JPH027577A - 多層積層型光電変換装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、少なくとも２以上の光電変換層が縦方向に
積層されて成る多層積層型光電変換装置に関する。

〔従来の技術〕

入射光をほぼ完全に吸収し、高い変換効率を得る構造の
光電変換装置として第１図に示すような多層積層構造の
光電変換装置がある。このような光電変換装置は、導電
性基板１０上に、第一導電型（たとえばＰ型）半導体ｙ
ｔａ１．ｉ型半導体層２゜第二導電型（たとえばｎ型）
半導体層３がこの順序で積層され１つの光電変換素子り
里が形成され、その後これと同一構造の光電変換素子へ
・烏・・・・・・１図では３層積層型を示す）が必要な
数だけ積層され、最後ＫＩｎ、Ｏｓ等の光を透過できる
透明導電膜Ｉが形成された構成になっている。光は透明
導電膜Ｊ側から入射し、各光電変換素子で吸収されるが
、全体として高い光電変換効率を得るためには第２図に
示すように、各光電変換素子で吸収される光の量を同じ
にし各光電変換素子に流れる電流を同じにしなければな
らない。ところがこれを同一材料を用いた多層積層型光
電変換装置で実現しようとすれば、図に示すように、入
射側から奥に向かうに従い素子の膜厚を厚くしていかな
ければならない。との光電変換装置を非晶質シリコンで
形成する場合には、光電変換素子の膜厚は５００Ａ〜１
００００　Ａの範囲で形成しなければならないため、積
層する光電変換素子の数、全体の膜厚等が制限され設計
に自由度がなくなる。特に光源に６６０１ｍ程度の長波
長の光を用いた場合には、設計が非常に困難となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来技術は、光電変換素子を形成する材料を
変えることによシ、各層での吸収係数を変え、上記問題
点を解決してきた。例えば、最下層の光電変換素子には
Ｅｇｏｐｔの小さく長波長光に対して感度が高く、吸収
係数の大きな非晶質シリコンゲルマニウム（ａ−８ｉＧ
ｅ）が使用され、最上層の光電変換素子にはＥｇｏｐｔ
が大きく短波長光に対して感度が高く吸収係数の大きな
非晶質シリコンカーバイト（ａ−８ｉＣ）が使用されて
いる。

しかし、このように光電変換素子の材料を変えると各材
料で形成条件が異なり、また材料相互間で影響を及ぼす
ため、プラズマＣＶＤ等によシ同−反応室で連続形成す
ることは不可能である。このため、形成装置が非常に大
がかシとなり、製造コストが高くなっている。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、その目的とするところは、各光電変換層を形成する
材料を変えることなく、しかも膜厚について自由度の大
きな多層積層型光電変換装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明は、各光電変換層の
吸収係数を変化させたことを特徴とするものであり、ま
た、各光電変換層の形成温度を変えることにより前記吸
収係数を変化させたことを特徴とするものである。

〔作　用〕

非晶質シリコンは、第３図に示すように形成温度を変化
させることにより、Ｅｇ　ｏｐｔを変化させることがで
きる。これに伴い分光感度のピークが移動し、ある波長
に対する吸収係数が変化する。例えば第４図に示すよう
に０．６６μｍの波長の光に対しては形成温度を上げる
ことによシ吸収係数を約２倍程度増加させることができ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を詳細に説明する。

〔従来の技術〕の項で述べたように、多層積層型光電変
換装置において高い変換効率を得るためには各光電変換
素子を流れる電流を一定にしなければならない。各光電
変換素子を流れる電流は次式で表わされる。簡単のため
、光電変換素子の数は３個とし、単一波長λ０の入射光
で、ｐ層ｎ層での吸収、セル表面での反射はないとする
と、Ｊｓｃｌ＝ｑＮＮｐｈ（ｔ−ｅｘｐ（−ａｌＷｌ）
）　　　−−−−−（１）Ｊｓｃ２＝　ｑ−Ｎｐｈ−ｅ
ｘｐＣ−７２１Ｗ＋）　・（１−ｅｘｐ（−ａ、Ｗ２）
　）　・＋２１Ｊ　ＳＣｓ　＝ｑ−Ｎｐｈ−ｅＸｐ（−
ａｌＷｌ−ａ２％）　（１−ｅｘｐ（−α２Ｗ２　）　
）・・・・・・（３） となり１．ｒＳＣｌ　＝　Ｊｓｃ、　＝　Ｊｓｃ３とな
るようにα１＋”２、α３．　Ｗ、　、　Ｗ、　、　Ｗ
、を選べばよいのである。

ここでＮｐｈは入射フォトン数α１．α２・α３は第１
図に示すように第一、第二、第三セルの吸収係数、当、
　％　、　Ｗ３は同様に膜厚を示している。ここで、さ
らに具体的にこの発明の実施例について説明していく。

まず光源として６６０１ｍ単一波長光（赤色）を用い、
多層に積層される光電変換素子は３個とする。第４図よ
シ基板温度３２５°Ｃで形成した非晶質シリコンの吸収
係数はｓ　ｘ　１０’　（ｃｍ−”）となる。

つまり、入射した光が吸収され馬までｄｆｆするために
必要な非晶質シリコンの膜厚は、用式においてαＷ＝＝
１となればよいから、 Ｗ＝　　　　　＝　２　ｘ　ｌ（１−４（Ｃｍ）　＝　
２　（ｐＨＸ１０３ つまり、２μｍ必要となる。

第５図は同一温度で形成された非晶質シリコン膜によっ
て３膚の光電変換装ｆを設計した場合を示したものであ
る。同図かられかるように、２μｍの光電変換層に吸収
される光量はｌ−４゜これを３等分するように膜厚を決
定すると第−層からそこれに対し第６図は各光電変換層
の膜厚は６６００Ａと一定に保ち、膜の形成温度を変え
ることによシそれぞれの光電変換層の吸収係数を変化さ
せた場合を示している。ここで各層での光吸収率は式１
式％ ｇ＝層ｉ　ｅｘＴ）（−ａＩＷ）（１−ｅ　Ｘｐ　（−
ａ、Ｗ）　）第三Ｍ　；　ｅＸｐ（−ａＩＷ−α２Ｗ）
（１−ｅｘｐ（−α３Ｗ））となり、これらの値が同じ
になるようにα１．α２゜α３を決めればよいのである
。ここでＷは６６００Ａ一定である。

上記の考えに従いα１．α２．α３を決定すると、α、
　＝　５　Ｘ　１０１０３（ｒ’）ａ２＝　１．２４　
Ｘ　１０杓口 α３＝　２．７７　Ｘ　１０’（♂） となり、このような吸収係数となるように形成温度を変
えてやればよいのである。°士た、第４図に示すように
吸収係数は形成温度が高くなるに従い大きくなるため、
最下層、つまり最初に形成する層が最も形成温度が高く
なるため、この発明を実現するプロセス上何ら問題とは
ならないのである。

〔発明の効果〕

このように、仁の発明は従来の多層＠層型光電変換装置
の設計において大きな制限となっていた各光電変換素子
の膜厚について自由度を大きくすることができ、かつ製
造方法が簡単で量産性に富み、低コストで高効率な光電
変換装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は多層積層型光電変換装はの構成図、第２図はこ
の装置の設計方法図、第３図及び第４図は非晶質シリコ
ンの特性図、第５図及び第６図はこの発明の設計方法図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも同一材料で２以上の光電変換層が積層
   されて成る多層積層型光電変換装置であって、前記各光
   電変換層の吸収係数が異なることを特徴とする多層積層
   型光電変換装置。
2. （２）前記光電変換層が非晶質シリコンで形成され、各
   層の形成温度を変え吸収係数を変化させたことを特徴と
   する請求項１記載の多層積層型光電変換装置。