JPH0597413A - Amorphous multicomponent semiconductor and device using the same - Google Patents
Amorphous multicomponent semiconductor and device using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はアモルフアス多元系半導
体及びそれを用いた素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to amorphous semiconductors and devices using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】太陽電池や光検出器のような光電素子及
び装置は太陽光線を直接電気エネルギに変換することが
できるが、この種装置の最大の問題として、他の電気エ
ネルギ発生手段と比較して発電費用が極めて大きいこと
が言われている。その主な原因は、装置の主体を構成す
る半導体材料の利用効率が低いこと、更には斯る材料を
製造するに要するエネルギが多いことにある。2. Description of the Related Art Photovoltaic devices and devices such as solar cells and photodetectors can directly convert sunlight into electric energy, but the biggest problem with such devices is that they are compared with other electric energy generating means. It is said that the power generation cost is extremely high. The main reason for this is that the utilization efficiency of the semiconductor material that constitutes the main body of the device is low, and moreover, much energy is required to manufacture such material.
【0003】最近この欠点を解決する可能性のある技術
として、上記半導体材料に非晶質シリコンを使用するこ
とが提案された。即ち、非晶質シリコンはシランやフロ
ルシリコンなどのシリコン化合物雰囲気中でのグロー放
電によつて安価かつ大量に形成することができ、その場
合の非晶質シリコン(以下GD−aSiと略記する)で
は、禁止帯の幅中の平均局在状態密度が1017cm-3以下
と小さく、結晶シリコンと同じ様にp型、n型の不純物
制御が可能となるのである。Recently, it has been proposed to use amorphous silicon as the semiconductor material as a technique that may solve this drawback. That is, amorphous silicon can be formed inexpensively and in large quantities by glow discharge in a silicon compound atmosphere such as silane or fluorosilicon, and amorphous silicon in that case (hereinafter abbreviated as GD-aSi). Then, the average localized density of states in the width of the forbidden band is as small as 10 17 cm −3 or less, and p-type and n-type impurities can be controlled like crystalline silicon.
【0004】GD−aSiを用いた典型的な従来の太陽
電池は、可視光を透過するガラス基板上に透明電極を形
成し、該透明電極上にGD−aSiのp型層、GD−a
Siのノンドープ(不純物無添加)層及びGD−aSi
のn型層を順次形成し該n型層上にオーミツクコンタク
ト用電極を設けてなるものである。In a typical conventional solar cell using GD-aSi, a transparent electrode is formed on a glass substrate which transmits visible light, and a p-type layer of GD-aSi, GD-a, is formed on the transparent electrode.
Si non-doped (impurity-free) layer and GD-aSi
The n-type layer is sequentially formed, and the ohmic contact electrode is provided on the n-type layer.
【0005】上記太陽電池において、ガラス基板及び透
明電極を介して光がGD−aSiからなるp型層、ノン
ドープ層及びn型層に入ると、主にノンドープ層におい
て自由状態の電子及び/又は正孔が発生し、これらは上
記各層の作るpin接合電界により引かれて移動した後
透明電極やオーミツクコンタクト用電極に集められ両電
極間に電圧が発生する。In the above solar cell, when light enters the p-type layer, the non-doped layer and the n-type layer made of GD-aSi through the glass substrate and the transparent electrode, electrons and / or positive electrons mainly in the non-doped layer are positive. Holes are generated, and these are attracted and moved by the pin junction electric field formed by each of the above layers and then moved to the transparent electrode or the ohmic contact electrode to generate a voltage between both electrodes.
【0006】ところが、以下に述べる理由によつて、エ
ネルギー変換効率は制約を受けており、各方面でこれら
の改善を目指して活発な研究が行われている。 (1) 光の入射側のドーピング層(上記の場合はp層)で
吸収された光は有効なキヤリアーにならず、ロスとな
る。 (2) 有効なキヤリアーを発生するノンドープ層のエネル
ギーギヤツプが約1.8eVであり、長波長の光を利用
できない。 (3) 光の入射側と反対の層のドーピング層(上記の場合
はn層)で吸収された光もロスとなり、裏面電極で反射
され、ノンドープ層に導入される光が少なくなる。 (4) 上記の一例とは別に、広い波長範囲の太陽スペクト
ルを有効に利用する為、多層構造の太陽電池が提案され
ているが、それぞれの層に適したアモルフアス材料は一
部しか見い出されていない。 (5) アモルフアス材料の特徴はクリスタルに比べ高い抵
抗を示し、これが光電変換素子のキヤリヤー収集効率を
下げる結果となっている。即ち、p層あるいはn層が抵
抗層として働くのである。However, the energy conversion efficiency is restricted for the reasons described below, and active research is being conducted in various fields with the aim of improving these. (1) The light absorbed in the doping layer (p layer in the above case) on the light incident side does not become an effective carrier, but becomes a loss. (2) The energy gap of the non-doped layer that generates an effective carrier is about 1.8 eV, and long wavelength light cannot be used. (3) Light absorbed in the doping layer (n layer in the above case) opposite to the light incident side also becomes a loss, and less light is reflected by the back electrode and introduced into the non-doped layer. (4) In addition to the above example, a solar cell with a multilayer structure has been proposed in order to effectively use the solar spectrum in a wide wavelength range, but only some amorphous materials suitable for each layer have been found. Absent. (5) The characteristic of amorphous materials is that they have higher resistance than crystals, which results in lowering the carrier collection efficiency of photoelectric conversion elements. That is, the p layer or the n layer functions as a resistance layer.
【0007】特に上記(1) の理由によつて小さな短絡電
流(Jsc)しか得られず、さらに付随的な現象ではある
が、開放電圧(Voc)も0.8ボルトと低い値しか示さな
かつた。これに対して本発明者等は、特願昭56−12
313号、特願昭56−22690号、特願昭56−6
6689号に示すようなワイドギヤツプでp又はn型に
価電子制御できる非晶質半導体を発明し、さらに非晶質
シリコンとヘテロ接合pinを形成することにより大き
いJscとVocが得られることを見い出した。Due to the reason (1) above, in particular, a small short-circuit current (Jsc) is obtained, and although it is an incidental phenomenon, the open-circuit voltage (Voc) shows only a low value of 0.8 V. . On the other hand, the inventors of the present invention filed Japanese Patent Application No. 56-12.
313, Japanese Patent Application No. 56-22690, Japanese Patent Application No. 56-6
Inventing an amorphous semiconductor capable of controlling valence electrons to p-type or n-type with a wide gearup as shown in No. 6689, and further finding that larger Jsc and Voc can be obtained by forming a heterojunction pin with amorphous silicon. .
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記 (1)〜
(5) のすべての問題を解決し、またはそれらの要請を満
足させ得る非晶質材料の開発を主眼に鋭意研究を進めた
結果、本発明を完成するに至つた。即ち、本発明は、
C、N、O、Sよりなる元素の群から選ばれた1種以上
の元素と、H並びにハロゲンよりなる元素の群から選ば
れた1種以上の元素、及びSi、Ge、Snよりなる元
素の群から選ばれた1種以上の元素とからなる半導体の
一部又は全部が微結晶化しており、周期律表第 III族も
しくは第V族の元素でドーピングされたことを特徴とす
るp型またはn型半導体、および該半導体を用いた半導
体素子を内容とする。The present invention is based on the above (1)-
The present invention has been completed as a result of intensive research aimed at solving all the problems of (5) or developing an amorphous material capable of satisfying those requirements. That is, the present invention is
One or more elements selected from the group of elements consisting of C, N, O and S, one or more elements selected from the group of elements consisting of H and halogen, and elements consisting of Si, Ge and Sn P-type semiconductor characterized in that a part or all of a semiconductor consisting of one or more elements selected from the group is microcrystallized and doped with an element of group III or group V of the periodic table. Alternatively, the contents include an n-type semiconductor and a semiconductor element using the semiconductor.
【0009】以下に、その詳細を説明する。本発明に用
いる微結晶あるいはアモルフアス多元系半導体はC、
N、O、S、H、ハロゲン、Si、Ge、Snから適宜
組み合わされたガス状の或はガス化せしめた化合物をグ
ロー放電分解することによつて得られる。また、C、
N、O、S、H、ハロゲン、Si、Ge、Snから適宜
組み合わされた固体化合物をターゲツトとして、スパツ
タするか、もしくはC、N、O、S、H、ハロゲンから
適宜組み合わされた気体の存在下で前記ターゲツトをス
パツタすることによつても得られる。前記グロー放電法
及びスパツタ法を実施する際の基板温度については特に
制限はないが、通常200℃〜450℃が用いられる。The details will be described below. The microcrystal or amorphous semiconductor used in the present invention is C,
It is obtained by glow discharge decomposition of a gaseous or gasified compound, which is an appropriate combination of N, O, S, H, halogen, Si, Ge and Sn. Also, C,
As a target, a solid compound appropriately combined with N, O, S, H, halogen, Si, Ge and Sn is used as a target or the presence of a gas appropriately combined with C, N, O, S, H and halogen. It can also be obtained by spattering the target below. The substrate temperature at the time of performing the glow discharge method and the sputtering method is not particularly limited, but usually 200 ° C to 450 ° C is used.
【0010】本発明に用いる微結晶あるいはアモルフア
ス多元系半導体中に含まれるSiの量は50原子%以上
が好ましく、さらに好ましくはC、N、O、Sよりなる
元素の群から選ばれたすべての元素の合計量が半導体中
で30原子%以下含まれるのが良い。さらに好ましく
は、半導体中に含まれるHとハロゲンの合計量が、約1
原子%から約40原子%の範囲で含まれるのが良い。ま
た、ハロゲンの中ではフツ素が最も好ましい元素であ
る。The amount of Si contained in the microcrystal or amorphous amorphous semiconductor used in the present invention is preferably 50 atomic% or more, and more preferably all of the elements selected from the group consisting of C, N, O and S. It is preferable that the total amount of elements is 30 atomic% or less in the semiconductor. More preferably, the total amount of H and halogen contained in the semiconductor is about 1 or less.
It may be contained in the range of atomic% to about 40 atomic%. Further, among halogens, fluorine is the most preferable element.
【0011】ドーピングする場合は、製膜時に III族の
元素の化合物例えばB2 H6 、又はV族の元素の化合物
例えばPH3等を添加するか、或は製膜後イオンインプ
ランテーシヨン法を用いることができる。そのドープ量
は20℃に於ける暗伝動度が10-8(Ω・cm)-1以上と
なるよう、さらに太陽電池として用いるべく接合を形成
した場合、その拡散電位が所望の値になるよう選ばれ
る。In the case of doping, a compound of a group III element such as B 2 H 6 or a compound of a group V element such as PH 3 is added at the time of film formation, or an ion implantation method after film formation is carried out. Can be used. The doping amount is such that the dark conductivity at 20 ° C. is 10 −8 (Ω · cm) −1 or more, and when the junction is formed to be used as a solar cell, the diffusion potential is set to a desired value. To be elected.
【0012】以下、上記微結晶多元系半導体を太陽電池
に適用した場合について説明する。アモルフアス多元系
半導体あるいは微結晶多元系半導体はそのエネルギー・
ギヤツプをかなり任意に選ぶことができるから、アモル
フアス太陽電池のそれぞれの層に適した組成を有する材
料が使用できる。The case where the above-mentioned microcrystalline multi-element semiconductor is applied to a solar cell will be described below. Amorphous multi-element semiconductors or microcrystalline multi-element semiconductors
Since the gears can be chosen quite arbitrarily, materials having a composition suitable for each layer of amorphous solar cells can be used.
【0013】ドーピング層としてはエネルギー・ギヤツ
プの大きな材料が適しており、特に光の入射側に用いら
れる窓材料の光学的バンドギヤツプ(Eg・opt)は
1.85eV以上が好ましい。また、有効なキヤリヤー
を発生し得るノンドープ層のEg・optはそのEg・
optが単一の値を有する場合、小さい方が好ましい。
しかし、さらに好ましくはノンドープ層のEg・opt
が光の入射側では2eV或はそれ以上と大きな値を有
し、光の入射側と反対の方向に向かつて小さくなり、最
終的には1eV程度になるのが最も良い。このような概
念に基づいて考案された太陽電池として、グレーデツド
型、(マルチ)スタツクド型或はタンデム型と呼ばれる
多層構造の太陽電池があるが、本発明の半導体はこれら
のどの層に対しても充分満足し得る材料を提供すること
ができる。従つて、アモルフアス多元系半導体あるいは
微結晶多元系半導体を上記太陽電池に適用することによ
つて、広い波長範囲を有する太陽スペクトルを有効に利
用することが可能となる。また、このような複雑な構造
の太陽電池でなくても、一般的な構造を有する、例えば
pin型の太陽電池のそれぞれの層に対して微結晶ある
いはアモルフアス多元系半導体を用いるだけで、従来よ
りも改善された性能を得ることができる。また、これら
の太陽電池に於て、少なくとも1つの接合についてはそ
の拡散電位が1.1ボルト以上になるようにするのが好
ましく、また、少なくとも1つのドーピング層、好まし
くは光の入射側のドーピング層の厚みは約30〜300
Åであるのが好ましい。また、ノンドープ層のEg・o
ptを小さくする目的には、多元系半導体の中でも、特
にSi、Ge、Snよりなる元素の群から選ばれた1種
以上の元素とH、Fよりなる元素の群から選ばれた1種
以上の元素とからなる真性半導体あるいは微結晶半導体
を用いるのが好ましいが、 III族の元素で補償して実質
的に真性にしてもよい。A material having a large energy gap is suitable for the doping layer, and in particular, the optical bandgap (Eg.opt) of the window material used on the light incident side is preferably 1.85 eV or more. In addition, the Eg · opt of the non-doped layer that can generate an effective carrier is the Eg · opt.
If opt has a single value, the smaller is preferred.
However, more preferably, Eg · opt of the non-doped layer
Has a large value of 2 eV or more on the light incident side, decreases toward the direction opposite to the light incident side, and finally becomes about 1 eV. As a solar cell devised based on such a concept, there is a multi-layered solar cell called a graded type, (multi) stacked type or tandem type solar cell, but the semiconductor of the present invention is applicable to any of these layers. It is possible to provide a sufficiently satisfactory material. Therefore, by applying the amorphous semiconductor or the microcrystalline semiconductor to the solar cell, the solar spectrum having a wide wavelength range can be effectively used. Further, even if the solar cell does not have such a complicated structure, a microcrystalline or amorphous multi-element semiconductor is used for each layer of a general structure, for example, a pin type solar cell, Can also get improved performance. In these solar cells, it is preferable that at least one junction has a diffusion potential of 1.1 V or more, and at least one doping layer, preferably, a doping side on the light incident side. Layer thickness is about 30-300
It is preferably Å. In addition, Eg · o of the non-doped layer
For the purpose of reducing pt, among multi-element semiconductors, at least one element selected from the group of elements consisting of Si, Ge, and Sn and at least one element selected from the group of elements consisting of H and F Although it is preferable to use an intrinsic semiconductor or a microcrystalline semiconductor composed of the element (3), the element may be compensated with a group III element to make it substantially intrinsic.
【0014】以下、nip型のグレーデツド構造太陽電
池を一例として具体的に本発明を説明するが、本発明の
半導体素子はこの構造に限定使用されるものではない。The present invention will be specifically described below by taking a nip type graded structure solar cell as an example, but the semiconductor device of the present invention is not limited to this structure.
【0015】この構造の代表的なものの一つは透明電極
/n型微結晶半導体/i型アモルフアス半導体/p型微
結晶半導体/電極/絶縁膜/金属箔の構造で、透明電極
側から光を照射する。光を照射する側のn型アモルフア
ス半導体の厚みは約30Åから300Å、好ましくは5
0Å〜200Å、i層の厚みは限定されないが約100
0Å〜10000Åが通常用いられる。p層の厚みは限
定されないが約100Å〜600Åが用いられる。透明
電極はITOやSnO2 特にITOが好ましく、n型微
結晶半導体上に直接蒸着して得られる。又ITOとn型
微結晶半導体の界面に30〜500ÅのSnO2 をつけ
ると更に好ましい。One of the typical examples of this structure is a structure of transparent electrode / n-type microcrystalline semiconductor / i-type amorphous semiconductor / p-type microcrystalline semiconductor / electrode / insulating film / metal foil. Irradiate. The thickness of the n-type amorphous semiconductor on the side irradiated with light is about 30Å to 300Å, preferably 5Å
0 Å ~ 200 Å, i layer thickness is not limited, but about 100
0Å to 10000Å is usually used. The thickness of the p layer is not limited, but about 100Å to 600Å is used. The transparent electrode is preferably ITO or SnO 2, and particularly ITO, and can be obtained by directly vapor-depositing on an n-type microcrystalline semiconductor. It is more preferable to add SnO 2 of 30 to 500 Å to the interface between the ITO and the n-type microcrystalline semiconductor.
【0016】n型微結晶半導体はEg・optが1.8
5eV以上が好ましく、特にSiを主体として、これに
C、N、O、S、H、ハロゲンを添加したものが好まし
い。さらに好ましくは、光の入射側程C、N、O、S、
H、ハロゲンの添加量を多くし、i層に向かつて漸次
C、N、O、Sの添加量を減少させるのが良い。The n-type microcrystalline semiconductor has an Eg · opt of 1.8.
It is preferably 5 eV or more, and particularly preferably Si as a main component, to which C, N, O, S, H, and halogen are added. More preferably, the light incident side is closer to C, N, O, S,
It is preferable to increase the amounts of H and halogen added and gradually reduce the amounts of C, N, O, and S added toward the i layer.
【0017】i型アモルフアス半導体は光の入射側から
i層の厚みの約1/3から半分程度まではSiにHやハ
ロゲンを添加した半導体が好ましく、残りのi層はこれ
にGeやSnを添加し、しかもその添加量をp層側に向
かつてだんだん高め、最終的にはそのEg・optを1
eV程度にするのが好ましい。The i-type amorphous semiconductor is preferably a semiconductor obtained by adding H or halogen to Si from about 1/3 to half of the thickness of the i-layer from the light incident side, and the remaining i-layer contains Ge or Sn. Addition, and the amount added was gradually increased toward the p-layer side, and finally the Eg · opt was increased to 1
It is preferably about eV.
【0018】p型アモルフアス半導体は、裏面電極から
の反射光を有効に利用する為にも比較的Eg・optの
大きな材料が好ましい。The p-type amorphous semiconductor is preferably made of a material having a relatively large Eg · opt in order to effectively use the reflected light from the back electrode.
【0019】基板は、太陽電池に一般的に使用されてい
る透明電極付きガラス基板、ステンレス等の金属基板、
ポリイミド等の耐熱性高分子フイルムを使用できる。ま
た、アルミニウム、銅、鉄、ニツケル、ステンレス等の
金属箔又はこれに耐熱性高分子或はSiO1 、Si
O2 、Al2 O3 、アモルフアス又は結晶性のSi
(1-X) C(X) 、Si(1-y) Ny、Si(1-X-y) C(X) N
(y) 等又はその水素及び/又はハロゲン化物等の絶縁性
物質をコーテイングした基板も使用できる。特に、発電
区域を複数に分割し、その各々を並列或は直列に接続す
る場合は、絶縁性基板を用いる必要があり、この目的に
添つた基板としてはガラス、又は耐熱性高分子フイル
ム、更には金属箔上に前記絶縁性物質をコーテイングし
た基板が好ましく、この上に電極をパターン化して形成
した基板を用いて、これに半導体を形成すればよい。The substrate is a glass substrate with a transparent electrode generally used for solar cells, a metal substrate such as stainless steel,
A heat resistant polymer film such as polyimide can be used. Also, metal foil such as aluminum, copper, iron, nickel, and stainless steel, or heat-resistant polymer or SiO 1 , Si
O 2 , Al 2 O 3 , amorphous or crystalline Si
(1-X) C (X) , Si (1-y) Ny, Si (1-Xy) C (X) N
A substrate coated with an insulating substance such as (y) or its hydrogen and / or halide may also be used. In particular, when the power generation area is divided into a plurality of parts and each of them is connected in parallel or in series, it is necessary to use an insulating substrate.As a substrate for this purpose, glass or a heat-resistant polymer film, Is preferably a substrate obtained by coating the above-mentioned insulating material on a metal foil, and using a substrate formed by patterning electrodes on this, a semiconductor may be formed thereon.
【0020】金属箔上に絶縁性物質をコーテイングする
場合、この絶縁性薄膜の電気伝導度は約10-7(Ω・c
m)-1以下が好ましい。また、金属箔の厚みは特に制限
はないが、5μm〜2mmが好ましく、特に50μm〜1
mmが好ましい。絶縁膜の厚みも金属箔を絶縁できればよ
いので任意であるが、通常1000Åから20μm程度
の範囲で用いられる。When the insulating material is coated on the metal foil, the electric conductivity of this insulating thin film is about 10 −7 (Ω · c).
m) -1 or less is preferable. The thickness of the metal foil is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 2 mm, particularly 50 μm to 1
mm is preferred. The thickness of the insulating film is optional as long as it can insulate the metal foil, but it is usually used in the range of 1000 Å to 20 μm.
【0021】図1乃至図3に本発明実施例としての光起
電力装置を示すが、11は金属箔、12は絶縁膜で1
3、14、15は該絶縁基板上に膜状に形成された第
1、第2、第3の発電区域である。1 to 3 show a photovoltaic device as an embodiment of the present invention, 11 is a metal foil and 12 is an insulating film.
Reference numerals 3, 14, and 15 are first, second, and third power generation areas formed in a film shape on the insulating substrate.
【0022】該発電区域の各々はアモルファスあるいは
多元系半導体層16と該層を挟んで対向する第1電極1
7及び第2電極18から構成されている。半導体層16
は図示していないが例えば基板側から順次堆積されたp
層、ノンドープ層(i層)及びn層の半導体層からな
り、斯る半導体層16は第1〜第3の発電区域に連続し
て延びている。Each of the power generation areas is opposed to the amorphous or multi-source semiconductor layer 16 with the first electrode 1 interposed therebetween.
7 and the second electrode 18. Semiconductor layer 16
Although not shown, for example, p sequentially deposited from the substrate side
Layer, a non-doped layer (i layer) and an n layer semiconductor layer, and the semiconductor layer 16 extends continuously to the first to third power generation zones.
【0023】第1電極17はp層とオーミツク接触する
金属又は酸化錫、酸化インジウム、ITO(In2 O3
+xSnO2 ,x≦0.1)などで構成することができ
るが、ITOの上に50〜500ÅのSnO2 をつけた
ものが特に好ましい。第2電極18は透明な酸化錫In
2 O3 ,ITO又はSnO2 の上にITOをつけた電極
などで構成される。第1〜第3発電区域13〜15の夫
々の第1電極17及び第2電極18は基板12上におい
て夫々の発電区域の外へ延びる延長部19及び20を有
し、第1発電区域13の第2電極18の延長部20と第
2発電区域14の第1電極17の延長部19とが、又第
2発電区域14の第2電極18の延長部20と第3発電
区域15の第1電極17の延長部19とが夫々互いに重
畳して電気的に接続されている。又第1発電区域13の
第1電極17の延長部19には第2電極18と同材料か
らなる接続部21が重畳被着されている。なお、21は
なくてもよい。The first electrode 17 is made of metal or tin oxide, indium oxide, ITO (In 2 O 3) that makes ohmic contact with the p-layer.
+ XSnO 2 , x ≦ 0.1) or the like, but one having ITO with 50 to 500 Å SnO 2 is particularly preferable. The second electrode 18 is transparent tin oxide In
2 O 3 , ITO, or an electrode in which ITO is attached on SnO 2 or the like. The first electrode 17 and the second electrode 18 of each of the first to third power generation zones 13-15 have extensions 19 and 20 on the substrate 12 that extend out of the respective power generation zone, and The extension portion 20 of the second electrode 18 and the extension portion 19 of the first electrode 17 of the second power generation section 14, and the extension portion 20 of the second electrode 18 of the second power generation section 14 and the first portion of the third power generation section 15 The extension portions 19 of the electrodes 17 are overlapped with each other and are electrically connected. Further, a connection portion 21 made of the same material as that of the second electrode 18 is superposed on the extension portion 19 of the first electrode 17 in the first power generation area 13. It should be noted that 21 may be omitted.
【0024】上記装置の製造方法を簡単に説明すると、
その第1工程で基板(11+12)上に延長部19を含
んだ第1電極17の各々が選択エツチング手法又は選択
スパツタ又は蒸着付着手法により形成され、第2工程で
第1〜第3発電区域に連続して半導体層16が形成され
る。The manufacturing method of the above device will be briefly described below.
In the first step, each of the first electrodes 17 including the extension portion 19 is formed on the substrate (11 + 12) by the selective etching method or the selective sputtering method or the vapor deposition adhesion method, and in the second step, the first to third power generation areas are formed. The semiconductor layer 16 is continuously formed.
【0025】このとき、該層は上記延長部19、20に
存在してはならないので、基板7上全面に上記半導体層
を形成した後、選択エツチング手法により不要部を除去
するか、あるいは不要部を覆うマスクを用いることによ
り所望部のみに上記半導体層が形成される。続く最終工
程において延長部20を含む第2電極18及び接続部2
1が選択スパツタ又は蒸着手法などにより形成される。
本実施例装置において、第2電極18を介して光が半導
体層16に入ると、第1〜第3発電区域13〜15の夫
々において起電圧が生じ、各区域の第1、第2電極1
7、18はその延長部において交互に接続されているの
で各区域の起電圧は直列的に相加され、第1発電区域1
3に連なる接続部21を+極、第3発電区域15の第2
電極18に連なる延長部20を−極として両極の間に上
記の如く相加された電圧が発生する。At this time, since the layer must not exist in the extension portions 19 and 20, after forming the semiconductor layer on the entire surface of the substrate 7, the unnecessary portion is removed by the selective etching method, or the unnecessary portion is removed. The semiconductor layer is formed only in a desired portion by using a mask that covers the. In the subsequent final step, the second electrode 18 including the extension portion 20 and the connection portion 2
1 is formed by selective sputtering or vapor deposition.
In the device of this embodiment, when light enters the semiconductor layer 16 through the second electrode 18, an electromotive voltage is generated in each of the first to third power generation areas 13 to 15, and the first and second electrodes 1 in each area are generated.
Since 7 and 18 are alternately connected in the extension, the electromotive voltages of the respective areas are added in series, and the first power generation area 1
The connecting portion 21 connected to 3 is the positive electrode, and the second connecting portion of the third power generation area 15 is
The voltage applied as described above is generated between the two electrodes with the extension 20 connected to the electrode 18 as the negative electrode.
【0026】又上記装置において、各発電区域の隣接間
隔が小さいと、隣り合う区域の第1電極17どうし、あ
るいは第2電極18どうしの間で直接電流が流れる現
象、即ち漏れ電流の発生が認められるが半導体層16の
光照射時の抵抗値が数〜数十MΩであることを考慮する
と、上記隣接間隔を1μm以上に設定することにより、
上記漏れ電流の影響は実質的に問題とならない。必要に
より半導体層16を各発電区域に分離して形成し、裏面
電極と隣接する受光側電極とを直列に接続してもよい。
又実用に供する場合には第2電極側から密着包囲する透
明な高分子絶縁膜又は、SiO2 ,a−SiC,a−S
iN,a−SiCN等の透明な絶縁膜を設けて保護する
のがよい。当然のことながら透光性基板で実施すること
も良い。Further, in the above-mentioned device, when the adjacent intervals between the power generation areas are small, a phenomenon in which a current directly flows between the first electrodes 17 or the second electrodes 18 in the adjacent areas, that is, a leakage current is generated. However, considering that the resistance value of the semiconductor layer 16 at the time of light irradiation is several to several tens of MΩ, by setting the above-mentioned adjacent interval to 1 μm or more,
The influence of the leakage current does not substantially cause a problem. If necessary, the semiconductor layer 16 may be formed separately in each power generation area, and the back surface electrode and the adjacent light receiving side electrode may be connected in series.
In practical use, a transparent polymer insulating film or SiO 2 , a-SiC, a-S that closely surrounds the second electrode side is used.
It is preferable to provide a transparent insulating film such as iN or a-SiCN for protection. As a matter of course, a translucent substrate may be used.
【0027】以上の説明より明らかな如く、本発明の構
造によれば、微結晶あるいはアモルフアス多元系半導体
を用い、同一基板上にて複数の発電区域を直列接続した
ものであつて、可撓性で小型にしてかつ任意の高電圧を
発生する装置が得られ、従来のガラス基板と同じ方法で
作ることができるのは金属箔を絶縁した基板を用いたが
故に実現されたものであり、その製造に際しても従来の
製造工程とほとんど変わるところなく簡単な膜形成工程
のみで製造することができ、量産的にも極めて優れたも
のである。As is clear from the above description, according to the structure of the present invention, a plurality of power generation areas are connected in series on the same substrate by using microcrystals or amorphous multi-element semiconductors, which are flexible. It is possible to obtain a device that is small in size and that can generate an arbitrary high voltage, and that it can be made in the same way as a conventional glass substrate was realized by using a substrate with an insulated metal foil. The manufacturing process is almost the same as the conventional manufacturing process and can be performed only by a simple film forming process, which is excellent in mass production.
【0028】なお、このような太陽電池は蛍光灯下で作
動させる電池として小型の電子装置に組み込むことがで
きるが、AM−1 100mw/cm2 のような強い光の
下で使用される場合もあり、このような場合、通常保護
回路を必要とするが絶縁膜12としてアモルフアスシリ
コンのような光照射時の電気伝導度の大きな材料を用い
れば、蛍光灯下では電気伝導度が小さいのでリークは少
ないが、屋外光のように強い光が当たると電気伝導度が
大きくなり、光電流がリークして保護回路の役割をする
ので好ましい。さらに、グロー放電分解によつて本発明
に用いるアモルフアス多元系半導体を製造する場合、r
f電界と少なくとも部分的には直交した領域を有する磁
界を備えている装置を用いて、製膜速度の増大と膜質の
向上を図ることができる。Although such a solar cell can be incorporated into a small electronic device as a battery operated under a fluorescent lamp, it may be used under strong light such as AM-1 100 mw / cm 2. In such a case, a protection circuit is usually required, but if a material having a high electric conductivity during light irradiation such as amorphous silicon is used as the insulating film 12, the electric conductivity is small under a fluorescent lamp, so that a leak occurs. However, it is preferable that strong light, such as outdoor light, increases electrical conductivity, leaks photocurrent, and functions as a protective circuit. Further, in the case of producing the amorphous amorphous semiconductor used in the present invention by glow discharge decomposition, r
An apparatus provided with a magnetic field having a region that is at least partially orthogonal to the f electric field can be used to increase the film forming speed and improve the film quality.
【0029】[0029]
【発明の効果】叙上の通り、本発明の半導体を太陽電池
に応用した場合広い波長範囲を有する太陽スペクトルを
有効に利用できる。またアモルフアス材料に代えて、微
結晶シリコンのp型またはn型材料を用いることにより
抵抗成分が小さくなり、従って光電変換素子の内部で発
生したキヤリヤーが有効に収集されることとなる。また
微結晶シリコンの量を多くすると光の透過率を増大させ
ることも可能であり、光活性層への入射光量が増大し、
光電変換素子の効率を向上させることができる。As described above, when the semiconductor of the present invention is applied to a solar cell, the solar spectrum having a wide wavelength range can be effectively used. Further, by using a p-type or n-type material of microcrystalline silicon instead of the amorphous material, the resistance component is reduced, so that the carriers generated inside the photoelectric conversion element can be effectively collected. Increasing the amount of microcrystalline silicon can also increase the light transmittance, increasing the amount of light incident on the photoactive layer,
The efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.
【図1】実施例を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an embodiment.
【図2】図1におけるB−B断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line BB in FIG.
【図3】図1におけるC−C断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line CC of FIG.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C01G 17/00 7202−4G 19/00 7202−4G C03C 8/14 6971−4G H01L 21/31 8518−4M 31/04 // B01J 19/08 Z 6345−4G ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location C01G 17/00 7202-4G 19/00 7202-4G C03C 8/14 6971-4G H01L 21/31 8518 -4M 31/04 // B01J 19/08 Z 6345-4G
Claims (16)
ばれた1種以上の元素と、H並びにハロゲンよりなる元
素の群から選ばれた1種以上の元素、及びSi、Ge、
Snよりなる元素の群から選ばれた1種以上の元素とか
らなる半導体の一部または全部が微結晶化しており、周
期律表第 III族もしくは第V族の元素でドーピングされ
たことを特徴とするp型またはn型半導体。1. At least one element selected from the group of elements consisting of C, N, O and S, at least one element selected from the group of elements consisting of H and halogen, and Si and Ge. ,
Part or all of a semiconductor consisting of one or more elements selected from the group of elements consisting of Sn is microcrystallized and doped with an element of group III or group V of the periodic table P-type or n-type semiconductor.
求項1記載の半導体。2. The semiconductor according to claim 1, wherein the halogen is F.
を特徴とする請求項1又は2記載の半導体。3. The semiconductor according to claim 1, wherein the composition of Si is 50 atomic% or more.
ばれたすべての元素の合計が約30原子%以下であるこ
とを特徴とする請求項3記載の半導体。4. The semiconductor according to claim 3, wherein the sum of all elements selected from the group of elements consisting of C, N, O and S is about 30 atomic% or less.
から選ばれたすべての元素との合計が60原子%以上9
9原子%以下であることを特徴とする請求項3又は4記
載の半導体。5. The sum of Si and all elements selected from the group of elements consisting of C, N, O and S is 60 atomic% or more and 9 or more.
It is 9 atomic% or less, The semiconductor of Claim 3 or 4 characterized by the above-mentioned.
m)-1以上であることを特徴とする請求項1乃至5記載
の半導体。6. The dark conductivity at 20 ° C. is 10 −8 (Ω · c)
The semiconductor according to claim 1, wherein m) -1 or more.
選ばれた1種以上の元素と、H、Fよりなる元素の群か
ら選ばれた1種以上の元素とからなる真性半導体をi層
とする半導体素子において、ドーピング層の構成要素で
あることを特徴とする請求項1乃至6記載の半導体素
子。7. An intrinsic semiconductor composed of one or more elements selected from the group of elements consisting of Si, Ge and Sn and one or more elements selected from the group of elements consisting of H and F. 7. The semiconductor element as a layer, which is a constituent element of a doping layer, according to claim 1.
層は、その光学的バンドギヤツプEg・optが1.8
5eV以上であり、かつ少なくとも1つの接合の拡散電
位が1.1ボルト以上であることを特徴とする請求項7
記載の半導体素子。8. At least one of the doping layers has an optical bandgap Eg · opt of 1.8.
8. The voltage is 5 eV or more, and the diffusion potential of at least one junction is 1.1 V or more.
The semiconductor device described.
層の厚みが約30〜3000Åであることを特徴とする
請求項8記載の半導体素子。9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the thickness of at least one of the doping layers is about 30 to 3000Å.
はその積層型であることを特徴とする請求項7または8
記載の半導体素子。10. The structure of the semiconductor element is a pin type or a laminated type thereof.
The semiconductor device described.
に形成された複数の発電区域を有し、該区域の集電手段
は各区域に於る光起電力が直列関係になるように互いに
電気的に接続されてなることを特徴とする請求項7乃至
10記載の半導体素子。11. The semiconductor device has a plurality of power generation areas formed on an electrically insulating substrate, and the current collecting means of the areas are mutually connected so that the photovoltaics in the areas are in a series relationship. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is electrically connected.
形成した電気絶縁性基板の上に薄膜で形成されているこ
とを特徴とする請求項11記載の半導体素子。12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the plurality of semiconductor devices are formed as thin films on an electrically insulating substrate formed on a metal foil.
又はSiO、SiO2 、Al2 O3 、又はアモルフアス
若しくは結晶性のSi(1-X) C(X) 、Si
(1-y) N(y) 、Si(1-X-y) Cz Ny 又はアモルフアス
シリコンから選ばれることを特徴とする請求項12記載
の半導体素子。13. The heat-insulating polymer as the electrically insulating thin film,
Or SiO, SiO 2 , Al 2 O 3 , or amorphous or crystalline Si (1-X) C (X) , Si
(1-y) N (y ), Si (1-Xy) C z N y or a semiconductor device according to claim 12, wherein the selected from Amorufu Ass silicon.
には透明な電極を設けたことを特徴とする請求項7乃至
13記載の半導体素子。14. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a transparent electrode provided on at least one side of the semiconductor device.
O2 又はITOとアモルフアス層との界面に約30〜5
00ÅのSnO2 を設けたITO−SnO2 複合電極で
あることを特徴とする請求項14記載の半導体素子。15. The transparent electrode is ITO or Sn.
Approximately 30 to 5 at the interface between O 2 or ITO and the amorphous layer.
The semiconductor device according to claim 14, which is an ITO-SnO 2 composite electrode provided with 00Å SnO 2 .
電界と少なくとも部分的には直交した領域を有する磁界
を備えている装置を用いて、グロー放電分解を行なうこ
とによつて製造されることを特徴とする請求項7乃至1
5記載の半導体素子。16. The amorphous semiconductor is rf.
7. Manufactured by performing glow discharge decomposition using a device comprising a magnetic field having a region at least partially orthogonal to the electric field.
5. The semiconductor device according to item 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3198726A JPH0597413A (en) | 1982-11-01 | 1991-07-12 | Amorphous multicomponent semiconductor and device using the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57192032A JPS5983916A (en) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | Amorphous multielement semiconductor |
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JP (1) | JPH0597413A (en) |
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