JPH0384966A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- JPH0384966A JPH0384966A JP1222190A JP22219089A JPH0384966A JP H0384966 A JPH0384966 A JP H0384966A JP 1222190 A JP1222190 A JP 1222190A JP 22219089 A JP22219089 A JP 22219089A JP H0384966 A JPH0384966 A JP H0384966A
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、光電変換素子、例えばアモルファスSi系
材料を利用した光電変換素子に関する。
材料を利用した光電変換素子に関する。
アモルファスSt(以下、適宜ra−3iJという)系
材料の光電変換層をもつ素子としては、電源用太陽電池
、フォトダイオード、フォトセンサ、さらには、フォト
カブラにおいてLEDと光結合した受光素子等が挙げら
れる。
材料の光電変換層をもつ素子としては、電源用太陽電池
、フォトダイオード、フォトセンサ、さらには、フォト
カブラにおいてLEDと光結合した受光素子等が挙げら
れる。
第5図に示された従来のa−3t光電変換素子31は、
ガラス板(絶縁基材)32表面に下電極用金属層33、
pin型薄膜光電変換層(2層35.1層36、n層3
7〉、上電極用透明導電層34が順次積層形成されてな
る構成となっているこの光電変換素子31はn層37側
から光が入射するタイプ(n連光入射型)であるが、他
にpin型薄膜光電変換層の9層が光入射側にn層が下
電極側にあり第5図の構成とは逆構成のPN側から光が
入射するタイプ(P層光入射型)もある、例えば、a−
3i太陽電池の場合、普通、Pii光入射型光電変換素
子であり、フォトカブラの受光素子の場合、普通、n層
光入射型光電変換素子である。
ガラス板(絶縁基材)32表面に下電極用金属層33、
pin型薄膜光電変換層(2層35.1層36、n層3
7〉、上電極用透明導電層34が順次積層形成されてな
る構成となっているこの光電変換素子31はn層37側
から光が入射するタイプ(n連光入射型)であるが、他
にpin型薄膜光電変換層の9層が光入射側にn層が下
電極側にあり第5図の構成とは逆構成のPN側から光が
入射するタイプ(P層光入射型)もある、例えば、a−
3i太陽電池の場合、普通、Pii光入射型光電変換素
子であり、フォトカブラの受光素子の場合、普通、n層
光入射型光電変換素子である。
しかしながら、従来の光電変換素子、特にn連光入射型
光電変Jj!Is子では光照射に伴う経時劣化が大きい
という問題がある。光を長時間照射しているうちに緒特
性が悪くなってしまうのである。
光電変Jj!Is子では光照射に伴う経時劣化が大きい
という問題がある。光を長時間照射しているうちに緒特
性が悪くなってしまうのである。
経時劣化は、特にn層/i層界面付近の劣化が支配的で
あるとされる。nN光入射型光電変換素子はn層/i層
界面付近で主として発電作用が起こるため、P層/i層
界面付近で主として発電作用が起こる2層光入射型光電
変換素子に比べて経時劣化の度合が大きい。
あるとされる。nN光入射型光電変換素子はn層/i層
界面付近で主として発電作用が起こるため、P層/i層
界面付近で主として発電作用が起こる2層光入射型光電
変換素子に比べて経時劣化の度合が大きい。
経時劣化の程度は入射する光のPi類によっても幾分差
がある。波長660n−の赤色単色光のLEDに組み合
わすフォトカブラ用0層光入射型受光素子の場合、(例
えば太陽光のピーク波長550問に比べて)赤色入射光
の波長が長く、i層における吸収率が低いので、第6図
にみるように、発電作用が1層36内で広く起こり、n
層/1層界面付近における発電作用の集中状態が若干緩
和される傾向がみられるが、それでも経時劣化が十分に
小さくなるわけではない。
がある。波長660n−の赤色単色光のLEDに組み合
わすフォトカブラ用0層光入射型受光素子の場合、(例
えば太陽光のピーク波長550問に比べて)赤色入射光
の波長が長く、i層における吸収率が低いので、第6図
にみるように、発電作用が1層36内で広く起こり、n
層/1層界面付近における発電作用の集中状態が若干緩
和される傾向がみられるが、それでも経時劣化が十分に
小さくなるわけではない。
太陽光の場合、2層光入射型光電変換素子の方が普通は
経時劣化が少ないことが分かっているので、受光素子を
2層光入射型光電変換素子にして赤色単色光を照射して
みた。ところが、この場合、逆に経時劣化がn連光入射
型受光素子よりも大きいということが判明した。これは
、赤色光の場合、吸収率が低く、5000〜10000
人程度の厚みのi層だと50%以上の光が透過して下電
極用金属層に到達し、金属層表面で反射した光が再びn
層−i層へと入射するために、n層/i層界面付近での
発電作用が強まるからであると推察しているこの発明は
、上記事情に鑑み、光照射に伴う経時劣化が非常に少な
い光電変換素子を提供することを課題とする。
経時劣化が少ないことが分かっているので、受光素子を
2層光入射型光電変換素子にして赤色単色光を照射して
みた。ところが、この場合、逆に経時劣化がn連光入射
型受光素子よりも大きいということが判明した。これは
、赤色光の場合、吸収率が低く、5000〜10000
人程度の厚みのi層だと50%以上の光が透過して下電
極用金属層に到達し、金属層表面で反射した光が再びn
層−i層へと入射するために、n層/i層界面付近での
発電作用が強まるからであると推察しているこの発明は
、上記事情に鑑み、光照射に伴う経時劣化が非常に少な
い光電変換素子を提供することを課題とする。
前記課題を解決をするため、この発明にかかる充電変換
素子は、絶縁基材表面に下電極用金属層、pin型薄膜
光電変換層、上電極用透明導電層が順次積層形成されて
いる構成において、前記pin型薄膜光電変換層のi層
をバンドギャップの異なる複数層で形成するようにして
いる。
素子は、絶縁基材表面に下電極用金属層、pin型薄膜
光電変換層、上電極用透明導電層が順次積層形成されて
いる構成において、前記pin型薄膜光電変換層のi層
をバンドギャップの異なる複数層で形成するようにして
いる。
具体的には、例えば、第1図に示すn連光入射型光電変
換素子1は、絶縁基材2表面に下電極用金属層3、pi
n型薄膜光電変換層(1層5.1層6.0層7)、上電
極用透明導電層4が順次積層形成されている。そして、
1層6はバンドギャップの異なる2ffl(上玉層6a
と下1層6b)からなり、1層50[IJに位置する下
1層6bのバンドギャップはn層7側に位置する上1層
6aのバンドギャップよりも小さい。
換素子1は、絶縁基材2表面に下電極用金属層3、pi
n型薄膜光電変換層(1層5.1層6.0層7)、上電
極用透明導電層4が順次積層形成されている。そして、
1層6はバンドギャップの異なる2ffl(上玉層6a
と下1層6b)からなり、1層50[IJに位置する下
1層6bのバンドギャップはn層7側に位置する上1層
6aのバンドギャップよりも小さい。
この光電変換素子1のpin型i膜光電変換層の各層は
、例えば、次のようにアモルファス材料で形成すること
ができる。1層5にはBドープのa−3層層が、0層7
にはPドープのa−3層層が挙げられる。上1層6aに
はバンドギャップが1.8〜2.2eVのC(炭素)含
有のa−SiCJ’itが、下1層6bにはバンドギャ
ップが約1.4〜1゜8eVのノンドープミー3i層が
挙げられる。
、例えば、次のようにアモルファス材料で形成すること
ができる。1層5にはBドープのa−3層層が、0層7
にはPドープのa−3層層が挙げられる。上1層6aに
はバンドギャップが1.8〜2.2eVのC(炭素)含
有のa−SiCJ’itが、下1層6bにはバンドギャ
ップが約1.4〜1゜8eVのノンドープミー3i層が
挙げられる。
絶縁基材2としては、ガラス板など全体が絶縁物からな
るものだけでなく、半導体素子が内に形成され表面に絶
縁層が設けられた半導体チップ等のように必要な表面だ
けが絶縁物であるものも挙げられる。さらに、下電極用
金属層3としてはCr層が、上電極用透明導電層4には
ITO(インジウム−錫−酸化物)層が挙げられる。
るものだけでなく、半導体素子が内に形成され表面に絶
縁層が設けられた半導体チップ等のように必要な表面だ
けが絶縁物であるものも挙げられる。さらに、下電極用
金属層3としてはCr層が、上電極用透明導電層4には
ITO(インジウム−錫−酸化物)層が挙げられる。
この発明の光電変換素子は上記のものに限らない。例え
ば、光電変換素子が、第1図においてpin薄膜光電変
換層が上下逆転した1M光入射型であってもよい。また
、pin薄膜光電変換層の各層の材料や上下電極用材料
が他の半導体材料や導電材料であってもよい。
ば、光電変換素子が、第1図においてpin薄膜光電変
換層が上下逆転した1M光入射型であってもよい。また
、pin薄膜光電変換層の各層の材料や上下電極用材料
が他の半導体材料や導電材料であってもよい。
〔作 用〕
この発明の光電変換素子では、例えば、第2図にみるよ
うに、0層7を通った入射光は、まずバンドギャップが
高く低光吸収率の上1層6aに入るが、ここでは余り吸
収されず、続いて入るバンドギャップが低く高光吸収率
の下1層6bで十分に吸収される。したがって、第2図
にみるように、発電作用は、下i N 6 bでは活発
であり、一方、上1層6aでは活発でない。つまり、P
層/i層界面付近での発電作用が支配的であり、nJi
t/i層界面付近での発電作用は副次的である。そのた
め、全体として、経時劣化の少ない光電変換素子となる
。
うに、0層7を通った入射光は、まずバンドギャップが
高く低光吸収率の上1層6aに入るが、ここでは余り吸
収されず、続いて入るバンドギャップが低く高光吸収率
の下1層6bで十分に吸収される。したがって、第2図
にみるように、発電作用は、下i N 6 bでは活発
であり、一方、上1層6aでは活発でない。つまり、P
層/i層界面付近での発電作用が支配的であり、nJi
t/i層界面付近での発電作用は副次的である。そのた
め、全体として、経時劣化の少ない光電変換素子となる
。
以下、この発明の光電変換素子の具体的な実施例を説明
する。
する。
実施例1一
実施例1の光電変換素子の構成は第1図の素子と同じで
ある。
ある。
この実施例1の光電変換素子は、水素化アモルファスS
iおよびそれにBSPをドープしたりCを含ませた材料
でpin薄膜光電変換層を形成する。特に、1層は、C
を含ませたa−3iCと、ノンドープのa−3iを使い
、バンドギャップの異なる2層からなり、Cを含ませる
ことでバンドギャップの調整を行っている。なお、アモ
ルファス5iCHH材料のC濃度とバンドギャップは、
第3図に示す関係にある。a S t Cs H層は
、SiH4、H2、CH4ガスの混合ガスをグロー放電
させることで形成可能であり、CH,ガス濃度を変える
ことによりC濃度を制御する。第3図にみるように、C
濃度を0〜20%(0〜0.2)の間に調節することに
より、1.8〜2.2evの間のバンドギャップコント
ロールが可能である。
iおよびそれにBSPをドープしたりCを含ませた材料
でpin薄膜光電変換層を形成する。特に、1層は、C
を含ませたa−3iCと、ノンドープのa−3iを使い
、バンドギャップの異なる2層からなり、Cを含ませる
ことでバンドギャップの調整を行っている。なお、アモ
ルファス5iCHH材料のC濃度とバンドギャップは、
第3図に示す関係にある。a S t Cs H層は
、SiH4、H2、CH4ガスの混合ガスをグロー放電
させることで形成可能であり、CH,ガス濃度を変える
ことによりC濃度を制御する。第3図にみるように、C
濃度を0〜20%(0〜0.2)の間に調節することに
より、1.8〜2.2evの間のバンドギャップコント
ロールが可能である。
まず、絶縁基材2上に下電極用Cr ii 3を形成し
、その上に厚み300人のBドープa−5tからなるP
H1を積層した。この1層5に、厚み3000人のノン
ドープa−5iからなる下i眉6bを積み、さらに厚み
3000人のC(炭素)10%含有のa−3iCからな
る上1層6aを積んだ、この後、100人のPドーフ゛
a−3iからなるn層7を積層してから、厚み800人
の上電極用ITO透明導電層4を形威し、有効発電面積
25n+”の光電変換素子lを得た。なお、上1層6a
のバンドギャップは2eVであり、下1層6bのバンド
ギャップは1.8evであった。
、その上に厚み300人のBドープa−5tからなるP
H1を積層した。この1層5に、厚み3000人のノン
ドープa−5iからなる下i眉6bを積み、さらに厚み
3000人のC(炭素)10%含有のa−3iCからな
る上1層6aを積んだ、この後、100人のPドーフ゛
a−3iからなるn層7を積層してから、厚み800人
の上電極用ITO透明導電層4を形威し、有効発電面積
25n+”の光電変換素子lを得た。なお、上1層6a
のバンドギャップは2eVであり、下1層6bのバンド
ギャップは1.8evであった。
そして、実施例の他に、上1層もノンドープa−3tで
もって形成するようにした他は全く同様にして比較例の
光電変換素子を得た。
もって形成するようにした他は全く同様にして比較例の
光電変換素子を得た。
上記実施例1と比較例の画素子に100mWの赤色LE
D光源を10時間照射した後、特性をそれぞれ測定した
。結果を第1表に示す。
D光源を10時間照射した後、特性をそれぞれ測定した
。結果を第1表に示す。
一実施例2一
実施例2の光電変換素子の構成も第1図の素子と同じで
ある。
ある。
この実施例1の光電変換素子ば、a−5i層形威時の基
板温度を変えてバンドギャップを異ならせた2層で1層
を形成した。なお、アモルファスSt;H材料の基板温
度とバンドギャップは、第4図に示す関係にある。基板
温度を150〜300℃の間で変化させることにより、
1.9〜1.6eVO間のバンドギャップコントロール
が可能である。
板温度を変えてバンドギャップを異ならせた2層で1層
を形成した。なお、アモルファスSt;H材料の基板温
度とバンドギャップは、第4図に示す関係にある。基板
温度を150〜300℃の間で変化させることにより、
1.9〜1.6eVO間のバンドギャップコントロール
が可能である。
基板温度250℃で3000人の下1層6bを形成する
とともに、基板温度150℃で厚み3000人の上i
Fi 6 aを形成する他、実施例1と同様にして光電
変換素子1を得た。なお、上1層6aのバンドギャップ
は1.9 e Vであり、下1層6bのバンドギャップ
は1.7 e Vであった。
とともに、基板温度150℃で厚み3000人の上i
Fi 6 aを形成する他、実施例1と同様にして光電
変換素子1を得た。なお、上1層6aのバンドギャップ
は1.9 e Vであり、下1層6bのバンドギャップ
は1.7 e Vであった。
上記実施例1と同様素子に100mW赤色LED光源を
IO時間照射した後、特性を測定した。
IO時間照射した後、特性を測定した。
結果を第1表に示す。
第
1
表
実施例1.2と比較例の特性測定結果をみると1層をエ
ネルギーギャップの異なる2層Mで構成することが、経
時的光劣化を十分に小さくしていることが良く分かる。
ネルギーギャップの異なる2層Mで構成することが、経
時的光劣化を十分に小さくしていることが良く分かる。
以上に述べたように、請求項1〜3記載の光電変換素子
では、n層/i層界面付近での発電作用の集中が緩和さ
れるため、経時的光劣化が非常に少なくなる。
では、n層/i層界面付近での発電作用の集中が緩和さ
れるため、経時的光劣化が非常に少なくなる。
第1図は、この発明にかかる光電変換素子の一例の構成
をあられす概略断面図、第2図は、この光電変換素子に
おける発電作用を模式的にあられす説明図、第3図は、
アモルファスSiC;H材料におけるC濃度とバンドギ
ャップの関係をあられすグラフ、第4図は、アモルファ
スSi :H材料における基板温度とバンドギャップの
関係をあられすグラフ、第5図は、従来の光電変換素子
の構成をあられす概略断面図、第6図は、この光電変換
素子における発電作用を模式的にあられす説明図である
。 1・・・光電変換素子 2・・・絶縁基材 3・・
・下電極用金属N 4・・・上電極用透明導電層
5・・・1層 6・・・1層 6a、6b・・・バ
ンドギャップの異なる1jit?・・・n層
をあられす概略断面図、第2図は、この光電変換素子に
おける発電作用を模式的にあられす説明図、第3図は、
アモルファスSiC;H材料におけるC濃度とバンドギ
ャップの関係をあられすグラフ、第4図は、アモルファ
スSi :H材料における基板温度とバンドギャップの
関係をあられすグラフ、第5図は、従来の光電変換素子
の構成をあられす概略断面図、第6図は、この光電変換
素子における発電作用を模式的にあられす説明図である
。 1・・・光電変換素子 2・・・絶縁基材 3・・
・下電極用金属N 4・・・上電極用透明導電層
5・・・1層 6・・・1層 6a、6b・・・バ
ンドギャップの異なる1jit?・・・n層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 絶縁基材表面に下電極用金属層、pin型薄膜光電
変換層、上電極用透明導電層が順次積層形成されている
光電変換素子において、前記pin型薄膜光電変換層の
i層がバンドギャップの異なる複数層からなることを特
徴とする光電変換素子。 2 P層側に位置するi層のバンドギャップがn層側に
位置するi層のバンドギャップよりも小さい請求項1記
載の光電変換素子。 3 n層側に位置するi層がバンドギャップ1.8〜2
.2eVのアモルファスSiCからなる請求項2記載の
光電変換素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1222190A JPH0384966A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1222190A JPH0384966A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 光電変換素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0384966A true JPH0384966A (ja) | 1991-04-10 |
Family
ID=16778566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1222190A Pending JPH0384966A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0384966A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7030413B2 (en) | 2000-09-05 | 2006-04-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device with intrinsic amorphous film at junction, having varied optical band gap through thickness thereof |
JP2006269931A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58145171A (ja) * | 1981-12-14 | 1983-08-29 | エナジー・コンバーション・デバイセス・インコーポレーテッド | 増大電流の光起電デバイス |
JPS5975682A (ja) * | 1982-10-25 | 1984-04-28 | Nippon Denso Co Ltd | 光起電力素子 |
-
1989
- 1989-08-28 JP JP1222190A patent/JPH0384966A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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