JPH02177372A - 光電変換装置 - Google Patents
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- JPH02177372A JPH02177372A JP63332418A JP33241888A JPH02177372A JP H02177372 A JPH02177372 A JP H02177372A JP 63332418 A JP63332418 A JP 63332418A JP 33241888 A JP33241888 A JP 33241888A JP H02177372 A JPH02177372 A JP H02177372A
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Classifications
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
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、Ｐｉ−Ｎ接合した光電変換層を有する光電変
換装置に関するものであり、具体的には、高い短絡電流
値と高い開放電圧値を得られる光電変換装置に関するも
のである。
換装置に関するものであり、具体的には、高い短絡電流
値と高い開放電圧値を得られる光電変換装置に関するも
のである。
今日、非晶質シリコン半導体層を有する光学デバイスが
種々使用されているが、非晶質シリコン半導体層の物性
などについては、充分に解明されていないのが現状であ
る。
種々使用されているが、非晶質シリコン半導体層の物性
などについては、充分に解明されていないのが現状であ
る。
非晶質シリコン半導体層は、一般にシラン、ジシランな
どのシリコン水素化合物ガスを水素などのキャリアガス
で希釈して、グロー放電分解することによって形成され
ることが知られている。このような非晶質シリコン半導
体層は、価電子制御が可能であり、実際太陽電池などで
はＰＩ−Ｎ接合などが行われている。
どのシリコン水素化合物ガスを水素などのキャリアガス
で希釈して、グロー放電分解することによって形成され
ることが知られている。このような非晶質シリコン半導
体層は、価電子制御が可能であり、実際太陽電池などで
はＰＩ−Ｎ接合などが行われている。
非晶質シリコン半導体層は、単結晶シリコンや多結晶シ
リコンなどに比べてバンドギャップ内に多数の局在準位
を有するため、キャリアの寿命が短く、拡散長も短いも
のであった。
リコンなどに比べてバンドギャップ内に多数の局在準位
を有するため、キャリアの寿命が短く、拡散長も短いも
のであった。
このＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層を用い
た太陽電池の場合、Ｉ−Ｎの界面、Ｉ−Ｐの界面近傍の
■型層には、ＮＺ及びＰ層から拡散してきた電子、正孔
が高濃度で存在しており、これらの一部が局在準位に捕
らえられてＮ層及びＰＦ３のシールド電荷を形成してい
る。このため、■型層のＮ層及びＰＪＨの界面付近のフ
ェルミ準位が急変し、強電界を形成する一方で、少数キ
ャリアとなる正孔（１−Ｎの界面側）、電子（Ｉ−Ｐの
界面側）の寿命を極端に短くする要因であった。
た太陽電池の場合、Ｉ−Ｎの界面、Ｉ−Ｐの界面近傍の
■型層には、ＮＺ及びＰ層から拡散してきた電子、正孔
が高濃度で存在しており、これらの一部が局在準位に捕
らえられてＮ層及びＰＦ３のシールド電荷を形成してい
る。このため、■型層のＮ層及びＰＪＨの界面付近のフ
ェルミ準位が急変し、強電界を形成する一方で、少数キ
ャリアとなる正孔（１−Ｎの界面側）、電子（Ｉ−Ｐの
界面側）の寿命を極端に短くする要因であった。
また、光入射側にＰ型層を配置して非晶質シリコンカー
バイド半導体層を用いることが知られており（特開昭５
７−９５．６７７号）が、Ｉ−Ｐの界面にグレイデッド
５ｉＣＦ３を形成して、■型部晶質シリコン半導体層と
滑らかに接続する方法も提案されているが、これでは、
成膜基板温度の高温化に制約があるため、より高い開放
電圧を得ることが困難である。
バイド半導体層を用いることが知られており（特開昭５
７−９５．６７７号）が、Ｉ−Ｐの界面にグレイデッド
５ｉＣＦ３を形成して、■型部晶質シリコン半導体層と
滑らかに接続する方法も提案されているが、これでは、
成膜基板温度の高温化に制約があるため、より高い開放
電圧を得ることが困難である。
そこで、本発明者は、Ｉ型非晶質シリコン半導体層の成
膜条件、特に基板温度によるバンドギャブや局在準位密
度の変化に着目して、Ｉ型非晶質シリコン半導体厄内バ
ンドギャブ設計と各種プラズマ処理により高開放電圧の
光電変換装置が得られることを見い出した。
膜条件、特に基板温度によるバンドギャブや局在準位密
度の変化に着目して、Ｉ型非晶質シリコン半導体厄内バ
ンドギャブ設計と各種プラズマ処理により高開放電圧の
光電変換装置が得られることを見い出した。
本発明は、上述の知見に基づいて案出されたものであり
、その目的は、従来の光電変換装置では得られなかった
、高い開放電圧と、高い短絡電流を同時に達成できる光
電変換装置を提供することにある。
、その目的は、従来の光電変換装置では得られなかった
、高い開放電圧と、高い短絡電流を同時に達成できる光
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〕本発明は、上述
の目的を達成するために行った具体的な手段は、耐熱基
板上に、Ｐ−■−Ｎ接合し、少なくとも■型だが非晶質
シリコン半導体７５である光電変換層、及び導電膜を形
成した光電変換装置において、前記■型部晶質シリコン
半導体層のＰ層５及びＮＥの界面部分のバンドギャブを
広く設定したこと及びＰ層及びＮ層の形成前のＰｕ及び
Ｎ型ドーパントガスによるプラズマ処理とｌ旧の形成前
のアルゴンガスによるプラズマ処理を行ったことである
。
の目的を達成するために行った具体的な手段は、耐熱基
板上に、Ｐ−■−Ｎ接合し、少なくとも■型だが非晶質
シリコン半導体７５である光電変換層、及び導電膜を形
成した光電変換装置において、前記■型部晶質シリコン
半導体層のＰ層５及びＮＥの界面部分のバンドギャブを
広く設定したこと及びＰ層及びＮ層の形成前のＰｕ及び
Ｎ型ドーパントガスによるプラズマ処理とｌ旧の形成前
のアルゴンガスによるプラズマ処理を行ったことである
。
以下、本発明を図面に基づいて詳述する。
第１図は、本発明の光電変換装置の断面構造を示す断面
図である。
図である。
本発明の光電変換装置は、耐熱基板１上に、第１の導電
膜２、Ｐ−Ｉ −Ｎ接合した光電変換層３及び第２の導
電膜４を順次積層した構成となっている。
膜２、Ｐ−Ｉ −Ｎ接合した光電変換層３及び第２の導
電膜４を順次積層した構成となっている。
耐熱基板１は、該基板１上に積層される第１及び２の導
電膜２．４、光電変換層３の形成における温度が充分耐
ええる程度の基板であり、例えば、ガラス、セラミック
、ステンレスなどが用いられる。
電膜２．４、光電変換層３の形成における温度が充分耐
ええる程度の基板であり、例えば、ガラス、セラミック
、ステンレスなどが用いられる。
第１の導電膜２は、光の入射方向によって透明導電膜な
どが用いられるが、本実施例においては、光ｉ！変換層
３の成膜温度に充分耐ええる程度の金属膜、例えばチタ
ン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタ７−１！ （Ｔ
ｉ −Ａ ｇ） 、クロム（Ｃｒ）、ステンレス、タン
グステン（ｗ） 、８Ｈ（Ａ ｇ） 、白金（ＰＬ）、
タンタル（Ｔａ）、コバルト（ＣＯ）等が用いられる。
どが用いられるが、本実施例においては、光ｉ！変換層
３の成膜温度に充分耐ええる程度の金属膜、例えばチタ
ン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタ７−１！ （Ｔ
ｉ −Ａ ｇ） 、クロム（Ｃｒ）、ステンレス、タン
グステン（ｗ） 、８Ｈ（Ａ ｇ） 、白金（ＰＬ）、
タンタル（Ｔａ）、コバルト（ＣＯ）等が用いられる。
具体的には、第１の導電膜２であるチタン２を薄膜技法
によって被着した後、フォスフイン（ＰＨ，）と水素の
混合ガス雰囲気中でプラズマ処理して、チタン２の表面
を活性化する。
によって被着した後、フォスフイン（ＰＨ，）と水素の
混合ガス雰囲気中でプラズマ処理して、チタン２の表面
を活性化する。
Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変換層３は、少なくとも、■型
非晶質シリコン半導体８３量を含むものであり、全体と
してＰ−Ｉ−Ｎ接合している。
非晶質シリコン半導体８３量を含むものであり、全体と
してＰ−Ｉ−Ｎ接合している。
本実施例では、基板側より、Ｎ型微結晶シリ３７層３ｎ
、Ｉ型部晶質シリコン半導体Ｆ３ｉ、Ｐ型機結晶シリコ
ン層３ｐを被着した構成の光電変換層３である。ここで
、微結晶シリコン居とは、結晶粒径５０〜２００人のシ
リコン結晶から成る又は非晶質シリコン内に混在した状
態をいうものである。具体的には、Ｎ型微結品シリコン
Ｆ３ｎを形成した後、アルゴン雰囲気中でプラズマ処理
し、続いて■型部晶質シリコン半導体Ｆ３ｉ、及びＰ型
機結晶シリコンＰｊ３ｐを形成する。
、Ｉ型部晶質シリコン半導体Ｆ３ｉ、Ｐ型機結晶シリコ
ン層３ｐを被着した構成の光電変換層３である。ここで
、微結晶シリコン居とは、結晶粒径５０〜２００人のシ
リコン結晶から成る又は非晶質シリコン内に混在した状
態をいうものである。具体的には、Ｎ型微結品シリコン
Ｆ３ｎを形成した後、アルゴン雰囲気中でプラズマ処理
し、続いて■型部晶質シリコン半導体Ｆ３ｉ、及びＰ型
機結晶シリコンＰｊ３ｐを形成する。
このＮ型及びＰ型機結晶シリコン厄３ｎ、３ｐは、例え
ば、通常の非晶質シリコン半導体層のＮ型及びＰ型層の
成膜条件で、反応ガス中の水素濃度を高く設定すること
により形成されるものである。
ば、通常の非晶質シリコン半導体層のＮ型及びＰ型層の
成膜条件で、反応ガス中の水素濃度を高く設定すること
により形成されるものである。
Ｉ型非晶質シリコン半導体層３ｊは、シラン、ジシラン
などのシリコン化合物ガスと水素ガスとを混合した反応
ガスをグロー放電分解によって形成されるものである。
などのシリコン化合物ガスと水素ガスとを混合した反応
ガスをグロー放電分解によって形成されるものである。
本発明では、この■型非晶質シリコン半導体層３１で、
前記Ｎ型及びＰ型機結晶シリコン５３ｎ、３ｐとの界面
付近では、バンドギャップが広く設定されており、Ｎ−
ＩＪ’５３ｉｎ、中央ＩＦ５３ｉｉ及びＩ−ＰＪ５３ｉ
ｐの理論的には３Ｍ構造となっている。
前記Ｎ型及びＰ型機結晶シリコン５３ｎ、３ｐとの界面
付近では、バンドギャップが広く設定されており、Ｎ−
ＩＪ’５３ｉｎ、中央ＩＦ５３ｉｉ及びＩ−ＰＪ５３ｉ
ｐの理論的には３Ｍ構造となっている。
このように形成された光電変換層３は、最後にジボラン
（Ｂｚ Ｈｂ ）と水素の混合ガス雰囲気中プラズマ処
理して、特にＰ型機結晶シリコン層３ｐの表面のを活性
化する。
（Ｂｚ Ｈｂ ）と水素の混合ガス雰囲気中プラズマ処
理して、特にＰ型機結晶シリコン層３ｐの表面のを活性
化する。
第２の導電膜４は、光入射可能な透明導電膜で形成され
ている。具体的には、酸化インジウム、酸化錫、酸化イ
ンジウム・錫などの全屈酸化物が用いられる。さらに必
要に応じて、櫛形状の全屈グリッド電極を形成してもよ
い。
ている。具体的には、酸化インジウム、酸化錫、酸化イ
ンジウム・錫などの全屈酸化物が用いられる。さらに必
要に応じて、櫛形状の全屈グリッド電極を形成してもよ
い。
次に、■型部晶質シリコン半導体Ｊ５３ｉのＮ−１層３
ｉｎ、中央Ｉ層３ｉｉ及びＩ−２層３ｉｐについて詳述
する。
ｉｎ、中央Ｉ層３ｉｉ及びＩ−２層３ｉｐについて詳述
する。
Ｎ−１層３ｉｎ及びＩ−２層３ｉｐにおいては、正孔及
び電子の再結合率を低下させるために、局在準位密度が
少なく、且つバンドギャップを広く設定し、中央部分の
゛Ｉ層３ｉｉにおいては、実質的な空乏層となり、光の
吸収量を多くし、短絡電流を大きくするためにバンドギ
ャップを狭く設定する。
び電子の再結合率を低下させるために、局在準位密度が
少なく、且つバンドギャップを広く設定し、中央部分の
゛Ｉ層３ｉｉにおいては、実質的な空乏層となり、光の
吸収量を多くし、短絡電流を大きくするためにバンドギ
ャップを狭く設定する。
第２図及び第３図は、■型非晶質シリコン半導体１’５
３ｉの成膜基板温度の変化に対するバンドギャップ及び
局在準位密度の変化を示す。
３ｉの成膜基板温度の変化に対するバンドギャップ及び
局在準位密度の変化を示す。
バンドギャップは、第２図に示すように、基板温度の上
昇により、単調減少となる。また、局在準位密度は、２
４０℃前後で極小となることが明確にわかる。即ち、夏
型非晶質シリコン半導体層３１のＮ−ＩＥ３ｉｎ及びｒ
−２層３ｉｐにおいては、局在準位密度とバンドギャッ
プとの変化において、最適基板温度値を設定するように
すればよい。
昇により、単調減少となる。また、局在準位密度は、２
４０℃前後で極小となることが明確にわかる。即ち、夏
型非晶質シリコン半導体層３１のＮ−ＩＥ３ｉｎ及びｒ
−２層３ｉｐにおいては、局在準位密度とバンドギャッ
プとの変化において、最適基板温度値を設定するように
すればよい。
第４図は、Ｎ−１ｆｆ１３ｉｎ、中央Ｔ層３ｉｉ及び■
−Ｐ層３ｉｐの最適基板温度を検討するために成膜した
Ｉ型止晶質シリコン半導体層３１の成膜経過時間を示す
。尚、第４図中、■〜■は夫々温度パターンを示す。
−Ｐ層３ｉｐの最適基板温度を検討するために成膜した
Ｉ型止晶質シリコン半導体層３１の成膜経過時間を示す
。尚、第４図中、■〜■は夫々温度パターンを示す。
Ｎ ＩＪＢ３ｉｎ、及びＩ−ＰＢ３ｉｐの膜厚は約６
７５Ａ程度であり、中央１層３ｉｉの膜厚は約３０００
λ程度である。
７５Ａ程度であり、中央１層３ｉｉの膜厚は約３０００
λ程度である。
温度パターン■〜■でＩ型部晶質シリコン半導体ｒ５３
ｉを成膜して、ＡＭ−１のｌｏＯｍｗ／ｃｍ２の疑似太
陽光を照射した。
ｉを成膜して、ＡＭ−１のｌｏＯｍｗ／ｃｍ２の疑似太
陽光を照射した。
下記の表は、温度パターン■〜■の基板温度（Ｔ ｓ
）とその開放電圧（ＶＯＣ）を示す。
）とその開放電圧（ＶＯＣ）を示す。
上述の実験によれば、Ｎ−ＸＥ及びＩ−Ｐ層の成膜基板
温度が低い程開放電圧は向上する。
温度が低い程開放電圧は向上する。
短絡電流においては、温度パターン■が若干低下するも
のの、温度パターン■〜■が１４．５ｍＡ／ｃｍ”であ
った。
のの、温度パターン■〜■が１４．５ｍＡ／ｃｍ”であ
った。
即ち、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変層３の特にＩ型部晶質
シリコン半導体Ｂ３１内の局在準位密度及びバンドギャ
ップを適切に設定することにより、高い開放電圧及び高
い短絡電流が得られることになる。
シリコン半導体Ｂ３１内の局在準位密度及びバンドギャ
ップを適切に設定することにより、高い開放電圧及び高
い短絡電流が得られることになる。
以上の構成の光電変換層３は、全体として長波長側の感
度がよいため、これをボトムセルとしたタンデム型の光
電変換装置（太陽電池素子）として使用することができ
る。
度がよいため、これをボトムセルとしたタンデム型の光
電変換装置（太陽電池素子）として使用することができ
る。
尚、上述の実施例によれば、Ｐ−１−Ｎ接合した光電変
換層３を微結晶半導体層及び非晶質シリコン半導体層と
の組み合わせで構成したが、光電変換層３を全体を非晶
質シリコン半導体層で構成しても構わない。また、上述
の実施例によれば、バンドギャップの制御をＩ型部晶質
シリコン半導休日の成膜基板温度によって制御している
が、Ｉ型止晶質シリコン半導体層のバンドギャップを任
意に設定できる非晶質シリコン半導体層の作成方法を用
いてもよい。例えば、成膜時の水素濃度を変化させ、膜
中の含有水素濃度濃度を変化させたり、膜中に炭素Ｃ、
ゲルマニウムＧｅ所定量添加したりする。
換層３を微結晶半導体層及び非晶質シリコン半導体層と
の組み合わせで構成したが、光電変換層３を全体を非晶
質シリコン半導体層で構成しても構わない。また、上述
の実施例によれば、バンドギャップの制御をＩ型部晶質
シリコン半導休日の成膜基板温度によって制御している
が、Ｉ型止晶質シリコン半導体層のバンドギャップを任
意に設定できる非晶質シリコン半導体層の作成方法を用
いてもよい。例えば、成膜時の水素濃度を変化させ、膜
中の含有水素濃度濃度を変化させたり、膜中に炭素Ｃ、
ゲルマニウムＧｅ所定量添加したりする。
以上、本発明によれば、耐熱基板上に、Ｐ−１−Ｎ接合
し、少なくともＩ型層が非晶質シリコン半導体層である
光電変換層、及び導電膜を形成した光電変換装置におい
て、前記２層及びＮ８の界面部分のＩ型止晶質シリコン
半導体層のバンドギャプを広く設定したため、該界面部
分での正孔及び電子の再結合の確率が低下し、ＩＦｉ部
分での光の吸収が増加し、高い開放電圧と、高い短絡電
流を同時に達成できる。
し、少なくともＩ型層が非晶質シリコン半導体層である
光電変換層、及び導電膜を形成した光電変換装置におい
て、前記２層及びＮ８の界面部分のＩ型止晶質シリコン
半導体層のバンドギャプを広く設定したため、該界面部
分での正孔及び電子の再結合の確率が低下し、ＩＦｉ部
分での光の吸収が増加し、高い開放電圧と、高い短絡電
流を同時に達成できる。
第１図は、本発明の光電変換装置の断面構造を示す断面
図である。 第２図は、Ｉ型止晶質シリコン半導体層の成膜基板温度
の変化とバンドギャップとの関係を示す特性図である。 第３図は、■型非晶質シリコン半導体層の成膜基板温度
の変化と局在準位密度との関係を示す特性図である。 第４図は、第１図に示す光電変換装置のＩ型止晶質シリ
コン半導体層を成膜する際の種々の基板温度の変化工程
パターンを示す経緯特性図である。 ■・・・・・・・・・・・・・耐熱基板２・・・・・・
第１の導電膜 ３・・Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変換層 ４・・・・・・・・・・第２の導電膜
図である。 第２図は、Ｉ型止晶質シリコン半導体層の成膜基板温度
の変化とバンドギャップとの関係を示す特性図である。 第３図は、■型非晶質シリコン半導体層の成膜基板温度
の変化と局在準位密度との関係を示す特性図である。 第４図は、第１図に示す光電変換装置のＩ型止晶質シリ
コン半導体層を成膜する際の種々の基板温度の変化工程
パターンを示す経緯特性図である。 ■・・・・・・・・・・・・・耐熱基板２・・・・・・
第１の導電膜 ３・・Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変換層 ４・・・・・・・・・・第２の導電膜
Claims (2)
- （１）耐熱基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合し、少なくともＩ
型層が非晶質シリコン半導体層である光電変換層、及び
導電膜を形成した光電変換装置において、 前記Ｐ層及びＮ層との界面部分のＩ型非晶質シリコン半
導体層のバンドギャプを、中央部分のバンドギャプより
も広く設定したことを特徴とする光電変換装置。 - （２）前記Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変換層を、Ｐ層又は
Ｎ層を形成する前に、Ｐ型又はＮ型のドーピングガスで
、またＩ層を形成する前に、アルゴンなどの不活性ガス
で、Ｎ層又はＰ層を形成する前に、Ｎ型又はＰ型のドー
ピングガスで、プラズマ処理により表面処理した膜上に
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63332418A JPH02177372A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63332418A JPH02177372A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02177372A true JPH02177372A (ja) | 1990-07-10 |
Family
ID=18254747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63332418A Pending JPH02177372A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02177372A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006269607A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Canon Inc | 光起電力素子の製造方法 |
| JP2009229502A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Sony Corp | 表示装置、および、その製造方法 |
-
1988
- 1988-12-27 JP JP63332418A patent/JPH02177372A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006269607A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Canon Inc | 光起電力素子の製造方法 |
| JP2009229502A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Sony Corp | 表示装置、および、その製造方法 |
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