JPH03235374A - Photoelectric conversion element - Google Patents

Photoelectric conversion element

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JPH03235374A
JPH03235374A JP2029476A JP2947690A JPH03235374A JP H03235374 A JPH03235374 A JP H03235374A JP 2029476 A JP2029476 A JP 2029476A JP 2947690 A JP2947690 A JP 2947690A JP H03235374 A JPH03235374 A JP H03235374A
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JP
Japan
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thin film
type semiconductor
thin
film
photoelectric conversion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2029476A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Miyaji
宮地 賢司
Yoshinori Ashida
芦田 芳徳
Nobuhiro Fukuda
福田 信弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Publication date
Application filed by Mitsui Toatsu Chemicals Inc filed Critical Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PURPOSE:To boost the open end voltage up to a high value while increasing the photoelectric conversion efficiency by a method wherein an iridium oxide film is laid between a transparent electrode and a thin p type semiconductor film to change the thin p type semiconductor film into a thin p type fine crystal film, etc. CONSTITUTION:A glass substrate 1 with transparent electrode 2 comprising of tin oxide is arranged in a formation device capable of forming films by the high-frequency sputtering process. Next, the device is vacuumized to form a thin iridium oxide film 3 by reactive sputtering process using high-frequency power 0.4W/cm<2> for five minutes. Next, the substrate 1 is shifted to a thin p type semiconductor film formation chamber to form a thin p type fine crystal film 4 and then the substrate 1 is shifted to a thin i type semiconductor film formation chamber to form a thin amorphous silicon film 5. Next, the substrate 1 is further shifted to a thin n type semiconductor film formation chamber to form a thin n type semiconductor film 6 and then a metallic electrode 7 is formed. Resultantly, the open end voltage can be boosted up to such a very high value of 0.952V thereby enabling the photoelectric conversion efficiency to reach 12.02% for increasing the same.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は非晶質シリコン太陽電池すなわち充電変換素子
(以下本発明においては両者を同義で使用することにす
る)の高性能化に関し、と(に、開放端電圧を高めるこ
とにより、非晶質シリコン太陽電池の高効率化を図る技
術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field] The present invention relates to improving the performance of an amorphous silicon solar cell, that is, a charge conversion element (hereinafter, in the present invention, the two will be used interchangeably), and This invention relates to technology for increasing the efficiency of amorphous silicon solar cells by increasing the open-circuit voltage.

〔背景技術〕[Background technology]

非晶質シリコン太陽電池は電卓や時計を駆動するための
、出力の小さいエネルギー供給源としてすでに実用化さ
れている。しかしながら、電力用に用いる出力の大きい
エネルギー供給源としては、未だ満足させる性能に到達
せず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されてい
る。しかして太陽電池の光電変換効率は開放端電圧、短
絡光電流ならびに曲線因子の積で表される。各種の検討
の結果、短絡光電流ならびに曲線因子については現在の
達成値は、理論的に予想される値に近づいてきたが、こ
と開放端電圧は未だ充分改善されていない。開放端電圧
を改善するためには、p型半導体薄膜の光電特性を改善
せねばならず、とくに、その光学的バンドギャップの拡
大と電気伝導率の向上を同時に行わねばならないところ
に、技術の困難性があった。この理由は、光学的バンド
ギャップを拡大すると、−S的に電気伝導率が低下して
仕舞うからであった。これまでにこのP型半導体薄膜の
改善として、我々がすでに従業したように、原料ガスへ
の供給エネルギーを制御したp型非晶質シリコン薄膜(
例えば、特開昭59−161079他)、アルキルシラ
ンおよびシラン化合物を原料としたP型非晶質シリコン
カーバイド薄膜(例えば、特開昭61−125124.
62−016513他)およびシリコンとカーボンの組
成比や膜の結晶化率が異なる二つの層が、それぞれ一定
の膜厚で交互に積層されたp型非晶質シリコンカーバイ
ドまたは微結晶含有p型非晶質シリコンカーバイド薄膜
(例えば、特願昭63−10907)など種々の検討を
進めてきているが、結果的には、非晶質シリコン太陽電
池の開放端電圧は、予期されるほど充分改善されたとは
言い難いものであった。このように、p型の半導体薄膜
を非晶質シリコン太陽電池に必要十分な、50人〜50
0人の膜厚において、通常、膜特性を評価している10
00Å以上の厚膜の膜特性と同等の特性で、透明電極上
に形成することは極めて困難なためなのか、あるいはま
た、P型半導体?!膜形成時に、透明電極が損傷を受け
たために性能改善につながらなかったのか、現在の技術
水準においては明らかではないが、とにかく、p型半導
体薄膜特性の改善のみでは、充分な光電変換効率の向上
は図れなかった。この解決のために我々は、特願昭63
−261382および特願昭63−261383で提案
したように透明電極とp型半導体薄膜の間に化学的に安
定で、かつ、結合力の強い酸化タンタルや酸化ジルコニ
ウム薄膜を介在させることにより、透明!極の還元を抑
え、高開放端電圧化を可能としたが、これらの酸化物は
n型であるためp型半導体薄膜間にn/p逆接舎を生じ
ること、および、透明性と低抵抗を両立させることが難
しいものであった。
Amorphous silicon solar cells are already in practical use as low-output energy sources to power calculators and watches. However, as an energy supply source with a large output used for electric power, satisfactory performance has not yet been achieved, and various studies are being carried out with the aim of improving performance. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of a solar cell is expressed as the product of open circuit voltage, short circuit photocurrent, and fill factor. As a result of various studies, the currently achieved values for short-circuit photocurrent and fill factor are approaching theoretically predicted values, but open-circuit voltage, in particular, has not yet been sufficiently improved. In order to improve the open-circuit voltage, it is necessary to improve the photoelectric properties of the p-type semiconductor thin film, and in particular, there are technical difficulties in expanding the optical band gap and improving the electrical conductivity at the same time. There was sex. The reason for this is that when the optical bandgap is expanded, the electrical conductivity decreases in terms of -S. As an improvement to this P-type semiconductor thin film, we have been working on a p-type amorphous silicon thin film (
For example, JP-A-59-161079, et al.), P-type amorphous silicon carbide thin film made from alkylsilane and silane compounds (for example, JP-A-61-125124).
62-016513, etc.) and p-type amorphous silicon carbide or microcrystal-containing p-type non-crystalline silicon carbide in which two layers with different silicon and carbon composition ratios and film crystallization rates are alternately laminated with a constant thickness. Various studies have been carried out, including crystalline silicon carbide thin films (for example, Japanese Patent Application No. 10907/1983), but as a result, the open circuit voltage of amorphous silicon solar cells has not been sufficiently improved as expected. It was hard to say. In this way, 50 to 50
The film properties are usually evaluated at the film thickness of 0 people.10
Is it because it is extremely difficult to form a film on a transparent electrode with properties equivalent to those of a thick film of 00 Å or more, or is it a P-type semiconductor? ! It is not clear at the current state of the art whether the transparent electrode was damaged during film formation and did not lead to improved performance, but in any case, improving the properties of the p-type semiconductor thin film alone is not sufficient to improve photoelectric conversion efficiency. I couldn't figure it out. In order to solve this problem, we have applied for the
-261382 and Japanese Patent Application No. 63-261383, by interposing a chemically stable and strong bonding tantalum oxide or zirconium oxide thin film between the transparent electrode and the p-type semiconductor thin film, transparent! This suppressed the reduction of the electrode and enabled a high open-circuit voltage, but since these oxides are n-type, an n/p reverse junction occurs between p-type semiconductor thin films, and transparency and low resistance are difficult to achieve. It was difficult to achieve both.

一方、特開昭61−96775に透明電極とp型半導体
薄膜の間にp型白金族酸化物として酸化イリジウム薄膜
を設けることにより、製造歩留り、光電変換効率とも上
昇することが開示されているが、技術思想が透明電極部
での接合不良による製造歩留りの低下を抑えることにあ
るため、P型内金族酸化物の膜厚が厚く、結果として、
その改善度は僅かなものであった。すなわち、イリジウ
ム酸化物薄膜の膜厚が厚すぎるため、却って光電流が減
少してしまうこと、p型の酸化イリジウムとn型の透明
導電膜との間の逆接合の形成等によると考えられた。そ
こで、本願はこれらの点をさらに検討をかさねて、特に
、開放端電圧を高めることに重点をおき、完成させたも
のである。
On the other hand, JP-A No. 61-96775 discloses that by providing an iridium oxide thin film as a p-type platinum group oxide between a transparent electrode and a p-type semiconductor thin film, both manufacturing yield and photoelectric conversion efficiency can be increased. , because the technical idea is to suppress the decline in manufacturing yield due to poor bonding in the transparent electrode part, the film thickness of the P-type internal metal group oxide is thick, and as a result,
The degree of improvement was slight. In other words, it was thought that the photocurrent actually decreased because the iridium oxide thin film was too thick, and that a reverse junction was formed between the p-type iridium oxide and the n-type transparent conductive film. . Therefore, the present application has been completed by further studying these points and placing particular emphasis on increasing the open circuit voltage.

(発明の基本的着想〕 現状のp型の微結晶Tii膜は極めて強い還元雰囲気で
のみ形成可能であるため、その下地である透明電極たる
透明導電性酸化物を還元してしまう。
(Basic idea of the invention) Since the current p-type microcrystalline Tii film can be formed only in an extremely strong reducing atmosphere, the underlying transparent conductive oxide, which is the transparent electrode, is reduced.

そのため、還元された金属部で光の透過が阻害され、短
絡光電流の低下を招く、また、p型半導体薄膜自体、微
結晶化から予測されるより、高抵抗化している。さらに
、透明電極がn型の特性を有するため、透明電極/p型
半導体薄膜間にn / p逆接合が生じ、P型半導体薄
膜とn型半導体薄膜の特性から決定される拡散電位の減
少が起こるため、曲線因子も低く、開放端1を圧の改善
も得られていない、そこで、我々はかかる観点から、こ
の透明導電性酸化物の還元、および、拡散電位の減少を
抑制することが必須であると考え、透明導電性酸化物上
に化学的に安定で、しかもp型の金属酸化物薄膜である
イリジウム酸化物を形成した後にp型の微結晶薄膜を形
成して非晶質シリコン太陽電池を作製することにより、
高い開放端電圧を有する光電変換素子の形成が可能とな
ることを見出し、本発明を完成した。
Therefore, light transmission is inhibited in the reduced metal portion, leading to a decrease in short-circuit photocurrent, and the resistance of the p-type semiconductor thin film itself is higher than expected from microcrystallization. Furthermore, since the transparent electrode has n-type characteristics, an n/p reverse junction occurs between the transparent electrode and the p-type semiconductor thin film, and the diffusion potential determined from the characteristics of the p-type semiconductor thin film and the n-type semiconductor thin film decreases. Therefore, the fill factor is low and no improvement in the pressure at the open end 1 has been obtained. Therefore, from this point of view, it is essential to suppress the reduction of this transparent conductive oxide and the decrease in the diffusion potential. Considering this, we formed iridium oxide, a chemically stable p-type metal oxide thin film, on a transparent conductive oxide, and then formed a p-type microcrystalline thin film to form an amorphous silicon solar cell. By making batteries,
The present invention was completed based on the discovery that it is possible to form a photoelectric conversion element having a high open circuit voltage.

〔発明の開示〕[Disclosure of the invention]

本発明は、透光性基板、透明電極、p型半導体薄膜、i
型半導体薄膜、n型半導体薄膜、電極の順に積層して形
成された光電変換素子において、透明電極とP型半導体
薄膜の間に、イリジウム酸化物を介在させ、該p型半導
体薄膜がp型の微結晶シリコン薄膜、炭素含有微結晶シ
リコン薄膜または微結晶シリコンカーバイド薄膜である
光電変換素子である。特に好ましい水側としてはイリジ
ウム酸化物が5〜50人の厚みに形成されているもので
ある。
The present invention provides a transparent substrate, a transparent electrode, a p-type semiconductor thin film, an i
In a photoelectric conversion element formed by laminating a type semiconductor thin film, an n-type semiconductor thin film, and an electrode in this order, iridium oxide is interposed between the transparent electrode and the p-type semiconductor thin film, and the p-type semiconductor thin film is a p-type semiconductor thin film. The photoelectric conversion element is a microcrystalline silicon thin film, a carbon-containing microcrystalline silicon thin film, or a microcrystalline silicon carbide thin film. A particularly preferred water side is one in which iridium oxide is formed to a thickness of 5 to 50 people.

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。The present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の光電変換素子の層構成の一実施例を示
す模式図であり、第2図は従来の充電変換素子の層構成
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the layer structure of the photoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the layer structure of a conventional charge conversion element.

図において、1・・・・・・・・−・・・透光性の基板
、2・・・・・・・−・・・透明電極、3−・−・−酸
化イリジウム薄膜、4・・−・−−・・p型半導体TR
膜、5−−−−−一−−・−・i型半導体薄膜、6−−
−−−−・・−・・n型半導体薄膜、7・・−・−・−
・−裏面電極、をそれぞれ示す。
In the figure, 1......Translucent substrate, 2...Transparent electrode, 3--Iridium oxide thin film, 4... -・---・p-type semiconductor TR
Film, 5------1--・-i-type semiconductor thin film, 6--
−−−−・・−・・N type semiconductor thin film, 7・・−・−・−
・− Back electrode is shown, respectively.

本発明において、透明電極材料に用いられている酸化ス
ズは、安価で透明性、導電性に優れた材料であるが、触
媒やセンサー材料等に用いられるように化学的に極めて
活性な物質で、また、n型半導体である。これに対し、
本発明におけるイリジウム酸化物は、化学的に安定であ
り、また、p型不純物を添加しないにもかかわらず、高
光学的バンドギャップ(〜4eV)で高光導電率のp型
半導体の特性を有することが知られている(例えば、藤
原良治他「反応性スパッタリング法によるIrOx膜の
作製とその特性」第31回応用物理学関係連合講演会予
稿集、第76頁 講演番号30a−B−4,1984年
3月30日〜1984年3月30日)、このイリジウム
酸化物は金属イリジウムや酸化イリジウム等のペレット
やターゲットを原料として、スパッタリング蒸着法、電
子ビーム蒸着法、イオンブレーティング蒸着法を行うこ
とにより容易に形成される。
In the present invention, tin oxide used in the transparent electrode material is an inexpensive material with excellent transparency and conductivity, but it is also a chemically extremely active substance used in catalysts, sensor materials, etc. It is also an n-type semiconductor. In contrast,
The iridium oxide in the present invention is chemically stable and has the characteristics of a p-type semiconductor with a high optical band gap (~4 eV) and high photoconductivity despite not adding p-type impurities. (For example, Ryoji Fujiwara et al., "Preparation of IrOx film by reactive sputtering method and its properties," Proceedings of the 31st Joint Conference on Applied Physics, p. 76, Lecture No. 30a-B-4, 1984) (March 30, 1984 to March 30, 1984), this iridium oxide can be produced using sputtering deposition, electron beam deposition, or ion blating deposition using pellets or targets such as metallic iridium or iridium oxide. easily formed by

また、イリジウムの塩化物と酸素ガス等を用いたスプレ
ー法やCVD (化学気相堆積)法による形成でも本発
明は有効に実施され、これらの中から目的に合わせて適
宜選択されて採用される。つまり、その金属あるいは金
属酸化物あるいは金属化合物の融点、酸素との反応性、
分解速度等を考慮し、最適な方法が選択される。本発明
においては、多くの場合、スパッタリング法、電子ビー
ム蒸着法が有効な方法として採用される。形成条件とし
ては、形成温度は室温〜600°C1蒸着速度1〜50
人/min、圧力0.000001〜1.0 Torr
で行われる。
The present invention can also be effectively carried out by a spray method or a CVD (chemical vapor deposition) method using iridium chloride and oxygen gas, and an appropriate one can be selected from these methods according to the purpose. . In other words, the melting point of the metal, metal oxide, or metal compound, the reactivity with oxygen,
The optimal method is selected by considering the decomposition rate, etc. In the present invention, sputtering and electron beam evaporation are often employed as effective methods. As for the formation conditions, the formation temperature is room temperature to 600°C, the deposition rate is 1 to 50°C.
person/min, pressure 0.000001~1.0 Torr
It will be held in

基板にバイアス電圧を印加して蒸着することは、なんら
本発明の効果を妨げるものではない。 本発明において
は、イリジウム酸化物の必要厚みは5Å以上高々50人
で十分である。好ましくは、10〜30人である。この
厚みをあまり越えて例えば、100人を越えて形成した
場合には、開放端電圧の改善効果を曲線因子の低下が打
ち消して発明の効果を達成できない、酸化イリジウム薄
膜の導電率は、好ましくは0.00001 S / c
mであり、とくに好ましくは0.0137cm、さらに
好ましくは103/cnであるが、厚みが50Å以下で
ある場合はかなり低い導電率でも本発明の妨げにはなら
ない、また、膜厚があまり薄い場合には、同様に本発明
の効果を充分奏することができない。必要厚みの制御は
、例えば1000〜2000人程度のイリジウム酸化物
薄膜の形成時の平均成膜速度を実測し、この速度と成膜
時間をもちいて、膜厚を制御することにより達成される
Vapor deposition while applying a bias voltage to the substrate does not impede the effects of the present invention in any way. In the present invention, the required thickness of the iridium oxide is 5 Å or more and a maximum of 50 layers is sufficient. Preferably, the number is 10 to 30 people. If the thickness of the iridium oxide thin film exceeds this value, for example, if the thickness exceeds 100, the effect of improving the open circuit voltage will be canceled out by the decrease in fill factor and the effect of the invention will not be achieved.The conductivity of the iridium oxide thin film is preferably 0.00001 S/c
m, particularly preferably 0.0137 cm, more preferably 103/cn, but if the thickness is 50 Å or less, even a fairly low conductivity will not impede the present invention, and if the film thickness is too thin Similarly, the effects of the present invention cannot be achieved sufficiently. Control of the required thickness is achieved by actually measuring the average deposition rate of iridium oxide thin films formed by about 1,000 to 2,000 people, for example, and controlling the film thickness using this rate and deposition time.

本発明において、p型の半導体filとしてはp型の微
結晶薄膜を用いることが好ましい。p型の微結晶薄膜は
p型の微結晶シリコンTil膜、炭素含有微結晶シリコ
ン薄膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜等を有効に用い
ることができる。p型機結晶薄膜の必要厚みは50Å以
上高々400人で十分である。好ましくは、100人〜
250人である。400人を越えて形成した場合には、
開放端電圧の改善効果を電流の低下が打ち消して発明の
効果を達成できない、現在の技術では、400Å以下の
p型半導体薄膜の形成を十分に証拠だでることは困難で
ある。しかしながら、本発明において、p型機結晶Ti
1WIAとして有効なfilは、1000Å以上の膜厚
に形成したときに、P型機結晶薄膜の性質を示すもので
あればよい。すなわち、1000Å以上の膜厚に堆積す
ることにより、X線回折を用いることにより、シリコン
結晶に起因する回折ピークを観測することができる。こ
の回折ピークが現れる形成条件(p型機結晶薄膜の形成
条件)において、400Å以下で、必要膜厚に相当する
成膜時間を、対応する成膜速度から算出して、形成する
ことによって本発明のp型機結晶薄膜を得ることが可能
である。また、このようなP型機結晶薄膜は通常、光学
的バンドギャップが1.9 eV以上と広い状態におい
ても、0.OIS/cy+以上の高い導電率を有する。
In the present invention, it is preferable to use a p-type microcrystalline thin film as the p-type semiconductor fil. As the p-type microcrystalline thin film, a p-type microcrystalline silicon Til film, a carbon-containing microcrystalline silicon thin film, a microcrystalline silicon carbide thin film, etc. can be effectively used. The required thickness of the p-type mechanical crystal thin film is 50 Å or more, and at most 400 people are sufficient. Preferably from 100 people
There are 250 people. If more than 400 people form the group,
With the current technology, it is difficult to provide sufficient evidence for the formation of a p-type semiconductor thin film with a thickness of 400 Å or less, since the effect of improving the open circuit voltage is canceled out by the reduction in current and the effect of the invention cannot be achieved. However, in the present invention, p-type machine crystal Ti
A fil that is effective as 1WIA may be one that exhibits the properties of a P-type machine crystal thin film when formed to a thickness of 1000 Å or more. That is, by depositing the film to a thickness of 1000 Å or more, diffraction peaks due to silicon crystal can be observed using X-ray diffraction. Under the formation conditions under which this diffraction peak appears (formation conditions for p-type mechano-crystalline thin films), the present invention can be achieved by calculating the film formation time corresponding to the required film thickness from the corresponding film formation rate and forming the film with a thickness of 400 Å or less. It is possible to obtain a p-type mechanically crystalline thin film. In addition, such a P-type mechanical crystal thin film usually has a wide optical bandgap of 1.9 eV or more, even when the optical bandgap is 0.9 eV or more. It has a high electrical conductivity of OIS/cy+ or higher.

P型の微結晶薄膜は分子内にシリコンを有する化合物、
ジボランに代表される周期律表の第■族の化合物、なら
びに水素からなる混合ガスを原料ガスとして、プラズマ
CVD (化学気相堆積)法や光CVD (化学気相堆
積)法を行うことにより容易に形成される。これらの混
合ガスに、必要に応じて炭化水素ガスやヘリウムやアル
ゴン等の不活性ガスが添加され、ることを、本発明は、
なんら、妨げるものではない、形成条件は、形成温度は
150〜400°C1好ましくは175〜300°C1
特に好ましくは200〜250°Cであり、形成圧力は
0.01〜5 Torrs好ましくは0.03〜1.5
 Torr、特に好ましくは0.035〜1.0 To
rrで行われる。
P-type microcrystalline thin film is a compound that has silicon in its molecules,
It is easy to perform plasma CVD (chemical vapor deposition) method or photoCVD (chemical vapor deposition) method using a mixed gas consisting of hydrogen and a compound of group Ⅰ of the periodic table, represented by diborane, as a raw material gas. is formed. The present invention provides that a hydrocarbon gas or an inert gas such as helium or argon is added to these mixed gases as necessary.
The forming conditions are such that the forming temperature is 150 to 400°C, preferably 175 to 300°C.
The temperature is particularly preferably 200 to 250°C, and the forming pressure is preferably 0.01 to 5 Torrs, preferably 0.03 to 1.5
Torr, particularly preferably 0.035 to 1.0 Torr
It is done in rr.

n型半導体薄膜は水素化シリコン薄膜、水素化シリコン
ゲルマン薄膜、水素化シリコンカーボンfilU等であ
り、非晶質シリコン太陽電池の光活性領域を形成するも
のである。これらn型半導体薄膜は、分子内にシリコン
を有する化合物、ゲルマン、シリルゲルマン等の分子内
にゲルマニウムを有する化合物、炭化水素ガス等から、
目的の半導体薄膜に応じて適宜選択される原料ガスに、
プラズマCVD (化学気相堆積)法や光CVD (化
学気相堆積)法を通用することにより容易に形成される
。原料ガスを水素やヘリウム等で希釈して用いることや
原料ガスにごく微量のジボランを添加すること等、i型
半導体′5t1&形成における従来技術を併用すること
については、なんら、本発明の効果を妨げるものではな
い、形成条件は、形成温度は150〜400°C1好ま
しくは175〜350″Cであり、形成圧力は0.01
〜5 Torr、好ましくは0.03〜1.5 Tor
rで行われる。n型半導体薄膜の膜厚は太陽電池の用途
に応じて適宜決定されるものであり、本発明の限定条件
ではない。本発明の効果を達成するためには、1000
〜10000人で十分である。
The n-type semiconductor thin film is a hydrogenated silicon thin film, a hydrogenated silicon germane thin film, a hydrogenated silicon carbon filU, etc., and forms a photoactive region of an amorphous silicon solar cell. These n-type semiconductor thin films are made from compounds containing silicon in the molecule, compounds containing germanium in the molecule such as germane and silylgermane, and hydrocarbon gases.
The raw material gas is selected as appropriate depending on the desired semiconductor thin film.
It is easily formed by using a plasma CVD (chemical vapor deposition) method or a photo CVD (chemical vapor deposition) method. The effects of the present invention cannot be achieved by using conventional techniques in forming an i-type semiconductor, such as diluting the raw material gas with hydrogen, helium, etc., or adding a very small amount of diborane to the raw material gas. The forming conditions are, without limitation, the forming temperature is 150-400°C, preferably 175-350''C, and the forming pressure is 0.01
~5 Torr, preferably 0.03-1.5 Torr
It is done in r. The thickness of the n-type semiconductor thin film is appropriately determined depending on the use of the solar cell, and is not a limiting condition of the present invention. In order to achieve the effect of the present invention, 1000
~10,000 people is enough.

n型半導体薄膜はn型の微結晶薄膜やn型のアモルファ
ス薄膜が有効に用いられる。これらは、n型の微結晶シ
リコン薄膜、炭素含有微結晶シリコン薄膜、微結晶シリ
コンカーバイド薄膜、アモルファスシリコンFig、ア
モルファスシリコンカーボンFit H、アモルファス
シリコンゲルマン薄膜等を有効に用いることができる。
As the n-type semiconductor thin film, an n-type microcrystalline thin film or an n-type amorphous thin film is effectively used. As these, n-type microcrystalline silicon thin film, carbon-containing microcrystalline silicon thin film, microcrystalline silicon carbide thin film, amorphous silicon Fig, amorphous silicon carbon Fit H, amorphous silicon germane thin film, etc. can be effectively used.

これらn型半導体薄膜は、分子内にシリコンを有する化
合物、ゲルマン、シリルゲルマン等の分子内にゲルマニ
ウムを有する化合物、炭化水素ガス等から、目的とする
半導体薄膜に応じて適宜選択される原料に、ホスフィン
やアルシン等の周期律表の第■族の化合物、ならびに水
素を混合して、プラズマCVD(化学気相堆積)法や光
CVD (化学気相堆積)法を適用することにより容易
に形成される。さらに、当該原料ガスをヘリウムやアル
ゴン等の不活性ガスで希釈することは、なんら、本発明
の効果を妨げるものではない、形成条件は、形成温度は
150〜400℃、好ましくは175〜350°Cであ
り、形成圧力は0.01〜5 Torr、好ましくは0
.03〜1.5Torrで行われる。n型半導体i1膜
の膜厚は、200〜500人で十分である。
These n-type semiconductor thin films are made using raw materials that are appropriately selected depending on the desired semiconductor thin film from compounds having silicon in the molecule, compounds having germanium in the molecule such as germane and silylgermane, and hydrocarbon gases. It can be easily formed by mixing compounds from group Ⅰ of the periodic table, such as phosphine and arsine, and hydrogen, and applying plasma CVD (chemical vapor deposition) or photoCVD (chemical vapor deposition). Ru. Furthermore, diluting the raw material gas with an inert gas such as helium or argon does not impede the effects of the present invention.The formation conditions include a formation temperature of 150 to 400°C, preferably 175 to 350°C. C, and the forming pressure is 0.01 to 5 Torr, preferably 0
.. It is carried out at 0.03 to 1.5 Torr. The thickness of the n-type semiconductor i1 film is sufficient for 200 to 500 people.

本発明において、用いるに好ましい原料ガスについてさ
らに具体的な水側をあげて説明する。分子内にシリコン
を有する化合物については、モノシラン、ジシラン、ト
リシラン等の水素化シリコン、モノメチルシラン、ジメ
チルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、
エチルシランジエチルシラン等のアルキル基置換の水素
化シリコン、ビニルシラン、ジビニルシラン、トリビニ
ルシラン、ビニルジシラン、ジビニルジシラン、プロペ
ニルシラン、エチニルシラン等のラジカル重合可能の不
飽和炭化水素基を分子内に有する水素化シリコン、これ
ら水素化シリコンの水素が一部またはすべてフッ素で置
換されたフッ化シリコンを有効に用いることができる。
In the present invention, the preferred raw material gas to be used will be described with reference to the water side in more detail. For compounds having silicon in the molecule, hydrogenated silicon such as monosilane, disilane, trisilane, monomethylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, tetramethylsilane,
Hydrogenated silicone substituted with alkyl groups such as ethylsilane diethylsilane, hydrogen containing radically polymerizable unsaturated hydrocarbon groups in the molecule such as vinylsilane, divinylsilane, trivinylsilane, vinyldisilane, divinyldisilane, propenylsilane, and ethynylsilane. Silicon hydrides and silicon fluorides in which hydrogen in these silicon hydrides is partially or completely replaced with fluorine can be effectively used.

炭化水素ガスの具体的水側として、メタン、エタン、プ
ロパン、エチレン、プロピレン、アセチレン等の炭化水
素ガスが有用である。これら炭化水素ガスは、炭素含有
微結晶シリコン薄膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜等
の形成において、光学的バンドギャップを変更するとき
に用いると便利である。また、この目的においては、ア
ルキル基置換の水素化シリコン、ラジカル重合可能の不
飽和炭化水素基を分子内に有する水素化シリコン、これ
ら水素化シリコンの水素が一部またはすべてフッ素で置
換されたフン化シリコン等の材料も有用である。
Hydrocarbon gases such as methane, ethane, propane, ethylene, propylene, and acetylene are useful as specific water-side hydrocarbon gases. These hydrocarbon gases are conveniently used to change the optical bandgap in forming carbon-containing microcrystalline silicon thin films, microcrystalline silicon carbide thin films, and the like. In addition, for this purpose, silicon hydrides substituted with alkyl groups, silicon hydrides having a radically polymerizable unsaturated hydrocarbon group in the molecule, and silicon hydrides in which hydrogen in these silicon hydrides has been partially or completely replaced with fluorine are also used. Materials such as silicon oxide are also useful.

透光性基板、透明電極、裏面電極等については、とくに
、限定される条件はない。透光性基板としては青板ガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等従来用いられてい
るガラス基板材料が有用であるが、さらに、金属やプラ
スチックスも基板材料として用いることができる。プラ
スチックス材料においては、100°C以上の温度に耐
える材料をさらに有効に用いることができる。透明電極
としては、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金
属酸化物や透光性の金属等を有効に用いることができる
。裏面電極としては、必ずしも透光性である必要がない
ので、アルミニウム、クロム、ニッケルークロム、銀、
金、白金等の金属や酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜
鉛等の金属酸化物の中から適宜、選択して用いることが
できる。
There are no particular limitations on the light-transmitting substrate, transparent electrode, back electrode, etc. As the light-transmitting substrate, conventionally used glass substrate materials such as blue plate glass, borosilicate glass, and quartz glass are useful, but metals and plastics can also be used as the substrate material. As for plastic materials, materials that can withstand temperatures of 100° C. or more can be used more effectively. As the transparent electrode, metal oxides such as tin oxide, indium oxide, and zinc oxide, translucent metals, and the like can be effectively used. The back electrode does not necessarily have to be transparent, so aluminum, chromium, nickel-chromium, silver,
It can be appropriately selected and used from metals such as gold and platinum, and metal oxides such as tin oxide, indium oxide, and zinc oxide.

以下、実施例により、本発明の実施の態様の一例を具体
的に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to Examples.

〔実施例1〕 光電変換素子の形成装置としては、高周波スパッタリン
グ法、プラズマCVD法ならびに光CVD法を適用でき
る成膜装置を用いた。素子の層構成は第1図に示したと
おりである。酸化スズからなる透明電極2付きガラス基
板1が高周波スパッタリング成膜を適用できる形成装置
内に設置された。真空排気を行い、特に基板加熱は行わ
ず、まず酸素を導入し、圧力0.1Torrにした。タ
ーゲットには純度99.99χの金属イリジウムを用い
、高周波電力0.4W/can”にて5分間反応性スパ
ッタリングさせ、20人のイリジウム酸化物薄膜3を形
成(蒸着速度4人/5hin ) シた0次に、P型半
導体薄膜形成室に当該基板を移送し、p型機結晶薄膜4
を形成した。P型機結晶薄膜の作製は原料ガスとして、
ジシラン/ジポラン/水素を510.01/2000割
合で導入し、圧力0.2Torrにおいて、低圧水銀灯
により、紫外線を照射して光CVD法により実施した。
[Example 1] As a forming apparatus for a photoelectric conversion element, a film forming apparatus capable of applying a high frequency sputtering method, a plasma CVD method, and a photoCVD method was used. The layer structure of the device is as shown in FIG. A glass substrate 1 with a transparent electrode 2 made of tin oxide was placed in a forming apparatus capable of applying high frequency sputtering film formation. Vacuum evacuation was performed, and oxygen was first introduced without particularly heating the substrate, and the pressure was set to 0.1 Torr. Using metallic iridium with a purity of 99.99χ as a target, reactive sputtering was performed for 5 minutes at a high frequency power of 0.4 W/can to form a 20 iridium oxide thin film 3 (evaporation rate 4 people/5 h). 0 Next, the substrate is transferred to a P-type semiconductor thin film forming chamber, and a p-type semiconductor thin film 4 is formed.
was formed. For the production of P-type machine crystal thin film, as a raw material gas,
Disilane/diporane/hydrogen were introduced in a ratio of 510.01/2000, and a photoCVD method was performed by irradiating ultraviolet rays with a low-pressure mercury lamp at a pressure of 0.2 Torr.

p型機結晶薄膜の形成速度は0.2人/Sであり、成膜
時間を850秒として、膜厚170人に形成した。次に
n型半導体薄膜形成室に当該基板を移送し、モノシラン
を導入して、圧力0.05Torr、形成温度240°
Cの条件でプラズマCVD法によりアモルファスシリコ
ン薄膜5を約7000人の膜厚に形成した。プラズマC
VD法は13.56 MHzのRF放電を利用した。こ
のときの、RF電力は1o−であった。i型半導体薄膜
形成後、n型半導体薄膜形成室に当該基板を移送した。
The p-type mechano-crystalline thin film was formed at a rate of 0.2 g/s, a film forming time of 850 seconds, and a film thickness of 170 g/s. Next, the substrate was transferred to an n-type semiconductor thin film forming chamber, monosilane was introduced, the pressure was 0.05 Torr, and the forming temperature was 240°.
An amorphous silicon thin film 5 was formed to a thickness of approximately 7,000 wafers by plasma CVD under the conditions of C. Plasma C
The VD method utilized 13.56 MHz RF discharge. At this time, the RF power was 1o-. After forming the i-type semiconductor thin film, the substrate was transferred to an n-type semiconductor thin film forming chamber.

モノシラン/ホスフィン/水素からなる原料ガスをそれ
ぞれの流量が1010.01/100の割合になるよう
に導入した。圧力0.2 Torr、形成温度240°
Cの条件でプラズマCVD法によりn型半導体薄膜6を
500人の膜厚に形成した。プラズマCVD法は13.
56 MHzのRF放電を利用した。このときの、RF
li力は50 Wであった。ついで、1tli形成装置
から取り出し、金属電極7を形成した。AMI、100
 mW/Cll1(D光をソーラーシュミレータにより
、照射して当該光電変換素子の光電特性を測定した。こ
の結果、開放端電圧が0.952 Vと非常に高い値を
得て、本発明の効果を確認したうえに、短絡光電流17
.47mA/cJ。
Raw material gases consisting of monosilane/phosphine/hydrogen were introduced such that their respective flow rates were in the ratio of 1010.01/100. Pressure 0.2 Torr, forming temperature 240°
An n-type semiconductor thin film 6 was formed to a thickness of 500 nm by plasma CVD under the conditions of C. Plasma CVD method is 13.
A 56 MHz RF discharge was utilized. At this time, RF
The power was 50W. Then, it was taken out from the 1tli forming apparatus and a metal electrode 7 was formed thereon. AMI, 100
mW/Cll1 (D light was irradiated with a solar simulator to measure the photoelectric characteristics of the photoelectric conversion element. As a result, the open circuit voltage was as high as 0.952 V, which demonstrated the effect of the present invention. After confirming, short circuit photocurrent 17
.. 47mA/cJ.

曲線因子0.723と大きい値であり、結果として、光
電変換効率は12.02%ときわめて優れたものであっ
た。
The fill factor was a large value of 0.723, and as a result, the photoelectric conversion efficiency was extremely excellent at 12.02%.

〔比較例1〕 実施例1に於て、イリジウム酸化物薄膜を100人形成
し、その他は実施例1と全く同じ工程、条件で光電変換
素子を形成した。得られた光電変換素子の性能を測定し
たところ、開放端電圧が0.880vと低下した上に、
イリジウム酸化物薄膜部での光損失と直列抵抗のため、
短絡光電流が16.56mA/dに、曲線因子が0.6
88へ低下して、光電変換効率が10.0%にまで、低
下してしまった。
[Comparative Example 1] In Example 1, 100 people formed an iridium oxide thin film, and otherwise formed a photoelectric conversion element using the same steps and conditions as in Example 1. When the performance of the obtained photoelectric conversion element was measured, the open circuit voltage decreased to 0.880V, and
Due to optical loss and series resistance in the iridium oxide thin film,
Short circuit photocurrent is 16.56mA/d, fill factor is 0.6
88, and the photoelectric conversion efficiency decreased to 10.0%.

〔比較例2〕 実施例1に於て、イリジウム酸化物薄膜を用いることな
しに、透明電極付きガラス基板上に直接p型機結晶薄膜
を形成することから、はじめた以外は実施例1と全く同
じ工程で光電変換素子を形成した。素子構成は第2図に
示した。得られた光電変換素子の性能を測定したところ
、開放端電圧が0.762 V 、短絡光電流も15.
20aA/caTに低下して、光電変換効率が7.66
%にまで、大きく低下してしまった。
[Comparative Example 2] Example 1 was completely repeated except that in Example 1, a p-type organic crystal thin film was formed directly on a glass substrate with a transparent electrode without using an iridium oxide thin film. A photoelectric conversion element was formed in the same process. The device configuration is shown in FIG. When the performance of the obtained photoelectric conversion element was measured, the open circuit voltage was 0.762 V, and the short circuit photocurrent was 15.
The photoelectric conversion efficiency decreased to 20aA/caT, and the photoelectric conversion efficiency was 7.66.
%, it has dropped significantly.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の実施例ならびに比較例から明らかなように、化学
的に安定で、p型持性を有するイリジウム酸化物をp型
半導体薄膜間に適切な膜厚設けることにより、従来技術
で実用化されている光CVD法ならびにプラズマCVD
法を用いて、高い開放端電圧を有する本発明の光電変換
素子が形成されるものである。すなわち、本発明は実用
レベルにおいて、光電変換素子の先覚変換効率の改善に
大きく貢献するものである。このように、本発明は電力
用光電変換素子に要求される高変換効率を可能にする技
術を提供できるものであり、エネルギー産業にとって、
きわめて有用な発明であると云わざるを得ない。
As is clear from the above Examples and Comparative Examples, chemically stable iridium oxide having p-type properties can be put into practical use with the prior art by providing an appropriate film thickness between p-type semiconductor thin films. Optical CVD method and plasma CVD method
The photoelectric conversion element of the present invention having a high open circuit voltage is formed using the method. That is, the present invention greatly contributes to improving the proactive conversion efficiency of photoelectric conversion elements at a practical level. As described above, the present invention can provide a technology that enables high conversion efficiency required for power photoelectric conversion elements, and is useful for the energy industry.
I have to say that this is an extremely useful invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の光電変換素子の層構成の一実施例を示
す模式図である。第2図は従来の光電変換素子の層構成
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the layer structure of the photoelectric conversion element of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the layer structure of a conventional photoelectric conversion element.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)透光性基板、透明電極、p型半導体薄膜、i型半
導体薄膜、n型半導体薄膜、裏面電極の順に積層して形
成された光電変換素子において、該透明電極とp型半導
体薄膜の間に、イリジウム酸化物を介在させ、該p型半
導体薄膜がp型の微結晶シリコン薄膜、炭素含有微結晶
シリコン薄膜または微結晶シリコンカーバイド薄膜であ
ることを特徴とする光電変換素子。
(1) In a photoelectric conversion element formed by laminating a transparent substrate, a transparent electrode, a p-type semiconductor thin film, an i-type semiconductor thin film, an n-type semiconductor thin film, and a back electrode in this order, the transparent electrode and the p-type semiconductor thin film 1. A photoelectric conversion element characterized in that iridium oxide is interposed between the p-type semiconductor thin films, and the p-type semiconductor thin film is a p-type microcrystalline silicon thin film, a carbon-containing microcrystalline silicon thin film, or a microcrystalline silicon carbide thin film.
(2)イリジウム酸化物の膜厚が5〜50Åである請求
項1記載の光電変換素子。
(2) The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the iridium oxide has a film thickness of 5 to 50 Å.
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