JPH08250753A - 非晶質光電変換素子 - Google Patents
非晶質光電変換素子Info
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- JPH08250753A JPH08250753A JP7048291A JP4829195A JPH08250753A JP H08250753 A JPH08250753 A JP H08250753A JP 7048291 A JP7048291 A JP 7048291A JP 4829195 A JP4829195 A JP 4829195A JP H08250753 A JPH08250753 A JP H08250753A
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- substantially intrinsic
- intrinsic semiconductor
- layer
- band gap
- 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
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 基板、第一の電極、第一のドープ型半導体、
第一の実質的に真性な半導体、第二の実質的に真性な半
導体、第三の実質的に真性な半導体、第二のドープ型半
導体、第二の電極の構成からなる非晶質光電変換素子
で、第一の実質的に真性な半導体と第三の実質的に真性
な半導体のバンドギャップの値が第二の実質的に真性な
半導体のバンドギャップの値よりも大きく、かつ、第二
の実質的に真性な半導体のバンドギャップの値が、1.6
〜1.8eV、第一の実質的に真性な半導体および第三の実
質的に真性な半導体のバンドギャップが1.6を越えて2.1
eV以下のものであることを特徴とする非晶質光電変換素
子。 【効果】 非晶質光電変換素子の開放端電圧を低下させ
ることなく短絡光電流を増加させることが可能となり、
光電変換効率の優れた非晶質光電変換素子が得られる。
第一の実質的に真性な半導体、第二の実質的に真性な半
導体、第三の実質的に真性な半導体、第二のドープ型半
導体、第二の電極の構成からなる非晶質光電変換素子
で、第一の実質的に真性な半導体と第三の実質的に真性
な半導体のバンドギャップの値が第二の実質的に真性な
半導体のバンドギャップの値よりも大きく、かつ、第二
の実質的に真性な半導体のバンドギャップの値が、1.6
〜1.8eV、第一の実質的に真性な半導体および第三の実
質的に真性な半導体のバンドギャップが1.6を越えて2.1
eV以下のものであることを特徴とする非晶質光電変換素
子。 【効果】 非晶質光電変換素子の開放端電圧を低下させ
ることなく短絡光電流を増加させることが可能となり、
光電変換効率の優れた非晶質光電変換素子が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコン太陽電
池等の非晶質光電変換素子の高性能化に関し、特に、高
変換効率を有する太陽電池に関するものである。
池等の非晶質光電変換素子の高性能化に関し、特に、高
変換効率を有する太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、非晶質シリコン太陽電池は、電卓
や時計を駆動するための、出力電力の小さいエネルギー
供給源として既に実用化されている。しかしながら、電
灯線に対する供給のように、家庭や工場に対して用いる
電力のような出力の大きいエネルギー供給源としては、
未だ満足させる性能には到達せず、更なる性能の向上を
目指して各種の検討が行われている。太陽電池の光電変
換効率は開放端電圧、短絡光電流および曲線因子の積で
表されるところ、各種の検討の結果、短絡光電流ならび
に曲線因子については、特定した非晶質半導体の物性か
ら推定される理論予想値に近い結果、例えば、短絡光電
流では19mAcm-2、曲線因子では0.78という値が得られて
いる。また、開放端電圧としては、各層の材料物性を考
慮した場合に推定される電圧に近い値が得られている。
や時計を駆動するための、出力電力の小さいエネルギー
供給源として既に実用化されている。しかしながら、電
灯線に対する供給のように、家庭や工場に対して用いる
電力のような出力の大きいエネルギー供給源としては、
未だ満足させる性能には到達せず、更なる性能の向上を
目指して各種の検討が行われている。太陽電池の光電変
換効率は開放端電圧、短絡光電流および曲線因子の積で
表されるところ、各種の検討の結果、短絡光電流ならび
に曲線因子については、特定した非晶質半導体の物性か
ら推定される理論予想値に近い結果、例えば、短絡光電
流では19mAcm-2、曲線因子では0.78という値が得られて
いる。また、開放端電圧としては、各層の材料物性を考
慮した場合に推定される電圧に近い値が得られている。
【０００３】近年、非晶質シリコン太陽電池の光電変換
効率の向上を目的として、光入射側にｐ型半導体層、す
なわちｐ層、を用い、主たる光発電層である実質的に真
性な半導体、すなわちｉ層、ｎ型半導体層、すなわちｎ
層を順に積層した、ｐｉｎ構造非晶質太陽電池が検討さ
れている。さらに、非晶質太陽電池の信頼性の向上を目
的として、ｐｉｎ構造を直列に接続し、ｐｉｎｐｉｎ構
造を有するタンデム型積層構造非晶質太陽電池が検討さ
れている。この、タンデム型積層構造非晶質太陽電池
は、比較的膜厚を薄く設計できるので、真性半導体層に
高電界がかかるため、非晶質太陽電池で問題とされた耐
光性が改善され、高効率かつ高信頼性の光電変換素子の
構造として、盛んに研究が行われている。これらの非晶
質光電変換素子において、高光電変換効率を得る一つの
方法としては、光発電層である、実質的に真性な半導体
であるｉ層のバンドギャップを減少させる方法が挙げら
れる。これは、バンドギャップの減少により、実質的に
真性な半導体の光吸収係数を増加させ、光子エネルギー
の小さい波長の長い光を有効に利用し、非晶質光電変換
素子の短絡光電流を増加させることにより光電変換効率
の向上を目的としたものである。
効率の向上を目的として、光入射側にｐ型半導体層、す
なわちｐ層、を用い、主たる光発電層である実質的に真
性な半導体、すなわちｉ層、ｎ型半導体層、すなわちｎ
層を順に積層した、ｐｉｎ構造非晶質太陽電池が検討さ
れている。さらに、非晶質太陽電池の信頼性の向上を目
的として、ｐｉｎ構造を直列に接続し、ｐｉｎｐｉｎ構
造を有するタンデム型積層構造非晶質太陽電池が検討さ
れている。この、タンデム型積層構造非晶質太陽電池
は、比較的膜厚を薄く設計できるので、真性半導体層に
高電界がかかるため、非晶質太陽電池で問題とされた耐
光性が改善され、高効率かつ高信頼性の光電変換素子の
構造として、盛んに研究が行われている。これらの非晶
質光電変換素子において、高光電変換効率を得る一つの
方法としては、光発電層である、実質的に真性な半導体
であるｉ層のバンドギャップを減少させる方法が挙げら
れる。これは、バンドギャップの減少により、実質的に
真性な半導体の光吸収係数を増加させ、光子エネルギー
の小さい波長の長い光を有効に利用し、非晶質光電変換
素子の短絡光電流を増加させることにより光電変換効率
の向上を目的としたものである。
【０００４】従来、非晶質光電変換素子の光発電層とし
て使用される非晶質シリコン半導体のバンドギャップを
制御する方法としては、炭素やゲルマニウムの様な異種
元素を、数％〜数十％、非晶質シリコン中に導入する方
法や、非晶質シリコン中に含まれる水素量を制御するこ
とが提案されてきた。ここで炭素はバンドギャップを増
加させる目的で、ゲルマニウムはバンドギャップを減少
させる目的で、非晶質シリコン中への該元素の導入が検
討されてきた。しかしながら、これら元素を非晶質シリ
コン中への導入を行うことにより、著しく膜中の欠陥密
度が増加し、非晶質光電変換素子のｉ層として用いた場
合には素子特性が低下してしまうことが知られている。
て使用される非晶質シリコン半導体のバンドギャップを
制御する方法としては、炭素やゲルマニウムの様な異種
元素を、数％〜数十％、非晶質シリコン中に導入する方
法や、非晶質シリコン中に含まれる水素量を制御するこ
とが提案されてきた。ここで炭素はバンドギャップを増
加させる目的で、ゲルマニウムはバンドギャップを減少
させる目的で、非晶質シリコン中への該元素の導入が検
討されてきた。しかしながら、これら元素を非晶質シリ
コン中への導入を行うことにより、著しく膜中の欠陥密
度が増加し、非晶質光電変換素子のｉ層として用いた場
合には素子特性が低下してしまうことが知られている。
【０００５】一方、非晶質シリコンに含まれる水素量を
制御する方法としては、プラズマＣＶＤ法などの成膜法
において、基板温度を変更することや、水素ガスの添
加、非晶質シリコンの成膜と水素プラズマ処理を繰り返
し成膜を行う方法などが挙げられるが、水素量を減少さ
せることによりバンドギャップを減少させる手法として
は、非晶質シリコン成膜時の成膜温度を高くすることが
挙げられる。しかしながら、これらの水素量の制御法に
より、バンドギャップを減少させた非晶質シリコンは、
ゲルマニウムの導入を行ったもののように、膜中の欠陥
は増加しないが、バンドギャップが減少したことにより
開放端電圧の低下が生じ、バンドギャップの減少による
短絡光電流増加の効果は認められるが、光電変換効率に
優れた非晶質太陽電池を得ることは困難であった。
制御する方法としては、プラズマＣＶＤ法などの成膜法
において、基板温度を変更することや、水素ガスの添
加、非晶質シリコンの成膜と水素プラズマ処理を繰り返
し成膜を行う方法などが挙げられるが、水素量を減少さ
せることによりバンドギャップを減少させる手法として
は、非晶質シリコン成膜時の成膜温度を高くすることが
挙げられる。しかしながら、これらの水素量の制御法に
より、バンドギャップを減少させた非晶質シリコンは、
ゲルマニウムの導入を行ったもののように、膜中の欠陥
は増加しないが、バンドギャップが減少したことにより
開放端電圧の低下が生じ、バンドギャップの減少による
短絡光電流増加の効果は認められるが、光電変換効率に
優れた非晶質太陽電池を得ることは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非晶質太陽
電池の光発電層であるｉ層にバンドギャップの小さい材
料を用いた場合に生ずる開放端電圧低下を防止し、短絡
光電流と開放端電圧を同時に向上させることにより光電
変換効率の優れた非晶質太陽電池を製造することを目的
とする。
電池の光発電層であるｉ層にバンドギャップの小さい材
料を用いた場合に生ずる開放端電圧低下を防止し、短絡
光電流と開放端電圧を同時に向上させることにより光電
変換効率の優れた非晶質太陽電池を製造することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ｐｉｎ構造非
晶質太陽電池のｉ層としてバンドギャップが1.6〜1.8eV
の非晶質シリコン半導体を用いた場合に、ｐ層とｉ層の
間およびｎ層とｉ層の間に、ｉ層よりもバンドギャップ
の広いバンドギャップの値が1.6〜2.1eVである非晶質シ
リコン半導体を形成することにより、短絡光電流が大き
くかつ開放端電圧の大きい光電変換効率の優れた光電変
換素子を得ることが可能であることを見いだし本発明を
完成した。
を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ｐｉｎ構造非
晶質太陽電池のｉ層としてバンドギャップが1.6〜1.8eV
の非晶質シリコン半導体を用いた場合に、ｐ層とｉ層の
間およびｎ層とｉ層の間に、ｉ層よりもバンドギャップ
の広いバンドギャップの値が1.6〜2.1eVである非晶質シ
リコン半導体を形成することにより、短絡光電流が大き
くかつ開放端電圧の大きい光電変換効率の優れた光電変
換素子を得ることが可能であることを見いだし本発明を
完成した。
【０００８】すなわち、本発明は、基板、第一の電極、
第一のドープ型半導体、第一の実質的に真性な半導体、
第二の実質的に真性な半導体、第三の実質的に真性な半
導体、第二のドープ型半導体、第二の電極の構成からな
る非晶質光電変換素子であって、第一の実質的に真性な
半導体と第三の実質的に真性な半導体のバンドギャップ
の値が第二の実質的に真性な半導体のバンドギャップの
値よりも大きく、かつ、第二の実質的に真性な半導体の
バンドギャップの値が、1.6〜1.8eV、第一の実質的に真
性な半導体および第三の実質的に真性な半導体のバンド
ギャップが1.6を越えて2.1eV以下の範囲のものであるこ
とを特徴とする非晶質光電変換素子である。
第一のドープ型半導体、第一の実質的に真性な半導体、
第二の実質的に真性な半導体、第三の実質的に真性な半
導体、第二のドープ型半導体、第二の電極の構成からな
る非晶質光電変換素子であって、第一の実質的に真性な
半導体と第三の実質的に真性な半導体のバンドギャップ
の値が第二の実質的に真性な半導体のバンドギャップの
値よりも大きく、かつ、第二の実質的に真性な半導体の
バンドギャップの値が、1.6〜1.8eV、第一の実質的に真
性な半導体および第三の実質的に真性な半導体のバンド
ギャップが1.6を越えて2.1eV以下の範囲のものであるこ
とを特徴とする非晶質光電変換素子である。
【０００９】実質的に真性な半導体のバンドギャップ
は、非晶質シリコン半導体に一般的に用いられているTa
ucプロットにより測定した。すなわち、分光光度計によ
り非晶質半導体の吸収係数の光子エネルギー依存性を測
定し、光子エネルギーに対する光子エネルギーと吸収係
数の積の１／２乗のグラフを作成し、このグラフの直線
部分の延長の光子エネルギー軸との切片をバンドギャッ
プとした。グラフの直線部分の決定は、最小自乗法によ
り行い、クオリティーファクターが0.98以上となる部位
を直線部分とした。バンドギャップを測定するのに必要
な半導体の膜厚は、200〜1000nmである。バンドギャッ
プの変調を行った非晶質半導体においては、単一の成膜
条件で成膜した、膜厚が200〜1000nmの試料で測定する
ことにより、例えば、バンドギャップ1.76〜2.0eVのよ
うに決定した。
は、非晶質シリコン半導体に一般的に用いられているTa
ucプロットにより測定した。すなわち、分光光度計によ
り非晶質半導体の吸収係数の光子エネルギー依存性を測
定し、光子エネルギーに対する光子エネルギーと吸収係
数の積の１／２乗のグラフを作成し、このグラフの直線
部分の延長の光子エネルギー軸との切片をバンドギャッ
プとした。グラフの直線部分の決定は、最小自乗法によ
り行い、クオリティーファクターが0.98以上となる部位
を直線部分とした。バンドギャップを測定するのに必要
な半導体の膜厚は、200〜1000nmである。バンドギャッ
プの変調を行った非晶質半導体においては、単一の成膜
条件で成膜した、膜厚が200〜1000nmの試料で測定する
ことにより、例えば、バンドギャップ1.76〜2.0eVのよ
うに決定した。
【００１０】本発明において用いられる第二の実質的に
真性な半導体のバンドギャップの範囲は、1.6〜1.8eV、
好ましくは、1.6〜1.75eV、さらに好ましくは、1.65〜
1.72eVである。また、本発明において用いられる第一の
実質的に真性な半導体のバンドギャップおよび第三の実
質的に真性な半導体のバンドギャップの範囲は、1.6を
超えて2.1eV 、好ましくは、1.7〜2.0eV、さらに好まし
くは、1.75〜1.95eVである。
真性な半導体のバンドギャップの範囲は、1.6〜1.8eV、
好ましくは、1.6〜1.75eV、さらに好ましくは、1.65〜
1.72eVである。また、本発明において用いられる第一の
実質的に真性な半導体のバンドギャップおよび第三の実
質的に真性な半導体のバンドギャップの範囲は、1.6を
超えて2.1eV 、好ましくは、1.7〜2.0eV、さらに好まし
くは、1.75〜1.95eVである。
【００１１】第一の実質的に真性な半導体、第三の実質
的に真性な半導体の膜厚は10〜200nm、好ましくは、50
〜150nm、更に好ましくは、50〜100nmである。また、第
一の実質的に真性な半導体、第二の実質的に真性な半導
体および第三の実質的に真性な半導体の膜厚の合計は、
30〜1000nmである。
的に真性な半導体の膜厚は10〜200nm、好ましくは、50
〜150nm、更に好ましくは、50〜100nmである。また、第
一の実質的に真性な半導体、第二の実質的に真性な半導
体および第三の実質的に真性な半導体の膜厚の合計は、
30〜1000nmである。
【００１２】本発明における実質的に真性な半導体と
は、非晶質シリコン半導体であり、シリコン以外に、
（意図的成分として）水素、フッ素、塩素、窒素、酸素
等の異元素を含んでも構わないものである。なお、微量
成分として通常混入しうる炭素が微量含まれていてもか
まわない。
は、非晶質シリコン半導体であり、シリコン以外に、
（意図的成分として）水素、フッ素、塩素、窒素、酸素
等の異元素を含んでも構わないものである。なお、微量
成分として通常混入しうる炭素が微量含まれていてもか
まわない。
【００１３】実質的に真性な半導体は、非晶質太陽電池
の主たる光発電層を形成すものである。この、実質的に
真性な半導体は、分子内にシリコンを有する化合物等か
ら、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法や光ＣＶＤ、熱
ＣＶＤ法を適用することにより容易に形成される。
の主たる光発電層を形成すものである。この、実質的に
真性な半導体は、分子内にシリコンを有する化合物等か
ら、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法や光ＣＶＤ、熱
ＣＶＤ法を適用することにより容易に形成される。
【００１４】プラズマを用いたＣＶＤ法による当該実質
的に真性な半導体の形成について、具体的に説明する。
的に真性な半導体の形成について、具体的に説明する。
【００１５】プラズマを発生させることは、プラズマ発
生用電極に、直流または交流の電圧を印加することによ
り可能であり、交流の周波数としては、20kHz〜100MHz
を用いることが可能である。特に、商用電力の周波数で
ある50kHzや60kHz、電波法上使用が認められている13.5
6MHzが、利用上好ましい周波数である。しかしながら、
このプラズマ発生用周波数（直流も含め）の値は、本発
明を実施する上で、何等限定的なものではない。プラズ
マを発生させるための電力は、電力密度換算において、
0.001mWcm-2〜100Wcm-2を用いる。
生用電極に、直流または交流の電圧を印加することによ
り可能であり、交流の周波数としては、20kHz〜100MHz
を用いることが可能である。特に、商用電力の周波数で
ある50kHzや60kHz、電波法上使用が認められている13.5
6MHzが、利用上好ましい周波数である。しかしながら、
このプラズマ発生用周波数（直流も含め）の値は、本発
明を実施する上で、何等限定的なものではない。プラズ
マを発生させるための電力は、電力密度換算において、
0.001mWcm-2〜100Wcm-2を用いる。
【００１６】原料ガスとしては、一般式SinH2n+2（n;1
以上の整数）で表されるシラン化合物；SiHnX4-n（X;ハ
ロゲン原子でフッ素原子、塩素原子、n;１以上４までの
整数）；Si2HnX6-n（X;ハロゲン原子でフッ素原子、塩
素原子、n;１以上６までの整数）等で表されるハロゲン
化シラン化合物であり、具体的、かつ産業上利用しやす
い原料ガスは、モノシラン（SiH4) 、ジシラン（Si
2H6）、トリシラン（Si3H8）、四フッ化珪素（SiF4）、
ジフルオロシラン（SiH2F2）、トリフルオロシラン（Si
HF3）、モノフルオロシラン（SiH3F）、ヘキサフルオロ
ジシラン（Si2F6）、である。これらの原料ガスは、不
活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）や水素ガスにより希
釈して用いてもよい。希釈された当該原料ガスは、体積
濃度により表現して、１〜100%である。
以上の整数）で表されるシラン化合物；SiHnX4-n（X;ハ
ロゲン原子でフッ素原子、塩素原子、n;１以上４までの
整数）；Si2HnX6-n（X;ハロゲン原子でフッ素原子、塩
素原子、n;１以上６までの整数）等で表されるハロゲン
化シラン化合物であり、具体的、かつ産業上利用しやす
い原料ガスは、モノシラン（SiH4) 、ジシラン（Si
2H6）、トリシラン（Si3H8）、四フッ化珪素（SiF4）、
ジフルオロシラン（SiH2F2）、トリフルオロシラン（Si
HF3）、モノフルオロシラン（SiH3F）、ヘキサフルオロ
ジシラン（Si2F6）、である。これらの原料ガスは、不
活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）や水素ガスにより希
釈して用いてもよい。希釈された当該原料ガスは、体積
濃度により表現して、１〜100%である。
【００１７】また、上記に示されたガス以外に、窒素、
亜酸化窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気等を混合させて
も構わない。これらのガスを成膜原料と反応性ガス、不
活性ガス、支持ガスとの混合ガスとして導入しても本発
明の妨げとはならない。希釈された当該原料ガスは、体
積濃度により表現して、１〜100%である。原料ガスの導
入は、ガス流量計を通して行われ、その流量は、1cc/mi
n.〜1000cc/min.である。
亜酸化窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気等を混合させて
も構わない。これらのガスを成膜原料と反応性ガス、不
活性ガス、支持ガスとの混合ガスとして導入しても本発
明の妨げとはならない。希釈された当該原料ガスは、体
積濃度により表現して、１〜100%である。原料ガスの導
入は、ガス流量計を通して行われ、その流量は、1cc/mi
n.〜1000cc/min.である。
【００１８】形成温度は50℃〜500℃、好ましくは、100
℃〜300℃である。形成温度は、基板加熱用ヒーターに
付属した熱電対により測定される。この温度は、基板温
度を正確に示さないことがしばしばある為、予め温度の
校正を行うことが好ましい。校正を行う方法として、温
度により変色する塗料を基板に塗布し成膜室内に挿入
し、熱電対により表示される温度との差異を測定するこ
とが一般に用いることが出来る。なお、バンドギャップ
の制御は、希釈水素量を増加せしめたり、基板温度を低
くすることにより、バンドギャップを大とできるので、
上記範囲で適宜決定すればよい。また、製膜後の水素プ
ラズマの適用によってもよい。
℃〜300℃である。形成温度は、基板加熱用ヒーターに
付属した熱電対により測定される。この温度は、基板温
度を正確に示さないことがしばしばある為、予め温度の
校正を行うことが好ましい。校正を行う方法として、温
度により変色する塗料を基板に塗布し成膜室内に挿入
し、熱電対により表示される温度との差異を測定するこ
とが一般に用いることが出来る。なお、バンドギャップ
の制御は、希釈水素量を増加せしめたり、基板温度を低
くすることにより、バンドギャップを大とできるので、
上記範囲で適宜決定すればよい。また、製膜後の水素プ
ラズマの適用によってもよい。
【００１９】プラズマＣＶＤ以外に、光ＣＶＤ法や熱Ｃ
ＶＤ法なども当該実質的に真性な半導体の形成に供する
ことは可能であり、本発明を実施するうえにおいて、特
に制限されるものではない。
ＶＤ法なども当該実質的に真性な半導体の形成に供する
ことは可能であり、本発明を実施するうえにおいて、特
に制限されるものではない。
【００２０】本発明における非晶質半導体を用いた太陽
電池構造は、具体的には、ガラス板／酸化錫を基板とし
て用い、ｐ型半導体層／実質的に真性な半導体層／ｎ型
半導体層の順に形成・積層し、第二電極として、銀を用
いた構造が最も一般的な構造である。また、タンデム型
積層構造光電変換素子においては、ガラス板／酸化錫を
基板として用い、ｐ型半導体層／実質的に真性な半導体
層／ｎ型半導体層／ｐ型半導体層／実質的に真性な半導
体層／ｎ型半導体層の順に形成積層し、第二電極として
銀を用いた構造が最も一般的である。
電池構造は、具体的には、ガラス板／酸化錫を基板とし
て用い、ｐ型半導体層／実質的に真性な半導体層／ｎ型
半導体層の順に形成・積層し、第二電極として、銀を用
いた構造が最も一般的な構造である。また、タンデム型
積層構造光電変換素子においては、ガラス板／酸化錫を
基板として用い、ｐ型半導体層／実質的に真性な半導体
層／ｎ型半導体層／ｐ型半導体層／実質的に真性な半導
体層／ｎ型半導体層の順に形成積層し、第二電極として
銀を用いた構造が最も一般的である。
【００２１】単一なｐｉｎ構造を持つ光電変換素子、も
しくはタンデム型積層構造光電変換素子に用いられるｐ
型半導体としては、ｐ型の非晶質シリコン、非晶質シリ
コンカーバイド、微結晶シリコン、微結晶シリコンカー
バイドまたは炭素含有微結晶シリコン薄膜、炭素含有量
の異なる非晶質シリコンカーバイドの多層積層膜、非晶
質シリコンと非晶質カーボンの多層積層膜などが好適に
用いられる。形成手段としては、プラズマＣＶＤ法や光
ＣＶＤ法が用いられる。原料としては、シリコン化合物
として、シラン、ジシラン、トリシラン等が用いられ
る。また、ｐ型の導電性を付与するものとしてはIII属
の元素を含む化合物があり、ジボラン、トリメチルボロ
ン、３フッ化ボロン等が好ましい。更に、炭素含有化合
物としては、メタン、エタン等の飽和炭化水素やエチレ
ン、アセチレン等の不飽和炭化水素やモノメチルシラ
ン、ジメチルシラン等のアルキルシランが用いられる。
これらの混合ガスを、必要に応じてヘリウムやアルゴン
等の不活性ガスや水素により希釈することもできる。む
しろ、微結晶シリコン薄膜や微結晶シリコンカーバイド
薄膜を形成する場合には、大量の水素で希釈することは
より好ましいことである。形成条件としては、膜厚は２
〜50nm、好ましくは５〜20nmであり、形成温度は50〜40
0℃、好ましくは50〜250℃、特に好ましくは75〜250℃
であり、形成圧力は0.01〜5torr、好ましくは0.03〜1.5
torr、特に好ましくは0.035〜1.0torrである。プラズマ
ＣＶＤで形成される場合には、高周波電力0.001mW/cm2
〜10W/cm2の範囲で行われる。特に、微結晶シリコン薄
膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜を成膜する場合に
は、高周波電力を0.5〜10W/cm2の範囲で行うことが好ま
しい。
しくはタンデム型積層構造光電変換素子に用いられるｐ
型半導体としては、ｐ型の非晶質シリコン、非晶質シリ
コンカーバイド、微結晶シリコン、微結晶シリコンカー
バイドまたは炭素含有微結晶シリコン薄膜、炭素含有量
の異なる非晶質シリコンカーバイドの多層積層膜、非晶
質シリコンと非晶質カーボンの多層積層膜などが好適に
用いられる。形成手段としては、プラズマＣＶＤ法や光
ＣＶＤ法が用いられる。原料としては、シリコン化合物
として、シラン、ジシラン、トリシラン等が用いられ
る。また、ｐ型の導電性を付与するものとしてはIII属
の元素を含む化合物があり、ジボラン、トリメチルボロ
ン、３フッ化ボロン等が好ましい。更に、炭素含有化合
物としては、メタン、エタン等の飽和炭化水素やエチレ
ン、アセチレン等の不飽和炭化水素やモノメチルシラ
ン、ジメチルシラン等のアルキルシランが用いられる。
これらの混合ガスを、必要に応じてヘリウムやアルゴン
等の不活性ガスや水素により希釈することもできる。む
しろ、微結晶シリコン薄膜や微結晶シリコンカーバイド
薄膜を形成する場合には、大量の水素で希釈することは
より好ましいことである。形成条件としては、膜厚は２
〜50nm、好ましくは５〜20nmであり、形成温度は50〜40
0℃、好ましくは50〜250℃、特に好ましくは75〜250℃
であり、形成圧力は0.01〜5torr、好ましくは0.03〜1.5
torr、特に好ましくは0.035〜1.0torrである。プラズマ
ＣＶＤで形成される場合には、高周波電力0.001mW/cm2
〜10W/cm2の範囲で行われる。特に、微結晶シリコン薄
膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜を成膜する場合に
は、高周波電力を0.5〜10W/cm2の範囲で行うことが好ま
しい。
【００２２】次に、単一なｐｉｎ構造を持つ光電変換素
子、もしくは、タンデム型積層構造光電変換素子に用い
られるｎ型半導体は、ｎ型の微結晶シリコン、微結晶シ
リコンカーバイド、炭素含有び結晶シリコン、非晶質シ
リコン、非晶質シリコンカーバイド、非晶質シリコンゲ
ルマニウム等を有効に用いることが出来る。形成手段と
しては、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法が用いられる。
子、もしくは、タンデム型積層構造光電変換素子に用い
られるｎ型半導体は、ｎ型の微結晶シリコン、微結晶シ
リコンカーバイド、炭素含有び結晶シリコン、非晶質シ
リコン、非晶質シリコンカーバイド、非晶質シリコンゲ
ルマニウム等を有効に用いることが出来る。形成手段と
しては、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法が用いられる。
【００２３】これらのｎ型半導体を形成する原料として
は分子内にシリコンを含有する化合物、ゲルマン、シリ
ルゲルマン等の分子内にゲルマニウムを有する化合物、
炭化水素ガス等の炭素を含有する化合物から目的とする
半導体に応じて適宜選択される原料を用いる。また、ｎ
型の伝導性を付与するものとしてはＶＩ族の元素を含有
する化合物があり、ホスフィンやアルシン等が好まし
い。更に、炭素含有化合物としては、メタン、エタン等
の飽和炭化水素やエチレン、アセチレン等の不飽和炭化
水素やモノメチルシラン、ジメチルシラン等のアルキル
シランが用いられる。これらの混合ガスを、必要に応じ
てヘリウムやアルゴン等の不活性ガスや水素により希釈
することもできる。むしろ、微結晶シリコン薄膜や微結
晶シリコンカーバイド薄膜を形成する場合には、大量の
水素で希釈することはより好ましいことである。形成条
件としては、形成温度は50〜400℃、好ましくは50〜250
℃、特に好ましくは75〜250℃であり、形成圧力は0.01
〜5torr、好ましくは0.03〜1.5torr、特に好ましくは0.
035〜1.0torrである。プラズマＣＶＤで形成される場合
には、高周波電力0.001mW/cm2〜10W/cm2の範囲で行われ
る。特に、微結晶シリコン薄膜、微結晶シリコンカーバ
イド薄膜を成膜する場合には、高周波電力を0.5〜10W/c
m2の範囲で行うことが好ましい。ｎ型半導体層の膜厚は
5〜50nmで充分である。
は分子内にシリコンを含有する化合物、ゲルマン、シリ
ルゲルマン等の分子内にゲルマニウムを有する化合物、
炭化水素ガス等の炭素を含有する化合物から目的とする
半導体に応じて適宜選択される原料を用いる。また、ｎ
型の伝導性を付与するものとしてはＶＩ族の元素を含有
する化合物があり、ホスフィンやアルシン等が好まし
い。更に、炭素含有化合物としては、メタン、エタン等
の飽和炭化水素やエチレン、アセチレン等の不飽和炭化
水素やモノメチルシラン、ジメチルシラン等のアルキル
シランが用いられる。これらの混合ガスを、必要に応じ
てヘリウムやアルゴン等の不活性ガスや水素により希釈
することもできる。むしろ、微結晶シリコン薄膜や微結
晶シリコンカーバイド薄膜を形成する場合には、大量の
水素で希釈することはより好ましいことである。形成条
件としては、形成温度は50〜400℃、好ましくは50〜250
℃、特に好ましくは75〜250℃であり、形成圧力は0.01
〜5torr、好ましくは0.03〜1.5torr、特に好ましくは0.
035〜1.0torrである。プラズマＣＶＤで形成される場合
には、高周波電力0.001mW/cm2〜10W/cm2の範囲で行われ
る。特に、微結晶シリコン薄膜、微結晶シリコンカーバ
イド薄膜を成膜する場合には、高周波電力を0.5〜10W/c
m2の範囲で行うことが好ましい。ｎ型半導体層の膜厚は
5〜50nmで充分である。
【００２４】本発明において用いるに好ましい原料ガス
について更に具体的な示例を挙げて説明する。分子内に
シリコンを含有する化合物としては、モノシラン、ジシ
ラントリシラン等の水素化シリコン、モノメチルシラ
ン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチル
シラン、エチルシラン、ジエチルシラン等のアルキル基
置換の水素化シリコン、ビニルシラン、ジビニルシラ
ン、プロペニルシラン、エテニルシラン等のラジカル重
合可能な不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化シリ
コン、これらの水素化シリコンの水素の一部または全て
がフッ素や塩素等のハロゲンで置換されたハロゲン化シ
リコンを有効に用いることが出来る。
について更に具体的な示例を挙げて説明する。分子内に
シリコンを含有する化合物としては、モノシラン、ジシ
ラントリシラン等の水素化シリコン、モノメチルシラ
ン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチル
シラン、エチルシラン、ジエチルシラン等のアルキル基
置換の水素化シリコン、ビニルシラン、ジビニルシラ
ン、プロペニルシラン、エテニルシラン等のラジカル重
合可能な不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化シリ
コン、これらの水素化シリコンの水素の一部または全て
がフッ素や塩素等のハロゲンで置換されたハロゲン化シ
リコンを有効に用いることが出来る。
【００２５】炭化水素の具体的な示例としては、メタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチ
レン等の炭化水素ガスが有用である。これら炭化水素ガ
スは炭素含有微結晶シリコン、微結晶シリコンカーバイ
ド、非晶質シリコンカーバイド等の形成において、バン
ドギャップを変更するときに好ましく用いられる。ま
た、この目的においては、モノメチルシラン、ジメチル
シラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、エチ
ルシラン、ジエチルシラン等のアルキル基置換の水素化
シリコン、ビニルシラン、ジビニルシラン、プロペニル
シラン、エテニルシラン等のラジカル重合可能な不飽和
炭化水素基を分子内に有する水素化シリコン、これらの
水素化シリコンの水素の一部または全てがフッ素や塩素
等のハロゲンで置換されたハロゲン化シリコンを有効に
用いることが出来る。
ン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチ
レン等の炭化水素ガスが有用である。これら炭化水素ガ
スは炭素含有微結晶シリコン、微結晶シリコンカーバイ
ド、非晶質シリコンカーバイド等の形成において、バン
ドギャップを変更するときに好ましく用いられる。ま
た、この目的においては、モノメチルシラン、ジメチル
シラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、エチ
ルシラン、ジエチルシラン等のアルキル基置換の水素化
シリコン、ビニルシラン、ジビニルシラン、プロペニル
シラン、エテニルシラン等のラジカル重合可能な不飽和
炭化水素基を分子内に有する水素化シリコン、これらの
水素化シリコンの水素の一部または全てがフッ素や塩素
等のハロゲンで置換されたハロゲン化シリコンを有効に
用いることが出来る。
【００２６】本発明でいう基板とは、当該基板上に形成
される太陽電池がその形態を保持可能としうる厚みを有
し、表面形状や形成時の温度に耐える材質であり、基板
としての形態を有するものであれば、本発明を実施する
に、何等制限は受けない。具体的な示例としては、ホウ
ケイ酸ガラス、青板ガラス、石英ガラス等のガラス板、
アルミナ、窒化ホウ素等のセラミックス板、アルミニウ
ム、ステンレス、クロムチタン、モリブデン、シリコン
等の金属やこれらの金属をコーティングしたセラミック
ス板、ガラス板、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテ
ルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミ
ド、芳香族ポリアミド、ポリイミド等の高分子材料から
なる板、シート、フィルムやこれらに前記金属をコーテ
ィングした材料が用いられる。
される太陽電池がその形態を保持可能としうる厚みを有
し、表面形状や形成時の温度に耐える材質であり、基板
としての形態を有するものであれば、本発明を実施する
に、何等制限は受けない。具体的な示例としては、ホウ
ケイ酸ガラス、青板ガラス、石英ガラス等のガラス板、
アルミナ、窒化ホウ素等のセラミックス板、アルミニウ
ム、ステンレス、クロムチタン、モリブデン、シリコン
等の金属やこれらの金属をコーティングしたセラミック
ス板、ガラス板、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテ
ルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミ
ド、芳香族ポリアミド、ポリイミド等の高分子材料から
なる板、シート、フィルムやこれらに前記金属をコーテ
ィングした材料が用いられる。
【００２７】本発明において電極とは、基本的に透明性
電極や金属電極であり、その光透過性については特に限
定されるものではないが、光発電層に太陽光が入射でき
るように、第一の電極と第二の電極の少なくとも一方に
透明性の電極材料を選択する必要がある。かかる透明性
の電極材料としては、酸化錫、酸化インジウム、ＩＴＯ
（インジウム錫酸化物）酸化亜鉛等の金属酸化物や透光
性の金属を有効に用いることができる。金属電極として
は、アルミニウム、クロム、ニッケルクロム、銀、金、
白金、銀−チタン合金、銅等の金属の中から適宜選択し
て用いることが出来る。また、これらの透明性電極とこ
れらの金属とを適宜選択して積層体としたものも電極と
して用いることができる。
電極や金属電極であり、その光透過性については特に限
定されるものではないが、光発電層に太陽光が入射でき
るように、第一の電極と第二の電極の少なくとも一方に
透明性の電極材料を選択する必要がある。かかる透明性
の電極材料としては、酸化錫、酸化インジウム、ＩＴＯ
（インジウム錫酸化物）酸化亜鉛等の金属酸化物や透光
性の金属を有効に用いることができる。金属電極として
は、アルミニウム、クロム、ニッケルクロム、銀、金、
白金、銀−チタン合金、銅等の金属の中から適宜選択し
て用いることが出来る。また、これらの透明性電極とこ
れらの金属とを適宜選択して積層体としたものも電極と
して用いることができる。
【００２８】また、本発明では、太陽電池を構成する半
導体構造として、ｐ型半導体層、実質的に真性な半導
体、ｎ型半導体を示したが、ｐ型半導体層と実質的に真
性な半導体層の界面（ｐ／ｉ界面）、実質的に真性な半
導体とｎ型半導体の界面（ｉ／ｎ界面）、タンデム型積
層構造光電変換素子においては、第一のｎ型半導体層と
第二のｐ型半導体層の界面（ｎ／ｐ界面）に、光電変換
素子の特性を改善する目的で、公知技術に従って適当な
厚みの界面層を導入することは、本発明実施上、何等制
限されるものではなく、実際、これらの界面層が、光電
変換効率の向上を目的として自由に使用されることは、
明らかなことであり、本発明を阻害するものではない。
これらの半導体層の成膜法についても、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタリング法を用いるこ
とができ、特に限定されるものではなく、好ましくはプ
ラズマＣＶＤ法あるいは光ＣＶＤ法が、成膜上、便宜な
方法である。これらの、界面層に用いられる材料として
は、本発明に用いられるｐ型半導体、実質的に真性な半
導体、ｎ型半導体および電極材料に適用できる材料等が
挙げられる。
導体構造として、ｐ型半導体層、実質的に真性な半導
体、ｎ型半導体を示したが、ｐ型半導体層と実質的に真
性な半導体層の界面（ｐ／ｉ界面）、実質的に真性な半
導体とｎ型半導体の界面（ｉ／ｎ界面）、タンデム型積
層構造光電変換素子においては、第一のｎ型半導体層と
第二のｐ型半導体層の界面（ｎ／ｐ界面）に、光電変換
素子の特性を改善する目的で、公知技術に従って適当な
厚みの界面層を導入することは、本発明実施上、何等制
限されるものではなく、実際、これらの界面層が、光電
変換効率の向上を目的として自由に使用されることは、
明らかなことであり、本発明を阻害するものではない。
これらの半導体層の成膜法についても、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタリング法を用いるこ
とができ、特に限定されるものではなく、好ましくはプ
ラズマＣＶＤ法あるいは光ＣＶＤ法が、成膜上、便宜な
方法である。これらの、界面層に用いられる材料として
は、本発明に用いられるｐ型半導体、実質的に真性な半
導体、ｎ型半導体および電極材料に適用できる材料等が
挙げられる。
【００２９】
【実施例】以下、実施例により本発明の実施の態様の一
例を説明する。 〔実施例１〕非晶質シリコン太陽電池の形成装置として
は、プラズマＣＶＤ法を適用できる成膜装置を用いた。
本装置は、試料仕込み／取り出し室、ｐ型半導体を形成
するｐ型半導体成膜室、実質的に真性な半導体を形成す
るｉ層成膜室、ｎ型半導体を形成するｎ型半導体成膜室
および試料仕込み／取り出し室の５室から構成される装
置を用いた。高周波電源としては13.56MHzのものを使用
した。第一の電極として酸化錫薄膜が形成されたガラス
基板を当該成膜装置内に設置し、10-7torrまで真空排気
し、200℃、30分間基板加熱を行った。ｐ型半導体はｐ
型半導体成膜室に搬送しプラズマＣＶＤ法により成膜を
行った。基板は、搬送後、200℃で、15分間加熱され
た。 原料ガスとして、モノシラン／メタン／ジボラン
／水素を5/5/0.005/30(cc/min.)の割合で導入し、圧力
0.2torr、形成温度200℃、高周波電力0.05Wcm -2で厚さ
約8nmのｐ型の非晶質リコンカーバイド膜を第一のドー
プ型半導体として形成した。かくしてｐ型非晶質シリコ
ンカーバイド膜を形成後、残留ガスの真空排気を行った
のち、モノシラン／メタン／水素を5/5/10(cc/min.)の
割合で導入し、圧力0.1torr、形成温度200℃、高周波電
力0.05Wcm -2でｐ／ｉ界面層を10nm成膜した。この際、
メタン流量は放電停止時には流量が０と成るように時間
に比例して流量が減少するように制御した。
例を説明する。 〔実施例１〕非晶質シリコン太陽電池の形成装置として
は、プラズマＣＶＤ法を適用できる成膜装置を用いた。
本装置は、試料仕込み／取り出し室、ｐ型半導体を形成
するｐ型半導体成膜室、実質的に真性な半導体を形成す
るｉ層成膜室、ｎ型半導体を形成するｎ型半導体成膜室
および試料仕込み／取り出し室の５室から構成される装
置を用いた。高周波電源としては13.56MHzのものを使用
した。第一の電極として酸化錫薄膜が形成されたガラス
基板を当該成膜装置内に設置し、10-7torrまで真空排気
し、200℃、30分間基板加熱を行った。ｐ型半導体はｐ
型半導体成膜室に搬送しプラズマＣＶＤ法により成膜を
行った。基板は、搬送後、200℃で、15分間加熱され
た。 原料ガスとして、モノシラン／メタン／ジボラン
／水素を5/5/0.005/30(cc/min.)の割合で導入し、圧力
0.2torr、形成温度200℃、高周波電力0.05Wcm -2で厚さ
約8nmのｐ型の非晶質リコンカーバイド膜を第一のドー
プ型半導体として形成した。かくしてｐ型非晶質シリコ
ンカーバイド膜を形成後、残留ガスの真空排気を行った
のち、モノシラン／メタン／水素を5/5/10(cc/min.)の
割合で導入し、圧力0.1torr、形成温度200℃、高周波電
力0.05Wcm -2でｐ／ｉ界面層を10nm成膜した。この際、
メタン流量は放電停止時には流量が０と成るように時間
に比例して流量が減少するように制御した。
【００３０】残留ガスを真空排気した後、ｉ層成膜室に
当該ガラス基板を搬送した。120℃で10分間加熱した
後、モノシラン／水素を10/30(cc/min.)の割合で導入
し、圧力0.10torr、形成温度120℃、高周波電力0.05Wcm
-2の条件で第一の実質的に真性な半導体を100nm形成し
た。成膜を停止し真空排気を行った後に、250℃で15分
間加熱を行った。モノシランを10cc/min.で導入し、圧
力0.05torr、形成温度250℃、高周波電力0.05Wcm-2の条
件で第二の実質的に真性な半導体を300nm形成した。成
膜を停止し真空排気を行った後に、120℃で15分間加熱
を行った。第一の実質的に真性な半導体と同一の条件で
第三の実質的に真性な半導体を100nm形成した。
当該ガラス基板を搬送した。120℃で10分間加熱した
後、モノシラン／水素を10/30(cc/min.)の割合で導入
し、圧力0.10torr、形成温度120℃、高周波電力0.05Wcm
-2の条件で第一の実質的に真性な半導体を100nm形成し
た。成膜を停止し真空排気を行った後に、250℃で15分
間加熱を行った。モノシランを10cc/min.で導入し、圧
力0.05torr、形成温度250℃、高周波電力0.05Wcm-2の条
件で第二の実質的に真性な半導体を300nm形成した。成
膜を停止し真空排気を行った後に、120℃で15分間加熱
を行った。第一の実質的に真性な半導体と同一の条件で
第三の実質的に真性な半導体を100nm形成した。
【００３１】残留ガスを真空排気した後に、ｎ型半導体
成膜室へ搬送した。基板は、搬送後、160℃で、15分間
加熱された。ｎ型半導体は、原料ガスとして、シラン／
ホスフィン／水素を0.5/0.02/20(cc/min.)の割合で導入
し、圧力0.12torr、基板温度160℃、放電電力0.8Wcm-2
で40nmの厚さの微結晶シリコン膜を第二のドープ型半導
体として形成した。残留ガスを真空排気後試料仕込み／
取り出し室に搬送し、15分冷却した後に薄膜形成装置か
ら基板を取り出した。真空蒸着装置にて第二の電極とし
て銀を形成した。
成膜室へ搬送した。基板は、搬送後、160℃で、15分間
加熱された。ｎ型半導体は、原料ガスとして、シラン／
ホスフィン／水素を0.5/0.02/20(cc/min.)の割合で導入
し、圧力0.12torr、基板温度160℃、放電電力0.8Wcm-2
で40nmの厚さの微結晶シリコン膜を第二のドープ型半導
体として形成した。残留ガスを真空排気後試料仕込み／
取り出し室に搬送し、15分冷却した後に薄膜形成装置か
ら基板を取り出した。真空蒸着装置にて第二の電極とし
て銀を形成した。
【００３２】なお、第一の実質的に真性な半導体（した
がって第三の実質的に真性な半導体）の成膜条件および
第二の実質的に真性な半導体の成膜条件で、500nmの半
導体を作製し、バンドギャップを測定したところ、それ
ぞれ、1.84eVおよび1.72eVであった。この様にして、第
一の実質的に真性な半導体、第二の実質的に真性な半導
体および第三の実質的に真性な半導体の膜厚の合計が50
0nmのｐｉｎ構造非晶質太陽電池を得た。得られた非晶
質太陽電池の光電変換特性をＡＭ−1.5、100MW/cm2の疑
似太陽光照射条件下で測定した。この結果、光電変換効
率11.8％、短絡光電流17.8mA/cm2、開放端電圧0.910
Ｖ、曲線因子0.730であった。
がって第三の実質的に真性な半導体）の成膜条件および
第二の実質的に真性な半導体の成膜条件で、500nmの半
導体を作製し、バンドギャップを測定したところ、それ
ぞれ、1.84eVおよび1.72eVであった。この様にして、第
一の実質的に真性な半導体、第二の実質的に真性な半導
体および第三の実質的に真性な半導体の膜厚の合計が50
0nmのｐｉｎ構造非晶質太陽電池を得た。得られた非晶
質太陽電池の光電変換特性をＡＭ−1.5、100MW/cm2の疑
似太陽光照射条件下で測定した。この結果、光電変換効
率11.8％、短絡光電流17.8mA/cm2、開放端電圧0.910
Ｖ、曲線因子0.730であった。
【００３３】〔実施例２〕実施例１において、第一の実
質的に真性な半導体、および第三の実質的に真性な半導
体の、基板加熱温度および形成温度を100℃とした以外
は実施例１と同一の条件でｐｉｎ構造非晶質太陽電池の
作製を行った。なお、第一の実質的に真性な半導体の成
膜条件および第二の実質的に真性な半導体の成膜条件
で、500nmの半導体を作製し、バンドギャップを測定し
たところ、それぞれ、1.86eVおよび1.72eVであった。得
られた非晶質太陽電池の光電変換特性をＡＭ−1.5、100
MW/cm2の疑似太陽光照射条件下で測定した。この結果、
光電変換効率11.8％、短絡光電流17.6mA/cm2、開放端電
圧0.920Ｖ、曲線因子0.729であった。
質的に真性な半導体、および第三の実質的に真性な半導
体の、基板加熱温度および形成温度を100℃とした以外
は実施例１と同一の条件でｐｉｎ構造非晶質太陽電池の
作製を行った。なお、第一の実質的に真性な半導体の成
膜条件および第二の実質的に真性な半導体の成膜条件
で、500nmの半導体を作製し、バンドギャップを測定し
たところ、それぞれ、1.86eVおよび1.72eVであった。得
られた非晶質太陽電池の光電変換特性をＡＭ−1.5、100
MW/cm2の疑似太陽光照射条件下で測定した。この結果、
光電変換効率11.8％、短絡光電流17.6mA/cm2、開放端電
圧0.920Ｖ、曲線因子0.729であった。
【００３４】〔実施例３〕非晶質シリコン太陽電池の形
成装置としては、プラズマＣＶＤ法を適用できる成膜装
置を用いた。本装置は、試料仕込み／取り出し室、ｐ型
半導体を形成するｐ型半導体成膜室、実質的に真性な半
導体を形成するｉ層成膜室、ｎ型半導体を形成するｎ型
半導体成膜室および試料仕込み／取り出し室の５室から
構成される装置を用いた。高周波電源としては13.56MHz
のものを使用した。第一の電極として酸化錫薄膜が形成
されたガラス基板を当該成膜装置内に設置し、10-7torr
まで真空排気し、200℃、30分間基板加熱を行った。ｐ
型半導体はｐ型半導体成膜室に搬送しプラズマＣＶＤ法
により成膜を行った。基板は、搬送後、200℃で、15分
間加熱された。原料ガスとして、モノシラン／メタン／
ジボラン／水素を5/5/0.005/30(cc/min.)の割合で導入
し、圧力0.2torr、形成温度200℃、高周波電力0.05Wcm
-2で厚さ約8nmのｐ型の非晶質リコンカーバイド膜を第
一のドープ型半導体として形成した。
成装置としては、プラズマＣＶＤ法を適用できる成膜装
置を用いた。本装置は、試料仕込み／取り出し室、ｐ型
半導体を形成するｐ型半導体成膜室、実質的に真性な半
導体を形成するｉ層成膜室、ｎ型半導体を形成するｎ型
半導体成膜室および試料仕込み／取り出し室の５室から
構成される装置を用いた。高周波電源としては13.56MHz
のものを使用した。第一の電極として酸化錫薄膜が形成
されたガラス基板を当該成膜装置内に設置し、10-7torr
まで真空排気し、200℃、30分間基板加熱を行った。ｐ
型半導体はｐ型半導体成膜室に搬送しプラズマＣＶＤ法
により成膜を行った。基板は、搬送後、200℃で、15分
間加熱された。原料ガスとして、モノシラン／メタン／
ジボラン／水素を5/5/0.005/30(cc/min.)の割合で導入
し、圧力0.2torr、形成温度200℃、高周波電力0.05Wcm
-2で厚さ約8nmのｐ型の非晶質リコンカーバイド膜を第
一のドープ型半導体として形成した。
【００３５】ｐ型非晶質シリコンカーバイド膜を形成
後、残留ガスの真空排気を行ったのち、モノシラン／メ
タン／水素を5/5/10(cc/min.)の割合で導入し、圧力0.1
torr、形成温度200℃、高周波電力0.05Wcm-2でｐ／ｉ界
面層を10nm成膜した。この際、メタン流量は放電停止時
には流量が0と成るように時間に比例して流量が減少す
るように制御した。残留ガスを真空排気した後、ｉ層成
膜室に当該ガラス基板を搬送した。120℃で10分間加熱
した後、モノシラン／水素を10/30(cc/min.)の割合で導
入し、圧力0.10torr、形成温度120℃、高周波電力0.05W
cm -2の条件で第一の実質的に真性な半導体を100nm形成
した。この際、水素流量は放電停止時には流量が０と成
るように時間に比例して流量が減少するように制御し
た。成膜を停止し真空排気を行った後に、250℃で15分
間加熱を行った。モノシランを10cc/min.で導入し、圧
力0.05torr、形成温度250℃、高周波電力0.05Wcm-2の条
件で第二の実質的に真性な半導体を300nm形成した。成
膜を停止し真空排気を行った後に、120℃で15分間加熱
を行った。第一の実質的に真性な半導体と同一の条件で
第三の実質的に真性な半導体を100nm形成した。この
際、水素流量は放電開始時には流量0cc/min.、終了時に
は流量が30cc/min.と成るように時間に比例して流量が
増加するように制御した。残留ガスを真空排気した後
に、ｎ型半導体成膜室へ搬送した。基板は、搬送後、16
0℃で、15分間加熱された。ｎ型半導体は、原料ガスと
して、シラン／ホスフィン／水素を0.5/0.02/20(cc/mi
n.)の割合で導入し、圧力0.12torr、基板温度160℃、放
電電力0.8Wcm-2で40nmの厚さの微結晶シリコン膜を第二
のドープ型半導体として形成した。残留ガスを真空排気
後、試料仕込み／取り出し室に搬送し15分冷却した後に
薄膜形成装置から基板を取り出した。真空蒸着装置にて
第二の電極として銀を形成した。
後、残留ガスの真空排気を行ったのち、モノシラン／メ
タン／水素を5/5/10(cc/min.)の割合で導入し、圧力0.1
torr、形成温度200℃、高周波電力0.05Wcm-2でｐ／ｉ界
面層を10nm成膜した。この際、メタン流量は放電停止時
には流量が0と成るように時間に比例して流量が減少す
るように制御した。残留ガスを真空排気した後、ｉ層成
膜室に当該ガラス基板を搬送した。120℃で10分間加熱
した後、モノシラン／水素を10/30(cc/min.)の割合で導
入し、圧力0.10torr、形成温度120℃、高周波電力0.05W
cm -2の条件で第一の実質的に真性な半導体を100nm形成
した。この際、水素流量は放電停止時には流量が０と成
るように時間に比例して流量が減少するように制御し
た。成膜を停止し真空排気を行った後に、250℃で15分
間加熱を行った。モノシランを10cc/min.で導入し、圧
力0.05torr、形成温度250℃、高周波電力0.05Wcm-2の条
件で第二の実質的に真性な半導体を300nm形成した。成
膜を停止し真空排気を行った後に、120℃で15分間加熱
を行った。第一の実質的に真性な半導体と同一の条件で
第三の実質的に真性な半導体を100nm形成した。この
際、水素流量は放電開始時には流量0cc/min.、終了時に
は流量が30cc/min.と成るように時間に比例して流量が
増加するように制御した。残留ガスを真空排気した後
に、ｎ型半導体成膜室へ搬送した。基板は、搬送後、16
0℃で、15分間加熱された。ｎ型半導体は、原料ガスと
して、シラン／ホスフィン／水素を0.5/0.02/20(cc/mi
n.)の割合で導入し、圧力0.12torr、基板温度160℃、放
電電力0.8Wcm-2で40nmの厚さの微結晶シリコン膜を第二
のドープ型半導体として形成した。残留ガスを真空排気
後、試料仕込み／取り出し室に搬送し15分冷却した後に
薄膜形成装置から基板を取り出した。真空蒸着装置にて
第二の電極として銀を形成した。
【００３６】なお、第一の実質的に真性な半導体（すな
わち第三の実質的に真性な半導体）の成膜開始時の成膜
条件、第一の実質的に真性な半導体の成膜終了時の成膜
条件および第二の実質的に真性な半導体の成膜条件で、
500nmの半導体を作製し、バンドギャップを測定したと
ころ、それぞれ、184eV 、1.79eVおよび1.72eVであっ
た。この様にして、第一の実質的に真性な半導体、第二
の実質的に真性な半導体および第三の実質的に真性な半
導体の膜厚の合計が500nmのｐｉｎ構造非晶質太陽電池
を得た。得られた非晶質太陽電池の光電変換特性をＡＭ
−1.5、100MW/cm2の疑似太陽光照射条件下で測定した。
この結果、光電変換効率12.0％、短絡光電流18.0mA/c
m2、開放端電圧0.908Ｖ、曲線因子0.737であった。
わち第三の実質的に真性な半導体）の成膜開始時の成膜
条件、第一の実質的に真性な半導体の成膜終了時の成膜
条件および第二の実質的に真性な半導体の成膜条件で、
500nmの半導体を作製し、バンドギャップを測定したと
ころ、それぞれ、184eV 、1.79eVおよび1.72eVであっ
た。この様にして、第一の実質的に真性な半導体、第二
の実質的に真性な半導体および第三の実質的に真性な半
導体の膜厚の合計が500nmのｐｉｎ構造非晶質太陽電池
を得た。得られた非晶質太陽電池の光電変換特性をＡＭ
−1.5、100MW/cm2の疑似太陽光照射条件下で測定した。
この結果、光電変換効率12.0％、短絡光電流18.0mA/c
m2、開放端電圧0.908Ｖ、曲線因子0.737であった。
【００３７】〔比較例１〕第一の実質的に真性な半導体
を、基板をｉ層成膜室に搬送後、250℃で15分間加熱
し、実施例１の第二の実質的に真性な半導体と同一な条
件で100nm作製したこと以外は実施例１と同一な条件で
ｐｉｎ構造非晶質太陽電池を作製した。実施例１と同様
にしてこの太陽電池の特性を評価したところ、光電変換
効率10.8％、短絡光電流17.8mA/cm2、開放端電圧0.860
Ｖ、曲線因子0.705であった。
を、基板をｉ層成膜室に搬送後、250℃で15分間加熱
し、実施例１の第二の実質的に真性な半導体と同一な条
件で100nm作製したこと以外は実施例１と同一な条件で
ｐｉｎ構造非晶質太陽電池を作製した。実施例１と同様
にしてこの太陽電池の特性を評価したところ、光電変換
効率10.8％、短絡光電流17.8mA/cm2、開放端電圧0.860
Ｖ、曲線因子0.705であった。
【００３８】〔比較例２〕第三の実質的に真性な半導体
を、第二の実質的に真性な半導体を成膜後に、連続し
て、実施例１の第二の実質的に真性な半導体と同一な条
件で100nm作製したこと以外は実施例１と同一な条件で
ｐｉｎ構造非晶質太陽電池を作製した。実施例１と同様
にしてこの太陽電池の特性を評価したところ、光電変換
効率10.7％、短絡光電流17.9mA/cm2、開放端電圧0.850
Ｖ、曲線因子0.700であった。
を、第二の実質的に真性な半導体を成膜後に、連続し
て、実施例１の第二の実質的に真性な半導体と同一な条
件で100nm作製したこと以外は実施例１と同一な条件で
ｐｉｎ構造非晶質太陽電池を作製した。実施例１と同様
にしてこの太陽電池の特性を評価したところ、光電変換
効率10.7％、短絡光電流17.9mA/cm2、開放端電圧0.850
Ｖ、曲線因子0.700であった。
【００３９】〔比較例３〕実施例１において、基板をｉ
層成膜室搬送後、250℃で15分加熱後、モノシランを10c
c/min.で導入し、圧力0.05torr、形成温度250℃、高周
波電力0.05Wcm-2の条件で実質的に真性な半導体を500nm
形成し、単一な実質的に真性な半導体層を有するｐｉｎ
構造太陽電池とした以外は、実施例１と同じ方法で太陽
電池を作製した。実施例１と同様にしてこの太陽電池の
特性を評価したところ、光電変換効率10.1％、短絡光電
流18.5mA/cm2、開放端電圧0.804Ｖ、曲線因子0.680であ
った。
層成膜室搬送後、250℃で15分加熱後、モノシランを10c
c/min.で導入し、圧力0.05torr、形成温度250℃、高周
波電力0.05Wcm-2の条件で実質的に真性な半導体を500nm
形成し、単一な実質的に真性な半導体層を有するｐｉｎ
構造太陽電池とした以外は、実施例１と同じ方法で太陽
電池を作製した。実施例１と同様にしてこの太陽電池の
特性を評価したところ、光電変換効率10.1％、短絡光電
流18.5mA/cm2、開放端電圧0.804Ｖ、曲線因子0.680であ
った。
【００４０】〔比較例４〕実施例１において、基板をｉ
層成膜室搬送後、120℃で15分加熱後、モノシラン／水
素を10/30(cc/min.)で導入し、圧力0.10torr、形成温度
120℃、高周波電力0.05Wcm-2の条件で実質的に真性な半
導体を500nm形成し、単一な実質的に真性な半導体層を
有するｐｉｎ構造太陽電池とした以外は、実施例と同じ
方法で太陽電池を作製した。実施例１と同様にしてこの
太陽電池の特性を評価したところ、光電変換効率10.7
％、短絡光電流15.9mA/cm2、開放端電圧0.921Ｖ、曲線
因子0.731であった。
層成膜室搬送後、120℃で15分加熱後、モノシラン／水
素を10/30(cc/min.)で導入し、圧力0.10torr、形成温度
120℃、高周波電力0.05Wcm-2の条件で実質的に真性な半
導体を500nm形成し、単一な実質的に真性な半導体層を
有するｐｉｎ構造太陽電池とした以外は、実施例と同じ
方法で太陽電池を作製した。実施例１と同様にしてこの
太陽電池の特性を評価したところ、光電変換効率10.7
％、短絡光電流15.9mA/cm2、開放端電圧0.921Ｖ、曲線
因子0.731であった。
【００４１】
【発明の効果】以上の実施例ならびに比較例から明らか
なように、本発明により作成された非晶質太陽電池は、
バンドギャップの狭い実質的に真性な半導体膜を非晶質
太陽電池の光学活性層であるｉ層に用いても開放端電圧
の値が高いことが分かった。従って、本発明は、バンド
ギャップの狭いｉ層を用いても、従来のように開放端電
圧を低下させることなく、短絡光電流を増加させること
が可能であり、従来の非晶質太陽電池に比べて光電変換
効率のすぐれた非晶質太陽電池を作製することが可能で
あることが明らかとなった。すなわち、本発明は、非晶
質太陽電池の光電変換効率の改善に大きく寄与するもの
であり、電力用太陽電池に要求される高変換効率を可能
にする技術を提供するものであり、エネルギー産業に対
して、極めて有用な発明である。
なように、本発明により作成された非晶質太陽電池は、
バンドギャップの狭い実質的に真性な半導体膜を非晶質
太陽電池の光学活性層であるｉ層に用いても開放端電圧
の値が高いことが分かった。従って、本発明は、バンド
ギャップの狭いｉ層を用いても、従来のように開放端電
圧を低下させることなく、短絡光電流を増加させること
が可能であり、従来の非晶質太陽電池に比べて光電変換
効率のすぐれた非晶質太陽電池を作製することが可能で
あることが明らかとなった。すなわち、本発明は、非晶
質太陽電池の光電変換効率の改善に大きく寄与するもの
であり、電力用太陽電池に要求される高変換効率を可能
にする技術を提供するものであり、エネルギー産業に対
して、極めて有用な発明である。
Claims (1)
- 【請求項１】 基板、第一の電極、第一のドープ型半導
体、第一の実質的に真性な半導体、第二の実質的に真性
な半導体、第三の実質的に真性な半導体、第二のドープ
型半導体、第二の電極の構成からなる非晶質光電変換素
子であって、第一の実質的に真性な半導体と第三の実質
的に真性な半導体のバンドギャップの値が第二の実質的
に真性な半導体のバンドギャップの値よりも大きく、か
つ、第二の実質的に真性な半導体のバンドギャップの値
が、1.6〜1.8eV、第一の実質的に真性な半導体および第
三の実質的に真性な半導体のバンドギャップが1.6を越
えて2.1eV以下の範囲のものであることを特徴とする非
晶質光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7048291A JPH08250753A (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 非晶質光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7048291A JPH08250753A (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 非晶質光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250753A true JPH08250753A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=12799342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7048291A Pending JPH08250753A (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 非晶質光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08250753A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101359401B1 (ko) * | 2007-06-21 | 2014-02-10 | 주성엔지니어링(주) | 고효율 박막 태양전지와 그 제조방법 및 제조장치 |
-
1995
- 1995-03-08 JP JP7048291A patent/JPH08250753A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101359401B1 (ko) * | 2007-06-21 | 2014-02-10 | 주성엔지니어링(주) | 고효율 박막 태양전지와 그 제조방법 및 제조장치 |
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