JPH0636429B2 - ヘテロ接合光電素子及びヘテロ接合光電装置 - Google Patents
ヘテロ接合光電素子及びヘテロ接合光電装置Info
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- JPH0636429B2 JPH0636429B2 JP57098991A JP9899182A JPH0636429B2 JP H0636429 B2 JPH0636429 B2 JP H0636429B2 JP 57098991 A JP57098991 A JP 57098991A JP 9899182 A JP9899182 A JP 9899182A JP H0636429 B2 JPH0636429 B2 JP H0636429B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明はヘテロ接合光電素子及び装置に関する。
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。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1017
cm-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。
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。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1017
cm-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。
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-aSi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
ーミックコンタクト用電極を設けてなるものである。
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-aSi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
ーミックコンタクト用電極を設けてなるものである。
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ック
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。ところが、この場合p層又はn層で吸収した光が有
効なキヤリヤーにならずロスとなる結果、短絡電流Jsc
が小さく又セル1個の開放電圧Vocも0.8voltと低い点が
実用上の問題であつた。これに対して本発明者等は、特
願昭56−12313号、特願昭56−22690号、
特願昭56−66689号に示すようなワイドギヤップ
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が得られる事を見い出した。
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ック
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。ところが、この場合p層又はn層で吸収した光が有
効なキヤリヤーにならずロスとなる結果、短絡電流Jsc
が小さく又セル1個の開放電圧Vocも0.8voltと低い点が
実用上の問題であつた。これに対して本発明者等は、特
願昭56−12313号、特願昭56−22690号、
特願昭56−66689号に示すようなワイドギヤップ
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が得られる事を見い出した。
本発明者等は電圧をさらに高める為に鋭意研究努力した
結果、本発明を完成するに至つたもので、室温における
電気伝導度が約10-8(Ω・cm)-1以上であるp又はn型の
非晶質Si(1-x)O(x)と非晶質硅素とより形成されるヘテ
ロ接合光電素子に関するもので、以下にその詳細を説明
する。
結果、本発明を完成するに至つたもので、室温における
電気伝導度が約10-8(Ω・cm)-1以上であるp又はn型の
非晶質Si(1-x)O(x)と非晶質硅素とより形成されるヘテ
ロ接合光電素子に関するもので、以下にその詳細を説明
する。
本発明の非晶質で一般式Si(1-x-y)O(x)N(y)で示される
半導体は、シリコンの水素又はフッ素化物とN2Oのグロ
ー放電分解で得られ、その際にIII族の元素化合物例え
ばB2H6、又はV族の元素化合物例えばPH3等でドープし
た半導体を用いる。グロー放電時に添加してもよいが成
膜後にイオンインプランテーションによつて導入しても
よい。そのドープ量は室温における電気伝導度が約10-8
(Ω・cm)-1以上であり、かつそのフェルミレベルがp-i-n
接合した時の拡散電位が約1.1volt以上にするのが良
い。基板温度は上記特性の得られる温度であれば任意で
あるが通常200℃〜450℃が用いられる。本発明ではさら
に好ましくは膜中に水素又はフッ素が約4atom%から40
atom%含まれるのが良い。又a-Si(1-x-y)O(x)N(y)でx
+yが0.04〜0.5の範囲が好ましくy=0でもよい。
半導体は、シリコンの水素又はフッ素化物とN2Oのグロ
ー放電分解で得られ、その際にIII族の元素化合物例え
ばB2H6、又はV族の元素化合物例えばPH3等でドープし
た半導体を用いる。グロー放電時に添加してもよいが成
膜後にイオンインプランテーションによつて導入しても
よい。そのドープ量は室温における電気伝導度が約10-8
(Ω・cm)-1以上であり、かつそのフェルミレベルがp-i-n
接合した時の拡散電位が約1.1volt以上にするのが良
い。基板温度は上記特性の得られる温度であれば任意で
あるが通常200℃〜450℃が用いられる。本発明ではさら
に好ましくは膜中に水素又はフッ素が約4atom%から40
atom%含まれるのが良い。又a-Si(1-x-y)O(x)N(y)でx
+yが0.04〜0.5の範囲が好ましくy=0でもよい。
本発明の半導体は、少なくとも光の入射する側のドープ
層に用いる。
層に用いる。
本発明に用いる光起電力素子の基本構成は、第1図の
(a),(b)に代表例が示される。(a)はp側から光を照射す
るタイプで、例えばステンレス箔−絶縁膜−電極n−i
−p−透明電極の構成、(b)はn側から光を照射するタ
イプで、例えばステンレス箔−絶縁膜−電極−p−i−
n−透明電極の構成である。その他、p層と透明電極の
間に薄い絶縁層をつけたり、薄い金属層をつけた構造で
もよい。要はp-i-n接合を基本とするものであればいか
なる構成でもよい。
(a),(b)に代表例が示される。(a)はp側から光を照射す
るタイプで、例えばステンレス箔−絶縁膜−電極n−i
−p−透明電極の構成、(b)はn側から光を照射するタ
イプで、例えばステンレス箔−絶縁膜−電極−p−i−
n−透明電極の構成である。その他、p層と透明電極の
間に薄い絶縁層をつけたり、薄い金属層をつけた構造で
もよい。要はp-i-n接合を基本とするものであればいか
なる構成でもよい。
i層は、実質的に真性な非晶質半導体でSiを含むもので
あるが、他にGe及び/又はSn及び/又はN及び/又はC
を含んでもよい。i層は、好ましくはシラン若しくはそ
の誘導体、又はフッ化シラン若しくはその誘導体、又は
これらの混合物のグロー放電分解で得られる約10-7秒以
上のキヤリヤー寿命で約1017cm-3eV-1以下の局在準位密
度及び10-3cm2/V以上の易動度をもつ真性アモルファス
シリコンがよい。又III族の元素で補償して実質的に真
性にしてもよい。
あるが、他にGe及び/又はSn及び/又はN及び/又はC
を含んでもよい。i層は、好ましくはシラン若しくはそ
の誘導体、又はフッ化シラン若しくはその誘導体、又は
これらの混合物のグロー放電分解で得られる約10-7秒以
上のキヤリヤー寿命で約1017cm-3eV-1以下の局在準位密
度及び10-3cm2/V以上の易動度をもつ真性アモルファス
シリコンがよい。又III族の元素で補償して実質的に真
性にしてもよい。
pとnの双方に本発明のa-Si(1-x-y)O(x)N(y)を用いて
もよいし一方に非晶質又は微結晶シリコンを用いてもよ
い。本発明では光の入射する側の層(p又はn層)の厚
み50〜300Åが好ましく、i層は通常1000〜10000Å、光
の入射と反対の層は100〜1000Åにされる。本発明では
p層又はn層の少くとも一方、すなわち少くとも光を照
射する側の層が、約1.85eV以上の光学的バンドギヤップ
を有しかつ20℃における電気伝導度が約10-8(Ω・cm)-1
以上である非晶質a-Si(1-x-y)O(x)N(y)であつて、しか
もp-i-n接合した場合の拡散電位Vdが約1.1volts以上で
あることが好ましい。拡散電位Vdは光の入射する側のド
ープ層の光学的バンドギヤップをEg(opt)、活性化エネ
ルギーをEf、もう一方のドープ層の活性化エネルギーを
Ebとすると、Vd=Eg(opt)-Ef-Ebで求めることができ
る。本発明ではさらに室温での電気伝導度が10-8(Ω・c
m)-1以上としているが、これ以下であるとフイルフアク
ターFFが小さくなり変換効率が実用的でなくなるからで
ある。
もよいし一方に非晶質又は微結晶シリコンを用いてもよ
い。本発明では光の入射する側の層(p又はn層)の厚
み50〜300Åが好ましく、i層は通常1000〜10000Å、光
の入射と反対の層は100〜1000Åにされる。本発明では
p層又はn層の少くとも一方、すなわち少くとも光を照
射する側の層が、約1.85eV以上の光学的バンドギヤップ
を有しかつ20℃における電気伝導度が約10-8(Ω・cm)-1
以上である非晶質a-Si(1-x-y)O(x)N(y)であつて、しか
もp-i-n接合した場合の拡散電位Vdが約1.1volts以上で
あることが好ましい。拡散電位Vdは光の入射する側のド
ープ層の光学的バンドギヤップをEg(opt)、活性化エネ
ルギーをEf、もう一方のドープ層の活性化エネルギーを
Ebとすると、Vd=Eg(opt)-Ef-Ebで求めることができ
る。本発明ではさらに室温での電気伝導度が10-8(Ω・c
m)-1以上としているが、これ以下であるとフイルフアク
ターFFが小さくなり変換効率が実用的でなくなるからで
ある。
本発明のヘテロ接合光電素子の基本構造は透明電極と金
属電極でp又はn型の非晶質Si(1-x-y)O(x)N(y)と非晶
質Siをヘテロ接合してなる半導体層を挟んだものである
が、これを具体的に説明すると、次の通りである。代表
的な構造は透明電極/p型アモルファス半導体/i型a-
Si/n型a-Si/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。透明電極はITOやSnO2特にSnO2
が好ましく、p型アモルファス半導体上に直接蒸着して
得られる。又ITOとp型アモルファス半導体の界面に30
〜500ÅのSnO2をつけると更に好ましい。光を照射する
側のa-Si(1-x-y)O(x)N(y)の厚みは約30Åから300Å好ま
しくは50Åから200Åである。この構造とは少し異なる
が、この構造と透明電極/p型アモルファス半導体/i
型a-Si/n型a-Si/電極という基本構造が同じであり、
且つ透明電極が透光性のガラス基板上に形成されている
構造を有する、本発明のヘテロ接合光起電力素子と従来
のアモルファスシリコンp-i-nホモ接合の特性を第3図
に示す。この図において(a)が本発明の場合で効率η=
8.0%、短絡電流Jsc=14.0mA/cm2、開放電圧Voc=0.95v
olts,FF=60.0%を示す。(b)が従来のホモ接合の場合
で、効率η=5.7%、Jsc=11.02mA/cm2,Voc=0.801vol
tsFF=64.7%である。本発明の効果は短絡電流Jscと開
放電圧Vocに特に顕著な効果がみられる。
属電極でp又はn型の非晶質Si(1-x-y)O(x)N(y)と非晶
質Siをヘテロ接合してなる半導体層を挟んだものである
が、これを具体的に説明すると、次の通りである。代表
的な構造は透明電極/p型アモルファス半導体/i型a-
Si/n型a-Si/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。透明電極はITOやSnO2特にSnO2
が好ましく、p型アモルファス半導体上に直接蒸着して
得られる。又ITOとp型アモルファス半導体の界面に30
〜500ÅのSnO2をつけると更に好ましい。光を照射する
側のa-Si(1-x-y)O(x)N(y)の厚みは約30Åから300Å好ま
しくは50Åから200Åである。この構造とは少し異なる
が、この構造と透明電極/p型アモルファス半導体/i
型a-Si/n型a-Si/電極という基本構造が同じであり、
且つ透明電極が透光性のガラス基板上に形成されている
構造を有する、本発明のヘテロ接合光起電力素子と従来
のアモルファスシリコンp-i-nホモ接合の特性を第3図
に示す。この図において(a)が本発明の場合で効率η=
8.0%、短絡電流Jsc=14.0mA/cm2、開放電圧Voc=0.95v
olts,FF=60.0%を示す。(b)が従来のホモ接合の場合
で、効率η=5.7%、Jsc=11.02mA/cm2,Voc=0.801vol
tsFF=64.7%である。本発明の効果は短絡電流Jscと開
放電圧Vocに特に顕著な効果がみられる。
もう1つの代表的な構造は 透明電極/n型アモルファス半導体/i型a-Si/p型a-
Si/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型アモルファス半導体
の厚みは約30Åから300Å好ましくは50Åから200Å、i
型層の厚みは限定されないが約1000Å〜10000Åが通常
用いられる。p型層の厚みは限定されないが約150Å〜6
00Åが用いられる。透明電極の素材及び蒸着法について
は前同様である。
Si/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型アモルファス半導体
の厚みは約30Åから300Å好ましくは50Åから200Å、i
型層の厚みは限定されないが約1000Å〜10000Åが通常
用いられる。p型層の厚みは限定されないが約150Å〜6
00Åが用いられる。透明電極の素材及び蒸着法について
は前同様である。
基板について説明すると、金属箔1はアルミニウム銅、
鉄、ニツケル、ステンレス等の金属の箔で厚みは5μm
〜2mm好ましくは50μm〜1mmのものが用いられる。絶縁
膜2は電気伝導度が約10-7(Ω・cm)-1以下のものであれ
ばいかなるものでもよい。具体的には耐熱性高分子或い
はSiO1SiO2Al2O3アモルファス又は結晶性のSi
(1-x)C(x),Si(1-y)Ny,Si(1-x-y)C(x)N(y)等又はその水
素ハロゲン化物等が用いられる。シランやフッ化シラン
のグロー放電やスパッターで得られるアモルファスシリ
コン(a-Si)でもよい。特に本発明の太陽電池を蛍光燈
下で作動させる電池として電子装置に組み込む場合、AM
-1 100mW/cm2のような強い光が照射されると大きな電
流が流れる為に保護回路が必要になるが、a-Siのように
光照射時の電気伝導度の大きなものを本発明の絶縁膜と
して用いる場合、蛍光燈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。
鉄、ニツケル、ステンレス等の金属の箔で厚みは5μm
〜2mm好ましくは50μm〜1mmのものが用いられる。絶縁
膜2は電気伝導度が約10-7(Ω・cm)-1以下のものであれ
ばいかなるものでもよい。具体的には耐熱性高分子或い
はSiO1SiO2Al2O3アモルファス又は結晶性のSi
(1-x)C(x),Si(1-y)Ny,Si(1-x-y)C(x)N(y)等又はその水
素ハロゲン化物等が用いられる。シランやフッ化シラン
のグロー放電やスパッターで得られるアモルファスシリ
コン(a-Si)でもよい。特に本発明の太陽電池を蛍光燈
下で作動させる電池として電子装置に組み込む場合、AM
-1 100mW/cm2のような強い光が照射されると大きな電
流が流れる為に保護回路が必要になるが、a-Siのように
光照射時の電気伝導度の大きなものを本発明の絶縁膜と
して用いる場合、蛍光燈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。
これらの絶縁膜はCVD、酸化、電子ビーム蒸着、スパッ
タ、グロー放電分解で得られ、その厚みは、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20μ
mぐらいが用いられる。
タ、グロー放電分解で得られ、その厚みは、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20μ
mぐらいが用いられる。
この絶縁膜で金属箔を覆い、その上に下部電極としてN
i、Mo、Al、Pt等の金属電極や、ITO、SnO2等の透明電極を所
望のパターンに蒸着する。第4図は本発明実施例として
の光起電力装置を示し、11は金属箔、12は絶縁膜で13,1
4,15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。
i、Mo、Al、Pt等の金属電極や、ITO、SnO2等の透明電極を所
望のパターンに蒸着する。第4図は本発明実施例として
の光起電力装置を示し、11は金属箔、12は絶縁膜で13,1
4,15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。
該発電区域の各々は本発明のヘテロ接合層16と該層を
挟んで対向する第1電極17及び第2電極18から構成され
ている。ヘテロ接合層16は図示していないが例えば第1
図(a)の構造と同様に基板側から順次堆積されたn型
層、ノンドープ層(i層)及びp型層のヘテロ接合層か
らなり、斯るヘテロ接合層16は第1〜第3の発電区域に
連続して延びている。
挟んで対向する第1電極17及び第2電極18から構成され
ている。ヘテロ接合層16は図示していないが例えば第1
図(a)の構造と同様に基板側から順次堆積されたn型
層、ノンドープ層(i層)及びp型層のヘテロ接合層か
らなり、斯るヘテロ接合層16は第1〜第3の発電区域に
連続して延びている。
第1電極17はp型層をオーミック接触する金属又は酸化
錫、酸化インジウム、ITO(In2O3+xSnO2,x0.1)な
どで構成することができるが、ITOの上に50〜500ÅのSn
O2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In2O3,ITO又はSnO2の上にITOをつけた電極などで構
成される。
錫、酸化インジウム、ITO(In2O3+xSnO2,x0.1)な
どで構成することができるが、ITOの上に50〜500ÅのSn
O2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In2O3,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。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
が選択エッチング手法又は選択スパッタ又は蒸着付着手
法により形成され、第2工程で第1〜第3発電区域に連
続してヘテロ接合層16が形成される。
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。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
が選択エッチング手法又は選択スパッタ又は蒸着付着手
法により形成され、第2工程で第1〜第3発電区域に連
続してヘテロ接合層16が形成される。
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上全面に上記ヘテロ接合層を形成した
後、選択エッ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
みに上記ヘテロ接合層が形成される。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21が選択スパ
ッ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を介して光がヘテロ接合層16に入
ると、第1〜第3発電区域13〜15の夫々において第1図
の場合と同様に起電圧が生じ、各区域の第1、第2電極
17、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13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。
いので、基板7上全面に上記ヘテロ接合層を形成した
後、選択エッ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
みに上記ヘテロ接合層が形成される。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21が選択スパ
ッ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を介して光がヘテロ接合層16に入
ると、第1〜第3発電区域13〜15の夫々において第1図
の場合と同様に起電圧が生じ、各区域の第1、第2電極
17、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13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。
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ヘテロ接合層16の光照射時の低抗
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。必要によりヘテロ接合
光起電力素子層16を各発電区域に分離して形成され、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-SiN,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。
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ヘテロ接合層16の光照射時の低抗
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。必要によりヘテロ接合
光起電力素子層16を各発電区域に分離して形成され、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-SiN,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。
以上の説明より明らかな如く、本発明の光起電力装置
は、本発明に係るヘテロ接合光起電力素子を用い、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事がで
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第1図に示す従来の
製造工程とほとんど変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。
は、本発明に係るヘテロ接合光起電力素子を用い、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事がで
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第1図に示す従来の
製造工程とほとんど変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。
第1図(a)はp層側から光を照射するタイプの光起電力
素子を示す構造図であつて、図中1は金属箔、2は絶縁
膜、3は下部電極、4はn型層、5はi型、6はp型非
晶質a-Si(1-x-y)O(x)N(y)、7は透明電極である。同図
(b)はn層側から光を照射するタイプを示す構造図で、
7は透明電極、4はn型a-Si(1-x-y)O(x)N(y)、5はi
型層、6はp型層、3は下部電極又は絶縁膜、1は金属
箔である。第2図は本発明に係るヘテロp-i-n接合光起
電力素子のエネルギーバンドプロファイルである。第3
図は本発明に用いたヘテロ接合光起電力素子(a)と従来
のa-Si p-i-nホモ接合光起電力素子(b)のAM-1(100mW/cm
2)の電流電圧特性を示す図である。第4図(A)は本発明
実施例装置を示す側面図、同(B)及び(C)は夫々同(A)に
おけるB−B及びC−C断面図である。
素子を示す構造図であつて、図中1は金属箔、2は絶縁
膜、3は下部電極、4はn型層、5はi型、6はp型非
晶質a-Si(1-x-y)O(x)N(y)、7は透明電極である。同図
(b)はn層側から光を照射するタイプを示す構造図で、
7は透明電極、4はn型a-Si(1-x-y)O(x)N(y)、5はi
型層、6はp型層、3は下部電極又は絶縁膜、1は金属
箔である。第2図は本発明に係るヘテロp-i-n接合光起
電力素子のエネルギーバンドプロファイルである。第3
図は本発明に用いたヘテロ接合光起電力素子(a)と従来
のa-Si p-i-nホモ接合光起電力素子(b)のAM-1(100mW/cm
2)の電流電圧特性を示す図である。第4図(A)は本発明
実施例装置を示す側面図、同(B)及び(C)は夫々同(A)に
おけるB−B及びC−C断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−60875(JP,A) 特開 昭55−11329(JP,A) 特開 昭55−115372(JP,A)
Claims (17)
- 【請求項1】室温における電気伝導度が約10-8(Ω・c
m)-1以上であるp型又はn型の 非晶質Si(1-X-Y)O(X)N(Y)(但し、x≠0,y≧0) と非晶質硅素とより形成されることを特徴とするヘテロ
接合光電素子。 - 【請求項2】上記非晶質Si(1-X-Y)O(X)N(Y)は、 0.04<x+y<0.5, y≧0 であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
ヘテロ接合光電素子。 - 【請求項3】上記非晶質Si(1-X-Y)O(X)N(Y)は、膜中
に3atom%乃至40atom%の水素及び/又はフッ素を含
有するものであることを特徴とする特許請求の範囲第1
項又は第2項に記載のヘテロ接合光電素子。 - 【請求項4】前記p型又はn型の非晶質Si(1-X-Y)O(X)
N(Y)は,その光学的バンドギャップEg.optが1.85eV以
上であり、かつ20℃における電気伝導度が約10-8(Ω・
cm)-1以上であり、かつp−i−n接合の拡散電位が約
1.1volts以上であって、i層が真性アモルファスシリコ
ンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
3項の内のいずれかに記載のヘテロ接合光電素子。 - 【請求項5】前記p型又はn型の非晶質Si(1-X-Y)O(X)
N(Y)は、その厚みが約30〜300Åであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項乃至第4項の内のいずれかに記
載のヘテロ接合光電素子。 - 【請求項6】前記ヘテロ接合光電素子は、光線入射側か
ら順次、透光性基板/透明電極/p−i−n接合/金属
電極または透明電極/n−i−p接合/金属電極/絶縁
基板の構造を有することを特徴とする特許請求の範囲第
1項乃至第5項の内のいずれかに記載のヘテロ接合光電
素子。 - 【請求項7】電気絶縁性基板のうえに形成された複数の
発電区域を有し、該区域の各々は、室温における電気伝
導度が約10-8(Ω・cm)-1以上であるp型又はn型の非
晶質Si(1-X-Y)O(X)N(Y)(但し、x≠0,y≧0)と
非晶質硅素とより形成されるヘテロ接合光電素子よりな
り、光照射で発生した電子及び/又は正孔を集める集電
手段を含み、上記各区域の集電手段は各区域における光
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ヘテロ接合光電装置。 - 【請求項8】前記複数の発電区域は、金属箔上に電気絶
縁性薄膜を形成してなる基板のうえに、薄膜で形成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第7項に記載の
ヘテロ接合光電装置。 - 【請求項9】前記基板の電気絶縁性薄膜は、約10-7(Ω
・cm)-1以下の電気伝導度を有する薄膜である事を特徴
とする特許請求の範囲第7項又は第8項に記載のヘテロ
接合光電装置。 - 【請求項10】前記電気絶縁性薄膜が、耐熱性高分子又
はSiO1,SiO2,A2O3又はアモルファス若しくは結
晶性のSi(1-x)C(x),Si(1-y)N(y),Si(1-x-y)C(x)N
(y)又はa-Siから選ばれる事を特徴とする特許請求の範
囲第9項に記載のヘテロ接合光電装置。 - 【請求項11】前記ヘテロ接合光電素子の層が前記各発
電区域上に分離して形成され裏面電極と隣接する受光側
電極が直列に接続される事を特徴とする特許請求の範囲
第7項又は第8項に記載のヘテロ接合光電装置。 - 【請求項12】前記光照射によって発生した電子及び/
又は正孔の集電手段は、少くとも光照射側が透明の電極
である事を特徴とする特許請求の範囲第7項乃至第11項
の内のいずれかに記載のヘテロ接合光電装置。 - 【請求項13】前記透明電極が、ITO若しくはSnO2又はI
TO及び該ITOとヘテロ接合光起電力層との界面に約50〜5
00ÅのSnO2を挟んだものである事を特徴とする特許請求
の範囲第12項に記載のヘテロ接合光電装置。 - 【請求項14】前記光起電力装置において、電極がA
,ステンレス,モリブデン,Pt,Au,Ag,Niの少なくと
も一種以上からなる事を特徴とする特許請求の範囲第7
項乃至第13項の内のいずれかに記載のヘテロ接合光電装
置。 - 【請求項15】前記各発電区域の集電手段相互間の電気
的接続は上記基板上にてなされている事を特徴とする特
許請求の範囲第7項乃至第14項の内のいずれかに記載の
ヘテロ接合光電装置。 - 【請求項16】前記集電手段の要素である第1電極、ヘ
テロ接合光電素子の集電手段の他の要素である第2電極
の形成後に該第2電極側から密着する高分子絶縁膜を設
けてある事を特徴とする特許請求の範囲第7項乃至第13
項の内のいずれかに記載のヘテロ接合光電装置。 - 【請求項17】前記ヘテロ接合光電装置は、主として室
内で使用される携帯可能な小型電子装置の電源であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第7項乃至第16項の内の
いずれかに記載のヘテロ接合光電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57098991A JPH0636429B2 (ja) | 1982-06-08 | 1982-06-08 | ヘテロ接合光電素子及びヘテロ接合光電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57098991A JPH0636429B2 (ja) | 1982-06-08 | 1982-06-08 | ヘテロ接合光電素子及びヘテロ接合光電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58215083A JPS58215083A (ja) | 1983-12-14 |
JPH0636429B2 true JPH0636429B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=14234452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57098991A Expired - Lifetime JPH0636429B2 (ja) | 1982-06-08 | 1982-06-08 | ヘテロ接合光電素子及びヘテロ接合光電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0636429B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4726851A (en) * | 1984-11-27 | 1988-02-23 | Toa Nenryo Kogyo K.K. | Amorphous silicon semiconductor film and production process thereof |
US4843439A (en) * | 1985-08-28 | 1989-06-27 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Tailorable infrared sensing device with strain layer superlattice structure |
JPS6352486A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-05 | Hitachi Ltd | 非晶質太陽電池 |
US4711857A (en) * | 1986-08-28 | 1987-12-08 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Tailorable infrared sensing device with strain layer superlattice structure |
US5528071A (en) * | 1990-01-18 | 1996-06-18 | Russell; Jimmie L. | P-I-N photodiode with transparent conductor n+layer |
JP5224470B2 (ja) * | 2009-07-31 | 2013-07-03 | 国立大学法人東北大学 | 光電変換部材 |
JP5446022B2 (ja) * | 2013-03-06 | 2014-03-19 | 国立大学法人東北大学 | 光電変換部材 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5511329A (en) * | 1978-07-08 | 1980-01-26 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device |
JPS55115372A (en) * | 1979-02-27 | 1980-09-05 | Sanyo Electric Co Ltd | Photovoltaic device |
JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
-
1982
- 1982-06-08 JP JP57098991A patent/JPH0636429B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58215083A (ja) | 1983-12-14 |
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