JPH0559590B2

JPH0559590B2 -

Info

Publication number: JPH0559590B2
Application number: JP63202533A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1993-08-31
Also published as: JPH02377A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、基板上に設けられた半導体の一主表
面にのみ「＋」電極となるＰ型の領域と「−」電
極となるＮ型の領域とを選択的に設け、作製の容
易かつ構造の簡単な光電変換装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、光電変換装置に関しては、PNまたは
PIN接合を単結晶の珪素基板に形成した太陽電
池、またはフオトセルが知られている。

しかし、このPNまたはPIN接合は、単結晶の
珪素基板の表面と裏面にその「＋」電極または
「−」電極を有し、その接合面が基板の主面に対
して実質的平行となるように設けられる。このよ
うな光電変換装置は、その接合面に光が多量に照
射されるように工夫がなされている。

また、特開昭54−77088号公報に示されている
半導体光検出器は、Ｉ型半導体層にPN接合領域
を形成すると共に、当該PN接合領域の上部に電
極が設けられている。そして、光は、Ｉ型半導体
領域に対して直角に照射される。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら従来の光電変換装置は、半導体基板の主
面と平行にPN接合面が設けられ、このPN接合
面に対して光が垂直に照射される。そのため、主
面に近い部分と主面から奥に入つた部分との間
に、電位差を発生することがある。すなわち、半
導体の光照射面とPN接合面の最下部との間で光
照射強度に相違がでるため、光照射面とPN接合
面とは、電子またはホールが再結合する程度を異
にする。したがつて、従来の光電変換装置は、効
率よく電子またはホールを発生させることができ
なかつた。

また、単結晶基板は、極めてへき開し易く、加
工がし難いため、光電変換装置を集積化して複数
個を直列または並列に配列させることが簡単にで
きない。このように多くの欠点を除去した光電変
換装置は、非常に高価なものとなる。

本発明は、非単結晶半導体中における電子また
はホールを効率よく発生させることのできる光電
変換装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、半導体に非単結晶を用いた光
電変換装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の光電変換
装置は、基板１上に形成されたエネルギーバンド
幅が狭く、かつ厚さの厚い第１の非単結晶半導体
２と、当該第１の非単結晶半導体２上に形成され
たエネルギーバンド幅が広く、かつ厚さの薄い第
２の非単結晶半導体３と、前記第１の非単結晶半
導体２および前記第２の非単結晶半導体３中に形
成されたＰ型の領域９およびＮ型の領域１０と、
前記Ｐ型の領域９上および前記Ｎ型の領域１０上
にそれぞれ形成された電極１４，１５と、前記Ｐ
型の領域９および前記Ｎ型の領域１０間に形成さ
れたＩ型非単結晶半導体領域１２と、前記Ｉ型非
単結晶半導体領域１２上に形成された透光性絶縁
膜１１とから構成されている。

また、本発明の光電変換装置は、Ｐ型の領域９
とＮ型の領域１０との間に絶縁物または半絶縁物
の領域が設けられたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光電変換装置の構造は、同一光照射面
から見て、Ｐ型の領域、あるいはＮ型の領域が非
単結晶半導体の同じ深さの位置に形成されてい
る。

すなわち、Ｐ型の領域とＮ型の領域との間にお
ける電位差の発生する方向と、光照射面とが平行
になつているため、Ｐ型の領域とＮ型の領域との
間に形成されるＩ型の領域に照射される光照射強
度が一定となる。

特に、エネルギーバンド幅を狭く、かつ厚さを
厚くした第１の非単結晶半導体と、当該第１の非
単結晶半導体上に形成されたエネルギーバンド幅
を広く、かつ厚さを薄くした第２の非単結晶半導
体とが基板上に形成される。

一般に、エネルギーバンド幅の広い部材は、光
が透過し易い。このため、光照射面に近い第２の
非単結晶半導体は、エネルギーバンド幅を広く、
かつその厚さを薄くして光の透過をより良くして
いる。

また、一般に、エネルギーバンド幅の狭い部材
は、光を多く吸収し易い。このため、光照射面か
ら離れた第１の非単結晶半導体は、エネルギーバ
ンド幅を狭く、かつ厚さを厚くして、光の吸収を
より多くしている。

また、エネルギーバンド幅の異なる層を積層し
た場合、その接合界面における電界傾度は高くな
る。したがつて、電子またはホールは、上記電界
傾度の高い領域を飛び越えて非所望の電極に達し
て中和されない。

言い換えると、非単結晶半導体層を上記のよう
な構造において、光励起により発生した電子・ホ
ール対のうち、たとえば太陽電池の「＋」電極に
電子が、「−」電極にホールが拡散してしまうこ
となく、「＋」電極にホールのみ、「−」電極に電
子のみを拡散、集合せしめる。

本発明の光電変換装置は、以上のような構造と
することによつて、光電変換効率を向上させるこ
とができた。

〔実施例〕

第１図ＡないしＤは本発明の光電変換装置を製
作する際の工程順を示す縦断面図である。

第１図Ａにおいて、基板１は、導電性または絶
縁性基板である。この基板１は、安価であり、以
降の被膜形成工程に対し機械的強度並びに耐熱性
を有していることがその要件である。

このため、本実施例において、基板１は、瀬戸
物、セラミツク、または、ガラス基板を主として
用いた。この基板１の上面には、室温〜500℃の
温度において、プラズマCVD法により、SiH4：
20SCCM、圧力：0.01〜0.3TORRの条件で、約
60分間堆積を行い、膜厚1μm、エネルギーバンド
幅約1.6eVの第１の非単結晶半導体２が形成され
た。

この際原料ガスは、必要に応じてＣ，Ｏ，Ｎを
含むガスを添加して、エネルギーバンド幅を変化
させてもよい。

さらに、この第１の非単結晶半導体２上面に
は、第２の非単結晶半導体３が形成される。ただ
し、第２の非単結晶半導体３は、第１の非単結晶
半導体２よりエネルギーバンド幅を0.5〜2eV程
広くするため、第１の非単結晶半導体２と同じ作
製条件で反応ガスに、さらにＮ，Ｏ，Ｃを５〜
50atm％添加し、エネルギーバンド幅2.3eV、膜
厚0.25μmに形成される。

これら第１の非単結晶半導体２および第２の非
単結晶半導体３は、Ｐ型、Ｎ型のドーパントを添
加しない限り実質的に真性の非単結晶半導体であ
る。

次に、第２の非単結晶半導体３は、光電変換装
置に必要な部分のみを残すようにエツチングが行
われた後、非単結晶半導体層の上表面および側周
辺に第２の非単結晶半導体３に対しマスク作用を
有する透光性絶縁膜４、たとえば酸化珪素または
窒化珪素が0.05〜0.2μmの厚さにプラズマCVD法
により形成された。

本実施例の前記透光性絶縁膜４は、SiH4、
NH3を用いて窒化珪素が形成された。

さらに、たとえば太陽電池の「＋」電極および
「−」電極となる部分の開口７，８は、フオトエ
ツチング法により透光性絶縁膜４を選択的に除去
して形成された。この開口７および８の幅は、２
〜20μm特に５〜7μmと幅を狭くした櫛型とする。

開口７，８間には、透光性絶縁膜１１が形成さ
れており、この距離が第１の非単結晶半導体２の
膜厚とほぼ同一とした。しかし、この距離は、非
単結晶半導体中の再励起によつて発生した電子ま
たはホールの拡散距離より短く、その1/4〜1/2と
するのが好ましい。また、開口７，８は、短冊型
等の形状にしてもよい。

次に、開口７，８よりそれぞれボロンＢ、フオ
スフインＰが拡散法、イオン注入法等により、た
とえばドーパントを10¹⁸／cm^-3個、または3mol％
の濃度にドープされた。

第１図Ｃに示すように、Ｐ型の領域９、Ｎ型の
領域１０は、第２の非単結晶半導体３の開口７、
および８中に形成された。また、第１および第２
の非単結晶半導体２，３は、両方とも非単結晶半
導体なので、不純物が第１の非単結晶半導体２内
まで拡散してゆき、各々Ｐ型の領域１９、Ｎ型の
領域２０となる。不純物の拡散の深さは、第１の
非単結晶半導体２と第２の非単結晶半導体３との
界面より０〜0.2μm以内にとどめた。

拡散を上記より深くした場合、キヤリアは、そ
の拡散距離より長くなつてしまうため、途中で消
滅してしまう。

次に、第１図Ｄに示すように、Ｐ型の領域９と
Ｎ型の領域１０との各々の上面には、アルミニウ
ムを1μmの厚さで蒸着し、オーミツクコンタクト
電極１４，１５、およびそれより延在して基板上
に外部接続端子１６，１７が形成される。

光は、第１図Ｄに示すように、上方の２５の如
くに入射する。そして、実質的に真性の第２の非
単結晶半導体１２は、光に対し窓効果を有してい
るため、その厚さを入射光の入／４に選定して、
いわゆる反射防止膜としての効果も助長させた。

第２図ＡないしＣは本発明における光電変換装
置のエネルギーバンドダイヤグラムを示す図であ
る。

第１図Ｄに示すＡ−A′の破線に従つてそのエ
ネルギーバンドダイヤグラムを考察すると、一例
として第２図Ａが得られた。

第２図Ａは、「＋」電極１４と「−」電極１５
との間のエネルギーバンド幅を示すもので、第２
のＰ型の領域９、第１のＰ型の領域１９、実質的
に真性の第１の非単結晶半導体２、第１のＮ型の
領域２０、第２のＮ型の領域１０、にそれぞれ対
応している。

第２図Ａより明らかな如く、ホールは、電極１
４へ、また電子は電極１５へと拡散して行く。も
し、ホールの一部が第２のＮ型領域１０へと拡散
した場合、第２の非単結晶半導体３の広いエネル
ギーバンドにより撥ね返されてしまい、「−」電
極１５の近傍での電子との再結合が禁止される。

同様に、電子の一部が「＋」電極１４の近傍へ
と拡散した場合、第２の非単結晶半導体３の広い
エネルギーバンドにより撥ね返されてしまい、
「＋」電極１４の近傍でのホールとの再結合が禁
止される。

このことにより、本発明は、光の入射に対しＷ
−Ｎ構造を有するばかりではなく、電子およびホ
ールのそれぞれに対し、広いエネルギーバンド幅
が好ましく寄与しており、第１の非単結晶半導体
２および第２の非単結晶半導体３により実質的に
Ｗ−Ｎ−Ｗのサンドイツチ構造を作ることができ
た。

その結果、第２の非単結晶半導体３を第１の非
単結晶半導体２と同一のエネルギーバンド幅とし
たものと比べ光電変換効率の向上が見られ、本実
施例では0.01cm²で4.20％の効率が得られ、小面積
であれば12〜16％の効率を得られる可能性が見い
出された。

第２図ＢはＰ型の領域１９およびＮ型の領域２
０が第１の非単結晶半導体層中に形成された場合
の図で、第２図Ａと比較して、積極的に電子また
はホールの再結合が禁止される。

第２図Ｃは第１図ＤにおいてＢ−B′の破線に
従つて示したエネルギーバンド図である。

そして、第２図Ｃにおいて示されているよう
に、電子およびホールが、エネルギーバンド幅の
広い第２の非単結晶半導体のみを通るが、非所望
の方向に拡散すると、広いエネルギーバンドによ
つて撥ね返される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光電変換装置は、光照射面に
対しＰ型の領域とＮ型の領域間に発生する電位差
の発生する方向が平行であり、さらに第１の非単
結晶半導体に比べ第２の非単結晶半導体のエネル
ギーバンド幅を広く、かつ厚さを薄く形成させた
ことにより、電極近傍において、「＋」電極への
電子、「−」電極へのホールの移動を少なくして、
より光電変換効率を高くした。

さらに、第２の非単結晶半導体は、エネルギー
バンド幅が広く、かつ厚さが薄く形成されている
ため、この部分における光透過性が良く、窓効果
と化学的安定性を有するため、入射光が効率よく
非単結晶半導体層に導かれてゆき、かつ二つの電
極間のリークをおさえることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図ＡないしＤは本発明の光電変換装置を製
作する際の工程順を示す縦断面図である。第２図
ＡないしＣは本発明における光電変換装置のエネ
ルギーバンドダイヤグラムを示す図である。１……基板、２……第１の非単結晶半導体、３
……第２の非単結晶半導体、４……透光性絶縁
膜、７，８……開口、９，１９……Ｐ型領域、１
０，２０……Ｎ型領域、１１……透光性絶縁膜、
１２……真性半導体、１４，１５……電極、１
６，１７……外部接続端子、２５……光。

Claims

【特許請求の範囲】１基板上に形成されたエネルギーバンド幅が狭
く、かつ厚さの厚い第１の非単結晶半導体と、当該第１の非単結晶半導体上に形成されたエネ
ルギーバンド幅が広く、かつ厚さの薄い第２の非
単結晶半導体と、前記第１の非単結晶半導体および前記第２の非
単結晶半導体中に形成されたＰ型の領域およびＮ
型の領域と、前記Ｐ型の領域上および前記Ｎ型の領域上にそ
れぞれ形成された電極と、前記Ｐ型の領域および前記Ｎ型の領域間に形成
されたＩ型非単結晶半導体領域と、前記Ｉ型非単結晶半導体領域上に形成された透
光性絶縁膜と、から構成されていることを特徴とする光電変換装
置。２特許請求の範囲第１項において、Ｐ型の領域
とＮ型の領域との間には、絶縁物または半絶縁物
の領域が設けられたことを特徴とする光電変換装
置。