JPH065774B2 - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JPH065774B2 JPH065774B2 JP60172511A JP17251185A JPH065774B2 JP H065774 B2 JPH065774 B2 JP H065774B2 JP 60172511 A JP60172511 A JP 60172511A JP 17251185 A JP17251185 A JP 17251185A JP H065774 B2 JPH065774 B2 JP H065774B2
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- 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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- H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
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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
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、太陽電池に係わり、特に超格子構造の半導体
薄膜を用いた光電変換効率の高いアモルファスシリコン
系太陽電池に関する。
薄膜を用いた光電変換効率の高いアモルファスシリコン
系太陽電池に関する。
〔発明の背景〕 結晶成長技術や非晶質薄膜成長技術の進歩によって、材
料中の電子波長（電子のド・ブロイ波長）と同程度の膜
厚（１０〜１００Å）を有する、いわゆる超薄膜が形成
できるようになった。この超薄膜においては、バルク半
導体には見られない二次元電気伝導などの現象が現わ
れ、この特徴を利用する種々の応用が考えられている
（広瀬他：「半導体超格子とその光電プロセス」日本学
術振興会光電相互変換第１２５委員会第１１１回研究会
資料第４２５号，第１３〜１８頁参照）。この場合、不
純物のドーピングによる超格子構造の形成技術や、超格
子構造への導電型制御用不純物、深い準位形成用不純
物、発光中心形成用不純物など各種の不純物のドーピン
グ技術が活用されている。
料中の電子波長（電子のド・ブロイ波長）と同程度の膜
厚（１０〜１００Å）を有する、いわゆる超薄膜が形成
できるようになった。この超薄膜においては、バルク半
導体には見られない二次元電気伝導などの現象が現わ
れ、この特徴を利用する種々の応用が考えられている
（広瀬他：「半導体超格子とその光電プロセス」日本学
術振興会光電相互変換第１２５委員会第１１１回研究会
資料第４２５号，第１３〜１８頁参照）。この場合、不
純物のドーピングによる超格子構造の形成技術や、超格
子構造への導電型制御用不純物、深い準位形成用不純
物、発光中心形成用不純物など各種の不純物のドーピン
グ技術が活用されている。
しかし、従来技術においては、超薄膜内や超格子の各層
内での不純物の分布やその最適化に関する考慮はなされ
ていない。せいぜい、膜厚方向の電位分布の制御、すな
わち空乏層の制御やポテンシャル井戸内で量子化準位の
制御に関する検討がなされた程度である。
内での不純物の分布やその最適化に関する考慮はなされ
ていない。せいぜい、膜厚方向の電位分布の制御、すな
わち空乏層の制御やポテンシャル井戸内で量子化準位の
制御に関する検討がなされた程度である。
また従来のアモルファスシリコン系太陽電池において、
充分に高い短絡電流を得るためにはｐ層の膜厚を１００
Å以下にする必要があるため、開放電圧が厚膜の場合よ
り低くなるという問題点があった。厚膜で充分に高い短
絡電流を得るためには、光学ギャップを広くすればよい
が、光学ギャップを広くするためにカーボンの添加量を
増加すると、ボロンのドーピング効果が低下して光導電
率が小さくなってしまい、その結果、光電変換効率が低
下する。要するに、短絡電流や光電変換効率を高くし、
かつ開放電圧を高くすることは困難であった。
充分に高い短絡電流を得るためにはｐ層の膜厚を１００
Å以下にする必要があるため、開放電圧が厚膜の場合よ
り低くなるという問題点があった。厚膜で充分に高い短
絡電流を得るためには、光学ギャップを広くすればよい
が、光学ギャップを広くするためにカーボンの添加量を
増加すると、ボロンのドーピング効果が低下して光導電
率が小さくなってしまい、その結果、光電変換効率が低
下する。要するに、短絡電流や光電変換効率を高くし、
かつ開放電圧を高くすることは困難であった。
本発明の目的は、アモルファスシリコン層あるいはアモ
ルファスシリコンカーバイト層など、アモルファスシリ
コンを主成分とするアモルファスシリコン系材料層を用
いた、開放電圧が高く、短絡電流が大きく、かつ光電変
換効率の高い太陽電池を提供することにある。
ルファスシリコンカーバイト層など、アモルファスシリ
コンを主成分とするアモルファスシリコン系材料層を用
いた、開放電圧が高く、短絡電流が大きく、かつ光電変
換効率の高い太陽電池を提供することにある。
本発明者は、アモルファスシリコン系材料の薄膜と厚膜
の特性の差異について研究を行なった。その結果、アモ
ルファス材料の薄膜または多層薄膜においては、導電型
制御のための不純物のドーピングによって生じるドナー
やアクセプタの有効半径は、材料や不純物の種類によっ
て異なるが、３０〜１００Å程度であることに着眼し、
この有効半径以下の膜厚の薄膜の場合および不純物のド
ーピング領域が表面または界面からこの有効半径程度で
ある場合と、膜厚が大きく、不純物のドーピング領域が
表面または界面から前記有効半径以上になっている厚膜
の場合とでは、不純物の電子状態は顯著に異なっている
と考え、研究を進めた結果、前記有効半径程度に薄い超
薄膜や超格子構造においては、厚膜の場合より、エネル
ギー準位の変化、活性化率の低下、再結合速度の増大と
いった特性の低下を生じやすいことを見出した。
の特性の差異について研究を行なった。その結果、アモ
ルファス材料の薄膜または多層薄膜においては、導電型
制御のための不純物のドーピングによって生じるドナー
やアクセプタの有効半径は、材料や不純物の種類によっ
て異なるが、３０〜１００Å程度であることに着眼し、
この有効半径以下の膜厚の薄膜の場合および不純物のド
ーピング領域が表面または界面からこの有効半径程度で
ある場合と、膜厚が大きく、不純物のドーピング領域が
表面または界面から前記有効半径以上になっている厚膜
の場合とでは、不純物の電子状態は顯著に異なっている
と考え、研究を進めた結果、前記有効半径程度に薄い超
薄膜や超格子構造においては、厚膜の場合より、エネル
ギー準位の変化、活性化率の低下、再結合速度の増大と
いった特性の低下を生じやすいことを見出した。
そこで、本発明者は、ｐ型アモルファスシリコン層ある
いはシリコンカーバイト層に不純物をドープする時、薄
膜または多重構造薄膜の表面もしくは界面から離れた領
域にドープすることにより、前記の特性低下を防止し得
ることを見出し、またこのような多層薄膜の具体的構造
として、厚さが１０〜３００Åである２つのノンドープ
アモルファスシリコン層の間に、ｐ型不純物を含むｐ型
アモルファスシリコン層を設けることを発明し、また、
このようにした多層薄膜が全体として実効的にｐ型の導
電型を示すことを確認した。また、このようにした薄膜
を用いて光電変換効率の高いアモルファスシリコン系太
陽電池を製作した。
いはシリコンカーバイト層に不純物をドープする時、薄
膜または多重構造薄膜の表面もしくは界面から離れた領
域にドープすることにより、前記の特性低下を防止し得
ることを見出し、またこのような多層薄膜の具体的構造
として、厚さが１０〜３００Åである２つのノンドープ
アモルファスシリコン層の間に、ｐ型不純物を含むｐ型
アモルファスシリコン層を設けることを発明し、また、
このようにした多層薄膜が全体として実効的にｐ型の導
電型を示すことを確認した。また、このようにした薄膜
を用いて光電変換効率の高いアモルファスシリコン系太
陽電池を製作した。
なお、ここでいうアモルファスとは微結晶（micro crys
talline）を若干量含んでも、実質的にアモルファスと
みなし得るものをも含むものである。
talline）を若干量含んでも、実質的にアモルファスと
みなし得るものをも含むものである。
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１ 第１図を用いて説明する。
まず、ガラス基板１上にIndium Tin OxideとSiO2の２層
膜から成る導電性光透過膜２を形成した。その上にモノ
シランガスとメタンガスの混合ガスの高周波プラズマ分
解法によりアモルファスシリコンカーバイト（ａ−Si
C）層１３および１４を積層し多層薄膜２０を形成し
た。ａ−SiC層１４はＢ２Ｈ６を0.5ppm混合して形成し
たＢを含む層で、導電型はｐ型である。ａ−SiC層１４
の厚さは２０Å、ａ−SiC層１３の厚さは４０Åとし
た。このようにして形成したアモルファスシリコンカー
バイトの多層薄膜２０は全体（アモルファスシリコンカ
ーバイト層１３，１４，１３）としてｐ型の導電性を示
し、その活性化エネルギーは０．４eV、導電度は１×10
-5（Ω・cm）-1であった。
膜から成る導電性光透過膜２を形成した。その上にモノ
シランガスとメタンガスの混合ガスの高周波プラズマ分
解法によりアモルファスシリコンカーバイト（ａ−Si
C）層１３および１４を積層し多層薄膜２０を形成し
た。ａ−SiC層１４はＢ２Ｈ６を0.5ppm混合して形成し
たＢを含む層で、導電型はｐ型である。ａ−SiC層１４
の厚さは２０Å、ａ−SiC層１３の厚さは４０Åとし
た。このようにして形成したアモルファスシリコンカー
バイトの多層薄膜２０は全体（アモルファスシリコンカ
ーバイト層１３，１４，１３）としてｐ型の導電性を示
し、その活性化エネルギーは０．４eV、導電度は１×10
-5（Ω・cm）-1であった。
この多層薄膜２０の上に、ｉ型Si：Ｈ膜１６，ｎ型微結
晶Si膜１７を順次形成し、その上にAg電極３を蒸着法に
て設け、太陽電池を完成した。
晶Si膜１７を順次形成し、その上にAg電極３を蒸着法に
て設け、太陽電池を完成した。
この太陽電池の開放電圧は０．９５Ｖという高い値を示
し、光電変換効率は１０．８％であった。
し、光電変換効率は１０．８％であった。
実施例２ 第２図を用いて説明する。
実施例１と同様に基板１上に設けた導電性光透過膜２の
上にａ−SiC層１３を設け、その上にＢ（ボロン）をド
ープしたｐ型ａ−SiC層１４を設け、その上にａ−SiC層
１３を設け、さらにその上にｐ型ａ−SiC層１４とａ−S
iC層１３を設けてアモルファスシリコン多層薄膜２０′
を形成した。続いてその上にｉ型ａ−Si：Ｈ膜１６、ｎ
型微結晶Si膜１７、銀電極３を設けて太陽電池を形成し
た。この太陽電池の開放電圧は０．９４Ｖ、光電変換効
率は１０．６％であった。
上にａ−SiC層１３を設け、その上にＢ（ボロン）をド
ープしたｐ型ａ−SiC層１４を設け、その上にａ−SiC層
１３を設け、さらにその上にｐ型ａ−SiC層１４とａ−S
iC層１３を設けてアモルファスシリコン多層薄膜２０′
を形成した。続いてその上にｉ型ａ−Si：Ｈ膜１６、ｎ
型微結晶Si膜１７、銀電極３を設けて太陽電池を形成し
た。この太陽電池の開放電圧は０．９４Ｖ、光電変換効
率は１０．６％であった。
実施例３ 第３図を用いて説明する。第３図に示すように、実施例
１で示した多層薄膜２０，ｉ型Si：Ｈ膜１６，ｎ型微結
晶Si膜１７を重ねた膜を二重に積層して導電性光透過膜
２を設けた基板１上に形成し、その上に銀電極３を設け
て太陽電池を構成した。
１で示した多層薄膜２０，ｉ型Si：Ｈ膜１６，ｎ型微結
晶Si膜１７を重ねた膜を二重に積層して導電性光透過膜
２を設けた基板１上に形成し、その上に銀電極３を設け
て太陽電池を構成した。
この太陽電池の開放電圧は１．９Ｖ，光電変換効率は１
１．０％であった。
１．０％であった。
以上の実施例におけるａ−SiC層（アモルファスシリコ
ンカーバイト）は、その他のアモルファスシリコン系材
料、たとえばアモルファスシリコン，アモルファスシリ
コンナイトライド，アモルファスシリコンゲルマニウ
ム，アモルファスシリコン錫等、シリコンとIV族元素の
化合物にしても同様の結果が得られ、実施例２，３の場
合には、これらを組み合わせて用いてもよい。
ンカーバイト）は、その他のアモルファスシリコン系材
料、たとえばアモルファスシリコン，アモルファスシリ
コンナイトライド，アモルファスシリコンゲルマニウ
ム，アモルファスシリコン錫等、シリコンとIV族元素の
化合物にしても同様の結果が得られ、実施例２，３の場
合には、これらを組み合わせて用いてもよい。
また、ａ−SiC層１３の膜は、１０〜３００Åの範囲で
良好な結果が得られた。
良好な結果が得られた。
本発明によれば、アモルファスシリコン系太陽電池にお
いて、ｐ型導電型を有する多層薄膜により厚膜と同等以
上の導電特性が得られるため、開放電圧が高く、光電変
換効率の大きい太陽電池が提供できる効果がある。
いて、ｐ型導電型を有する多層薄膜により厚膜と同等以
上の導電特性が得られるため、開放電圧が高く、光電変
換効率の大きい太陽電池が提供できる効果がある。
第１図は実施例１の太陽電池の断面図，第２図は実施例
２の太陽電池の断面図，第３図は実施例３の太陽電池の
断面図である。 １…ガラス基板、２…導電性光透過膜、３…銀電極、１
３…ａ−SiC層、１４…ｐ型ａ−SiC層、１６…ｉ型ａ−
Si：Ｈ膜、１７…ｎ型微結晶Si膜、２０，２０′…多層
薄膜（多層アモルファスシリコン膜）。
２の太陽電池の断面図，第３図は実施例３の太陽電池の
断面図である。 １…ガラス基板、２…導電性光透過膜、３…銀電極、１
３…ａ−SiC層、１４…ｐ型ａ−SiC層、１６…ｉ型ａ−
Si：Ｈ膜、１７…ｎ型微結晶Si膜、２０，２０′…多層
薄膜（多層アモルファスシリコン膜）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 信夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 審査官 松本 邦夫 (56)参考文献 特開 昭60−50973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−100424（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ型微結晶Si膜と、上記ｎ型微結晶Si膜上
に形成されたｉ型Si：Ｈ膜と、上記ｉ型Si：Ｈ膜上に形
成されたｐ型多層膜と、上記ｐ型多層膜上に形成された
導電性光透過膜とを有する太陽電池において、上記ｐ型
多層膜は、厚さが１０〜３００Åの２つのノンドープａ
−SiC層と、上記２つのノンドープａ−SiC層の間に形成
されたｐ型ａ−SiC層とから成ることを特徴とする太陽
電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172511A JPH065774B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 太陽電池 |
| US06/892,286 US4721535A (en) | 1985-08-07 | 1986-08-04 | Solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172511A JPH065774B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6233479A JPS6233479A (ja) | 1987-02-13 |
| JPH065774B2 true JPH065774B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=15943314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60172511A Expired - Lifetime JPH065774B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 太陽電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4721535A (ja) |
| JP (1) | JPH065774B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6273784A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-04 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
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