JPH0851224A - 非晶質半導体光電変換素子 - Google Patents
非晶質半導体光電変換素子Info
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- JPH0851224A JPH0851224A JP6184549A JP18454994A JPH0851224A JP H0851224 A JPH0851224 A JP H0851224A JP 6184549 A JP6184549 A JP 6184549A JP 18454994 A JP18454994 A JP 18454994A JP H0851224 A JPH0851224 A JP H0851224A
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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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 透明酸化物電極上に非晶質半導体デバイス
を形成する際に、透明酸化物電極表面を金属酸化物層に
より、コーティングし、非晶質薄膜を形成し、デバイス
化を図る方法によって得られた非晶質半導体光電変換素
子。 【効果】 透明酸化物電極表面が安定化し、整流特性
の高いデバイスができ、高開放端電圧、高曲線因子を有
する非晶質半導体光電変換装置が得られる。
を形成する際に、透明酸化物電極表面を金属酸化物層に
より、コーティングし、非晶質薄膜を形成し、デバイス
化を図る方法によって得られた非晶質半導体光電変換素
子。 【効果】 透明酸化物電極表面が安定化し、整流特性
の高いデバイスができ、高開放端電圧、高曲線因子を有
する非晶質半導体光電変換装置が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非晶質シリコン半導体デ
バイスの高性能化に関し、特に、光起電力素子の高性能
化、更には、太陽電池素子の開放端電圧を高めることに
より、高変換効率でかつ高信頼性を達成する非晶質シリ
コン半導体デバイスの構成に関する。
バイスの高性能化に関し、特に、光起電力素子の高性能
化、更には、太陽電池素子の開放端電圧を高めることに
より、高変換効率でかつ高信頼性を達成する非晶質シリ
コン半導体デバイスの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコン太陽電池は１Ｗ程度以下
の、出力の小さいエネルギー供給源としてすでに実用化
されている。しかしながら、電力用に用いる出力の大き
いエネルギー供給源としては、未だ満足させる性能に到
達せず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されて
いる。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算され
る理論的予想値に近い結果、例えば短絡光電流では19mA
/cm2、曲線因子では、0.78という結果が報告されてい
る。また、開放端電圧は光電変換素子を構成する各層の
材料物性を考慮した場合に推算される電圧に近い値が得
られている。このような現状と理論的結果から、電力用
途を目指した、高変換効率でかつ高信頼性の非晶質光電
変換素子を開発していくには、構成各層の欠陥を結晶性
の材料に近づけるのが第一の課題である。しかしなが
ら、各種、多くの検討の結果、材料欠陥を極端に減少さ
せる技術の開発・進捗等は飽和傾向にある。また、単一
の薄膜で高品質化が達成した場合においても、100nm 以
下の薄い膜を積層することにより構成されている非晶質
太陽電池においては、積層状態や界面特性、組成の急峻
性等が変換効率などの特性に大きく影響し、高性能を達
成することは困難な場合が多く見られる。現在、透明電
極材料に多く用いられている酸化スズは、その結合エネ
ルギ−が約500kJ/mol （サムソノフ監修、最新酸化物便
覧（日ソ通信社）より）とさほど大きくなく、また、触
媒やセンサ−材料等に用いられるように化学的に極めて
活性な物質であるために、透明電極に続けて形成される
非晶質半導体層との固相反応や形成時におけるプロセス
損傷が生じ、透明電極の透明性の低下や元素の相互拡散
による半導体層の低品質化が起き、薄膜太陽電池として
の性能低下を招くことが我々により頻繁に認められた。
したがって、透明電極材料の表面安定性は、太陽電池特
性の向上のために、極めて重要な因子である。
の、出力の小さいエネルギー供給源としてすでに実用化
されている。しかしながら、電力用に用いる出力の大き
いエネルギー供給源としては、未だ満足させる性能に到
達せず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されて
いる。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算され
る理論的予想値に近い結果、例えば短絡光電流では19mA
/cm2、曲線因子では、0.78という結果が報告されてい
る。また、開放端電圧は光電変換素子を構成する各層の
材料物性を考慮した場合に推算される電圧に近い値が得
られている。このような現状と理論的結果から、電力用
途を目指した、高変換効率でかつ高信頼性の非晶質光電
変換素子を開発していくには、構成各層の欠陥を結晶性
の材料に近づけるのが第一の課題である。しかしなが
ら、各種、多くの検討の結果、材料欠陥を極端に減少さ
せる技術の開発・進捗等は飽和傾向にある。また、単一
の薄膜で高品質化が達成した場合においても、100nm 以
下の薄い膜を積層することにより構成されている非晶質
太陽電池においては、積層状態や界面特性、組成の急峻
性等が変換効率などの特性に大きく影響し、高性能を達
成することは困難な場合が多く見られる。現在、透明電
極材料に多く用いられている酸化スズは、その結合エネ
ルギ−が約500kJ/mol （サムソノフ監修、最新酸化物便
覧（日ソ通信社）より）とさほど大きくなく、また、触
媒やセンサ−材料等に用いられるように化学的に極めて
活性な物質であるために、透明電極に続けて形成される
非晶質半導体層との固相反応や形成時におけるプロセス
損傷が生じ、透明電極の透明性の低下や元素の相互拡散
による半導体層の低品質化が起き、薄膜太陽電池として
の性能低下を招くことが我々により頻繁に認められた。
したがって、透明電極材料の表面安定性は、太陽電池特
性の向上のために、極めて重要な因子である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非晶質シリ
コン半導体デバイスの性能向上、特に、非晶質太陽電池
の変換効率、とくに開放端電圧を向上させ、高性能の非
晶質光電変換装置を提供することを目的とする。透明電
極材料に多く用いられている酸化スズ等の透明性酸化物
電極は、その小さな結合エネルギーと表面活性ゆえに透
明性酸化物電極に続けて形成される非晶質半導体層との
固相反応や形成時におけるプロセス損傷が生じ、透明性
酸化物電極の透明性の低下や元素の相互拡散による半導
体層の低品質化が起き、薄膜太陽電池としての性能低下
を招くことが我々により頻繁に認められた。そこで、我
々は、この酸化物透明導電膜の還元を抑制することが必
須であると考え、透明性酸化物電極と非晶質半導体層の
間に、金属酸化物層を導入する構造を発見し、その結
果、整流特性が高く、高開放端電圧で高性能の非晶質シ
リコン半導体デバイスの形成が可能になった。
コン半導体デバイスの性能向上、特に、非晶質太陽電池
の変換効率、とくに開放端電圧を向上させ、高性能の非
晶質光電変換装置を提供することを目的とする。透明電
極材料に多く用いられている酸化スズ等の透明性酸化物
電極は、その小さな結合エネルギーと表面活性ゆえに透
明性酸化物電極に続けて形成される非晶質半導体層との
固相反応や形成時におけるプロセス損傷が生じ、透明性
酸化物電極の透明性の低下や元素の相互拡散による半導
体層の低品質化が起き、薄膜太陽電池としての性能低下
を招くことが我々により頻繁に認められた。そこで、我
々は、この酸化物透明導電膜の還元を抑制することが必
須であると考え、透明性酸化物電極と非晶質半導体層の
間に、金属酸化物層を導入する構造を発見し、その結
果、整流特性が高く、高開放端電圧で高性能の非晶質シ
リコン半導体デバイスの形成が可能になった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板、透明性
酸化物電極、金属酸化物層、実質的に真性な半導体薄
膜、ｎ型半導体薄膜、電極の構成からなる積層して形成
された非晶質半導体光電変換素子において、該透明性酸
化物電極が酸化スズ若しくは酸化インジウム−スズの単
層若しくは複層からなり、該金属酸化物層が酸化インジ
ウム、酸化亜鉛、酸化チタニウム、酸化タングステン、
酸化ニッケル、酸化銅、酸化イリジウムから単層若しく
はこれらの組み合わせから選択された複層からなること
を特徴とする非晶質半導体光電変換素子、に関する。こ
こでいう実質的に真性な半導体薄膜とは、非晶質シリコ
ン太陽電池の光活性領域を形成するものである。これら
真性半導体薄膜は、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（化学気相堆積）法を適用することにより容易
に形成される。
酸化物電極、金属酸化物層、実質的に真性な半導体薄
膜、ｎ型半導体薄膜、電極の構成からなる積層して形成
された非晶質半導体光電変換素子において、該透明性酸
化物電極が酸化スズ若しくは酸化インジウム−スズの単
層若しくは複層からなり、該金属酸化物層が酸化インジ
ウム、酸化亜鉛、酸化チタニウム、酸化タングステン、
酸化ニッケル、酸化銅、酸化イリジウムから単層若しく
はこれらの組み合わせから選択された複層からなること
を特徴とする非晶質半導体光電変換素子、に関する。こ
こでいう実質的に真性な半導体薄膜とは、非晶質シリコ
ン太陽電池の光活性領域を形成するものである。これら
真性半導体薄膜は、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（化学気相堆積）法を適用することにより容易
に形成される。
【０００５】プラズマを用いたＣＶＤ法による当該真性
半導体薄膜の形成について、具体的に説明する。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
の周波数は、20kHz から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50Hzや60Hz、電波法
上、認められている13.56MHz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の周波数
（直流も含め）は、本発明を実施する上において、何ら
支障を与えるものではない。プラズマを発生させる電力
は、電力密度換算において、0.001 mW/cm2〜 100W/cm2
を用いる。原料ガスは、一般式Sin H2n+2 （n; 1以上の
正の整数）で表されるシラン化合物、SiH n X4-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
正の整数）、Si2Hn X6-n（X;ハロゲン原子でフッ素原
子、塩素原子、n; 1以上6 までの正の整数）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(S
i2H6) 、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(SiHF3)
、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。
半導体薄膜の形成について、具体的に説明する。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
の周波数は、20kHz から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50Hzや60Hz、電波法
上、認められている13.56MHz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の周波数
（直流も含め）は、本発明を実施する上において、何ら
支障を与えるものではない。プラズマを発生させる電力
は、電力密度換算において、0.001 mW/cm2〜 100W/cm2
を用いる。原料ガスは、一般式Sin H2n+2 （n; 1以上の
正の整数）で表されるシラン化合物、SiH n X4-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
正の整数）、Si2Hn X6-n（X;ハロゲン原子でフッ素原
子、塩素原子、n; 1以上6 までの正の整数）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(S
i2H6) 、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(SiHF3)
、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。
【０００６】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/分〜1000 cc/分である。形成温
度は 50 〜400 ℃、好ましくは50〜350 ℃であり、形成
圧力は0.01〜100 Torr、好ましくは0.03〜1.5 Torrで行
われる。
われ、その流量は、1cc/分〜1000 cc/分である。形成温
度は 50 〜400 ℃、好ましくは50〜350 ℃であり、形成
圧力は0.01〜100 Torr、好ましくは0.03〜1.5 Torrで行
われる。
【０００７】プラズマＣＶＤ法以外に、光ＣＶＤ法や熱
ＣＶＤ法も当該実質的に真性な半導体薄膜の形成に供す
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。
ＣＶＤ法も当該実質的に真性な半導体薄膜の形成に供す
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。
【０００８】ｎ型半導体薄膜はｎ型の微結晶薄膜やｎ型
のアモルファス薄膜が有効に用いられる。これらは、ｎ
型の微結晶シリコン薄膜、炭素含有微結晶シリコン薄
膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜、アモルファスシリ
コン薄膜、アモルファスシリコンカーボン薄膜、アモル
ファスシリコンゲルマン薄膜等を有効に用いることがで
きる。これらｎ型半導体薄膜は、分子内にシリコンを有
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、炭化水素ガス等から、目的
とする半導体薄膜に応じて適宜選択される原料に、ホス
フィンやアルシン等の周期律表の第Ｖ族の化合物、なら
びに水素を混合して、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）
法や光ＣＶＤ法を適用することにより容易に形成され
る。さらに、当該原料ガスをヘリウムやアルゴン等の不
活性ガスで希釈することは、なんら、本発明の効果を妨
げるものではない。むしろ、微結晶シリコン系薄膜の場
合には、多量の水素で希釈することは、より好ましいこ
とである。形成条件は、形成温度は50〜400 ℃、好まし
くは100 〜350 ℃であり、形成圧力は0.01〜5 Torr、好
ましくは0.03〜1.5 Torrで行われる。プラズマＣＶＤで
形成される場合は、高周波電力0.01〜10W/cm2 の範囲で
行われる。特に、微結晶シリコン系薄膜を形成する場合
には、高周波電力0.1 〜10W/cm2 の範囲で行うことが好
ましい。ｎ型半導体薄膜の膜厚は、10〜50nmで十分であ
る。
のアモルファス薄膜が有効に用いられる。これらは、ｎ
型の微結晶シリコン薄膜、炭素含有微結晶シリコン薄
膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜、アモルファスシリ
コン薄膜、アモルファスシリコンカーボン薄膜、アモル
ファスシリコンゲルマン薄膜等を有効に用いることがで
きる。これらｎ型半導体薄膜は、分子内にシリコンを有
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、炭化水素ガス等から、目的
とする半導体薄膜に応じて適宜選択される原料に、ホス
フィンやアルシン等の周期律表の第Ｖ族の化合物、なら
びに水素を混合して、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）
法や光ＣＶＤ法を適用することにより容易に形成され
る。さらに、当該原料ガスをヘリウムやアルゴン等の不
活性ガスで希釈することは、なんら、本発明の効果を妨
げるものではない。むしろ、微結晶シリコン系薄膜の場
合には、多量の水素で希釈することは、より好ましいこ
とである。形成条件は、形成温度は50〜400 ℃、好まし
くは100 〜350 ℃であり、形成圧力は0.01〜5 Torr、好
ましくは0.03〜1.5 Torrで行われる。プラズマＣＶＤで
形成される場合は、高周波電力0.01〜10W/cm2 の範囲で
行われる。特に、微結晶シリコン系薄膜を形成する場合
には、高周波電力0.1 〜10W/cm2 の範囲で行うことが好
ましい。ｎ型半導体薄膜の膜厚は、10〜50nmで十分であ
る。
【０００９】本発明において、用いるに好ましい原料ガ
スについてさらに具体的な示例をあげて説明する。分子
内にシリコンを有する化合物については、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、トリビニルシラン、ビニルジシラン、ジビニルジ
シラン、プロペニルシラン、エテニルシラン等のラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコンを有効に用いる
ことができる。
スについてさらに具体的な示例をあげて説明する。分子
内にシリコンを有する化合物については、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、トリビニルシラン、ビニルジシラン、ジビニルジ
シラン、プロペニルシラン、エテニルシラン等のラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコンを有効に用いる
ことができる。
【００１０】炭化水素ガスの具体的示例として、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薄膜、微結晶シリコンカ
ーバイド薄膜等の形成において、光学的バンドギャップ
を変更するときに用いると便利である。また、この目的
においては、アルキル基置換の水素化シリコン、ラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコン等の材料も有用
である。
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薄膜、微結晶シリコンカ
ーバイド薄膜等の形成において、光学的バンドギャップ
を変更するときに用いると便利である。また、この目的
においては、アルキル基置換の水素化シリコン、ラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコン等の材料も有用
である。
【００１１】本発明でいう透明性酸化物電極は、酸化イ
ンジウム−錫(ITO）若しくは酸化スズの単層、あるいは
これらの複層からなるものである。本発明でいう金属酸
化物層とは、酸化インジウム（In 2 O 3）、酸化亜鉛
（ZnO ）、酸化チタニウム（TiO 2 ）、酸化タングステ
ン（WO2 ）、酸化ニッケル（NiO ）、酸化銅（CuO 、 C
uO2 ）、酸化イリジウム（IrO 2 ）から、単層若しくは
複数の組み合わせにおいて選択したものであり、層厚み
は、1 nmから100nm であり、好ましくは、2nm から50nm
であり、さらに好ましくは2nm から30nmである。これら
の金属酸化物の酸素含有量については、本発明を実施す
るにおいては、化学量論的である必要はなく、何ら支障
はない。本金属酸化物層の形成方法は、これら金属酸化
物をターゲットにしたスパッタリング法や金属をターゲ
ットとした反応性スパッタリング、金属酸化物材料を原
料とした電子ビーム加熱蒸着法等である。
ンジウム−錫(ITO）若しくは酸化スズの単層、あるいは
これらの複層からなるものである。本発明でいう金属酸
化物層とは、酸化インジウム（In 2 O 3）、酸化亜鉛
（ZnO ）、酸化チタニウム（TiO 2 ）、酸化タングステ
ン（WO2 ）、酸化ニッケル（NiO ）、酸化銅（CuO 、 C
uO2 ）、酸化イリジウム（IrO 2 ）から、単層若しくは
複数の組み合わせにおいて選択したものであり、層厚み
は、1 nmから100nm であり、好ましくは、2nm から50nm
であり、さらに好ましくは2nm から30nmである。これら
の金属酸化物の酸素含有量については、本発明を実施す
るにおいては、化学量論的である必要はなく、何ら支障
はない。本金属酸化物層の形成方法は、これら金属酸化
物をターゲットにしたスパッタリング法や金属をターゲ
ットとした反応性スパッタリング、金属酸化物材料を原
料とした電子ビーム加熱蒸着法等である。
【００１２】本発明の電極とは、とくに限定されるもの
ではないが、金属電極を用いることが好ましく、具体的
には、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、金、銅等
である。本発明でいう基板とは、本発明を実施するに、
何ら制限は受けない。具体的には、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、シリコン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、モリブデン等の金属板や
これら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、ポリイミ
ド等の高分子からなるシート、フィルムやこれらに、前
記金属をコーティングした板が用いられる。
ではないが、金属電極を用いることが好ましく、具体的
には、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、金、銅等
である。本発明でいう基板とは、本発明を実施するに、
何ら制限は受けない。具体的には、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、シリコン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、モリブデン等の金属板や
これら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、ポリイミ
ド等の高分子からなるシート、フィルムやこれらに、前
記金属をコーティングした板が用いられる。
【００１３】本発明で詳細に説明した非晶質半導体を用
いた非晶質シリコン半導体デバイスの構造は、具体的に
は、青板ガラス板上に、酸化スズが形成された図１に示
された構造を基本としている。即ち、ガラス基板10／酸
化スズ11を基板として用い、金属酸化物層12／ｉ型半導
体層13／ｎ型半導体層14／の順に形成・積層し、電極15
として、銀を用いた構造が最も一般的な構造であるが、
透明性酸化物電極／ｉ型半導体層の構成を除けば、本発
明を効果的に実施するには、特には制限されない。本発
明においては、光電変換装置として光起電力素子の太陽
電池について詳述しているが、光電変換機能利用したデ
バイス（例えば光センサー等）にも、本発明が有効であ
ることは明らかである。
いた非晶質シリコン半導体デバイスの構造は、具体的に
は、青板ガラス板上に、酸化スズが形成された図１に示
された構造を基本としている。即ち、ガラス基板10／酸
化スズ11を基板として用い、金属酸化物層12／ｉ型半導
体層13／ｎ型半導体層14／の順に形成・積層し、電極15
として、銀を用いた構造が最も一般的な構造であるが、
透明性酸化物電極／ｉ型半導体層の構成を除けば、本発
明を効果的に実施するには、特には制限されない。本発
明においては、光電変換装置として光起電力素子の太陽
電池について詳述しているが、光電変換機能利用したデ
バイス（例えば光センサー等）にも、本発明が有効であ
ることは明らかである。
【００１４】
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、実質的に真性な半導体薄膜を形成
するｉ層成膜室およびｎ型半導体薄膜を形成するドープ
膜成膜室の３室から構成される。まず、酸化スズからな
る透明電極付きガラス基板を、電子ビーム蒸着装置に
て、電子ビーム加熱方式により、酸化ニッケルの粉末を
溶融し、酸素分圧5 ×10-5torr にて、2nm 酸化ニッケ
ル薄膜を酸化スズ膜上にコーティングした。この基板を
仕込み室に設置した後、真空排気を行い、基板加熱し
た。真空度１×10-6 torr まで真空排気し、150 ℃、30
分加熱を行う。モノシランを原料にし、200nmの厚みに
てｉ型半導体薄膜形成後、ドープ層成膜室に、当該基板
を移送した。モノシラン／ホスフィン／水素からなる原
料ガスをそれぞれの流量が10/0.01/500の割合になるよ
うに導入した。圧力0.2 Torr、形成温度150 ℃の条件で
プラズマＣＶＤ法により、ｎ型半導体薄膜 50nm の膜厚
を形成した。プラズマＣＶＤ法は13.56 MHz の高周波放
電を利用した。この時の、高周波電力は1.0 W/cm2 であ
った。ついで、薄膜形成装置から取り出し、真空蒸着に
て銀電極を形成した。AM1.5 、100 mW／cm2 の光をソー
ラーシミュレータにより、照射して当該非晶質シリコン
太陽電池の光電特性を測定した。この結果、開放端電圧
が0.40 V、曲線因子0.66という極めて高い値を得て、本
発明の効果を確認し、光電変換効率は 4.0％と極めて優
れたものであった。
ＣＶＤ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、実質的に真性な半導体薄膜を形成
するｉ層成膜室およびｎ型半導体薄膜を形成するドープ
膜成膜室の３室から構成される。まず、酸化スズからな
る透明電極付きガラス基板を、電子ビーム蒸着装置に
て、電子ビーム加熱方式により、酸化ニッケルの粉末を
溶融し、酸素分圧5 ×10-5torr にて、2nm 酸化ニッケ
ル薄膜を酸化スズ膜上にコーティングした。この基板を
仕込み室に設置した後、真空排気を行い、基板加熱し
た。真空度１×10-6 torr まで真空排気し、150 ℃、30
分加熱を行う。モノシランを原料にし、200nmの厚みに
てｉ型半導体薄膜形成後、ドープ層成膜室に、当該基板
を移送した。モノシラン／ホスフィン／水素からなる原
料ガスをそれぞれの流量が10/0.01/500の割合になるよ
うに導入した。圧力0.2 Torr、形成温度150 ℃の条件で
プラズマＣＶＤ法により、ｎ型半導体薄膜 50nm の膜厚
を形成した。プラズマＣＶＤ法は13.56 MHz の高周波放
電を利用した。この時の、高周波電力は1.0 W/cm2 であ
った。ついで、薄膜形成装置から取り出し、真空蒸着に
て銀電極を形成した。AM1.5 、100 mW／cm2 の光をソー
ラーシミュレータにより、照射して当該非晶質シリコン
太陽電池の光電特性を測定した。この結果、開放端電圧
が0.40 V、曲線因子0.66という極めて高い値を得て、本
発明の効果を確認し、光電変換効率は 4.0％と極めて優
れたものであった。
【００１５】実施例２ 実施例１において、酸化タングステン薄膜を酸化スズ薄
膜上に形成した基板を用いた。その他については、実施
例１と同様に行った。酸化タングステンは反応性スパッ
タリング法にて作製し、2nm 形成した。得られた太陽電
池の性能を測定したところ、開放端電圧が0.45V 、曲線
因子0.67光電変換効率は 4.5％と優れたものであった。
膜上に形成した基板を用いた。その他については、実施
例１と同様に行った。酸化タングステンは反応性スパッ
タリング法にて作製し、2nm 形成した。得られた太陽電
池の性能を測定したところ、開放端電圧が0.45V 、曲線
因子0.67光電変換効率は 4.5％と優れたものであった。
【００１６】実施例３ 実施例１において、酸化チタニウム薄膜を酸化スズ薄膜
上に形成した基板を用いた。その他については、実施例
１と同様に行った。
上に形成した基板を用いた。その他については、実施例
１と同様に行った。
【００１７】実施例４ 実施例１において、酸化銅薄膜を酸化スズ薄膜上に形成
した基板を用いた。その他については、実施例１と同様
に行った。
した基板を用いた。その他については、実施例１と同様
に行った。
【００１８】実施例５ 実施例１において、酸化亜鉛薄膜を酸化スズ薄膜上に形
成した基板を用いた。その他については、実施例１と同
様に行った。
成した基板を用いた。その他については、実施例１と同
様に行った。
【００１９】実施例６ 実施例１において、酸化イリジウム薄膜を酸化スズ薄膜
上に形成した基板を用いた。その他については、実施例
１と同様に行った。以上の結果を〔表１〕にまとめて示
した。
上に形成した基板を用いた。その他については、実施例
１と同様に行った。以上の結果を〔表１〕にまとめて示
した。
【００２０】
【表１】
【００２１】比較例１ 実施例１において、酸化スズを用いた透明性酸化物電極
に、金属層をトップコーティングしない基板を用いた以
外は、実施例１と全く同じ条件で非晶質シリコン太陽電
池を形成した。得られた太陽電池の性能を測定したとこ
ろ、開放端電圧が0.30V 、曲線因子0.60短絡光電流13.5
mA/cm2で、光電変換効率は 2.4％と開放端電圧および曲
線因子の低い太陽電池特性であった。
に、金属層をトップコーティングしない基板を用いた以
外は、実施例１と全く同じ条件で非晶質シリコン太陽電
池を形成した。得られた太陽電池の性能を測定したとこ
ろ、開放端電圧が0.30V 、曲線因子0.60短絡光電流13.5
mA/cm2で、光電変換効率は 2.4％と開放端電圧および曲
線因子の低い太陽電池特性であった。
【００２２】
【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、透明性酸化物電極と非晶質半導体層の間に、
特定の金属酸化物層を導入することにより、デバイス特
性、特に太陽電池特性の開放端電圧及び曲線因子が極め
て向上し、優れた特性の太陽電池が形成された。すなわ
ち、本発明は実用レベルにおいて、非晶質シリコン太陽
電池の光電変換効率の改善に大きく貢献するものであ
る。
なように、透明性酸化物電極と非晶質半導体層の間に、
特定の金属酸化物層を導入することにより、デバイス特
性、特に太陽電池特性の開放端電圧及び曲線因子が極め
て向上し、優れた特性の太陽電池が形成された。すなわ
ち、本発明は実用レベルにおいて、非晶質シリコン太陽
電池の光電変換効率の改善に大きく貢献するものであ
る。
【図１】本発明に用いられる非晶質太陽電池の構成の一
例を示す断面模式図
例を示す断面模式図
１ 試料基板 １０ ガラス基板 １１ 酸化スズ １２ 金属酸化物層 １３ ｉ型非晶質半導体層 １４ ｎ型非晶質半導体層 １５ 銀電極層
Claims (1)
- 【請求項１】 基板、透明性酸化物電極、金属酸化物
層、実質的に真性な半導体薄膜、ｎ型半導体薄膜、電極
の構成からなる積層して形成された非晶質半導体光電変
換素子において、該透明性酸化物電極が酸化スズ若しく
は酸化インジウム−スズの単層若しくは複層からなり、
該金属酸化物層が酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタ
ニウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅、酸
化イリジウムから単層若しくはこれらの組み合わせから
選択された複層からなることを特徴とする非晶質半導体
光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6184549A JPH0851224A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 非晶質半導体光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6184549A JPH0851224A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 非晶質半導体光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0851224A true JPH0851224A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=16155150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6184549A Pending JPH0851224A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 非晶質半導体光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0851224A (ja) |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP6184549A patent/JPH0851224A/ja active Pending
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