JPH0794768A - Photovoltaic device - Google Patents

Photovoltaic device

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JPH0794768A
JPH0794768A JP5236618A JP23661893A JPH0794768A JP H0794768 A JPH0794768 A JP H0794768A JP 5236618 A JP5236618 A JP 5236618A JP 23661893 A JP23661893 A JP 23661893A JP H0794768 A JPH0794768 A JP H0794768A
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JP
Japan
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semiconductor layer
type amorphous
amorphous semiconductor
photovoltaic device
layer
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JP5236618A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Sano
景一 佐野
Yoichiro Aya
洋一郎 綾
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the characteristics from being lowered owing to impurities of oxygen and nitrogen mixed in a photoelectric conversion layer. CONSTITUTION:A photovoltaic device includes a pin structure photovoltaic conversion layer 3, and an i-type amorphous semiconductor layer 3i contains therein oxygen and/or nitrogen by 10<18> to 10<21>cm<-3>, wherein 0.1 to 100ppm boron is doped within a range of from 500Angstrom to 3000Angstrom from the interface between the i-type amorphous semiconductor layer 3i to a p-type amorphous semiconductor layer 3p in the direction of film thickness.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非晶質半導体を光電変
換層とする光起電力装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device having an amorphous semiconductor as a photoelectric conversion layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、非晶質シリコンに代表される非
晶質半導体から成る光起電力装置では、光電変換層に含
まれる、酸素や窒素などの不純物の量によってその特性
は大きく変動する。
2. Description of the Related Art Generally, in a photovoltaic device made of an amorphous semiconductor typified by amorphous silicon, its characteristics greatly vary depending on the amount of impurities such as oxygen and nitrogen contained in the photoelectric conversion layer.

【0003】通常、非晶質半導体の膜形成で混入する不
純物は、反応ガスに含まれる不純物も存在するものの、
量産段階において大きな影響を及ぼす不純物は、真空装
置における真空漏れ、所謂リークに基づくものが殆どで
あり、その主となるのが、酸素や窒素である。
Usually, as impurities mixed in the formation of a film of an amorphous semiconductor, although impurities contained in the reaction gas also exist,
Most of the impurities that have a great influence in the mass production stage are caused by vacuum leak in a vacuum device, so-called leak, and oxygen and nitrogen are the main ones.

【0004】この特性変動をできる限り小さくする方法
として、例えば膜形成装置の初期真空度を高めるための
高性能な真空装置を使用するといった装置面での工夫
や、或いはその光電変換層を構成する真性非晶質半導体
層(以下、i型非晶質半導体層と称する。)内に濃度が
一様となるように導電型決定不純物であるボロンをドー
プすることでその変動を抑制するといった素子構造面で
の工夫がなされている(特公平4−60353号、特公
昭61−97874号参照)。
As a method of minimizing this characteristic variation, for example, a device is devised such as using a high-performance vacuum device for increasing the initial vacuum degree of the film forming device, or its photoelectric conversion layer is formed. An element structure in which the intrinsic amorphous semiconductor layer (hereinafter, referred to as an i-type amorphous semiconductor layer) is doped with boron, which is a conductivity type determining impurity, so that the concentration thereof is uniform, to suppress the fluctuation. The device has been devised (see Japanese Examined Patent Publication No. 4-60353 and Japanese Examined Patent Publication No. 61-97874).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、真空装置に
よる方法にあっては、多大な設備投資が必要となること
に加えて、真空装置自体の長期に及ぶ使用に因って排気
能力が劣化し、ひいては光起電力装置の特性劣化が生じ
ることと成り、根本的な解決には至らない。
However, in the method using the vacuum device, in addition to requiring a large investment in equipment, the exhaust capability deteriorates due to the long-term use of the vacuum device itself. As a result, the characteristic of the photovoltaic device is deteriorated, and it is not a fundamental solution.

【0006】また、i型非晶質半導体層にボロンをドー
プする方法にあっては、このボロンにより酸素や窒素な
どの不純物による影響を抑圧し得るものの、このボロン
自体の影響によりi型非晶質半導体層全体の膜質を劣化
させることにもなるため、この膜質劣化と不純物の影響
抑圧との兼ね合いという面で一般にボロンドーピングの
制御は極めて難しい。
Further, in the method of doping the i-type amorphous semiconductor layer with boron, although the effect of impurities such as oxygen and nitrogen can be suppressed by this boron, the i-type amorphous substance is affected by the effect of boron itself. Since it also deteriorates the film quality of the entire quality semiconductor layer, it is generally extremely difficult to control boron doping in terms of the balance between the film quality deterioration and the suppression of the influence of impurities.

【0007】とりわけ、pin接合を基本構造とする光
電変換層を備えた光起電力装置にあっては、i型非晶質
半導体層に不純物である酸素又は窒素が混入すると、こ
れら不純物はこのi型非晶質半導体層中で弱いながらド
ナー準位を形成することとなり、pin接合による内部
電界、特にp/i界面近傍における電界の強度を局所的
に大きなものとしてしまい、i型非晶質半導体層内の電
界分布を不均一なものにする。この電界分布の不均一現
象は、光キャリアの外部取り出しの障害となり、光起電
力装置の総合的な特性評価である光電変換効率の低下を
招くことになる。
In particular, in a photovoltaic device having a photoelectric conversion layer having a pin junction as a basic structure, when impurities such as oxygen or nitrogen are mixed into the i-type amorphous semiconductor layer, these impurities are added to the i-type amorphous semiconductor layer. A weak donor level is formed in the i-type amorphous semiconductor layer, and the internal electric field due to the pin junction, particularly the electric field strength in the vicinity of the p / i interface, is locally increased. Make the electric field distribution in the layer non-uniform. This non-uniformity of the electric field distribution becomes a hindrance to the external extraction of photocarriers, which leads to a decrease in photoelectric conversion efficiency, which is a comprehensive characteristic evaluation of the photovoltaic device.

【0008】そこで、本願発明は、ボロンによって酸素
や窒素の不純物に因る影響を抑圧しつつ、光電変換によ
り得られた光キャリアを十分に収集し得る光起電力装置
を提供するものである。
Therefore, the present invention provides a photovoltaic device capable of sufficiently collecting photocarriers obtained by photoelectric conversion while suppressing the influence of boron and impurities caused by oxygen and nitrogen.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明光起電力装置は、
pin構造からなる光電変換層を備え、そのi型非晶質
半導体層は、層内に酸素又は及び窒素を1018乃至10
21cm-3含有すると共に、該i型非晶質半導体層と上記
p型非晶質半導体層との界面から、膜厚方向に向かって
500Å乃至3000Åの範囲にボロンを0.1乃至1
00ppmドーピングすることにあり、また上記i型非
晶質半導体層を光学バンドギャップの異なる複数からな
る層とし、それら複数の層を光入射側に向かって光学的
バンドギャップが大となるように配置したことにある。
The photovoltaic device of the present invention comprises:
comprising a photoelectric conversion layer consisting of a pin structure, the i-type amorphous semiconductor layer is an oxygen or and nitrogen 10 18 to within the layer 10
21 cm −3 , and from the interface between the i-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer, boron is added in the range of 500 Å to 3000 Å in the thickness direction of 0.1 to 1
The i-type amorphous semiconductor layer is composed of a plurality of layers having different optical band gaps, and the plurality of layers are arranged so that the optical band gap becomes larger toward the light incident side. There is something I did.

【0010】[0010]

【作用】本願発明によれば、一定濃度範囲の酸素又は窒
素、或いは酸素及び窒素から成る不純物を含有したi型
非晶質半導体層を備えた光起電力装置に、このi型非晶
質半導体層とp型非晶質半導体層との界面から該i型非
晶質半導体層の膜厚方向に向かって所定の膜厚範囲内に
ボロンを0.1乃至100ppmドーピングせしめるこ
とで、それら不純物に因るp/i界面付近における局所
的な電界強度の上昇を抑圧することができる。
According to the present invention, a photovoltaic device provided with an i-type amorphous semiconductor layer containing oxygen or nitrogen in a certain concentration range or impurities composed of oxygen and nitrogen is provided. By doping boron to the i-type amorphous semiconductor layer from the interface between the p-type amorphous semiconductor layer and the i-type amorphous semiconductor layer in a predetermined thickness range by doping with boron in an amount of 0.1 to 100 ppm, It is possible to suppress the local increase in the electric field strength in the vicinity of the p / i interface.

【0011】このことは、pin接合内の内部電界を光
電変換層内全域に亘って、均一なものとすることが可能
となる。
This makes it possible to make the internal electric field in the pin junction uniform throughout the photoelectric conversion layer.

【0012】また、このp/i界面における酸素や窒素
の不純物に因るドナーとしての作用を、アクセプタであ
るボロンにより補償することとなることから、光起電力
装置としての効率が向上するとともに、光劣化の抑圧も
可能となり、光照射によって生じる非晶質半導体内のダ
ングリングボンドの欠陥の影響を軽減し得るものと思わ
れる。
Further, since the action as a donor due to the impurities of oxygen and nitrogen at the p / i interface is compensated by boron as an acceptor, the efficiency as a photovoltaic device is improved and at the same time, It is considered that photodegradation can be suppressed, and the influence of dangling bond defects in the amorphous semiconductor caused by light irradiation can be reduced.

【0013】[0013]

【実施例】図1は、本願発明光起電力装置の第1の実施
例を説明するための素子構造図である。図中の(1)は石
英や、ガラス等からなる透光性基板であり、(2)は透光
性基板(1)の表面に形成された酸化錫や酸化インジュウ
ム、あるいはこれらの混合体からなる透明導電膜、(3)
は透明導電膜(2)上に形成された、p型非晶質半導体層
(3p)とi型非晶質半導体層(3i)とn型非晶質半導体層(3
n)とからなる光電変換層であって、このi型非晶質半導
体層(3i)は更に後述する2つの層から成っている。そし
て(4)はアルミニュウムやクロム等からなる金属電極で
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an element structure diagram for explaining a first embodiment of a photovoltaic device of the present invention. In the figure, (1) is a transparent substrate made of quartz, glass or the like, and (2) is made of tin oxide or indium oxide formed on the surface of the transparent substrate (1), or a mixture thereof. Transparent conductive film, which becomes (3)
Is a p-type amorphous semiconductor layer formed on the transparent conductive film (2)
(3p) and i-type amorphous semiconductor layer (3i) and n-type amorphous semiconductor layer (3
n), the i-type amorphous semiconductor layer (3i) further comprises two layers described later. And (4) is a metal electrode made of aluminum, chromium or the like.

【0014】本光起電力装置にあっては、透光性基板
(1)を介して光電変換層(3)に入射された光は、この光電
変換層内で吸収され正孔と電子となって、透明導電膜
(2)と金属電極(4)とからそれぞれ外部に取り出されるこ
ととなる。
In this photovoltaic device, a transparent substrate
Light incident on the photoelectric conversion layer (3) via (1) is absorbed in the photoelectric conversion layer to become holes and electrons, and the transparent conductive film
It is taken out from the (2) and the metal electrode (4) respectively.

【0015】本実施例では、プラズマCVD法により形
成された非晶質シリコンをこの非晶質半導体層(3)とし
て用いており、その具体的な膜形成条件を表1に示す。
In this embodiment, amorphous silicon formed by the plasma CVD method is used as the amorphous semiconductor layer (3), and specific film forming conditions are shown in Table 1.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】まず、この光電変換層(3)の形成に当って
は、透明導電膜(2)上にp型非晶質半導体層(3p)を膜厚
が50Å〜300Åの範囲内で形成する。本実施例で
は、非晶質シリコンカーバイドを使用したが、これに限
られず単なるp型非晶質シリコン等を使用してもよい。
First, in forming the photoelectric conversion layer (3), a p-type amorphous semiconductor layer (3p) is formed on the transparent conductive film (2) within a film thickness range of 50Å to 300Å. . Although amorphous silicon carbide is used in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and simple p-type amorphous silicon or the like may be used.

【0018】次に、i型非晶質半導体層として、シラン
(SiH4)及び二酸化炭素(CO2)に、ジボラン(B2H6)を混入
させた反応ガスを、同表のi層(I)の条件にて、その
膜厚が500〜3000Åの範囲内となるような第1の
i型非晶質半導体層を形成し、引き続いて、上記ジボラ
ン(B2H6)を混合していない反応ガスによって、第2のi
型非晶質半導体層(i層(II))をi型非晶質半導体
層全体として必要とされる残りの膜厚分形成する。その
代表的な膜厚は、1000〜5000Åである。
Next, as an i-type amorphous semiconductor layer, silane is used.
(SiH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) mixed with diborane (B 2 H 6 ) as a reaction gas under the conditions of i layer (I) in the table, the film thickness is in the range of 500 to 3000 Å A first i-type amorphous semiconductor layer is formed, and then a second i-type amorphous semiconductor layer is formed by a reaction gas containing no diborane (B 2 H 6 ) mixed therein.
The i-type amorphous semiconductor layer (i layer (II)) is formed by the remaining film thickness required for the entire i-type amorphous semiconductor layer. Its typical film thickness is 1000 to 5000Å.

【0019】従って、i型非晶質半導体層(3i)内には、
i層(I)からi層(II)に亘って、酸素が混入され
ていると共に、i層(I)つまりp型非晶質半導体層近
傍のi型非晶質半導体層においてのみボロンがドーピン
グされることとなる。
Therefore, in the i-type amorphous semiconductor layer (3i),
Oxygen is mixed from the i layer (I) to the i layer (II), and boron is doped only in the i layer (I), that is, the i type amorphous semiconductor layer near the p type amorphous semiconductor layer. Will be done.

【0020】また、本実施例では、窒素による影響を明
確に分離するため、装置本体からのリークを極力抑圧し
た条件にて行っている。
Further, in this embodiment, in order to clearly separate the influence of nitrogen, the leak from the apparatus main body is suppressed as much as possible.

【0021】尚、本願発明の説明では、i型非晶質半導
体層中の不純物である酸素や窒素を二酸化炭素(CO2)な
どのガスを利用することで意図的に混入させ特性評価を
行っているが、これは最適な不純物濃度範囲等を明確に
把握するためであり、本発明は、これら不純物を真空装
置や膜形成装置などによるリークによって混入した酸素
や窒素を利用した場合であっても、全く同様の効果を奏
するものである。
In the description of the present invention, oxygen and nitrogen, which are impurities in the i-type amorphous semiconductor layer, are intentionally mixed by using a gas such as carbon dioxide (CO 2 ) and characteristic evaluation is performed. However, this is for clearly grasping the optimum impurity concentration range and the like, and the present invention relates to the case where oxygen or nitrogen mixed with these impurities by a leak from a vacuum device or a film forming device is used. Also has exactly the same effect.

【0022】図2は、この光起電力装置の光電変換層の
バンドプロファイルを模式的に示したバンド図(a)を示
したものであり、同図には酸素の不純物のみが混入さ
れ、ボロンによるドーピングが行われていないi型非晶
質半導体層を用いたことのみを異にする従来の光起電力
装置のそれ(b)をも同様に示している。つまり、本願発
明によれば、同図のように実施例光起電力装置のi型非
晶質半導体層ではそのバンドの傾きがほぼ一定となり、
内部電界強度が均一になっているものと考えている。一
方、従来例にあっては、i型非晶質半導体層内のバンド
の傾きがp型非晶質半導体層近傍で急峻となり、i型非
晶質半導体層内では内部電界強度が不均一になっている
ものと考えている。
FIG. 2 is a band diagram (a) schematically showing the band profile of the photoelectric conversion layer of this photovoltaic device. In FIG. 2, only oxygen impurities are mixed and boron band is shown. (B) of the conventional photovoltaic device, which is different only in that the i-type amorphous semiconductor layer not doped with is used, is also shown. That is, according to the present invention, as shown in the same figure, the inclination of the band is substantially constant in the i-type amorphous semiconductor layer of the photovoltaic device of the embodiment,
We believe that the internal electric field strength is uniform. On the other hand, in the conventional example, the band inclination in the i-type amorphous semiconductor layer becomes steep near the p-type amorphous semiconductor layer, and the internal electric field strength becomes nonuniform in the i-type amorphous semiconductor layer. I think it has become.

【0023】次に、本願発明の効果を十分に呈すること
となる、酸素や窒素、更にはボロンの最適濃度範囲等に
ついて説明する。図3は、本願発明におけるi型非晶質
半導体層内に含有する酸素濃度と、光電変換効率の関係
を示した特性図である、同図にはp型非晶質半導体層と
の界面から1000Åまでボロン(約10ppm)をド
ーピングした実施例光起電力装置(a)と、i型非晶質半
導体層内に酸素のみを混入するとともに、その層内全域
にボロンをドーピングした従来例光起電力装置(b)との
特性を各々示している。但し、i型非晶質半導体層全体
の膜厚は、約5000Å一定としている。
Next, the optimum concentration range of oxygen and nitrogen, and further boron, which sufficiently exerts the effect of the present invention, will be described. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the oxygen concentration contained in the i-type amorphous semiconductor layer and the photoelectric conversion efficiency in the present invention. Example photovoltaic device (a) doped with boron (about 10 ppm) up to 1000 Å, and conventional photovoltaic device in which only oxygen was mixed in the i-type amorphous semiconductor layer and boron was doped in the entire region of the layer. The characteristics with the power device (b) are shown respectively. However, the film thickness of the entire i-type amorphous semiconductor layer is approximately 5000Å constant.

【0024】同図によれば、従来例光起電力装置(b)と
比較して、本願発明光起電力装置(a)では、酸素濃度が
1021cm-3以下の範囲内では、その光電変換効率は極め
て高い値を示すことが分かる。なお、酸素等の不純物を
極力抑圧すること自体による特性向上は明らかであり、
またこれを実現することは、前述したように多大な設備
投資となることから、実用的には、不純物である酸素の
濃度を1018cm-3以上とすることが好適である。
According to the figure, as compared with the conventional photovoltaic device (b), in the photovoltaic device (a) of the present invention, when the oxygen concentration is within the range of 10 21 cm -3 or less, its photoelectric It can be seen that the conversion efficiency shows an extremely high value. It should be noted that the characteristic improvement by suppressing impurities such as oxygen as much as possible is clear,
Further, to realize this is a large capital investment as described above, so it is practically preferable to set the concentration of oxygen as an impurity to 10 18 cm −3 or more.

【0025】次に、図4は、i型非晶質半導体層(膜厚
約5000Å)中の酸素濃度を約1020cm-3一定とし、
i型非晶質半導体層内のボロンドーピング(約10pp
m)された部分の膜厚を種々変化させた場合の本願発明
光起電力装置の光電変換効率を示す特性図である。
Next, referring to FIG. 4, the oxygen concentration in the i-type amorphous semiconductor layer (film thickness: about 5000 Å) is kept constant at about 10 20 cm -3 ,
Boron doping in the i-type amorphous semiconductor layer (about 10 pp
It is a characteristic view which shows the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device of this invention when variously changing the film thickness of the part m).

【0026】同図によれば、上記半導体層の膜厚が50
0Åから3000Åの範囲内で高い光電変換効率を示す
ことが分かる。これは、500Åより薄い膜厚の場合に
あっては、酸素によるドナーライクな状態をボロンによ
って補償することが不十分となり、また3000Åを越
える膜厚であっては、ボロン自体に因るi型非晶質半導
体層の膜質劣化が顕著になるためと考えている。
According to the figure, the thickness of the semiconductor layer is 50.
It can be seen that a high photoelectric conversion efficiency is exhibited in the range of 0Å to 3000Å. This is because when the film thickness is less than 500 Å, the donor-like state due to oxygen cannot be sufficiently compensated by boron, and when the film thickness exceeds 3000 Å, i-type due to boron itself is caused. It is considered that the film quality of the amorphous semiconductor layer is significantly deteriorated.

【0027】更に、i型非晶質半導体層におけるボロン
のドーピング濃度について説明する。図5は、i型非晶
質半導体層内の酸素濃度を約1020cm-3と一定とすると
共に、ボロンがドーピングされたi型非晶質半導体層の
膜厚を約1000Å一定とした場合の、ボロン濃度に対
する光電変換効率の変化を示したものである。これによ
れば、ボロン濃度を0.1乃至100ppmドーピング
することで、高い光電変換効率を得ることができてお
り、特に1.0乃至50ppmの範囲では最適である。
Further, the doping concentration of boron in the i-type amorphous semiconductor layer will be described. FIG. 5 shows a case where the oxygen concentration in the i-type amorphous semiconductor layer is kept constant at about 10 20 cm -3 and the thickness of the i-type amorphous semiconductor layer doped with boron is kept constant at about 1000Å. Shows the change in photoelectric conversion efficiency with respect to the boron concentration. According to this, a high photoelectric conversion efficiency can be obtained by doping the boron concentration in the range of 0.1 to 100 ppm, and it is most suitable in the range of 1.0 to 50 ppm.

【0028】以上では、実施例として、酸素を不純物と
して説明したが、本発明の効果は、不純物を窒素とした
場合、或いは酸素と窒素を共に不純物として混入せしめ
た場合であっても全く同様の効果を呈することを確認し
ている。但し、酸素と窒素とを共に不純物として考慮す
る場合にあっては、これら不純物のi型非晶質半導体層
中における最適な不純物量は、これらの和で1018乃至
1021cm-3の範囲内にあることが必要である。
Although oxygen has been described as an impurity in the above embodiments, the effect of the present invention is exactly the same when nitrogen is used as the impurity or when both oxygen and nitrogen are mixed as impurities. It has been confirmed to be effective. However, when considering both oxygen and nitrogen as impurities, the optimum amount of these impurities in the i-type amorphous semiconductor layer is in the range of 10 18 to 10 21 cm −3 as the sum of these impurities. It is necessary to be inside.

【0029】次に、本願発明の第2の実施例を図6に示
す。本実施例の、第1の実施例と異なるところは、i型
非晶質半導体層を光学バンドギャップの異なる複数の層
から成る構成としたことであり、第1の実施例と同一の
部分については、同一の符号を付している。図中の(3i
f)はi型非晶質半導体層の光入射側に配置された光学的
バンドギャップの大きな層であり、(3ib)は該層と比較
して小さな光学的バンドギャップを備えた層である。本
実施例にあっては、この光学的バンドギャップの差を反
応ガスに混入せしめたメタンガスによって制御した。特
に、光入射側の光学的バンドギャップを大とするのは、
より多くの光が光電変換層内に入射し得るようにするた
めである。
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. This example is different from the first example in that the i-type amorphous semiconductor layer is composed of a plurality of layers having different optical band gaps, and the same parts as those in the first example are described. Are given the same reference numerals. (3i in the figure
f) is a layer having a large optical bandgap disposed on the light incident side of the i-type amorphous semiconductor layer, and (3ib) is a layer having an optical bandgap smaller than the layer. In this example, the difference in the optical band gap was controlled by the methane gas mixed in the reaction gas. In particular, increasing the optical bandgap on the light incident side is
This is because more light can enter the photoelectric conversion layer.

【0030】斯る構造による本発明光起電力装置にあっ
ては、複数の層からなるi型非晶質半導体層の全域に、
酸素又は及び窒素の不純物を混入せしめることとなる。
表2は、本実施例光起電力装置における光電変換層の形
成条件を示すと共に、図7は、本例光起電力装置の光電
変換層のバンド図(a)と、ボロンを混入させないことの
みを異にしている従来例光起電力装置のそれ(b)とを示
した図である。
In the photovoltaic device of the present invention having such a structure, the i-type amorphous semiconductor layer composed of a plurality of layers is formed over the entire region.
Oxygen or nitrogen impurities will be mixed in.
Table 2 shows the conditions for forming the photoelectric conversion layer in the photovoltaic device of the present example, and FIG. 7 shows only the band diagram (a) of the photoelectric conversion layer of the photovoltaic device of the present example and not mixing boron. FIG. 7B is a diagram showing that (b) of a conventional photovoltaic device having different numbers.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】同図で示すように、本実施例光起電力装置
では、第1の実施例と同様に、i型非晶質半導体層内に
おけるバンドの傾きが、光学的バンドギャップの異なる
2層を介しているものの、ほぼ一定とあり、i型非晶質
半導体層内の内部電界強度が均一なものにできていると
考えている。
As shown in the figure, in the photovoltaic device of this embodiment, as in the case of the first embodiment, the inclination of the band in the i-type amorphous semiconductor layer is two layers having different optical band gaps. However, the internal electric field strength in the i-type amorphous semiconductor layer is considered to be uniform.

【0033】なお、この第2の実施例光起電力装置の場
合にあっては、p/i界面からのボロンドーピング領域
が、光学的バンドギャップを大とするi型非晶質半導体
層内の(3if)に留まった素子設計としてもよく、ただ上
記界面から500Å乃至3000Åの範囲に含まれれば
よい。また、上記第2の実施例の如く光学バンドギャッ
プを小とするi型非晶質半導体層内の(3ib)にまでの広
い領域に亘って上記ボロンドーピング領域としても、や
はり上記範囲の条件を満たす限りは、本願発明の効果が
得られることを確認している。
In the case of the photovoltaic device of the second embodiment, the boron-doped region from the p / i interface is in the i-type amorphous semiconductor layer having a large optical band gap. The element design may be limited to (3if), and it may be included only in the range of 500 Å to 3000 Å from the above interface. Further, even if the boron doping region is formed over a wide region up to (3ib) in the i-type amorphous semiconductor layer having a small optical bandgap as in the second embodiment, the condition of the above range is satisfied. It has been confirmed that the effects of the present invention can be obtained as long as they are satisfied.

【0034】[0034]

【表3】 [Table 3]

【0035】表3は、この実施例光起電力装置の初期の
光電変換効率と、AM−1,100mW/cm2の照射
条件で310時間の光照射を施した後の光電変換効率と
をそれぞれ示したものであり、同表には従来例光起電力
装置の場合のそれら特性をも合わせて示している。
Table 3 shows the initial photoelectric conversion efficiency of this photovoltaic device and the photoelectric conversion efficiency after light irradiation for 310 hours under the irradiation condition of AM-1,100 mW / cm 2. The table also shows those characteristics in the case of the conventional photovoltaic device.

【0036】但し、実施例は、i型非晶質半導体層40
00Åに、酸素を1021cm-3含有させ、そのうちi型非
晶質半導体層内のp/i界面から2000Åまでをボロ
ンドーピングしたものであり、従来例とはi型非晶質半
導体層に酸素が5×1018cm -3含有せしめたものを使用
したものである。
However, in the embodiment, the i-type amorphous semiconductor layer 40 is used.
00Å, 10 oxygentwenty onecm-3I-type non-
From the p / i interface in the crystalline semiconductor layer to 2000 Å
The conventional example is an i-type amorphous half.
5 × 10 oxygen in the conductor layer18cm -3Use the one that is contained
It was done.

【0037】これによれば、本願発明では、初期の1
1.0%から光照射後8.0%へと特性の低下が見られ
るものの、従来例光起電力装置にあっては初期は10.
5%とそもそも低く、且つ光照射後は7.0%と大きく
劣化している。これから、本願発明にあっては、光劣化
を抑圧する作用があり、信頼性の向上が図れていること
がわかる。
According to this, in the present invention, the initial 1
Although the characteristic declines from 1.0% to 8.0% after light irradiation, the initial value of the conventional photovoltaic device is 10.
It is as low as 5% in the first place, and after irradiation with light, it is significantly deteriorated to 7.0%. From this, it can be seen that the present invention has an effect of suppressing photodegradation and improves reliability.

【0038】尚、実施例では非晶質半導体としては、プ
ラズマCVD法による薄膜を使用したが、本願発明はこ
れに限られるものではなく、光CVD法やスパッタ法等
による形成によって得られた非晶質半導体を使用しても
よい。
Although the thin film formed by the plasma CVD method is used as the amorphous semiconductor in the embodiments, the present invention is not limited to this, and the non-crystalline semiconductor formed by the photo CVD method or the sputtering method is used. A crystalline semiconductor may be used.

【0039】[0039]

【発明の効果】本願発明によれば、一定濃度範囲の酸素
又は窒素、或いは酸素及び窒素から成る不純物を含有し
たi型非晶質半導体層を備えた光起電力装置に、このi
型非晶質半導体層とp型非晶質半導体層との界面から、
膜厚方向に向かって所定の膜厚範囲内にボロンを0.1
乃至100ppmドーピングせしめることで、pin接
合内の内部電界を光電変換層内全域に亘って、均一なも
のとすることが可能となり、光電変換効率の向上が図れ
る。
According to the present invention, a photovoltaic device provided with an i-type amorphous semiconductor layer containing oxygen or nitrogen in a constant concentration range or impurities containing oxygen and nitrogen is provided.
From the interface between the p-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer,
Boron is added to the film thickness direction within a predetermined film thickness range of 0.1.
By doping with 100 to 100 ppm, the internal electric field in the pin junction can be made uniform throughout the entire photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

【0040】また、このp/i界面における酸素や窒素
の不純物に因るドナーとしての作用を、アクセプタであ
るボロンにより補償することとなることから、光照射に
よって生じる非晶質半導体層内での欠陥の影響を軽減す
るように作用し、光起電力装置の光劣化を抑圧すること
で特性の向上が図れる。
Further, since the action as a donor due to the impurities of oxygen and nitrogen at the p / i interface is to be compensated by boron which is an acceptor, in the amorphous semiconductor layer generated by light irradiation. The characteristics can be improved by acting to reduce the influence of defects and suppressing the optical deterioration of the photovoltaic device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明光起電力装置の第1の実施例を示す素子
構造断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an element structure showing a first embodiment of a photovoltaic device of the present invention.

【図2】第1の実施例光起電力装置の光電変換層内のバ
ンドプロファイルを示すバンド図である。
FIG. 2 is a band diagram showing a band profile in a photoelectric conversion layer of the photovoltaic device according to the first embodiment.

【図3】実施例光起電力装置のi型非晶質半導体層内の
酸素濃度と、光電変換効率との関係を示す特性図であ
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the oxygen concentration in the i-type amorphous semiconductor layer of the photovoltaic device of the example and the photoelectric conversion efficiency.

【図4】実施例光起電力装置のボロンドーピング部の膜
厚と光電変換効率との関係を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a film thickness of a boron-doped portion and photoelectric conversion efficiency of an example photovoltaic device.

【図5】実施例光起電力装置のボロン濃度に対する光電
変換効率の関係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship of photoelectric conversion efficiency with respect to boron concentration in the photovoltaic device of the embodiment.

【図6】本発明第2の実施例光起電力装置を示す素子構
造断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of an element structure showing a photovoltaic device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】第2の実施例光起電力装置の光電変換層内のバ
ンドプロファイルを示すバンド図である。
FIG. 7 is a band diagram showing a band profile in a photoelectric conversion layer of a photovoltaic device according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(3p)…p型非晶質半導体層 (3i)…i型非
晶質半導体層 (3n)…n型非晶質半導体層
(3p) ... p-type amorphous semiconductor layer (3i) ... i-type amorphous semiconductor layer (3n) ... n-type amorphous semiconductor layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 p型非晶質半導体層とi型非晶質半導体
層とn型非晶質半導体層とからなる光電変換層を具備す
る光起電力装置に於いて、 上記i型非晶質半導体層は、層内に酸素を1018乃至1
21cm-3含有すると共に、該i型非晶質半導体層と上
記p型非晶質半導体層との界面から該i型非晶質半導体
層の膜厚方向に向かって、500Å乃至3000Åの範
囲にボロンを0.1乃至100ppmドーピングしてい
ることを特徴とする光起電力装置。
1. A photovoltaic device comprising a photoelectric conversion layer comprising a p-type amorphous semiconductor layer, an i-type amorphous semiconductor layer and an n-type amorphous semiconductor layer, wherein the i-type amorphous The semiconductor layer contains 10 18 to 1 oxygen in the layer.
0 21 cm -3 , and from the interface between the i-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer toward the film thickness direction of the i-type amorphous semiconductor layer, 500 Å to 3000 Å A photovoltaic device, characterized in that boron is doped in the range of 0.1 to 100 ppm.
【請求項2】 p型非晶質半導体層とi型非晶質半導体
層とn型非晶質半導体層とからなる光電変換層を具備す
る光起電力装置に於いて、 上記i型非晶質半導体層は、層内に窒素を1018乃至1
21cm-3含有すると共に、該i型非晶質半導体層と上
記p型非晶質半導体層との界面から該i型非晶質半導体
層の膜厚方向に向かって、500Å乃至3000Åの範
囲にボロンを0.1乃至100ppmドーピングしてい
ることを特徴とする光起電力装置。
2. A photovoltaic device comprising a photoelectric conversion layer comprising a p-type amorphous semiconductor layer, an i-type amorphous semiconductor layer and an n-type amorphous semiconductor layer, wherein the i-type amorphous The semiconductor layer contains 10 18 to 1 nitrogen in the layer.
0 21 cm -3 , and from the interface between the i-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer toward the film thickness direction of the i-type amorphous semiconductor layer, 500 Å to 3000 Å A photovoltaic device, characterized in that boron is doped in the range of 0.1 to 100 ppm.
【請求項3】 p型非晶質半導体層とi型非晶質半導体
層とn型非晶質半導体層とからなる光電変換層を具備す
る光起電力装置に於いて、 上記i型非晶質半導体層は、層内に窒素及び酸素を10
18乃至1021cm-3含有すると共に、該i型非晶質半導
体層と上記p型非晶質半導体層との界面から、該i型非
晶質半導体層の膜厚方向に向かって、500Å乃至30
00Åの範囲にボロンを0.1乃至100ppmドーピ
ングしていることを特徴とする光起電力装置。
3. A photovoltaic device comprising a photoelectric conversion layer comprising a p-type amorphous semiconductor layer, an i-type amorphous semiconductor layer and an n-type amorphous semiconductor layer, wherein the i-type amorphous The semiconductor layer contains nitrogen and oxygen within the layer.
18 to 10 21 cm −3 , and 500Å from the interface between the i-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer in the thickness direction of the i-type amorphous semiconductor layer. Through 30
A photovoltaic device characterized by being doped with boron in an amount of 0.1 to 100 ppm in a range of 00Å.
【請求項4】 上記i型非晶質半導体層は、光学バンド
ギャッブの異なる複数の層から成ると共に、これらの層
は光入射側に向かって光学バンドギャップが大となるよ
うに配置したことを特徴とする請求項1乃至3の光起電
力装置。
4. The i-type amorphous semiconductor layer comprises a plurality of layers having different optical bandgabs, and these layers are arranged so that the optical bandgap becomes larger toward the light incident side. The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006038453A1 (en) * 2004-10-04 2006-04-13 Kaneka Corporation Photoelectric converter

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