JPH02122575A - 光電変換装置 - 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】 〔産業の利用分野〕 本発明は光センサ−、太陽電池などの光電変を装置に関
し、特に光電変換層である非晶質シリ：ン半導体層が積
層したタンデム構造の光電変換装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

従来、光電変換層が積層したタンデム構造は、光電変換
層の光学的ギャップを制御するために、非晶質シリコン
層の成膜反応ガス、例えば主としてシランガス、水素ガ
ス及び必要に応じて導電型決定の不純物元素を含むガス
を夫々所定組成比で混合したガスに、アンモニアガス、
四塩化錫ガス、ゲルマンガスなどを所定量混入していた
。

例えば、光学的ギャップを２．ＯｅＶ程度に制御するに
は、成膜反応ガスにアンモニアガスを混入し、光学的ギ
ャップを１．３ｅＶ程度に制御するには、成膜反応ガス
にゲルマンガスを混入して、これら非晶質シリコンゲル
マ半導体層と非晶質シリコン半導体層（光学的ギャップ
ｌ　　７５ｅＶ）を組み合わせ、広い分光感度領域を有
する光電変換装置を設計していた（特開昭５８−１１６
７７９号公報参照）。

しかしながら、上述のタンデム構造の光電変換装置は、
所定光学的ギャップを有する非晶質半導体層を得るため
に、異なる成膜反応ガスを用いて形成するため、高価な
多種多様の成膜反応ガスが必要となる。これにより、製
造過程が極めて複雑となるという問題点があった。

また、非晶質半導体層を分離形成法のように各層に応じ
た専有チャンバーを複数個連設したインライン装置を用
いて形成する場合、その装置の設置面積が大きくなり大
変非能率的な作業を強いいられてしまう。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の問題点に基づいて案出されたものであ
り、その目的は、成膜反応ガスの使用を最小限に留め、
製造が容易な光学的ギャップが異なるＰ−Ｉ−Ｎ接合し
た非晶質シリコン半導体層を積層した光電変換装置を提
供することにある。

〔目的を達成するための具体的な手段〕本発明によれば
、上述の目的を達成するため、導電基板上に、第１のＰ
−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層、第１の非晶
質シリコン半導体層よりも光学的ギャップが大きな第２
のＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層及び透明
導電膜を順次積層した光電変換装置が提供される。

〔実施例〕 以下、本発明の光電変換装置を図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明の光電変換装置の一例である太陽電池の
構造を示す断面構造図である。

本発明に係る太陽電池は、導電膜２を被着した基板１上
に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した第１の非晶質シリコン半導体層
３ａ、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した第２の非晶質シリコン半導体
層３ｂ及び透明導電膜４が被着されて構成されている。

即ち、光入射方向が基板１の反対面から照射される所謂
逆タイプ型である。

基板１はガラス、セラミック、ステンレスなどの耐熱性
を有する材料などから成り、該基板ｌの一主面には耐熱
性の導電膜２が被着されている。

導電膜２はチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン
−１艮（Ｔｉ−Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス、
タングステン（Ｗ）　、ｔＪｊ　（Ａｇ）　、白金（Ｐ
ｔ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（ＣＯ）等の金属が
用いられる。具体的には、基板１の一主面上にマスクを
装着した後、上述の金属膜をスパッタリング法、電子ビ
ーム法、抵抗加熱法などで被着したり、基板１の一主面
上に上述の金属膜を被着した後、フォト・エツチング処
理したりして形成されている。

尚、基板１はガラス、セラミック等の絶縁体上に上述の
耐熱性の導電膜２を形成した導電基板であるが、ステン
レスなど基板と導電膜を兼ねたものでもよい。

非晶質シリコン半導体層は異なる光学的ギャップを有す
る第１の非晶質シリコン半導体層３ａと第２の非晶質シ
リコン半導体層３ｂとが積層している。即ち、光入射側
の第２の非晶質シリコン半導体層３ｂは、基板１側の第
１の非晶質シリコン半導体層３ａよりも光学的ギャップ
が大きくなるように配置されている。具体的には、非晶
質シリコン半導体層３ａ、３ｂはシラン、ジシランなど
のシリコン化合物ガスと水素などのキャリアガスとをグ
ロー放電で分解するプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等で
被着され、ＮＮは上述のガスにフォスフインなどのＮ型
ドーピングガスを混入した反応ガスで形成され、１層は
上述の反応ガスで形成され、Ｐ層は上述のガスにジボラ
ンなどのＰ型ドーピングガスを混入した反応ガスで形成
される。

透明導電１！２４は、非晶質シリコン半導体層３ａ、３
ｂを導電膜２とで挟持するように非晶質シリコン半導体
層３ｂ上に所定形状で形成されている。

具体的には、透明導電膜４は非晶質シリコン半導体層３
ａ、３ｂ上にマスクを装着し、熱分解法や電子ビーム法
で被着される。透明導電膜として、ＩＴＯ（酸化インジ
ウム・錫）や酸化錫等が使用されている。

即ち、第１の非晶質シリコン半導体層３ａと第２の非晶
質シリコン半導体層３ｂとが直列的に接続して、この２
つの非晶質シリコン半導体層３ａ、３ｂが導電膜２と透
明導電膜４で挟持されている。

そして、透明導電膜４側からの光照射があると、透明導
電膜４を介して、短波長側の光が非晶質シリコン半導体
層３ａで吸収され、長波長側の光が非晶質シリコン半導
体層３ｂで吸収され、非晶質シリコン半導体層３ａ、３
ｂの１層から、キャリアが発生する。そして、１層を挟
むｐ層及びｎ層との電界により、キャリアがｐＨ及びｎ
Ｎにと収集され、非晶質シリコン半導体Ｊａｆ３ａ、３
ｂを介して、導電膜２と透明導電膜４との間より光起電
力として導出される。

つぎに、非晶質シリコン半導体層３ａ、３ｂの光学的ギ
ャップの制御について説明する。

従来より通常に作成されていた非晶質シリコン半導体層
の光学的ギャップは、１．７５ｅＶ前後である。ところ
が本発明者らは、非晶質シリコン半導体層の成膜時の基
板温度を所定の温度で制御すると、光学的ギャップを可
変できることを知見した。即ち、上述の非晶質シリコン
半導体層の成膜にあたり、基板温度を４００℃以上に設
定すると、光学的ギャップを１．５ｅＶ〜１．７ｅＶに
制御することができる。

具体的には、基板側のＰ−１−Ｎ接合した第１の非晶質
シリコン半導体層３ａを、成膜時に４００℃以上の基板
温度で成膜し、続いてこの第１の非晶質シリコン半導体
Ｆ’３ａ上に通常の基板温度１５０℃〜２５０℃で光入
射側のＰ−Ｉ−Ｎ接合した第２の非晶質シリコン半導体
層３ｂを成膜することにより、全体として、７０８５人
〜８２６６人の波長領域に分光感度をもつタンデム型の
光電変換装置が達成できる。

上述の光電変換装置では、特に高温作成の非晶質シリコ
ン半導体Ｆｊ３ａに続いて、通常温度作成の非晶質シリ
コン半導体層３ｂを形成するため、いづれの層にも大き
な悪影響を与えることがない。

例えば、この逆に通常温度作成の非晶質シリコン半導体
層３ｂを形成したのち、高温作成の非晶質シリコン半導
体Ｎ３ａを形成すると、非晶質シリコン半導体層３ｂ自
体が高温状態に晒されることになるため、非晶質シリコ
ン半導体層３ｂ内の水素濃度が大きく低下したりして膜
の特性が変化したりするが、本発明の太陽電池の層構成
では、このような欠点は発生しない。

尚、高温作成の非晶質シリコン半導体Ｐｘ３ａの成膜に
あたり、本発明者らが種々の検討を行った結果、Ｐ層、
１層及びＮ層の各層形成のうち１層においては、１層の
成膜反応ガス中に、ＩＦｔの後に被着されるＰ層又はＮ
層の導電型を決定する不純物元素をドーピングすること
が重要である。１層中に存在する上述の不純物元素の濃
度は、０゜２〜１　、　０　ｐｐｍとする。これは、Ｐ
−Ｉ−Ｎ接合で１層の下地となるＮ層又はＰ層から不純
物元素が１層中に拡散され、フェレミ準位が変化しまう
が、このフェレミ準位の変化を補正し、フエレミエネル
ギーを０．６　ｅＶ〜０．７ｅＶの所定値に設定するた
めである。

つぎに、本発明者らは、本発明の太陽電池と従来の太陽
電池における光劣化を調べた。

本発明の太陽電池は、基板温度４００℃で成膜した第１
の非晶質シリコン半導体Ｆ３３　ａと基板温度２００℃
で成膜した第２の非晶質シリコン体層３ｂとを積層した
光電変換層を用い、従来の太陽電池はぐ゛基板温度２０
０℃で成膜した非晶質シリコン半導体層の光電変換層を
用いた。光照射はＡＭ　−１，１００ｍＷ／ａａの光を
照射した。尚、受光面積は、両太陽電池ともに、１．Ｏ
ｃｎ！のセルを用いた。

その結果を第２図に示す。特性図において横軸は光照射
時間を示し、縦軸は初期特性からの低下率を示した。

図から明らかなように、本発明の太陽電池（線ａ）は５
０時間後の低下率が１０％程度であるのに対して、従来
の太陽電池（線ｂ）は５０時間後、初期特性から約２５
〜３０％の光劣化が認められた。

この太陽電池を受光面面積を２ｃｍ角に設定し、ＡＭ　
　ｌ、１００ｍＷの光照射をおこなった。その特性は、
第３図に示すように、実効効率で８゜１４％もの良好な
結果が得られた。

以上のように、本発明は、光学的ギャップを制御するた
めに、成膜反応ガスの組成を変化させるのではなく、単
に基板温度という成膜条件を変化させることにより高価
なガス原料を使用することなく、容易に光学的ギャップ
の制御が可能となり、太陽電池などの光電変換装置とし
て低コスト化が達成される。

また、本発明者らによれば、基板温度４００℃以上で形
成した非晶質シリコン半導体層３ａは、非晶質シリコン
半導体Ｆｊ３ａ中の水素原子濃度が低下し、光導電率が
大きく低下してしまうが、非晶質シリコン半導体層３ａ
を成膜した後、水素原子をプラズマ処理して、非晶質シ
リコン半導体層３ａ中の水素原子を補償することによっ
て、光劣化が少なく所定光学的ギャップを維持しながら
、非晶質シリコン半導体層３ａの光導電率を、第２の非
晶質シリコン半導体層３ｂにより向上させる（１０−７
〜１０−９Ωｃｍ−”）ことを確認した。尚、上述の実
施例では、第１の非晶質シリコン半導体層３ａと第２の
非晶質シリコン体層３ｂとを直接接合しているが、必要
に応じて透光性の導電膜を介在させても構わない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は、導電基板上に、第１のＰ−Ｉ
−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層、第１の非晶質シ
リコン半導体層よりも光学的ギャップが大きな第２のＰ
−１−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層、及び透明導
電膜を順次積層したため、高価な原料ガスを使用するこ
となく、簡単な製造工程で、広い波長領域で感度を有す
るタンデム型の光電変換装置が達成される。

また、成膜の基板温度の制御によって、非晶質シリコン
半導体層の光学的ギャップを適宜制御でき、且つ光劣化
による初期特性の低下が少ない光電変換装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置の一例である太陽電池の
構造を示す断面図である。 第２図は、本発明の光電変換装置の型造方法における基
板温度と、光劣化の状態を示す特性図である。 第３図は本発明の光電変換装置の一例である太陽電池の
特性を示す図である。 １　・　・ ２　・　・ ３ａ　・ ３ｂ　・ ４　・　・ ・・・・・・基板 ・・・・・・導電膜 ・第１の非晶質シリコン半導体層 ・第２の非晶質シリコン半導体層 ・・・・・・透明導電膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　導電基板上に、第１のＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリ
   コン半導体層、第１の非晶質シリコン半導体層よりも光
   学的ギャップが大きな第２のＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質
   シリコン半導体層及び透明導電膜を順次積層したことを
   特徴とする光電変換装置。