると、それに伴つて常に表面状態密度NSSが
高くなる。境界面電荷密度QSSの上昇は、比較的
低い温度において酸素中テンパー処理を行い、又
シリコン基板表面を（100）面の代わりに（111）
面とすることによつて達成される。極端な場合に
はQSS／ｑ（ｑは電気素量）の値は１×1012cm-2に
達するが、同時に表面状態密度NSSの値が極めて
高く1012cm-2eV-1程度になる。
本発明の目的は、固定境界面電荷密度と表面状
態密度との関連を断ち切ることができる絶縁層を
持つた太陽電池を得ることにある。
態密度との関連を断ち切ることができる絶縁層を
持つた太陽電池を得ることにある。
この目的を達成するため本発明においては、入
射光エネルギーによつてキヤリアを生ずる能動領
域を持つ半導体基板を備え、半導体基板の光入射
側表面に二重層よりなる絶縁層が設けられ、この
絶縁層は半導体基板内に反転層を作りかつ半導体
基板の光入射側表面におけるキヤリアの再結合速
度を低下させるものであり、少なくとも外側の絶
縁層内に金属接触が形成され、絶縁層の半導体基
板に直接接する第一層は自然発生した酸化シリコ
ン層または800℃以下の温度で作られた酸化シリ
コン層であり、絶縁層の第二層は第一層とは異な
る絶縁材料からなり、両絶縁層の境界面に固定電
荷が埋め込まれる。
射光エネルギーによつてキヤリアを生ずる能動領
域を持つ半導体基板を備え、半導体基板の光入射
側表面に二重層よりなる絶縁層が設けられ、この
絶縁層は半導体基板内に反転層を作りかつ半導体
基板の光入射側表面におけるキヤリアの再結合速
度を低下させるものであり、少なくとも外側の絶
縁層内に金属接触が形成され、絶縁層の半導体基
板に直接接する第一層は自然発生した酸化シリコ
ン層または800℃以下の温度で作られた酸化シリ
コン層であり、絶縁層の第二層は第一層とは異な
る絶縁材料からなり、両絶縁層の境界面に固定電
荷が埋め込まれる。
本発明においては、埋め込まれた固定電荷をシ
リコン−酸化シリコン境界面の特性に無関係に調
節し最適値に設定することが可能となる。
リコン−酸化シリコン境界面の特性に無関係に調
節し最適値に設定することが可能となる。
本発明の一実施例においては、絶縁層の第二層
が低い温度で作られた窒化シリコンから成る。こ
の場合異種イオン特にアルカリイオンを窒化シリ
コン層に組み込むと有利であり、これによつて電
荷密度QNを著しく高くすることができる。本発
明による太陽電池の総ての層は、熱エネルギーを
加えるか、グロー放電又は陰極スパツタリングに
より化学的に析出させるか、真空蒸着によつて設
けることができる。
が低い温度で作られた窒化シリコンから成る。こ
の場合異種イオン特にアルカリイオンを窒化シリ
コン層に組み込むと有利であり、これによつて電
荷密度QNを著しく高くすることができる。本発
明による太陽電池の総ての層は、熱エネルギーを
加えるか、グロー放電又は陰極スパツタリングに
より化学的に析出させるか、真空蒸着によつて設
けることができる。
次に絶縁層の第二層として窒化シリコン層を使
用する場合を例にとつて、それを反転層太陽電池
又はMIS太陽電池に使用したときの利点を説明す
る。抵抗加熱又は放射加熱の反応炉内でシラン
（SiH4）とアンモニア（NH3）とを反応させて作
つた窒化シリコン層を持つ太陽電池は次の特性を
示した。
用する場合を例にとつて、それを反転層太陽電池
又はMIS太陽電池に使用したときの利点を説明す
る。抵抗加熱又は放射加熱の反応炉内でシラン
（SiH4）とアンモニア（NH3）とを反応させて作
つた窒化シリコン層を持つ太陽電池は次の特性を
示した。
(1) 層析出温度が低くなると正の表面電荷密度
QSSが増大する。約640℃の析出温度ではQSS／
ｑは極めて大きな値（５〜７×1012cm-2）とな
る。これは熱酸化SiO2の場合より一桁大きい。
層形成時間は10分から20分の間である。
QSSが増大する。約640℃の析出温度ではQSS／
ｑは極めて大きな値（５〜７×1012cm-2）とな
る。これは熱酸化SiO2の場合より一桁大きい。
層形成時間は10分から20分の間である。
(2) 表面電荷密度QSSの値に関してはシリコン結
晶の（111）面と（100）面の間およびｎードピ
ングとｐドーピングの間に差が認められない。
これは表面電荷密度が基板結晶の方向およびド
ーピングの種類に無関係であることを示す。こ
の事実に基づき（100）面を表面とするｐ型シ
リコン結晶を使用して少数キヤリアとしての電
子の高い移動度と同時に（100）面の低い表面
状態密度NSSを利用することができる。（熱反
応SiO2の場合は高い表面電荷密度を得るため
には（111）面を表面とするシリコン結晶板を
使用しなければならない。） (3) 窒化シリコンはｎ型シリコンに対しても有利
であり、この場合要求されている負の境界面電
荷は後から層形成温度以上の温度においてテン
パー処理を施すかあるいはより高い温度で層を
析出させることによつて発生させることができ
る。アルミニウムとの間の仕事関数の差はｎ型
シリコンの方がｐ型シリコンよりも大きいか
ら、この事実はMIS太陽電池において利用価値
が大きい。
晶の（111）面と（100）面の間およびｎードピ
ングとｐドーピングの間に差が認められない。
これは表面電荷密度が基板結晶の方向およびド
ーピングの種類に無関係であることを示す。こ
の事実に基づき（100）面を表面とするｐ型シ
リコン結晶を使用して少数キヤリアとしての電
子の高い移動度と同時に（100）面の低い表面
状態密度NSSを利用することができる。（熱反
応SiO2の場合は高い表面電荷密度を得るため
には（111）面を表面とするシリコン結晶板を
使用しなければならない。） (3) 窒化シリコンはｎ型シリコンに対しても有利
であり、この場合要求されている負の境界面電
荷は後から層形成温度以上の温度においてテン
パー処理を施すかあるいはより高い温度で層を
析出させることによつて発生させることができ
る。アルミニウムとの間の仕事関数の差はｎ型
シリコンの方がｐ型シリコンよりも大きいか
ら、この事実はMIS太陽電池において利用価値
が大きい。
(4) 同時に窒化物の析出温度が低いと表面状態密
度NSSの値が極めて小さくなり、表面再結合速
度が低下する。このことは析出中に自動的に実
施される水素テンパー処理に起因するものであ
る。
度NSSの値が極めて小さくなり、表面再結合速
度が低下する。このことは析出中に自動的に実
施される水素テンパー処理に起因するものであ
る。
(5) 窒化物層内の機械的の応力は層形成温度の上
昇と共に増大するが、実測結果によれば層形成
温度が1000℃となつて始めて基板内に作られる
結晶欠陥に基づく寿命の悪化が起こる。
昇と共に増大するが、実測結果によれば層形成
温度が1000℃となつて始めて基板内に作られる
結晶欠陥に基づく寿命の悪化が起こる。
(6) 集積回路に使用されていることから分かるよ
うに、窒化シリコンは良好な表面安定化層であ
る。従つてこの層は同時に異物質の侵入に対し
て表面保護層となる。
うに、窒化シリコンは良好な表面安定化層であ
る。従つてこの層は同時に異物質の侵入に対し
て表面保護層となる。
(7) 窒化シリコンはシリコンに対する屈折率の適
合性がSiO2よりも良いから反射防止層として
使用される。
合性がSiO2よりも良いから反射防止層として
使用される。
(8) 基板に廉価な多結晶シリコン又は無定形シリ
コンを使用する場合、窒化シリコン層はSiO2
のように酸化処理を必要としないため問題が少
ない。
コンを使用する場合、窒化シリコン層はSiO2
のように酸化処理を必要としないため問題が少
ない。
(9) 析出に際して酸素を導くことにより酸窒化物
とする境界電荷密度QSSにはほとんど変化なく
透光特性を善し、内部応力を低くすることがで
きる。
とする境界電荷密度QSSにはほとんど変化なく
透光特性を善し、内部応力を低くすることがで
きる。
(10) 窒化シリコン中に存在する再結合中心
（MNOS蓄積効果）に基づき境界電荷密度QSS
は太陽電池表面の窒化物層表面全体に電圧を短
時間印加することにより始めの値の数倍に高め
ることができる。
（MNOS蓄積効果）に基づき境界電荷密度QSS
は太陽電池表面の窒化物層表面全体に電圧を短
時間印加することにより始めの値の数倍に高め
ることができる。
(11) 窒化シリコン層内に異種イオン、例えばアル
カリイオンを埋め込むことによつても境界面電
荷密度QSSを著しく高めることができる。
カリイオンを埋め込むことによつても境界面電
荷密度QSSを著しく高めることができる。
実施例
次に図面に示す実施例について本発明を更に詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図に示した太陽電池はMNOS型接触を持
つ反転層太陽電池であつて、ｐ型ドープシリコン
基板１から成り、その下面に背面接触２が設けら
れている。反対側の表面にある二重層からなる絶
縁層は、第一層としての自然成長の薄いSiO2層
３とその上に成長させた第二層としての厚い（50
〜300nm）窒化シリコン層４から成る。窒化シリ
コン層４はアルミニウムよりなる金属接触条帯６
の接触面５の下では非常に薄く約１〜4nmになつ
ている。窒化シリコン層４の形成には高温処理が
必要であるが、次の二つのフオトマスク工程段で
足りる。即ち接触面５を作るための窒化シリコン
層のエツチングと電流取出しのための帯状アルミ
ニウムよりなる金属接触条帯６のエツチングとで
ある。基板表面に平行な破線は反転層を表し、点
破線は空間電荷領域の範囲を表す。
つ反転層太陽電池であつて、ｐ型ドープシリコン
基板１から成り、その下面に背面接触２が設けら
れている。反対側の表面にある二重層からなる絶
縁層は、第一層としての自然成長の薄いSiO2層
３とその上に成長させた第二層としての厚い（50
〜300nm）窒化シリコン層４から成る。窒化シリ
コン層４はアルミニウムよりなる金属接触条帯６
の接触面５の下では非常に薄く約１〜4nmになつ
ている。窒化シリコン層４の形成には高温処理が
必要であるが、次の二つのフオトマスク工程段で
足りる。即ち接触面５を作るための窒化シリコン
層のエツチングと電流取出しのための帯状アルミ
ニウムよりなる金属接触条帯６のエツチングとで
ある。基板表面に平行な破線は反転層を表し、点
破線は空間電荷領域の範囲を表す。
第２図において１１はｐ型ドープシリコン基
板、１２は背面接触である。この太陽電池は第１
図のものとは同様な構成であるが、相異点は接触
面１５がpn接合になつていることである。この
pn接合の形成には、拡散工程又はイオン注入と
それに続くテンパー処理の外、接触面１５と金属
接触条帯１６の境界を決めるための二回のマスク
処理工程段が必要である。１３は絶縁層の第一層
としての自然成長の酸化シリコン層（厚さ1.5〜
2nm）であり、１４は絶縁層の第二層としての特
に成長させた窒化シリコン層（厚さ50〜300nm）
である。その他の符号は第１図のものに対応す
る。
板、１２は背面接触である。この太陽電池は第１
図のものとは同様な構成であるが、相異点は接触
面１５がpn接合になつていることである。この
pn接合の形成には、拡散工程又はイオン注入と
それに続くテンパー処理の外、接触面１５と金属
接触条帯１６の境界を決めるための二回のマスク
処理工程段が必要である。１３は絶縁層の第一層
としての自然成長の酸化シリコン層（厚さ1.5〜
2nm）であり、１４は絶縁層の第二層としての特
に成長させた窒化シリコン層（厚さ50〜300nm）
である。その他の符号は第１図のものに対応す
る。
第３図は構造の上で最も簡単な実施例を示す。
自然形成又は特に準備された薄いSiO2層２３
（厚さ約1.5nm）の上に薄い窒化シリコン層２４
（厚さ１〜4nm）が重なり、その上に厚さ約25nm
の透明な金属層、例えばアルミニウム又は金の層
があり、これに金属接触条帯２６から電流が供給
される。この太陽電池の製作には金属接触条帯２
６の蒸着に際して使用される金属マスクだけが必
要であり、このマスクは位置合わせの必要がな
い。２１はｐ型ドープシリコン基板、２２は背面
接触である。
自然形成又は特に準備された薄いSiO2層２３
（厚さ約1.5nm）の上に薄い窒化シリコン層２４
（厚さ１〜4nm）が重なり、その上に厚さ約25nm
の透明な金属層、例えばアルミニウム又は金の層
があり、これに金属接触条帯２６から電流が供給
される。この太陽電池の製作には金属接触条帯２
６の蒸着に際して使用される金属マスクだけが必
要であり、このマスクは位置合わせの必要がな
い。２１はｐ型ドープシリコン基板、２２は背面
接触である。
第４図は外部電圧を印加して境界面電荷を変化
させるためにNNOSメモリ効果を利用する太陽
電池を示す。この手段により表面電荷密度を一層
高くすることができる。低温析出の窒化シリコン
層の場合、層形成後始めから存在する高い正の境
界面電荷が負電圧の印加により更に正電荷をシリ
コン基板から絶縁層に引き寄せることが確認され
ている。これによつてフラツトバンド電圧が負の
向きに大きく移動する。
させるためにNNOSメモリ効果を利用する太陽
電池を示す。この手段により表面電荷密度を一層
高くすることができる。低温析出の窒化シリコン
層の場合、層形成後始めから存在する高い正の境
界面電荷が負電圧の印加により更に正電荷をシリ
コン基板から絶縁層に引き寄せることが確認され
ている。これによつてフラツトバンド電圧が負の
向きに大きく移動する。
実験結果とその補外により120℃という高い温
度においても10年間に蓄積電荷の僅かの部分が失
われるだけであることが確かめられた。
度においても10年間に蓄積電荷の僅かの部分が失
われるだけであることが確かめられた。
この電荷蓄積能力により一方では反転層の導電
率を著しく高めることが可能となり、他方では太
陽電池の効率に及ぼす正の境界面電荷の影響を調
べ、他の量例えば背面の金属接触層の接触抵抗等
に影響を与えることなくそれを最適化することが
可能となる。この実施例では反転層の抵抗の一層
の低下が簡単に実現される。
率を著しく高めることが可能となり、他方では太
陽電池の効率に及ぼす正の境界面電荷の影響を調
べ、他の量例えば背面の金属接触層の接触抵抗等
に影響を与えることなくそれを最適化することが
可能となる。この実施例では反転層の抵抗の一層
の低下が簡単に実現される。
第１図乃至第３図に示したものと第４図の実施
例との差異は、厚さ50〜300nmの窒化シリコン層
３５が金属接触条帯３６をとりつけた後の最後の
工程段が設けられることである。製造技術の上で
はこれは、窒化シリコン層３４がガス相から最適
温度600℃で形成される場合アルミニウムより融
点の高い金属（金、銀、白金、ニツケル・銅等）
を接触条帯３６に使用しなければならないことを
意味している。しかし窒化シリコン層をグロー放
電中で300℃付近の温度において析出させるとア
ルミニウムを接触条帯材料として使用することが
できる。又薄い窒化シリコン３４（厚さ１〜
4nm）は省略することができる。３３はシリコン
結晶３１の表面に存在する自然形成の酸化物層で
ある。酸化物−窒化物境界面への付加的の電荷蓄
積は、電池の表面全体に拡がつた電極を通して正
のパルス電圧を印加することによつて簡単に達成
される。その際金属接触条帯３６がパルス期間中
ｐ型シリコン基板３１の背面接触３２に結ばれ基
板電位に置かれていることが重要である。これに
よつて属・半導体間にある薄いトンネル層３３，
３４（SiO2又はSiO2−Si3N4）が破壊されること
がない。
例との差異は、厚さ50〜300nmの窒化シリコン層
３５が金属接触条帯３６をとりつけた後の最後の
工程段が設けられることである。製造技術の上で
はこれは、窒化シリコン層３４がガス相から最適
温度600℃で形成される場合アルミニウムより融
点の高い金属（金、銀、白金、ニツケル・銅等）
を接触条帯３６に使用しなければならないことを
意味している。しかし窒化シリコン層をグロー放
電中で300℃付近の温度において析出させるとア
ルミニウムを接触条帯材料として使用することが
できる。又薄い窒化シリコン３４（厚さ１〜
4nm）は省略することができる。３３はシリコン
結晶３１の表面に存在する自然形成の酸化物層で
ある。酸化物−窒化物境界面への付加的の電荷蓄
積は、電池の表面全体に拡がつた電極を通して正
のパルス電圧を印加することによつて簡単に達成
される。その際金属接触条帯３６がパルス期間中
ｐ型シリコン基板３１の背面接触３２に結ばれ基
板電位に置かれていることが重要である。これに
よつて属・半導体間にある薄いトンネル層３３，
３４（SiO2又はSiO2−Si3N4）が破壊されること
がない。
第４図の構成は第５図に示した拡散又はイオン
注入によつて作られたpn接合４５を持つ太陽電
池にも採用することができる。第５図のその他の
符号は第４図のものに対応する。
注入によつて作られたpn接合４５を持つ太陽電
池にも採用することができる。第５図のその他の
符号は第４図のものに対応する。
第６図の実施例は背面接触５２を持つｐ型シリ
コン基板５１から成る。図に示された絶縁層は自
然形成の薄いSiO2層５３とグロー放電内でシラ
ンとアンモニアの反応により温度300℃で形成さ
れた厚い（約80nm）窒化シリコン層５４との二
重層から構成されている。窒化シリコン層５４は
電池の全表面に析出させることができるが、この
場合アルミニウムの金属接触条帯５５を析出前に
蒸着して置くことが必要である。窒化シリコン層
５４を金属接触（金属格子）間だけに設けてもよ
いが、この場合接触面を露出させるためマスク処
理が必要となる。
コン基板５１から成る。図に示された絶縁層は自
然形成の薄いSiO2層５３とグロー放電内でシラ
ンとアンモニアの反応により温度300℃で形成さ
れた厚い（約80nm）窒化シリコン層５４との二
重層から構成されている。窒化シリコン層５４は
電池の全表面に析出させることができるが、この
場合アルミニウムの金属接触条帯５５を析出前に
蒸着して置くことが必要である。窒化シリコン層
５４を金属接触（金属格子）間だけに設けてもよ
いが、この場合接触面を露出させるためマスク処
理が必要となる。
半導体基板表面に平行なpn接合５６はリン又
はアルゴンイオン0.2μmの深さに打込むことによ
つて作られる。
はアルゴンイオン0.2μmの深さに打込むことによ
つて作られる。
金属接触条帯５５への接触は窒化シリコン層５
４に蝕刻した窓を通して作られる。
４に蝕刻した窓を通して作られる。
第６図に示した実施例の従来の太陽電池に対す
る改善点は、窒化シリコン層又は酸窒化シリコン
層を設けることにより太陽光の短波長部分におい
ての感度（量子効率）が高められたことである。
窒化シリコンの析出に際して3SiH4＋4NH3→
Si3N4＋12H2の反応により発生する極めて活性の
高い水素により半導体−絶縁層境界面の表面状態
だけではなく、拡散半導体領域内の少数キヤリア
の寿命を短縮する再結合中心もその作用が低下す
る。
る改善点は、窒化シリコン層又は酸窒化シリコン
層を設けることにより太陽光の短波長部分におい
ての感度（量子効率）が高められたことである。
窒化シリコンの析出に際して3SiH4＋4NH3→
Si3N4＋12H2の反応により発生する極めて活性の
高い水素により半導体−絶縁層境界面の表面状態
だけではなく、拡散半導体領域内の少数キヤリア
の寿命を短縮する再結合中心もその作用が低下す
る。
450〜650nmの波長範囲で窒化シリコン層のな
い同様な太陽電池に比べて50％高い量子効率が達
成される。
い同様な太陽電池に比べて50％高い量子効率が達
成される。
窒化シリコン層による改善効果は、多結晶又は
無定形半導体材料から成る太陽電池の場合再結合
中心密度が高いため特に著しいことが予期され
る。キヤリアの大部分が表面領域で作られる
GaAs太陽電池の場合この方法は特に有利であ
る。
無定形半導体材料から成る太陽電池の場合再結合
中心密度が高いため特に著しいことが予期され
る。キヤリアの大部分が表面領域で作られる
GaAs太陽電池の場合この方法は特に有利であ
る。
図面はこの発明の実施例を示すもので、第１図
はMNOS接触を持つ窒化シリコン−反転層太陽
電池、第２図は拡散接触を持つ窒化シリコン−反
転層太陽電池、第３図はMNOS太陽電池、第４
図は境界面電荷が可変であるMNOS接触を持つ
窒化シリコン−反転層太陽電池、第５図は拡散接
触を持つ窒化シリコン−反転層太陽電池、第５図
は拡散接触を持つ窒化シリコン−反転層太陽電
池、第６図は全面的のpn接合と金属接触を持つ
窒化シリコン−反転層太陽電池のそれぞれ断面構
成図である。 １，１１，２１，３１，４１，５１…シリコン
基板、２，１２，２２，３２，４２，５２…背面
接触、３，１３，２３，３３，４３，５３…絶縁
層の第一層、４，１４，２４，３５，４４，５４
…絶縁層の第二層、６，１６，２６，３６，４
６，５５…金属接触条帯。
はMNOS接触を持つ窒化シリコン−反転層太陽
電池、第２図は拡散接触を持つ窒化シリコン−反
転層太陽電池、第３図はMNOS太陽電池、第４
図は境界面電荷が可変であるMNOS接触を持つ
窒化シリコン−反転層太陽電池、第５図は拡散接
触を持つ窒化シリコン−反転層太陽電池、第５図
は拡散接触を持つ窒化シリコン−反転層太陽電
池、第６図は全面的のpn接合と金属接触を持つ
窒化シリコン−反転層太陽電池のそれぞれ断面構
成図である。 １，１１，２１，３１，４１，５１…シリコン
基板、２，１２，２２，３２，４２，５２…背面
接触、３，１３，２３，３３，４３，５３…絶縁
層の第一層、４，１４，２４，３５，４４，５４
…絶縁層の第二層、６，１６，２６，３６，４
６，５５…金属接触条帯。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 入射光エネルギーによつてキヤリヤを生ずる
能動領域を持つ半導体基板を備え、半導体基板の
光入射側表面に二重層よりなる絶縁層が設けら
れ、この絶縁層は半導体基板内に反転層を作りか
つ半導体基板の光入射側表面におけるキヤリヤの
再結合速度を低下させるものであり、少なくとも
外側の絶縁層内に金属接触が形成され、絶縁層の
半導体基板に直接接する第一層は自然発生した酸
化シリコン層または800℃以下の温度で作られた
酸化シリコン層であり、絶縁層の第二層は第一層
とは異なる絶縁材料からなり、両絶縁層の境界面
に固定電荷が埋め込まれていることを特徴とする
太陽電池。 ２ 絶縁層の全体の厚さが約5.5nm以下であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽
電池。 ３ 絶縁層の第二層の厚さが約50nmから300nm
の範囲内であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の太陽電池。 ４ 絶縁層の第二層が反応炉内で気相析出によつ
て作られた窒化シリコンから成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 ５ 絶縁層の第二層がグロー放電内で気相析出に
よつて作られた窒化シリコンから成ることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 ６ 絶縁層の第二層がシリコン窒化物とシリコン
酸化物の群から選ばれた材料から成り、目的に応
じて入れられた異種イオンを含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 ７ 異種イオンがアルカリイオンであることを特
徴とする特許請求の範囲第６項記載の太陽電池。 ８ 金属接触が少なくとも部分的に絶縁層の第二
層内部まで入り込んでいることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の太陽電池。 ９ 金属接触が絶縁層の第一層と第二層を貫通し
て半導体基板表面の高濃度ドープ領域に接触して
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の太陽電池。 １０ 高濃度ドープ領域が拡散又はイオン注入に
よつて形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の太陽電池。 １１ 絶縁層の第一層が約2nm以下の厚さであ
り、第二層が2nmから3nmの間の厚さであり、透
明金属層が第二層上に設けられて金属接触の間の
表面区域を覆うことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の太陽電池。 １２ 絶縁層の第一層が約2nm以下の厚さであ
り、第二層が1μmから4μmの間の厚さであり、金
属接触は直接第二層上に設けられ、50nmから
300nmの間の厚さを持つ第三の絶縁層が金属接触
の間とその上に設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 １３ 第三の絶縁層が窒化シリコンで構成される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の
太陽電池。 １４ 半導体基板が拡散又はイオン注入によつて
作られ互いに隔離された高濃度ドープ領域を備
え、金属接触はこの高濃度ドープ領域の上の第一
層を貫通してこれらの領域に接触し、絶縁層の
50nmから30nmの間の厚さをもつ第二層は金属接
触の間とその上に設けられていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 １５ 半導体基板がその表面に平行に全面に亘つ
て広がるpn接合を備え、金属接触は絶縁層の第
一層を貫通してこのpn接合に接触し、絶縁層の
第二層は50nmから300nmの間の厚さをもつて金
属接触の間とその上に設けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 １６ pn接合が半導体基板内において0.05μmか
ら0.5μmの間の深さにあることを特徴とする特許
請求の範囲第１５項記載の太陽電池。 １７ pn接合がイオン注入によつて作られてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載
の太陽電池。 １８ pn接合が拡散によつて作られていること
を特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の太陽
電池。 １９ 絶縁層の第二層が窒化シリコンで構成され
最適の反射防止特性を示す厚さであることを特徴
とする特許請求の範囲第１５項記載の太陽電池。 ２０ 太陽電池本体を構成する半導体材料がシリ
コンであり、窒化シリコン層の厚さが約80nmで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１９項記
載の太陽電池。 ２１ 窒化シリコンはプラズマで作られた窒化物
であることを特徴とする特許請求の範囲第１９項
記載の太陽電池。 ２２ 太陽電池本体を構成する半導体材料が単結
晶半導体材料、多結晶半導体材料、シリコン、ゲ
ルマニウムおよび−族化合物半導体が構成す
る群中から選ばれることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の太陽電池。 ２３ 半導体材料がｐ型ドープ・シリコンである
ことを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載の
太陽電池。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2846096A DE2846096C2 (de) | 1978-10-23 | 1978-10-23 | Solarzelle aus Halbleitermaterial |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5559784A JPS5559784A (en) | 1980-05-06 |
| JPH0147025B2 true JPH0147025B2 (ja) | 1989-10-12 |
Family
ID=6052896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13698179A Granted JPS5559784A (en) | 1978-10-23 | 1979-10-23 | Soalr battery |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5559784A (ja) |
| DE (1) | DE2846096C2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE3536299A1 (de) * | 1985-10-11 | 1987-04-16 | Nukem Gmbh | Solarzelle aus silizium |
| DE3542116A1 (de) * | 1985-11-28 | 1987-06-04 | Nukem Gmbh | Photovoltaische zelle |
| DE3831857A1 (de) * | 1988-09-20 | 1990-03-22 | Meinhard Prof Dr Ing Knoll | Verfahren zur herstellung eines lichtdurchlaessigen dielektrikums aus einer dotierten silizium-verbindung bei einer inversionsschicht-solarzelle |
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Family Cites Families (2)
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| DE2063726C3 (de) * | 1970-12-24 | 1979-09-06 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements |
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-
1978
- 1978-10-23 DE DE2846096A patent/DE2846096C2/de not_active Expired
-
1979
- 1979-10-23 JP JP13698179A patent/JPS5559784A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|
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