JPH10200139A - 非晶質半導体太陽電池 - Google Patents
非晶質半導体太陽電池Info
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- JPH10200139A JPH10200139A JP9003777A JP377797A JPH10200139A JP H10200139 A JPH10200139 A JP H10200139A JP 9003777 A JP9003777 A JP 9003777A JP 377797 A JP377797 A JP 377797A JP H10200139 A JPH10200139 A JP H10200139A
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】エネルギ変換効率を向上させることが課題であ
る。 【解決手段】ガラス基板(11)上に透明導電膜(12)、ｐ層
(13)，ｉ層(14)，ｎ層(15)を有する非晶質半導体層(1
6)、背面電極(19)及び保護膜(20)を順次形成してなる非
晶質半導体太陽電池において、前記非晶質半導体層(16)
のｐ層(13)を３族元素をドーピングした非晶質ドーピン
グ層(17)と微結晶成長層(18)の積層構造としたことを特
徴とする非晶質半導体太陽電池。
る。 【解決手段】ガラス基板(11)上に透明導電膜(12)、ｐ層
(13)，ｉ層(14)，ｎ層(15)を有する非晶質半導体層(1
6)、背面電極(19)及び保護膜(20)を順次形成してなる非
晶質半導体太陽電池において、前記非晶質半導体層(16)
のｐ層(13)を３族元素をドーピングした非晶質ドーピン
グ層(17)と微結晶成長層(18)の積層構造としたことを特
徴とする非晶質半導体太陽電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非晶質半導体太陽電
池に関し、特に非晶質シリコンや非晶質ゲルマニウム、
非晶質カーボンなどの非晶質半導体太陽電池に関する。
池に関し、特に非晶質シリコンや非晶質ゲルマニウム、
非晶質カーボンなどの非晶質半導体太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非晶質半導体太陽電池としては、
図４に示すものが知られている。図中の符号１はガラス
基板である。このガラス基板１上に、酸化すず等からな
る透明導電膜２が熱ＣＶＤ法あるいはスパッタリング法
により設けられている。前記透明導電膜２上に、非晶質
シリコン層としてのｐ層３，ｉ層４及びｎ層５が設けら
れている。また、ｎ層５上に、アルミ等の金属を真空蒸
着法あるいはスパッタリング法により蒸着することによ
り背面電極６が設けられ、さらにその上に保護膜７が設
けられている。
図４に示すものが知られている。図中の符号１はガラス
基板である。このガラス基板１上に、酸化すず等からな
る透明導電膜２が熱ＣＶＤ法あるいはスパッタリング法
により設けられている。前記透明導電膜２上に、非晶質
シリコン層としてのｐ層３，ｉ層４及びｎ層５が設けら
れている。また、ｎ層５上に、アルミ等の金属を真空蒸
着法あるいはスパッタリング法により蒸着することによ
り背面電極６が設けられ、さらにその上に保護膜７が設
けられている。
【０００３】この種の太陽電池の効率向上を図る手法と
して、従来はｐ層を非晶質シリコン層から数ｎｍサイズ
の結晶粒と非晶質層が混在する微結晶層を用いることが
考えらた。これは、微結晶層が非晶質層に比べ低い電気
抵抗、高い光透過率を持ち、ｐ層物性として非晶質層よ
り好ましいためである。
して、従来はｐ層を非晶質シリコン層から数ｎｍサイズ
の結晶粒と非晶質層が混在する微結晶層を用いることが
考えらた。これは、微結晶層が非晶質層に比べ低い電気
抵抗、高い光透過率を持ち、ｐ層物性として非晶質層よ
り好ましいためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
非晶質半導体太陽電池では、以下の理由により実際に微
結晶ｐ層を太陽電池に適用するのは大変困難であった。
プラズマＣＶＤ法にて微結晶層を成膜する方法として
は、モノシラン等の原料ガスを大量の水素ガスにて希釈
したガスを原料として用いるのは既知の事実である。こ
れは、膜成長表面を水素原子で被覆することにより、膜
の基となるＳｉ原子を含んだラジカルの表面拡散を助長
し、結晶各成長を起こさせるためと言われる。即ち、微
結晶化にはラジカルの表面拡散距離をいかに長くするか
がポイントとなる。
非晶質半導体太陽電池では、以下の理由により実際に微
結晶ｐ層を太陽電池に適用するのは大変困難であった。
プラズマＣＶＤ法にて微結晶層を成膜する方法として
は、モノシラン等の原料ガスを大量の水素ガスにて希釈
したガスを原料として用いるのは既知の事実である。こ
れは、膜成長表面を水素原子で被覆することにより、膜
の基となるＳｉ原子を含んだラジカルの表面拡散を助長
し、結晶各成長を起こさせるためと言われる。即ち、微
結晶化にはラジカルの表面拡散距離をいかに長くするか
がポイントとなる。
【０００５】しかしながら、ｐ層のようにドーピングガ
スを混入する条件では微結晶化が困難であるのも既知の
事実である。これは、ドーピングガスから生成されるラ
ジカル、例えばＢ2 Ｈ6 ガスから生成されるＢ原子を含
むラジカルが、膜成長表面の水素被覆を低下させるた
め、Ｓｉ関連ラジカルの表面拡散を低下させる結果と考
えられている。また、水素希釈率，プラズマ発生用高周
波電力の調整によりドーピングした状態でも微結晶化は
可能であるが、基板との界面での結晶性が問題となっ
た。
スを混入する条件では微結晶化が困難であるのも既知の
事実である。これは、ドーピングガスから生成されるラ
ジカル、例えばＢ2 Ｈ6 ガスから生成されるＢ原子を含
むラジカルが、膜成長表面の水素被覆を低下させるた
め、Ｓｉ関連ラジカルの表面拡散を低下させる結果と考
えられている。また、水素希釈率，プラズマ発生用高周
波電力の調整によりドーピングした状態でも微結晶化は
可能であるが、基板との界面での結晶性が問題となっ
た。
【０００６】即ち、実際に太陽電池で使用する１０ない
し２０ｎｍの膜厚であるが、ドーピングしていない場合
には、図５（Ａ）に示すように基板51に接する部分から
微結晶膜52が成長している。これに対して、０．１％Ｂ
2 Ｈ6 をドーピングした膜では結晶成長が促進されない
ため、厚い膜の内部に微結晶性を有していても、図５
（Ｂ）に示すように基板51と接する部分から微結晶膜52
が成長せず、微結晶化が困難であった。なお、図中の付
番53はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層である。
し２０ｎｍの膜厚であるが、ドーピングしていない場合
には、図５（Ａ）に示すように基板51に接する部分から
微結晶膜52が成長している。これに対して、０．１％Ｂ
2 Ｈ6 をドーピングした膜では結晶成長が促進されない
ため、厚い膜の内部に微結晶性を有していても、図５
（Ｂ）に示すように基板51と接する部分から微結晶膜52
が成長せず、微結晶化が困難であった。なお、図中の付
番53はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層である。
【０００７】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、非晶質半導体層を構成するｐ層を３族元素をド
ーピングした非晶質層と微結晶成長層の積層構造とする
ことにより、光電変換効即ちエネルギ変換効率を向上さ
せることが可能な非晶質半導体太陽電池を提供すること
を目的とする。
もので、非晶質半導体層を構成するｐ層を３族元素をド
ーピングした非晶質層と微結晶成長層の積層構造とする
ことにより、光電変換効即ちエネルギ変換効率を向上さ
せることが可能な非晶質半導体太陽電池を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ドーピング
ガスより生成されるラジカルが結晶性を損なうことに注
目し、ドーピングと微結晶膜成長を分離させ、成膜する
方法を考案した。即ち、本発明は、基板上に透明導電
膜、少なくともｐ層を有する非晶質半導体層、背面電極
及び保護膜を順次形成してなる非晶質半導体太陽電池に
おいて、前記非晶質半導体層のｐ層を３族元素をドーピ
ングした非晶質層と微結晶成長層の積層構造としたこと
を特徴とする非晶質半導体太陽電池である。
ガスより生成されるラジカルが結晶性を損なうことに注
目し、ドーピングと微結晶膜成長を分離させ、成膜する
方法を考案した。即ち、本発明は、基板上に透明導電
膜、少なくともｐ層を有する非晶質半導体層、背面電極
及び保護膜を順次形成してなる非晶質半導体太陽電池に
おいて、前記非晶質半導体層のｐ層を３族元素をドーピ
ングした非晶質層と微結晶成長層の積層構造としたこと
を特徴とする非晶質半導体太陽電池である。
【０００９】（作用）上記のように構成した非晶質半導
体太陽電池用のｐ層では、ドーピング層と微結晶層を分
離形成できるため、微結晶層成膜時に結晶成長を阻害す
るＢ関連ラジカルを排除できる。従って、微結晶層の成
長が可能となるので変換効率を向上することが可能とな
る。
体太陽電池用のｐ層では、ドーピング層と微結晶層を分
離形成できるため、微結晶層成膜時に結晶成長を阻害す
るＢ関連ラジカルを排除できる。従って、微結晶層の成
長が可能となるので変換効率を向上することが可能とな
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る非
晶質半導体太陽電池について図１を参照して説明する。
図中の符番11は基板としてのガラス基板であり、表面に
予め透明導電膜12が形成されている。前記透明導電膜12
の表面には、ｐ層13と、このｐ層13上に形成された厚さ
５００ｎｍのｉ層14と、このｉ層14上に形成されたｎ層
15とからなる非晶質半導体層16が積層されている。前記
ｐ層13は、非晶質ドーピング層17と微結晶成長層18を交
互に積層して構成されている。
晶質半導体太陽電池について図１を参照して説明する。
図中の符番11は基板としてのガラス基板であり、表面に
予め透明導電膜12が形成されている。前記透明導電膜12
の表面には、ｐ層13と、このｐ層13上に形成された厚さ
５００ｎｍのｉ層14と、このｉ層14上に形成されたｎ層
15とからなる非晶質半導体層16が積層されている。前記
ｐ層13は、非晶質ドーピング層17と微結晶成長層18を交
互に積層して構成されている。
【００１１】前記非晶質ドーピング層17は、例えば、ホ
ストガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ4 ）とメタンガ
ス（ＣＨ4 ）を、ドーピングガスとしてジボランガス
（Ｂ2Ｈ6 ）を、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2 ）各々
使用し、約０．５ないし１ｎｍの膜厚を形成する。前記
微結晶層18は、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）、希釈ガス
として水素ガス（Ｈ2 ）を使用して、約２ないし４ｎｍ
の膜厚を形成する。そして、前記ドーピング層17と微結
晶層18を積層し、ｐ層13を構成する。
ストガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ4 ）とメタンガ
ス（ＣＨ4 ）を、ドーピングガスとしてジボランガス
（Ｂ2Ｈ6 ）を、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2 ）各々
使用し、約０．５ないし１ｎｍの膜厚を形成する。前記
微結晶層18は、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）、希釈ガス
として水素ガス（Ｈ2 ）を使用して、約２ないし４ｎｍ
の膜厚を形成する。そして、前記ドーピング層17と微結
晶層18を積層し、ｐ層13を構成する。
【００１２】前記ｉ層14は、モノシランガス（ＳｉＨ
4 ）と希釈用の水素ガス（Ｈ2 ）を使用して形成する。
前記ｎ層15は、ホストガスとしてモノシランガス（Ｓｉ
Ｈ4 ）を、ドーピングガスとしてホスフィンガス（ＰＨ
3 ）を、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2 ）を各々使用し
て形成されている。
4 ）と希釈用の水素ガス（Ｈ2 ）を使用して形成する。
前記ｎ層15は、ホストガスとしてモノシランガス（Ｓｉ
Ｈ4 ）を、ドーピングガスとしてホスフィンガス（ＰＨ
3 ）を、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2 ）を各々使用し
て形成されている。
【００１３】前記ｎ層15上には、背面電極19がアルミを
３００ｎｍの厚さにスパッタリング法等により蒸着する
ことにより形成されている。前記背面電極19上には、保
護膜20が樹脂をスクリーン印刷することにより形成され
ている。
３００ｎｍの厚さにスパッタリング法等により蒸着する
ことにより形成されている。前記背面電極19上には、保
護膜20が樹脂をスクリーン印刷することにより形成され
ている。
【００１４】上述したように、上記実施例に係る非晶質
半導体太陽電池は、非晶質半導体層16を構成するｐ層13
を、３族元素をドーピングした非晶質ドーピング層17と
微結晶成長層18の積層構造としている。このように、ｐ
層13では、非晶質ドーピング層17と微結晶層18を分離形
成できるため、微結晶層成膜時に結晶成長を阻害するＢ
関連ラジカルを排除できる。従って、微結晶層の成長が
可能となるので変換効率を向上することが可能となる。
半導体太陽電池は、非晶質半導体層16を構成するｐ層13
を、３族元素をドーピングした非晶質ドーピング層17と
微結晶成長層18の積層構造としている。このように、ｐ
層13では、非晶質ドーピング層17と微結晶層18を分離形
成できるため、微結晶層成膜時に結晶成長を阻害するＢ
関連ラジカルを排除できる。従って、微結晶層の成長が
可能となるので変換効率を向上することが可能となる。
【００１５】図２は、非晶質ドーピング層17の膜厚を
０．５ｎｍ、微結晶成長層18の膜厚を３ｎｍとし、積層
回数を４回とし、ｐ層13の膜厚を１４ｎｍとした条件
で、微結晶成長層18成膜時の水素希釈率と太陽電池変換
効率を示したものである。水素希釈率を４０倍以上では
顕著に効率の増加が見られた。前述の条件にてｐ層13の
みを成膜したサンプルのレーザラマン分光測定を行った
ところ、水素希釈率４０倍以上のサンプルのみ、図３の
（イ）に示すように、５２０ｃｍ-1近傍に結晶シリコン
に対応する鋭いピークが観測され、微結晶シリコン膜が
成長していることを確認できた。従来は、この膜厚にて
４０〜１２０倍程度の水素希釈率では図３の（ロ）に示
すようにピークは観測できなかった。従って、図２の効
率の増加は、ドーピング層と微結晶成長層を分離形成し
積層することで、ｐ層の微結晶化が容易にできたことに
起因することが明らかである。
０．５ｎｍ、微結晶成長層18の膜厚を３ｎｍとし、積層
回数を４回とし、ｐ層13の膜厚を１４ｎｍとした条件
で、微結晶成長層18成膜時の水素希釈率と太陽電池変換
効率を示したものである。水素希釈率を４０倍以上では
顕著に効率の増加が見られた。前述の条件にてｐ層13の
みを成膜したサンプルのレーザラマン分光測定を行った
ところ、水素希釈率４０倍以上のサンプルのみ、図３の
（イ）に示すように、５２０ｃｍ-1近傍に結晶シリコン
に対応する鋭いピークが観測され、微結晶シリコン膜が
成長していることを確認できた。従来は、この膜厚にて
４０〜１２０倍程度の水素希釈率では図３の（ロ）に示
すようにピークは観測できなかった。従って、図２の効
率の増加は、ドーピング層と微結晶成長層を分離形成し
積層することで、ｐ層の微結晶化が容易にできたことに
起因することが明らかである。
【００１６】なお、上記実施例では、ｐ型ドープ用ガス
としてジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いた場合について
述べたが、これに限定されず、他に３族元素であるＡ
ｌ，Ｇａ，Ｉｎ，ＺｎおよびＴｉなどの金属化合物の気
体が用いられる。
としてジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いた場合について
述べたが、これに限定されず、他に３族元素であるＡ
ｌ，Ｇａ，Ｉｎ，ＺｎおよびＴｉなどの金属化合物の気
体が用いられる。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、非
晶質半導体層を構成するｐ層を３族元素をドーピングし
た非晶質層と微結晶成長層の積層構造とすることによっ
て、光電変換効即ちエネルギ変換効率を向上させること
が可能な非晶質半導体太陽電池を提供できる。
晶質半導体層を構成するｐ層を３族元素をドーピングし
た非晶質層と微結晶成長層の積層構造とすることによっ
て、光電変換効即ちエネルギ変換効率を向上させること
が可能な非晶質半導体太陽電池を提供できる。
【図１】本発明の一実施例に係る非晶質半導体太陽電池
の断面図。
の断面図。
【図２】図１の太陽電池の変換効率と水素希釈率との関
係を示す特性図。
係を示す特性図。
【図３】従来及び本発明に係る太陽電池の波数と強度と
の関係を示す特性図。
の関係を示す特性図。
【図４】従来の非晶質半導体太陽電池の断面図。
【図５】０．１％Ｂ2 Ｈ6 をノンドープあるいはドープ
の場合の微結晶の成長状態を示す断面ＴＥＭ観察のイメ
ージ図で、図５（Ａ）はノンドープの場合、図５（Ｂ）
はドープの場合を示す。
の場合の微結晶の成長状態を示す断面ＴＥＭ観察のイメ
ージ図で、図５（Ａ）はノンドープの場合、図５（Ｂ）
はドープの場合を示す。
11…ガラス基板、 12…透明導電膜、 13…ドーピング層、 14…微結晶成長層、 13…ｐ層、 14…ｉ層、 15…ｎ層、 16…非晶質半導体層、 17…非晶質ドーピング層、 18…微結晶成長層、 19…背面電極、 20…保護膜。
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に透明導電膜、少なくともｐ層を
有する非晶質半導体層、背面電極及び保護膜を順次形成
してなる非晶質半導体太陽電池において、 前記非晶質半導体層のｐ層を３族元素をドーピングした
非晶質層と微結晶成長層の積層構造としたことを特徴と
する非晶質半導体太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9003777A JPH10200139A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 非晶質半導体太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9003777A JPH10200139A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 非晶質半導体太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200139A true JPH10200139A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11566621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9003777A Pending JPH10200139A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 非晶質半導体太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10200139A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005268481A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Toppan Printing Co Ltd | 非単結晶太陽電池およびｐ型半導体材料を作製する作製装置 |
| WO2005109526A1 (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-17 | Kaneka Corporation | 薄膜光電変換装置 |
| WO2009001647A1 (ja) * | 2007-06-25 | 2008-12-31 | Sharp Kabushiki Kaisha | 光電変換装置、集積型光電変換装置、光電変換装置の製造方法 |
| WO2009037815A1 (ja) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | Nissin Electric Co., Ltd. | 光起電力素子およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-01-13 JP JP9003777A patent/JPH10200139A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005268481A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Toppan Printing Co Ltd | 非単結晶太陽電池およびｐ型半導体材料を作製する作製装置 |
| WO2005109526A1 (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-17 | Kaneka Corporation | 薄膜光電変換装置 |
| JPWO2005109526A1 (ja) * | 2004-05-12 | 2008-03-21 | 株式会社カネカ | 薄膜光電変換装置 |
| WO2009001647A1 (ja) * | 2007-06-25 | 2008-12-31 | Sharp Kabushiki Kaisha | 光電変換装置、集積型光電変換装置、光電変換装置の製造方法 |
| WO2009037815A1 (ja) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | Nissin Electric Co., Ltd. | 光起電力素子およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020702 |