JPH07142753A - ヘテロ接合を有する光起電力装置 - Google Patents
ヘテロ接合を有する光起電力装置Info
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Abstract
コン16およびp型非晶質シリコン18をそれぞれ積層
形成する。p型非晶質シリコン18上に集電極すなわち
フィンガ20と反射防止層22とを形成する。フィンガ
20の間隔Dを、n型単結晶シリコン14における少数
キャリアの拡散長より小さくする。n型単結晶シリコン
14の下面に裏面電極12を形成する。 【効果】 p型非晶質シリコンは、集電極の直下では電
気的な接合部として作用するので、等価的に接合面積を
小さくでき、損失を小さくするとともに、集電極のない
部分ではn型単結晶シリコンの表面の再結合を低下させ
る。したがって、効率の高い光起電力装置が得られる。
Description
特にたとえば互いに逆の導電型の関係を有する結晶シリ
コン(単結晶または多結晶)と非晶質シリコンとで形成
されたヘテロ接合を用い、かつ光入射側となる非晶質シ
リコン上に集電極を形成した光起電力装置に関する。
置の一例が、たとえば、特開平4−130671号(H
01L 31/04)や特開平4−199750号(H
01L31/04)に開示されている。図4にはヘテロ
接合を有する従来の光起電力装置が示されていて、この
光起電力装置1は、n型単結晶シリコン2とp型非晶質
シリコン3とで形成されるヘテロ接合を含み、さらに光
入射側となるp型非晶質シリコン3上の全面に形成され
た透明電極4を含む。この透明電極4はたとえばITO
からなり、電流収集と反射防止とを兼ねている。なお、
5は集電極であり、6は裏面電極である。
電力装置1においては、透明電極として用いられるIT
Oの屈折率が小さく、十分な反射防止効果が得られず、
したがって効率の向上に限界があった。そこで、透明電
極として、最適の屈折率を有し、一般的に反射防止膜と
して利用されるTiO2 を用いることが考えられるが、
TiO2 は抵抗率が大きく、ヘテロ接合を有する光起電
力装置に用いることはできなかった。
らに効率のよい、ヘテロ接合を有する光起電力装置を提
供することである。
導電型を有する結晶シリコンと非晶質シリコンとで形成
されたヘテロ接合を用い、光入射側となる非晶質シリコ
ン上に集電極を形成した光起電力装置において、集電極
をくし状集電極として形成し、集電極のフィンガの間隔
を少なくとも結晶シリコンにおける少数キャリアの拡散
長より小さくしたことを特徴とする、光起電力装置であ
る。
を有するくし状集電極を非晶質シリコン上に配置し、集
電極のフィンガの間隔を狭める。集電極の間隔を結晶シ
リコンにおける少数キャリアの拡散長より小さくするこ
とで、透明電極を用いることなく、電流の収集を可能と
する。すなわち、非晶質シリコンの抵抗率は高いため、
非晶質シリコンを介して流れる電流は非常に小さい。し
たがって、非晶質シリコンは、集電極の直下では実質的
にダイオードとなる電気的な接合部として作用し、集電
極のない部分では結晶シリコンの表面再結合を低下させ
るパシベーション層として作用する。したがって、光起
電力装置のダイオード電流を小さくでき、しかも、結晶
シリコンの表面の再結合を低下させる。
するだけで、さらに効率のよい、ヘテロ接合を有する光
起電力装置を得ることができる。また、集電極に反射防
止機能をもたせなくてもよいので、必要に応じて形成さ
れる反射防止層として最適な反射防止層を選択でき、効
率を一層向上できる。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
10はHIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-la
yer)構造に構成され、裏面電極12を含む。裏面電極1
2はたとえばアルミニウムによってたとえば2μm厚に
形成される。裏面電極12上にはn型単結晶シリコン1
4が配置される。n型単結晶シリコン14の抵抗率は1
Ωcmであり、その厚みは300μmである。また、n型
単結晶シリコン14の少数キャリアの拡散長は略300
μmである。
シリコン16が形成される。i型非晶質シリコン16の
厚みは、たとえば50〜300Åであり、i型非晶質シ
リコン16をn型単結晶シリコン14上に形成すること
によって、n型単結晶シリコン14表面の再結合が低減
される。i型非晶質シリコン16上にはp型非晶質シリ
コン18が形成される。p型非晶質シリコン18は50
〜200Åに形成される。
が形成される。この集電極19は、具体的には、たとえ
ば図2に示すくし状電極として構成される。すなわち、
集電極19は、バスバー19aとそれから延びる多数の
フィンガ20とを含み、全体として集電極19はTi/
Agの多層構造とされ、フィンガ20はたとえば5μm
幅×5μm厚の微細電極として形成される。またフィン
ガ20の間隔Dは、n型単結晶シリコン14における少
数キャリアの拡散長(略300μm)より小さく設定さ
れ、たとえば50μmとされる。
射防止層22が形成される。反射防止層22は、MgF
2 /TiO2 の多層構造に形成され、p型非晶質シリコ
ン18上に集電極19の形成部分を除いて形成される。
このような光起電力装置10は以下のようにして製造さ
れる。まず、図3(A)において、n型単結晶シリコン
14が洗浄された後、その上にi型非晶質シリコン16
およびp型非晶質シリコン18が、それぞれたとえばプ
ラズマCVD法によって形成される。p型非晶質シリコ
ン18は、B2 H6 (ジボラン):SiH4 (シラ
ン):H2 =0.1:5:100の原料ガスを、0.2
Torr,30mW/cm2 の条件で与えることによって形成さ
れる。p型非晶質シリコン18の形成条件が、基板温度
120℃程度,B2 H6 /SiH4 =1〜2%のときに
良好な変換効率特性を示した。また、i型非晶質シリコ
ン16は、B2 H6 やPH3 (ホスフィン)などのドー
パントを含まずかつたとえばSiH4 を含む原料ガスを
与えることによって形成される。
シリコン18上に、レジスト24を形成することによ
り、集電極19すなわちフィンガ20用のパターン2
0′が形成される。レジスト24は、紫外線感光型やス
クリーン印刷によるパターン塗布型の方法などを用いて
形成される。そして、図3(C)に示すように、集電極
19すなわちフィンガ20が形成された後、レジスト2
4が剥離される。レジスト24の剥離は、たとえば蒸着
を用いたリフトオフによって行われる。
晶質シリコン18上に、集電極19すなわちフィンガ2
0が形成されている部分を除いて、絶縁性の反射防止層
22が形成される。反射防止層22は、たとえばスパッ
タリング,CVDまたは蒸着などによって形成される。
反射防止層22にMgF2 /TiO2 の多層コートを用
いる場合には、MgF2 がたとえば蒸着によって形成さ
れ、TiO2 がたとえばスパッタリングによってその上
に形成される。
結晶シリコン14の下面全面に、たとえば蒸着によって
裏面電極12が形成される。このようにして得られたこ
の実施例の光起電力装置10は、反射防止層22から入
射される光エネルギを電気エネルギに変換する光起電力
装置である。この実施例の光起電力装置10において
は、集電極19のフィンガ20の間隔Dをn型単結晶シ
リコン14における少数キャリアの拡散長より小さくす
ることで、透明全面電極を用いることなく電流の収集を
可能とする。すなわち、p型非晶質シリコン18の抵抗
率は高く、図3(E)の矢印aに示すように、p型非晶
質シリコン18を介して流れる電流は非常に小さい。し
たがって、p型非晶質シリコン18は、集電極19すな
わちフィンガ20の直下では実質的にダイオードとなる
電気的な接合部として作用する。したがって、接合面積
は集電極の底面積と同一となり、ダイオード電流が小さ
く、開放電圧Vocが大きくなる。また、p型非晶質シ
リコン18は、集電極19のフィンガ20のない部分す
なわち光入射部分では、n型単結晶シリコン14の表面
再結合を低下させるパシベーション層として作用する。
防止層22を形成できるので、反射防止層22の形成の
自由度が大きくなる。したがって、実施例で用いたTi
O2のように光を反射するために最適な反射防止層22
を選択でき、効率を一層向上できる。ただし、反射防止
層22は、集電極19上にも形成されてもよい。このよ
うにして、上述の実施例の光起電力装置10では、従来
のヘテロ接合の光起電力装置と比較して、開放電圧が2
0mV大きくなり、短絡電流が1mA/cm 2 大きくなり、
全体として変換効率が6%向上した。
コン14,i型非晶質シリコン16およびp型非晶質シ
リコン18を含むHIT構造が用いられたが、i型非晶
質シリコン16はなくてもよい。また、集電極19の形
成法としては、リフトオフ法以外に電解めっき法があ
る。また、レジスト24を形成する前に、電極を全面に
蒸着しておき、その後レジストを形成してパターン形成
後、エッチングして集電極19を形成する方法もある。
2 ,ZnS,ZnSe,CdSまたはBi2 O3 などの
屈折率2〜3のものと、MgF2 ,CaF2 ,LiF,
NaFまたはSiO2 などの屈折率≦1.5のものとの
組み合わせも用いることができる。また、裏面電極12
としてはアルミニウムをn型単結晶シリコン14の下面
全面にたとえばAlを2μm厚で蒸着したが、裏面電極
12での反射率を向上させるため、ITO,ZnOまた
はSiO2 などの膜と反射率の高いAgまたはAuなど
の膜とをn型単結晶シリコン14の下面全面または一部
分に積層させて裏面電極12としてもよい。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】互いに逆の導電型を有する結晶シリコンと
非晶質シリコンとで形成されたヘテロ接合を用い、光入
射側となる前記非晶質シリコン上に集電極を形成した光
起電力装置において、 前記集電極をくし状集電極として形成し、集電極のフィ
ンガの間隔を少なくとも前記結晶シリコンにおける少数
キャリアの拡散長より小さくしたことを特徴とする、光
起電力装置。 - 【請求項2】少なくとも前記集電極の前記フィンガ間の
前記非晶質シリコン上に形成された光の反射を防止する
ための反射防止層を備える、請求項1記載の光起電力装
置。
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-
1993
- 1993-11-19 JP JP29019193A patent/JP3244369B2/ja not_active Expired - Fee Related
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