JPH04290274A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電変換装置に関し、そ
の変換効率を大きくするものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池等のＰＮ接合を利用した光電変
換装置では、その接合特性を良好にし、また電極との接
触抵抗を小さくするために、できるだけ多くのドナーま
たはアクセプタの不純物が添加される。

【０００３】たとえば、シリコン単結晶太陽電池では、
Ｐ型またはＮ型のシリコン基板にそれと反対の導電型を
付与する不純物が表面から熱拡散により添加され、添加
する不純物が多くなるほど接合によって形成される内部
電位が大きくなって接合特性が良くなり、また不純物の
添加された層の抵抗が小さくなって電極との接触抵抗が
小さくなる。

【０００４】しかしながら、高濃度に不純物を添加する
ほど結晶性が損なわれ、表面の欠陥密度が増えるため、
過度の不純物添加は太陽電池の特性を逆に低下させる事
となる。そこで、実際には添加される不純物濃度が両方
の効果のバランスによって決定されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、不純
物濃度に対して接合特性、接触抵抗と結晶性、表面欠陥
密度とが相反した変化をするために、両者の妥協点で不
純物濃度を制御しなければならず、特性の向上には限界
があった。

【０００６】そこで、本発明は、不純物濃度を小さくし
て結晶性向上と表面欠陥密度の低減をすると同時に、こ
れとは独立に内部電位を大きくして接合特性を良好にし
、かつ電極との接触抵抗を小さくすることのできる光電
変換装置の新しい構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光電変換装置は
、ＰＮ接合を有する結晶系の光電変換層の受光面側に位
置する一の導電型の第１の半導体層上に電気絶縁性層が
形成され、該電気絶縁性層上に上記第１の半導体層と同
じ導電型の第２の半導体層が形成され、該第２の半導体
層上に受光面電極が形成され、上記電気絶縁層は電子が
トンネル効果により通り抜ける程度に薄いことを特徴と
する。

【０００８】

【作用】本発明の作用について図１に基づき説明する。 図１はＰ型シリコン基板を用いた場合の本発明に基づく
ＰＮ接合のエネルギー帯構造を示す。Ｐ型のシリコン基
板１にＮ型の不純物を添加し、表面近傍をＮ型層２にす
る。このときにＮ型の不純物はシリコン基板１の結晶性
が損なわれない程度の濃度にとどめる。その上に電子が
トンネル効果で抜けれる程度の薄い絶縁性層３を形成す
る。更にその上にシリコンのＮ型層２よりもＮ型の導電
性が強い半導体層４を形成する。こうすることにより、
シリコンのＮ型層２の不純物濃度は高くないにも拘わら
ず、高濃度に添加した場合と同等な電位分布が半導体層
４に引っ張られる形でＮ型層２の中に形成され、良好な
接合特性が得られる。更に所定材料の絶縁性層３によっ
てＮ型層２表面の表面欠陥による電子準位が埋められ、
Ｎ型層２の表面が高品位な結晶構造に保たれているため
に、シリコンのＮ型層２に高濃度に不純物を添加した場
合に比べ、より有効なパッシベーション効果が得られる
こととなる。また半導体層４は絶縁性層３により活性層
とは分離されているので、良好な半導体的性質を持つ必
要はなく、できる限りＮ型の導電性の強い膜を用いるこ
とが望ましく、これにより表面電極との接触抵抗が大き
く低減される。

【０００９】なお、半導体層４は上で述べたように活性
層の一部ではないので、この層で吸収された光は変換効
率には寄与しない。従って、ここで用いる半導体層には
できる限り光吸収の少ない、すなわちバンドギャップの
大きい材料を用いることが望ましい。

【００１０】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。図２は本発明の一実施例である太陽電池の構造
図である。本実施例ではＰ型のシリコン単結晶基板を用
いている。結晶系の基板を用いたのは、例えばアモルフ
ァスシリコンではもともと材料中の欠陥密度が高いため
に、本発明の構造を用いることにより得られる効果が小
さいためであり、多結晶基板を用いなかったのは、本実
施例のプロセスが低価格を利点とする多結晶太陽電池に
馴染まないためである。Ｐ型単結晶のシリコン基板１に
Ｎ型の不純物を熱拡散法により添加してＮ型層２を形成
する。先に説明したように、このときの不純物濃度はシ
リコンの結晶性が大きく損なわれない範囲の濃度にする
。Ｎ型の不純物として燐を添加する場合は、表面近傍で
１×１０１８／ｃｍ３以下の濃度が望ましい。

【００１１】Ｎ型層の上に熱酸化法によりシリコン酸化
膜を約３０オングストローム形成した。この絶縁性層３
はトンネル効果によりキャリヤが移動できる厚さである
必要があり、均一に形成できれば薄い程良く、１００オ
ングストローム以下の厚さにする。より好ましくは、５
０オングストローム以下が良い。絶縁性層３はＳｉＯ２
が最も良いが、シリコン窒化膜、タンタル酸化膜等も適
用できる。被覆率は大きい程良いが、発生したキャリヤ
を総て絶縁性層３を通して収集すると、電気抵抗が大き
くなり、変換効率を低下させることがあるので、本実施
例では絶縁性層３を部分的に除去し、キャリヤを収集し
やすくした。除去形状は丸でも四角でもストライプ状で
も良い。本実施例ではその後に形成する半導体膜４の上
の金属グリッド電極７の下に絶縁性層の溝を形成したが
、グリッド電極と対応する必要はない。キャリヤが効率
よく収集できる限りにおいて、できるだけ除去する部分
の面積を小さくする方が望ましい。

【００１２】絶縁性層３の上に半導体層４として本実施
例では微結晶混合質水素化シリコン膜をプラズマ化学気
相成長法により形成した。シリコンの原料ガスであるモ
ノシラン（ＳｉＨ４）に対し不純物の原料ガスであるホ
スフィン（ＰＨ３）を１％混合して約４００オングスト
ローム堆積した。この半導体層４には多結晶シリコン膜
を用いることもできるが、不純物を高濃度に添加した多
結晶シリコンは、エネルギーバンドギャップが結晶シリ
コンよりも小さく、光の吸収損失が大きくなるため好ま
しくない。すなわち、第２の半導体層４は光電変換層に
比べバンドギャップが大きいほど良く、ドーピング効率
が良く、低抵抗膜となるものが良い。そこで、本実施例
の場合には、微結晶混合質水素化シリコン膜（１．７〜
２．２ｅＶ）を初めとして１．６〜２．４ｅＶの範囲に
ある非晶質水素化シリコン膜、非晶質水素化シリコン・
炭素合金膜、微結晶混合質水素化シリコン・炭素合金膜
、３．０〜３．５ｅＶの範囲にある炭素化シリコン膜、
ダイヤモンド膜や酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛等
の金属酸化物等の光電変換層を形成する結晶シリコンよ
りもエネルギーバンドギャップが大きい材料が適してい
る。特に、光電変換層を結晶シリコンとする場合はバン
ドギャップが結晶シリコンに比べて十分大きく、低抵抗
膜ができ、プラズマＣＶＤ法を用いて低温プロセスで形
成できる微結晶混合質水素化シリコン、非晶質水素化シ
リコン、微結晶混合質水素化シリコン・炭素合金が良い
。半導体層４の上には従来の太陽電池の場合と同様な金
属のグリッド電極７が形成されている。このグリッド電
極の形状は半導体層４の表面抵抗に応じて設計されてい
る。シリコン基板の裏側には従来の太陽電池の場合と同
様な技術により裏面電界層５を形成し、裏面電極６を形
成した。裏面電界層５はホウ素を熱拡散により添加して
形成し、裏面電極にはアルミニウムを真空蒸着法により
形成した。これら裏面電界層５及び裏面電極６の形成法
については従来より種々の方法が提案されており、有効
な方法が選べる。

【００１３】

【発明の効果】本発明の構造の光電変換装置では、不純
物濃度を小さくして結晶性向上と表面欠陥密度の低減を
すると同時に、これとは独立に内部電位を大きくして接
合特性を良好にし、かつ電極との接触抵抗を小さくする
ことができるので、太陽電池の変換効率、劣化率を改善
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくＰＮ接合のエネルギー帯構造を
示す図である。

【図２】本発明の一実施例の太陽電池の構造図である。

【符号の説明】

１　　シリコン基板 ２　　Ｎ型層 ３　　絶縁性層 ４　　半導体層 ５　　裏面電界層 ６　　裏面電極 ７　　グリッド電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＰＮ接合を有する結晶系の光電変換層
   の受光面側に位置する一の導電型の第１の半導体層上に
   電気絶縁性層が形成され、該電気絶縁性層上に上記第１
   の半導体層と同じ導電型の第２の半導体層が形成され、
   該第２の半導体層上に受光面電極が形成され、上記電気
   絶縁層は電子がトンネル効果により通り抜ける程度に薄
   い、ことを特徴とする光電変換装置。