JPH0716022B2 - アモルファス太陽電池 - Google Patents
アモルファス太陽電池Info
- Publication number
- JPH0716022B2 JPH0716022B2 JP3129081A JP12908191A JPH0716022B2 JP H0716022 B2 JPH0716022 B2 JP H0716022B2 JP 3129081 A JP3129081 A JP 3129081A JP 12908191 A JP12908191 A JP 12908191A JP H0716022 B2 JPH0716022 B2 JP H0716022B2
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- Japan
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- solar cell
- sih
- film
- sheet
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一部に水素
化アモルファスシリコンを用いる薄膜太陽電池に関す
る。
化アモルファスシリコンを用いる薄膜太陽電池に関す
る。
【0002】
【従来の技術】薄膜太陽電池は図4に示すように発電層
としてイントリンシック(i)層を用い、その両側にp
型n型のド−ピング層あるいはショットキ−接合を作り
うる金属層を置き、これによってi層内に内部電界を生
じさせて電荷を分離走行させ電流としてとりだすもので
ある。本発明においてイントリンシック(i)層とは単
にSi,Ge,Cなどの任意の組合せでよいだけでな
く,ド−パントとしては不活性な元素たとえばN,O,
H,F,Clなどが任意に添加されていてもよい。ま
た、ド−パントについても微量であれば添加されていて
も問題はない。例えばP,B,Ga,As,Sb等が1
00ppm程度以下で添加されていても問題ない。さら
に、pとnのド−パントが相殺するように添加されてい
ればそれぞれのド−パントはさらに高濃度、例えば10
00ppm程度でもよい。すなわち、本i層の両側にそ
れぞれ導電型の異なる層を形成することにより接合が形
成できるものを意味する。
としてイントリンシック(i)層を用い、その両側にp
型n型のド−ピング層あるいはショットキ−接合を作り
うる金属層を置き、これによってi層内に内部電界を生
じさせて電荷を分離走行させ電流としてとりだすもので
ある。本発明においてイントリンシック(i)層とは単
にSi,Ge,Cなどの任意の組合せでよいだけでな
く,ド−パントとしては不活性な元素たとえばN,O,
H,F,Clなどが任意に添加されていてもよい。ま
た、ド−パントについても微量であれば添加されていて
も問題はない。例えばP,B,Ga,As,Sb等が1
00ppm程度以下で添加されていても問題ない。さら
に、pとnのド−パントが相殺するように添加されてい
ればそれぞれのド−パントはさらに高濃度、例えば10
00ppm程度でもよい。すなわち、本i層の両側にそ
れぞれ導電型の異なる層を形成することにより接合が形
成できるものを意味する。
【0003】当然、素子内での電子および正孔キャリヤ
の走行性は電界分布に大きく影響される。近年、この電
界分布が評価できるようになり、この電界分布が、i層
内の局在準位密度やi層内に混入した不純物によって大
きく変化することが明らかになった。(アプライド、フ
ィジクス、レタ−ズ、57巻、478頁、1990年)
例えば、局在準位密度が大きい場合には、図4のように
i層内のn層に近い部分は電界があまりかからずこの部
分で発生したキャリヤはほとんど取り出されない。光電
変換効率の高い太陽電池を得るためには、i層内のn層
に近い部分の電界を何らかの手段で適正化する必要があ
る。従来、i層内の電界分布を変化させる手段として
は、硼素をi層の全体に渡って数ppm程度ド−ピング
する微量ド−プ法か、アモルファス骨格元素Si,G
e,Cなどの組成を膜厚方向に変化させるバンドプロフ
ァイル法が知られているのみであった。しかしこれらの
方法では電界分布を精密に制御できない。さらに、この
ような手段ではi層の全体もしくはかなりの部分に渡っ
て異種元素を導入するため、i層そのものの膜質低下を
生じるという問題があった。
の走行性は電界分布に大きく影響される。近年、この電
界分布が評価できるようになり、この電界分布が、i層
内の局在準位密度やi層内に混入した不純物によって大
きく変化することが明らかになった。(アプライド、フ
ィジクス、レタ−ズ、57巻、478頁、1990年)
例えば、局在準位密度が大きい場合には、図4のように
i層内のn層に近い部分は電界があまりかからずこの部
分で発生したキャリヤはほとんど取り出されない。光電
変換効率の高い太陽電池を得るためには、i層内のn層
に近い部分の電界を何らかの手段で適正化する必要があ
る。従来、i層内の電界分布を変化させる手段として
は、硼素をi層の全体に渡って数ppm程度ド−ピング
する微量ド−プ法か、アモルファス骨格元素Si,G
e,Cなどの組成を膜厚方向に変化させるバンドプロフ
ァイル法が知られているのみであった。しかしこれらの
方法では電界分布を精密に制御できない。さらに、この
ような手段ではi層の全体もしくはかなりの部分に渡っ
て異種元素を導入するため、i層そのものの膜質低下を
生じるという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】係る状況に鑑み、本発
明の目的は、薄膜太陽電池のi層においてその電界分布
を精密に制御する方法を提供することにあり、さらに上
記電界分布を精密に制御するにあたってi層の膜質を低
下させない方法を具体的に提示することにある。
明の目的は、薄膜太陽電池のi層においてその電界分布
を精密に制御する方法を提供することにあり、さらに上
記電界分布を精密に制御するにあたってi層の膜質を低
下させない方法を具体的に提示することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、P,B,
Ga,As,Sbなどの不純物原子を、i層全体もしく
はかなりの部分にではなく、膜内の局所的な部分に数原
子層の厚さにのみ導入することにより達成される。
Ga,As,Sbなどの不純物原子を、i層全体もしく
はかなりの部分にではなく、膜内の局所的な部分に数原
子層の厚さにのみ導入することにより達成される。
【0006】
【作用】本発明において、ド−パントを数原子層のみに
導入して制御することは、i層中の電荷分布をi層の膜
質を変化させることなく適正化することであり、太陽電
池、光センサ−等の性能向上の可能性を大幅に拡大する
ものである。
導入して制御することは、i層中の電荷分布をi層の膜
質を変化させることなく適正化することであり、太陽電
池、光センサ−等の性能向上の可能性を大幅に拡大する
ものである。
【0007】
(実施例1)本発明の第1の実施例を図1により以下に
示す。
示す。
【0008】一方の面に5000ÅのSbド−プのSn
O2膜2を有するガラス基板1を用いてp−i−n太陽
電池を形成した。反応室内の対向電極を有する接地基板
上にガラス基板1を導入し、基板温度200℃とし、反
応ガスCH4,SiH4,B2H6(1%,H2希釈)を流
して圧力を0.5Torrに保ち、対向電極に13.5
6MHzのRF電力を投入しグロ−放電を起こしてSn
O2膜2上に100Åのp層3を形成した。次に、Si
H4を導入し第1のi層4aを2000Å形成した。さ
らにSiH4と水素希釈の100ppmB2H6を導入し
グロ−放電させ2×1011個/cm2の硼素を含有する
第1シ−ト状B層5aを形成した。さらに、SiH4を
導入し第2のi層4bを2000Å、SiH4と水素希
釈の100ppmB2H6を導入し2×1011個の硼素を
含有する第2シ−ト状B層5bを形成した。さらに、S
iH4を導入し第3のi層4cを2000Åを形成し、
全体で6000Åのi層4を形成した。次いで、SiH
4,PH3(1%,H2希釈),H2を導入し微結晶n層6
をグロ−放電法により300Å形成した。その後、試料
を真空蒸着装置に導入し、抵抗加熱蒸着法によりAlを
金属マスクを用いて1μm蒸着し、裏面金属電極層7を
形成した。次に、CF4+O2混合ガスによるプラズマエ
ッチングを行い、裏面金属電極層7の被着していない部
分のpin層を除去し、最後にSnO2膜2からの電極
取り出しのため、表面側金属電極層をSnO2膜2上に
抵抗加熱蒸着法によりAlを金属マスクを用いて1μm
蒸着し形成した。これにより、シ−ト状B層5a,5b
のない場合には、太陽光照射下において、開放電圧(V
oc):0.877V、短絡電流(Jsc):17.0
2mA/cm2、曲線因子(FF):0.525、光電
変換効率(η):7.84%、であったものが、シ−ト
状B層5a,5bの挿入により、開放電圧(Voc):
0.887V、短絡電流(Jsc):16.85mA/
cm2、曲線因子(FF):0.609、光電変換効率
(η):9.10%、を得た。すなわちこの場合には、
本発明のシ−ト状B層という極薄膜ド−パント層の導入
により、Jscは若干減少するがFFは大きく向上する
という結果を得た。
O2膜2を有するガラス基板1を用いてp−i−n太陽
電池を形成した。反応室内の対向電極を有する接地基板
上にガラス基板1を導入し、基板温度200℃とし、反
応ガスCH4,SiH4,B2H6(1%,H2希釈)を流
して圧力を0.5Torrに保ち、対向電極に13.5
6MHzのRF電力を投入しグロ−放電を起こしてSn
O2膜2上に100Åのp層3を形成した。次に、Si
H4を導入し第1のi層4aを2000Å形成した。さ
らにSiH4と水素希釈の100ppmB2H6を導入し
グロ−放電させ2×1011個/cm2の硼素を含有する
第1シ−ト状B層5aを形成した。さらに、SiH4を
導入し第2のi層4bを2000Å、SiH4と水素希
釈の100ppmB2H6を導入し2×1011個の硼素を
含有する第2シ−ト状B層5bを形成した。さらに、S
iH4を導入し第3のi層4cを2000Åを形成し、
全体で6000Åのi層4を形成した。次いで、SiH
4,PH3(1%,H2希釈),H2を導入し微結晶n層6
をグロ−放電法により300Å形成した。その後、試料
を真空蒸着装置に導入し、抵抗加熱蒸着法によりAlを
金属マスクを用いて1μm蒸着し、裏面金属電極層7を
形成した。次に、CF4+O2混合ガスによるプラズマエ
ッチングを行い、裏面金属電極層7の被着していない部
分のpin層を除去し、最後にSnO2膜2からの電極
取り出しのため、表面側金属電極層をSnO2膜2上に
抵抗加熱蒸着法によりAlを金属マスクを用いて1μm
蒸着し形成した。これにより、シ−ト状B層5a,5b
のない場合には、太陽光照射下において、開放電圧(V
oc):0.877V、短絡電流(Jsc):17.0
2mA/cm2、曲線因子(FF):0.525、光電
変換効率(η):7.84%、であったものが、シ−ト
状B層5a,5bの挿入により、開放電圧(Voc):
0.887V、短絡電流(Jsc):16.85mA/
cm2、曲線因子(FF):0.609、光電変換効率
(η):9.10%、を得た。すなわちこの場合には、
本発明のシ−ト状B層という極薄膜ド−パント層の導入
により、Jscは若干減少するがFFは大きく向上する
という結果を得た。
【0009】(実施例2)本発明の第2の実施例を図2
を用いて以下に示す。
を用いて以下に示す。
【0010】一方の面に5000ÅのSbド−プのSn
O2膜12を有するガラス基板11を用いて2層タンデ
ム型のpin/pin太陽電池を形成した。反応室内の
対向電極を有する接地基板上にガラス基板11を導入
し、基板温度200℃とし、反応ガスCH4,SiH4,
B2H6(1%,H2希釈)を流して圧力を0.5Tor
rに保ち、対向電極に13.56MHzのRF電力を投
入しグロ−放電を起こしてSnO2膜12上に100Å
のp層13を形成した。次に、SiH4を導入し第1層
i層14を1500Å形成した。次いで、SiH4,P
H3(1%,H2希釈),H2を導入し微結晶n層15を
グロ−放電法により300Å形成した。次に、Si
H4,B2H6(1%,H2希釈)混合ガスをグロ−放電分
解し100Åのp層16を形成した。次に、SiH4,
GeH4混合ガスのグロ−放電分解により光学ギャップ
1.55eVの第2層i層(1)17aを300Å形成
し、次いで水素希釈の100ppmB2H6を導入し熱分
解により1×1012個/cm2の硼素からなる第1シ−
ト状B層18aを形成した。さらに、SiH4,GeH4
混合ガスを導入し第2層i層(2)17bをグロ−放電
法により1000Å形成した。水素希釈の100ppm
B2H6を導入し2×1011個/cm2の硼素からなる第
2シ−ト状B層18bを形成した。さらに、SiH4,
GeH4混合ガスを導入し第2層i層(3)17cを2
000Åを形成し、全体で3300Åの第2層i層17
を形成した。次いで、SiH4,PH3(1%,H2希
釈),H2を導入し微結晶n層19をグロ−放電法によ
り300Å形成した。その後、実施例1と同じ工程で、
裏面金属電極層20と表面側金属電極層を形成した。こ
れにより、太陽光照射下において、Voc:1.65
V、Jsc:9.5mA/cm2、FF:0.68、
η:10.7%、が得られた。特筆すべきは、この場合
には本発明の極薄膜ド−パント層の導入により、100
0時間の太陽光照射による太陽電池の劣化は光電変換効
率で15%から8%に低減できた。
O2膜12を有するガラス基板11を用いて2層タンデ
ム型のpin/pin太陽電池を形成した。反応室内の
対向電極を有する接地基板上にガラス基板11を導入
し、基板温度200℃とし、反応ガスCH4,SiH4,
B2H6(1%,H2希釈)を流して圧力を0.5Tor
rに保ち、対向電極に13.56MHzのRF電力を投
入しグロ−放電を起こしてSnO2膜12上に100Å
のp層13を形成した。次に、SiH4を導入し第1層
i層14を1500Å形成した。次いで、SiH4,P
H3(1%,H2希釈),H2を導入し微結晶n層15を
グロ−放電法により300Å形成した。次に、Si
H4,B2H6(1%,H2希釈)混合ガスをグロ−放電分
解し100Åのp層16を形成した。次に、SiH4,
GeH4混合ガスのグロ−放電分解により光学ギャップ
1.55eVの第2層i層(1)17aを300Å形成
し、次いで水素希釈の100ppmB2H6を導入し熱分
解により1×1012個/cm2の硼素からなる第1シ−
ト状B層18aを形成した。さらに、SiH4,GeH4
混合ガスを導入し第2層i層(2)17bをグロ−放電
法により1000Å形成した。水素希釈の100ppm
B2H6を導入し2×1011個/cm2の硼素からなる第
2シ−ト状B層18bを形成した。さらに、SiH4,
GeH4混合ガスを導入し第2層i層(3)17cを2
000Åを形成し、全体で3300Åの第2層i層17
を形成した。次いで、SiH4,PH3(1%,H2希
釈),H2を導入し微結晶n層19をグロ−放電法によ
り300Å形成した。その後、実施例1と同じ工程で、
裏面金属電極層20と表面側金属電極層を形成した。こ
れにより、太陽光照射下において、Voc:1.65
V、Jsc:9.5mA/cm2、FF:0.68、
η:10.7%、が得られた。特筆すべきは、この場合
には本発明の極薄膜ド−パント層の導入により、100
0時間の太陽光照射による太陽電池の劣化は光電変換効
率で15%から8%に低減できた。
【0011】(実施例3)本発明の第3の実施例を図3
を用いて以下に示す。
を用いて以下に示す。
【0012】ステンレス基板31を用いてp−i−n太
陽電池を形成した。反応室内の対向電極を有する接地基
板上に導入し、基板温度300℃とし、反応ガスSiH
4,PH3(1%,H2希釈),H2を導入し微結晶n層3
2をグロ−放電法により300Å形成した。次に、Si
H4を導入し第1i層33aを200Å形成した。水素
希釈の100ppmB2H6を導入し紫外光照射により1
×1012個/cm2の硼素からなる第1シ−ト状B層3
4aを形成した。次に、SiH4を導入しグロ−放電法
により第2i層33bを2000Å形成した。さらに水
素希釈の10ppmPH3を導入し紫外光照射により1
×1011個/cm2のリンからなる第1シ−ト状P層3
4bを形成した。次に、SiH4を導入しグロ−放電法
により第3i層33cを4000Å形成した。これによ
り6200Åのi層33を形成した。CH4,SiH4,
B2H6(1%,H2希釈),H2を流してグロ−放電法に
より微結晶の100Åのp層35を形成した。さらに、
その後、試料を真空蒸着装置に導入し、電子ビ−ム蒸着
法によりスズド−プの酸化インジウムを金属マスクを用
いて700Å蒸着し、表面透明電極層36を形成した。
これにより、高温で形成したことによるn型不純物のi
層への拡散の影響を極薄膜B層により除去し、かつi層
内の電界分布を極薄膜P層により適正化した。従来この
ような高温成膜条件では5%程度の効率しか得られなか
ったが、これにより、太陽光照射下において、Voc:
0.85V、Jsc:15.1mA/cm2、FF:
0.63、η:8.1%、を得た。
陽電池を形成した。反応室内の対向電極を有する接地基
板上に導入し、基板温度300℃とし、反応ガスSiH
4,PH3(1%,H2希釈),H2を導入し微結晶n層3
2をグロ−放電法により300Å形成した。次に、Si
H4を導入し第1i層33aを200Å形成した。水素
希釈の100ppmB2H6を導入し紫外光照射により1
×1012個/cm2の硼素からなる第1シ−ト状B層3
4aを形成した。次に、SiH4を導入しグロ−放電法
により第2i層33bを2000Å形成した。さらに水
素希釈の10ppmPH3を導入し紫外光照射により1
×1011個/cm2のリンからなる第1シ−ト状P層3
4bを形成した。次に、SiH4を導入しグロ−放電法
により第3i層33cを4000Å形成した。これによ
り6200Åのi層33を形成した。CH4,SiH4,
B2H6(1%,H2希釈),H2を流してグロ−放電法に
より微結晶の100Åのp層35を形成した。さらに、
その後、試料を真空蒸着装置に導入し、電子ビ−ム蒸着
法によりスズド−プの酸化インジウムを金属マスクを用
いて700Å蒸着し、表面透明電極層36を形成した。
これにより、高温で形成したことによるn型不純物のi
層への拡散の影響を極薄膜B層により除去し、かつi層
内の電界分布を極薄膜P層により適正化した。従来この
ような高温成膜条件では5%程度の効率しか得られなか
ったが、これにより、太陽光照射下において、Voc:
0.85V、Jsc:15.1mA/cm2、FF:
0.63、η:8.1%、を得た。
【0013】なお以上の実施例ではi層内のド−プ層は
いずれも2層の場合を示したが、これは2層程度が制御
性がよくかつ工程としても複雑でないためであり、1層
のみまた3層以上のいずれでも本発明の効果が得られる
ことは明らかである。
いずれも2層の場合を示したが、これは2層程度が制御
性がよくかつ工程としても複雑でないためであり、1層
のみまた3層以上のいずれでも本発明の効果が得られる
ことは明らかである。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によればi層
の膜質に悪影響を与えることなくi層内の電界分布を精
密に制御でき、これによりアモルファス太陽電池の効率
向上や劣化防止ができる。もちろんこのことはアモルフ
ァス太陽電池のみではなく、同じ接合構造を有するダイ
オ−ドやホトダイオ−ドにおいても同様に有効であるこ
とはいうまでもない。
の膜質に悪影響を与えることなくi層内の電界分布を精
密に制御でき、これによりアモルファス太陽電池の効率
向上や劣化防止ができる。もちろんこのことはアモルフ
ァス太陽電池のみではなく、同じ接合構造を有するダイ
オ−ドやホトダイオ−ドにおいても同様に有効であるこ
とはいうまでもない。
【図1】本発明の第一の実施例を示すアモルファス太陽
電池の断面模式図である。
電池の断面模式図である。
【図2】本発明の第二の実施例を示すアモルファス太陽
電池の断面模式図である。
電池の断面模式図である。
【図3】本発明の第三の実施例を示すアモルファス太陽
電池の断面模式図である。
電池の断面模式図である。
【図4】従来のアモルファス太陽電池の断面模式図とi
層内の電界強度分布。
層内の電界強度分布。
1,11−−−ガラス基板、2,12−−−SnO
2膜、3,13,16,35−−−p層、4,14,1
7,33−−−i層、4a−−−第1i層、4b−−−
第2i層、4c−−−第3i層、5a−−−第1シ−ト
状B層、5b−−−第2シ−ト状B層、6,15,1
9,32−−−n層、7,20−−−裏面金属電極層、
17a−−−第2層i層(1)、17b−−−第2層i
層(2)、17c−−−第2層i層(3)、18a−−
−第1シ−ト状B層、18b−−−第2シ−ト状B層、
31−−−ステンレス基板、33a−−−第1i層、3
3b−−−第2i層、33c−−−第3i層、34a−
−−第1シ−ト状B層、34b−−−第1シ−ト状P
層、36−−−表面透明電極層。
2膜、3,13,16,35−−−p層、4,14,1
7,33−−−i層、4a−−−第1i層、4b−−−
第2i層、4c−−−第3i層、5a−−−第1シ−ト
状B層、5b−−−第2シ−ト状B層、6,15,1
9,32−−−n層、7,20−−−裏面金属電極層、
17a−−−第2層i層(1)、17b−−−第2層i
層(2)、17c−−−第2層i層(3)、18a−−
−第1シ−ト状B層、18b−−−第2シ−ト状B層、
31−−−ステンレス基板、33a−−−第1i層、3
3b−−−第2i層、33c−−−第3i層、34a−
−−第1シ−ト状B層、34b−−−第1シ−ト状P
層、36−−−表面透明電極層。
Claims (3)
- 【請求項1】少くとも一部に水素化アモルファスシリコ
ンを用いるp−i−n型薄膜太陽電池において、i層中
にp若しくはn型のド−パントを層状に数原子層有する
ことを特徴とするアモルファス太陽電池。 - 【請求項2】上記i層はp若しくはn型のド−パントを
一原子層若しくは二原子層含むことを特徴とする請求項
1記載のアモルファス太陽電池。 - 【請求項3】上記p若しくはn型のド−パントは1×1
013個/cm2以下であることを特徴とする請求項1又
は2に記載のアモルファス太陽電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3129081A JPH0716022B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | アモルファス太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3129081A JPH0716022B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | アモルファス太陽電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04354166A JPH04354166A (ja) | 1992-12-08 |
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