JPH0575189B2 - - Google Patents
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- JPH0575189B2 JPH0575189B2 JP61065620A JP6562086A JPH0575189B2 JP H0575189 B2 JPH0575189 B2 JP H0575189B2 JP 61065620 A JP61065620 A JP 61065620A JP 6562086 A JP6562086 A JP 6562086A JP H0575189 B2 JPH0575189 B2 JP H0575189B2
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はヘテロ接合を有する太陽電池に係わ
り、特に、高効率太陽電池の構造に関するもので
ある。
り、特に、高効率太陽電池の構造に関するもので
ある。
従来、太陽電池の構造は、第2図に示した
n+pp+型の構造(あるいはp+nn+型)が用いられ
ている。第2図で、1はp形半導体層、2はpn
接合形成のためのn+形半導体層、3はp+形半導
体層、4はn+形半導体層表面パツシベーシヨン
膜(SiO2膜)、5は反射防止膜、6は表面グリツ
ド電極、7は裏面電極である。
n+pp+型の構造(あるいはp+nn+型)が用いられ
ている。第2図で、1はp形半導体層、2はpn
接合形成のためのn+形半導体層、3はp+形半導
体層、4はn+形半導体層表面パツシベーシヨン
膜(SiO2膜)、5は反射防止膜、6は表面グリツ
ド電極、7は裏面電極である。
かかる従来の太陽電池の変換効率は、最近表面
パツシベーシヨン膜4の導入により18〜19%と著
しく増加したが、20%以上の効率は得られておら
ず、理論効率よりかなり低いのが現状である。そ
の原因は、太陽電池内部での光生成キヤリヤの損
失機構が充分に明らかになつていないことによ
る。しかし、最近の太陽電池では、表面のテクス
チヤーエツチングや多層反射防止膜の採用による
無反射化および高品質結晶の使用で、短絡電流は
著しく増加している。したがつて今後の効率向上
の課題は、開放電圧の向上にある。開放電圧の向
上のためには、n+形半導体層の内部及び表面で
の光生成キヤリヤの損失を防止することが重要で
ある。
パツシベーシヨン膜4の導入により18〜19%と著
しく増加したが、20%以上の効率は得られておら
ず、理論効率よりかなり低いのが現状である。そ
の原因は、太陽電池内部での光生成キヤリヤの損
失機構が充分に明らかになつていないことによ
る。しかし、最近の太陽電池では、表面のテクス
チヤーエツチングや多層反射防止膜の採用による
無反射化および高品質結晶の使用で、短絡電流は
著しく増加している。したがつて今後の効率向上
の課題は、開放電圧の向上にある。開放電圧の向
上のためには、n+形半導体層の内部及び表面で
の光生成キヤリヤの損失を防止することが重要で
ある。
また従来の光電変換デバイスにヘテロ接合を導
入した例としては、非晶質SiC半導体層と結晶Si
半導体層の組合わせ(佐々木他、エクステンデツ
ド アブストラクト オブ コンフアレンスオン
ソリツド ステート デバイス アンド マテ
リアル(第17回)、1985年、第385頁(K.Sasaki
et al、Extended Abstract of 17th Conference
on Solid Stare Devices and Materials、1985、
p.385)参照)や、金属−絶縁膜−Si半導体層に
よる、いわゆるMIS(Metal−Insulater
Semiconductor)型(グリーン他、アイ・イー・
イー・イー・レター、第EDL−4巻、第7号、
1983年、第225頁(M.Green et al、IEEE
Electron Devices Letters、Vol.EDL−4、No.
4、1983、p.255)参照)が知られている。
入した例としては、非晶質SiC半導体層と結晶Si
半導体層の組合わせ(佐々木他、エクステンデツ
ド アブストラクト オブ コンフアレンスオン
ソリツド ステート デバイス アンド マテ
リアル(第17回)、1985年、第385頁(K.Sasaki
et al、Extended Abstract of 17th Conference
on Solid Stare Devices and Materials、1985、
p.385)参照)や、金属−絶縁膜−Si半導体層に
よる、いわゆるMIS(Metal−Insulater
Semiconductor)型(グリーン他、アイ・イー・
イー・イー・レター、第EDL−4巻、第7号、
1983年、第225頁(M.Green et al、IEEE
Electron Devices Letters、Vol.EDL−4、No.
4、1983、p.255)参照)が知られている。
上記従来技術においては、電極と半導体層との
界面で光生成した少数キヤリアの表面再結合速度
がほぼ106cm/sと大きいため、開放電圧が低い。
また、全く結晶構造が異なる材料によるpn接合
を用いることによる接合の電気的および結晶学的
不安定性がある。
界面で光生成した少数キヤリアの表面再結合速度
がほぼ106cm/sと大きいため、開放電圧が低い。
また、全く結晶構造が異なる材料によるpn接合
を用いることによる接合の電気的および結晶学的
不安定性がある。
本発明の目的は、かかる従来の問題点、すなわ
ち、電極とn+形半導体層界面での少数キヤリヤ
の損失を防止し、かつ、接合の結晶学的安定化を
はかることにより、安定で開放電圧の高い太陽電
池を提供することにある。
ち、電極とn+形半導体層界面での少数キヤリヤ
の損失を防止し、かつ、接合の結晶学的安定化を
はかることにより、安定で開放電圧の高い太陽電
池を提供することにある。
上記目的は、従来の太陽電池を構成するn+p又
はpp+型接合にシリコンと炭素を主たる構成元素
とする非単結晶半導体層によりヘテロ接合を付加
することによつて、少数キヤリヤの表面再結合速
度を減少させて達成される。
はpp+型接合にシリコンと炭素を主たる構成元素
とする非単結晶半導体層によりヘテロ接合を付加
することによつて、少数キヤリヤの表面再結合速
度を減少させて達成される。
基本的構成を示すと次の通りである。
即ち、シリコン半導体による接合を有する太陽
電池において、その光入射側に接合して、該側の
シリコン半導体と同一導電型のシリコンと炭素を
主な構成元素とする非単結晶半導体層を形成する
ことを特徴とするものである。ここで、非単結晶
半導体層とは非晶質体、多結晶体および非晶質と
微結晶体の混相系等の形態を含むものであ。これ
らの形態で所期の目的を達成することが出来る
が、実用上、非晶質体が最も有用である。
電池において、その光入射側に接合して、該側の
シリコン半導体と同一導電型のシリコンと炭素を
主な構成元素とする非単結晶半導体層を形成する
ことを特徴とするものである。ここで、非単結晶
半導体層とは非晶質体、多結晶体および非晶質と
微結晶体の混相系等の形態を含むものであ。これ
らの形態で所期の目的を達成することが出来る
が、実用上、非晶質体が最も有用である。
更に接合の安定性は、第1図に示すように、シ
リコンによるn+p又はpp+接合(もしくは、図示
とは逆導電型のp+n又はnn+接合)の一方に新た
に半導体層を接触して形成し、そこに新たな
n+n+又はp+p+型のヘテロ接合を設けることによ
り達成される。かかるn+半導体層はp+半導体層
13として、非単結晶のSiXC1-X半導体層が適し
ている。この半導体はCを含むため、Siより禁制
帯幅が広くかつx値を変えることにより禁制帯幅
の大きさを任意の値に制御できるため、適当なヘ
テロ接合を形成し易いからである。また、SiX
C1-X層の作製法としてシラン一炭化水素系反応ガ
スのプラズマ化学蒸着法を使用すると、生成した
半導体膜は水素(H)を含む非晶質膜となる。この非
晶質膜に含有するH原子が内在する欠陥を修復
し、この膜のヘテロ接合界面はさらに良好とな
る。
リコンによるn+p又はpp+接合(もしくは、図示
とは逆導電型のp+n又はnn+接合)の一方に新た
に半導体層を接触して形成し、そこに新たな
n+n+又はp+p+型のヘテロ接合を設けることによ
り達成される。かかるn+半導体層はp+半導体層
13として、非単結晶のSiXC1-X半導体層が適し
ている。この半導体はCを含むため、Siより禁制
帯幅が広くかつx値を変えることにより禁制帯幅
の大きさを任意の値に制御できるため、適当なヘ
テロ接合を形成し易いからである。また、SiX
C1-X層の作製法としてシラン一炭化水素系反応ガ
スのプラズマ化学蒸着法を使用すると、生成した
半導体膜は水素(H)を含む非晶質膜となる。この非
晶質膜に含有するH原子が内在する欠陥を修復
し、この膜のヘテロ接合界面はさらに良好とな
る。
この水素を含む非晶質炭化けい素(非晶質
SiC:H)膜と結晶i膜のヘテロ接合の利点を第
3図に示したバンド構造図を用いて説明する。こ
の図では、結晶Siのnp接合の上に形成された非
晶質SiC:H膜のバンド構造が示されている。非
晶質SiC:H半導体層13の電子親和度は3.92eV
で、結晶Si膜11の4.05eVと類似しているため、
それらのn+n+ヘテロ接合のハンド構造ではその
界面に正孔に対する障壁が形成される。この障壁
の存在により、n+形結晶半導体(n+−Si)層1
1で光励起により生成された少数キヤリヤ(正
孔)が該n+−Si層11からp形半導体(p−Si)
層10へ移動し、有効なキヤリヤとして取出され
ることとなるとともにヘテロ接合による前記障壁
層の段差により、開放電圧が増大する。
SiC:H)膜と結晶i膜のヘテロ接合の利点を第
3図に示したバンド構造図を用いて説明する。こ
の図では、結晶Siのnp接合の上に形成された非
晶質SiC:H膜のバンド構造が示されている。非
晶質SiC:H半導体層13の電子親和度は3.92eV
で、結晶Si膜11の4.05eVと類似しているため、
それらのn+n+ヘテロ接合のハンド構造ではその
界面に正孔に対する障壁が形成される。この障壁
の存在により、n+形結晶半導体(n+−Si)層1
1で光励起により生成された少数キヤリヤ(正
孔)が該n+−Si層11からp形半導体(p−Si)
層10へ移動し、有効なキヤリヤとして取出され
ることとなるとともにヘテロ接合による前記障壁
層の段差により、開放電圧が増大する。
また、n+−a−SiCとn+−Siのn+n+型ヘテロ接
合界面には通常界面準位が存在するが、 SiC膜をプラズマCVD法の低温プロセスを用い
れば膜中に水素が存在しバルク及び界面中の欠陥
又は界面準位を低減できる。
合界面には通常界面準位が存在するが、 SiC膜をプラズマCVD法の低温プロセスを用い
れば膜中に水素が存在しバルク及び界面中の欠陥
又は界面準位を低減できる。
又、プラズマCVD法で作製したSiC膜は通常非
晶質膜であり、その比抵抗は102〜104Ω・cmと高
い。この比抵抗を低下せしめるためには、H2を
過剰に添加したプラズマ雰囲気で微結晶化した
SiC膜を作製すればよい。又、非晶質膜の熱処理
によつても微結晶化することができる。また、エ
キシマレーザーを用いて非晶質SiC膜をアニール
すれば10-1Ω・cm程度の著しく低い抵抗値の微結
晶膜を得ることができる。
晶質膜であり、その比抵抗は102〜104Ω・cmと高
い。この比抵抗を低下せしめるためには、H2を
過剰に添加したプラズマ雰囲気で微結晶化した
SiC膜を作製すればよい。又、非晶質膜の熱処理
によつても微結晶化することができる。また、エ
キシマレーザーを用いて非晶質SiC膜をアニール
すれば10-1Ω・cm程度の著しく低い抵抗値の微結
晶膜を得ることができる。
以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説明
する。先ず、構成を述べると、半導体層10,1
1および12は、それぞれ主として光電変換を行
うp形半導体層、n+形半導体層およびp+形半導
体層である。電極15および16はn+形層上の
表面グリツド電極および裏面電極である。半導体
層13は本発明に係わる正孔注入防止半導体層
で、半導体層14は電子注入防止層である。
する。先ず、構成を述べると、半導体層10,1
1および12は、それぞれ主として光電変換を行
うp形半導体層、n+形半導体層およびp+形半導
体層である。電極15および16はn+形層上の
表面グリツド電極および裏面電極である。半導体
層13は本発明に係わる正孔注入防止半導体層
で、半導体層14は電子注入防止層である。
次に製造工程に従つて説明する。
p形ウエハ10の表面にPOCl3拡散法によりn+
層11を形成した後、裏面のn+層を除去する。
この裏面に硼素13イオン打込みアニール又は
Al蒸着アロイ法によりp+層12を形成する。n+
層11のp濃度は従来より低い1019cm-3とする。
その後、乾燥酸素中において、850℃でn+層11
の熱酸化を行い、約100Åの厚さの酸化膜17を
形成し、続いて反射防止膜18を蒸着した。次に
ホトリソグラフイにより層17および18を貫ぬ
くグリツド状開孔部を設け、この中に非晶質n+
形SiC層13を形成した。該非晶質SiC層13の
形成にはプラズマ化学蒸着法を用いた。この方法
では、反応ガスとしてSiH4−CH4の混合ガスを
用い数Torrの低真空下で13MHzの高周波電界を
印加した。またSiC層をn形層とするために、反
応ガス系にPH3を添加した。次に、本実施例にお
いては裏面にもSiC層14を形成したが、この場
合にはB2H6を添加し、基板温度を250°〜400℃と
してn形SiC層の形成法と同様な方法を用いてp
形SiC層を形成したところ、約102Ω・cmの比抵抗
を得た。n形SiC層の膜厚は10〜1000Åとした。
最後に周知のホトリソグラフイ法を適用して電極
15および16を形成し太陽電池を作製した。こ
の太陽電池の逆方向飽和電流密度は10-13〜
10-14A/cm2となり開放電圧を従来の0.6Vから
0.7Vに向上させることができた。
層11を形成した後、裏面のn+層を除去する。
この裏面に硼素13イオン打込みアニール又は
Al蒸着アロイ法によりp+層12を形成する。n+
層11のp濃度は従来より低い1019cm-3とする。
その後、乾燥酸素中において、850℃でn+層11
の熱酸化を行い、約100Åの厚さの酸化膜17を
形成し、続いて反射防止膜18を蒸着した。次に
ホトリソグラフイにより層17および18を貫ぬ
くグリツド状開孔部を設け、この中に非晶質n+
形SiC層13を形成した。該非晶質SiC層13の
形成にはプラズマ化学蒸着法を用いた。この方法
では、反応ガスとしてSiH4−CH4の混合ガスを
用い数Torrの低真空下で13MHzの高周波電界を
印加した。またSiC層をn形層とするために、反
応ガス系にPH3を添加した。次に、本実施例にお
いては裏面にもSiC層14を形成したが、この場
合にはB2H6を添加し、基板温度を250°〜400℃と
してn形SiC層の形成法と同様な方法を用いてp
形SiC層を形成したところ、約102Ω・cmの比抵抗
を得た。n形SiC層の膜厚は10〜1000Åとした。
最後に周知のホトリソグラフイ法を適用して電極
15および16を形成し太陽電池を作製した。こ
の太陽電池の逆方向飽和電流密度は10-13〜
10-14A/cm2となり開放電圧を従来の0.6Vから
0.7Vに向上させることができた。
また、該非晶質SiC層の比抵抗低減のため、プ
ラズマCVD条件の改良による膜の微結晶化を行
うと抵抗を102〜1Ω・cmにすることができ、し
たがつて太陽電池の内部抵抗の低減をはかること
ができる。更に、比抵抗を低減する必要がある場
合には、エキシマレーザーなどを用いて膜の短時
間アニールを行なえば良い。
ラズマCVD条件の改良による膜の微結晶化を行
うと抵抗を102〜1Ω・cmにすることができ、し
たがつて太陽電池の内部抵抗の低減をはかること
ができる。更に、比抵抗を低減する必要がある場
合には、エキシマレーザーなどを用いて膜の短時
間アニールを行なえば良い。
本発明による太陽電池は開放電圧が高く、かつ
再現性よく製造できるので、高性能かつ安価な太
陽電池を容易に提供し得る効果がある。
再現性よく製造できるので、高性能かつ安価な太
陽電池を容易に提供し得る効果がある。
第1図は、本発明の構成および実施例を示す
図、第2図は、従来技術を示す図、および第3図
は、本発明の作用を説明するための図である。 符号の説明、1,10……p形半導体層、2,
11,13……n+半導体層、3,12……p+形
半導体層、4,17……パツシベーシヨン膜、
5,18……反射防止膜、6,7,15,16…
…電極。
図、第2図は、従来技術を示す図、および第3図
は、本発明の作用を説明するための図である。 符号の説明、1,10……p形半導体層、2,
11,13……n+半導体層、3,12……p+形
半導体層、4,17……パツシベーシヨン膜、
5,18……反射防止膜、6,7,15,16…
…電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 第1のシリコン半導体層と第2のシリコン半
導体層からなる接合を有する太陽電池において、
上記第1のシリコン半導体層の上記第2のシリコ
ン半導体層とは反対側の面に接して形成された、
シリコンと炭素とを主な構成元素とする第1の非
単結晶質半導体層および上記第1のシリコン半導
体層表面のバツシベーシヨン膜と、該第1の非単
結晶質半導体層および該パツシベーシヨン膜から
なる面上に少なくとも上記第1の非単結晶質半導
体層に接して部分的に形成された電極を有し、上
記第1のシリコン半導体層と上記第1の非単結晶
質半導体層とは同一導電型であることを特徴とす
る太陽電池。 2 上記第1の非単結晶質半導体層は、さらに水
素を含有して成る特許請求の範囲第1項記載の太
陽電池。 3 上記第2のシリコン半導体層の電極と上記第
2のシリコン半導体層との間に、上記第2のシリ
コン半導体層に接してその全面に形成された、シ
リコンと炭素とを主な構成元素とする第2の非単
結晶質半導体層を有し、上記第2のシリコン半導
体層と上記第2の非単結晶質半導体層とは同一導
電型である特許請求の範囲第1項又は第2項記載
の太陽電池。 4 上記第1および第2の非単結晶質半導体層は
微結晶化されている特許請求の範囲第1項乃至第
3項のいずれか一項に記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61065620A JPS62224089A (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61065620A JPS62224089A (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | 太陽電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62224089A JPS62224089A (ja) | 1987-10-02 |
JPH0575189B2 true JPH0575189B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=13292250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61065620A Granted JPS62224089A (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | 太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62224089A (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2813712B2 (ja) * | 1989-05-10 | 1998-10-22 | 工業技術院長 | 光電変換素子 |
US8481357B2 (en) | 2008-03-08 | 2013-07-09 | Crystal Solar Incorporated | Thin film solar cell with ceramic handling layer |
EP2269230A4 (en) | 2008-03-08 | 2016-03-30 | Crystal Solar Inc | INTEGRATED METHOD AND SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF MONOLITHIC PANELS OF CRYSTALLINE SOLAR CELLS |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5136086A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-26 | Sharp Kk | |
JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
JPS5810871A (ja) * | 1981-07-13 | 1983-01-21 | Agency Of Ind Science & Technol | アモルフアス太陽電池 |
-
1986
- 1986-03-26 JP JP61065620A patent/JPS62224089A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5136086A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-26 | Sharp Kk | |
JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
JPS5810871A (ja) * | 1981-07-13 | 1983-01-21 | Agency Of Ind Science & Technol | アモルフアス太陽電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62224089A (ja) | 1987-10-02 |
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