JPH04170074A - 光起電力装置 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は太陽電池、光センサなどの光起電力装置に関す
る。

（ロ）　従来の技術 太陽電池で代表される光起電力装置では、その変換効率
を向上させるために、その構成材料及びその素子構造に
関し各種の工夫がなされている。

例えば前記光起電力装置に光吸収係数の大きい非晶質シ
リコンゲルマニュウム膜（以下、１−５ｉＧｅ膜という
）を使用することは、構成材料による前記工夫で、これ
によれば、特に長波長光に対する光吸収を増加させるこ
とが可能となる。

また、素子構造に関する前記工夫としては、所謂光閉じ
込め効果のための素子構造がある。１１５図は、その光
閉じ込め効果を説明するための光起電力装置の素子構造
図で、（５１）は基板、（５２）は透明導電膜、（５３
）は光電変換層で、ｐ型半導体、光活性層としてのｎ型
半導体、及びｎ型半導体を順次重畳形成された積層体か
らなり、（５４）は金属膜からなる背面電極である。こ
の構造の特徴とするところは、前記透明導電膜（５２）
の表面が凹凸形状となるように形成・されていることで
ある。

従って、前記光閉じ込め効果とは、基板（５１）側から
前記光電変換層（５３）に入射した光を、前記背面電極
（５４）と前記凹凸形状を有する前記透明導電膜（５２
］−との間で多重反射させることにより、前記光活性層
内での前記光の実効的な走行距離を増加せしめ、前記光
の吸収量を増加することをいう。

特に、この効果は、前記光起電力装置の長波長光の光吸
収を増加させるのに有効である。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 然し乍ら、前記ａ−５ｉＧｅ膜の使用や、前記光閉じ込
め効果に関しては、幾つかの問題がある。

前記ａ−３ｉＧｅ膜の使用は、前述の如く光吸収量の増
加により前記光起電力装置の短絡電流の増加を果たし得
るものの、開放電圧の減少をもたらす。

また、前記光閉じ込め効果では、該効果により短絡電流
の増加は実現できるものの、その一方で開放電圧が著し
く減少する問題が生じていた。

特に、前記光閉じ込め効果による前記開放電圧の減少は
、前記透明導電膜の表面に形成された凹凸の程度が前記
ｐ型半導体膜の膜厚と比較して非常に大きいものである
ことから、該ｐ型半導体膜が良好に形成できないことに
起因している。

このような理由により、本発明の光起電力装置の目的と
するところは、前記ａ−３ｉＧｅ膜を使用することによ
る前記短絡電流の増加を計り得るとともに、前記開放電
圧の減少を防止し得る光起電力装置を提供することにあ
る。

（ニ）　　課題を解決するための手段 本発明光起電力装置の特徴とするところは、基板上にｐ
型非晶質半導体膜、ｉ型非晶質半導体膜及びｎ型非晶質
半導体膜を重畳形成されてなる積層体を具備する光起電
力装置に於て、前記１型非晶質半導体膜内の光入射側近
傍に、その表面を凹凸形状とした非晶質シリコンゲルマ
ニュウム膜、又は島状に形成された非晶質シリコンゲル
マニュウム膜を備えたことにある。

（ホ）　作用 本発明光起電力装置では、前記ｉ型非晶質半導体膜内の
光入射側近傍に、その表面を凹凸形状とした前記ａ−３
ｉＧｅ膜、成るいは、島状に形成されたａ−５ｉＧｅ膜
を介在させることにより、該ａ−５ｉＧｅ膜と前記光起
電力装置における背面電極との間で前記多重反射が発生
し、所謂光閉じ込め効果が得られる。

更に、前記ａ−５ｉＧｅ膜自体を使用することで、光吸
収量の増加も同時に行える。

（へ）　実施例 第１図は本発明光起電力装置を説明するための素子構造
図である。

（１）はガラスや透明プラスチックからなる基板、（２
）は基板（１）上に形成されたＳｎＯ＊ｌｌＩ’ｅ’　
ＩＴＯ（１ｎｄｉｕｓ＋　Ｔｊｎ　０ｘｉｄｅ　）ｍｌ
などからなる透明導電膜、（３）は光電変換層、（４）
はアルミニュウムなどからなる金属電極である。

充電変換層（３）は、本発明光起電力装置の特徴である
層を含めて５層からなる。つまり、（３ａ）はｐ型非晶
質半導体膜で、入射光に含まれる短波長光の吸収を少な
くするために、炭素原子が含有されたｐ型非晶質シリコ
ンカーバイド膜からなる、（３ｂ）及び（３ｄ）はｉ型
非晶質半導体膜で、ｉ型押晶質シリコン膜からなる、（
３ｃ）は本発明光起電力装置の特徴であるｉ型ａ−５ｉ
ＧｅｌｌＩ、更に（３ｅ）はｎ型非晶質半導体膜で、ｎ
型非晶質シリコン膜である。

これにより、本発明光起電力装置では、ｐ型非晶質半導
体膜（３ａ）、ｉ型非晶質半導体膜（（３ｂ）及び（３
ｄ））及びｎ型非晶質シリコン膜（３ｅ）で積層体を構
成している。尚、（３ｂ）（３Ｃ）及び（３ｄ）は、前
記光活性層に相当する。

前記光起電力装置の中で、ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜（３ｃ）
以外は従来周知のものである。

前記光起電力装置の製造としては、まず、前記透明導電
膜（２）が形成された基板（１）上に、従来周知のプラ
ズマＣＶＤ法によって、ｐ型非晶質半導体膜（３ａ）、
ｉ型非晶質半導体膜（３ｂ）及びｉ型ａ−５ｉＧｅ膜（
３ｃ）を重畳形成する。

次に、前記凹凸形状を前記ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜（３ｃ）
に具備せしめるため、従来のフォト・レジスト工程にお
けるエツチング処理を該ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜（３ｃ）に
施す。斯る場合のレジストは、島状のパターン形状とな
るように形成する。

この場合、前記エツチング処理の工程としては、２種類
の態様がある。即ち、一方は、前記レジストに被われて
いない部分の前記ｉ型ａ−５ｉＧｅ［（３Ｃ）のエツチ
ングについて、そのエツチングを途中で中止し、前記ｉ
型ａ−ＳｉＧｅ膜（３ｃ）の表面に段差を形成するもの
である。従って、前記段差の程度は、前記エツチングの
時間等によって制御することが可能である。

他方は、前記レジストによって被われていない部分の前
記ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜（３ｃ）を全てエツチング除去す
るもので、このために、ｉ型ａ−３ｉ　Ｇｅ膜（３ｃ）
は、島状の膜となる。

同図に示す実施例光起電力装置は、前者の態様の場合に
ついて示し、前記エツチング処理は、従来周知のプラズ
マエツチング法によって行った。

前記エツチング工程を経た後、前記ｌ型ａ−５ｉＧｅ膜
（３Ｃ）上に前記プラズマＣＶＤ法により、引き続き１
型非晶質半導体膜（３ｄ）及びｎ型非晶質半導体膜（３
ｅ）を形成する。最後に、金属膜（４）を従来周知の蒸
着法またはスパッタ法などによって形成した。

尚、前記ｉ型ａ−３ｉＧｅ膜（３ｃ）から見て光入射側
近傍にｉ型非晶質半導体膜（３ｂ）を配置するのは、ｐ
型非晶質半導体膜（３ａ）と良好な接合を形成するため
である。

前記各非晶質シリコン膜のプラズマＣＶＤ法に於る形成
条件を第１表に示す。

第１表 注）　ｐ　ａ−５ｉＣはｐ型非晶質シリコンカーバイド
膜、　ｉ　ａ−５ｉはｉ型押晶質シリコン膜、ｎａ−３
ｉはｎ型非晶質シリコン膜を示す。尚、その他の条件と
して、基板温度及び放電電力は、各膜ともに、それぞれ
２００℃、３０Ｗである。

第２表に、実施例光起電力装置及び従来の光起電力装置
の代表的な電気特性を示す。ここに於る従来の光起電力
装置としては２種類用意した。

一方の従来例１は、前記実施例光起電力装置のｉ型非晶
質半導体膜（３ｂ）及びｉ型ａ−５ｉＧｅ膜（３ｃ）に
替えて、その表面に凹凸形状を具備していないｉ型ａ−
５ｉＧｅ膜を備えた構造の光起電力装置である。

他方の従来例２は、前記実施例光起電力装置のｉ型非晶
質半導体膜（３ｂ）、ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜（３ｃ）及び
ｉ型非晶質半導体膜（３ｄ）に替えて、５０００人のｉ
型押晶質シリコン膜のみを使用したものである。

第２表 注）照射条件；　ＡＭ−１，１００ｍＷ／ｃｍ”第２表
に示されているように、前記実施例光起電力装置では、
従来例１と比較して短絡電流においてはやや劣るものの
、開放電圧については１５％の増加が確認できており、
従来のａ−５ｉＧｅ膜を使用した場合における前記開放
電圧の低下は十分に防止し得ている。また実施例光起電
力装置では先述の短絡電流の減損が発生しているが、従
来例２の光起電力装置と比較しても明らかな如く、本発
明光起電力装置では、１２％以上の短絡電流向上を達成
しており前記ａ−５ｉＧｅ膜に因る光吸収量の増加をは
なせていることが判る。

第２図は、本発明光起電力装置において、前記ｉ型ａ−
５ｉＧｅ膜の前記凹凸形状に基づく凸部と凹部との段差
、即ち、前記実施例での前記エツチング深さと、前記電
気特性のうちの変換効率との関係について示している。

斯る場合の条件として、前記凸部の前記ｉ型ａ−５ｉＧ
ｅ膜の膜厚は、３０００人と一定にしている。

同図の如く前記段差は５００Å以上とすることにより、
前記凹凸形状の効果が顕著となる。その上限値としては
、３０００Å以下とすることが好ましい。この理由は、
３０００人を越える前記段差とすると、光起電力装置と
してのリーク電流が増加し変換効率の低下が起こるため
である。

ＩＮ３図は実施例光起電力装置の前記ｉ型ａ−ＳｉＧｅ
膜の膜厚を変化させた場合の変換効率の変化を示してい
る。前記段差は１５００人で一定とした。同図から明ら
かなように、前記変換効率は、４０００人近傍で最大値
を示している。これは、ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜の膜厚が大
きくなり過ぎると前記変換効率に影響する開放電圧及び
曲率因子がともに低下することに起因している。

従って、本発明光起電力装置に因れば、前記ｉ型ａ−５
ｉＧｅ膜は好適には２０００−５０００人であり、最適
には３０００〜４０００人である。

次に、前記凹凸形状に於る各凸部間の距離と前記変換効
率の関係について第４図に示す。斯る場合の条件として
は、前記凸部の前記ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜の前記膜厚を３
０００人とし、また前記段差は１５００人とした。

同図から判るように、前記距離を１０μｍ以上に大きく
すると、前記変換効率が緩やかに減少する。この減少は
、特に短絡電流の減少に基づくもので、前記光閉じ込め
効果が漸減していることによる。

本発明光起電力装置は、実施例の如く１つの積層体によ
ってのみ光電変換層が構成されているものに限るもので
はなく、例えば、前記積層体を複数個、該積層体が直列
接続となる様に積層形成された構造を有する光起電力装
置に於ても同様の効果を呈する。斯る構造を有する光起
電力装置にあっては、それら積層体のうちの１つに本発
明の特徴であるところのｉ　ｇａ−５ｉＧｅ膜を採用す
ればよい。特に、この場合、前記ｉ型ａ−５ｉＧｅ膜を
備えた積層体が長波長光に大きな感度を有することから
、該積層体は、前記直列接続では光入射側より遠方とな
る位置に配置されることが好適である。

（ト）　　発明の効果 本発明光起電力装置によれば、ａ−５ｉＧｅ膜の使用に
よる従来の開放電圧の低下を防止し得るとともに、前記
光閉じ込め効果による短絡電流の向上を計９うる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光起電力装置の素子構造断面図、第２図
はエツチング深さと変換効率との関係を示す特性図、第
３図はａ−５ｉＧｅ膜の膜厚に対する変換効率との関係
を示す特性図、第４図は前記凹凸形状に於る各凸部間の
距離と変換効率の関係を示す特性図、第５図は従来光起
電力装置の素子構造断面図である。 第１図 ３ａ　　Ｐ型押晶瞥８Ｉも眼 ３ｂ　　ｉ型非晶貿率尊俸成 区　　　−献腎す舟ｔ ：

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にｐ型非晶質半導体膜、ｉ型非晶質半導体
   膜及びｎ型非晶質半導体膜を重畳形成されてなる積層体
   を具備する光起電力装置に於て、前記ｉ型非晶質半導体
   膜内の光入射側近傍に、その表面を凹凸形状とした非晶
   質シリコンゲルマニュウム膜、又は島状に形成された非
   晶質シリコンゲルマニュウム膜を備えたことを特徴とす
   る光起電力装置。