JPH04240778A - 光電変換素子 - Google Patents

光電変換素子

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Publication number
JPH04240778A
JPH04240778A JP3007580A JP758091A JPH04240778A JP H04240778 A JPH04240778 A JP H04240778A JP 3007580 A JP3007580 A JP 3007580A JP 758091 A JP758091 A JP 758091A JP H04240778 A JPH04240778 A JP H04240778A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
layer
conversion element
type
amorphous silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP3007580A
Other languages
English (en)
Inventor
Takuro Nakamura
卓郎 中邑
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Atsushi Sakai
淳 阪井
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP3007580A priority Critical patent/JPH04240778A/ja
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Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はアモルファスシリコン
系光電変換層を備えた光電変換素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光電変換素子として、図10にみ
るように、アモルファスシリコン系薄膜複数を積層した
pin光電変換層91の表面と裏面に電極93、94が
設けられてなる光電変換素子素子90がある。この素子
90の場合、pin光電変換層91は、p型(又はn型
)アモルファスシリコン層91a、i型アモルファスシ
リコン層91b、n型(又はp型)アモルファスシリコ
ン層91cの3層が順に積層された構成であり、電極9
3、94の少なくとも一方が光透過性を有する透明電極
となっている。もちろん、透明電極側から光入射がなさ
れることは言うまでもない。
【0003】また、図11にみるように、上記のpin
光電変換層91が複数(図11の場合は3個)積層され
たタンデム構造の光電変換素子98もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の光電変換素子は
、所定の受光量で引き出せる電流量(電流容量)が多い
ほど利用価値が高いので、電流容量の増大が強く望まれ
ている。光電変換層の面積を大きくすれば電流容量を増
大させることができるが、光電変換層の面積増加は素子
の大型化を必然的に伴うため、適切な電流容量増大策と
は言えない。
【0005】この発明は、前記事情に鑑み、素子の大型
化を伴うことなく、電流容量の増大が図れる光電変換素
子を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、この発明にかかる光電変換素子では、アモルファスシ
リコン系光電変換層の表面と裏面にそれぞれ設けられた
電極の少なくとも一方の電極と前記光電変換層の間に微
結晶シリコン層を設けるようにしている。以下、この発
明にかかる光電変換素子を、図面を参照しながら、より
具体的に説明する。
【0007】図1、図2は、それぞれ、この発明の光電
変換素子の要部構成例をあらわす断面図である。図1の
光電変換素子1は、アモルファスシリコン(a−Si)
系薄膜を積層してなるpin光電変換層3の表面と裏面
に電極5、6が設けられているとともに、pin光電変
換層3と電極5の間に微結晶シリコン(μC−Si)層
7が設けられている。pin光電変換層3は、p型(又
はn型)a−Si層3a、i型a−Si層3b、n型(
又はp型)a−Si層3cの3層が順に積層された光電
池機能を持つ光電変換層であり、電極5、6の少なくと
も一方は光透過性を有する透明電極である。もちろん、
透明電極側から光入射がなされる。なお、μC−Si層
7はn型とp型のいずれでもよく、隣接するa−Si層
3aと同じ導電型である必要はない。
【0008】図2の光電変換素子2は、さらに、pin
光電変換層3と電極6の間にもμC−Si層8が設けら
れている他は、図1の素子と同じ構成である。μC−S
i層8もn型とp型のいずれでもよく、隣接するa−S
i3cと同じ導電型である必要はない。さらに、図2に
おいて、pin光電変換層3と電極5の間にはμC−S
i層がないものも、この発明の光電変換素子の要部構成
例として挙げられる。
【0009】また、この発明の光電変換素子としては、
図3にみるように、上記のpin光電変換層3が複数(
図3の場合は3個)積層されたタンデム構造の光電変換
素子10も挙げられる。さらに、図3において、pin
光電変換層3と電極6の間にもμC−Si層が設けられ
たものも、この発明の光電変換素子として挙げられる。
【0010】この発明の光電変換素子におけるa−Si
層は、例えば、シラン(SiH4 )ガスを用いてグロ
ー放電分解法により形成することができる。n型a−S
i層の形成の場合は、ホスフィン(PH3 )等がドー
ピングガスとして使われ、p型a−Si層の形成の場合
は、ジボラン(B2H6 )等がドーピングガスとして
使われる。
【0011】この発明の光電変換素子におけるμC−S
i層も、シラン(SiH4 )ガスを用いてグロー放電
分解法により形成することができる。n型μC−Si層
の形成の場合は、ホスフィン(PH3 )等がドーピン
グガスとして使われ(シランガスに対し0.05〜5モ
ル%程度)、p型μC−Si層の形成の場合は、ジボラ
ン(B2 H6 )等がドーピングガスとして使われる
(シランガスに対し0.05〜5モル%程度)。このμ
C−Si層の厚みは、通常、50〜5000オングスト
ローム程度である。
【0012】なお、この発明の光電変換素子の場合、電
極と光電変換層の間にμC−Si層を設けた構成であり
、このため、製造の際、光電変換素子の形成と同時に抵
抗素子を同じ基板に形成することも可能である。先に説
明したこの発明の光電変換素子を製造する場合、μC−
Si膜および複数の光電変換層用a−Si系薄膜を積層
した積層膜を基板表面に形成しておいて、この積層膜を
パターン化するわけであるが、光電変換素子用パターン
の他に光電変換層3と同じ積層形態をとる抵抗素子用パ
ターンを同時に形成するとともに、図4、5にみるよう
に、μC−Si層7、8表面に引出電極27、28を設
け抵抗素子20、23を同時に作り込むことができるの
である。勿論、引出電極27、28も光電変換素子用電
極の形成と同時に作り込める。なお、25は絶縁基板、
26は絶縁保護膜である。
【0013】もちろん、pin光電変換層が複数あるタ
ンデム構造の場合も、図6、7にみるように、同様にし
て、抵抗素子30、33を光電変換素子と同時に同じ基
板上に作り込むことができる。この発明の光電変換素子
のより具体的な構成例を図8、9に示す。図8、9にお
いて、40はアルミニウム配線であり、41は配線40
と同時形成したアルミニウム遮光膜である。図9の場合
、先に説明した通り、光電変換素子Aと抵抗素子Bが同
一の絶縁基板上25に同時に作り込まれている。
【0014】
【作用】この発明の光電変換素子は、電極(例えば、C
r電極やAl電極)とa−Si系光電変換層の間に設け
られるμC−Si層は欠陥が少なく電極でのキャリア再
結合が抑えられるため、電極とのコンコクト性が向上し
て電流が多くとれるようになる。a−Si層はダングリ
ングボンド等の欠陥があるため、電極でのキャリア再結
合が多くて、電流が多くとれないのである。
【0015】μC−Si層はa−Si層に比べ導電率が
非常に高いため、介在させてもシリース抵抗の増大を招
かない。μC−Si層の場合、同じドーピングガス濃度
であれば、n型の方がp型よりも抵抗率が2〜3桁低く
、そのため、μC−Si層はn型である方が効果的であ
る。
【0016】また、μC−Si層は光電変換層に積層さ
れ、μC−Si層形成に余分な場所を必要としないため
、素子の大型化を伴わない。
【0017】
【実施例】−実施例1− 実施例1の場合、図9に示すように、抵抗素子も同時に
形成するようにして光電変換素子を作製した。まず、絶
縁基板として、表面を熱酸化したSiウエハを用い、そ
の表面に光電変換素子の電極5用および抵抗素子の電極
27、28用にクロム薄膜を電子ビーム蒸着法により形
成しパターン化して電極形成を行った。
【0018】ついで、グロー放電分解法により、n型μ
C−Si薄膜を厚み2000オングストローム堆積させ
た。なお、このμC−Si薄膜の場合、ホスフィン1モ
ル%を加えた水素希釈のモノシランガスを使い、基板温
度250℃、圧力0.7torr、放電電力300Wの
条件で分解させるようにした。続いて、グロー放電分解
法により、厚み300オングストロームのp型a−Si
薄膜、厚み4000オングストロームのi型a−Si薄
膜、厚み100オングストロームのn型a−Si薄膜を
順に堆積させた。p型a−Si薄膜の場合は1モル%の
ジボランを加えた水素希釈モノシランガスを用い、i型
a−Si薄膜の場合は水素希釈モノシランガスを用い、
n型a−Si薄膜の場合は1モル%のホスフィンを加え
た水素希釈モノシランガスを用いた。基板温度は180
℃、圧力は0.9torr、放電電力は20Wとした。
【0019】続いて、微細加工を施してパターン化し、
光電変換素子および抵抗素子の両方の光電変換層3およ
びμC−Si層7を同時に形成した。この後、電子ビー
ム蒸着法により、酸素ガス雰囲気、6.0×10−4t
orrの条件で厚み900オングストロームの透明なI
TO薄膜を堆積し、パターン化して透明な電極6を形成
した。
【0020】さらに、酸化シリコン膜を積み保護膜26
を形成するとともにアルミニウム薄膜を蒸着しパターン
化することにより配線40および遮光膜41を形成し、
光電変換素子Aおよび抵抗素子Bを同時に完成させた。 −実施例2− p型a−Si薄膜、i型a−Si薄膜、n型a−Si薄
膜の3層の積層を3回繰り返すようにした他は、実施例
1と同様にして、光電変換素子Aと抵抗素子Bを同時に
完成させるようにした。但し、i型a−Si薄膜の厚み
は、1回目:3000オングストローム、2回目:27
00オングストローム、3回目:2500オングストロ
ームとした。
【0021】−実施例3− 実施例3の場合、図8に示すように、抵抗素子の形成は
行わず、μC−Si層8を光電変換層3と電極6の間に
も設けるようにした。実施例1と同様にして、n型μC
−Si薄膜、p型a−Si薄膜、i型a−Si薄膜、お
よび、n型a−Si薄膜の堆積までの工程を行い、さら
に、厚み100オングストロームのμC−Si薄膜を先
の場合と同様の条件で堆積し、微細加工を施してパター
ン化し、光電変換素子の光電変換層3およびμC−Si
層7、8を形成した。
【0022】この後、実施例1と同様にして、保護膜2
6および配線40を形成し、光電変換素子を完成させた
。 −比較例1− μC−Si層を形成しなかった他は、実施例1と同様に
して光電変換素子を得た。
【0023】実施例および比較例の光電変換素子につい
て、、500ルックス、波長660nmの光を照射して
、短絡電流(Isc)、開放電圧(Voc)、最高出力
(Pmax )、曲線因子(FF)を測定した。測定結
果を表1に示す。なお、実施例1、2の抵抗素子の抵抗
値は3MΩであった。
【0024】
【表1】
【0025】表1において、実施例1、3の光電変換素
子は比較例1の光電変換素子に比べ、特に短絡電流が増
加しており、μC−Si層を設けることが効率を良くし
電流容量を増大させるものであることが良く分かる。実
施例3の場合、上の電極と光電変換層の間にも、μC−
Si層を設けることにより、実施例1の光電変換素子よ
りもさらに電流容量を増大させていることも分かる。
【0026】
【発明の効果】前述したように、この発明の光電変換素
子は、a−Si系光電変換層と電極の間に微結晶シリコ
ン層が設けられているため、素子の大型化を伴わずに電
流容量の増大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の光電変換素子の要部構成例をあらわ
す断面図である。
【図2】この発明の光電変換素子の要部構成例をあらわ
す断面図である。
【図3】この発明の光電変換素子の要部構成例をあらわ
す断面図である。
【図4】この発明の光電変換素子と同時形成できる抵抗
素子の要部構成例をあらわす断面図である。
【図5】この発明の光電変換素子と同時形成できる抵抗
素子の要部構成例をあらわす断面図である。
【図6】この発明の光電変換素子と同時形成できる抵抗
素子の要部構成例をあらわす断面図である。
【図7】この発明の光電変換素子と同時形成できる抵抗
素子の要部構成例をあらわす断面図である。
【図8】この発明の光電変換素子の具体的な構成例をあ
らわす断面図である。
【図9】この発明の光電変換素子の具体的な構成例をあ
らわす断面図である。
【図10】従来の光電変換素子の構成例をあらわす断面
図である。
【図11】従来の光電変換素子の構成例をあらわす断面
図である。
【符号の説明】
1、2、10・・・光電変換素子 3・・・a−Si系pin光電変換層 5、6・・・電極 7、8・・・μC−Si層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  アモルファスシリコン系光電変換層の
    表面と裏面にそれぞれ電極が設けられてなる光電変換素
    子において、前記電極の少なくとも一方の電極と前記光
    電変換層の間に微結晶シリコン層が設けられていること
    を特徴とする光電変換素子。
  2. 【請求項2】  アモルファスシリコン系光電変換層が
    、p型アモルファスシリコン層、i型アモルファスシリ
    コン層、n型アモルファスシリコン層の3層が積層され
    たpin光電変換層であって、微結晶シリコン層がn型
    アモルファスシリコン層の側にある請求項1記載の光電
    変換素子。
  3. 【請求項3】  アモルファスシリコン系光電変換層が
    、p型アモルファスシリコン層、i型アモルファスシリ
    コン層、n型アモルファスシリコン層の3層が積層され
    たpin光電変換層であって、微結晶シリコン層がp型
    アモルファスシリコン層の側にある請求項1記載の光電
    変換素子。
JP3007580A 1991-01-25 1991-01-25 光電変換素子 Pending JPH04240778A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5769963A (en) * 1995-08-31 1998-06-23 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic device
US7910916B2 (en) * 2003-06-26 2011-03-22 Kyocera Corporation Multi-junction type solar cell device

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