JPH03235375A - Amorphous solar battery - Google Patents

Amorphous solar battery

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JPH03235375A
JPH03235375A JP2029474A JP2947490A JPH03235375A JP H03235375 A JPH03235375 A JP H03235375A JP 2029474 A JP2029474 A JP 2029474A JP 2947490 A JP2947490 A JP 2947490A JP H03235375 A JPH03235375 A JP H03235375A
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JP
Japan
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type semiconductor
thin film
thin
amorphous silicon
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP2029474A
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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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Toatsu Chemicals Inc filed Critical Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

PURPOSE:To enable the open end voltage to be boosted up to a high value by a method wherein an iridium oxide as a thin chemically stable p type metallic oxide film is formed on a transparent conductive oxide and then a thin p type amorphous silicon oxide film is formed. CONSTITUTION:A glass substrate with a transparent electrode 2 comprising of tin oxide is arranged in a formation device capable of forming films by the high-frequency sputtering process and after vacuumizing said device firstly to lead-in oxygen, a thin iridium oxide film 3 is formed by reactive sputtering process using high-frequency power. Next, the substrate 1 is shifted to a p type semiconductor formation chamber to form a thin p type amorphous silicon carbide 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 to increase the efficiency of an amorphous silicon solar battery. That is, the open end voltage and the photoelectric conversion efficiency can reach respective values of 0.912V and 11.81%.

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の高性能化に関し、と
くに、開放#I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 amorphous silicon solar cells, and in particular, technology for improving the efficiency of amorphous silicon solar cells by increasing the open circuit #I voltage. Regarding.

〔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、−船釣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、我々がすでに提真したように、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TIM
E(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61−12512
4.62−016513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
m)l!(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ffl膜を非晶質シリコン太陽電池に必要十分な、
50人〜500人の膜厚において、通常、膜特性を評価
している1000Å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、n型半導体薄膜形成時に、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63−2613
83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y!膜を介在させることにより、透明電
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n型半導体薄膜間にn/p
逆接合を生じること、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 the short-circuit photocurrent and fill factor are approaching the theoretically expected values, but the open circuit voltage has not yet been sufficiently improved. In order to do so, the photoelectric properties of the p-type semiconductor thin film had to be improved, and in particular, the technical difficulty was that it had to expand its optical bandgap and improve its electrical conductivity at the same time. The reason for this was that expanding the optical bandgap would result in a drop in electrical conductivity. As an improvement to this p-type semiconductor thin film, as we have already proposed, we have developed a p-type amorphous silicon TIM that controls the energy supplied to the raw material gas.
E (e.g., JP-A-59-161079, etc.), p-type amorphous silicon carbide thin film made from alkylsilane and silane compounds (e.g., JP-A-61-12512),
4.62-016513, etc.) and p-type amorphous silicon carbide or microcrystal-containing p Type amorphous silicon carbide m)l! (For example, Japanese Patent Application No. 10907/1983), but as a result, it cannot be said that the open circuit voltage of amorphous silicon solar cells has been improved as much as expected. Met. In this way, the p-type semiconductor FFL film can be used to form an amorphous silicon solar cell.
Is it because it is extremely difficult to form a film on a transparent electrode with film properties equivalent to those of a thick film of 1000 Å or more, which is usually evaluated for film properties, in a film thickness of 50 to 500 people? , the performance could not be improved because the transparent electrode was damaged during the formation of the n-type semiconductor thin film.
Although it is not clear at the current state of the art, it has not been possible to sufficiently improve the photoelectric conversion efficiency by simply improving the characteristics of the P-type semiconductor thin film. To solve this problem, we
Patent application No. 63-261382 and Patent application No. 63-2613
As proposed in 83, tantalum oxide or zirconium oxide, which is chemically stable and has strong bonding strength, is used between the transparent electrode and the P-type semiconductor thin film. By interposing the film, reduction of the transparent electrode is suppressed and a high open circuit voltage can be achieved. However, since these oxides are n-type, there is an n/p gap between the n-type semiconductor thin films.
It has been difficult to cause reverse bonding and to achieve both transparency and low resistance.

一方、特開昭61−96775に透明電極とn型半導体
薄膜の間にp型出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型出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で、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-61-96775 discloses that by providing an iridium oxide thin film as a p-type metal oxide between a transparent electrode and an n-type semiconductor thin film, both manufacturing yield and photoelectric conversion efficiency can be increased. However, since 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 metallurgical 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 was completed by further studying these points, with particular emphasis on increasing the open circuit voltage.

〔発明の基本的着想〕[Basic idea of the invention]

現状のp型の半導体薄膜は、通常、還元雰囲気で形成さ
れているため、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。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
、n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/Pn型半導体薄膜間n/p逆接合
が生じ、p型半導体fillAとn型半導体1111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、開放端電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型の非晶質シリコンカーバイド薄膜を形成し
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非晶質シリコン太陽電池の形成が可
能となることを見出し、本発明を完成したものである。
Since the current p-type semiconductor thin film is usually formed in a reducing atmosphere, the underlying transparent conductive oxide, which is the transparent electrode, is reduced. Therefore, the reduced metal portion inhibits light transmission, resulting in a decrease in short-circuit photocurrent. Moreover, the n-type semiconductor thin film itself is more stable than expected from microcrystalization.
It has high resistance. Furthermore, since the transparent electrode has n-type characteristics, an n/p reverse junction occurs between the transparent electrode and the Pn-type semiconductor thin film, and a decrease in the diffusion potential determined from the characteristics of the p-type semiconductor fillA and the n-type semiconductor 1111 occurs. Therefore, the fill factor is low and no improvement in open-circuit voltage has been obtained. Therefore, from this perspective, we believe that it is essential to suppress the reduction of this transparent conductive oxide and the reduction of the diffusion potential. The idea was to form iridium oxide, a chemically stable p-type metal oxide thin film, on a transparent conductive oxide, and then form a p-type amorphous silicon carbide thin film to form an amorphous silicon solar cell. The present invention was completed by discovering that by manufacturing a battery, it is possible to form an amorphous silicon solar cell with 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、n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
成された非晶質シリコン太陽電池において、該透明電極
とn型半導体薄膜の間に、イリジウム酸化物を介在させ
、該n型半導体薄膜がp型の非晶質シリコンまたはp型
の非晶質シリコンカーバイド薄膜である非晶質シリコン
太陽電池である。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, an n-type semiconductor thin film, an i
In an amorphous silicon solar cell 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 n-type semiconductor thin film, and the n-type semiconductor thin film is an amorphous silicon solar cell, which is a p-type amorphous silicon or a p-type amorphous 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図は本発明の非晶質太陽電池の層構成の一実施例を
示す模式図であり、第2図は従来の非晶質太陽電池の層
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 an amorphous solar cell of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a layer structure of a conventional amorphous solar cell.

図において、1−−−−−−一透光性の基板、2透明電
極、3−・−一−−−−−−−酸化イリジウム薄膜、4
・・−・−P型半導体薄膜、5−・−−−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------1 light-transmitting substrate, 2 transparent electrode, 3-.--1-------- iridium oxide thin film, 4
...-P-type semiconductor thin film, 5--I-type semiconductor thin film, 6--N-type semiconductor thin film, and 7-- Back electrode, respectively.

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
フプ(〜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、藤原艮治他「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−8−4,1984年3月30日〜1
984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ベ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。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。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。
Tin oxide, which is used in transparent electrode materials, is an inexpensive material with excellent transparency and conductivity, but it is also a chemically extremely active substance used in catalysts and sensor materials, and is also an n-type material. It is a semiconductor. On the other hand, the iridium oxide in the present invention is chemically stable and has the characteristics of a p-type semiconductor with a high optical bandgap (~4 eV) and high photoconductivity despite not adding p-type impurities. It is known to have a
Proceedings of the 31st Applied Physics Conference, page 76 Lecture number 30a-8-4, March 30, 1984 - 1
March 30, 984). This iridium oxide is easily formed by sputtering deposition, electron beam deposition, or ion blating deposition using a pellet or target of metallic iridium or iridium oxide as a raw material. 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. . That is, the optimal method is selected by considering the melting point, reactivity with oxygen, decomposition rate, etc. of the metal, metal oxide, or metal compound. In the present invention, sputtering and electron beam evaporation are often employed as effective methods. The forming conditions include a forming temperature of room temperature to 600'', a C1 deposition rate of 1 to 50 people/min, and a pressure of 0.000001 to 1.0
It is done in Torr. Vapor deposition while applying a bias voltage to the substrate does not impede the effects of the present invention in any way.

本発明において、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
37cmであり、とくに好ましくは0.01S/cm、
さらに好ましくはIO3/cm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。勿論膜厚があまり薄い場合には、同様に本
発明の効果を奏することは出来ない。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。
In the present invention, the required thickness of the iridium oxide is 5 Å or more, and a thickness of at most 50 is sufficient. Preferably, the number is 10 to 30 people. If the thickness exceeds this value, for example, if more than 100 people are formed, 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
37 cm, particularly preferably 0.01 S/cm,
More preferably IO3/cm, but the thickness is 50 Å
Even a fairly low conductivity does not impede the present invention if it is below. Of course, if the film thickness is too thin, the effects of the present invention cannot be achieved. Control of the required thickness is achieved by, for example, actually measuring the average deposition rate of about 1,000 to 2,000 people when forming an iridium oxide thin film, and controlling the film thickness using this rate and deposition time. .

p型の半導体薄膜としてはp型の非晶質シリコン薄膜ま
たはp型の非晶質シリコンカーバイト薄膜を用いること
が好ましい。形成手段としては、プラズマCVD (化
学気相堆積)法や光CVD (化学気相堆積)法が好適
に用いられる。原料としては、シリコン化合物として、
シラン、ジンラン、トリシランが用いられる。また、p
型の導電性を賦与するものとしては、ジポラン、トリメ
チルボロン、三フッ化ボロン等が好ましい。さらに、炭
素含有化合物としては、メタン、エタン等の飽和炭化水
素やエチレン、アセチレン等の不飽和炭化水素やモノメ
チルシラン、ジメチルシラン等のアルキルシランが用い
られる。これらの混合ガスに、必要に応じてヘリウムや
アルゴン等の不活性ガスや水素により希釈されることは
、本発明の効果を何ら妨げるものではない。形成条件と
しては、膜厚は20〜500 人、特に好ましくは、5
0〜200人であり、形成温度は150〜400 ’C
2好ましくは175〜300°C1特に好ましくは20
0〜250 ’Cであり、形成圧力は0.01〜5 T
orr、好ましくは0.03〜1.5 Torr、特に
好ましくは0.035〜1.OTorrで行われる。
As the p-type semiconductor thin film, it is preferable to use a p-type amorphous silicon thin film or a p-type amorphous silicon carbide thin film. As a forming means, a plasma CVD (chemical vapor deposition) method or a photo CVD (chemical vapor deposition) method is suitably used. As a raw material, as a silicon compound,
Silane, silane, and trisilane are used. Also, p
Preferred materials for imparting conductivity to the mold include diporan, trimethylboron, and boron trifluoride. Further, as the carbon-containing compound, saturated hydrocarbons such as methane and ethane, unsaturated hydrocarbons such as ethylene and acetylene, and alkylsilanes such as monomethylsilane and dimethylsilane are used. Diluting these mixed gases with an inert gas such as helium or argon or hydrogen as necessary does not impede the effects of the present invention. As for the formation conditions, the film thickness is 20 to 500, particularly preferably 5.
0-200 people, forming temperature 150-400'C
2 Preferably 175-300°C1 Particularly preferably 20
0~250'C, forming pressure is 0.01~5T
orr, preferably 0.03 to 1.5 Torr, particularly preferably 0.035 to 1. This is done in OTorr.

i型半導体薄膜は水素化シリコン化合物、水素化シリコ
ンゲルマンFi I!、水素化シリコンカーボン薄膜等
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l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育する化合物、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)法を適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型半導体薄膜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 Torr
で行われる。i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、tooo−
toooo人で十分である。
The i-type semiconductor thin film is a hydrogenated silicon compound, hydrogenated silicon germane Fi I! , hydrogenated silicon carbon thin films, etc., which form the photoactive region of an amorphous silicon solar cell. These l-type semiconductor thin films are made using a raw material gas that is appropriately selected depending on the desired semiconductor thin film, from compounds containing silicon in the molecule, compounds that grow germanium in the molecule such as germane and silylgermane, and hydrocarbon gases. , plasma CVD (chemical vapor deposition) method and photoCVD
(chemical vapor deposition) method. For example, diluting the raw material gas with hydrogen or helium, adding a very small amount of diborane to the raw material gas, etc.
The combined use of conventional techniques in forming an i-type semiconductor thin film does not impede the effects of the present invention. The forming conditions are a forming temperature of 150 to 400°C, preferably 175 to 350°C, and a forming pressure of 0.01 to 350°C.
5 Torr, preferably 0.03-1.5 Torr
It will be held in The thickness of the i-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 effects of the present invention, too-
Toooo people are enough.

n型半導体薄膜はn型の微結晶fill#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薄膜
、アモルファスシリコンカーボン薄膜、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。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C
VD (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1
50〜400″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
.03〜1.5Torrで行われる。n型半導体薄膜の
膜厚は、200〜500人で十分である。
As the n-type semiconductor thin film, an n-type microcrystalline fill# or an n-type amorphous thin film is effectively used. As these, an n-type microcrystalline silicon thin film, a carbon-containing microcrystalline silicon thin film, a microcrystalline silicon carbide thin film, an amorphous silicon thin film, an amorphous silicon carbon thin film, an amorphous silicon germane thin film, etc. can be effectively used. 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. By mixing compounds from group Ⅰ of the periodic table such as phosphine and arsine, and hydrogen, the plasma CVD (chemical vapor deposition) method and photo-C
It is easily formed by applying the VD (chemical vapor deposition) method. 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 are such that the formation temperature is 1.
50-400″C1, preferably 175-350°C, forming pressure 0.01-5 Torr, preferably 0
.. It is carried out at 0.03 to 1.5 Torr. The thickness of the n-type semiconductor thin 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 and 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。
Regarding the light-transmitting substrate, transparent electrode, back electrode, etc., there are no particular limitations. As the light-transmitting substrate, conventionally used glass substrate materials such as blue plate glass, borosilicate glass, and quartz glass are useful. However, metals and plastics can also be used as substrate materials. 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具体化の態様の一例を説明
する。
Hereinafter, one example of embodiments of the present invention will be explained with reference to Examples.

(実施例1) 非晶質シリコン太陽電池の形成装置としては、高周波ス
パンタリング法、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。
(Example 1) As an apparatus for forming an amorphous silicon solar cell, a film forming apparatus capable of applying a high frequency sputtering method, a plasma CVD method, and a photoCVD method was used.

形成された太陽電池素子の層構成は第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.ITorr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/cm”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1膜3を形成(
蒸着速度4人/m1n)した。次に、P型半導体薄膜形
成室に当該基板を移送し、P型非晶質シリコンカーバイ
ド薄膜4を形成した。p型非晶質シリコンカーバイド薄
膜の作製は原料ガスとして、ジシラン/ジポラン/アセ
チレン/水素を510.01/3/200の割合で導入
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。p型機結
晶薄膜の形成速度は0.5人/Sであり、成膜時間を2
40秒として、膜厚120人に形成した。次にi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Q、Q5Torr、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1膜5
を約7000人の膜厚に形成した。プラズマCVD法は
13.56 M)lzのRF放電を利用した。このとき
の、RFt力は10−であった。1型半導体′yi膜形
成後、n型半導体薄膜形成室に当該基板を移送した。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5
00人の膜厚に形成した。プラズマCVD法は13.5
6 MHzのRF放電を利用した。このときの、RF電
力は50Wであった。ついで、薄膜形成装置から取り出
し、金属電極7を形成した。AMI、too mW/c
+flの光をソーラーンユミレータにより、照射して当
該非晶質シリコン太陽電池の光電特性を測定した。この
結果、開放端電圧が0.912 Vと非常に高い値を得
て、本発明の効果をli[認したうえに、短絡光電流1
7.47mA/cd、曲線因子0.741と大きい値で
あり、結果として、光電変換効率は11.81%と極め
て優れたものであった。
The layer structure of the formed solar cell element 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. Perform vacuum evacuation, do not particularly heat the substrate, first introduce oxygen, and reduce the pressure to 0. I set it to ITorr. Metal iridium with a purity of 99.99χ is used for the target,
Reactive sputtering was performed for 5 minutes at a high frequency power of 0.4 W/cm'' to form 20 iridium oxide films 3 (
The deposition rate was 4 persons/m1n). Next, the substrate was transferred to a P-type semiconductor thin film forming chamber, and a P-type amorphous silicon carbide thin film 4 was formed. The p-type amorphous silicon carbide thin film was prepared by introducing disilane/diporane/acetylene/hydrogen in a ratio of 510.01/3/200 as raw material gases and using a low-pressure mercury lamp at a pressure of 0.2 Torr.
It was carried out by photo-CVD method by irradiating ultraviolet rays. The formation rate of the p-type mechanical crystal thin film is 0.5 people/S, and the deposition time is 2
The film was formed for 40 seconds to a film thickness of 120 mm. Next, the substrate is transferred to an i-type semiconductor thin film formation chamber, monosilane is introduced, and an amorphous silicon film 5 is formed by plasma CVD under the conditions of pressure Q, Q5 Torr, and formation temperature 240°C.
was formed to a thickness of about 7,000 people. The plasma CVD method utilized RF discharge of 13.56 M)lz. At this time, the RFt force was 10-. After forming the 1-type semiconductor 'yi film, the substrate was transferred to an n-type semiconductor thin film forming chamber. 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°C
The n-type semiconductor thin film 6 was formed by plasma CVD under the following conditions.
It was formed to a film thickness of 0.00 people. Plasma CVD method is 13.5
A 6 MHz RF discharge was utilized. At this time, the RF power was 50W. Then, it was taken out from the thin film forming apparatus and a metal electrode 7 was formed thereon. AMI, too mW/c
The photoelectric properties of the amorphous silicon solar cell were measured by irradiating it with +fl light using a solar humilator. As a result, the open circuit voltage was as high as 0.912 V, and the effect of the present invention was confirmed, and the short-circuit photocurrent was 1
It had a large value of 7.47 mA/cd and a fill factor of 0.741, and as a result, the photoelectric conversion efficiency was extremely excellent at 11.81%.

〔比較例1〕 実施例1に於て、イリジウム酸化物菌膜を100人形成
し、その他は実施例1と全く同じ工程、条件で非晶質シ
リコン太陽電池を形成した。得られた太陽電池の性能を
測定したところ、開放端電圧が0.853 V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16.85mA/c+aに、曲線
因子が0.688へ低下して、光電変換効率が9.9%
にまで、低下してしまった。
[Comparative Example 1] In Example 1, 100 people formed an iridium oxide bacterial film, and otherwise formed an amorphous silicon solar cell using the same steps and conditions as in Example 1. When the performance of the obtained solar cell was measured, the open circuit voltage decreased to 0.853 V, and the short-circuit photocurrent was 16.85 mA/c+a due to optical loss and series resistance in the iridium oxide thin film part. , the fill factor decreased to 0.688 and the photoelectric conversion efficiency was 9.9%.
It has declined to .

〔比較例2] 実施例1に於て、イリジウム酸化物vii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
く同じ工程で非晶質シリコン太陽電池を形成した。素子
の層構成を第2図に示した。得られた太陽電池の性能を
測定したところ、開放端電圧が0.830 V 、短絡
光電流も16.20mA/c+flに低下して、光電変
換効率が9.22%にまで、大きく低下してしまった。
[Comparative Example 2] Example 1 was 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 VII film. An amorphous silicon solar cell was formed using exactly the same process. The layer structure of the device is shown in FIG. When the performance of the obtained solar cell was measured, the open circuit voltage decreased to 0.830 V, the short circuit photocurrent decreased to 16.20 mA/c+fl, and the photoelectric conversion efficiency decreased significantly to 9.22%. Oops.

〔発明の効果] 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非晶質シ
リコン太陽電池が形成されるものである。すなわち、本
発明は、実用レヘルにおいて、非晶質シリコン太陽電池
の光電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、本発明は電力用太陽電池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。
[Effects of the Invention] As is clear from the above Examples and Comparative Examples, by providing an appropriate film thickness of chemically stable iridium oxide having p-type properties between p-type semiconductor thin films, it is possible to overcome the conventional technology. Optical CVD method and plasma CVD that have been put into practical use in
The method is used to form amorphous silicon solar cells of the present invention having high open circuit voltages. That is, the present invention greatly contributes to improving the photoelectric conversion efficiency of amorphous silicon solar cells in practical use. As described above, the present invention can provide a technology that enables high conversion efficiency required for power solar cells, and is an extremely useful invention for the energy industry.

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

第1図は本発明の非晶質太陽電池の層構成の一実施例を
示す模式図である。第2図は従来の非晶質太陽電池の層
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 an amorphous solar cell of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the layer structure of a conventional amorphous solar cell.

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
成された非晶質太陽電池において、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型非晶質シリコンまたはp型非晶質シリ
コンカーバイド薄膜であることを特徴とする非晶質太陽
電池。
(1) In an amorphous solar cell 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 An amorphous solar cell characterized in that iridium oxide is interposed between the thin films, and the p-type semiconductor thin film is a p-type amorphous silicon or p-type amorphous 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記載の非晶質太陽電池。
(2) The amorphous solar cell according to claim 1, wherein the iridium oxide has a film thickness of 5 to 50 Å.
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