JPH0795603B2 - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- JPH0795603B2 JPH0795603B2 JP2252354A JP25235490A JPH0795603B2 JP H0795603 B2 JPH0795603 B2 JP H0795603B2 JP 2252354 A JP2252354 A JP 2252354A JP 25235490 A JP25235490 A JP 25235490A JP H0795603 B2 JPH0795603 B2 JP H0795603B2
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- crystal semiconductor
- photovoltaic device
- amorphous silicon
- semiconductor
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- 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
Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、太陽電池や光センサ等の光起電力装置に関す
る。
る。
（ロ） 従来の技術 一般に、光起電力装置は、発電層として用いられる半導
体の種類により、単結晶系，非単結晶系さらには多結晶
系などに分類される この中で、ここ数年、活発な研究開発がなされたのが、
非単結晶系からなる光起電力装置である。その理由とし
て、従来の単結晶系のものと比較して、非単結晶系は大
面積の形成が容易であり、かつその製造工程に要するエ
ネルギーが小さくてすむことなどから低コスト化が期待
できたためである。
体の種類により、単結晶系，非単結晶系さらには多結晶
系などに分類される この中で、ここ数年、活発な研究開発がなされたのが、
非単結晶系からなる光起電力装置である。その理由とし
て、従来の単結晶系のものと比較して、非単結晶系は大
面積の形成が容易であり、かつその製造工程に要するエ
ネルギーが小さくてすむことなどから低コスト化が期待
できたためである。
然し乍ら、これまで多くの研究成果を得たにも拘らず、
その性能面では今だ単結晶系の光起電力装置には及んで
いない。
その性能面では今だ単結晶系の光起電力装置には及んで
いない。
そこで、近年、光起電力装置の開発の新たな試みとし
て、非単結晶系半導体と多結晶系半導体とを適当に組み
合わせて半導体接合を形成させることにより、それぞれ
の物性が持つ長所を活かすことで、より高い光電変換効
率を得る研究が進められている。
て、非単結晶系半導体と多結晶系半導体とを適当に組み
合わせて半導体接合を形成させることにより、それぞれ
の物性が持つ長所を活かすことで、より高い光電変換効
率を得る研究が進められている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 然し乍ら、通常前記各結晶系の半導体を単に接触させる
だけでは、良好な半導体接合を形成することはできな
い。例えば、互いに逆導電型の単結晶半導体と非単結晶
半導体とを直接接触させ、pn接合を形成したとしても、
光起電力装置として十分な光電変換効率を得ることはで
きない。
だけでは、良好な半導体接合を形成することはできな
い。例えば、互いに逆導電型の単結晶半導体と非単結晶
半導体とを直接接触させ、pn接合を形成したとしても、
光起電力装置として十分な光電変換効率を得ることはで
きない。
これは、光照射により発生した半導体中の光生成キャリ
アの多くが前記pn接合界面での再結合により失われてし
まい、前記光生成キャリアを外部に取り出せないためで
ある。
アの多くが前記pn接合界面での再結合により失われてし
まい、前記光生成キャリアを外部に取り出せないためで
ある。
かかる再結合の原因は、前記非単結晶半導体の局在準位
によるものと考えられる。
によるものと考えられる。
即ち、非単結晶半導体では、一般に導電型決定不順物を
ドーピングすることにより、その膜質は著しく劣化す
る。この影響はバンドギャップ内の局在準位の増加とし
て現れる。そして、前記局在準位は、前記pn接合界面に
界面準位を生成するように働き掛け、結果として前記光
キャリアを再結合させることになる。
ドーピングすることにより、その膜質は著しく劣化す
る。この影響はバンドギャップ内の局在準位の増加とし
て現れる。そして、前記局在準位は、前記pn接合界面に
界面準位を生成するように働き掛け、結果として前記光
キャリアを再結合させることになる。
本発明の目的とするところは、かかる事情に鑑み前記接
合界面における光生成キャリアの再結合を低減する光起
電力装置を提供することにある。
合界面における光生成キャリアの再結合を低減する光起
電力装置を提供することにある。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明光起電力装置の特徴とするところは、互いに逆導
電型の関係を有する単結晶半導体と非単結晶半導体とが
積層されてなる光起電力装置に於て、前記両半導体間に
数Å以上250Å以下の膜厚を有する真性非単結晶半導体
を介在させたことにある。
電型の関係を有する単結晶半導体と非単結晶半導体とが
積層されてなる光起電力装置に於て、前記両半導体間に
数Å以上250Å以下の膜厚を有する真性非単結晶半導体
を介在させたことにある。
（ホ）作用 逆導電型の関係を有する前記単結晶半導体と前記非単結
晶半導体との間に数Å以上250Å以下の膜厚を有する真
性非単結晶半導体を介在させることにより、光生成キャ
リアの再結合が減少し、光起電力装置の外部に取り出し
うる光生成キャリア数を増加させることが可能となる。
晶半導体との間に数Å以上250Å以下の膜厚を有する真
性非単結晶半導体を介在させることにより、光生成キャ
リアの再結合が減少し、光起電力装置の外部に取り出し
うる光生成キャリア数を増加させることが可能となる。
即ち、前述の如く導電性非単結晶半導体には、そのバン
ドギャップ中に多数の局在準位が存在し、該局在準位
は、半導体接合を形成した場合界面準位を生成するよう
に働き掛ける。
ドギャップ中に多数の局在準位が存在し、該局在準位
は、半導体接合を形成した場合界面準位を生成するよう
に働き掛ける。
そこで、良好な膜質を有する真性非単結晶半導体を前記
単結晶半導体と前記非単結晶半導体との間に介在させる
ことにより、光生成キャリアの再結合による消滅を抑制
することが可能となる。
単結晶半導体と前記非単結晶半導体との間に介在させる
ことにより、光生成キャリアの再結合による消滅を抑制
することが可能となる。
又、前記真性非単結晶半導体は、前記導電性非単結晶半
導体と比較して、膜質の面で優れているものの、単結晶
半導体と比較した場合、まだ十分ではない。
導体と比較して、膜質の面で優れているものの、単結晶
半導体と比較した場合、まだ十分ではない。
従って、前記真性非単結晶半導体の膜厚が、あまり厚く
なると、当該光起電力装置の特性の劣化を引き起こすこ
とになる。
なると、当該光起電力装置の特性の劣化を引き起こすこ
とになる。
そこで、本発明では、前記真性非単結晶半導体の膜厚を
250Å以下とすることにより、該半導体の膜厚を大きく
した場合に発生する特性劣化を抑制しつつ、前記界面準
位の低減化を実現させている。
250Å以下とすることにより、該半導体の膜厚を大きく
した場合に発生する特性劣化を抑制しつつ、前記界面準
位の低減化を実現させている。
（ヘ） 実施例 第１図は、本発明光起電力装置の一実施例を示す素子構
造図である。
造図である。
（１）はｎ型単結晶シリコン基板からなる単結晶半導
体、（２）は本発明の特徴である真性非単結晶半導体
で、真性非晶質シリコンからなり、（３）は前記ｎ型単
結晶シリコン基板と逆導電型となる非単結晶半導体でｐ
型非晶質シリコン、（４）はｎ型単結晶シリコン基板
（１）とコンタクトするアルミニュウムなどの電極、
（５）は透明導電膜である。
体、（２）は本発明の特徴である真性非単結晶半導体
で、真性非晶質シリコンからなり、（３）は前記ｎ型単
結晶シリコン基板と逆導電型となる非単結晶半導体でｐ
型非晶質シリコン、（４）はｎ型単結晶シリコン基板
（１）とコンタクトするアルミニュウムなどの電極、
（５）は透明導電膜である。
本実施例光起電力装置の形成方法としては、まず、ｎ型
単結晶シリコン基板（１）をプラズマCVD装置内に設置
し、該装置内を真空排気した後約120℃に加熱する。次
に前記プラズマCVD装置内でグロー放電を発生させ、そ
のプラズマのエネルギーによりシランなどのシリコン化
合物ガスを分解し、250Å以下の真性非晶質シリコン
（２）を前記ｎ型単結晶シリコン基板（１）の一主面上
に形成する。
単結晶シリコン基板（１）をプラズマCVD装置内に設置
し、該装置内を真空排気した後約120℃に加熱する。次
に前記プラズマCVD装置内でグロー放電を発生させ、そ
のプラズマのエネルギーによりシランなどのシリコン化
合物ガスを分解し、250Å以下の真性非晶質シリコン
（２）を前記ｎ型単結晶シリコン基板（１）の一主面上
に形成する。
引き続いて、前記真性非晶質シリコン（２）上に前記単
結晶シリコン基板（１）と逆導電型となるｐ型非晶質シ
リコン（３）を形成する。実施例では、真性非晶質シリ
コン（２）と同様なプラズマガス分解法によってｐ型非
晶質シリコン（３）を形成した。
結晶シリコン基板（１）と逆導電型となるｐ型非晶質シ
リコン（３）を形成する。実施例では、真性非晶質シリ
コン（２）と同様なプラズマガス分解法によってｐ型非
晶質シリコン（３）を形成した。
反応ガスとしては、ジボランガスを添加された前記シリ
コン化合物ガスを用いた。
コン化合物ガスを用いた。
このｐ型非晶質シリコン（３）及び前記真性非晶質シリ
コン（２）の形成で採用しているプラズマCVD装置によ
る形成方法は従来周知の技術である。
コン（２）の形成で採用しているプラズマCVD装置によ
る形成方法は従来周知の技術である。
次に、光起電力装置の窓側電極として、酸化錫、ITO膜
（Indium Tin Oxide）などの透明導電膜（５）を形成す
る。
（Indium Tin Oxide）などの透明導電膜（５）を形成す
る。
最後に、ｎ型単結晶シリコン基板（１）の他主面に裏面
電極として金属電極（４）を形成し、光起電力装置が完
成する。
電極として金属電極（４）を形成し、光起電力装置が完
成する。
尚、ここで言う真性非晶質シリコンとは、例えば実施例
で説明したようなプラズマガス分解法による形成であれ
ば、導電型決定不純物としてのドーピングガスを全く添
加することなく形成された非晶質シリコン膜を含むこと
は勿論であるが、それ以外に微量のドーピングガスを添
加して形成することにより、実質的に真性型に制御され
た非晶質シリコン膜をも含むものである。
で説明したようなプラズマガス分解法による形成であれ
ば、導電型決定不純物としてのドーピングガスを全く添
加することなく形成された非晶質シリコン膜を含むこと
は勿論であるが、それ以外に微量のドーピングガスを添
加して形成することにより、実質的に真性型に制御され
た非晶質シリコン膜をも含むものである。
非晶質シリコンなどの非単結晶半導体では、一般に不純
物を何ら添加することなく形成した場合でも、僅かでは
あるが導電性を顕わすことがあるためで、例えば非晶質
シリコンの場合、僅かなｎ型を示す。本発明では、真性
非単結晶半導体として、このような実質的に真性な半導
体をも使用可能とするものである。
物を何ら添加することなく形成した場合でも、僅かでは
あるが導電性を顕わすことがあるためで、例えば非晶質
シリコンの場合、僅かなｎ型を示す。本発明では、真性
非単結晶半導体として、このような実質的に真性な半導
体をも使用可能とするものである。
第２図は、本実施例における前記真性非晶質シリコン
（２）の膜厚と、当該光起電力装置の発電電圧及び変換
効率との関係を示す特性図である。同図の横軸は真性非
晶式シリコン（２）の膜厚を示し、縦軸はその下部に変
換効率を、またその上部に発電電圧をそれぞれ示す。
（２）の膜厚と、当該光起電力装置の発電電圧及び変換
効率との関係を示す特性図である。同図の横軸は真性非
晶式シリコン（２）の膜厚を示し、縦軸はその下部に変
換効率を、またその上部に発電電圧をそれぞれ示す。
同図で示す膜厚がゼロの状態とは、実施例光起電力装置
の構造の内、真性非晶質シリコン（２）を介在させるこ
となく、ｎ型単結晶シリコン基板（１）とｐ型非晶質シ
リコン（３）とを直接接触させて、所謂pn接合とした場
合を意味している。
の構造の内、真性非晶質シリコン（２）を介在させるこ
となく、ｎ型単結晶シリコン基板（１）とｐ型非晶質シ
リコン（３）とを直接接触させて、所謂pn接合とした場
合を意味している。
同図に示されるように、いずれの膜厚においても、前記
「ゼロの状態」と比較して、発電電圧が向上している。
さらに、真性非晶質シリコン（２）の膜厚を250Å以下
とすることにより、前記発電電圧の向上に加えて、光電
変換効率も向上している。特にその膜厚を100Å以下の
薄膜とすることにより、前記光電変換効率の最大値を得
ることができる。
「ゼロの状態」と比較して、発電電圧が向上している。
さらに、真性非晶質シリコン（２）の膜厚を250Å以下
とすることにより、前記発電電圧の向上に加えて、光電
変換効率も向上している。特にその膜厚を100Å以下の
薄膜とすることにより、前記光電変換効率の最大値を得
ることができる。
一方、250Å以上の膜厚による場合では、その値が漸減
している。これは、本発明における真性非晶質シリコン
（２）が、界面準位の低減を主な機能とし、該非晶質シ
リコン（２）自体の層中で発生する光キャリアはほとん
ど変換効率に寄与せずむしろ該非晶質シリコンの厚膜化
は前記光電変換効率の低下を引き起こすことによるため
である。
している。これは、本発明における真性非晶質シリコン
（２）が、界面準位の低減を主な機能とし、該非晶質シ
リコン（２）自体の層中で発生する光キャリアはほとん
ど変換効率に寄与せずむしろ該非晶質シリコンの厚膜化
は前記光電変換効率の低下を引き起こすことによるため
である。
尚、本発明で採用する真性非晶質シリコン（２）の膜厚
の下限値としては、通常のプラズマCVD装置やスパッタ
装置あるいは、常圧CVD装置などによる形成で制御可能
な数Åまで、本発明の効果を呈するものであるが、その
膜厚の制御容易性から、20Å以上が好適である。
の下限値としては、通常のプラズマCVD装置やスパッタ
装置あるいは、常圧CVD装置などによる形成で制御可能
な数Åまで、本発明の効果を呈するものであるが、その
膜厚の制御容易性から、20Å以上が好適である。
本発明で使用する真性非晶質シリコンをｐ型半導体とｎ
型半導体との間に介在させることは、非晶質シリコンの
みからなる光起電力装置のｐ層,i層及びｎ層を順次積層
した所謂pin接合構造と類似するものと想起される。
型半導体との間に介在させることは、非晶質シリコンの
みからなる光起電力装置のｐ層,i層及びｎ層を順次積層
した所謂pin接合構造と類似するものと想起される。
然し乍ら、本発明の光起電力装置では、単結晶系や非単
結晶系といった異なる結晶状態の半導体間に真性非単結
晶半導体を配置するという構成上の特徴を有すること、
さらには、前述した如く前記真性非単結晶半導体内の光
生成キャリアは、光電変換効率に寄与しないものであ
り、その膜厚から見ても、むしろ前記真性非単結晶半導
体を光生成キャリアが生じない程度にまで薄膜化するこ
とに大きな特徴がある。
結晶系といった異なる結晶状態の半導体間に真性非単結
晶半導体を配置するという構成上の特徴を有すること、
さらには、前述した如く前記真性非単結晶半導体内の光
生成キャリアは、光電変換効率に寄与しないものであ
り、その膜厚から見ても、むしろ前記真性非単結晶半導
体を光生成キャリアが生じない程度にまで薄膜化するこ
とに大きな特徴がある。
従って、従来の非晶質シリコンのみから成る光起電力装
置における前記pin構造とは、全くその目的、構成、効
果を異にするものである。
置における前記pin構造とは、全くその目的、構成、効
果を異にするものである。
実施例では、単結晶半導体として、ｎ型半導体を使用し
た場合について説明したが、本発明の光起電力装置はこ
れに限るものではなく単結晶半導体をｐ型とし、非単結
晶半導体をｎ型としても全く同様な効果を示すことは言
うまでもない。
た場合について説明したが、本発明の光起電力装置はこ
れに限るものではなく単結晶半導体をｐ型とし、非単結
晶半導体をｎ型としても全く同様な効果を示すことは言
うまでもない。
（ト） 発明の効果 本発明の光起電力装置によれば、導電性非単結晶半導体
が有する局在準位に起因した界面準位が低減でき、光キ
ャリアの効率的な収集が可能となり変換効率が向上す
る。とりわけ、本発明は、前記真性非単結晶半導体の膜
厚を数Å以上250Å以下とすることにより、この半導体
の膜厚を大きくした場合に発生する特性劣化を制御しつ
つ、前記界面準位の低減化を実現させることが可能とな
る。
が有する局在準位に起因した界面準位が低減でき、光キ
ャリアの効率的な収集が可能となり変換効率が向上す
る。とりわけ、本発明は、前記真性非単結晶半導体の膜
厚を数Å以上250Å以下とすることにより、この半導体
の膜厚を大きくした場合に発生する特性劣化を制御しつ
つ、前記界面準位の低減化を実現させることが可能とな
る。
第１図は本発明光起電力装置の素子構造を説明するため
の素子構造断面図、第２図は前記素子構造における真性
非単結晶半導体の膜厚と発電電圧及び変換効率との関係
を示す特性図である。
の素子構造断面図、第２図は前記素子構造における真性
非単結晶半導体の膜厚と発電電圧及び変換効率との関係
を示す特性図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−140675（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−13779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−60875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−175170（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】互いに逆導電型の関係を有する単結晶半導
体と非単結晶半導体とが順次積層されてなる光起電力装
置に於て、前記両半導体間に、数Å以上250Å以下の膜
厚を有する真性非単結晶半導体を介在させたことを特徴
とする光起電力装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252354A JPH0795603B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 光起電力装置 |
| US07/757,250 US5213628A (en) | 1990-09-20 | 1991-09-10 | Photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252354A JPH0795603B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130671A JPH04130671A (ja) | 1992-05-01 |
| JPH0795603B2 true JPH0795603B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=17236125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252354A Expired - Lifetime JPH0795603B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0795603B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3203078B2 (ja) * | 1992-12-09 | 2001-08-27 | 三洋電機株式会社 | 光起電力素子 |
| FR2711276B1 (fr) * | 1993-10-11 | 1995-12-01 | Neuchatel Universite | Cellule photovoltaïque et procédé de fabrication d'une telle cellule. |
| JP3902534B2 (ja) | 2001-11-29 | 2007-04-11 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置及びその製造方法 |
| JP4070483B2 (ja) | 2002-03-05 | 2008-04-02 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置並びにその製造方法 |
| CN100431177C (zh) | 2003-09-24 | 2008-11-05 | 三洋电机株式会社 | 光生伏打元件及其制造方法 |
| KR101000064B1 (ko) * | 2007-12-18 | 2010-12-10 | 엘지전자 주식회사 | 이종접합 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP5174635B2 (ja) * | 2008-11-28 | 2013-04-03 | 京セラ株式会社 | 太陽電池素子 |
| KR20120095790A (ko) | 2011-02-21 | 2012-08-29 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 광전 변환 장치 |
| US9437758B2 (en) | 2011-02-21 | 2016-09-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
| US9012769B2 (en) | 2011-05-25 | 2015-04-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
| US9159939B2 (en) | 2011-07-21 | 2015-10-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
| JP2013077685A (ja) | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置 |
| JP5927027B2 (ja) | 2011-10-05 | 2016-05-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 光電変換装置 |
| US9112086B2 (en) | 2011-11-10 | 2015-08-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device |
| JP6108858B2 (ja) | 2012-02-17 | 2017-04-05 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | ｐ型半導体材料および半導体装置 |
| JP5774204B2 (ja) | 2012-03-29 | 2015-09-09 | 三菱電機株式会社 | 光起電力素子およびその製造方法、太陽電池モジュール |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613779A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-10 | Shunpei Yamazaki | Photoelectric converter and its preparation |
| JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
| JPS59175170A (ja) * | 1983-03-24 | 1984-10-03 | Yoshihiro Hamakawa | タンデム型太陽電池 |
| JP2569633B2 (ja) * | 1987-11-26 | 1997-01-08 | ソニー株式会社 | 光電変換装置 |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP2252354A patent/JPH0795603B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04130671A (ja) | 1992-05-01 |
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