JPH065766B2 - 光起電力装置およびその製造方法 - Google Patents
光起電力装置およびその製造方法Info
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- JPH065766B2 JPH065766B2 JP59074814A JP7481484A JPH065766B2 JP H065766 B2 JPH065766 B2 JP H065766B2 JP 59074814 A JP59074814 A JP 59074814A JP 7481484 A JP7481484 A JP 7481484A JP H065766 B2 JPH065766 B2 JP H065766B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は一般に光起電力装置およびその製造方法に関
し、更に特別には、バンドギャップの狭い少なくとも１
つのアモルファス半導体合金領域を含む光起電力装置お
よびその製造方法に関する。本装置は増倍開放回路電圧
を与え、且つ本発明はアモルファス半導体タンデム形光
起電力装置およびその製造方法の使用に最も適して与え
られる。
し、更に特別には、バンドギャップの狭い少なくとも１
つのアモルファス半導体合金領域を含む光起電力装置お
よびその製造方法に関する。本装置は増倍開放回路電圧
を与え、且つ本発明はアモルファス半導体タンデム形光
起電力装置およびその製造方法の使用に最も適して与え
られる。
本発明は基板上に付着（デポジット）されたアモルファ
ス半導体合金多重領域から形成される光起電力装置およ
びその製造方法に関係する。本発明は更にバンドギャッ
プの狭い少なくとも１つのアモルファス半導体合金領域
を含み、かつ増倍開放回路電圧を与える光起電力装置お
よびその製造方法に関係する。
ス半導体合金多重領域から形成される光起電力装置およ
びその製造方法に関係する。本発明は更にバンドギャッ
プの狭い少なくとも１つのアモルファス半導体合金領域
を含み、かつ増倍開放回路電圧を与える光起電力装置お
よびその製造方法に関係する。
最近、アモルファス半導体合金を付着させるシステムを
開発するためにかなりの研究がなされている。この合金
の各々は比較的大きな領域をおおうことが出来、且つド
ーピングされてｎ形及びｐ形材料を形成し、これにより
ｐ−ｉ−ｎ形素子及び動作時に光起電力特性を与える他
の種類の装置、及びこれらの合金の結晶性対応素子にほ
ぼ等価なその他の応用装置を与えることが出来るもので
ある。
開発するためにかなりの研究がなされている。この合金
の各々は比較的大きな領域をおおうことが出来、且つド
ーピングされてｎ形及びｐ形材料を形成し、これにより
ｐ−ｉ−ｎ形素子及び動作時に光起電力特性を与える他
の種類の装置、及びこれらの合金の結晶性対応素子にほ
ぼ等価なその他の応用装置を与えることが出来るもので
ある。
現在ではグロー放電法により、合金のエネルギーギャッ
プ内に許容出来る局在状態濃度を持ち、且つ高品質の電
子特性を与えるアモルファスシリコン合金を作製するこ
とが可能である。この方法は、１９８０年１０月７日付
発行のStamford R. OvshinskyとArum Madanによる米国
特許第4,226,898号に開示された結晶性半導体に等価な
アモルファス半導体と題する特許明細書に詳述されてお
り、又前記の合金は１９８０年８月１２日付のR. Ovshi
nskyとMasatsugu Izuによる同一名称の米国特許第4,21
7,374号に詳述された気相付着法により作成される。こ
れ等の特許明細書に開示されたように、アモルファスシ
リコン半導体に導入されたふっ素は該半導体の局在欠陥
状態密度を実質的に減らし、且つゲルマニウムなどの他
の合金物質の付加を容易にする働きがある。
プ内に許容出来る局在状態濃度を持ち、且つ高品質の電
子特性を与えるアモルファスシリコン合金を作製するこ
とが可能である。この方法は、１９８０年１０月７日付
発行のStamford R. OvshinskyとArum Madanによる米国
特許第4,226,898号に開示された結晶性半導体に等価な
アモルファス半導体と題する特許明細書に詳述されてお
り、又前記の合金は１９８０年８月１２日付のR. Ovshi
nskyとMasatsugu Izuによる同一名称の米国特許第4,21
7,374号に詳述された気相付着法により作成される。こ
れ等の特許明細書に開示されたように、アモルファスシ
リコン半導体に導入されたふっ素は該半導体の局在欠陥
状態密度を実質的に減らし、且つゲルマニウムなどの他
の合金物質の付加を容易にする働きがある。
アモルファス半導体材料は、かかる材料により光起電力
装置の大量生産が可能になるため、商業的に非常に重要
である。太陽電池の製造にはバッチ処理するしかない結
晶性シリコンとは異なり、アモルファス半導体合金は基
板の広い領域に多重層の形で付着され大容量の連続処理
システムで太陽電池を作製することが出来る。この種の
連続処理システムは、例えば、係属出願中ではあるが、
ｐ形ドーピングシリコン膜、作製法及びそれから形成さ
れる装置と題する１９８０年５月１９日付の米国特許出
願第１５1,3０１号と、連続アモルファス半導体材料デ
ポジションシステムと題する１９８１年３月１６日付の
米国特許出願第２４4,3８６号と、連続アモルファス太
陽電池生産システムと題する１９８１年３月１６日付の
米国特許出願第２４0,4９３号と、多重室付着・分離シ
ステムと題する１９８１年９月２８日付の米国特許出願
第３０6,1４６号とに開示されている。これ等の特許出
願に開示されているように、ステンレス鋼から形成され
た基板は、例えば、各室が特定物質の付着に用いられる
連続する付着室を通して連続的に前進するようになされ
る。
装置の大量生産が可能になるため、商業的に非常に重要
である。太陽電池の製造にはバッチ処理するしかない結
晶性シリコンとは異なり、アモルファス半導体合金は基
板の広い領域に多重層の形で付着され大容量の連続処理
システムで太陽電池を作製することが出来る。この種の
連続処理システムは、例えば、係属出願中ではあるが、
ｐ形ドーピングシリコン膜、作製法及びそれから形成さ
れる装置と題する１９８０年５月１９日付の米国特許出
願第１５1,3０１号と、連続アモルファス半導体材料デ
ポジションシステムと題する１９８１年３月１６日付の
米国特許出願第２４4,3８６号と、連続アモルファス太
陽電池生産システムと題する１９８１年３月１６日付の
米国特許出願第２４0,4９３号と、多重室付着・分離シ
ステムと題する１９８１年９月２８日付の米国特許出願
第３０6,1４６号とに開示されている。これ等の特許出
願に開示されているように、ステンレス鋼から形成され
た基板は、例えば、各室が特定物質の付着に用いられる
連続する付着室を通して連続的に前進するようになされ
る。
ｐ−ｉ−ｎ形構の太陽電池を作製する場合、第１室はｐ
形アモルファスシリコン合金の付着のために用いられ、
第２室は真性アモルファスシリコン合金の付着のために
用いられ、又、第３室は、ｎ形アモルファスシリコン合
金の付着のために用いられる。それぞれの付着合金、及
び特に真性合金は高純度でなくてはならず、従って真性
付着室内の付着環境は他の付着室内部のドーピング成分
から分離され、これによって真性室へのドーピング成分
の拡散が防止されるようになっている。上記の特許出願
においては、システムは主として光起電力セルの生産に
関係し、付着室間の分離はガスゲートにより達成され、
ここに該ガスゲートは、これを通して一方向ガス流が確
立され、不活性ガスが基板物質のウエブ周囲を走査され
るものである。
形アモルファスシリコン合金の付着のために用いられ、
第２室は真性アモルファスシリコン合金の付着のために
用いられ、又、第３室は、ｎ形アモルファスシリコン合
金の付着のために用いられる。それぞれの付着合金、及
び特に真性合金は高純度でなくてはならず、従って真性
付着室内の付着環境は他の付着室内部のドーピング成分
から分離され、これによって真性室へのドーピング成分
の拡散が防止されるようになっている。上記の特許出願
においては、システムは主として光起電力セルの生産に
関係し、付着室間の分離はガスゲートにより達成され、
ここに該ガスゲートは、これを通して一方向ガス流が確
立され、不活性ガスが基板物質のウエブ周囲を走査され
るものである。
光起電力装置の効率を増強するために多重セルを利用す
る方法は、E.D.Jacksonによって少なくとも１９５５年
に、又１９６０年８月１６日付の米国特許第2,949,498
号によって検討された。そこで検討された多重セルの構
造はｐ−ｎ接合結晶性半導体装置を利用するものであっ
た。この方法の本質的に重要な点はバンドギャップが異
なる装置を用いて太陽スペクトルの広い部分を効率的に
集め、開放回路電圧（Voc）を増加させることにある。
タンデム形セル装置は、２つ以上のセルを持ち、光を順
次各セルを通して与え、１つ以上の小さなバンドギャッ
プを持つ物質と大きなバンドギャップを持つ物質を用い
て先行するセル又は付着層を通過した光を吸収させるよ
うにしたものである。
る方法は、E.D.Jacksonによって少なくとも１９５５年
に、又１９６０年８月１６日付の米国特許第2,949,498
号によって検討された。そこで検討された多重セルの構
造はｐ−ｎ接合結晶性半導体装置を利用するものであっ
た。この方法の本質的に重要な点はバンドギャップが異
なる装置を用いて太陽スペクトルの広い部分を効率的に
集め、開放回路電圧（Voc）を増加させることにある。
タンデム形セル装置は、２つ以上のセルを持ち、光を順
次各セルを通して与え、１つ以上の小さなバンドギャッ
プを持つ物質と大きなバンドギャップを持つ物質を用い
て先行するセル又は付着層を通過した光を吸収させるよ
うにしたものである。
アモルファス半導体合金から作られるタンデム形光起電
力装置は、単一セル装置に比べて太陽スペクトルの利用
度を上げ、電気エネルギーを生成している。かかるタン
デム装置及びその製造法は、例えば、１９８２年３月１
９日出願のタンデムアモルファス光起電力セルの連続的
作製法及びその装置と題する米国特許出願第359,825号
に開示されている。そこに開示されたタンデム形装置及
び本発明が特に意図する装置は基板に対し直列に配置さ
れたｐ−ｉ−ｎ構成の複数個のアモルファス半導体光起
電力セルを装備している。セルの真性領域は異なるバン
ドギャップを持ち、このバンドギャップは上部セル（光
が初めに入射するセル）から下部セルに向けて徐々に狭
くなることが好ましい。この結果各セルは太陽スペクト
ルの異なる部分の光子を吸収して電荷担体を生成し、又
収集した電荷担体から電流を生成することになる。これ
はバンドギャップとセルの真性領域を上記のように調節
することにより達成出来る。
力装置は、単一セル装置に比べて太陽スペクトルの利用
度を上げ、電気エネルギーを生成している。かかるタン
デム装置及びその製造法は、例えば、１９８２年３月１
９日出願のタンデムアモルファス光起電力セルの連続的
作製法及びその装置と題する米国特許出願第359,825号
に開示されている。そこに開示されたタンデム形装置及
び本発明が特に意図する装置は基板に対し直列に配置さ
れたｐ−ｉ−ｎ構成の複数個のアモルファス半導体光起
電力セルを装備している。セルの真性領域は異なるバン
ドギャップを持ち、このバンドギャップは上部セル（光
が初めに入射するセル）から下部セルに向けて徐々に狭
くなることが好ましい。この結果各セルは太陽スペクト
ルの異なる部分の光子を吸収して電荷担体を生成し、又
収集した電荷担体から電流を生成することになる。これ
はバンドギャップとセルの真性領域を上記のように調節
することにより達成出来る。
セルの真性領域のバンドギャップを適切に調節するため
には、真性領域の少なくとも１つのバンドギャップを狭
くする必要がある。装置がアモルファスシリコン合金で
作られている時は、アモルファスシリコンに１つ以上の
バンドギャップ低減元素を取り込むことが必要である。
ゲルマニウムはかかるバンドギャップ低減元素の１つで
ある。
には、真性領域の少なくとも１つのバンドギャップを狭
くする必要がある。装置がアモルファスシリコン合金で
作られている時は、アモルファスシリコンに１つ以上の
バンドギャップ低減元素を取り込むことが必要である。
ゲルマニウムはかかるバンドギャップ低減元素の１つで
ある。
ゲルマニウムは、例えば、シラン（SiH4）などのガスを
含有するシリコンと共にゲルマンガス（GeH4）をグロー
放電により分解することによってアモルファスシリコン
合金に取り込ませることが出来る。しかしながら、合金
内のゲルマニウム濃度が増加するにつれてその電気的性
質が劣化することが見出されている。これ等の合金の電
気的性質の劣化は主としてこれ等の物質のバンドギャッ
プにおける欠陥状態密度が増加することに起因するもの
である。このため、アモルファスシリコン−ゲルマニウ
ム合金は電荷担体の寿命が短かく、担体収集幅が狭く、
暗時導電率が大きくなる。電気的性質は、ゲルマニウム
濃度が約５０％以上になるまで減少し、その結果、調節
されたバンドギャップは約1.4eVより小さい幅になり、
従って問題の物質は光起電力の用途には適さなくなる。
アモルファスシリコン合金の欠陥状態密度の増加のため
に開放回路電圧は減少し、減少量はバンドギャップの減
少により都合よく説明出来る値より大きい。この電圧減
少は、欠陥状態が増加したために惹起される再結合の増
加に起因し、又、バンドギャップと、ドーピングされた
領域と真性領域との境界における構造的な不整合により
導入される境界状態とに起因する。
含有するシリコンと共にゲルマンガス（GeH4）をグロー
放電により分解することによってアモルファスシリコン
合金に取り込ませることが出来る。しかしながら、合金
内のゲルマニウム濃度が増加するにつれてその電気的性
質が劣化することが見出されている。これ等の合金の電
気的性質の劣化は主としてこれ等の物質のバンドギャッ
プにおける欠陥状態密度が増加することに起因するもの
である。このため、アモルファスシリコン−ゲルマニウ
ム合金は電荷担体の寿命が短かく、担体収集幅が狭く、
暗時導電率が大きくなる。電気的性質は、ゲルマニウム
濃度が約５０％以上になるまで減少し、その結果、調節
されたバンドギャップは約1.4eVより小さい幅になり、
従って問題の物質は光起電力の用途には適さなくなる。
アモルファスシリコン合金の欠陥状態密度の増加のため
に開放回路電圧は減少し、減少量はバンドギャップの減
少により都合よく説明出来る値より大きい。この電圧減
少は、欠陥状態が増加したために惹起される再結合の増
加に起因し、又、バンドギャップと、ドーピングされた
領域と真性領域との境界における構造的な不整合により
導入される境界状態とに起因する。
従って出願人は、前記の問題点を克服する、アモルファ
スシリコン−ゲルマニウム合金を取り込んだ、光起電力
装置の性能を改良する新しい改良式の装置をここに発明
した。本発明による新しい改良式装置は前記の狭いバン
ドギャップ合金を用いた場合に以前得られた値より大き
な増倍開放回路電圧（Voc）を与える。
スシリコン−ゲルマニウム合金を取り込んだ、光起電力
装置の性能を改良する新しい改良式の装置をここに発明
した。本発明による新しい改良式装置は前記の狭いバン
ドギャップ合金を用いた場合に以前得られた値より大き
な増倍開放回路電圧（Voc）を与える。
この増倍効果は、単一セル装置の装置効率の全体にわた
る増加が約１０％になる８０mVの値を与える。
る増加が約１０％になる８０mVの値を与える。
すなわち、本発明に係る光起電力装置は、ｐ型半導体領
域とｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域および前記ｎ
型半導体領域の間に設けられた真性半導体領域とを有す
る光起電力装置において、前記真性半導体領域は、シリ
コンとバンドギャップ低減元素とを含むアモルファス半
導体からなる第１の真性半導体領域と，前記第１の真性
半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間および前記第１
の真性半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間にそれぞ
れ設けられたアモルファスシリコンからなる第２および
第３の真性半導体領域とを含んでおり、前記第１の真性
半導体領域のバンドギャップは前記第２および第３の真
性半導体領域のバンドギャップより狭く、前記第２およ
び第３の真性半導体領域の状態密度は前記第１の真性半
導体領域の状態密度より低く、前記第２および第３の真
性半導体領域の厚みは前記第１の真性半導体領域の厚み
より薄いことを特徴とする。
域とｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域および前記ｎ
型半導体領域の間に設けられた真性半導体領域とを有す
る光起電力装置において、前記真性半導体領域は、シリ
コンとバンドギャップ低減元素とを含むアモルファス半
導体からなる第１の真性半導体領域と，前記第１の真性
半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間および前記第１
の真性半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間にそれぞ
れ設けられたアモルファスシリコンからなる第２および
第３の真性半導体領域とを含んでおり、前記第１の真性
半導体領域のバンドギャップは前記第２および第３の真
性半導体領域のバンドギャップより狭く、前記第２およ
び第３の真性半導体領域の状態密度は前記第１の真性半
導体領域の状態密度より低く、前記第２および第３の真
性半導体領域の厚みは前記第１の真性半導体領域の厚み
より薄いことを特徴とする。
また、本発明に係る光起電力装置の製造方法は、ｐ型半
導体とｎ型半導体からなる一対のドープ領域と該一対の
ドープ領域の間に設けられた真性半導体領域とを有する
光起電力装置の製造方法において、前記一対のドープ領
域のうち一方を形成した後に、バンドギャップ低減元素
を含むガスを導入することなく、シランガスを成膜室に
導入してアモルファスシリコンの真性半導体領域を形成
し、その上にバンドギャップ低減元素を含むガスとシラ
ンガスとを成膜室に導入して前記アモルファスシリコン
の真性半導体領域より厚みが大きくかつバンドギャップ
が小さいシリコンとバンドギャップ低減元素とを含むア
モルファス真性半導体領域を形成し、その上にバンドギ
ャップ低減元素を含むガスを導入することなくシランガ
スを成膜室に導入した前記シリコンとバンドギャップ低
減元素とを含むアモルファス真性半導体領域より厚みが
小さくかつバンドギャップが大きいアモルファスシリコ
ンの真性半導体領域を形成し、その上に前記一対のドー
プ領域のうち他方を形成することを特徴とする。
導体とｎ型半導体からなる一対のドープ領域と該一対の
ドープ領域の間に設けられた真性半導体領域とを有する
光起電力装置の製造方法において、前記一対のドープ領
域のうち一方を形成した後に、バンドギャップ低減元素
を含むガスを導入することなく、シランガスを成膜室に
導入してアモルファスシリコンの真性半導体領域を形成
し、その上にバンドギャップ低減元素を含むガスとシラ
ンガスとを成膜室に導入して前記アモルファスシリコン
の真性半導体領域より厚みが大きくかつバンドギャップ
が小さいシリコンとバンドギャップ低減元素とを含むア
モルファス真性半導体領域を形成し、その上にバンドギ
ャップ低減元素を含むガスを導入することなくシランガ
スを成膜室に導入した前記シリコンとバンドギャップ低
減元素とを含むアモルファス真性半導体領域より厚みが
小さくかつバンドギャップが大きいアモルファスシリコ
ンの真性半導体領域を形成し、その上に前記一対のドー
プ領域のうち他方を形成することを特徴とする。
第１真性領域は、内部に少くとも１つのバンドギャップ
低減元素を含むことができ、第２真性領域よりも高い状
態密度を有する。バンドギャップ低減元素はゲルマニウ
ム、スズ又は鉛であり得る。
低減元素を含むことができ、第２真性領域よりも高い状
態密度を有する。バンドギャップ低減元素はゲルマニウ
ム、スズ又は鉛であり得る。
真性領域は好ましくはアモルファス半導体合金、例え
ば、水素及び／又はフッ素を含むアモルファスシリコン
合金から形成されるのが好ましい。第２真性領域は好ま
しくは装置の光入射側にある。
ば、水素及び／又はフッ素を含むアモルファスシリコン
合金から形成されるのが好ましい。第２真性領域は好ま
しくは装置の光入射側にある。
真性体は更に、第２真性領域と反対側の第１真性領域の
側に第３真性領域を含む。第３真性領域も第１真性領域
よりも広いバンドギャップを有する。
側に第３真性領域を含む。第３真性領域も第１真性領域
よりも広いバンドギャップを有する。
まず、本発明に係る光起電力装置を製造する装置の一例
を、第１図および第２図を参照しながら説明する。
を、第１図および第２図を参照しながら説明する。
ここで、第１図を参照するとわかるように、ハウジング
１２を含むグロー放電付着システム１０が与えられる。
ハウジング１２は真空室１４を収納し、取入れ室１６と
取出し室１８とを有する。陰極裏部材２０が絶縁体２２
を通して真空室１１に固定される。
１２を含むグロー放電付着システム１０が与えられる。
ハウジング１２は真空室１４を収納し、取入れ室１６と
取出し室１８とを有する。陰極裏部材２０が絶縁体２２
を通して真空室１１に固定される。
裏部材２０は該部材の周囲を囲む絶縁スリーブ２４を有
する。暗空間シールド２６がスリーブ２４から隔置され
その周辺に配置される。基板２８がホルダー３２により
裏部材２０の内部端部に確保される。ホルダー３２はね
じ込み可能になされるか、又は従来のように裏部材２０
に、これとの電気的接触を保って確保可能である。
する。暗空間シールド２６がスリーブ２４から隔置され
その周辺に配置される。基板２８がホルダー３２により
裏部材２０の内部端部に確保される。ホルダー３２はね
じ込み可能になされるか、又は従来のように裏部材２０
に、これとの電気的接触を保って確保可能である。
陰極裏打部材２０はウエル３４を有し、該ウエル内に裏
打部材２０、従って基板２８を加熱する電気ヒータ３６
がそう入される。陰極裏打部材２０は又、該部材２０の
温度を測定する感温プローブ３８を有する。この感温プ
ローブ３８はヒータ３６の付勢を制御して裏打部材２０
と基板２８を所望の温度に維持するために用いられる。
打部材２０、従って基板２８を加熱する電気ヒータ３６
がそう入される。陰極裏打部材２０は又、該部材２０の
温度を測定する感温プローブ３８を有する。この感温プ
ローブ３８はヒータ３６の付勢を制御して裏打部材２０
と基板２８を所望の温度に維持するために用いられる。
システム１０は又電極４０を有し、該電極はハウジング
１２から陰極裏打部材２０から隔置された真空室１４に
延在する。電極４０は該電極４０を囲むシールド４２を
備え、又、該シールドは次に、その上に固定された基板
４４を載せている。電極４０はウエル４６を有し、該ウ
エルに電極ヒータ４８がそう入される。電極４０は又電
極４０、従って基板４４の温度を測定する感温プローブ
５０を備える。プローブ５０はヒータ４８の付勢を制御
して電極４０と基板４４とを部材２０とは関係なく所望
温度に維持するために用いられる。
１２から陰極裏打部材２０から隔置された真空室１４に
延在する。電極４０は該電極４０を囲むシールド４２を
備え、又、該シールドは次に、その上に固定された基板
４４を載せている。電極４０はウエル４６を有し、該ウ
エルに電極ヒータ４８がそう入される。電極４０は又電
極４０、従って基板４４の温度を測定する感温プローブ
５０を備える。プローブ５０はヒータ４８の付勢を制御
して電極４０と基板４４とを部材２０とは関係なく所望
温度に維持するために用いられる。
グロー放電プラズマが無線周波交流又は直流定電源から
の電力により基板２８及び４４間の空間４２に生成さ
れ、前記電源は接地に結合される電極４０への空間５２
を通して陰極裏打部材２０に結合される。真空室１４は
粒子トラップ５６を通して室１４へ結合された真空ポン
プ５４により所望の圧力に排気される。圧力ゲージが真
空システムに結合され、又、これはポンプ５４を制御し
てシステム１０を所望の圧力に維持するために用いられ
る。
の電力により基板２８及び４４間の空間４２に生成さ
れ、前記電源は接地に結合される電極４０への空間５２
を通して陰極裏打部材２０に結合される。真空室１４は
粒子トラップ５６を通して室１４へ結合された真空ポン
プ５４により所望の圧力に排気される。圧力ゲージが真
空システムに結合され、又、これはポンプ５４を制御し
てシステム１０を所望の圧力に維持するために用いられ
る。
ハウジング１２の取入れ室１６は複数個のダクト６０を
有することが好ましく、ここに該ダクトは物質をシステ
ム１０に導入するために用いられ、前記の物質は前記シ
ステム内で混合され、且つグロー放電プラズマ空間５２
内の室１４内で基板２８及び４４に付着される。所望の
場合は、取入れ室１６は遠隔位置に配置されることが出
来、又ガスは室１４に供給される前に予備混合され得
る。ガス状物質は過装置又は他の純化装置６２を通し
てバルブ６４により制御された速度でダクト６０に供給
される。
有することが好ましく、ここに該ダクトは物質をシステ
ム１０に導入するために用いられ、前記の物質は前記シ
ステム内で混合され、且つグロー放電プラズマ空間５２
内の室１４内で基板２８及び４４に付着される。所望の
場合は、取入れ室１６は遠隔位置に配置されることが出
来、又ガスは室１４に供給される前に予備混合され得
る。ガス状物質は過装置又は他の純化装置６２を通し
てバルブ６４により制御された速度でダクト６０に供給
される。
物質が初めはガス状態ではなく、液体又は固定の状態で
与えられる時は、前記物質は６８で示したように密封容
器６６内に配置することが出来る。次に物質６８はヒー
タ７０により加熱され、容器６６内のその蒸気圧を増加
させる。アルゴンなどの適切なガスがディップチューブ
７２を通して物質６８に供給され、これによって物質６
８の蒸気が捕えられ、フィルター62′及びバルブ64′を
通して蒸気がダクト６０、従ってシステム１０に搬送さ
れる。
与えられる時は、前記物質は６８で示したように密封容
器６６内に配置することが出来る。次に物質６８はヒー
タ７０により加熱され、容器６６内のその蒸気圧を増加
させる。アルゴンなどの適切なガスがディップチューブ
７２を通して物質６８に供給され、これによって物質６
８の蒸気が捕えられ、フィルター62′及びバルブ64′を
通して蒸気がダクト６０、従ってシステム１０に搬送さ
れる。
取入れ室１６及び取出し室１８はスクリーン装置７４を
備えることが好ましく、これによりプラズマは室１４、
そして主として基板２８と４４との間に閉じ込められ
る。
備えることが好ましく、これによりプラズマは室１４、
そして主として基板２８と４４との間に閉じ込められ
る。
ダクト６０を通して供給された物質は取り入れ室１６で
混合され、次にグロー放電空間５２に導かれ、これによ
りプラズマが維持され、且つシリコン、ふっ素、及び、
水素、及び／又はドーパント又はそれ以外の所望の物質
を取り込んで基板上に合金が付着される。
混合され、次にグロー放電空間５２に導かれ、これによ
りプラズマが維持され、且つシリコン、ふっ素、及び、
水素、及び／又はドーパント又はそれ以外の所望の物質
を取り込んで基板上に合金が付着される。
動作中は、及び真性アモルファスシリコン合金層を付着
させるために、システム１０は先ず付着前に所望の付着
圧力、例えば２０mtorr以下に排気される。出発物質、
又は反応ガス、例えばシランガス（SiH4）又は四フッ化
ケイ素（SiF4）及び分子水素（H2）及び／又はシランな
どが別々のダクト６０を通して取入れ室１６に供給さ
れ、次に取入れ室内で混合される。この混合ガスは真空
室に導かれ、約１トルのその分圧を維持する。1000Ｖ以
上の直流電圧を用いるか、周波数が１3.５６MHz又はそ
の他の所望周波数で動作する約５０Ｗの無線周波電力に
より基板２８と４４の間の空間５２にプラズマが生成さ
れる。
させるために、システム１０は先ず付着前に所望の付着
圧力、例えば２０mtorr以下に排気される。出発物質、
又は反応ガス、例えばシランガス（SiH4）又は四フッ化
ケイ素（SiF4）及び分子水素（H2）及び／又はシランな
どが別々のダクト６０を通して取入れ室１６に供給さ
れ、次に取入れ室内で混合される。この混合ガスは真空
室に導かれ、約１トルのその分圧を維持する。1000Ｖ以
上の直流電圧を用いるか、周波数が１3.５６MHz又はそ
の他の所望周波数で動作する約５０Ｗの無線周波電力に
より基板２８と４４の間の空間５２にプラズマが生成さ
れる。
バンドギャップの狭い真性アモルファスシリコン−ゲル
マニウム合金を作製するために、ゲルマンガス（GeH4）
が他の開始用真性反応ガスと共に取入れ室１６に供給可
能である。このための混合ガス組成はシラン１０部、ゲ
ルマン１部、及び水素８９部、又は、四フッ化ケイ素１
部、シラン１部、ゲルマン１部、及び水素５部である。
マニウム合金を作製するために、ゲルマンガス（GeH4）
が他の開始用真性反応ガスと共に取入れ室１６に供給可
能である。このための混合ガス組成はシラン１０部、ゲ
ルマン１部、及び水素８９部、又は、四フッ化ケイ素１
部、シラン１部、ゲルマン１部、及び水素５部である。
上記のように付着された真性アモルファスシリコン合金
の他に、以下に記載される種々の実施例に例示される本
発明の装置は又ドーピングされたアモルファスシリコン
合金を利用するものである。これらのドーピングされた
合金層は導電率がｐ又はｎ形であり、シラン（SiH4）又
は四フッ化ケイ素（SiF4）及び／又は水素及び／又はシ
ランなどの真性開始物質と共に適当なドーパントを真空
室に導入することによって作製することが出来る。
の他に、以下に記載される種々の実施例に例示される本
発明の装置は又ドーピングされたアモルファスシリコン
合金を利用するものである。これらのドーピングされた
合金層は導電率がｐ又はｎ形であり、シラン（SiH4）又
は四フッ化ケイ素（SiF4）及び／又は水素及び／又はシ
ランなどの真性開始物質と共に適当なドーパントを真空
室に導入することによって作製することが出来る。
ｎ形又はｐ形ドーピング層に対しては、物質は付着時の
ドーパント物質の濃度が５〜１００ppmとなるようにド
ーピングされ得る。ｎ形ドーパントとしては燐、砒素、
アンチモン、又はビスマスなどが用いられる。ｎ形ドー
ピング層は少なくともも四フッ化ケイ素（SiH4）及びホ
スフイン（PH3）のグロー放電分解により付着される。
水素及び／又はシランガス（SiH4）もこの混合ガスに添
加可能である。
ドーパント物質の濃度が５〜１００ppmとなるようにド
ーピングされ得る。ｎ形ドーパントとしては燐、砒素、
アンチモン、又はビスマスなどが用いられる。ｎ形ドー
ピング層は少なくともも四フッ化ケイ素（SiH4）及びホ
スフイン（PH3）のグロー放電分解により付着される。
水素及び／又はシランガス（SiH4）もこの混合ガスに添
加可能である。
ｐ形ドーパントとしては硼素、アルミニウム、ガリウ
ム、インジウム、又はタリウムを用いることが出来る。
ｐ形ドーピング層は少なくともシラン及びジボラン（B2
H6）又は四フッ化ケイ素及びジボランのグロー放電分解
により付着されるのが好ましい。
ム、インジウム、又はタリウムを用いることが出来る。
ｐ形ドーピング層は少なくともシラン及びジボラン（B2
H6）又は四フッ化ケイ素及びジボランのグロー放電分解
により付着されるのが好ましい。
本装置のドーピングされた層は、使用物質の形態及び使
用基板の種類に応じて、２００℃〜約1000℃の種々の温
度範囲で付着される。アルミニウム基板は、その上限温
度が約６００℃を越えるべきではなく、又、ステンレス
鋼は約1000℃以上であってもよい。初めシランガスから
付着された真性の、及びドーピングされた合金に対して
は、基板温度は約４００℃以下、好ましくは225℃であ
るべきである。
用基板の種類に応じて、２００℃〜約1000℃の種々の温
度範囲で付着される。アルミニウム基板は、その上限温
度が約６００℃を越えるべきではなく、又、ステンレス
鋼は約1000℃以上であってもよい。初めシランガスから
付着された真性の、及びドーピングされた合金に対して
は、基板温度は約４００℃以下、好ましくは225℃であ
るべきである。
ここで第３図には、参考例に係るｐ−ｉ−ｎ装置の断面
が図示してある。装置８０は基板８２を有し、該基板
は、例えば、ステンレス鋼又はアルミニウムから作られ
た可撓性のウエブである。基板８２は所望の幅と長さの
ものが用いられ、好ましくは３ミルの厚さである。
が図示してある。装置８０は基板８２を有し、該基板
は、例えば、ステンレス鋼又はアルミニウムから作られ
た可撓性のウエブである。基板８２は所望の幅と長さの
ものが用いられ、好ましくは３ミルの厚さである。
電極８６は基板８２上に１つ以上の層を形成するように
付着され、これによってセル８０用のベース電極が形成
される。電極８６層又はその複数の層が蒸着によって付
着され、この付着工程は比較的迅速である。電極層は例
えば銀、モリブデン、アルミニウム、クロム、又は銅な
どの反射性金属から形成されるのが好ましい。この反射
電極の使用が好ましい理由は、太陽電池においては、装
置を通過した非吸収光は電極層８６から反射され、ここ
に光は再び装置を通過し、該装置は次により多くの光エ
ネルギーを吸収して装置効率を改善するためである。
付着され、これによってセル８０用のベース電極が形成
される。電極８６層又はその複数の層が蒸着によって付
着され、この付着工程は比較的迅速である。電極層は例
えば銀、モリブデン、アルミニウム、クロム、又は銅な
どの反射性金属から形成されるのが好ましい。この反射
電極の使用が好ましい理由は、太陽電池においては、装
置を通過した非吸収光は電極層８６から反射され、ここ
に光は再び装置を通過し、該装置は次により多くの光エ
ネルギーを吸収して装置効率を改善するためである。
次に基板８２がグロー放電付着環境内に配置される。第
１のドーピングされたアモルファスシリコン合金層８８
が基板上に付着される。図示のように前記の層８８はｐ
形領域からなる。ｐ形領域８８は厚さが大体５０〜２０
０Åであり、装置にポテンシャル勾配を与えて光で誘起
された電子−正孔対の電流としての収集を容易にする作
用をする。ｐ形領域８８はかかる物質の付着のために予
め指示された混合ガスのいずれかから付着される。
１のドーピングされたアモルファスシリコン合金層８８
が基板上に付着される。図示のように前記の層８８はｐ
形領域からなる。ｐ形領域８８は厚さが大体５０〜２０
０Åであり、装置にポテンシャル勾配を与えて光で誘起
された電子−正孔対の電流としての収集を容易にする作
用をする。ｐ形領域８８はかかる物質の付着のために予
め指示された混合ガスのいずれかから付着される。
次に、真性アモルファスシリコン合金体９０が第１のド
ーピングされた層８８上に付着される。真性合金体９０
は第１ドーピング層８８に隣接する第１真性領域90aと
該領域90aの光入射側面上の第２の真性領域90bとからな
る。第１真性領域90aは比較的厚く、2500Å程度であ
り、狭くされたバンドギャップを持ち、又、以前に記載
したシラン（SiH4）ガス、ゲルマン（GaH4）ガス、及び
水素などの開始物資から付着される。第２真性領域90b
は比較的薄く、200Å程度で、第１真性領域90aのバンド
ギャップより広いバンドギャップを持ち、又、例えば四
フッ化ケイ素や水素及び／又はシランから付着される。
結果的に、第１真性領域90aは、例えばゲルマニウムな
どのバンドギャップ低減元素を取込むが、第２真性領域
はバンドギャップ低減元素を取込まない。
ーピングされた層８８上に付着される。真性合金体９０
は第１ドーピング層８８に隣接する第１真性領域90aと
該領域90aの光入射側面上の第２の真性領域90bとからな
る。第１真性領域90aは比較的厚く、2500Å程度であ
り、狭くされたバンドギャップを持ち、又、以前に記載
したシラン（SiH4）ガス、ゲルマン（GaH4）ガス、及び
水素などの開始物資から付着される。第２真性領域90b
は比較的薄く、200Å程度で、第１真性領域90aのバンド
ギャップより広いバンドギャップを持ち、又、例えば四
フッ化ケイ素や水素及び／又はシランから付着される。
結果的に、第１真性領域90aは、例えばゲルマニウムな
どのバンドギャップ低減元素を取込むが、第２真性領域
はバンドギャップ低減元素を取込まない。
第２真性領域90bに隣接する真性体９０上に他のドーピ
ング層９２が付着され、該ドーピング層は第１ドーピン
グ層８８とは反対の導電率を与える。この層はｎ形導電
率からなる。ｎ形領域はかかる物質の付着のために予め
指示された混合ガスのいずれかから付着される。ｎ形領
域９２は５０〜２００Åの厚さに付着される。
ング層９２が付着され、該ドーピング層は第１ドーピン
グ層８８とは反対の導電率を与える。この層はｎ形導電
率からなる。ｎ形領域はかかる物質の付着のために予め
指示された混合ガスのいずれかから付着される。ｎ形領
域９２は５０〜２００Åの厚さに付着される。
透明導電性酸化物（TCO）層９４が次に更にドーピング
された９２上に付着される。TCO層９４は蒸着環境内付
着されることが出来、又、例えばインジウム・すず酸化
物（ITO）、すず酸カドミウム（Cd2 SnO4）、又はドー
ピングされたすず酸化物（SnO2）などである。
された９２上に付着される。TCO層９４は蒸着環境内付
着されることが出来、又、例えばインジウム・すず酸化
物（ITO）、すず酸カドミウム（Cd2 SnO4）、又はドー
ピングされたすず酸化物（SnO2）などである。
TCO層９４の表面には導電率の優れた金属からなるグリ
ッド電極９６が付着される。前記のグリッドは導電物質
を直交させた線からなり、装置がある領域のほんのわず
かな部分を占有し、その残部は太陽エネルギーに露出さ
れるようになっている。例えば、グリッド９６は装置８
０の全領域の５〜１０％程度占有するに過ぎない。グリ
ッド電極９６はTCO層９４から一様に電流を集め、装置
に良好な直列低抵抗を与える。装置を完成させるため
に、グリッド電極９６と該領域の間のTCO層９４の領域
に反射防止(AR)層９８が塗布される。ＡＲ層は太陽放射
入射面１００を有し、太陽放射は装置に入射する時はこ
の面に入射する。例えば、ＡＲ層９８は太陽放射スペク
トルの最大エネルギーを与える波長を反射防止層９８の
屈折率の４倍で除した程度の大きさの厚みを有する。適
切なＡＲ層９８は厚さが約５００Å、屈折率が2.1のジ
ルコニウム酸化物により与えられる。
ッド電極９６が付着される。前記のグリッドは導電物質
を直交させた線からなり、装置がある領域のほんのわず
かな部分を占有し、その残部は太陽エネルギーに露出さ
れるようになっている。例えば、グリッド９６は装置８
０の全領域の５〜１０％程度占有するに過ぎない。グリ
ッド電極９６はTCO層９４から一様に電流を集め、装置
に良好な直列低抵抗を与える。装置を完成させるため
に、グリッド電極９６と該領域の間のTCO層９４の領域
に反射防止(AR)層９８が塗布される。ＡＲ層は太陽放射
入射面１００を有し、太陽放射は装置に入射する時はこ
の面に入射する。例えば、ＡＲ層９８は太陽放射スペク
トルの最大エネルギーを与える波長を反射防止層９８の
屈折率の４倍で除した程度の大きさの厚みを有する。適
切なＡＲ層９８は厚さが約５００Å、屈折率が2.1のジ
ルコニウム酸化物により与えられる。
装置８０の開放回路電圧(Voc)は第２真性領域90bに起因
して80mV程度改善される。この電圧の増強は、第１真性
領域にバンドギャップ低減元素が取込まれたため、第１
真性領域90aが第２真性領域90bより大きな状態密度を有
するという事実に起因する。従って、第２真性領域90b
は、主要な真性領域であり、大多数の光子が吸収されて
電子−正孔対が生成される第１真性領域90aからドーピ
ング領域９２に滑らかに遷移する。この遷移は再結合中
心として作用するわずかのインタフェース状態を惹起す
る。この遷移は、又、第２真性領域90bの構造がバンド
ギャップ低減元素を取込んだ第１真性領域90aの構造に
対するよりもドーピング領域９２の構造により密接に類
似するという理由から構造的不整合を与えないものであ
る。
して80mV程度改善される。この電圧の増強は、第１真性
領域にバンドギャップ低減元素が取込まれたため、第１
真性領域90aが第２真性領域90bより大きな状態密度を有
するという事実に起因する。従って、第２真性領域90b
は、主要な真性領域であり、大多数の光子が吸収されて
電子−正孔対が生成される第１真性領域90aからドーピ
ング領域９２に滑らかに遷移する。この遷移は再結合中
心として作用するわずかのインタフェース状態を惹起す
る。この遷移は、又、第２真性領域90bの構造がバンド
ギャップ低減元素を取込んだ第１真性領域90aの構造に
対するよりもドーピング領域９２の構造により密接に類
似するという理由から構造的不整合を与えないものであ
る。
以上の他に、ドーピング領域９２のバンドギャップは第
１真性領域90aのバンドギャップより広い点に注目すべ
きである。第２真性領域90bのバンドギャップは第１真
性領域90aとドーピング領域９２のバンドギャップの中
間にあるため、第２真性領域90bも第１真性領域90aとド
ーピング領域９２との間のバンドギャップの不整合を低
減する。
１真性領域90aのバンドギャップより広い点に注目すべ
きである。第２真性領域90bのバンドギャップは第１真
性領域90aとドーピング領域９２のバンドギャップの中
間にあるため、第２真性領域90bも第１真性領域90aとド
ーピング領域９２との間のバンドギャップの不整合を低
減する。
以上に検討した諸因子は全て開放回路電圧の観測された
増強作用に寄与するものと考えられる。既に言及したよ
うに、この増強による電圧は80mV程度と観測されてい
る。これは開放回路電圧増強領域90bのために開放回路
電圧及び効率が約１０％増加したことを示すものであ
る。
増強作用に寄与するものと考えられる。既に言及したよ
うに、この増強による電圧は80mV程度と観測されてい
る。これは開放回路電圧増強領域90bのために開放回路
電圧及び効率が約１０％増加したことを示すものであ
る。
本発明の原理並びに幅広い側面を示すために第３図には
単一セルの参考例を示したが、本発明の原理は既に記述
したように、狭いバンドギャップの主要真性領域が最も
望ましいタンデム形光起電力装置構成において最大の効
果を発揮する。よって、第４図には参考例にかかるタン
デム形装置１５０を図示したものである。セルユニット
１５２は狭いバンドギャップセルからなり、又セルユニ
ット１５４は幅がより広いバンドギャップセルからな
る。直ちに判断されるように、２個以上の複数個の単一
セルユニットを利用することが出来る。
単一セルの参考例を示したが、本発明の原理は既に記述
したように、狭いバンドギャップの主要真性領域が最も
望ましいタンデム形光起電力装置構成において最大の効
果を発揮する。よって、第４図には参考例にかかるタン
デム形装置１５０を図示したものである。セルユニット
１５２は狭いバンドギャップセルからなり、又セルユニ
ット１５４は幅がより広いバンドギャップセルからな
る。直ちに判断されるように、２個以上の複数個の単一
セルユニットを利用することが出来る。
装置１５０は、例えばステンレス鋼又はアルミニウムの
ような導電率の良好な金属から形成された基板１５６を
有する。第３図の反射層８６に類似の背面反射層１５７
が基板１５６上に付着される。第１のセルユニット１５
２は背面反射層１５７上に付着されたＰ形アモルファス
シリコン合金１５８を有する。Ｐ形領域１５８はかかる
物質を蒸着するための既に言及した開始物質のいずれか
のものから付着され得る。
ような導電率の良好な金属から形成された基板１５６を
有する。第３図の反射層８６に類似の背面反射層１５７
が基板１５６上に付着される。第１のセルユニット１５
２は背面反射層１５７上に付着されたＰ形アモルファス
シリコン合金１５８を有する。Ｐ形領域１５８はかかる
物質を蒸着するための既に言及した開始物質のいずれか
のものから付着され得る。
Ｐ形領域１５８には真性アモルファス半導体合金体１６
０が付着される。真性合金体１６０は、本発明に従っ
て、第１の真性領域160aと開放回路電圧増強第２真性領
域160bとを有する。第１真性領域160aはわずかにＰ形で
あり、既に記載したシラン、ゲルマン、及び水素などの
開始物質から付着された狭いバンドギャップを有する。
第２の真性領域160bは第１真性領域160aより広いバンド
ギャップを有し、バンドギャップ低減元素を含まない開
始物質から付着される。例えば、第２真性領域160bは既
に記載した方法で付着されたアモルファスシリコン−水
素又はアモルファスシリコン−水素−フッ素合金であり
得る。第２真性領域160bの厚さは約２００Åであり、第
１真性領域の厚さは約2500Åである。
０が付着される。真性合金体１６０は、本発明に従っ
て、第１の真性領域160aと開放回路電圧増強第２真性領
域160bとを有する。第１真性領域160aはわずかにＰ形で
あり、既に記載したシラン、ゲルマン、及び水素などの
開始物質から付着された狭いバンドギャップを有する。
第２の真性領域160bは第１真性領域160aより広いバンド
ギャップを有し、バンドギャップ低減元素を含まない開
始物質から付着される。例えば、第２真性領域160bは既
に記載した方法で付着されたアモルファスシリコン−水
素又はアモルファスシリコン−水素−フッ素合金であり
得る。第２真性領域160bの厚さは約２００Åであり、第
１真性領域の厚さは約2500Åである。
第２真性領域160bには更にドーピングアモルファスシリ
コン合金層１６２が付着される。この領域の導電率は第
１ドーピング領域１５８のものと反対であり、従ってｎ
形領域である。第１真性領域160aはわずかにＰ形である
ため、開放回路電圧増強第２真性領域はユニットセル１
５２の高電界領域にある。
コン合金層１６２が付着される。この領域の導電率は第
１ドーピング領域１５８のものと反対であり、従ってｎ
形領域である。第１真性領域160aはわずかにＰ形である
ため、開放回路電圧増強第２真性領域はユニットセル１
５２の高電界領域にある。
第２ユニットセル１５４は第１ドーピングＰ形領域１６
４と、真性領域１６６、及び更にドーピングされたｎ形
領域とを有する。装置１５０はTCO層１７０、グリッド
電極１７２、及び反射防止層１６４を備えて完成され
る。
４と、真性領域１６６、及び更にドーピングされたｎ形
領域とを有する。装置１５０はTCO層１７０、グリッド
電極１７２、及び反射防止層１６４を備えて完成され
る。
真性領域１６６のバンドギャップは領域160aのバンドギ
ャップより大きいことが好ましい。従って、合金形成領
域１６６は未調節バンドギャップを持つことが出来る
か、又は窒素又は炭素などの１つ以上のバンドギャップ
増大元素を有することが出来る。図面から、真性領域16
0aは真性領域１６６より厚いという点が注目される。こ
のことは、領域160aの狭いバンドギャップ及び領域１６
６の幅広いバンドギャップと共に、太陽放射エネルギー
の全使用可能スペクトルが電子正孔対生成のために利用
されることを可能にする。
ャップより大きいことが好ましい。従って、合金形成領
域１６６は未調節バンドギャップを持つことが出来る
か、又は窒素又は炭素などの１つ以上のバンドギャップ
増大元素を有することが出来る。図面から、真性領域16
0aは真性領域１６６より厚いという点が注目される。こ
のことは、領域160aの狭いバンドギャップ及び領域１６
６の幅広いバンドギャップと共に、太陽放射エネルギー
の全使用可能スペクトルが電子正孔対生成のために利用
されることを可能にする。
タンデム形セルの実施例がここに図示説明されたが、ユ
ニットセルは、又、互いから酸化物層により分離され
て、例えば、積層多重セルを形成することが出来る。各
セルは１対の収集電極を備えて外部配線とのセルの直列
接続を容易にすることが出来る。
ニットセルは、又、互いから酸化物層により分離され
て、例えば、積層多重セルを形成することが出来る。各
セルは１対の収集電極を備えて外部配線とのセルの直列
接続を容易にすることが出来る。
第５図には本発明の実施例に係るｐ−ｉ−ｎ形装置の断
面図を示す。装置１８０は基板１８２を有し、該基板
は、例えば、所望の幅と長さ、好ましくは厚さ３ミルの
ステンレス鋼又はアルミニウムから形成された可撓性ウ
エブである。
面図を示す。装置１８０は基板１８２を有し、該基板
は、例えば、所望の幅と長さ、好ましくは厚さ３ミルの
ステンレス鋼又はアルミニウムから形成された可撓性ウ
エブである。
電極１８６は基板１８２上に１つ以上の層を与えるよう
に付着されて既に記載されたように反射性電極を形成
し、吸収されない光を装置を通して反射する。第１のド
ーピングされたアモルファスシリコン合金層１８８が基
板上に付着される。図示のように層１８８はＰ形領域か
らなる。Ｐ形領域１８８は５０〜２００Å程度の厚さで
装置にポテンシャル勾配を与え、光誘起電子−正孔対の
電流としての収集を容易にする。Ｐ形領域１８８はかか
る物質の付着のために予め指示された混気ガスのいずれ
かから付着可能である。Ｐ形領域１８８は又炭素又は窒
素などのバンドギャップ増倍元素を物質に取込ませるこ
とによりバンドギャップを拡大され得る。これは、Ｐ形
物質の付着のために既に言及された付着混合ガスにメタ
ンガス（CH4）又はアンモニアガス（NH3）を導入して達
成される。
に付着されて既に記載されたように反射性電極を形成
し、吸収されない光を装置を通して反射する。第１のド
ーピングされたアモルファスシリコン合金層１８８が基
板上に付着される。図示のように層１８８はＰ形領域か
らなる。Ｐ形領域１８８は５０〜２００Å程度の厚さで
装置にポテンシャル勾配を与え、光誘起電子−正孔対の
電流としての収集を容易にする。Ｐ形領域１８８はかか
る物質の付着のために予め指示された混気ガスのいずれ
かから付着可能である。Ｐ形領域１８８は又炭素又は窒
素などのバンドギャップ増倍元素を物質に取込ませるこ
とによりバンドギャップを拡大され得る。これは、Ｐ形
物質の付着のために既に言及された付着混合ガスにメタ
ンガス（CH4）又はアンモニアガス（NH3）を導入して達
成される。
次に、真性アモルファスシリコン合金体１９０が第１の
ドーピング層１８８上に付着される。真性合金体190は
第１の真性領域190aと、第２の真性領域190bと、第３の
真性領域190cとからなる。第２真性領域190bは第１真性
領域190aの光入射側面上にある。第３真性領域190cは第
１真性領域190aの反対側にある。第１真性領域190aは比
較的厚く、2500Å程度で、狭くされたバンドギャップを
有し、又、既に記載のシラン（SiH4）ガス、ゲルマン
（GeH4）ガス、及び水素などの出発物質から付着され
る。第２及び第３の真性領域190b及び190cは比較的薄
く、２００Å程度で第１真性領域190aのバンドギャップ
より大きなバンドギャップを有し、又、例えば四フッ化
ケイ素及び水素及び／又はシランから付着される。その
結果、第１の真性領域190aは、例えばゲルマニウムのよ
うなバンドギャップ低減元素を取込むが、第２及び第３
真性領域はバンドギャップ低減元素を取込まない。
ドーピング層１８８上に付着される。真性合金体190は
第１の真性領域190aと、第２の真性領域190bと、第３の
真性領域190cとからなる。第２真性領域190bは第１真性
領域190aの光入射側面上にある。第３真性領域190cは第
１真性領域190aの反対側にある。第１真性領域190aは比
較的厚く、2500Å程度で、狭くされたバンドギャップを
有し、又、既に記載のシラン（SiH4）ガス、ゲルマン
（GeH4）ガス、及び水素などの出発物質から付着され
る。第２及び第３の真性領域190b及び190cは比較的薄
く、２００Å程度で第１真性領域190aのバンドギャップ
より大きなバンドギャップを有し、又、例えば四フッ化
ケイ素及び水素及び／又はシランから付着される。その
結果、第１の真性領域190aは、例えばゲルマニウムのよ
うなバンドギャップ低減元素を取込むが、第２及び第３
真性領域はバンドギャップ低減元素を取込まない。
第２真性領域190bに隣接する真性体１９０上に更に他の
ドーピング層１９２が付着され、該ドーピング層は第１
のドーピング層１８８に対して反対の導電率を有する。
前記のドーピング層はｎ形導電率領域からなる。ｎ形領
域はかかる物質の付着のために予め指示された混合ガス
のいずれかのものから付着される。ｎ形領域１９２は５
０〜２００Åの厚さに付着される。
ドーピング層１９２が付着され、該ドーピング層は第１
のドーピング層１８８に対して反対の導電率を有する。
前記のドーピング層はｎ形導電率領域からなる。ｎ形領
域はかかる物質の付着のために予め指示された混合ガス
のいずれかのものから付着される。ｎ形領域１９２は５
０〜２００Åの厚さに付着される。
透明導電性酸化物（TCO）層１９４が次に前記の更に他
のドーピング層１９２にわたって付着される。TCO層１
９４は蒸着環境内で付着されることが出来、又、例え
ば、インジウムすず酸化物（ITO）、すず酸カドミウム
（Cd2SnO4）、又はドーピングすず酸化物（SnO2）で与
えられ得る。
のドーピング層１９２にわたって付着される。TCO層１
９４は蒸着環境内で付着されることが出来、又、例え
ば、インジウムすず酸化物（ITO）、すず酸カドミウム
（Cd2SnO4）、又はドーピングすず酸化物（SnO2）で与
えられ得る。
TCO層１９４の表面には導電率の良い金属からなるグリ
ッド電極１９６が付着される。前記のグリッドは導電性
材料の直交する線からなり、該材料は装置の領域のほん
のわずかな部分を占有し、その残部は太陽エネルギーに
露出される。例えば、グリッド１９６は装置８０の全領
域の約５〜１０％を占有するだけである。グリッド電極
１９６はTCO層１９４からの電流を一様に集め、装置に
対して良好な直列低抵抗を保証する。
ッド電極１９６が付着される。前記のグリッドは導電性
材料の直交する線からなり、該材料は装置の領域のほん
のわずかな部分を占有し、その残部は太陽エネルギーに
露出される。例えば、グリッド１９６は装置８０の全領
域の約５〜１０％を占有するだけである。グリッド電極
１９６はTCO層１９４からの電流を一様に集め、装置に
対して良好な直列低抵抗を保証する。
装置１８０を完成させるために、グリッド電極１９６、
及びグリッド電極間のTCO層１９４の領域にわたって反
射防止（AR）層１９８が塗布される。ＡＲ層１９８は太
陽放射入射面２００を有し、太陽放射は装置１８０に入
射するに際して前記表面に入射する。既に記載されたよ
うに、ＡＲ層１９８は太陽放射スペクトルの最大エネル
ギー点の波長の大きさを反射防止層１９８の屈折率の４
倍で除した程度の厚さを有する。適切なＡＲ層１９８は
厚さが約５００Å、屈折率が2.1のジルコニウム酸化物
で与えられる。
及びグリッド電極間のTCO層１９４の領域にわたって反
射防止（AR）層１９８が塗布される。ＡＲ層１９８は太
陽放射入射面２００を有し、太陽放射は装置１８０に入
射するに際して前記表面に入射する。既に記載されたよ
うに、ＡＲ層１９８は太陽放射スペクトルの最大エネル
ギー点の波長の大きさを反射防止層１９８の屈折率の４
倍で除した程度の厚さを有する。適切なＡＲ層１９８は
厚さが約５００Å、屈折率が2.1のジルコニウム酸化物
で与えられる。
装置１８０の開放回路電圧（Voc）も大きくなる。第３
図の装置８０の開放回路電圧を増強するための既に言及
した因子の他に、第３の真性領域190cは、第３真性領域
190cのバンドギャップが又第１真性領域190aとドーピン
グされた幅広いバンドギャップ領域１８８のバンドギャ
ップの中間にあるため、更に電圧を増強する。結果とし
て、第３真性領域190cも又第１真性領域190aとドーピン
グ領域１８８との間のバンドギャップ不整合を低減す
る。
図の装置８０の開放回路電圧を増強するための既に言及
した因子の他に、第３の真性領域190cは、第３真性領域
190cのバンドギャップが又第１真性領域190aとドーピン
グされた幅広いバンドギャップ領域１８８のバンドギャ
ップの中間にあるため、更に電圧を増強する。結果とし
て、第３真性領域190cも又第１真性領域190aとドーピン
グ領域１８８との間のバンドギャップ不整合を低減す
る。
ここに記載された本発明の各実施例に対して、真性合金
層以外の合金層は多結晶性層のようなアモルファス層以
外のものを用いることが出来る。（「アモルファス」の
用語は、合金又は物質が短距離又は中間距離秩序を有す
るか、又は時には若干の結晶性部分を含むこともある
が、長距離秩序を有する合金又は物質を意味する） 本発明の修正及び変更が上記記載に照らして可能であ
る。従って添付された特許請求事項の範囲内で本発明の
実施が可能であることが理解される。
層以外の合金層は多結晶性層のようなアモルファス層以
外のものを用いることが出来る。（「アモルファス」の
用語は、合金又は物質が短距離又は中間距離秩序を有す
るか、又は時には若干の結晶性部分を含むこともある
が、長距離秩序を有する合金又は物質を意味する） 本発明の修正及び変更が上記記載に照らして可能であ
る。従って添付された特許請求事項の範囲内で本発明の
実施が可能であることが理解される。
第１図は、本発明の光起電力装置の作製に利用され得る
グロー放電付着システムの概略図であり、 第２図は、第１図のシステムの１部分の線２−２に沿っ
て取られた断面図であり、 第３図は、本発明の第１の具体例に従って作製されたｐ
−ｉ−ｎ形光起電力装置の断面図であり、 第４図は、本発明に従うタンデム構成に配列された複数
個のｐ−ｉ−ｎ形光起電力セルユニットを組込んだ多重
太陽電池の断面図であり、 第５図は本発明の他の具体例によって作製されたｐ−ｉ
−ｎ形光起電力装置の断面図である。 １０…グロー放電付着システム、１２…ハウジング、１
４…真空室、１６…取入れ室、１８…取出し室、２０…
陽極裏部材、２２…絶縁体、２４…スリーブ、３０…裏
部材の内部端部、３２…ホルダー、２８，８２，１５
６，１８２…基板、３６…電気ヒータ、３８，５０…感
温プローブ、４０，８６、１８６…電極、４２…シール
ド、４６…ウエル、４８…電極ヒータ、５２…グロー放
電プラズマ空間、５４…真空ポンプ、５６…粒子トラッ
プ、６０…ダクト、６２…純化装置、６４…バルブ、６
６…密封容器、６８…蒸着物質、７０…ヒータ、７２…
ディップチューブ、６２′…過装置、６４′…バル
ブ、８０，１８０…装置、８８…第１ドーピングアモル
ファスシリコン合金層、９０…真性アモルファスシリコ
ン合金、９０ａ，１６０ａ…第１真性領域、９０ｂ，１
６０ｂ…第２真性領域、９２…ｎ形領域、９４，１７
０，１９４…透明導電性酸化物（TCO）層、９６…グリ
ッド電極、１００，２００…太陽放射入射面、９８，１
９８…反射防止（ＡＲ）層、１５０…タンデム形装置、
１５２，１５４…セルユニット、１５７…背面反射層、
１５８…Ｐ形アモルファスシリコン合金、１６０…真性
合金体、１６４…第１ドーピング、１６６…真性領域、
１８８…Ｐ形領域、１９０…真性合金体、190a…第１真
性領域、190b…第２真性領域、190c…第３真性領域、１
９２…他のドーピング層。
グロー放電付着システムの概略図であり、 第２図は、第１図のシステムの１部分の線２−２に沿っ
て取られた断面図であり、 第３図は、本発明の第１の具体例に従って作製されたｐ
−ｉ−ｎ形光起電力装置の断面図であり、 第４図は、本発明に従うタンデム構成に配列された複数
個のｐ−ｉ−ｎ形光起電力セルユニットを組込んだ多重
太陽電池の断面図であり、 第５図は本発明の他の具体例によって作製されたｐ−ｉ
−ｎ形光起電力装置の断面図である。 １０…グロー放電付着システム、１２…ハウジング、１
４…真空室、１６…取入れ室、１８…取出し室、２０…
陽極裏部材、２２…絶縁体、２４…スリーブ、３０…裏
部材の内部端部、３２…ホルダー、２８，８２，１５
６，１８２…基板、３６…電気ヒータ、３８，５０…感
温プローブ、４０，８６、１８６…電極、４２…シール
ド、４６…ウエル、４８…電極ヒータ、５２…グロー放
電プラズマ空間、５４…真空ポンプ、５６…粒子トラッ
プ、６０…ダクト、６２…純化装置、６４…バルブ、６
６…密封容器、６８…蒸着物質、７０…ヒータ、７２…
ディップチューブ、６２′…過装置、６４′…バル
ブ、８０，１８０…装置、８８…第１ドーピングアモル
ファスシリコン合金層、９０…真性アモルファスシリコ
ン合金、９０ａ，１６０ａ…第１真性領域、９０ｂ，１
６０ｂ…第２真性領域、９２…ｎ形領域、９４，１７
０，１９４…透明導電性酸化物（TCO）層、９６…グリ
ッド電極、１００，２００…太陽放射入射面、９８，１
９８…反射防止（ＡＲ）層、１５０…タンデム形装置、
１５２，１５４…セルユニット、１５７…背面反射層、
１５８…Ｐ形アモルファスシリコン合金、１６０…真性
合金体、１６４…第１ドーピング、１６６…真性領域、
１８８…Ｐ形領域、１９０…真性合金体、190a…第１真
性領域、190b…第２真性領域、190c…第３真性領域、１
９２…他のドーピング層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−10871（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域と前記ｐ
型半導体領域および前記ｎ型半導体領域の間に設けられ
た真性半導体領域とを有する光起電力装置において、 前記真性半導体領域は、シリコンとバンドギャップ低減
元素とを含むアモルファス半導体からなる第１の真性半
導体領域と，前記第１の真性半導体領域と前記ｐ型半導
体領域との間および前記第１の真性半導体領域と前記ｎ
型半導体領域との間にそれぞれ設けられたアモルファス
シリコンからなる第２および第３の真性半導体領域とを
含んでおり、 前記第１の真性半導体領域のバンドギャップは前記第２
および第３の真性半導体領域のバンドギャップより狭
く、 前記第２および第３の真性半導体領域の状態密度は前記
第１の真性半導体領域の状態密度より低く、 前記第２および第３の真性半導体領域の厚みは前記第１
の真性半導体領域の厚みより薄いことを特徴とする光起
電力装置。 - 【請求項２】前記バンドギャップ低減元素はゲルマニウ
ム，すず，または鉛からなる群からの１つである特許請
求の範囲第１項に記載の光起電力装置。 - 【請求項３】ｐ型半導体とｎ型半導体からなる一対のド
ープ領域と該一対のドープ領域の間に設けられた真性半
導体領域とを有する光起電力装置の製造方法において、 前記一対のドープ領域のうち一方を形成した後に、バン
ドギャップ低減元素を含むガスを導入することなく、シ
ランガスを成膜室に導入してアモルファスシリコンの真
性半導体領域を形成し、その上にバンドギャップ低減元
素を含むガスとシランガスとを成膜室に導入して前記ア
モルファスシリコンの真性半導体領域より厚みが大きく
かつバンドギャップが小さいシリコンとバンドギャップ
低減元素とを含むアモルファス真性半導体領域を形成
し、その上にバンドギャップ低減元素を含むガスを導入
することなくシランガスを成膜室に導入して前記シリコ
ンとバンドギャップ低減元素とを含むアモルファス真性
半導体領域より厚みが小さくかつバンドギャップが大き
いアモルファスシリコンの真性半導体領域を形成し、 その上に前記一対のドープ領域のうち他方を形成するこ
とを特徴とする光起電力装置の製造方法。
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