JPH04132269A - 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〕 この発明は光電変換装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、アモルファスシリコン系ｐｉｎ型光電変換薄膜を
備えた光電変換装置として、第７図、あるいは、第８図
に示すものがある。

すなわち、第７図の光電変換装置８０は、一対の電極８
１８２の間にｐｉｎ型アモルファスシリコン（以下、適
宜ｒａ−３ｉＪと言う）系の光電変換ＷＩ＃股８３が一
つ設けられてなる光電池である。第８図の光電変換装置
９０は、一対の電極９１．９２の間に複数のｐｉｎ型ａ
−３ｉ系の光電変換薄膜９３・・・が重ねて設けられて
なる光電池である。各光電変換薄膜それぞれは、図にみ
るように、ｐ型ａ−Ｓｉ層、ｉ型ａ−３ｉ層、ｎ型ａ−
Ｓｉ層の３層からなる。

上記装置８０．９０は、電極８１．８２、あるいは、電
極９１．９２の少なくとも一方が光透過性を有する電極
（例えば、透明電極）であり、光透過性電極の側から光
入射がなされると、電極の間に電圧が生ずるようになっ
ている。

通常、光電変換薄膜におけるｐ型ａ−５ｉ層は不純物濃
度が高い方が特性面で好ましい０例えば、入射光が赤色
（波長６２２〜７７０ｎｍ）光の場合、ｐ型ａ−３ｉ層
の不純物濃度が高ければ、大きな開放出力電圧値（Ｖｏ
ｃ）が得られる。ただ、ｐ型ａ−３ｉ層の不純物濃度を
高くすると、下記のように、電極断線が起こり易くなる
という不都合がある。

光電変換装置９０を作る場合、所定の光電変換薄膜の数
（３つとする）に見合うように、ｐ型ａ−５ｉ薄膜、ｉ
型ａ−３ｉｔ膜、ｎ型ａ　　Ｓｉ薄膜を基板９４の上に
積層する工程を３度繰り返し、ついで、第９図にみるよ
うに、レジストマスク９５を設けてからエツチングを施
し、不要部分を除去する。エツチングを施すと、第９図
にみるように、光電変換薄膜９３の端の側面がテーパー
状になる。これは、この後、電極を薄膜側面を伝うよう
に形成するためである。光電変換薄膜９３の側面が、こ
のようにテーパー状になるようするには、例えば、ＨＦ
　　ＨＮＯｓ系溶液を使う湿式エツチングを施せばよい
。

しかし、不純物高濃度ｐ型ａ−３ｉ薄膜は、ｉ型ａ−３
ｉ薄膜やｎ型ａ−８ｉ薄膜に比ベエッチングされ難い。

そのため、第９図にみるように、エツチング後の薄膜側
面は、ｐ型ａ−３ｉ層の端が突出した状態となる。つい
で、上側の電極９２を、第１０図にみるように、薄膜側
面を伝うように形成する。しかし、電極９２の薄膜側面
を伝う部分９２ａではｐ型ａ−３ｉ層の突出部分位置が
途切れ易くて電極断線状態が発生してしまう。

ｐ型ａ−５ｉ層を薄くすれば薄膜側面での突出状態は解
消可能であるが、ｎ型ａ−５ｉｒｆＩの不純物の拡散に
よる影響を受けたり、下地の凹凸を吸収し切れなかった
りして、特性劣化を招来するという不都合があり、適切
な解決策ではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、上記事情に鑑み、不純物高濃度ｐ層が電極
断線を招来しないａ−３ｉ系光電変換薄膜を備え良好な
特性が維持された光電変換装置を提供することを課題と
する。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、請求項１．２記載のアモルフ
ァスシリコン系ｐｉｎ型光電変換薄膜を備えた光電変換
装置は、前記光電変換薄膜のｐ層が、不純物高濃度層と
不純物低濃度層とが重ね合わされた構成となっている。

以下、この発明をより詳しく説明する。

この発明の光電変換装置の具体的な構成例としては、例
えば、第１図にみるように、光電池部ｌ一対の電極２．
３を電極２．３の間に光電池部１がくるように基板４上
に設けたものが挙げられる。

入射光が電極３側から入る場合には、少なくとも電極３
が光透過性を有し、入射光が電極２側から入る場合には
、少なくとも電極２、基板４が光透過性を有する。入射
光が両側から入る場合は、電極２．３および基板４が光
透過性を有する。

光電池部ｌでは、第２図＋ａ）、（ｂ）、または、第３
図（ａｌ、（ｂｌにみるように、ｐｉｎ型ａ　−，５ｉ
系の光電変換薄膜１０．１０′が１つ或いは複数を積層
した状態（タンデム構造）で設けられている。なお、こ
の発明のアモルファスシリコン系薄膜は、アモルファス
相中に微小な結晶が散在した微結晶シリコン（いわゆる
μｃ−３ｉ）薄膜である場合も含まれているものとする
。

光電変換薄膜１０．１０′は、ｐ−型ａ−３ｉ層（不純
物低濃度層）、ｐ゛型ａ３ｉ層（不純物高濃度Ｆｉ）、
ｉ型ａ−ｓｉＦｉ、ｎ型ａ−３ｉ層からなり、光電変ｔ
Ｘ薄膜１０では、ｉ型ａ−３ｉ層の直下にｐ°型ａ−３
ｉ層があり、光電変換薄膜１０′では、ｉ型ａ−５ｉ層
の直下にｐ−型ａ−３ｉ層がある。

光電変換薄１ｆ！ＪＩＯの場合、ｐ−型ａＳｉ層が下地
の凹凸の影響を解消しリークが少なくなるという利点が
ある。光電変換薄膜１０’の場合、電極やｎ型ａ−ｓｉ
Ｆｉに接触するのがｐ＋型ａ−３ｉ層であるため層間接
触特性が良好である。

ｐ゛型ａ５ｉＦＩは、通常、膜厚み１０〜２００人、不
純物濃度０．５〜５モル％程度である。ｐ−型ａ−３ｉ
層は、通常、膜厚み５０〜４００人、不純物濃度０．０
１〜０．５モル％程度である。通常、ｐ−型ａ−３ｉ層
の不純物濃度はｐ゛型ａＳｉ層の不純物濃度の１／１０
〜１／３程度の範囲にあることが好ましい。

そして、ｐ゛型ａ３ｉ層の膜厚みは、請求項２のように
、ｐ−型ａ−３ｉ層の膜厚みより薄くする（ｐＪｉｉ全
体の厚みの５０％未満の厚み）ことが好ましいが、普通
、ｐ層全体の厚みの１０％以上の厚みはあるようにする
。

光電変換装置は、例えば、以下のようにして得ることが
出来る。

基板４上に電極２を形成した後、所定の光電変換薄膜の
数（ここでは３つとする）に見合うだけ、ｐ−型ａ−３
ｉｉ膜、ｐ゛型ａ３ｉｉｓ膜、ｉ型ａ−８ｉ薄膜、ｎ型
ａ−３ｉ薄膜を積層する工程を３度繰り返し、ついで、
第４図にみるように、レジストマスク２０を設けてから
エツチングを施し、不要部分を除去する。エツチングを
施すと、第４図にみるように、光電変換薄膜１０の端の
側面は滑らかなテーパー状になる。薄膜側面が従来より
も滑らかなのは、ｐ層用薄膜がｐ゛型ａ−３ｉ薄膜とｐ
−型ａ−３ｉ薄膜で出来ており、難エツチング性ｐ゛型
ａ−３ｉｉＪ膜の厚みが易エツチング性ｐ−型ａ−３ｉ
薄膜のある分だけ薄くなっているからである。ここで行
うエツチングとしては、例えば、フッ酸：硝酸：酢酸−
１：１０：１０の割合で混合した溶液を用いる湿式エツ
チングが例示される。この後、レジストマスク２０を除
去してから、ついで、上側の電極３を、第５図にみるよ
うに、薄膜側面を伝うように形成する。

Ｗｉ膜膜面面涜らかなため、電極３の薄膜側面を伝う部
分３ａのところでも途切れのないものとなっている。

〔作　　　用〕

この発明の光電変換装置では電極断線が起こり難い。こ
れは、第４図にみるように、ｐ型不純物高濃度層の厚み
が薄いためにテーパー状の薄膜側面は従来よりも滑らか
な状態になっており、第５図にみるように、電極は薄膜
側面でも途切れのないものになっているからである この発明の光電変換装置では良好な特性が維持されてい
る。これは、ｐ型不純物高濃度層の厚みは薄くとも、ｐ
層全体では十分な厚みが確保されているからである。ｐ
層の厚みは不純物高濃度層の厚みと不純物低濃度層の厚
みを合わせただけあるのである。

不純物置１度層の膜厚みが、不純物低濃度層の膜厚みよ
り薄い場合、薄膜側面の滑らかさが顕著になり、電極断
線がより起こり難い。

〔実　施　例〕

続いて、この発明にかかる光電変換装置の実施例を説明
する。なお、この発明は下記の実施例に限らない。

実施例の光電変換装置は、第１図に示す構成を有し、光
電池機部を有する装置である。

基板４として表面を熱酸化したＳｉウェハを用いた。同
ウェハ上に電子ビーム蒸着法によりクロム薄膜を蒸着し
た後でパターンニングすることにより電極２を形成した
。

ついで、グロー放電分解法を用い、ｐ−型ａＳｉ薄膜、
ｐ゛型ａ３ｉｉｉ膜、ｉ型ａ−３ｉｉ膜、ｎ型ａ−３ｉ
薄膜を積層する工程を３度繰り返した。各薄膜の厚みは
、第６図に示す通りである。ｐ−型ａ−３ｉ薄膜形成の
際は０．２５モル％のジボラン（ＢＡＨ，）を加えたモ
ノシランを使い、ｐ＋型ａ−ｓｉａｌ！膜形成の際は１
モル％のジボラン（ＢＺＨ，）を加えたモノシランを使
い、ｎ型ａｓｔａｆ膜形成の際は１モル％のホスフィン
（ＰＨ，）を加えたモノシランを使い、ｉ型ａ−３ｉ薄
膜形成の際はモノシランだけを使うようにしており、そ
れぞれ、水素（Ｈりの混合ガスとした。なお、薄膜堆積
は、圧力Ｑ、９　Ｔｏｒｒ、基板温度１８５℃の条件で
行った。

ついで、レジストマスクを形成した後、フン酸：硝酸：
酢酸＝１：ｌＯ：１０の割合で混ぜ合わせた溶液を用い
て湿式エツチングを施しパターンニングして、縦５　ｔ
ｓ　Ｘ横５ｎの光電池部ｌを形成した。膜厚み約９７０
０人に対し３ｎのテーパーエツチングが行えた。

最後に、電子ビーム蒸着法により厚み９００人のＩＴＯ
ｉ膜を蒸着した後でパターンニングすることにより透明
の電極３を形成し、光電変換装置を完成した。

この光電変換装置の特性を波長６６０ｎｍ、５０Ｑｌｘ
の赤色光を使って調べたところ、開放出力電圧（Ｖｏｃ
）　２．２　Ｖ、短絡電流３３μＡ、曲線因子Ｏ：６９
であった。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、請求項１．２記載の光電変換装置
では、充電変換薄膜の側面が清らかなために電極断線が
起こり難く、ｐ層全体の厚みが十分に確保されているた
め、良好な特性が維持される。

請求項２記載の光電変換装置は、加えて、光電変換ＷＩ
＃膜の側面が顕著に滑らかなため、電極断線がより起こ
り難い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光電変換装置の構成例をあられす
断面図、第２図および第３図は、この装置における光電
池部の構成例をあられす部分断面図、第４図は、光電変
換薄膜側面のエツチング状態をあられす断面図、第５図
は、光電変換薄膜側面の電極形成状態をあられす断面図
、第６図は、実施例の光電変換薄膜の膜厚みを示す説明
図、第７図および第８図は、従来の充電変換装置の要部
構成をあられす断面図、第９図は、従来の光電変換薄膜
側面のエンチング状態をあられす断面図、第１０図は、
従来の光電変換薄膜側面の電極形成状態をあられす断面
図である。 ｌ・・・光電池部（ｐｉｎ型光電変換薄膜）　２．３・
・・電極 ｐ゛・・・不純物高濃度層　　ｐ−・・・不純物低濃度
層代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アモルファスシリコン系ｐｉｎ型光電変換薄膜を備
   えている光電変換装置において、前記光電変換薄膜のｐ
   層が、不純物高濃度層と不純物低濃度層とが重ね合わさ
   れてなることを特徴とする光電変換装置。 ２　不純物高濃度層の膜厚みが、不純物低濃度層の膜厚
   みより薄い請求項１記載の光電変換装置。