JPH04255273A - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JPH04255273A
JPH04255273A JP3036626A JP3662691A JPH04255273A JP H04255273 A JPH04255273 A JP H04255273A JP 3036626 A JP3036626 A JP 3036626A JP 3662691 A JP3662691 A JP 3662691A JP H04255273 A JPH04255273 A JP H04255273A
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layer
germanium
type semiconductor
gas
substrate
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Tsutomu Murakami
勉 村上
Masafumi Sano
政史 佐野
Koichi Matsuda
高一 松田
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Abstract

PURPOSE:To provide a photovoltaic element which is excellent in photoelectric conversion efficiency and reliability and applicable to a solar cell or the like. CONSTITUTION:In a PIN type photovoltaic element provided with an I-type semiconductor layer formed of amorphous silicon germanium, the I-type semiconductor layer concerned is composed of germanium-free layers 108 and 109 and a germanium-containing layer 104, and the layers 108 and 109 are provided to the parts of the I-type semiconductor layer which are brought into contact with a P-type semiconductor 105 and an N-type semiconductor layer 103 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子に係り、
特に光電変換効率が高く、高信頼性の、太陽電池などに
用いられる光起電力素子に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a photovoltaic device,
In particular, the present invention relates to photovoltaic elements that have high photoelectric conversion efficiency and high reliability and are used in solar cells and the like.

【0002】0002

【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である太陽電池は、電卓、腕時計など民生用の
小電力用電源として広く応用されており、また、従来、
石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替用電力として
実用化可能な技術として注目されている。太陽電池は半
導体のpn接合の光起電力を利用した技術であり、シリ
コンなどの半導体が太陽光を吸収し電子と正孔の光キャ
リヤーを生成し、該光キャリヤーをpn接合部の内部電
界に依りドリフトさせ、外部に取り出すものである。こ
の様な太陽電池の作製方法としては、ほぼ半導体プロセ
スを用いることにより行われる。具体的には、cz法な
どの結晶成長法によりp型、あるいはn型に価電子制御
したシリコンの単結晶を作製し、該単結晶をスライスし
て約300μmの厚みのシリコンウエハーを作る。さら
に前記ウエハーの導電型と反対の導電型となるように価
電子制御剤を拡散などの適当な手段により、異種の導電
型の層を形成することでpn接合を作るものである。
[Prior Art] Solar cells, which are photoelectric conversion elements that convert sunlight into electrical energy, have been widely applied as low-power power sources for consumer products such as calculators and wristwatches.
It is attracting attention as a technology that can be put to practical use as an alternative electricity source to so-called fossil fuels such as oil and coal. Solar cells are a technology that utilizes photovoltaic power at the pn junction of semiconductors. A semiconductor such as silicon absorbs sunlight and generates optical carriers of electrons and holes, which are then applied to the internal electric field of the pn junction. The material is then allowed to drift and taken out to the outside. Such a solar cell is generally manufactured using a semiconductor process. Specifically, a single crystal of silicon whose valence electrons are controlled to be p-type or n-type is produced by a crystal growth method such as the cz method, and the single crystal is sliced to produce a silicon wafer with a thickness of about 300 μm. Further, a pn junction is created by forming layers of different conductivity types by appropriate means such as diffusion of a valence electron control agent so as to have a conductivity type opposite to that of the wafer.

【0003】ところで、信頼性や、変換効率の観点から
、現在、主に実用化されている太陽電池には、単結晶シ
リコンが使われているが、上述のように太陽電池作製は
半導体プロセスを用いるため生産コストは高いものとな
っている。
By the way, from the viewpoint of reliability and conversion efficiency, single-crystal silicon is mainly used in solar cells currently in practical use, but as mentioned above, solar cells are manufactured using semiconductor processes. The production cost is high due to the use of

【0004】単結晶シリコン太陽電池の他の欠点は、単
結晶シリコンは間接遷移であるため光吸収係数が小さく
、単結晶の太陽電池は入射太陽光を吸収するために少な
くとも50ミクロンの厚さにしなければならないことや
、バンドギャップが約1.1eVであり太陽電池として
好適な1.5eVよりも狭いため長波長成分を有効に利
用できないことである。また、仮に、多結晶シリコンを
用いて生産コストを下げたとしても、間接遷移の問題は
残り、太陽電池の厚さを減らすことはできない。さらに
多結晶シリコンには粒界その他の問題を合わせ持ってい
る。
Another disadvantage of single-crystal silicon solar cells is that single-crystal silicon has a low light absorption coefficient due to indirect transition, and single-crystal solar cells must be at least 50 microns thick to absorb incident sunlight. In addition, the band gap is about 1.1 eV, which is narrower than 1.5 eV, which is suitable for solar cells, so that long wavelength components cannot be used effectively. Furthermore, even if polycrystalline silicon were used to reduce production costs, the problem of indirect transition would remain and the thickness of the solar cell could not be reduced. Furthermore, polycrystalline silicon has grain boundaries and other problems.

【0005】更に、結晶質であるがために面積の大きな
ウエハーは製造できず大面積化が困難であり、大きな電
力を取り出す場合には単位素子を直列化あるいは、並列
化をするための配線を行なわなければならないことや、
屋外で使用する際に太陽電池を様々な気象条件によりも
たらされる機械的損傷から保護するため、高価な実装が
必要になることなどから、単位発電量に対する生産コス
トが既存の発電方法に比べて割高になってしまうという
問題がある。このような事情から太陽電池の電力用とし
ての実用化を進めるに当たって、低コスト化及び大面積
化が重要な技術的課題であり、様々な検討がなされてお
り、コストの安い材料、変換効率の高い材料などの材料
の探求が行なわれてきたがこのような太陽電池の材料と
しては、非結晶質シリコン、非結晶質シリコンゲルマニ
ュウム、非結晶質炭化珪素などのテトラへドラル系の非
晶質半導体や、CdS,Cu2 SなどのII−VI族
やGaAs,GaAlAsなどのIII −V族の化合
物半導体等が挙げられる。とりわけ、非晶質半導体を光
起電力発生層に用いた薄膜太陽電池は、単結晶太陽電池
に比較して大面積の膜が作製できることや、膜厚が薄く
て済むこと、任意の基板材料に堆積できることなどの長
所があり有望視されている。
Furthermore, since it is crystalline, it is difficult to manufacture large-area wafers and it is difficult to increase the area, and when extracting a large amount of power, it is necessary to connect unit elements in series or in parallel with wiring. things that must be done,
The production cost per unit of power generation is higher compared to existing power generation methods, due to the need for expensive implementation to protect solar cells from mechanical damage caused by various weather conditions when used outdoors. The problem is that it becomes Under these circumstances, in promoting the practical use of solar cells for power generation, lowering costs and increasing the area are important technical issues, and various studies are being carried out, including the use of low-cost materials and improvements in conversion efficiency. Research has been carried out on materials such as high-performance materials, but the materials for such solar cells include tetrahedral amorphous semiconductors such as amorphous silicon, amorphous silicon germanium, and amorphous silicon carbide. and II-VI group compound semiconductors such as CdS and Cu2S, and III-V group compound semiconductors such as GaAs and GaAlAs. In particular, thin-film solar cells using an amorphous semiconductor for the photovoltaic generation layer can be fabricated with a larger area than single-crystalline solar cells, can be formed with a thinner film, and can be used with any substrate material. It is seen as promising because of its advantages such as the ability to be deposited.

【0006】しかしながら、上記非晶質半導体を用いた
太陽電池は、電力用素子としては光電変換効率の向上、
信頼性の向上の面で問題が残っている。
However, solar cells using the above-mentioned amorphous semiconductors cannot be used as power devices due to improvements in photoelectric conversion efficiency,
Problems remain in terms of improving reliability.

【0007】非晶質半導体を用いた太陽電池の光電変換
効率の向上の手段としては、例えば、バンドギャップを
狭くして長波長の光に対する感度を増加することが行わ
れている。即ち、非晶質シリコンは、バンドギャップが
約1.7eV位であるため約700ナノメーター以上の
長波長の光は吸収できず、有効に利用できないため、長
波長光に感度のある、バンドギャップが狭い材料を用い
ることが検討されている。この様な材料としては成膜時
のシリコン原料ガスとゲルマニューム原料ガスの比を変
えることで容易にバンドギャップを1.3eV位から1
.7eV位まで任意に変化できる非晶質シリコンゲルマ
ニュームが挙げられる。
[0007] As a means of improving the photoelectric conversion efficiency of solar cells using amorphous semiconductors, for example, narrowing the band gap to increase the sensitivity to long wavelength light has been carried out. In other words, amorphous silicon has a band gap of about 1.7 eV, so it cannot absorb light with a long wavelength of about 700 nanometers or more and cannot be used effectively. The use of materials with a narrow width is being considered. For such materials, the band gap can be easily changed from about 1.3 eV to 1 by changing the ratio of silicon raw material gas and germanium raw material gas during film formation.
.. An example is amorphous silicon germanium, which can be arbitrarily varied up to about 7 eV.

【0008】また、太陽電池の変換効率を向上させる他
の方法として単位素子構造の太陽電池を複数積層するい
わゆるタンデムセルを用いることが米国特許2,949
,498号明細書に開示されている。このタンデムセル
にはpn接合結晶半導体が用いられたがその思想は非晶
質あるいは結晶質いずれにも共通するものであり、太陽
光スペクトルを、異なるバンドギャップの光起電力素子
により効率よく吸収させ、Vocを増大させる事により
発電効率を向上させるものであった。
Another method for improving the conversion efficiency of solar cells is to use so-called tandem cells in which a plurality of solar cells with a unit element structure are stacked, as disclosed in US Pat. No. 2,949.
, 498. A pn junction crystal semiconductor was used in this tandem cell, but the idea is common to both amorphous and crystalline semiconductors: the solar spectrum is efficiently absorbed by photovoltaic elements with different band gaps. , the power generation efficiency was improved by increasing Voc.

【0009】タンデムセルは、異なるバンドギャップの
素子を積層し太陽光線のスぺクトルの各部分を効率よく
吸収することにより変換効率を向上させるものであり積
層する素子の光入射側に位置するいわゆるトップ層のバ
ンドギャップよりも該トップ層の下に位置するいわゆる
ボトム層のバンドギャップが狭くなる様に設計される。 これに対して浜川らは同じバンドギャップの非晶質シリ
コンを光起電力素子間に絶縁層を持たない形で多重積層
し素子全体のVocを増加させるいわゆるカスケード型
電池を報告している。この方法では同じバンドギャップ
の非晶質シリコン材料から作られる単位素子を積層する
方法である。
[0009] Tandem cells improve conversion efficiency by stacking elements with different band gaps and efficiently absorbing each part of the spectrum of sunlight. The band gap of the so-called bottom layer located below the top layer is designed to be narrower than the band gap of the top layer. On the other hand, Hamakawa et al. have reported a so-called cascade type battery in which amorphous silicon having the same bandgap is laminated in multiple layers without an insulating layer between photovoltaic elements to increase the Voc of the entire element. In this method, unit elements made of amorphous silicon materials with the same bandgap are stacked.

【0010】非晶質シリコンゲルマニュームはバンドギ
ャップが狭く長波長の光に対し感度が優れているため上
述したタンデムセルのボトム層として好適な材料として
用いられる。
Amorphous silicon germanium has a narrow bandgap and excellent sensitivity to long wavelength light, so it is used as a suitable material for the bottom layer of the above-mentioned tandem cell.

【0011】ところで、このように長波長感度を向上さ
せ、また、タンデムセルのボトム層としても応用可能な
非晶質シリコンゲルマニュームは、一般的に膜質に於い
ては非晶質シリコンよりも劣り太陽電池を作製した場合
も変換効率が低いという欠点がある。この原因はバンド
ギャップ内の局在準位が非晶質シリコンに比べて多いた
めである。このため、バンドギャップ内準位を減らして
膜質を向上させるための研究開発が行なわれているが、
例えば、活性化されたフッ素原子を用いて非晶質シリコ
ンゲルマニューム中のダングリングボンドの補償を行な
い局在準位密度を低減した非晶質シリコンゲルマニュー
ムが、特公昭63−48197号明細書等に開示されて
いる。
[0011] By the way, amorphous silicon germanium, which has improved long-wavelength sensitivity and can also be used as the bottom layer of tandem cells, is generally inferior to amorphous silicon in film quality and Even when a battery is produced, there is a drawback of low conversion efficiency. This is because there are more localized levels within the bandgap than in amorphous silicon. For this reason, research and development is being conducted to improve film quality by reducing the levels within the bandgap.
For example, amorphous silicon germanium in which the localized level density is reduced by compensating for dangling bonds in amorphous silicon germanium using activated fluorine atoms is described in Japanese Patent Publication No. 48197/1983. Disclosed.

【0012】一方、上述のような膜質の本質的な向上以
外の方法で非晶質シリコンゲルマニューム太陽電池特性
の向上が検討されている。その一例としてp型半導体及
び/またはn型半導体とi型半導体層との接合界面に於
てバンド幅の傾斜を持たせるいわゆるバッファ層を用い
る方法が米国特許第4,254,429号、米国特許第
4,377,723号に開示されている。該バッファ層
の目的は非晶質シリコンによって作製されるp型半導体
またはn型半導体と非晶質シリコンゲルマニュームで作
製されるi型半導体との接合界面には、格子定数の違い
により多数の準位が生成されるために接合界面に非晶質
シリコンを用いることにより準位を無くして接合を良く
しキャリアの走行性を損なわないようにしてVocを向
上させることにある。
On the other hand, improvements in the characteristics of amorphous silicon germanium solar cells are being investigated by methods other than the essential improvement of film quality as described above. As an example, a method using a so-called buffer layer that provides a band width gradient at the junction interface between a p-type semiconductor and/or n-type semiconductor and an i-type semiconductor layer is disclosed in U.S. Patent No. 4,254,429, No. 4,377,723. The purpose of the buffer layer is to create a large number of levels at the junction interface between a p-type or n-type semiconductor made of amorphous silicon and an i-type semiconductor made of amorphous silicon germanium due to differences in lattice constants. is generated, so the purpose is to eliminate the level by using amorphous silicon at the junction interface, improve the junction, and improve the Voc without impairing the mobility of carriers.

【0013】さらに、他の方法として、シリコンとゲル
マニュームの組成比を変化させることによりイントリン
ジック層中に組成の分布を設け特性を向上させるいわゆ
る傾斜層を設ける方法が開示されている。
Furthermore, as another method, a method has been disclosed in which a so-called graded layer is provided in which the compositional ratio of silicon and germanium is changed to provide a compositional distribution in the intrinsic layer and improve the characteristics.

【0014】例えば、米国特許第4,816,082号
に依れば、光入射側の第1の価電子制御された半導体層
に接する部分のi層のバンドギャップを広くし、中央部
に向かうに従い徐々にバンドギャップを狭くし、更に、
第2の価電子制御された半導体層に向かうに従い徐々に
バンドギャップを広くしていく方法が開示されている。 該方法に依れば、光により発生したキャリヤーは、内部
電界の働きにより、効率良く分離でき膜特性が向上する
For example, according to US Pat. No. 4,816,082, the bandgap of the i-layer in the portion in contact with the first valence electron-controlled semiconductor layer on the light incident side is widened, and the bandgap is widened toward the central portion. The bandgap is gradually narrowed according to
A method is disclosed in which the band gap is gradually widened toward the second valence electron-controlled semiconductor layer. According to this method, carriers generated by light can be efficiently separated by the action of an internal electric field, and the film properties can be improved.

【0015】ところで、非晶質半導体を用いた太陽電池
の他の問題点は、光照射により変換効率が低下すること
である。これは、非晶質シリコン及び非晶質シリコンゲ
ルマニュームは光照射により膜質が低下してしまい、こ
のためキャリヤーの走行性が悪くなることにより引き起
こされるものであり、結晶系には見られない、非晶質半
導体特有の現象である。そのため電力用途に用いる場合
、信頼性が劣り、実用化の障害となっているのが実状で
ある。非晶質半導体の光劣化の改善は、鋭意研究がなさ
れているが、膜質を改善することにより光劣化を防止す
る検討がされている一方、セル構造の改良による光劣化
の低減も検討されている。この様な方法の具体例として
、上述したタンデムセル構造を用いることは有効な手段
であり、イントリンジック層を薄くしキャリヤーの走行
距離を短くすることにより、光照射によるセル特性の低
下が少なくなることが確認されている。
[0015] Another problem with solar cells using amorphous semiconductors is that the conversion efficiency decreases due to light irradiation. This is caused by the fact that the film quality of amorphous silicon and amorphous silicon germanium is degraded by light irradiation, which deteriorates the mobility of carriers. This is a phenomenon unique to crystalline semiconductors. Therefore, when used for electric power, reliability is poor, which is an obstacle to practical application. Intensive research is being carried out to improve the photodegradation of amorphous semiconductors, and while some studies are investigating ways to prevent photodegradation by improving film quality, there are also studies on reducing photodegradation by improving the cell structure. There is. As a specific example of such a method, using the tandem cell structure described above is an effective means, and by making the intrinsic layer thinner and shortening the travel distance of the carrier, the deterioration of cell characteristics due to light irradiation can be minimized. It has been confirmed that this will happen.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記非晶質太陽電池に於いては、結晶系シリコン太陽電池
に比べ膜質が劣るため変換効率が充分ではなく、1ワッ
ト当りの発電コストは既存の原子力、火力、水力発電等
よりも高いものとなっている。非晶質シリコン系の太陽
電池が既存の発電方法と伍して電力用途に用いられるた
めには変換効率をさらに向上させることが求められてい
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the amorphous solar cell, the conversion efficiency is not sufficient because the film quality is inferior to that of the crystalline silicon solar cell, and the power generation cost per watt is lower than that of existing nuclear power. , thermal power, hydropower, etc. In order for amorphous silicon-based solar cells to be used for electric power applications along with existing power generation methods, it is necessary to further improve conversion efficiency.

【0017】更に、上述したように光劣化のメカニズム
の解明及び光劣化防止の検討が続けられているにもかか
わらず光劣化の問題は完全には解決できておらず、非晶
質シリコン系の太陽電池は更に信頼性が求められている
。上述したスタックセルによる劣化防止の方法に於ては
イントリンジック層を薄くすることにより光起電力素子
の全体の光吸収量が減少するために、光劣化防止として
は効果的となり得るものの初期光起電力特性は減少して
しまうため、信頼性が高く、かつ高効率という要求を両
立する太陽電池は実現できていないのが現状である。
Furthermore, as mentioned above, despite continued efforts to elucidate the mechanism of photodegradation and to investigate ways to prevent photodegradation, the problem of photodegradation has not been completely solved, and Solar cells are required to be even more reliable. In the method of preventing deterioration using stacked cells described above, the overall light absorption amount of the photovoltaic element is reduced by making the intrinsic layer thinner, so although it may be effective in preventing photodeterioration, the initial light Since the electromotive force characteristics decrease, it is currently impossible to realize a solar cell that satisfies the requirements of high reliability and high efficiency.

【0018】本発明の目的は、上述した問題点を解決し
、信頼性が高くかつ光電変換効率の高い太陽電池等に用
いられる光起電力素子を提供することである。
[0018] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a photovoltaic element for use in solar cells and the like that has high reliability and high photoelectric conversion efficiency.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題点を克服し、光劣化が少なく、且つ、変換効率の高
い太陽電池を鋭意検討した結果、成膜に用いるシリコン
系ガスとゲルマニューム系ガスの化学量比を制御するこ
とで連続光照射に対して導電率および膜中の欠陥の増加
が極めて少ない良質の膜が得られると言う知見を得、さ
らに非晶質シリコンゲルマニューム領域中の膜厚方向に
対するシリコンとゲルマニュームの組成比を制御するこ
とにより初期効率の高い太陽電池が得られるという知見
を得た。本発明は該知見に基いて更なる研究を行ない、
光起電力素子に適用し、完成するに至ったものであり、
本発明の骨子とするところは、i型半導体層が非晶質シ
リコンゲルマニュームを構成材料とするpin型の光起
電力素子のi型半導体層を、ゲルマニューム元素を含ま
ない層と、ゲルマニューム元素を含む層とから形成し、
前記ゲルマニューム元素を含まない層をp型半導体およ
びn型半導体に接する部分に設けることにある。また、
前記ゲルマニューム元素を含まない層の厚みが50から
1000オングストロームとすることで好適な構成とな
る。さらに、前記ゲルマニューム元素を含む層のゲルマ
ニューム元素を20atm%から70atm%とするこ
とにより劣化の少ない構成となる。さらに、前記ゲルマ
ニューム元素を含む層のゲルマニュームの組成を連続し
て変化させることにより、より特性が向上する。このと
き連続して変化するゲルマニューム元素の組成の極大値
をi型半導体層の中に位置させることにより更に特性が
向上する。また、本発明はpinの単位素子構造を2つ
以上積層する積層型光起電力素子に応用することも可能
であり、この場合、少なくとも1つ以上のi型半導体層
の構成を上述したように、ゲルマニューム元素を含まな
い層の厚みを50から1000オングストロームとした
り、ゲルマニュームを含む層のゲルマニューム元素量を
20atm%から70atm%にしたり、ゲルマニュー
ム元素の組成を連続して変化させたり、ゲルマニューム
元素の組成の極大値をi型半導体の層の中に位置させる
ようにすることで同様な効果が得られることは言うまで
もない。
[Means for Solving the Problems] The present inventors have overcome the above-mentioned problems and, as a result of intensive studies on solar cells with little photodeterioration and high conversion efficiency, have found that the silicon-based gas used for film formation. By controlling the stoichiometric ratio of germanium-based gases, we obtained the knowledge that a high-quality film with very little increase in conductivity and defects in the film upon continuous light irradiation can be obtained, and furthermore, we have found that by controlling the stoichiometric ratio of germanium-based gas, it is possible to obtain a high-quality film with very little increase in conductivity and defects in the film when exposed to continuous light irradiation. We obtained the knowledge that solar cells with high initial efficiency can be obtained by controlling the composition ratio of silicon and germanium in the film thickness direction. The present invention conducts further research based on this knowledge,
It was applied to a photovoltaic element and completed.
The gist of the present invention is that the i-type semiconductor layer of a pin-type photovoltaic element whose i-type semiconductor layer is made of amorphous silicon germanium is divided into a layer containing no germanium element and a layer containing germanium element. formed from a layer,
The purpose is to provide a layer not containing the germanium element in a portion in contact with a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. Also,
A preferred configuration is achieved by setting the thickness of the layer not containing the germanium element to 50 to 1000 angstroms. Further, by setting the germanium element in the layer containing the germanium element from 20 atm % to 70 atm %, a structure with less deterioration can be obtained. Further, by continuously changing the composition of germanium in the layer containing the germanium element, the characteristics can be further improved. At this time, the characteristics are further improved by locating the maximum value of the continuously changing composition of the germanium element within the i-type semiconductor layer. Furthermore, the present invention can be applied to a stacked photovoltaic device in which two or more pin unit element structures are stacked, and in this case, the structure of at least one or more i-type semiconductor layers is as described above. , the thickness of the layer that does not contain germanium element is from 50 to 1000 angstroms, the amount of germanium element in the layer containing germanium is from 20 atm% to 70 atm%, the composition of germanium element is continuously changed, the composition of germanium element is It goes without saying that a similar effect can be obtained by locating the maximum value of in the i-type semiconductor layer.

【0020】以下に、図面を用いて本発明について詳細
に説明するが、本発明の光起電力素子はこれにより何ら
限定されるものではない。
The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings, but the photovoltaic device of the present invention is not limited thereto.

【0021】まず、本発明の説明に先だって本発明の光
起電力素子を応用するに好適なpin型非晶質太陽電池
について説明する。
First, prior to explaining the present invention, a pin-type amorphous solar cell suitable for applying the photovoltaic element of the present invention will be explained.

【0022】図6〜図9は、本発明の光起電力素子を応
用するに好適なpin型非晶質太陽電池を模式的に表わ
したものである。
FIGS. 6 to 9 schematically show pin-type amorphous solar cells suitable for applying the photovoltaic device of the present invention.

【0023】なお、各実施例において、同一構成部材に
ついては同一符号を付する。
[0023] In each embodiment, the same constituent members are given the same reference numerals.

【0024】図6は光が図の上部から入射する構造の太
陽電池で有り、図に於いて300は太陽電池本体、30
1は基板、302は下部電極、303はn型半導体層(
以下、n層という)、304はi型半導体層(以下、i
層という)、305はp型半導体層(以下、p層という
)、306は上部電極、307は集電電極を表わす。 図7は基板301が透明であり、光が図の下部から入射
する構造の太陽電池を示す。したがって、下部電極30
2、n層303、i層304、p層305、上部電極3
06の配置は図6に示したものと逆になっている。30
0´は太陽電池本体を示す。
FIG. 6 shows a solar cell having a structure in which light enters from the top of the figure, and in the figure, 300 is the solar cell main body;
1 is a substrate, 302 is a lower electrode, 303 is an n-type semiconductor layer (
304 is an i-type semiconductor layer (hereinafter referred to as an i-type semiconductor layer).
305 is a p-type semiconductor layer (hereinafter referred to as p layer), 306 is an upper electrode, and 307 is a current collecting electrode. FIG. 7 shows a solar cell in which the substrate 301 is transparent and light enters from the bottom of the figure. Therefore, the lower electrode 30
2, n layer 303, i layer 304, p layer 305, upper electrode 3
The arrangement of 06 is opposite to that shown in FIG. 30
0' indicates the solar cell body.

【0025】図8は図6を2層積層した構造の太陽電池
で有り、図に於いて310は太陽電池本体、308およ
び309は太陽電池の単位素子を表わし、303,31
3はn層、304,314はi層、305,315はp
層を表わす。図9は図6を3層積層した構造の太陽電池
で有り、図に於いて312は太陽電池本体、308,3
11、および309は太陽電池の単位素子を表わし、3
03,313,323はn層、304,314,324
はi層、305,315,325はp層を表わす。なお
、いずれの光起電力素子に於いてもn層とp層とは目的
に応じて各層の積層順を入れかえて使用することもでき
る。以下、これらの光起電力素子の構成について説明す
る。
FIG. 8 shows a solar cell having a structure in which the two layers shown in FIG.
3 is the n layer, 304 and 314 are the i layer, and 305 and 315 are the p layer.
Represents a layer. FIG. 9 shows a solar cell having a structure in which the three layers shown in FIG.
11 and 309 represent unit elements of a solar cell, and 3
03, 313, 323 are n layers, 304, 314, 324
represents the i-layer, and 305, 315, and 325 represent the p-layer. Note that in any photovoltaic element, the stacking order of the n-layer and p-layer may be changed depending on the purpose. The configurations of these photovoltaic elements will be explained below.

【0026】(基板)半導体層303,304,305
は高々1μm程度の薄膜であるため適当な基板上に堆積
される。このような基板301としては、単結晶質もし
くは非単結晶質のものであってもよく、さらにそれらは
導電性のものであっても、また電気絶縁性のものであっ
てもよい。さらには、それらは透光性のものであっても
、また非透光性のものであってもよいが、変形、歪みが
少なく、所望の強度を有するものであることが好ましい
。具体的にはFe,Ni,Cr,Al,Mo,Au,N
b,Ta,V,Ti,Pt,Pb等の金属またはこれら
の合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその複
合体、及びポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネ
ート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩
化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリア
ミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィ
ルムまたはシート又はこれらとガラスファイバー、カー
ボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複
合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に
異種材質の金属薄膜及び/またはSiO2 ,Si3 
N4 ,Al2 O3,AlN等の絶縁性薄膜をスパッ
タ法、蒸着法、鍍金法により表面コーティング処理を行
ったものおよび、ガラス、セラミックスなどが挙げられ
る。
(Substrate) Semiconductor layers 303, 304, 305
Since it is a thin film of about 1 μm at most, it is deposited on a suitable substrate. Such a substrate 301 may be single crystal or non-single crystal, and may be electrically conductive or electrically insulating. Further, although they may be translucent or non-transparent, it is preferable that they are less deformed and distorted and have desired strength. Specifically, Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, N
b, Ta, V, Ti, Pt, Pb and other metals or their alloys, such as thin plates such as brass and stainless steel, and composites thereof, and polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polychloride Films or sheets of heat-resistant synthetic resins such as vinylidene, polystyrene, polyamide, polyimide, epoxy, etc., or composites of these with glass fibers, carbon fibers, boron fibers, metal fibers, etc., thin plates of these metals, resin sheets, etc. Metal thin film of different materials and/or SiO2, Si3 on the surface
Examples include those whose surfaces are coated with insulating thin films such as N4, Al2 O3, and AlN by sputtering, vapor deposition, and plating, as well as glass and ceramics.

【0027】前記基板を太陽電池用の基板として用いる
場合には、該帯状基板が金属等の電気導電性である場合
には直接電流取り出し用の電極としても良いし、合成樹
脂等の電気絶縁性である場合には堆積膜の形成される側
の表面にAl,Ag,Pt,Au,Ni,Ti,Mo,
W,Fe,V,Cr,Cu,ステンレス,真ちゅう,ニ
クロム,SnO2 ,In2 O3 ,ZnO,ITO
等のいわゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物
(TCO)を鍍金、蒸着、スパッタ等の方法であらかじ
め表面処理を行って電流取り出し用の電極を形成してお
くことが望ましい。
When the substrate is used as a substrate for a solar cell, it may be used as an electrode for direct current extraction if the strip substrate is made of electrically conductive material such as metal, or it may be made of electrically insulating material such as synthetic resin. In this case, the surface on which the deposited film is formed contains Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo,
W, Fe, V, Cr, Cu, stainless steel, brass, nichrome, SnO2, In2 O3, ZnO, ITO
It is desirable to form electrodes for current extraction by subjecting so-called single metals or alloys such as metals or transparent conductive oxides (TCO) to surface treatment in advance by plating, vapor deposition, sputtering, or other methods.

【0028】勿論、前記帯状基板が金属等の電気導電性
のものであっても、長波長光の基板表面上での反射率を
向上させたり、基板材質と堆積膜との間での構成元素の
相互拡散を防止する等の目的で異種の金属層等を前記基
板上の堆積膜が形成される側に設けても良い。又、前記
基板が比較的透明であって、該基板の側から光入射を行
う層構成の太陽電池とする場合には前記透明導電性酸化
物や金属薄膜等の導電性薄膜をあらかじめ堆積形成して
おくことが望ましい。
Of course, even if the strip-shaped substrate is made of an electrically conductive material such as metal, it is possible to improve the reflectance of long-wavelength light on the substrate surface, or to add constituent elements between the substrate material and the deposited film. A layer of different metals or the like may be provided on the side of the substrate on which the deposited film is formed, for the purpose of preventing mutual diffusion of. Further, in the case of a solar cell having a layered structure in which the substrate is relatively transparent and light is incident from the side of the substrate, a conductive thin film such as the transparent conductive oxide or metal thin film is deposited in advance. It is desirable to keep it.

【0029】また、前記基板の表面性としてはいわゆる
平滑面であっても、微小の凹凸面であっても良い。
Furthermore, the surface properties of the substrate may be a so-called smooth surface or a minutely uneven surface.

【0030】微小の凹凸面とする場合にはその凹凸形状
は球状、円錐状、角錐状等であって、且つその最大高さ
(Rmax )が好ましくは500Å乃至5000Åと
することにより、該表面での光反射が乱反射となり、該
表面での反射光の光路長の増大をもたらす。基板の形状
は、用途により平滑表面或は凸凹表面の板状、長尺ベル
ト状、円筒状等であることができ、その厚さは、所望通
りの光起電力素子を形成し得るように適宜決定するが、
光起電力素子として可撓性が要求される場合、または基
板の側より光入射がなされる場合には、基板としての機
能が充分発揮される範囲内で可能な限り薄くすることが
出来る。しかしながら、基板の製造上及び取扱い上、機
械的強度等の点から、通常は、10μm以上とされる。
[0030] In the case of forming a finely uneven surface, the uneven shape is spherical, conical, pyramidal, etc., and the maximum height (Rmax) is preferably 500 Å to 5000 Å. The light reflection becomes diffused reflection, resulting in an increase in the optical path length of the reflected light on the surface. The shape of the substrate can be a flat plate with a smooth surface or an uneven surface, a long belt shape, a cylindrical shape, etc. depending on the purpose, and the thickness can be determined as appropriate so as to form the desired photovoltaic element. I decide, but
When flexibility is required as a photovoltaic element, or when light is incident from the substrate side, the thickness can be made as thin as possible within a range that allows the substrate to function satisfactorily. However, from the viewpoint of manufacturing and handling of the substrate, mechanical strength, etc., the thickness is usually set to 10 μm or more.

【0031】本発明の光起電力素子においては、当該素
子の構成形態により適宜の電極が選択使用される。それ
らの電極としては、下部電極、上部電極(透明電極)、
集電電極を挙げることができる(ただし、ここでいう上
部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、下部電
極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して設けられた
ものを示すこととする)。
In the photovoltaic device of the present invention, appropriate electrodes are selected and used depending on the configuration of the device. These electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode),
(However, the upper electrode here refers to the one provided on the light incident side, and the lower electrode refers to the one provided opposite the upper electrode with a semiconductor layer in between.) ).

【0032】これらの電極について以下に詳しく説明す
る。
[0032] These electrodes will be explained in detail below.

【0033】(下部電極)本発明において用いられる下
部電極302としては、上述した基板301の材料が透
光性であるか否かによって、光起電力発生用の光を照射
する面が異なる故(たとえば基板301が金属等の非透
光性の材料である場合には、図6で示したごとく上部電
極306側から光起電力発生用の光を照射する。)その
設置される場所が異なる。具体的には、図6、図8及び
図9のような層構成の場合には基板301とn層303
との間に設けられる。しかし、基板301が導電性であ
る場合には、該基板が下部電極を兼ねることができる。 ただし、基板301が導電性であってもシート抵抗値が
高い場合には、電流取り出し用の低抵抗の電極として、
あるいは基板面での反射率を高め入射光の有効利用を図
る目的で電極302を設置してもよい。
(Lower Electrode) Since the surface of the lower electrode 302 used in the present invention that is irradiated with light for generating photovoltaic power differs depending on whether the material of the substrate 301 described above is translucent or not ( For example, when the substrate 301 is made of a non-light-transmitting material such as metal, light for generating photovoltaic force is irradiated from the upper electrode 306 side as shown in FIG. 6.) The installation location differs. Specifically, in the case of layer configurations as shown in FIGS. 6, 8, and 9, the substrate 301 and the n-layer 303
established between. However, if the substrate 301 is conductive, it can also serve as the lower electrode. However, even if the substrate 301 is conductive, if the sheet resistance value is high, it can be used as a low resistance electrode for current extraction.
Alternatively, the electrode 302 may be provided for the purpose of increasing the reflectance on the substrate surface and making effective use of the incident light.

【0034】図7の場合には透光性の基板301が用い
られており、基板301の側から光が入射されるので、
電流取り出し及び当該電極での光反射用の目的で、下部
電極302が基板301と対向して半導体層を挟んで設
けられている。
In the case of FIG. 7, a transparent substrate 301 is used, and light is incident from the substrate 301 side.
A lower electrode 302 is provided facing the substrate 301 with a semiconductor layer in between for the purpose of extracting current and reflecting light at the electrode.

【0035】また、基板301として電気絶縁性のもの
を用いる場合には電流取り出し用の電極として、基板3
01とn層303との間に下部電極302が設けられる
。電極材料としては、Ag,Au,Pt,Ni,Cr,
Cu,Al,Ti,Zn,Mo,W等の金属又はこれら
の合金が挙げられ、これらの金属の薄膜を真空蒸着、電
子ビーム蒸着、スパッタリング等で形成する。また、形
成された金属薄膜は光起電力素子の出力に対して抵抗成
分とならぬように配慮されねばならず、シート抵抗値と
して好ましくは50Ω以下、より好ましくは10Ω以下
であることが望ましい。
Further, when an electrically insulating material is used as the substrate 301, the substrate 301 can be used as an electrode for taking out current.
A lower electrode 302 is provided between 01 and n layer 303. As electrode materials, Ag, Au, Pt, Ni, Cr,
Examples include metals such as Cu, Al, Ti, Zn, Mo, and W, or alloys thereof, and thin films of these metals are formed by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, or the like. Further, care must be taken so that the formed metal thin film does not become a resistance component with respect to the output of the photovoltaic element, and it is desirable that the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.

【0036】下部電極302とn層303との間に、図
中には示されていないが、導電性酸化亜鉛等の拡散防止
層を設けても良い。該拡散防止層の効果としては下部電
極302を構成する金属元素がn型半導体層中へ拡散す
るのを防止するのみならず、若干の抵抗値をもたせるこ
とで半導体層を挟んで設けられた下部電極302と透明
電極(上部電極)306との間にピンホール等の欠陥で
発生するショートを防止すること、及び薄膜による多重
干渉を発生させ入射された光を光起電力素子内に閉じ込
める等の効果を挙げることができる。
Although not shown in the figure, a diffusion prevention layer such as conductive zinc oxide may be provided between the lower electrode 302 and the n-layer 303. The effect of the diffusion prevention layer is not only to prevent the metal element constituting the lower electrode 302 from diffusing into the n-type semiconductor layer, but also to provide a slight resistance value to the lower part provided across the semiconductor layer. To prevent short circuits caused by defects such as pinholes between the electrode 302 and the transparent electrode (upper electrode) 306, and to generate multiple interference with a thin film to confine incident light within the photovoltaic element. It can be said that it is effective.

【0037】(上部電極(透明電極))本発明において
用いられる透明電極(上部電極)306としては太陽や
白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率良く吸収させ
るために光の透過率が85%以上であることが望ましく
、さらに、電気的には光起電力素子の出力に対して抵抗
成分とならぬようにシート抵抗値は100Ω以下である
ことが望ましい。このような特性を備えた材料として、
SnO2 ,In2 O3 ,ZnO,CdO,CdS
nO4 ,ITO(In2 O3 +SnO2 )など
の金属酸化物や、Au,Al,Cu等の金属を極めて薄
く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙げられる。透明電
極は図6,図8,図9においてはそれぞれp層305,
315,325の上に積層され、図7においては基板3
01の上に積層されるものであるため、互いの密着性の
良いものを選ぶことが必要である。これらの作製方法と
しては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパ
タリング法、スプレー法等を用いることができ所望に応
じて適宜選択される。
(Top Electrode (Transparent Electrode)) The transparent electrode (top electrode) 306 used in the present invention has a high light transmittance in order to efficiently absorb light from the sun, a white fluorescent lamp, etc. into the semiconductor layer. The sheet resistance value is preferably 85% or more, and furthermore, the sheet resistance value is preferably 100Ω or less so as not to become a resistance component electrically with respect to the output of the photovoltaic element. As a material with such characteristics,
SnO2, In2O3, ZnO, CdO, CdS
Examples include metal oxides such as nO4 and ITO (In2O3 +SnO2), and metal thin films formed of extremely thin and translucent metals such as Au, Al, and Cu. In FIGS. 6, 8, and 9, the transparent electrodes are p-layers 305 and 305, respectively.
315, 325, and in FIG.
Since it is to be laminated on top of 01, it is necessary to select materials that have good adhesion to each other. As a method for producing these, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, etc. can be used, and the method is appropriately selected depending on the need.

【0038】(集電電極)本発明において用いられる集
電電極307は、透明電極306の表面抵抗値を低減さ
せる目的で透明電極306上に設けられる。電極材料と
してはAg,Cr,Ni,Al,Ag,Au,Ti,P
t,Cu,Mo,W等の金属またはこれらの合金の薄膜
が挙げられる。これらの薄膜は積層させて用いることが
できる。また、半導体層への光入射光量が十分に確保さ
れるよう、その形状及び面積が適宜設計される。
(Collector Electrode) The collector electrode 307 used in the present invention is provided on the transparent electrode 306 for the purpose of reducing the surface resistance value of the transparent electrode 306. Electrode materials include Ag, Cr, Ni, Al, Ag, Au, Ti, and P.
Examples include thin films of metals such as T, Cu, Mo, and W, or alloys thereof. These thin films can be used in a stacked manner. Further, the shape and area of the semiconductor layer are appropriately designed so that a sufficient amount of light incident on the semiconductor layer is ensured.

【0039】たとえば、その形状は光起電力素子の受光
面に対して一様に広がり、且つ受光面積に対してその面
積は好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下
であることが望ましい。
For example, it is desirable that the shape spreads uniformly over the light-receiving surface of the photovoltaic element, and that its area is preferably 15% or less, more preferably 10% or less of the light-receiving area.

【0040】また、シート抵抗値としては、好ましくは
50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望
ましい。
Further, the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.

【0041】半導体層303,304,305は通常の
薄膜作製プロセスに依って作製されるもので、蒸着法、
スパッタ法、高周波プラズマCVD法、マイクロ波プラ
ズマCVD法、ECR法、熱CVD法、LPCVD法等
公知の方法を所望に応じて用いることにより作製できる
。工業的に採用されている方法としては、原料ガスをプ
ラズマで分解し、基板状に堆積させるプラズマCVD法
が好んで用いられる。また、反応装置としては、バッチ
式の装置や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる
。価電子制御された半導体を作製する場合は、リン、ボ
ロン等を構成原子として含むPH3 ,B2 H6 ガ
ス等を同時に分解することにより行なわれる。 (i層)本光起電力素子において好適に用いられるi層
を構成する半導体材料としては、非晶質シリコンゲルマ
ニュームのi層を作製する場合はa−SiGe:H,a
−SiGe:F,a−SiGe:H:F等のいわゆるI
V族合金系半導体材料が挙げられる。また、単位素子構
成を積層したタンデムセル構造に於て非晶質シリコンゲ
ルマニューム以外のi層を構成する半導体材料としては
、a−Si:H,a−Si:F,a−Si:H:F,a
−SiC:H,a−SiC:F,a−SiC:H:F,
poly−Si:H,poly−Si:F,poly−
Si:H:F等のいわゆるIV族及びIV族合金系半導
体材料の他、III −V及びII−VI族のいわゆる
化合物半導体材料等が挙げられる。
The semiconductor layers 303, 304, and 305 are manufactured by a normal thin film manufacturing process, including vapor deposition,
It can be manufactured by using known methods such as sputtering, high-frequency plasma CVD, microwave plasma CVD, ECR, thermal CVD, and LPCVD as desired. As a method employed industrially, a plasma CVD method is preferably used in which a raw material gas is decomposed by plasma and deposited on a substrate. Further, as the reaction apparatus, a batch type apparatus, a continuous film forming apparatus, etc. can be used as desired. When producing a semiconductor with controlled valence electrons, it is carried out by simultaneously decomposing PH3, B2 H6 gases, etc. containing phosphorus, boron, etc. as constituent atoms. (i-layer) Semiconductor materials constituting the i-layer suitably used in this photovoltaic device include a-SiGe:H, a-SiGe:H, a-SiGe:
-So-called I such as SiGe:F, a-SiGe:H:F
Examples include group V alloy semiconductor materials. In addition, in a tandem cell structure in which unit element structures are stacked, semiconductor materials constituting the i-layer other than amorphous silicon germanium include a-Si:H, a-Si:F, and a-Si:H:F. ,a
-SiC:H, a-SiC:F, a-SiC:H:F,
poly-Si:H, poly-Si:F, poly-
In addition to so-called group IV and group IV alloy semiconductor materials such as Si:H:F, so-called compound semiconductor materials of groups III-V and II-VI can be mentioned.

【0042】CVD法に用いる原料ガスとしては、シリ
コン元素を含む化合物として鎖状または環状シラン化合
物が用いられ、具体的には、例えば、SiH4 ,Si
F4 ,(SiF2 )5 ,(SiF2 )6 ,(
SiF2 )4 ,Si2 F6 ,Si3 F8 ,
SiHF3 ,SiH2 F2 ,Si2 H2 F4
 ,Si2 H3 F3 ,SiCl4 ,(SiCl
2 )5 ,SiBr4 ,(SiBr2 )5 ,S
iCl6 ,SiHCl3 ,SiHBr2 ,SiH
2 Cl2 ,SiCl3 F3 などのガス状態のま
たは容易にガス化し得るものが挙げられる。
As the raw material gas used in the CVD method, a chain or cyclic silane compound is used as a compound containing the silicon element, and specifically, for example, SiH4, Si
F4 , (SiF2 )5 , (SiF2 )6 , (
SiF2 )4 , Si2 F6 , Si3 F8 ,
SiHF3, SiH2 F2, Si2 H2 F4
, Si2 H3 F3 , SiCl4 , (SiCl
2)5,SiBr4,(SiBr2)5,S
iCl6, SiHCl3, SiHBr2, SiH
2 Cl2 , SiCl3 F3 and the like which are in a gaseous state or can be easily gasified can be mentioned.

【0043】また、ゲルマニューム元素を含む化合物と
して、鎖状ゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニューム、
環状ゲルマン、またはハロゲン化ゲルマニューム、鎖状
または環状ゲルマニューム化合物及びアルキル基などを
有する有機ゲルマニューム化合物、具体的にはGeH4
 ,Ge2 H6 ,Ge3 H8 ,n−GeH10
,t−Ge4 H10,GeH6 ,Ge5 H10,
GeH3 Cl,GeH2 F2 ,Ge(CH3 )
4 ,Ge(C2 H5 )4 ,Ge(C6 H5 
)4 ,Ge(CH3 )2 F2 ,GeF2 ,G
eF4などが挙げられる。
[0043] Further, as a compound containing germanium element, chain germanium or halogenated germanium,
Cyclic germanium, halogenated germanium, chain or cyclic germanium compounds, and organic germanium compounds having an alkyl group, specifically GeH4
, Ge2 H6 , Ge3 H8 , n-GeH10
, t-Ge4 H10, GeH6 , Ge5 H10,
GeH3Cl,GeH2F2,Ge(CH3)
4,Ge(C2H5)4,Ge(C6H5
)4 ,Ge(CH3)2F2 ,GeF2 ,G
Examples include eF4.

【0044】(p層及びn層)本光起電力素子において
好適に用いられるp層またはn層を構成する半導体材料
としては、前述したi層を構成する半導体材料に価電子
制御剤をドーピングすることによって得られる。作製方
法は、前述したi層の作製方法と同様の方法が好適に利
用できる。また原料としては、周期律表第IV族堆積膜
を得る場合、p型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第III 族の元素を含む化合物が用いら
れる。 第III 族の元素としては、B,Al,Ga,Inが
挙げられる。第III 族元素を含む化合物としては、
具体的には、BF3 ,B2 H6 ,B4 H10,
B5 H9 ,B5 H11,B6 H10,B(CH
3 )3 ,B(C2 H5 )3 ,B6 H12,
Al(CH3 )2 Cl,Al(CH3 )3 ,A
l(OCH3 )2 Cl,Al(CH3 )Cl2 
,Al(C2 H5 )3 ,Al(OC2 H5 )
3 ,Al(CH3 )3 Cl3 ,Al(i−C4
 H9 )5 ,Al(C3 H7 )3 ,Al(O
C4 H9 )3 ,Ga(OCH3 )3 ,Ga(
OC2 H5 )3 ,Ga(OC3 H7 )3 ,
Ga(CH3 )3 ,Ga2 H6 ,GaH(C2
 H5 )2 ,Ga(OC2 H5 ),(C2 H
5 )2 ,In(CH3 )3 ,In(C3 H7
 )3,In(C4 H9 )3 等が挙げられる。
(P-layer and n-layer) As the semiconductor material constituting the p-layer or n-layer suitably used in the present photovoltaic device, the semiconductor material constituting the i-layer described above is doped with a valence electron control agent. obtained by As a manufacturing method, a method similar to the method for manufacturing the i-layer described above can be suitably used. Further, as raw materials, when obtaining a deposited film of Group IV of the periodic table, a compound containing an element of Group III of the periodic table is used as a valence electron control agent for obtaining a p-type semiconductor. Group III elements include B, Al, Ga, and In. Compounds containing group III elements include:
Specifically, BF3, B2 H6, B4 H10,
B5 H9, B5 H11, B6 H10, B(CH
3)3,B(C2H5)3,B6H12,
Al(CH3)2Cl,Al(CH3)3,A
l(OCH3)2 Cl, Al(CH3)Cl2
, Al(C2 H5 )3 , Al(OC2 H5 )
3, Al(CH3)3 Cl3, Al(i-C4
H9 )5 , Al(C3 H7 )3 , Al(O
C4 H9 )3 , Ga(OCH3 )3 , Ga(
OC2 H5 )3 , Ga(OC3 H7 )3 ,
Ga(CH3)3, Ga2H6, GaH(C2
H5 )2 , Ga(OC2 H5 ), (C2 H
5 )2 , In(CH3 )3 , In(C3 H7
)3, In(C4H9)3, and the like.

【0045】n型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第V族の元素を含む化合物が用いられる。 第V族の元素としては、P,N,As,Sbが挙げられ
る。第V族の元素を含む化合物としては、具体的には、
NH3 HN3 ,N2 H5 N3 ,N2 H4 
,NH4 N3 ,PH3 ,P(OCH3 )3 ,
P(OC2 H5 )3 ,P(C3 H7 )3 ,
P(OC4 H9 )3 ,P(CH3 )3 ,P(
C2 H5 )3 ,P(C3 H7 )3 ,P(C
4 H9 )3 ,P(OCH3 )3 ,P(OC2
 H5 )3 ,P(OC3 H7 )3 ,P(OC
4 H9 )3 ,P(SCN)3 ,P2 H4 ,
PH3 ,AsH3 ,AsH3 ,As(OCH3 
)3 ,As(OC2 H5 )3 ,As(OC3 
H7 )3 ,As(OC4 H9 )3 ,As(C
H3 )3 ,As(CH3 )3 ,As(C2 H
5 )3 ,As(C6 H5 )3 ,SbH3 ,
Sb(OCH3 )3 ,Sb(OC2 H5 )3 
,Sb(OC3 H7 )3 ,Sb(OC4 H9 
)3 ,Sb(CH3 )3 ,Sb(C3 H7 )
3 ,Sb(C4 H9 )3 等が挙げられる。
As a valence electron control agent for obtaining an n-type semiconductor, a compound containing an element of Group V of the periodic table is used. Group V elements include P, N, As, and Sb. Specifically, compounds containing Group V elements include:
NH3 HN3 , N2 H5 N3 , N2 H4
, NH4 N3 , PH3 , P(OCH3 )3 ,
P(OC2 H5 )3 , P(C3 H7 )3 ,
P(OC4 H9 )3 , P(CH3 )3 , P(
C2 H5 )3 , P(C3 H7 )3 , P(C
4 H9 )3 , P(OCH3 )3 , P(OC2
H5 )3 , P(OC3 H7 )3 , P(OC
4 H9 )3 , P(SCN)3 , P2 H4 ,
PH3, AsH3, AsH3, As(OCH3
)3 , As(OC2 H5 )3 , As(OC3
H7 )3 , As(OC4 H9 )3 , As(C
H3 )3 , As(CH3 )3 , As(C2 H
5)3, As(C6H5)3, SbH3,
Sb(OCH3)3,Sb(OC2H5)3
,Sb(OC3 H7)3 ,Sb(OC4 H9
)3, Sb(CH3)3, Sb(C3H7)
3, Sb(C4H9)3, and the like.

【0046】もちろん、これらの原料ガスは1種であっ
ても良いが、2種またはそれ以上を併用してもよい。
Of course, these source gases may be used alone, or two or more types may be used in combination.

【0047】前記した原料物質が常温、常圧下で気体状
態である場合にはマスフローコントローラー(以下MF
C)等によって成膜空間への導入量を制御し、液体状態
である場合には、Ar,He等の希ガスまたは水素ガス
をキャリアーガスとして、必要に応じ温度制御が可能な
バブラーを用いてガス化し、また固体状態である場合に
は、Ar,He等の希ガスまたは水素ガスをキャリアー
ガスとして加熱昇華炉を用いてガス化して、主にキャリ
アーガス流量と炉温度により導入量を制御する。
When the above-mentioned raw material is in a gaseous state at room temperature and pressure, a mass flow controller (hereinafter referred to as MF) is used.
The amount introduced into the film forming space is controlled by C), etc., and when it is in a liquid state, a rare gas such as Ar or He or hydrogen gas is used as a carrier gas, and a bubbler whose temperature can be controlled as necessary is used. If it is in a solid state, it is gasified using a heated sublimation furnace using a rare gas such as Ar or He or hydrogen gas as a carrier gas, and the amount introduced is controlled mainly by the carrier gas flow rate and furnace temperature. .

【0048】ところで、図6乃至図9の構成の従来の素
子のバンドギャップのプロファイルは、図10乃至図1
2のように示される。図に於いて上部の線はエネルギー
準位の伝導帯の底、下部の線は価電子帯の頂上を示し、
403はn層、405はp層、404はi層を示す。ま
た、408及び409はバッファ層を示す。図10に於
てi層404のバンドギャップは不純物ドーピング層と
なるn層403、p層405よりも狭くなっている。
By the way, the bandgap profiles of the conventional elements having the configurations shown in FIGS. 6 to 9 are as shown in FIGS. 10 to 1.
It is shown as 2. In the figure, the upper line indicates the bottom of the conduction band of the energy level, and the lower line indicates the top of the valence band.
403 is an n layer, 405 is a p layer, and 404 is an i layer. Further, 408 and 409 indicate buffer layers. In FIG. 10, the bandgap of the i-layer 404 is narrower than that of the n-layer 403 and the p-layer 405, which are impurity doped layers.

【0049】このようなバンドプロファイルの場合、開
放電圧はi層404により決定されるため、バンドギャ
ップの狭い材料を用いると開放電圧は小さくなってしま
う。また、p層405に接するi層404で発生した自
由電子及び自由正孔はpi界面に存在する高濃度の再結
合準位により、再結合してしまうため、有効に取り出さ
れることなく失われてしまう。また、光の入射側では、
光量が大きく、内部に向かうに従い吸収される光量は、
指数関数的に減少する。光入射側では吸収した光のエネ
ルギーは、バンドギャップ以上のエネルギーがあり、余
分なエネルギーを有効利用できていないことになる。こ
のような欠点を解決する方法として図11に示すような
バッファ層を設ける構成が用いられる。図に於て408
及び409はバッファ層でありpiおよびni界面の局
在準位を減少させる効果を持つ。さらに、図12に示す
ような素子構成が提案されている。図に於いて403、
405はそれぞれドーピング層となるn層、p層、40
4はi層である。図に於て光は左側から入射するものと
する。ここでi層404は光入射側にバンドギャップ調
整剤を含まないバッファ層409を設けバンドギャップ
を広くし、その後徐々にバンドギャップ調整剤を増加し
て行きバンドギャップが狭くなるような傾斜バッファ層
404´を設けている。更に光入射側の反対側に向けて
バンドギャップ調整剤を減少して行きバンドギャップが
広くなるような傾斜層404″が設けられている。
In the case of such a band profile, the open circuit voltage is determined by the i-layer 404, so if a material with a narrow band gap is used, the open circuit voltage will become small. In addition, free electrons and free holes generated in the i layer 404 in contact with the p layer 405 are recombined by the high concentration recombination level existing at the pi interface, so they are lost without being effectively taken out. Put it away. Also, on the light incident side,
The amount of light is large, and the amount of light absorbed as it goes inside is
Decrease exponentially. On the light incidence side, the energy of the absorbed light exceeds the band gap, meaning that the excess energy cannot be used effectively. As a method of solving such drawbacks, a structure in which a buffer layer is provided as shown in FIG. 11 is used. In the figure 408
and 409 are buffer layers which have the effect of reducing localized levels at the pi and ni interfaces. Furthermore, an element configuration as shown in FIG. 12 has been proposed. In the figure, 403,
405 is an n layer, a p layer, and 40 which are doping layers, respectively.
4 is the i layer. In the figure, light is assumed to be incident from the left side. Here, the i-layer 404 is a graded buffer layer in which a buffer layer 409 not containing a band gap adjusting agent is provided on the light incident side to widen the band gap, and then the band gap adjusting agent is gradually increased to narrow the band gap. 404' is provided. Furthermore, a gradient layer 404'' is provided in which the bandgap adjusting agent decreases toward the side opposite to the light incident side, thereby widening the bandgap.

【0050】このようなバンドプロファイルを設けるこ
とにより、光は有効に利用でき、開放電圧が向上し、フ
ァイルファクターも改善されることが開示されている。 このような方法は一般に初期効率を向上させることを主
眼として検討されているものであるが、光劣化に関して
は特に配慮がなされていない。
It is disclosed that by providing such a band profile, light can be used effectively, the open circuit voltage is improved, and the file factor is also improved. Such methods are generally studied with a focus on improving initial efficiency, but no particular consideration is given to photodegradation.

【0051】本発明の骨子は上述したバンドプロファイ
ルの改善による初期効率の向上に加えて、さらに、光劣
化の少ない素子構成を考案したことにある。本発明者ら
は非晶質シリコンゲルマニュームが特定のゲルマニュー
ム元素の組成に於いて光劣化が少ないことを見いだし、
このような光劣化が少ない組成の非晶質シリコンゲルマ
ニュームを用い、かつ、変換効率の高いセルを考案した
The gist of the present invention is to not only improve the initial efficiency by improving the band profile as described above, but also to devise an element configuration that is less susceptible to photodeterioration. The present inventors have discovered that amorphous silicon germanium exhibits less photodegradation in a specific germanium element composition,
We devised a cell that uses amorphous silicon germanium with a composition that is less susceptible to photodeterioration and has high conversion efficiency.

【0052】以下に本発明者の行なった実験を示す。[0052] The experiments conducted by the present inventor are shown below.

【0053】〈実験〉図13に示す公知のRF放電プラ
ズマCVD成膜装置を用いて以下のようにして非晶質シ
リコンゲルマニューム膜を作製した。
<Experiment> An amorphous silicon germanium film was produced in the following manner using a known RF discharge plasma CVD film forming apparatus shown in FIG.

【0054】図13に於て700は反応チャンバー、7
01は基板、702はアノード電極、703はカソード
電極、704は基板加熱用ヒーター、705は接地用端
子、706はマッチングボックス、707は13.56
MHzのRF電源、708は排気管、709は排気ポン
プ、710は成膜ガス導入管、720,730,740
,750,760,722,732,742,752お
よび762はバルブ、721,731,741,751
および761はマスフローコントローラーを示す。
In FIG. 13, 700 is a reaction chamber;
01 is a substrate, 702 is an anode electrode, 703 is a cathode electrode, 704 is a heater for heating the substrate, 705 is a ground terminal, 706 is a matching box, 707 is 13.56
MHz RF power supply, 708 is an exhaust pipe, 709 is an exhaust pump, 710 is a deposition gas introduction pipe, 720, 730, 740
, 750, 760, 722, 732, 742, 752 and 762 are valves, 721, 731, 741, 751
and 761 indicate a mass flow controller.

【0055】まず、5cm角の大きさのコーニング社製
7059番ガラス701を反応チャンバー700の中の
カソードに取り付け、排気ポンプ709により充分排気
し、不図示のイオンゲージで反応チャンバー700の中
の真空度が10−6Torrと成るようにした。次に基
板加熱用ヒーター704で基板701を300℃に加熱
した。基板温度が一定になった後、バルブ720,72
2を開け、マスフローコントローラー721を制御して
不図示のSiH4 ガスボンベからSiH4 ガス30
sccmをガス導入管710を介して反応チャンバー7
00の中に導入した。同様にしてバルブ740,742
を開けてマスフローコントローラー741を制御してH
2 ガス300sccmを供給し、バルブ730,73
2を開け、マスフローコントローラー731を制御して
、GeH4 ガス1sccmを導入した。反応チャンバ
ー700の内圧を1.5Torrに保つように不図示の
圧力コントローラーを調整した後、RF電源707から
20Wのパワーを投入し、マッチングボックス706を
調整することにより反射波を最小にしながらプラズマ放
電を60分間行い、非晶質シリコンゲルマニューム膜を
1μm堆積した。ガス供給をやめ反応チャンバー700
から試料を取り出し、試料No.をS−1とした。同様
にしてGeH4 ガス量3sccm,5sccm,10
sccm,20sccm,40sccmと変化させて試
料を作製しそれぞれS−2,S−3,S−4,S−5,
S−6とした。これらの試料の一部をオージェ電子分光
スペクトル法により元素分析し、ゲルマニューム元素の
膜中の組成比を求めた。ゲルマニューム元素以外の組成
はシリコンと水素であった。試料の一部を可視分光器を
用いて吸収係数を測定することにより光学的バンドギャ
ップを測定した。以上の結果を表1に示した。
First, a 5 cm square piece of glass 7059 manufactured by Corning Corporation is attached to the cathode in the reaction chamber 700, the exhaust pump 709 is used to fully evacuate the reaction chamber 700, and an ion gauge (not shown) is used to measure the vacuum in the reaction chamber 700. The temperature was set to 10-6 Torr. Next, the substrate 701 was heated to 300° C. using a substrate heating heater 704. After the substrate temperature becomes constant, the valves 720, 72
2 and controls the mass flow controller 721 to supply SiH4 gas 30 from a SiH4 gas cylinder (not shown).
sccm into the reaction chamber 7 via a gas introduction pipe 710.
It was introduced into 00. Similarly, valves 740, 742
Open and control the mass flow controller 741 to
2 Supply 300 sccm of gas and close the valves 730, 73
2 was opened, the mass flow controller 731 was controlled, and 1 sccm of GeH4 gas was introduced. After adjusting a pressure controller (not shown) to maintain the internal pressure of the reaction chamber 700 at 1.5 Torr, 20 W power is applied from the RF power source 707, and plasma discharge is performed while minimizing reflected waves by adjusting the matching box 706. was carried out for 60 minutes, and a 1 μm thick amorphous silicon germanium film was deposited. Stop the gas supply and move the reaction chamber 700
Take out the sample from Sample No. was designated as S-1. Similarly, GeH4 gas amount 3sccm, 5sccm, 10
Samples were prepared by varying the increments of sccm, 20 sccm, and 40 sccm, and S-2, S-3, S-4, S-5, and
It was named S-6. Some of these samples were subjected to elemental analysis using Auger electron spectroscopy to determine the composition ratio of germanium elements in the film. The composition other than germanium was silicon and hydrogen. The optical bandgap of a part of the sample was measured by measuring the absorption coefficient using a visible spectrometer. The above results are shown in Table 1.

【0056】[0056]

【表1】   さらに、試料の一部を不図示の電子ビーム真空蒸着
装置(ULBAC社製、EBX−6D)に移して該蒸着
装置内を真空に引き、ギャップ幅250μmで長さ1c
mのCr電極を1000Å堆積した。次に、これらの試
料を温度制御可能な試料台の上に設置し25℃一定に保
ちキセノンランプを光源として疑似太陽光源(以下ソー
ラーシミュレータと呼ぶ)を用いてAM−1.5の太陽
光スペクトルの光を100mW/cm2 の強度で照射
し初期の光伝導度σP (0)を測定し、その後、前記
シミュレータの光を100時間連続照射後、光伝導度σ
P (100)を測定した。
[Table 1] Further, a part of the sample was transferred to an electron beam vacuum evaporation apparatus (EBX-6D, manufactured by ULBAC), not shown, and the inside of the evaporation apparatus was evacuated, and the length was 1 cm with a gap width of 250 μm.
A Cr electrode with a thickness of 1000 Å was deposited. Next, these samples were placed on a temperature-controllable sample stage, kept at a constant temperature of 25°C, and a xenon lamp was used as the light source to measure the AM-1.5 sunlight spectrum using a pseudo sunlight source (hereinafter referred to as a solar simulator). The initial photoconductivity σP (0) was measured by irradiating light with an intensity of 100 mW/cm2, and then after continuous irradiation with the light from the simulator for 100 hours, the photoconductivity σ
P (100) was measured.

【0057】結果を図14に示した。図に示されるよう
にゲルマニューム元素の組成比が大きい膜は光劣化が少
なく、ゲルマニューム元素の組成比が20atm%以上
であるものは、光照射に対して安定であることがわかる
。特にゲルマニューム元素が30atm%以上であると
き光照射に対して極めて安定であることがわかる。
The results are shown in FIG. As shown in the figure, films with a high composition ratio of germanium element exhibit less photodeterioration, and films with a composition ratio of germanium element of 20 atm % or more are stable against light irradiation. In particular, it can be seen that when the germanium element is 30 atm % or more, it is extremely stable against light irradiation.

【0058】ところで、従来の素子構成に於てはP型半
導体及び/またはN型半導体とイントリンシック層との
接合界面に於てバンド幅の傾斜を持たせることにより内
部電界を向上させるいわゆるバッファ層を用いることで
太陽電池特性の向上を図っているが、このバッファ層は
シリコンとゲルマニュームの組成比を連続的に変えるこ
とでバンドギャップを約1.7eVから約1.5eVま
で変化させて作製していた。この時のゲルマニュームの
組成比は、0から50atm%くらいまで変化している
。また、シリコンとゲルマニュームの組成比を変化させ
ることによりイントリンシック層中に組成の分布を設け
特性を向上させる、いわゆる傾斜層を設ける場合でもバ
ンドギャップの広い組成を用いる場合にはゲルマニュー
ムの組成比が20atm%以下の部分を含んでいた。 この様な太陽電池に於ては上述したゲルマニュームが少
ないと劣化しやすいという事実は考慮されておらず、従
ってバッファ層、傾斜層により初期効率は改善されるが
、劣化に対しては、配慮されていなかったのが実状であ
る。
By the way, in the conventional device configuration, a so-called buffer layer is used to improve the internal electric field by providing a band width gradient at the junction interface between the P-type semiconductor and/or N-type semiconductor and the intrinsic layer. This buffer layer was fabricated by continuously changing the composition ratio of silicon and germanium to change the band gap from about 1.7 eV to about 1.5 eV. was. The composition ratio of germanium at this time varies from 0 to about 50 atm%. In addition, even when forming a so-called graded layer, which improves properties by creating a composition distribution in the intrinsic layer by changing the composition ratio of silicon and germanium, when using a composition with a wide band gap, the composition ratio of germanium changes. It contained less than 20 atm%. In such solar cells, the above-mentioned fact that if there is a small amount of germanium, they tend to deteriorate is not taken into account, and therefore, although the initial efficiency is improved by the buffer layer and the gradient layer, no consideration is given to deterioration. The reality is that it was not.

【0059】本発明の素子構造に於いては、光劣化しや
すい組成の非晶質シリコンゲルマニュームを含まず、な
おかつ、バッファ層及び傾斜層を設けることで初期効率
を向上させることも可能にしたものである。
The device structure of the present invention does not contain amorphous silicon germanium, which has a composition that is susceptible to photodeterioration, and also makes it possible to improve initial efficiency by providing a buffer layer and a gradient layer. It is.

【0060】図1は前記実験の結果に基づき従来例をさ
らに改善することで得られた本発明の光起電力素子の構
成のひとつを模式的に示すものである。同図において、
100は光起電力素子本体、101は基板、102は下
部電極、103はn層、108および109はゲルマニ
ューム元素を含まない層でバッファ層となるi1 層、
104はゲルマニューム元素を含む層でi2 層、10
5はp層、106は上部電極、107は集電電極である
。i1 層108,109とi2 層104とでi層を
構成する。この素子のバンドプロファイルを図2に示し
た。図に於いて光は左側(p層205側)から入射する
ものとする。図に於て200はi層本体、203はn層
、204は非晶質ゲルマニュームシリコン層のi2 層
、205はp層、208および209はバッファ層たる
i1 層である。また、この素子のバンドプロファイル
は図3のように非晶質ゲルマニュームシリコン層のi2
 層204を光入射側を広くするように傾斜を設けても
よいし、図4の様に逆に光入射側を狭くしても構わない
。さらに、図5の様に傾斜層204および204′を組
み合わせても良い。また図2〜図5のp層およびn層は
積層する順番を入れ換えても構わない。バッファとなる
i1 層208および209はゲルマニュームを含まな
い非晶質シリコン層で構成され、バンドギャップが1.
7eV程度であり300nmから730nmまでの光を
吸収する。i2 層204,204′は成膜時の原料ガ
スであるシリコン元素を含むガスとゲルマニューム元素
を含むガスを分解させて作製され、図3、図4、図5の
様に傾斜を設ける場合には、前記ガスの流量比を変化さ
せることによりゲルマニュームの組成を変化させる。こ
の様な傾斜層の機能を図5の場合を例にして特定の構成
で説明する。図5のバッファ層となるi1 層209に
接する部分のi2 層204′のバンドギャップは1.
55eV程度となっており、光入射側と反対の方向に向
けて徐々に狭くなり最も狭い場合部分のバンドギャップ
は1.45eV程度となっている。i2 層204のバ
ンドギャップはn層203に向けて徐々に広くなるよう
に設計されバッファ層となるi1 層208に接する部
分ではバンドギャップは1.55eV程度に設計されて
いる。このように構成された素子に於てバンドプロファ
イルの機能は以下のように説明される。
FIG. 1 schematically shows one of the configurations of the photovoltaic device of the present invention, which was obtained by further improving the conventional example based on the results of the above experiment. In the same figure,
100 is a photovoltaic element main body, 101 is a substrate, 102 is a lower electrode, 103 is an n layer, 108 and 109 are layers that do not contain germanium element and serve as a buffer layer;
104 is a layer containing germanium element, i2 layer, 10
5 is a p layer, 106 is an upper electrode, and 107 is a current collecting electrode. The i1 layer 108, 109 and the i2 layer 104 constitute an i layer. The band profile of this device is shown in FIG. In the figure, light is assumed to be incident from the left side (p layer 205 side). In the figure, 200 is an i-layer body, 203 is an n-layer, 204 is an i2 layer of amorphous germanium silicon, 205 is a p-layer, and 208 and 209 are i1 layers serving as buffer layers. In addition, the band profile of this device is as shown in Figure 3, i2 of the amorphous germanium silicon layer.
The layer 204 may be sloped so that the light incident side is wide, or it may be conversely narrowed on the light incident side as shown in FIG. Furthermore, gradient layers 204 and 204' may be combined as shown in FIG. Furthermore, the stacking order of the p layer and n layer in FIGS. 2 to 5 may be changed. The i1 layers 208 and 209, which serve as buffers, are composed of amorphous silicon layers that do not contain germanium and have a band gap of 1.
It has a voltage of about 7 eV and absorbs light from 300 nm to 730 nm. The i2 layers 204 and 204' are produced by decomposing a gas containing a silicon element and a gas containing a germanium element, which are raw material gases during film formation. , the composition of germanium is changed by changing the flow rate ratio of the gases. The function of such a graded layer will be explained using a specific configuration using the case of FIG. 5 as an example. The band gap of the i2 layer 204' in contact with the i1 layer 209 serving as the buffer layer in FIG. 5 is 1.
The band gap is approximately 55 eV, and gradually narrows toward the direction opposite to the light incidence side, and the band gap at the narrowest portion is approximately 1.45 eV. The bandgap of the i2 layer 204 is designed to gradually widen toward the n-layer 203, and the bandgap is designed to be approximately 1.55 eV at the portion in contact with the i1 layer 208, which serves as a buffer layer. The function of the band profile in the device configured as described above will be explained as follows.

【0061】照射光はp型半導体層205の側から入射
し、バッファ層となるi1 層209、i2 層204
′及び204、バッファ層となるi1 層208に於て
光キャリヤーが発生する。バッファ層となるi1 層2
09はバンドギャップが広いため波長の短い光のみを吸
収し、波長の長い光は透過するため、セルの内部まで光
が到達し、光を有効に利用することができる。またpi
界面を非晶質シリコンゲルマニュームで作製した場合、
該膜の膜質が悪いことや、p層と非晶質シリコンゲルマ
ニュームとの格子間隔の不整合などのために再結合準位
は多くなり太陽電池特性は悪い。一方、非晶質シリコン
で作製したときは、再結合準位が比較的少ないため、p
i界面で発生した高濃度のキャリヤーが再結合しないで
有効に取り出せる。また再結合準位が少ないため開放電
圧も大きくなる。i2 層204′では徐々にバンドギ
ャップが狭くなることによりp層205に近いところで
短波長の光を、遠いところで長波長の光を吸収するよう
になる。 バッファ層となるi1 層208はバッファ層となるi
1 層209とほぼ同様の機能を有する層でありni界
面での格子の不整合などを緩和する。
Irradiation light enters from the side of the p-type semiconductor layer 205, and the i1 layer 209 and the i2 layer 204, which serve as buffer layers,
' and 204, optical carriers are generated in the i1 layer 208 which serves as a buffer layer. i1 layer 2 becomes the buffer layer
Since 09 has a wide bandgap, it absorbs only short-wavelength light and transmits long-wavelength light, so the light reaches the inside of the cell and can be used effectively. Also pi
When the interface is made of amorphous silicon germanium,
Due to the poor quality of the film and the mismatch in lattice spacing between the p-layer and amorphous silicon germanium, the number of recombination levels increases, resulting in poor solar cell characteristics. On the other hand, when fabricated with amorphous silicon, there are relatively few recombination levels, so p
The high concentration of carriers generated at the i-interface can be effectively taken out without recombination. Furthermore, since there are few recombination levels, the open circuit voltage also increases. In the i2 layer 204', the band gap gradually narrows, so that it absorbs short wavelength light near the p layer 205, and absorbs long wavelength light far from the p layer 205. The layer 208 is i1 which is a buffer layer.The layer 208 is i1 which is a buffer layer.
1 This layer has almost the same function as layer 209, and alleviates lattice mismatch at the Ni interface.

【0062】さらに、このバンドプロファイルが光生成
キャリヤーの収集に対して与える効果は以下のように説
明される。i2 層204′に於て伝導帯の底のエネル
ギーの傾斜はp層205側が大きくn層203側が小さ
くなるため自由電子に対して電界が大きくなるように働
く。そのため自由電子はn層203に対して加速され有
効に取り出される。それに対し、価電子帯の頂上のエネ
ルギーはp層205側で小さくn層203側で大きいた
め自由正孔に対して電界が小さくなるように働く。しか
しi2 層204’はp層に近いため自由電子のドリフ
ト距離は短くあまり問題にならない。
Furthermore, the effect that this band profile has on the collection of photogenerated carriers is explained as follows. In the i2 layer 204', the gradient of the energy at the bottom of the conduction band is larger on the p layer 205 side and smaller on the n layer 203 side, so that the electric field acts to increase the electric field for free electrons. Therefore, free electrons are accelerated toward the n-layer 203 and effectively extracted. On the other hand, since the energy at the top of the valence band is small on the p-layer 205 side and large on the n-layer 203 side, the electric field acts to reduce the electric field for free holes. However, since the i2 layer 204' is close to the p layer, the drift distance of free electrons is short and does not pose much of a problem.

【0063】i層204の伝導帯の底のエネルギーの傾
斜はp層205側が小さくn層203側が大きくなるた
め自由電子に対して電界が小さくなるように働く。その
ため自由電子の走行性に対しては不利ではあるが、一般
に正孔よりも電子の走行性の方がよいため余り問題とは
ならない。それに対し、価電子帯の頂上のエネルギーは
p層205側で大きくn層203側で小さいため自由正
孔に対して電界が大きくなるように働く。一般に太陽電
池特性は正孔の走行性に律速されるためこのように正孔
に対して電界が大きくなる構造とすると太陽電池特性は
向上する。また、図2乃至図5のバンドプロファイルの
太陽電池では非晶質シリコンゲルマニューム膜中のゲル
マニューム元素の組成比は20atm%以上であるため
光劣化は起りにくい膜質となっている。
The energy gradient at the bottom of the conduction band of the i-layer 204 is smaller on the p-layer 205 side and larger on the n-layer 203 side, so that the electric field for free electrons becomes smaller. Although this is disadvantageous for the mobility of free electrons, it does not pose much of a problem since the mobility of electrons is generally better than that of holes. On the other hand, the energy at the top of the valence band is large on the p-layer 205 side and small on the n-layer 203 side, so that the electric field increases with respect to free holes. In general, solar cell characteristics are determined by the mobility of holes, so if the structure is such that the electric field is large relative to holes, the solar cell characteristics will be improved. Further, in the solar cells having the band profiles shown in FIGS. 2 to 5, the composition ratio of the germanium element in the amorphous silicon germanium film is 20 atm % or more, so the film quality is such that photodeterioration is unlikely to occur.

【0064】上述した図2乃至図5のバンドプロファイ
ルを有する図1のpin構造を図6乃至図9に示した素
子構造に用いることにより高効率で信頼性の高い太陽電
池が作製可能である。
By using the pin structure shown in FIG. 1 having the above-described band profiles shown in FIGS. 2 to 5 in the device structures shown in FIGS. 6 to 9, a highly efficient and reliable solar cell can be manufactured.

【0065】[0065]

【実施例】次に本発明の好適な実施例を以下に示すが本
発明の内容は、以下の実施例で制約されるものではない
。 (実施例1)本発明の図2に示すバンドプロファイルの
pin層を用いて図6の構成の太陽電池を図13に示す
装置により以下のようにして作製した。
[Examples] Next, preferred embodiments of the present invention will be shown below, but the content of the present invention is not limited to the following embodiments. (Example 1) Using the pin layer of the present invention having the band profile shown in FIG. 2, a solar cell having the configuration shown in FIG. 6 was produced in the following manner using the apparatus shown in FIG. 13.

【0066】まず、表面を鏡面研磨し0.05μmRm
ax とした5cm角の大きさのステンレス製(SUS
304)基板101を不図示のスパッタ装置にいれ、該
装置内を10−7Torr以下に真空排気した後、Ar
ガスを導入し、内圧を5mTorrとして200Wのパ
ワーでDCプラズマ放電を生起しAgのターゲットによ
りスパッタを行い、約5000ÅのAgを堆積した。そ
の後ターゲットをZnOに変えて内圧、パワーとも同じ
条件でDCプラズマ放電を生起しスパッタを行い、約5
000ÅのZnOを堆積した。以上の工程で下部電極1
02を作製した後、基板101を取り出し反応チャンバ
ー700の中のカソードに取り付け排気ポンプ709に
より充分排気し、不図示のイオンゲージで反応チャンバ
ー700の中の真空度が10−6Torrと成るように
した。次に基板加熱用ヒーター704で基板701を3
00℃に加熱した。基板温度が一定になった後、バルブ
720,722を開け、マスフローコントローラー72
1の流量を制御して不図示のSiH4 ガスボンベから
SiH4 ガス30sccmをガス導入管710を介し
て反応チャンバー700の中に導入した。同様にしてバ
ルブ740,742を開けマスフローコントローラー7
41の流量を制御してH2 ガスを300sccm供給
し、バルブ750,752を開け、マスフローコントロ
ーラー751の流量を制御してH2 ガスで5%に希釈
されたPH3 ガスを10sccm導入した。反応チャ
ンバー700の内圧が1.5Torrに成るように調整
した後、マッチングボックス706を介してRF電源7
07から10Wのパワーを投入し、プラズマ放電を3分
間行いn型非晶質シリコン層103を400Å堆積した
。ガス供給をやめた後、反応チャンバー700を再び真
空に引き、反応チャンバー700の中の真空度を10−
6Torr以下に排気した後、バルブ720,722,
730,732,740,742を開けてSiH4 ガ
ス30sccmとH2 ガス300sccmとを反応チ
ャンバー700に導入した。この時、GeH4 ガスの
マスフローコントローラー731の流量はOsccmに
絞っておき成膜開始時は流量をOsccmとした。RF
電源707から20Wのパワーを投入しプラズマ放電を
10秒間行い膜厚10Åのバッファ層のi1 層108
を堆積した後、GeH4 ガスのマスフローコントロー
ラー731の流量設定を瞬時に5sccmに上げて成膜
を続け20分間の成膜を行い約2000Åの非晶質シリ
コンゲルマニュームのi2 層104を堆積した。マス
フローコントローラー731の応答速度は充分速く設定
流量に対し1秒以内に到達しオーバーシュートも無く設
定流量に対する誤差が±2%であった。また流量を急激
に上げることで圧力の変動が生じないように不図示の圧
力コントローラーで制御した。マスフローコントローラ
ー731の流量制御はマイクロコンピュータを用いて正
確に行えるようにした。尚、この条件で堆積される非晶
質シリコンゲルマニューム膜のバンドギャップは実験例
で確認したように約1.53eVである。次に、GeH
4 ガスのマスフローコントローラーの流量設定を0s
ccmとし、電磁弁を閉じることによりGeH4 ガス
流量を瞬時に0sccmとしてSiH4 ガスとH2 
ガスのみで成膜を続け10秒間の成膜を行ない膜厚10
Åのバッファ層となるi1 層109を堆積した。RF
電源707のパワーを0Wにしてプラズマ放電を止めて
ガス供給をやめた後、反応チャンバー700の中の真空
度を10−6Torr以下に排気した後、バルブ720
,722,730,732,740,742を開けてS
iH4 ガス1sccmとH2 ガス300sccmと
H2 ガスで5%に希釈したB2 H6 ガス10sc
cmとを反応チャンバー700に導入した。続いてRF
電源707から200Wのパワーを投入しプラズマ放電
を生起し5分間成膜を行ないp層105を100Å堆積
した。尚、この条件でp層をガラス基板状に堆積した試
料により粒径20Åから100Åの微結晶であることを
反射型高速電子線回折(RHEED)により確認した。 次に、基板101を反応チャンバー700から取り出し
、不図示の抵抗加熱の蒸着装置に入れて、該装置内を1
0−7Torr以下に真空排気した後、酸素ガスを導入
し、内圧を0.5mTorrとした後InとSnの合金
を抵抗加熱により蒸着し、反射防止効果を兼ねた機能を
有する透明導電膜(ITO膜)を700Å堆積し上部電
極106とした。蒸着終了後試料を取り出し不図示のド
ライエッチング装置により1cm×1cmの大きさのサ
ブセルに分解した後、別の蒸着装置に移し、電子ビーム
蒸着法によりアルミの集電電極107を形成した。得ら
れた太陽電池をNo.1−1とした。
First, the surface was mirror polished to 0.05 μmRm.
5cm square size stainless steel (SUS)
304) After putting the substrate 101 into a sputtering device (not shown) and evacuating the inside of the device to 10 −7 Torr or less, Ar
A gas was introduced, an internal pressure was set to 5 mTorr, DC plasma discharge was generated with a power of 200 W, and sputtering was performed using an Ag target to deposit approximately 5000 Å of Ag. After that, the target was changed to ZnO and sputtering was performed by generating DC plasma discharge under the same internal pressure and power conditions.
000 Å of ZnO was deposited. With the above steps, the lower electrode 1
After producing 02, the substrate 101 was taken out and attached to the cathode in the reaction chamber 700, and the exhaust pump 709 was used to sufficiently exhaust the air, and the vacuum degree in the reaction chamber 700 was adjusted to 10-6 Torr using an ion gauge (not shown). . Next, the substrate 701 is heated 3 times using the substrate heating heater 704.
Heated to 00°C. After the substrate temperature becomes constant, the valves 720 and 722 are opened, and the mass flow controller 72
1, 30 sccm of SiH4 gas was introduced into the reaction chamber 700 from a SiH4 gas cylinder (not shown) through the gas introduction pipe 710. Similarly, open valves 740 and 742 and mass flow controller 7.
41 was controlled to supply 300 sccm of H2 gas, valves 750 and 752 were opened, and the flow rate of mass flow controller 751 was controlled to introduce 10 sccm of PH3 gas diluted to 5% with H2 gas. After adjusting the internal pressure of the reaction chamber 700 to 1.5 Torr, the RF power source 7 is connected via the matching box 706.
A power of 10 W was applied from 07 onwards, and plasma discharge was performed for 3 minutes to deposit an n-type amorphous silicon layer 103 with a thickness of 400 Å. After stopping the gas supply, the reaction chamber 700 is evacuated again, and the degree of vacuum inside the reaction chamber 700 is reduced to 10-
After exhausting to 6 Torr or less, valves 720, 722,
730, 732, 740, and 742 were opened, and 30 sccm of SiH4 gas and 300 sccm of H2 gas were introduced into the reaction chamber 700. At this time, the flow rate of the GeH4 gas mass flow controller 731 was limited to Osccm, and the flow rate was set to Osccm at the start of film formation. RF
A power of 20 W is applied from the power supply 707 and plasma discharge is performed for 10 seconds to form the i1 layer 108 of the buffer layer with a thickness of 10 Å.
After depositing, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller 731 was instantly increased to 5 sccm and film formation was continued for 20 minutes to deposit an i2 layer 104 of about 2000 Å of amorphous silicon germanium. The response speed of the mass flow controller 731 was sufficiently fast to reach the set flow rate within 1 second, and there was no overshoot and the error with respect to the set flow rate was ±2%. In addition, a pressure controller (not shown) was used to prevent pressure fluctuations caused by rapidly increasing the flow rate. A microcomputer was used to accurately control the flow rate of the mass flow controller 731. Incidentally, the band gap of the amorphous silicon germanium film deposited under these conditions is about 1.53 eV, as confirmed in the experimental example. Next, GeH
4 Set the flow rate setting of the gas mass flow controller to 0s
ccm, and by closing the solenoid valve, the GeH4 gas flow rate is instantaneously reduced to 0 sccm, and SiH4 gas and H2
Film formation was continued using only gas for 10 seconds, resulting in a film thickness of 10
An i1 layer 109 was deposited to serve as a buffer layer of .ANG. RF
After turning the power of the power source 707 to 0W to stop the plasma discharge and stop the gas supply, the degree of vacuum in the reaction chamber 700 is evacuated to 10-6 Torr or less, and then the valve 720 is turned on.
, 722, 730, 732, 740, 742 and open S
iH4 gas 1sccm, H2 gas 300sccm and B2 H6 gas diluted to 5% with H2 gas 10sc
cm was introduced into the reaction chamber 700. Then RF
A power of 200 W was applied from the power source 707 to generate plasma discharge, and film formation was performed for 5 minutes to deposit a p layer 105 of 100 Å. In addition, it was confirmed by reflection high-speed electron diffraction (RHEED) that the p-layer was deposited on a glass substrate under these conditions to be microcrystalline with a grain size of 20 Å to 100 Å. Next, the substrate 101 is taken out from the reaction chamber 700 and placed in a resistance heating vapor deposition apparatus (not shown), and the inside of the apparatus is heated for one hour.
After evacuation to 0-7 Torr or less, oxygen gas was introduced and the internal pressure was set to 0.5 mTorr, an alloy of In and Sn was vapor-deposited by resistance heating to form a transparent conductive film (ITO) which also had the function of anti-reflection. A film) of 700 Å was deposited to form the upper electrode 106. After the vapor deposition was completed, the sample was taken out and decomposed into subcells of 1 cm x 1 cm using a dry etching device (not shown), then transferred to another vapor deposition device, and an aluminum current collecting electrode 107 was formed by electron beam evaporation. The obtained solar cell was No. The score was 1-1.

【0067】次に、バッファ層108の最適膜厚を求め
るためバッファ層108の成膜時間を変えた以外は上述
した方法と同様にして成膜を行ない膜厚を変化させた試
料を作製した。試料をNo.1−2,No.1−3,N
o.1−4,No.1−5,No.1−7とした。これ
らの試料をソーラーシミュレータを用いてAM−1.5
の太陽光スペクトルの光を100mW/cm2 の強度
で照射し、電圧−電流曲線を求めることにより太陽電池
の初期特性を測定した。
Next, in order to find the optimum thickness of the buffer layer 108, samples with different film thicknesses were prepared by forming the buffer layer 108 in the same manner as described above, except that the time for forming the buffer layer 108 was changed. Sample No. 1-2, No. 1-3,N
o. 1-4, No. 1-5, No. The score was 1-7. These samples were measured using a solar simulator with AM-1.5
The initial characteristics of the solar cell were measured by irradiating the solar cell with light in the sunlight spectrum at an intensity of 100 mW/cm 2 and obtaining a voltage-current curve.

【0068】得られた結果を図15に示した。図に於て
変換効率ηは、バッファ層を用いないときの変換効率を
1として規格化して表わした。図15からバッファ層1
08の膜厚が50Åから1000Åである時に初期特性
が向上することがわかった。さらに、バッファ層109
の成膜時間を変えた以外は上述した方法と同様にして成
膜を行ないバッファ層109の膜厚を変化させた試料を
作製した。試料をNo.1−8,No.1−9,No.
1−10,No.1−11,No.1−12,No.1
−13,No.1−14とした。これらの試料をそれぞ
れ、上述した方法で初期特性を測定した。得られた結果
を図16に示した。図に於て変換効率ηは、バッファ層
を用いないときの変換効率を1として規格化して表わし
た。図16からバッファ層109の膜厚が50Åから1
000Åとすることにより初期特性が向上することがわ
かった。 (実施例2)次にバッファ層となるi1 層108,1
09をそれぞれ300Åとした本発明の図2のプロファ
イルを有するi層(i1 層及びi2 層)を用いた図
6に示す層構成の太陽電池を図13に示す装置を用いて
実施例1と全く同様にして作製した。下部電極102を
堆積したステンレス製基板101を反応チャンバー70
0の中に入れn層103を400Å堆積し、膜厚300
Åのバッファ層108を堆積した後、実施例1と同様に
GeH4 ガスのマスフローコントローラーの流量設定
を瞬時に1sccmに上げて成膜を行いバンドギャップ
1.67eVの非晶質シリコンゲルマニュームのi層1
04を約2000Å堆積した。さらに、膜厚300Åの
バッファ層109を堆積し、p型非晶質シリコン層10
5を100Å堆積した。基板101を反応チャンバー7
00から取り出し、上部電極106及び集電電極107
を形成した。得られた太陽電池をNo.2−1とした。
The results obtained are shown in FIG. In the figure, the conversion efficiency η is expressed by normalizing the conversion efficiency when no buffer layer is used as 1. From Figure 15, buffer layer 1
It was found that the initial characteristics were improved when the film thickness of 08 was from 50 Å to 1000 Å. Furthermore, the buffer layer 109
Samples were prepared in which the film thickness of the buffer layer 109 was varied by performing film formation in the same manner as described above except for changing the film formation time. Sample No. 1-8, No. 1-9, No.
1-10, No. 1-11, No. 1-12, No. 1
-13, No. It was set at 1-14. The initial characteristics of each of these samples were measured using the method described above. The obtained results are shown in FIG. 16. In the figure, the conversion efficiency η is expressed by normalizing the conversion efficiency when no buffer layer is used as 1. From FIG. 16, the film thickness of the buffer layer 109 is from 50 Å to 1
It was found that the initial characteristics were improved by setting the thickness to 000 Å. (Example 2) Next, the i1 layer 108,1 becomes the buffer layer.
A solar cell having the layer structure shown in FIG. 6 using the i layer (i1 layer and i2 layer) having the profile shown in FIG. It was produced in the same manner. A stainless steel substrate 101 with a lower electrode 102 deposited thereon is placed in a reaction chamber 70.
0 and deposited an n layer 103 of 400 Å to a film thickness of 300 Å.
After depositing the buffer layer 108 with a thickness of 1.5 Å, as in Example 1, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller was instantly increased to 1 sccm and film formation was performed to form an i-layer 1 of amorphous silicon germanium with a band gap of 1.67 eV.
04 was deposited to a thickness of about 2000 Å. Furthermore, a buffer layer 109 with a thickness of 300 Å is deposited, and a p-type amorphous silicon layer 10
5 was deposited to a thickness of 100 Å. The substrate 101 is placed in the reaction chamber 7.
00, the upper electrode 106 and the current collecting electrode 107
was formed. The obtained solar cell was No. The score was 2-1.

【0069】次に、i層104のバンドギャップを変え
るためi層104堆積時のGeH4 ガス流量を変えた
以外は上述した方法と同様にして成膜を行ない、i層1
04のバンドギャップがそれぞれ1.53eV,1.4
2eV,1.30eV,1.22eVの試料を作製した
。 尚、この時それぞれの試料の膜厚は同じになるようにし
た。得られた試料をNo.2−2,No.2−3,No
.2−4とした。これらの試料をそれぞれ、上述した方
法により初期特性を測定し次に、これらの試料の光劣化
特性を以下のようにして評価した。
Next, in order to change the band gap of the i-layer 104, a film was formed in the same manner as described above except that the GeH4 gas flow rate during the deposition of the i-layer 104 was changed.
The band gap of 04 is 1.53eV and 1.4, respectively.
Samples of 2 eV, 1.30 eV, and 1.22 eV were prepared. At this time, the film thickness of each sample was made to be the same. The obtained sample was designated as No. 2-2, No. 2-3, No
.. The score was 2-4. The initial characteristics of each of these samples were measured by the method described above, and then the photodegradation characteristics of these samples were evaluated as follows.

【0070】試料の上部電極106側よりAM1.5光
(100mW/cm2 )を照射したときの初期光電変
換効率η(0)を求めた。次に、前述の光電変換効率を
求めた際に得られる開放電圧Voc及び短絡電流1sc
から最適負荷を算出し、負荷抵抗を各々の試料に接続し
た。
The initial photoelectric conversion efficiency η(0) was determined when the sample was irradiated with AM1.5 light (100 mW/cm 2 ) from the upper electrode 106 side. Next, the open circuit voltage Voc and short circuit current 1sc obtained when determining the photoelectric conversion efficiency mentioned above are
The optimum load was calculated from the above, and a load resistor was connected to each sample.

【0071】次に負荷抵抗を接続された試料を25℃一
定に保たれた試料台上に配置し、前述と同じAM1.5
光(100mW/cm2 )を500hr連続照射した
後、再び前述と同様に試料の上部電極106側よりAM
1.5光(100mW/cm2 )を照射したときの光
電変換効率η(500)を求めた。この様にして得られ
たη(500)とη(0)とから劣化率{1−η(50
0)/η(0)}を求めた。得られた結果を図17に示
した。図17から分かるように、i層104のゲルマニ
ューム元素の組成が20atm%以上の試料は光照射に
対し安定であることが分かる。 (比較例1)図13に示す装置を用いて実施例1とほぼ
同様の方法により従来の傾斜型のバッファ層を持つ図1
1のバンドプロファイルのi層を用いて図6の層構成の
太陽電池を作製し電気特性を測定した。
Next, the sample connected to the load resistor was placed on a sample stage kept at a constant temperature of 25°C, and the same AM1.5
After continuous irradiation with light (100 mW/cm2) for 500 hours, AM was applied again from the upper electrode 106 side of the sample in the same manner as described above.
The photoelectric conversion efficiency η (500) when irradiated with 1.5 light (100 mW/cm2) was determined. From η(500) and η(0) obtained in this way, the deterioration rate {1-η(50
0)/η(0)} was calculated. The obtained results are shown in FIG. 17. As can be seen from FIG. 17, the sample in which the germanium element composition of the i-layer 104 is 20 atm % or more is stable against light irradiation. (Comparative Example 1) A conventional sloped buffer layer was prepared using the apparatus shown in FIG.
A solar cell having the layer structure shown in FIG. 6 was manufactured using an i-layer having a band profile of 1, and its electrical characteristics were measured.

【0072】まず、下部電極302を堆積したステンレ
ス製基板301を反応チャンバー700の中のカーソー
ドに取り付け排気ポンプ709により充分排気した。次
に基板加熱用ヒーター704で基板701を300℃に
加熱した。基板温度が一定になった後、実施例1と同様
にしてn層303を400Å堆積した。ガス供給をやめ
た後、反応チャンバー700を再び真空に引き、バルブ
720,722,730,732,740,742を開
けてSiH4 ガス30sccmとH2 ガス300s
ccmとを反応チャンバー700に導入した。この時、
GeH4 ガスのマスフローコントローラーはOscc
mに絞っておくことにより成膜開始時は流量をOscc
mとした。マッチングボックス706を介してRF電源
707から5Wのパワーを投入しプラズマ放電を開始す
ると同時にGeH4 ガスのマスフローコントローラー
731の流量設定を2sccm/minの速度で上げな
がら成膜を続け5分間の成膜を行なった。5分後のGe
H4 ガスの流量は10sccmとなりこの間の成膜で
約300Åの傾斜バッファ層408が堆積された。バッ
ファ層のバンドギャップは1.7eVから1.42eV
まで傾斜している。その後GeH4 の流量を10sc
cm一定に保ち15分間の成膜を行なった。この間の成
膜で約1500Åのバンドギャップ1.42eVの非晶
質シリコンゲルマニュームのi層404が堆積された。 次にGeH4 ガスのマスフローコントローラーの流量
設定を2sccm/minの速度で下げながら成膜を続
け5分間成膜を行なった。5分後のGeH4 ガスの流
量は0sccmとなった。この間の成膜で約300Åの
傾斜バッファ層409が堆積された。バッファ層のバン
ドギャップは1.42eVから1.7eVまで傾斜して
いる。直ちにRF放電を止めSiH4 ガスとH2 ガ
スの供給をやめた後、反応チャンバ−700を真空に引
き、SiH4 ガスとB2 H6 ガスを導入して実施
例1と同様にしてp層305を200Å堆積した。基板
701を反応チャンバー700から取り出し、不図示の
透明導電膜堆積装置に入れて、上部電極306としてI
TO膜を700Å堆積した。成膜終了後試料をエッチン
グして1cm×1cmの大きさのサブセルに分離した後
、別の蒸着装置に移し電子ビーム蒸着法により集電電極
307を形成した。得られた試料をR−1とした。
First, the stainless steel substrate 301 on which the lower electrode 302 was deposited was attached to a cathode in the reaction chamber 700 and sufficiently evacuated using the exhaust pump 709 . Next, the substrate 701 was heated to 300° C. using a substrate heating heater 704. After the substrate temperature became constant, an n layer 303 of 400 Å was deposited in the same manner as in Example 1. After stopping the gas supply, the reaction chamber 700 is evacuated again and the valves 720, 722, 730, 732, 740, 742 are opened to supply 30 sccm of SiH4 gas and 300 seconds of H2 gas.
ccm was introduced into the reaction chamber 700. At this time,
GeH4 gas mass flow controller is Oscc
By restricting the flow rate to m, the flow rate is set to Oscc at the start of film formation.
It was set as m. A power of 5 W was applied from the RF power source 707 via the matching box 706 to start plasma discharge, and at the same time, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller 731 was increased at a rate of 2 sccm/min while film formation was continued for 5 minutes. I did it. Ge after 5 minutes
The flow rate of H4 gas was 10 sccm, and a gradient buffer layer 408 of about 300 Å was deposited during film formation. Bandgap of buffer layer is 1.7eV to 1.42eV
It is sloping up to. After that, the flow rate of GeH4 was increased to 10sc.
Film formation was performed for 15 minutes while keeping the cm constant. During the film formation, an i-layer 404 of amorphous silicon germanium with a band gap of 1.42 eV and a band gap of about 1500 Å was deposited. Next, film formation was continued for 5 minutes while lowering the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller at a rate of 2 sccm/min. After 5 minutes, the flow rate of GeH4 gas became 0 sccm. During film formation, a gradient buffer layer 409 of about 300 Å was deposited. The band gap of the buffer layer is graded from 1.42 eV to 1.7 eV. After immediately stopping the RF discharge and stopping the supply of SiH4 gas and H2 gas, the reaction chamber 700 was evacuated, SiH4 gas and B2H6 gas were introduced, and a p layer 305 of 200 Å was deposited in the same manner as in Example 1. The substrate 701 is taken out from the reaction chamber 700, placed in a transparent conductive film deposition apparatus (not shown), and is coated with I as the upper electrode 306.
A TO film was deposited to a thickness of 700 Å. After the film formation was completed, the sample was separated into subcells of 1 cm x 1 cm by etching, and then transferred to another evaporation apparatus and a current collecting electrode 307 was formed by electron beam evaporation. The obtained sample was designated as R-1.

【0073】以上の試料にソーラーシミュレータ光(A
M1.5、100mW/cm2 )を照射し電圧電流特
性を測定することにより太陽電池初期変換効率(ηR 
(0))を測定し、実施例2と同様にしてAM1.5光
(100mW/cm2 )を500hr連続照射した後
の変換効率(ηR (50))を測定した。実施例2の
各試料の初期変換効率ηを比較例1の初期変換効率ηR
 (0)で規格化した値η(0)/ηR (0)を図1
8に示した。また、試料の劣化後の変換効率η(500
)を比較例1の劣化後の変換効率ηR (500)で規
格化した値η(500)/ηR (500)を図19に
示した。
Solar simulator light (A
The solar cell initial conversion efficiency (ηR
(0)), and the conversion efficiency (ηR (50)) after continuous irradiation with AM1.5 light (100 mW/cm2) for 500 hours in the same manner as in Example 2 was measured. The initial conversion efficiency η of each sample in Example 2 is expressed as the initial conversion efficiency ηR of Comparative Example 1.
Figure 1 shows the value η(0)/ηR (0) normalized by (0).
8. In addition, the conversion efficiency η (500
) is normalized by the conversion efficiency ηR (500) of Comparative Example 1 after deterioration, and the value η(500)/ηR (500) is shown in FIG.

【0074】以上の結果から理解されるように実施例2
の太陽電池は比較例1と比べて同様に初期特性を有する
とともに、ゲルマニューム元素の組成比を20から70
atm%の範囲とすることにより劣化後の特性は、比較
例よりも向上することがわかった。 (実施例3)次にi層204にバンドギャップ傾斜層を
設けた、本発明の図3のバンドプロファイルのi層を有
する図6に示す層構成の太陽電池を図13に示す装置を
用いて実施例2とほぼ同様にして作製した。
As understood from the above results, Example 2
The solar cell had the same initial characteristics as Comparative Example 1, and the composition ratio of the germanium element was changed from 20 to 70.
It was found that by setting the range of atm%, the characteristics after deterioration were improved compared to the comparative example. (Example 3) Next, a solar cell having the layer structure shown in FIG. 6 and having the i-layer having the band profile shown in FIG. It was produced in substantially the same manner as in Example 2.

【0075】下部電極102を堆積したステンレス製基
板101を反応チャンバー700の中に入れn型非晶質
シリコン層103を400Å堆積した。膜厚300Åの
バッファ層108を堆積した後、実施例1と同様にGe
H4 ガスのマスフローコントローラー731の流量設
定を瞬時に5sccmに上げてさらに0.5sccm/
minの速度で流量を上げていき10分間の成膜を行い
バンドギャップが1.53eVから1.42eVまで変
化した非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約
1000Å堆積した。その後、GeH4 ガスのマスフ
ローコントローラー731の流量設定を0sccmとし
、電磁弁を閉じることによりGeH4 ガス流量を瞬時
に0sccmとしてSiH4 ガスとH2 ガスのみで
成膜を続け3分間の成膜を行ない膜厚300Åのバッフ
ァ層109を堆積した。放電終了後、実施例2と同様に
p型非晶質シリコン層105を100Å堆積した。基板
101を反応チャンバー700から取り出し、上部電極
106及び集電電極107を形成した。得られた太陽電
池をNo.3−1とした。また、傾斜層の傾きと太陽電
池特性の関係を調べるためi層104を作製する際のG
eH4 ガス流量の変化量を種々変化させた以外は、上
述と同様の方法を用いて成膜を行い表2のNo.3−2
およびNo.3−3に示すようなバンドプロファイルを
持つ太陽電池を作製した。
The stainless steel substrate 101 on which the lower electrode 102 was deposited was placed in a reaction chamber 700, and an n-type amorphous silicon layer 103 was deposited to a thickness of 400 Å. After depositing the buffer layer 108 with a thickness of 300 Å, Ge
Instantly increase the flow rate setting of the H4 gas mass flow controller 731 to 5 sccm and further increase to 0.5 sccm/
The film was formed for 10 minutes while increasing the flow rate at a rate of 10 min to deposit an i-layer 104 of about 1000 Å of amorphous silicon germanium with a band gap varying from 1.53 eV to 1.42 eV. Thereafter, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller 731 was set to 0 sccm, and by closing the solenoid valve, the GeH4 gas flow rate was instantaneously reduced to 0 sccm, and film formation was continued using only SiH4 gas and H2 gas for 3 minutes, resulting in a film thickness of 30 Å. A buffer layer 109 was deposited. After the discharge ended, a p-type amorphous silicon layer 105 of 100 Å was deposited in the same manner as in Example 2. The substrate 101 was taken out from the reaction chamber 700, and an upper electrode 106 and a current collecting electrode 107 were formed. The obtained solar cell was No. The score was 3-1. In addition, in order to investigate the relationship between the slope of the sloped layer and the solar cell characteristics, we also investigated the G
Film formation was performed using the same method as described above, except that the amount of change in the eH4 gas flow rate was varied. 3-2
and no. A solar cell having a band profile as shown in 3-3 was fabricated.

【0076】[0076]

【表2】 次に本発明の図4のバンドプロファイルのi層を有する
図6に示す層構成の太陽電池を上述と同様の操作で作製
した。n層103およびバッファ層108を堆積した後
、GeH4 ガスのマスフローコントローラー731の
流量設定を10sccmとして0.5sccm/min
の速度で流量を下げていき10分間の成膜を行いバンド
ギャップが1.42eVから1.53eVまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約100
0Å堆積した。バッファ層109を堆積後、p層105
を堆積し、上部電極106及び集電電極107を形成し
た。得られた太陽電池をNo.3−4とした。さらに、
傾斜層の傾きと太陽電池特性の関係を調べるためi層1
04を作製する際のGeH4 ガス流量の変化量を種々
変化させ表3のNo.3−5およびNo.3−6に示す
ようなバンドプロファイルを持つ太陽電池を作製した。
[Table 2] Next, a solar cell of the present invention having the layer structure shown in FIG. 6 and having the i-layer having the band profile shown in FIG. 4 was produced by the same operation as described above. After depositing the n-layer 103 and the buffer layer 108, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller 731 is set to 10 sccm and the flow rate is 0.5 sccm/min.
The i-layer 104 of amorphous silicon germanium, whose band gap changed from 1.42 eV to 1.53 eV, was deposited at about 10
0 Å deposited. After depositing buffer layer 109, p layer 105
was deposited to form an upper electrode 106 and a current collecting electrode 107. The obtained solar cell was No. The score was 3-4. moreover,
I layer 1 to investigate the relationship between the slope of the tilted layer and the solar cell characteristics.
No. 04 in Table 3 was prepared by varying the amount of change in the GeH4 gas flow rate. 3-5 and No. A solar cell having a band profile as shown in 3-6 was fabricated.

【0077】[0077]

【表3】 さらに本発明の図5のバンドプロファイルのi層を有す
る図6に示す層構成の太陽電池を上述と同様の操作で作
製した。n層103およびバッファ層108を堆積した
後、GeH4 ガスのマスフローコントローラー731
の流量設定を5sccmとして0.75sccm/mi
nの速度で流量を上げていき5分間の成膜を行いバンド
ギャップが1.53eVから1.42eVまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約500
Å堆積しその後GeH4 ガスのマスフローコントロー
ラー731の流量を0.75sccm/minの速度で
下げていき5分間の成膜を行いバンドギャップが1.4
2eVから1.53eVまで変化した非晶質シリコンゲ
ルマニュームのi層104を約500Å堆積し、バッフ
ァ層109、p層105を堆積した後、上部電極106
及び集電電極107を形成した。得られた太陽電池をN
o.3−7とした。さらに、傾斜層の傾きと太陽電池特
性の関係を調べるためi層104を作製する際のGeH
4 ガス流量の変化量を種々変化させ表4のNo.3−
8およびNo.3−9に示すようなバンドプロファイル
を持つ太陽電池を作製した。
[Table 3] Furthermore, a solar cell according to the present invention having the layer structure shown in FIG. 6 and having the i-layer having the band profile shown in FIG. 5 was manufactured by the same operation as described above. After depositing the n-layer 103 and the buffer layer 108, a GeH4 gas mass flow controller 731
0.75sccm/mi with the flow rate setting of 5sccm.
The i-layer 104 of amorphous silicon germanium, whose band gap changed from 1.53 eV to 1.42 eV, was formed by increasing the flow rate at a rate of n and forming the film for 5 minutes.
After depositing Å, the flow rate of the GeH4 gas mass flow controller 731 was lowered at a rate of 0.75 sccm/min, and the film was formed for 5 minutes until the band gap was 1.4.
After depositing an i-layer 104 of about 500 Å of amorphous silicon germanium varying in voltage from 2 eV to 1.53 eV, and depositing a buffer layer 109 and a p-layer 105, an upper electrode 106 is deposited.
And a current collecting electrode 107 was formed. The obtained solar cell was
o. The score was 3-7. Furthermore, in order to investigate the relationship between the slope of the sloped layer and the solar cell characteristics, we investigated the GeH
4 The amount of change in gas flow rate was varied and No. 4 in Table 4 was performed. 3-
8 and no. A solar cell having a band profile as shown in 3-9 was fabricated.

【0078】[0078]

【表4】 これらの試料をそれぞれ、上述した方法により初期変換
効率η(0)及び500時間光照射後の変換効率η(5
00)を測定し劣化率Δηを求めた(1−η(500)
/η(0)の計算式から算出した。)。その後比較例1
の試料R−1の初期効率ηR および劣化率ΔηR で
規格化して、得られた結果η/ηR 、Δη/ΔηR 
を表2〜表4に示した。表2〜表4の結果から全ての試
料の劣化特性は比較例1よりも劣化が少なく特にi層1
04のバンドギャップが中央が狭く端に向かうに従い広
くなるような傾斜とすることにより初期特性、劣化とも
比較例1よりも向上することがわかった。 (実施例4)次に基板をガラスにしたときの本発明の実
施例を示す。本発明の図1に示す構成のi層を有する図
7の太陽電池を図13に示す装置を用いて実施例2とほ
ぼ同様にして作製した。
[Table 4] The initial conversion efficiency η(0) and the conversion efficiency η(5
00) was measured and the deterioration rate Δη was determined (1-η(500)
/η(0). ). Then Comparative Example 1
Normalized by the initial efficiency ηR and deterioration rate ΔηR of sample R-1, the obtained results are η/ηR, Δη/ΔηR
are shown in Tables 2 to 4. From the results in Tables 2 to 4, the deterioration characteristics of all samples showed less deterioration than Comparative Example 1, especially in the i-layer 1.
It was found that both initial characteristics and deterioration were improved compared to Comparative Example 1 by making the band gap of No. 04 narrow in the center and wider toward the ends. (Example 4) Next, an example of the present invention in which the substrate is made of glass will be shown. The solar cell of FIG. 7 having the i-layer of the present invention having the structure shown in FIG. 1 was produced in substantially the same manner as in Example 2 using the apparatus shown in FIG. 13.

【0079】石英ガラス製の基板301に不図示の蒸着
器で透明導電膜SnO2 を3000Å堆積し、上部電
極306を作製した。その後、基板301を反応チャン
バー700の中に入れp型非晶質シリコン層105を1
00Å堆積し、膜厚300Åのバッファ層108を堆積
した後、実施例3と同様にGeH4 ガスのマスフロー
コントローラー731の流量設定を瞬時に5sccmと
して0.75sccm/minの速度で流量を上げてい
き5分間の成膜を行いバンドギャップが1.53eVか
ら1.42eVまで変化した非晶質シリコンゲルマニュ
ームのi層104を約500Å堆積しその後GeH4 
ガスのマスフローコントローラー731の流量設定を0
.75sccm/minの速度で下げていき5分間の成
膜を行いバンドギャップが1.42eVから1.53e
Vまで変化した非晶質シリコンゲルマニュームのi層1
04を約500Å堆積した。
A transparent conductive film SnO 2 was deposited to a thickness of 3000 Å on a substrate 301 made of quartz glass using an evaporator (not shown) to form an upper electrode 306 . After that, the substrate 301 is placed in a reaction chamber 700 and a p-type amorphous silicon layer 105 is placed therein.
After depositing the buffer layer 108 with a thickness of 300 Å, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller 731 was instantly set to 5 sccm and the flow rate was increased at a rate of 0.75 sccm/min, as in Example 3. The i-layer 104 of amorphous silicon germanium with a band gap changed from 1.53 eV to 1.42 eV was deposited to a thickness of about 50 Å, and then GeH4
Set the flow rate setting of the gas mass flow controller 731 to 0.
.. The film was formed for 5 minutes by decreasing the speed of 75 sccm/min, and the band gap changed from 1.42 eV to 1.53 e.
I-layer 1 of amorphous silicon germanium changed to V
04 was deposited to a thickness of about 500 Å.

【0080】その後、GeH4 ガスのマスフローコン
トローラー731の流量設置を0sccmとし、電磁弁
を閉じることによりGeH4 ガス流量を瞬時に0sc
cmとしてSiH4 ガスとH2 ガスのみで成膜を続
け3分間の成膜を行ない膜厚300Åのバッファ層10
9を堆積した。放電終了後、実施例2と同様にn層10
3を400Å堆積した。基板301を反応チャンバー7
00から取り出し、不図示の電子ビーム蒸着器によりア
ルミニュームを5000Å堆積して上部電極302を形
成した。 得られた太陽電池をNo.4−1とした。この試料を上
述した方法により初期変換効率η(0)及び500時間
光照射後の変換効率η(500)を測定し劣化率Δηを
求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR (0)およ
び劣化率ΔηR で規格化して、得られた結果η(0)
/ηR (0)、およびΔη/ΔηR を表5に示した
。この結果から、本発明のバンドプロファイルを用いる
ことで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られ
ることがわかる。 (実施例5)次に、本発明の図5のバンドプロファイル
のi層をボトム層に用いた図8に示すタンデムセル構成
の太陽電池を図13に示す装置を用いて実施例3とほぼ
同様にして作製した。
After that, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller 731 is set to 0 sccm, and the GeH4 gas flow rate is instantaneously set to 0 sccm by closing the solenoid valve.
The buffer layer 10 with a thickness of 300 Å was formed for 3 minutes using only SiH4 gas and H2 gas.
9 was deposited. After the discharge ends, the n-layer 10 is
3 was deposited to a thickness of 400 Å. The substrate 301 is placed in the reaction chamber 7.
00, and aluminum was deposited to a thickness of 5000 Å using an electron beam evaporator (not shown) to form an upper electrode 302. The obtained solar cell was No. The score was 4-1. The initial conversion efficiency η(0) and the conversion efficiency η(500) after 500 hours of light irradiation were measured for this sample using the method described above, and the deterioration rate Δη was determined, and the initial efficiency ηR (0) of sample R-1 of Comparative Example 1 and normalized by the deterioration rate ΔηR, the obtained result η(0)
/ηR (0) and Δη/ΔηR are shown in Table 5. This result shows that by using the band profile of the present invention, a solar cell with high conversion efficiency and high reliability can be obtained. (Example 5) Next, a solar cell having the tandem cell configuration shown in FIG. 8 using the i-layer of the present invention having the band profile shown in FIG. 5 as the bottom layer was fabricated using the apparatus shown in FIG. It was made as follows.

【0081】下部電極302を堆積したステンレス製基
板301にn層103を400Å堆積し、膜厚300Å
のバッファ層108を堆積した後、GeH4 ガスのマ
スフローコントローラー731の流量設定を5sccm
として0.75sccm/minの速度で流量を上げて
いき5分間の成膜を行いバンドギャップが1.53eV
から1.42eVまで変化した非晶質シリコンゲルマニ
ュームのi層104を約500Å堆積しその後GeH4
 ガスのマスフローコントローラー731の流量を0.
75sccm/minの速度で下げていき5分間の成膜
を行いバンドギャップが1.42eVから1.53eV
まで変化した非晶質シリコンゲルマニュームのi層10
4を約500Å堆積し、バッファ層109、p層105
を堆積しボトム層を作製した。さらにn層313を40
0Å堆積してSiH4 ガスとH2 ガスでi層314
を1000Åおよびp層315を100Å堆積してトッ
プ層を作製した後、上部電極306及び集電電極307
を形成した。得られた太陽電池をNo.5−1とした。 この試料を上述した方法により初期変換効率η(0)及
び500時間光照射後の変換効率η(500)を測定し
劣化率Δηを求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR
 および劣化率ΔηR で規格化して、得られた結果η
(0)/ηR (0)およびΔη/ΔηR を表5に示
した。この結果から本発明のバンドプロファイルを用い
ることで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得ら
れることがわかる。 (実施例6)次に、本発明の図5のバンドプロファイル
のi層をボトム層に用いた図9に示すトリプルセル構成
の太陽電池を図13に示す装置を用いて実施例5とほぼ
同様にして作製した。
[0081] On the stainless steel substrate 301 on which the lower electrode 302 was deposited, the n-layer 103 was deposited to a thickness of 400 Å.
After depositing the buffer layer 108, the flow rate setting of the GeH4 gas mass flow controller 731 is set to 5 sccm.
The flow rate was increased at a rate of 0.75 sccm/min, and the film was formed for 5 minutes, and the band gap was 1.53 eV.
After depositing an i-layer 104 of about 500 Å of amorphous silicon germanium varying from 1.42 eV to 1.42 eV,
The flow rate of the gas mass flow controller 731 is set to 0.
The rate was lowered to 75 sccm/min, and the film was formed for 5 minutes, and the band gap changed from 1.42 eV to 1.53 eV.
I-layer 10 of amorphous silicon germanium changed to
4 was deposited to a thickness of about 500 Å to form a buffer layer 109 and a p layer 105.
was deposited to create the bottom layer. Furthermore, the n layer 313 is
Deposit 0 Å and form an i-layer 314 with SiH4 gas and H2 gas.
After forming a top layer by depositing 1000 Å of P layer 315 and 100 Å of P layer 315, an upper electrode 306 and a current collecting electrode 307 are formed.
was formed. The obtained solar cell was No. The score was 5-1. The initial conversion efficiency η(0) and the conversion efficiency η(500) after 500 hours of light irradiation were measured using the method described above for this sample, and the deterioration rate Δη was determined.
and normalized by the deterioration rate ΔηR, the obtained result η
(0)/ηR (0) and Δη/ΔηR are shown in Table 5. This result shows that by using the band profile of the present invention, a solar cell with high conversion efficiency and high reliability can be obtained. (Example 6) Next, a solar cell with the triple cell configuration shown in FIG. 9 using the i-layer of the present invention with the band profile shown in FIG. 5 as the bottom layer was fabricated using the apparatus shown in FIG. It was made as follows.

【0082】下部電極302を堆積したステンレス製基
板301にn層103、バッファ層108を堆積した後
、GeH4 ガスのマスフローコントローラー731の
流量設定を5sccmとして0.755sccm/mi
nの速度で流量を上げていき5分間の成膜を行いバンド
ギャップが1.53eVから1.42eVまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのi層104を約500
Å堆積しその後GeH4 ガスのマスフローコントロー
ラー731の流量を0.75sccm/minの速度で
下げていき5分間の成膜を行いバンドギャップが1.4
2eVから1.53eVまで変化した非晶質シリコンゲ
ルマニュームのi層104を約500Å堆積し、バッフ
ァ層109、p層105を堆積しボトム層を作製した。 その後n層313、i層314を3000Å及びp層3
15を堆積し、ミドル層を形成した。さらに、n層32
3、i層324を700Å及びp層325を堆積し、ト
ップ層を形成し、上部電極306及び集電電極307を
形成した。得られた太陽電池をNo.6−1とした。こ
の試料を上述した方法により初期変換効率η(0)及び
500時間光照射後の変換効率η(500)を測定し劣
化率Δηを求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR 
(0)および劣化率ΔηR で規格化して、得られた結
果η(0)/ηR (0)およびΔη/ΔηR を表5
に示した。この結果から本発明のバンドプロファイルを
用いることで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が
得られることがわかる。
After depositing the n layer 103 and the buffer layer 108 on the stainless steel substrate 301 on which the lower electrode 302 has been deposited, the flow rate of the GeH4 gas mass flow controller 731 is set to 5 sccm and the flow rate is set to 0.755 sccm/mi.
The i-layer 104 of amorphous silicon germanium, whose band gap changed from 1.53 eV to 1.42 eV, was formed by increasing the flow rate at a rate of n and forming the film for 5 minutes.
After depositing Å, the flow rate of the GeH4 gas mass flow controller 731 was lowered at a rate of 0.75 sccm/min, and the film was formed for 5 minutes until the band gap was 1.4.
An i-layer 104 of amorphous silicon germanium having a voltage varying from 2 eV to 1.53 eV was deposited to a thickness of about 500 Å, and a buffer layer 109 and a p-layer 105 were deposited to form a bottom layer. After that, the n layer 313, the i layer 314 was
15 was deposited to form a middle layer. Furthermore, the n-layer 32
3. An i layer 324 of 700 Å and a p layer 325 were deposited to form a top layer, and an upper electrode 306 and a current collecting electrode 307 were formed. The obtained solar cell was No. The score was 6-1. The initial conversion efficiency η(0) and the conversion efficiency η(500) after 500 hours of light irradiation were measured using the method described above for this sample, and the deterioration rate Δη was determined.
(0) and deterioration rate ΔηR, and the obtained results η(0)/ηR (0) and Δη/ΔηR are shown in Table 5.
It was shown to. This result shows that by using the band profile of the present invention, a solar cell with high conversion efficiency and high reliability can be obtained.

【0083】[0083]

【表5】 (実施例7)次にi層204の成膜ガスを表6に示す条
件で種々変えて、本発明の図3のバンドプロファイルの
i層を作製し、図6に示す層構成の太陽電池を図13に
示す装置を用いて実施例3の試料3−7とほぼ同様にし
て作製した。得られた太陽電池をNo.7−1,No.
7−2及びNo.7−3とした。この試料を上述した方
法により初期変換効率η(0)及び500時間光照射後
の変換効率η(500)を測定し劣化率Δηを求め比較
例1の試料R−1の初期効率ηR (0)および劣化率
ΔηR で規格化して、得られた結果η(0)/ηR 
(0)およびΔη/ΔηR を表6に示した。この結果
から本発明のバンドプロファイルを用いることで変換効
率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られることがわか
る。
[Table 5] (Example 7) Next, the film formation gas for the i-layer 204 was varied under the conditions shown in Table 6 to produce the i-layer having the band profile shown in FIG. 3 of the present invention, and the layer structure shown in FIG. A solar cell was produced in substantially the same manner as Sample 3-7 of Example 3 using the apparatus shown in FIG. The obtained solar cell was No. 7-1, No.
7-2 and No. The score was 7-3. The initial conversion efficiency η(0) and the conversion efficiency η(500) after 500 hours of light irradiation were measured for this sample using the method described above, and the deterioration rate Δη was determined, and the initial efficiency ηR (0) of sample R-1 of Comparative Example 1 and normalized by the deterioration rate ΔηR, the obtained result η(0)/ηR
(0) and Δη/ΔηR are shown in Table 6. This result shows that by using the band profile of the present invention, a solar cell with high conversion efficiency and high reliability can be obtained.

【0084】[0084]

【表6】 (実施例8)次にp層205の成膜ガスを種々変えて表
7に示す条件で、本発明の図3のバンドプロファイルの
i層を作製し、図6に示す層構成の太陽電池を図13に
示す装置を用いて実施例3の試料3−7とほぼ同様にし
て作製した。得られた太陽電池をNo.8−1,No.
8−2およびNo.8−3とした。尚、この試料に用い
たp層をガラス基板状に堆積して実施例1と同様にRH
EEDで結晶性を評価した結果を併せて表7に示した。 この試料を上述した方法により初期変換効率η(0)及
び500時間光照射後の変換効率η(500)を測定し
劣化率Δηを求め比較例1の試料R−1の初期効率ηR
 (0)および劣化率ΔηR で規格化して、得られた
結果η(0)/ηR (0)およびΔη/ΔηR を表
7に示した。この結果から本発明のバンドプロファイル
を用いることで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池
が得られることがわかる。
[Table 6] (Example 8) Next, the i-layer of the present invention having the band profile shown in FIG. 3 was fabricated under the conditions shown in Table 7 by varying the film formation gas for the p-layer 205, and the layer structure shown in FIG. A solar cell was produced in substantially the same manner as Sample 3-7 of Example 3 using the apparatus shown in FIG. The obtained solar cell was No. 8-1, No.
8-2 and No. The score was 8-3. The p layer used in this sample was deposited on a glass substrate and subjected to RH treatment in the same manner as in Example 1.
Table 7 also shows the results of evaluating crystallinity by EED. The initial conversion efficiency η(0) and the conversion efficiency η(500) after 500 hours of light irradiation were measured using the method described above for this sample, and the deterioration rate Δη was determined.
(0) and the deterioration rate ΔηR, and the obtained results η(0)/ηR (0) and Δη/ΔηR are shown in Table 7. This result shows that by using the band profile of the present invention, a solar cell with high conversion efficiency and high reliability can be obtained.

【0085】[0085]

【表7】[Table 7]

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の光起電力素子によれば、非晶質
シリコンゲルマニュームを構成材料とするpin型光起
電力素子のi層を、ゲルマニューム元素を含まない層と
、ゲルマニューム元素を含む層とから形成し、前記ゲル
マニューム元素を含まない層はp型半導体およびn型半
導体に接する部分に設けることで信頼性が高く、かつ変
換効率が高い太陽電池が得られる。
According to the photovoltaic device of the present invention, the i-layer of a pin-type photovoltaic device made of amorphous silicon germanium is divided into a layer containing no germanium element and a layer containing germanium element. A solar cell with high reliability and high conversion efficiency can be obtained by forming the layer not containing the germanium element in a portion in contact with the p-type semiconductor and the n-type semiconductor.

【0087】また、前記ゲルマニューム元素を含まない
層の厚みを50から1000オングストロームとしたり
、前記ゲルマニューム元素を含む層のゲルマニューム元
素量を20atm%から70atm%としたり、前記ゲ
ルマニューム元素を含む層のゲルマニューム元素の組成
を連続して変化させたり、また、ゲルマニューム元素の
組成の極大値をi層の中に位置させることにより、更に
信頼性が高く、かつ更に変換効率が高い太陽電池が得ら
れる。
Further, the thickness of the layer not containing the germanium element may be 50 to 1000 angstroms, the germanium element content of the layer containing the germanium element may be 20 atm % to 70 atm %, or the germanium element of the layer containing the germanium element may be 50 to 1000 angstroms thick. By continuously changing the composition of the germanium element or by locating the maximum value of the composition of the germanium element in the i-layer, a solar cell with higher reliability and higher conversion efficiency can be obtained.

【0088】また、本発明はpinの単位素子構造を2
つ以上積層する積層型光起電力素子に応用し、少なくと
も1つ以上のi層の構成を上述したように、ゲルマニュ
ーム元素を含まない層の厚みが50から1000オング
ストロームとしたり、ゲルマニューム元素を含む層のゲ
ルマニューム元素量を20atm%から70atm%に
したり、ゲルマニューム元素の組成を連続して変化させ
たり、ゲルマニューム元素の組成の極大値をi層の中に
位置させたりすることで信頼性が高く、かつ変換効率が
高い太陽電池が得られる。
[0088] Furthermore, the present invention has two unit element structures of pins.
For application to a stacked photovoltaic device in which two or more layers are stacked, the structure of at least one i-layer may be such that the thickness of the layer not containing the germanium element is 50 to 1000 angstroms, or the thickness of the layer containing the germanium element. By increasing the amount of germanium element from 20 atm% to 70 atm%, by continuously changing the composition of germanium element, and by locating the maximum value of the composition of germanium element in the i-layer, high reliability and A solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

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

【図1】本発明の光起電力素子のi層の構成を模式的に
示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an i-layer of a photovoltaic device of the present invention.

【図2】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a band profile of the pin structure in FIG. 1;

【図3】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a band profile of the pin structure in FIG. 1;

【図4】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a band profile of the pin structure in FIG. 1;

【図5】図1のpin構造のバンドプロファイルを示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a band profile of the pin structure in FIG. 1;

【図6】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional photovoltaic element.

【図7】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional photovoltaic element.

【図8】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional photovoltaic element.

【図9】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional photovoltaic element.

【図10】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a band profile of a conventional photovoltaic element.

【図11】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a band profile of a conventional photovoltaic element.

【図12】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a band profile of a conventional photovoltaic device.

【図13】本発明の光起電力素子を作製するのに好適な
成膜装置を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a film forming apparatus suitable for manufacturing the photovoltaic device of the present invention.

【図14】バンドギャップの異なる試料の光劣化特性を
示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing photodegradation characteristics of samples with different band gaps.

【図15】本発明の光起電力素子の構成の一部であるバ
ッファ層の効果を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the effect of a buffer layer that is part of the structure of the photovoltaic device of the present invention.

【図16】本発明の光起電力素子の構成の一部であるバ
ッファ層の効果を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the effect of a buffer layer that is part of the structure of the photovoltaic device of the present invention.

【図17】本発明の光起電力素子の構成の一部であるゲ
ルマニューム元素の組成比と劣化特性の関係を示す図で
ある。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the composition ratio of germanium element, which is part of the structure of the photovoltaic device of the present invention, and the deterioration characteristics.

【図18】本発明の光起電力素子の構成の一部である傾
斜層の効果を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the effect of a gradient layer that is part of the structure of the photovoltaic device of the present invention.

【図19】本発明の光起電力素子の構成の一部である傾
斜層の効果を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the effect of a gradient layer that is part of the structure of the photovoltaic device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101  基板,  301  基板、102  下部
電極,  302  下部電極、103  n型半導体
層,  203  n型半導体層,  303  n型
半導体層,313n型半導体層,  323  n型半
導体層,  403  n型半導体層、104  i型
半導体層,  204  i型半導体層,  204’
  i型半導体層,  304  i型半導体層,  
314  i型半導体層,  324  i型半導体層
,  404  i型半導体層,  404’  i型
半導体層、105  p型半導体層,  205  p
型半導体層,  305  p型半導体層,315  
p型半導体層,  325  p型半導体層,  40
5  p型半導体層、108  バッファ層,  10
9  バッファ層,  208  バッファ層,  2
09  バッファ層,  408  バッファ層,40
9  バッファ層、106  透明電極,  306 
 透明電極、107  集電電極,  307  集電
電極、700  反応チャンバー、  701  基板
、  702アノード電極、  703  カソード電
極、  704  基板加熱用ヒーター、  705 
 接地用端子、706  マッチングボックス、  7
07  RF電源、  708  排気管、  709
  排気ポンプ、710  成膜ガス導入管、720 
 バルブ,  730  バルブ,  740  バル
ブ,  750  バルブ,760  バルブ,722
  バルブ,  732  バルブ,  742  バ
ルブ,752  バルブ,  762  バルブ、72
1  マスフローコントローラー,  731  マス
フローコントローラー,741  マスフローコントロ
ーラー,  751  マスフローコントローラー,7
61  マスフローコントローラー。
101 substrate, 301 substrate, 102 lower electrode, 302 lower electrode, 103 n-type semiconductor layer, 203 n-type semiconductor layer, 303 n-type semiconductor layer, 313 n-type semiconductor layer, 323 n-type semiconductor layer, 403 n-type semiconductor layer, 104 i-type semiconductor layer, 204 i-type semiconductor layer, 204'
i-type semiconductor layer, 304 i-type semiconductor layer,
314 i-type semiconductor layer, 324 i-type semiconductor layer, 404 i-type semiconductor layer, 404' i-type semiconductor layer, 105 p-type semiconductor layer, 205 p
type semiconductor layer, 305 p type semiconductor layer, 315
p-type semiconductor layer, 325 p-type semiconductor layer, 40
5 p-type semiconductor layer, 108 buffer layer, 10
9 buffer layer, 208 buffer layer, 2
09 buffer layer, 408 buffer layer, 40
9 buffer layer, 106 transparent electrode, 306
transparent electrode, 107 current collecting electrode, 307 current collecting electrode, 700 reaction chamber, 701 substrate, 702 anode electrode, 703 cathode electrode, 704 heater for heating the substrate, 705
Grounding terminal, 706 Matching box, 7
07 RF power supply, 708 Exhaust pipe, 709
Exhaust pump, 710 Filming gas introduction pipe, 720
valve, 730 valve, 740 valve, 750 valve, 760 valve, 722
Valve, 732 Valve, 742 Valve, 752 Valve, 762 Valve, 72
1 mass flow controller, 731 mass flow controller, 741 mass flow controller, 751 mass flow controller, 7
61 Mass flow controller.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  i型半導体層が非晶質シリコンゲルマ
ニュームを構成材料とするpin型の光起電力素子に於
て、前記i型半導体層は、ゲルマニューム元素を含まな
い層と、ゲルマニューム元素を含む層とからなり、前記
ゲルマニューム元素を含まない層は、p型半導体および
n型半導体に接する部分に設けられることを特徴とする
光起電力素子。
1. In a pin-type photovoltaic element in which the i-type semiconductor layer is made of amorphous silicon germanium, the i-type semiconductor layer includes a layer containing no germanium element and a layer containing germanium element. 1. A photovoltaic element comprising a layer, wherein the layer not containing germanium element is provided in a portion in contact with a p-type semiconductor and an n-type semiconductor.
【請求項2】  前記ゲルマニューム元素を含まない層
の厚みが50から1000オングストロームであること
を特徴とする請求項1記載の光起電力素子。
2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the layer not containing the germanium element has a thickness of 50 to 1000 angstroms.
【請求項3】  前記ゲルマニューム元素を含む層のゲ
ルマニューム元素量は20atm%から70atm%で
あることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の光起
電力素子。
3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the layer containing germanium element has an amount of germanium element ranging from 20 atm % to 70 atm %.
【請求項4】  前記ゲルマニューム元素を含む層のゲ
ルマニューム元素の組成が連続して変化することを特徴
とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の光起電
力素子。
4. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the composition of the germanium element in the layer containing the germanium element changes continuously.
【請求項5】  前記変化するゲルマニューム元素の組
成の極大値がi型半導体層の中にあることを特徴とする
請求項1から請求項4のいずれかに記載の光起電力素子
5. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the maximum value of the changing composition of the germanium element is in the i-type semiconductor layer.
【請求項6】  pin型の単位素子構造を2つ以上積
層する積層型光起電力素子に於て、前記単位素子構造の
少なくともひとつのi型半導体層が請求項1から請求項
5のいずれかに記載の光起電力素子の素子構造からなる
ことを特徴とする光起電力素子。
6. In a stacked photovoltaic device in which two or more pin-type unit element structures are stacked, at least one i-type semiconductor layer of the unit element structure is composed of any one of claims 1 to 5. A photovoltaic device comprising the device structure of the photovoltaic device described in .
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