JPS58199710A - 改良された広いバンドギヤツプのｐ型無定形の酸素とのシリコン合金およびその利用デバイス - Google Patents
改良された広いバンドギヤツプのｐ型無定形の酸素とのシリコン合金およびその利用デバイスInfo
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- JPS58199710A JPS58199710A JP58074872A JP7487283A JPS58199710A JP S58199710 A JPS58199710 A JP S58199710A JP 58074872 A JP58074872 A JP 58074872A JP 7487283 A JP7487283 A JP 7487283A JP S58199710 A JPS58199710 A JP S58199710A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は無定形半導体合金の諸層から形成される光電池
デバイスおよびその製造方法に関するものである。これ
らのデバイスの少くとも一つの無定形シリコン合金層は
電気伝導度が改良された広域バンドギャップＰ−型無定
形シリコン合金層である。この試みの一つの利点は活性
諸層中の吸収増大が可能でありそして集電効率を増大し
て短絡電流増大を助けることである。もう一つの利点は
弗素化無定形シリコン合金の改良された光応答特性を本
発明実施によって光電池中でより十分に実現できること
である。本発明はｐ−１−ｎ構成の改良された無定形シ
リコン合金光電池デバイスを単一セルかあるいは単一セ
ル単位の複数個から成る多重セルとしてのいずれかでつ
くる際にその最も重要な応用をもっている。
デバイスおよびその製造方法に関するものである。これ
らのデバイスの少くとも一つの無定形シリコン合金層は
電気伝導度が改良された広域バンドギャップＰ−型無定
形シリコン合金層である。この試みの一つの利点は活性
諸層中の吸収増大が可能でありそして集電効率を増大し
て短絡電流増大を助けることである。もう一つの利点は
弗素化無定形シリコン合金の改良された光応答特性を本
発明実施によって光電池中でより十分に実現できること
である。本発明はｐ−１−ｎ構成の改良された無定形シ
リコン合金光電池デバイスを単一セルかあるいは単一セ
ル単位の複数個から成る多重セルとしてのいずれかでつ
くる際にその最も重要な応用をもっている。
シリコンは巨大な結晶性半導体工業の基本であり、宇宙
の応用に対する高師で高効率（１８％）の結晶太陽電池
をつくり出した物質である。地球上の応用については、
結晶太陽電池は代表的には１２％あるいはそれ以下の程
度のずっと低い効率である。結晶性半導体技術が商業的
段階に達したときに、それは現在の巨大な半導体デバイ
ス製造工業の基礎となった。これは実質的に欠陥のない
ゲルマニウムおよび特にシリコンの結晶を成長させ、こ
れらをＰ−型およびｎ−型伝導領域を中にもつ真性物質
に変えた科学者の能力に基づく。これはこの５ような結
晶性物質の中にこれらの実質上純粋な結晶性物質の中に
置換的不純物として導入される百万分の刺部かのト９ナ
ー（ｎ）またはアクセプタ（ｐ）のド一・ξント物質を
拡散させて、それらの電気伝導度を増加させかつそれら
がｎ型またはｎ型のいずれかの伝導タイプのものである
よう調節することによって達成された。ｐ −ｎ接合の
結晶をつくるための製作工程は極めて複雑で時間のかか
るものでありかつ高価な方法を含んでいる。
の応用に対する高師で高効率（１８％）の結晶太陽電池
をつくり出した物質である。地球上の応用については、
結晶太陽電池は代表的には１２％あるいはそれ以下の程
度のずっと低い効率である。結晶性半導体技術が商業的
段階に達したときに、それは現在の巨大な半導体デバイ
ス製造工業の基礎となった。これは実質的に欠陥のない
ゲルマニウムおよび特にシリコンの結晶を成長させ、こ
れらをＰ−型およびｎ−型伝導領域を中にもつ真性物質
に変えた科学者の能力に基づく。これはこの５ような結
晶性物質の中にこれらの実質上純粋な結晶性物質の中に
置換的不純物として導入される百万分の刺部かのト９ナ
ー（ｎ）またはアクセプタ（ｐ）のド一・ξント物質を
拡散させて、それらの電気伝導度を増加させかつそれら
がｎ型またはｎ型のいずれかの伝導タイプのものである
よう調節することによって達成された。ｐ −ｎ接合の
結晶をつくるための製作工程は極めて複雑で時間のかか
るものでありかつ高価な方法を含んでいる。
従って、太陽電池および電流調節デバイスにおいて有用
であるこれらの結晶性物質はきわめて注意深く制御され
た条件の下で１個別のシリコンまたはゲルマニウム単結
晶を成長させることにより、そしてｐ−ｎ接合を必要と
するときには、このような単結晶を極度に少ないかつ厳
密な量のト１−・ξントで以ってド−プすることによっ
てつくり出される。
であるこれらの結晶性物質はきわめて注意深く制御され
た条件の下で１個別のシリコンまたはゲルマニウム単結
晶を成長させることにより、そしてｐ−ｎ接合を必要と
するときには、このような単結晶を極度に少ないかつ厳
密な量のト１−・ξントで以ってド−プすることによっ
てつくり出される。
これらの結晶成長７４２較的小さい結晶を生成し従って
太陽電池は僅かに１個の太陽電池パネルの所望面積を蔽
うのに多数の単結晶の集成体を必要とする。この方法に
おいて太陽電池をつくるのに必要とするエネルギー量、
シリコン結晶の寸法制限によってひきおこされる制約、
およびこのような結晶性物質を切断および集成する必要
性、はすべてエネルギー保存のための結晶性半導体太陽
電池の大規模使用に対して不可能な経済的障壁をもたら
してきた。さらに、結晶性シリコンは間接的な光学端を
もちこれはその物質中で悪い光吸収をもたらす。この貧
弱な光吸収のために、結晶性太陽電池は入射太陽光を吸
収するために少くとも５０ミクロンの厚さでなければな
らない。たとえ単結晶物質をより安価な製造方法による
多結晶シリコンによって看かえるとしても、間接的光学
端は依然として保たれ、従って物質の厚さは減らない。
太陽電池は僅かに１個の太陽電池パネルの所望面積を蔽
うのに多数の単結晶の集成体を必要とする。この方法に
おいて太陽電池をつくるのに必要とするエネルギー量、
シリコン結晶の寸法制限によってひきおこされる制約、
およびこのような結晶性物質を切断および集成する必要
性、はすべてエネルギー保存のための結晶性半導体太陽
電池の大規模使用に対して不可能な経済的障壁をもたら
してきた。さらに、結晶性シリコンは間接的な光学端を
もちこれはその物質中で悪い光吸収をもたらす。この貧
弱な光吸収のために、結晶性太陽電池は入射太陽光を吸
収するために少くとも５０ミクロンの厚さでなければな
らない。たとえ単結晶物質をより安価な製造方法による
多結晶シリコンによって看かえるとしても、間接的光学
端は依然として保たれ、従って物質の厚さは減らない。
多結晶物質はまた粒界問題およびその他の欠陥問題も追
加され、これらの欠陥は通常有害である。
加され、これらの欠陥は通常有害である。
総括すれば、結晶性シリコンデバイスは所望の通りに変
えられない固定要因をもち、大量の物質を必要とし、比
較的小さい面積にのみ生産可能であり、そして製造に高
価かつ時間がか＼る。無定形シリコン合金に基づくデバ
イスはこれらの結晶性シリコンの欠点を除き得る。無定
形シリコン合金はダイレクトギャップ（ｄｉｒｅｃｔ
ｇａｐ）半導体に似た光学吸収端をもち、１ミクロンあ
るいはそれ以下の厚さの物質が５０ミクロンの厚さの結
晶性シリコンと同量の太陽光を吸収するのに必要である
にすぎない。さらに、無定形シリコン合金は結晶性シリ
コンよりも早く、容易に、かつ大面積でつくることがで
きる。
えられない固定要因をもち、大量の物質を必要とし、比
較的小さい面積にのみ生産可能であり、そして製造に高
価かつ時間がか＼る。無定形シリコン合金に基づくデバ
イスはこれらの結晶性シリコンの欠点を除き得る。無定
形シリコン合金はダイレクトギャップ（ｄｉｒｅｃｔ
ｇａｐ）半導体に似た光学吸収端をもち、１ミクロンあ
るいはそれ以下の厚さの物質が５０ミクロンの厚さの結
晶性シリコンと同量の太陽光を吸収するのに必要である
にすぎない。さらに、無定形シリコン合金は結晶性シリ
コンよりも早く、容易に、かつ大面積でつくることがで
きる。
従って、無定形半導体合金またはフィルムを容易に沈着
させる方法を開発するのにかなりの努力がなされてきて
おり；これらの合金またはフィルムの各々は所望のや合
には沈着装置の寸法のみによって制約を受ける比較的大
面積を蔽うものであり、そしてｐ−ｎ接合デバイスを結
晶性相当品によってつくられるものと同等につくるべき
場合には、容易にド−プしてｐ−型およびｎ−型の物質
を形成することができる。多年にわたってこのような研
究は実質的には非生産的であった。無定形のシリコンま
たはゲルマニウム（第■族）のフィルムは通常は四配位
であって、微小空洞とダングリングボンド” （ｄａｎ
ｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ ）およびその他の欠陥をもち、
これらはエネルギーギャップ中に局在状態の高密度を生
成させることがわかった。
させる方法を開発するのにかなりの努力がなされてきて
おり；これらの合金またはフィルムの各々は所望のや合
には沈着装置の寸法のみによって制約を受ける比較的大
面積を蔽うものであり、そしてｐ−ｎ接合デバイスを結
晶性相当品によってつくられるものと同等につくるべき
場合には、容易にド−プしてｐ−型およびｎ−型の物質
を形成することができる。多年にわたってこのような研
究は実質的には非生産的であった。無定形のシリコンま
たはゲルマニウム（第■族）のフィルムは通常は四配位
であって、微小空洞とダングリングボンド” （ｄａｎ
ｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ ）およびその他の欠陥をもち、
これらはエネルギーギャップ中に局在状態の高密度を生
成させることがわかった。
無定形シリコン半導体フィルムのエネルギーギャップ中
に局在状態の高密度が存在することは、低度の光伝導性
と短かいキャリア寿命をもたらすこととなり、このよう
なフィルムを光応答用の応用にとって不適当なものとさ
せる。その上、このようなフィルムはフェルミ−準位を
伝導帯または価電子帯へ近くずらせるよううまくト９−
ブするかあるいは変性することができず、太陽電池およ
び電流制御のデバイス応用に不適当なものとさせる。
に局在状態の高密度が存在することは、低度の光伝導性
と短かいキャリア寿命をもたらすこととなり、このよう
なフィルムを光応答用の応用にとって不適当なものとさ
せる。その上、このようなフィルムはフェルミ−準位を
伝導帯または価電子帯へ近くずらせるよううまくト９−
ブするかあるいは変性することができず、太陽電池およ
び電流制御のデバイス応用に不適当なものとさせる。
無定形シリコン（もともと元素状であると考えられる）
に関して含まれる前述諸問題を最小化する試みにおいて
、Ｗ、 Ｅ、スピアとＰ、 Ｇ、ル・コムバー（スコツ
トランド、ダンディ−にある、ダンディ−大学のカーネ
ギ−物理研究所）は”５ｏｌｉｄＳｔａｔｅｓ Ｃｏｍ
ｎｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ”、 １７巻、１１９３−１
１９６頁（１９７５年’）において刊行した論文におい
て報告しているように、無定形゛シリコンにおけるエネ
ルギーギャップ中の局在状態を減少させて無定形シリコ
ンを真性結晶性シリコンにより一層近いものとさせ、無
定形物質を結晶性物質ド−ピングの場合と同じような古
典的ド−パントで以て実質的にド−プしてそれらを不純
物半導体としかつｐ型またはｎ型の伝導タイプにする、
目的に向って「無定形シリコンの置換的ト９−ピンク」
についてい（らかの研究を行なった。
に関して含まれる前述諸問題を最小化する試みにおいて
、Ｗ、 Ｅ、スピアとＰ、 Ｇ、ル・コムバー（スコツ
トランド、ダンディ−にある、ダンディ−大学のカーネ
ギ−物理研究所）は”５ｏｌｉｄＳｔａｔｅｓ Ｃｏｍ
ｎｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ”、 １７巻、１１９３−１
１９６頁（１９７５年’）において刊行した論文におい
て報告しているように、無定形゛シリコンにおけるエネ
ルギーギャップ中の局在状態を減少させて無定形シリコ
ンを真性結晶性シリコンにより一層近いものとさせ、無
定形物質を結晶性物質ド−ピングの場合と同じような古
典的ド−パントで以て実質的にド−プしてそれらを不純
物半導体としかつｐ型またはｎ型の伝導タイプにする、
目的に向って「無定形シリコンの置換的ト９−ピンク」
についてい（らかの研究を行なった。
局在状態の減少は無定形シリコンフィルムのグロー放電
沈着によって達成されたが、その際、シラン（５ｉＨ４
）ガスを反応管に通しそこでガスは高周波グロー放電に
よって分解され約５００−６００’Ｋ（２２７−３２７
℃）の基板温度において基板上に沈着された。基板上に
このように沈着した物質はシリコンと水素から成る真性
無定形物質であった。
沈着によって達成されたが、その際、シラン（５ｉＨ４
）ガスを反応管に通しそこでガスは高周波グロー放電に
よって分解され約５００−６００’Ｋ（２２７−３２７
℃）の基板温度において基板上に沈着された。基板上に
このように沈着した物質はシリコンと水素から成る真性
無定形物質であった。
ド−プした無定形物質を生成させるためには、ｎ−型伝
導についてはホイフイン（ＰＨａ）のガス、ｐ−型伝導
についてはジボラン（Ｂ２Ｈ６）をシランガスと予備混
合して同じ操作条件下でグロー放電反応管中に通す。使
用する）”−ノＱントのガス濃度は容積あたりで約５×
１０″″６部と１０−２部の間であった。このように沈
着した物質は不純物半導体であってｎまたはｐの伝導型
であることが示さ飢た。
導についてはホイフイン（ＰＨａ）のガス、ｐ−型伝導
についてはジボラン（Ｂ２Ｈ６）をシランガスと予備混
合して同じ操作条件下でグロー放電反応管中に通す。使
用する）”−ノＱントのガス濃度は容積あたりで約５×
１０″″６部と１０−２部の間であった。このように沈
着した物質は不純物半導体であってｎまたはｐの伝導型
であることが示さ飢た。
シラン中の水素が最適温度においてグロー放電沈着中に
シリコンのダングリングボンド９の多くのものと結びつ
いて、無定形物質の電子的性質を相当する結晶性物質の
それにより近く近似させる目的に向って局在状態密度を
実質的に減少させるということは、これらの研究者によ
って未知であったが、今も他の研究者の研究によっても
知られてない。
シリコンのダングリングボンド９の多くのものと結びつ
いて、無定形物質の電子的性質を相当する結晶性物質の
それにより近く近似させる目的に向って局在状態密度を
実質的に減少させるということは、これらの研究者によ
って未知であったが、今も他の研究者の研究によっても
知られてない。
上記の方法における水素の組入れはしかし、シラン中の
水素対シリコンの固定された比率、および新しい反結合
状態を導入する各種のＳｉ ：Ｈ結合形態、Ｋ基づく制
約が存在する。それゆえ、これらの物質中の局在状態密
度の減少には基本的制約が存在する。
水素対シリコンの固定された比率、および新しい反結合
状態を導入する各種のＳｉ ：Ｈ結合形態、Ｋ基づく制
約が存在する。それゆえ、これらの物質中の局在状態密
度の減少には基本的制約が存在する。
エネルギーギャップ中の局在状態密度が著しく減少しか
つ高品質の電子的性質をもつ大い罠改善された無定形シ
リコン合金はスタンフォート’Ｒ。
つ高品質の電子的性質をもつ大い罠改善された無定形シ
リコン合金はスタンフォート’Ｒ。
オプシンスキーおよびアルンマダンの１９８０年１０月
７日公告の米国特許第４．２２６，８９８号、「結晶性
半導体と同等の無定形半導体」、において十分に記述さ
れているように、グロー放電により、そして、同じ標題
で１９８０年８月１２日公告のスタンフオービＲ，オノ
シンスキーおよびマサラグ・イヅの米国特許第４，２１
７．３７４号において十分圧記述されているように、蒸
気沈着によって、つくられた。
７日公告の米国特許第４．２２６，８９８号、「結晶性
半導体と同等の無定形半導体」、において十分に記述さ
れているように、グロー放電により、そして、同じ標題
で１９８０年８月１２日公告のスタンフオービＲ，オノ
シンスキーおよびマサラグ・イヅの米国特許第４，２１
７．３７４号において十分圧記述されているように、蒸
気沈着によって、つくられた。
本明細において引用して組入れられているこれらの特許
において開示されているように、弗素が無定形シリコン
半導体合金の中に導入されてその中の局在状態の密度を
実質的に減少させる。活性化された弗素は特に容易忙無
定形体中のシリコンへ結合して局在する欠陥状態の密度
を実質的に減少させる。なぜならば、弗素原子の化学結
合を特定する小直径高反応性がより欠陥の少ない無定型
シリコン合金を得ることを可能とするからである。
において開示されているように、弗素が無定形シリコン
半導体合金の中に導入されてその中の局在状態の密度を
実質的に減少させる。活性化された弗素は特に容易忙無
定形体中のシリコンへ結合して局在する欠陥状態の密度
を実質的に減少させる。なぜならば、弗素原子の化学結
合を特定する小直径高反応性がより欠陥の少ない無定型
シリコン合金を得ることを可能とするからである。
弗素はシリコンのダングリングボンＶへ結合し、可撓性
結合角で以て主体的にイオン性である安定な結合である
と信じられるものを形成し、これが水素およびその他の
補償用または変成用の薬剤によって形成されるよりもよ
り安定でかつ有効な補償または変成をもたらす。弗素は
またシリコンと好ましい具合に結合し、そして、水素が
いくつかの結合選択自由度をもつので、より望ましい具
合に水素を利用して、水素と結合する。弗素がない場合
には、水素は物質中で望ましい具合に結合せず、バント
９ギヤツプ中並びに物質自体中に余分の欠陥状態をひき
おこす。それゆえ、弗素は単独あるいは水素と一諸に用
いるときにその高反応性、化学結合の特異性、および高
電気陰性度の故に、水素よりも有効な補償用または変性
用の薬剤であると考えられる。
結合角で以て主体的にイオン性である安定な結合である
と信じられるものを形成し、これが水素およびその他の
補償用または変成用の薬剤によって形成されるよりもよ
り安定でかつ有効な補償または変成をもたらす。弗素は
またシリコンと好ましい具合に結合し、そして、水素が
いくつかの結合選択自由度をもつので、より望ましい具
合に水素を利用して、水素と結合する。弗素がない場合
には、水素は物質中で望ましい具合に結合せず、バント
９ギヤツプ中並びに物質自体中に余分の欠陥状態をひき
おこす。それゆえ、弗素は単独あるいは水素と一諸に用
いるときにその高反応性、化学結合の特異性、および高
電気陰性度の故に、水素よりも有効な補償用または変性
用の薬剤であると考えられる。
例として、補償は弗素単独か水素との組合わせでこれら
元素の極めて少量の添加で以て（例えば１原子％の数分
の過程度）達成できるかもしれない。しかし最も望まし
く使用される弗素および水素の量はシリコン−水素−弗
素の合金を形成するようにこの種の小パーセンテージよ
りははるかに大きい量である。弗素および水素のこのよ
うな合金化量は例えば１％から５％の範囲あるいはそれ
より大きい。このように形成される合金はダングリング
ボンドおよび類似の欠陥状態の単なる中和によって得ら
れるよりも低い密度の欠陥状態をエネルギーギャップ中
にもつ。このような多量の弗素は、特に、無定形シリコ
ン含有物質の新しい構造形成に実質的に参加し、ゲルマ
ニウムのような他の合金化物質の添加を助けるものと信
じられる。
元素の極めて少量の添加で以て（例えば１原子％の数分
の過程度）達成できるかもしれない。しかし最も望まし
く使用される弗素および水素の量はシリコン−水素−弗
素の合金を形成するようにこの種の小パーセンテージよ
りははるかに大きい量である。弗素および水素のこのよ
うな合金化量は例えば１％から５％の範囲あるいはそれ
より大きい。このように形成される合金はダングリング
ボンドおよび類似の欠陥状態の単なる中和によって得ら
れるよりも低い密度の欠陥状態をエネルギーギャップ中
にもつ。このような多量の弗素は、特に、無定形シリコ
ン含有物質の新しい構造形成に実質的に参加し、ゲルマ
ニウムのような他の合金化物質の添加を助けるものと信
じられる。
弗素は、とへでのべるそれの他の特性のほかに、誘導効
果およびイオン効果を通じてシリコン含有合金中で局部
構造の組織者であると信じられる。
果およびイオン効果を通じてシリコン含有合金中で局部
構造の組織者であると信じられる。
弗素はまた水素が原因する欠陥状態の密度を減らすよう
有利に作用し一方では状態密度減少元素として作用する
ことによって水素の結合に影響を及ぼすと信じられる。
有利に作用し一方では状態密度減少元素として作用する
ことによって水素の結合に影響を及ぼすと信じられる。
このような合金中で弗素が果たすイオン的役割は最隣接
原子関係の見地から一つの重要な要因であると信じられ
る。
原子関係の見地から一つの重要な要因であると信じられ
る。
弗素を含む無定形シリコン合金はこのように状態密度減
少元素として水素のみを含む無定形シリコン合金に比べ
て大いに改善された光電池応用特性をもっている。しか
し、光電池デバイスの活性領域を形成するために用いる
ために弗素を含むこれらの無定形シリコン合金の利点を
完全に実現させるためには、光子吸収の最も大きい部分
が電子−ホール対を効果的に発生させるためにその中で
おこることを保証することが必要である。前記のことは
ｐ −ｉ −ｎ構成の光電池デバイスの製作において特
に重要となってくる。このタイプのデバイスは真性層沈
着の前および後にｐ−型およびｎ−型のド−プ層を沈着
させることを必要とする。
少元素として水素のみを含む無定形シリコン合金に比べ
て大いに改善された光電池応用特性をもっている。しか
し、光電池デバイスの活性領域を形成するために用いる
ために弗素を含むこれらの無定形シリコン合金の利点を
完全に実現させるためには、光子吸収の最も大きい部分
が電子−ホール対を効果的に発生させるためにその中で
おこることを保証することが必要である。前記のことは
ｐ −ｉ −ｎ構成の光電池デバイスの製作において特
に重要となってくる。このタイプのデバイスは真性層沈
着の前および後にｐ−型およびｎ−型のド−プ層を沈着
させることを必要とする。
活性真性層の両面上の、１．″゛電子−ホール対がそこ
で１１１ 発生される、これらのドープ層はデバイスを横断して一
つの電位匂配を確立して電子とホールの分離を助け、そ
してまた電流としての電子およびホールの捕集を助ける
接触層を形成する。
で１１１ 発生される、これらのドープ層はデバイスを横断して一
つの電位匂配を確立して電子とホールの分離を助け、そ
してまた電流としての電子およびホールの捕集を助ける
接触層を形成する。
このタイプのデバイス構造に関しては、それゆえ、ｐ−
型層およびｎ−型層が高度に伝導性であり、そして、少
くともｐ−型層の場合には、ｐ −型層の光子吸収を減
らし従って活性真性層中の吸収増大を与える広域バンド
ギャップをもつことが重要である。広域バンドギャップ
をもっｐ−型層はそれゆえ、デフζイスの上層を形成し
それを通して太陽エネルギーがまず通過するときに、あ
るいは裏打ち反射層と一緒にデバイスの底層を形成する
ときに、きわめて有利である。裏打ち反射層は未使用光
をデバイスの真性領域の中へ反射しかえして追加的な電
子−ホール対の発生に太陽エネルギーをさらに利用する
ことを可能とする。広域バンド・ギャップのｐ−型層は
広域バンドギャップをもたないｐ型層よりも大きい割合
の反射光を活性真性層の中に通過させる。
型層およびｎ−型層が高度に伝導性であり、そして、少
くともｐ−型層の場合には、ｐ −型層の光子吸収を減
らし従って活性真性層中の吸収増大を与える広域バンド
ギャップをもつことが重要である。広域バンドギャップ
をもっｐ−型層はそれゆえ、デフζイスの上層を形成し
それを通して太陽エネルギーがまず通過するときに、あ
るいは裏打ち反射層と一緒にデバイスの底層を形成する
ときに、きわめて有利である。裏打ち反射層は未使用光
をデバイスの真性領域の中へ反射しかえして追加的な電
子−ホール対の発生に太陽エネルギーをさらに利用する
ことを可能とする。広域バンド・ギャップのｐ−型層は
広域バンドギャップをもたないｐ型層よりも大きい割合
の反射光を活性真性層の中に通過させる。
不幸にしてｐ−型無定形シリコン合金のバンドギャップ
が増すにつれて、伝導性は減少する。光電池デバイスに
おいて有効であるためには広域バンドギャップｐ型無定
形シリコン合金は１．９ ｅＶあるいはそれ以上のバン
ドギャップをもつべきである。シリコン、水素、硼素お
よび炭素を高度管理下のト９−ピングによって含む慣用
のｐ−型広域バンビギャップ無定形シリコン合金は約１
Ｏ−７（Ω−ｃＷＬ） −１の伝導度を示す。炭素濃度
を増してバンドギャップをひろげると、得られる伝導度
は低下する。
が増すにつれて、伝導性は減少する。光電池デバイスに
おいて有効であるためには広域バンドギャップｐ型無定
形シリコン合金は１．９ ｅＶあるいはそれ以上のバン
ドギャップをもつべきである。シリコン、水素、硼素お
よび炭素を高度管理下のト９−ピングによって含む慣用
のｐ−型広域バンビギャップ無定形シリコン合金は約１
Ｏ−７（Ω−ｃＷＬ） −１の伝導度を示す。炭素濃度
を増してバンドギャップをひろげると、得られる伝導度
は低下する。
出願人はこ〜で、これまでにのべた慣用の広域バンドギ
ャップｐ−型無定形シリコン合金よりも、ある一定のバ
ントゝギャップについて、実質的により大きい伝導性を
示す新規でかつ改良された広域バンドギャップｐ−型無
定形シリコン合金を発見したのである。本発明の合金は
ｐ −ｉ −ｎ構成の単一セル光電池デバイス中、およ
び単一セルの複数個をもつ多重セル構造の中で利用する
ことができる。
ャップｐ−型無定形シリコン合金よりも、ある一定のバ
ントゝギャップについて、実質的により大きい伝導性を
示す新規でかつ改良された広域バンドギャップｐ−型無
定形シリコン合金を発見したのである。本発明の合金は
ｐ −ｉ −ｎ構成の単一セル光電池デバイス中、およ
び単一セルの複数個をもつ多重セル構造の中で利用する
ことができる。
本発明は光電池デバイスに特に使用するために増大した
伝導度をもつ新規で改良された広域パン・・′ヤノプｐ
−型無定形ンリコン合金を提供する。
伝導度をもつ新規で改良された広域パン・・′ヤノプｐ
−型無定形ンリコン合金を提供する。
本発明の合金はグロー放電分解によって沈着させること
ができる。本発明圧よれば、この合金はバント９ギャッ
プ増大元素として酸素を含む。この合金は炭素のような
その他のバンドギャップ増大元素で組入れることができ
る。
ができる。本発明圧よれば、この合金はバント９ギャッ
プ増大元素として酸素を含む。この合金は炭素のような
その他のバンドギャップ増大元素で組入れることができ
る。
この無定形シリコン合金はまた弗素および／または水素
のような少くとも一つの状態密度減少元素を組込むこと
もできる。補償用または変性用の元素は沈着中に添加す
ることができる。
のような少くとも一つの状態密度減少元素を組込むこと
もできる。補償用または変性用の元素は沈着中に添加す
ることができる。
本発明の広域バンドギャップｐ−型無定形シリコン合金
はさらに硼素のようなｐ−型ド−・ξントを含む。硼素
はジボラン（８２Ｈ６）からグロー放電沈着中に合金中
に組入れることができる。
はさらに硼素のようなｐ−型ド−・ξントを含む。硼素
はジボラン（８２Ｈ６）からグロー放電沈着中に合金中
に組入れることができる。
この合金はバンドギャップ増大元素の酸素を１％から６
０％の濃度において組入れることができ、１、７ ｅＶ
から２．ＯｅＶ以上のバンドギャップを生ずる。ある与
えられたバンドギャップについて、本発明の合金はノミ
ント９ギャップ増大元素として炭素のみを組込む従来の
広域バンドギャップｐ−型シリコン合金よりも実質的に
大きい伝導性を示す。
０％の濃度において組入れることができ、１、７ ｅＶ
から２．ＯｅＶ以上のバンドギャップを生ずる。ある与
えられたバンドギャップについて、本発明の合金はノミ
ント９ギャップ増大元素として炭素のみを組込む従来の
広域バンドギャップｐ−型シリコン合金よりも実質的に
大きい伝導性を示す。
本発明の広域バンドギャップｐ−型無定形シリコン合金
は、光発生の電子−ホール対がつくり出される活性領域
をもつｐ−１−ｎ型光電池デバイスのような光電池デバ
イスにおいて特に有用である。
は、光発生の電子−ホール対がつくり出される活性領域
をもつｐ−１−ｎ型光電池デバイスのような光電池デバ
イスにおいて特に有用である。
この合金は広いバント９ギヤツプをもつので、比較的少
数の光子もその中に吸収されてより多数の光子がその活
性領域によって吸収されることを可能とする。従って活
性領域（でついての無定形シリコン−弗素合金の利点が
実現される。本発明の合金は高い伝導性をもつので、光
発生された電子とホールの・直流としてのより効果的な
捕集がおこなわれる。さらに、本発明の改良合金を組み
込んだｐ−１−ｎ型光電池デバイスは裏打ち反射体を含
んでいて未使用光を真性層中に反射し返して追加的な光
発生電子−ホール対を提供することができる。
数の光子もその中に吸収されてより多数の光子がその活
性領域によって吸収されることを可能とする。従って活
性領域（でついての無定形シリコン−弗素合金の利点が
実現される。本発明の合金は高い伝導性をもつので、光
発生された電子とホールの・直流としてのより効果的な
捕集がおこなわれる。さらに、本発明の改良合金を組み
込んだｐ−１−ｎ型光電池デバイスは裏打ち反射体を含
んでいて未使用光を真性層中に反射し返して追加的な光
発生電子−ホール対を提供することができる。
本発明の改良合金を組み込んだデバイスの短絡電流は活
性無定形シリコン合一のバンドギャップを調節すること
によってさらに強めることができる。バンドギャップ調
節元素は活性または真性合金へ添加してそのバンドギャ
ップを調節することができ、あるいは真性体全体のバン
ト８ギヤツプを変化させることができる。例えば、ゲル
マニウム、錫、または鉛のようなバンドギャップ増大元
素は沈着中に真性合金体へ添加することができる。
性無定形シリコン合一のバンドギャップを調節すること
によってさらに強めることができる。バンドギャップ調
節元素は活性または真性合金へ添加してそのバンドギャ
ップを調節することができ、あるいは真性体全体のバン
ト８ギヤツプを変化させることができる。例えば、ゲル
マニウム、錫、または鉛のようなバンドギャップ増大元
素は沈着中に真性合金体へ添加することができる。
本発明のデバイスと方法はまた二双セルのような多重セ
ルデバイスをつくるのに利用することができる。真性層
のバンドギャップは各セルの電流発生能力を太陽光スペ
クトルの与えられた異なる部分に対して最大化し得るよ
うに調節することができる。
ルデバイスをつくるのに利用することができる。真性層
のバンドギャップは各セルの電流発生能力を太陽光スペ
クトルの与えられた異なる部分に対して最大化し得るよ
うに調節することができる。
従って、本発明の第一の目的は改良された広域バントゝ
ギャップｐ−型シリコン合金の製造方法を提供すること
である。この方法は基板上に少くともシリコンを含む物
質を沈着させ、その物質の中に少くとも一つの状態密度
減少元素と−っのｐ −型ド−パントを組み入れ、かつ
その物質中にバンドギャップ増大元素を導入することを
含み、そして、バンドギャップ増大元素が酸素であって
酸素を１％から６０％の範囲で含むｐ−型無定形シリコ
ン合金をつくらせることを特徴としている。
ギャップｐ−型シリコン合金の製造方法を提供すること
である。この方法は基板上に少くともシリコンを含む物
質を沈着させ、その物質の中に少くとも一つの状態密度
減少元素と−っのｐ −型ド−パントを組み入れ、かつ
その物質中にバンドギャップ増大元素を導入することを
含み、そして、バンドギャップ増大元素が酸素であって
酸素を１％から６０％の範囲で含むｐ−型無定形シリコ
ン合金をつくらせることを特徴としている。
本発明の第二の目的は改良された広域バンドギャップｐ
−型無定形シリコン合金を提供することである。この合
金はシリコン少くとも一つの状態密度減少元素、一つの
ｐ−型ド−パ／ト、および少くトモ一つのバンドギャッ
プ増大元素を含む。
−型無定形シリコン合金を提供することである。この合
金はシリコン少くとも一つの状態密度減少元素、一つの
ｐ−型ド−パ／ト、および少くトモ一つのバンドギャッ
プ増大元素を含む。
その改良は、バンドギャップ増大元素が酸素でありそれ
が１％から６０％の範囲で合金中に含まれることを特徴
とする。
が１％から６０％の範囲で合金中に含まれることを特徴
とする。
本発明の第三の目的は、光応答デバイスにおいて、放射
線が衝突してチャージキャリアを生成することができる
真性活性光応答層を形成する無定形半導体合金体を含む
各種物質の重複層と、少くとも一つの状態密度減少元素
、一つのｐ型ド−ベント、および少（とも一つのバント
９ギャップ増大元素を含む、真性層と隣接した広域バン
ドギャップｐ型無定形シリコン合金層とを、含むタイプ
のものを提供することである。その改良はバンドギャッ
プ増大元素が酸素であって広域バント９ギャップｐ−型
無定形シリコン合金が１％から６０％の範囲で酸素を含
むことを特徴とする。
線が衝突してチャージキャリアを生成することができる
真性活性光応答層を形成する無定形半導体合金体を含む
各種物質の重複層と、少くとも一つの状態密度減少元素
、一つのｐ型ド−ベント、および少（とも一つのバント
９ギャップ増大元素を含む、真性層と隣接した広域バン
ドギャップｐ型無定形シリコン合金層とを、含むタイプ
のものを提供することである。その改良はバンドギャッ
プ増大元素が酸素であって広域バント９ギャップｐ−型
無定形シリコン合金が１％から６０％の範囲で酸素を含
むことを特徴とする。
本発明の第四の目的は基板上に沈着させた無定形半導体
合金の多重層から形成された多重セル光電池デバイスを
提供することである。このデバイスは直列に配置した複
数個の単一セル単位を含み、各々の単一セル単位は第一
〇ド−プした無定形半導体合金層、この第一ド−プ層上
に沈着させた真性無定形半導体合金層、この真性体上に
沈着させかつ第一のド−プした無定形半導体合金層に関
して反対の伝導性であるもう一つの無定形半導体合金層
を含み、その際、少くとも−っの単一セル単位の少くと
も一つのド−〕された無定形半導体合金層が、少くとも
一つの状態密度減少元素、一つのｐ−型ドーノξント、
および少くとも一つのバンドギャップ増大元素を含む広
域バント９ギャップｐ−型無定形シリコン合金を含む。
合金の多重層から形成された多重セル光電池デバイスを
提供することである。このデバイスは直列に配置した複
数個の単一セル単位を含み、各々の単一セル単位は第一
〇ド−プした無定形半導体合金層、この第一ド−プ層上
に沈着させた真性無定形半導体合金層、この真性体上に
沈着させかつ第一のド−プした無定形半導体合金層に関
して反対の伝導性であるもう一つの無定形半導体合金層
を含み、その際、少くとも−っの単一セル単位の少くと
も一つのド−〕された無定形半導体合金層が、少くとも
一つの状態密度減少元素、一つのｐ−型ドーノξント、
および少くとも一つのバンドギャップ増大元素を含む広
域バント９ギャップｐ−型無定形シリコン合金を含む。
このデバイスはバンドギャップ増大元素が酸素であり、
広域バンドギャップｐ−型無定形シリコン合金が１％か
らろ０％の範囲で酸素を含むことを特徴とする。
広域バンドギャップｐ−型無定形シリコン合金が１％か
らろ０％の範囲で酸素を含むことを特徴とする。
第１図は本発明の光電池デバイスをつくるために本発明
の方法を実施する際に利用し得るグロー放電沈着系の線
図的表現であり； 第２図は直線２−２に沿ってとった第１図の系の一部の
断面図であり； 第６図は慣用の広域バンドギャップｐ−型無定形シリコ
ン合金および本発明に従ってつくった広域バンドギャッ
プｐ−型無定形シリコン合金についての伝導度対バンド
ギャップを描くグラフであり； 第４図は本発明を具体化するｐ −ｉ −ｎ型光電池デ
バイスの断面図であり； 第５図は本発明のさらにもう一つの具体化に従って構成
された別のｐ −ｉ−ｎ型光電池デバイスの断面図であ
り； 第６図は本発明に従って二双構成で配列した複数のｐ
−ｉ −ｒ１型光電池単位を組み込んだ多重太陽電池の
断面図である。
の方法を実施する際に利用し得るグロー放電沈着系の線
図的表現であり； 第２図は直線２−２に沿ってとった第１図の系の一部の
断面図であり； 第６図は慣用の広域バンドギャップｐ−型無定形シリコ
ン合金および本発明に従ってつくった広域バンドギャッ
プｐ−型無定形シリコン合金についての伝導度対バンド
ギャップを描くグラフであり； 第４図は本発明を具体化するｐ −ｉ −ｎ型光電池デ
バイスの断面図であり； 第５図は本発明のさらにもう一つの具体化に従って構成
された別のｐ −ｉ−ｎ型光電池デバイスの断面図であ
り； 第６図は本発明に従って二双構成で配列した複数のｐ
−ｉ −ｒ１型光電池単位を組み込んだ多重太陽電池の
断面図である。
第１図を参照すると、ハウジング１２を含むグロー放電
沈着系が示されている。ハウジング１２は真空室１４を
含み、導入室１６と導出室１Ｂを含んでいる。陰極裏打
ち部材２０は絶縁体２２を貫通して真空室１４の中に設
置されている。
沈着系が示されている。ハウジング１２は真空室１４を
含み、導入室１６と導出室１Ｂを含んでいる。陰極裏打
ち部材２０は絶縁体２２を貫通して真空室１４の中に設
置されている。
この裏打ち部材２０は穴６４を含みこの中に裏打ち部材
２０従って基板２８を加熱するために電気ヒーター６６
が挿入されている。陰極裏打ち部材２０はまたそれの温
度を測定するための温度応答プローブ６８を含んでいる
。温度プローブ６Ｂはヒーター６６のエネルギ供給を調
節して裏打ち部材２０と基板２８を任意の所望温度に保
つのに利用される。
２０従って基板２８を加熱するために電気ヒーター６６
が挿入されている。陰極裏打ち部材２０はまたそれの温
度を測定するための温度応答プローブ６８を含んでいる
。温度プローブ６Ｂはヒーター６６のエネルギ供給を調
節して裏打ち部材２０と基板２８を任意の所望温度に保
つのに利用される。
系１０はまた一つの電極を含みこれはハウジング１２か
も真空室１４の中に陰極裏打ち部材２０から間隔を置い
てのびている。電極４０はそれをかこむシールドゝを含
み、そしてそれはその上に基板４４をのせて担持してい
る。電極４ｏは電極ヒーター４８が挿入される穴４６を
含んでいる。電極４０はまた電極４０および従って基板
４４の温度を測定するための温度応答プローブ５０を含
んでいる。プローブ５０はヒーター４８のエネルギー供
給を調節して電極４０と基板４４を部材２０と独立に任
意の所望温度に保つために利用される。
も真空室１４の中に陰極裏打ち部材２０から間隔を置い
てのびている。電極４０はそれをかこむシールドゝを含
み、そしてそれはその上に基板４４をのせて担持してい
る。電極４ｏは電極ヒーター４８が挿入される穴４６を
含んでいる。電極４０はまた電極４０および従って基板
４４の温度を測定するための温度応答プローブ５０を含
んでいる。プローブ５０はヒーター４８のエネルギー供
給を調節して電極４０と基板４４を部材２０と独立に任
意の所望温度に保つために利用される。
グロー放電プラズマは地面と接続させた電極４０へ空間
５２を横切って陰極裏打ち部材２０へ接続させた調節し
た高周波、交流または直流の電源から発生する力によっ
て空間５２の中で基板２８と４４の間に発現される。真
空室１４は粒子トラップ５６を通して室１４へ連結した
真空ポンプ５４によって所望の圧力へ脱気する。圧力計
５８はこの真空系と連結されポンプを制御して系１０を
所望圧力へ維持するために利用される。
５２を横切って陰極裏打ち部材２０へ接続させた調節し
た高周波、交流または直流の電源から発生する力によっ
て空間５２の中で基板２８と４４の間に発現される。真
空室１４は粒子トラップ５６を通して室１４へ連結した
真空ポンプ５４によって所望の圧力へ脱気する。圧力計
５８はこの真空系と連結されポンプを制御して系１０を
所望圧力へ維持するために利用される。
ハウジング１２の導入室１６は、系１０の中へその中で
混合されかつ室１４中でグロー放電プラズマ空間５２の
中で基板２８と４４の上に沈着されるべき物質を導入す
るために、複数の導管を備えるのが好ましい。望む場合
には、導入室１６はある離れた位置に配置することがで
き、そしてガスは室１４中へ供給する前に予備混合する
ことができる。
混合されかつ室１４中でグロー放電プラズマ空間５２の
中で基板２８と４４の上に沈着されるべき物質を導入す
るために、複数の導管を備えるのが好ましい。望む場合
には、導入室１６はある離れた位置に配置することがで
き、そしてガスは室１４中へ供給する前に予備混合する
ことができる。
ある物質がガス状でなく液体または固体状であるときに
は、それを６８で示される密閉容器の中に置くことがで
きる。その物質６８は次にヒーター７０によって加熱し
て容器６６の中でその蒸気圧を高める。アルゴンのよう
な適当なガスを浸漬管７２を通して物質６８の中に供給
して物質６Ｂの蒸気を随伴させフィルター６２′および
バルブ６４／を通して導管６０の中へ従って系１０の中
へ搬送するようにする。
は、それを６８で示される密閉容器の中に置くことがで
きる。その物質６８は次にヒーター７０によって加熱し
て容器６６の中でその蒸気圧を高める。アルゴンのよう
な適当なガスを浸漬管７２を通して物質６８の中に供給
して物質６Ｂの蒸気を随伴させフィルター６２′および
バルブ６４／を通して導管６０の中へ従って系１０の中
へ搬送するようにする。
導入室１６と導出室１８はプラズマを室１４の中で主と
して基板２８と４４との間に閉ぢ込めるためにスクリー
ン装置７４を備えることが好まし℃為。
して基板２８と４４との間に閉ぢ込めるためにスクリー
ン装置７４を備えることが好まし℃為。
導管６０を通して供給される物質は導入室１６の中で混
合され次いでグロー放電空間５２の中へ供給されプラズ
マを維持し、シリコン、弗素、酸素、およびその他の所
望の水素のような変性剤および／またはド−パ／トまた
は他の所望の物質を組み込んだ合金を基板上に沈着させ
る。
合され次いでグロー放電空間５２の中へ供給されプラズ
マを維持し、シリコン、弗素、酸素、およびその他の所
望の水素のような変性剤および／またはド−パ／トまた
は他の所望の物質を組み込んだ合金を基板上に沈着させ
る。
操作にあたり、そして真性無定形シリコン合金の層を沈
着させるために、系１０ははじめ所望沈着圧力へポンプ
により減圧し、例えば沈着前に２０ミリトール以下へ減
圧する。四弗化シリコン（ＳｉＦ４）および分子状水素
（Ｈ２）および／またはシランのような出発物質または
反応ガスは導入室１６の中へ別の導管６０を通して供給
され次いで導入室中で混合される。このガス混合物は真
空室中に供給されてその中の圧力を約０．６トールに維
持する。１０００ボルト以上の直流電圧かあるいは１３
．５６メガヘルツまたは他の望ましい周波・数で操作す
る約５０ワツトの高周波電力かのいずれかを用いて基板
２８と４４の間の空間５２においてプラズマが発生され
る。
着させるために、系１０ははじめ所望沈着圧力へポンプ
により減圧し、例えば沈着前に２０ミリトール以下へ減
圧する。四弗化シリコン（ＳｉＦ４）および分子状水素
（Ｈ２）および／またはシランのような出発物質または
反応ガスは導入室１６の中へ別の導管６０を通して供給
され次いで導入室中で混合される。このガス混合物は真
空室中に供給されてその中の圧力を約０．６トールに維
持する。１０００ボルト以上の直流電圧かあるいは１３
．５６メガヘルツまたは他の望ましい周波・数で操作す
る約５０ワツトの高周波電力かのいずれかを用いて基板
２８と４４の間の空間５２においてプラズマが発生され
る。
上述のようにして沈着された真性無定形シリコン合金の
ほかに、後述する各種具体化において解説するように本
発明のデバイスはまた本発明の広域バンドギャップｐ−
型無定形シリコン合金を含むド−プされた無定形シリコ
ン合金を利用する。これらのド−プ合金層は伝導性がｐ
、ｐ＋、ｎまたはｎ−ｈｙ）タイプであることができ、
シラン（ＳｉＨ４）または四弗化シリコン（Ｓ工Ｆ４）
の出発物質および／または水素および／またはシランの
ような真性出発物質と一緒に真空室中に適当なド−パン
トな導入することによって形成することができる。
ほかに、後述する各種具体化において解説するように本
発明のデバイスはまた本発明の広域バンドギャップｐ−
型無定形シリコン合金を含むド−プされた無定形シリコ
ン合金を利用する。これらのド−プ合金層は伝導性がｐ
、ｐ＋、ｎまたはｎ−ｈｙ）タイプであることができ、
シラン（ＳｉＨ４）または四弗化シリコン（Ｓ工Ｆ４）
の出発物質および／または水素および／またはシランの
ような真性出発物質と一緒に真空室中に適当なド−パン
トな導入することによって形成することができる。
ｎ マタハｐ ）”−プ層については、物質はそレカ沈
着されるときに５１）Ｉ）ｍから１０ ｐｐｍのド一・
ξント物質で以てトゝ−プすることができる。ｎ＋また
はｐ十ド−プ層については、物質はそれが沈着されると
きに１１００ｐｐから１％以上のトー・ξント物質で以
てＰ−プすることができる。ｖ−ノξントは燐、砒素、
アンチモン、またはビスマスであることができる。好ま
しくはｎ）！−プ層は少くとも四弗化シリコン（ＳｉＦ
４）とホスフィン（ｐＨ３）とのグロー放電分解によっ
て沈着される。水素および／またはシランガス（ＳｉＨ
りもこの混合物へ添加してよ〜翫。
着されるときに５１）Ｉ）ｍから１０ ｐｐｍのド一・
ξント物質で以てトゝ−プすることができる。ｎ＋また
はｐ十ド−プ層については、物質はそれが沈着されると
きに１１００ｐｐから１％以上のトー・ξント物質で以
てＰ−プすることができる。ｖ−ノξントは燐、砒素、
アンチモン、またはビスマスであることができる。好ま
しくはｎ）！−プ層は少くとも四弗化シリコン（ＳｉＦ
４）とホスフィン（ｐＨ３）とのグロー放電分解によっ
て沈着される。水素および／またはシランガス（ＳｉＨ
りもこの混合物へ添加してよ〜翫。
ｐ型ト９−パントは硼素、アルミニウム、ガリウム、イ
ンジウム、またはタリウムであることができる。好まし
くは、ｐド−プ層は少くともシランとジボラン（Ｂ２Ｈ
６）または四弗化シリコンとシボ、” 、 、、、、、
、） ランのグロー放電分解によって沈着される。四弗化シリ
コンおよびジボランへ、水素および／またはシランも添
加できる。
ンジウム、またはタリウムであることができる。好まし
くは、ｐド−プ層は少くともシランとジボラン（Ｂ２Ｈ
６）または四弗化シリコンとシボ、” 、 、、、、、
、） ランのグロー放電分解によって沈着される。四弗化シリ
コンおよびジボランへ、水素および／またはシランも添
加できる。
前記のほかに、かつ本発明によれば、ｐ型ド−プ層は酸
素をバンドギャップ増大元素として含む無定形シリコン
合金から形成される。従って、上記ガス混合物の各々へ
アルゴンで稀釈した酸素をガス混合物へ添加する。例え
ば広域バンドギャップｐ型無定形シリコン合金は９４．
６％のシラン（ＳｉＨす、５．２％のジボラン（Ｂ２Ｈ
６） 、および０．２％の酸素のガス混合物によって形
成することがでキル。これはバンドギャップが１．９
ｅＶ より大きいｐ型無定形シリコン合金をもたらす。
素をバンドギャップ増大元素として含む無定形シリコン
合金から形成される。従って、上記ガス混合物の各々へ
アルゴンで稀釈した酸素をガス混合物へ添加する。例え
ば広域バンドギャップｐ型無定形シリコン合金は９４．
６％のシラン（ＳｉＨす、５．２％のジボラン（Ｂ２Ｈ
６） 、および０．２％の酸素のガス混合物によって形
成することがでキル。これはバンドギャップが１．９
ｅＶ より大きいｐ型無定形シリコン合金をもたらす。
０．２％の酸素は酸素とアルゴンで稀釈することによっ
て得られる。ガス相中のこの酸素水準は約１０％の酸素
をフィルム中に組込んだ無定形シリコン合金をもたらす
〇 各種のガス混合物がガス混合物の０．０１％から１％を
示す酸素と一緒に用いることができる。この範囲はそれ
に相当して沈着フィルム中で１％から６０％の酸素濃度
をもたらす。これらの酸素濃度は１．７ｅｖから２．Ｏ
ｅＶ より大きい範囲のバンドギャップをもたらす。
て得られる。ガス相中のこの酸素水準は約１０％の酸素
をフィルム中に組込んだ無定形シリコン合金をもたらす
〇 各種のガス混合物がガス混合物の０．０１％から１％を
示す酸素と一緒に用いることができる。この範囲はそれ
に相当して沈着フィルム中で１％から６０％の酸素濃度
をもたらす。これらの酸素濃度は１．７ｅｖから２．Ｏ
ｅＶ より大きい範囲のバンドギャップをもたらす。
本発明の新規の改良された合金の伝導性の増加は第６図
において最もよく見られる。こへでは。
において最もよく見られる。こへでは。
伝導度対バンドギャップがノミント９ギャップ増大元素
として酸素を含有する新しい合金およびバンドギャップ
増大元素として炭素を単独で含む慣用の広域パンＶギャ
ップｐ−型無定形シリコン合金についてプロットされて
いる。与えられたバンドギャップについて、新しい合金
は慣用の合金よりも実質的に大きい伝導度をもっている
ことが認められる。また、酸素と炭素の両者を含む広域
バンドギャップｐ−型無定形シリコン合金はバント９ギ
ャップ増大元素として炭素を単独で組み込んだものより
も大きい伝導度を示すことも観察された。しかし、それ
らのフィルムにおいては、酸素の量に比べて少１の・炭
素が合金中に組み入れられているにすぎない。前記のこ
とから、酸素はｐ−型無定形シリコン合金中でバンドギ
ャップ増大元素として役立つのみならずバント９ギャッ
プ増大元素として、酸素を含む広域バンドギャップｐ−
型無定形シリコン合金は酸素を含まない従来の広域バン
ドギャップｐ−型無定形シリコン合金よりも高度の伝導
度を示すことを見ることができる。
として酸素を含有する新しい合金およびバンドギャップ
増大元素として炭素を単独で含む慣用の広域パンＶギャ
ップｐ−型無定形シリコン合金についてプロットされて
いる。与えられたバンドギャップについて、新しい合金
は慣用の合金よりも実質的に大きい伝導度をもっている
ことが認められる。また、酸素と炭素の両者を含む広域
バンドギャップｐ−型無定形シリコン合金はバント９ギ
ャップ増大元素として炭素を単独で組み込んだものより
も大きい伝導度を示すことも観察された。しかし、それ
らのフィルムにおいては、酸素の量に比べて少１の・炭
素が合金中に組み入れられているにすぎない。前記のこ
とから、酸素はｐ−型無定形シリコン合金中でバンドギ
ャップ増大元素として役立つのみならずバント９ギャッ
プ増大元素として、酸素を含む広域バンドギャップｐ−
型無定形シリコン合金は酸素を含まない従来の広域バン
ドギャップｐ−型無定形シリコン合金よりも高度の伝導
度を示すことを見ることができる。
デバイスのド−プ層は使用する物質の形態および基板の
タイプに応じて２００℃から約１０００℃の範囲の各種
の温度において沈着される。アルミニウム基板に対して
は、高い方の温度は約６００℃をこえるべきでなく、ス
テンレス鋼に対しては、約１ｏｏｏ℃をこえることがで
きない。水素で以てはじめに補償された真性およびト９
−プされた合金、例えばシランガス出発物質から沈着さ
せたものについては、基板温度は約４００℃以下、好ま
しくは２５０℃と３５０℃の間にあるべきである。
タイプに応じて２００℃から約１０００℃の範囲の各種
の温度において沈着される。アルミニウム基板に対して
は、高い方の温度は約６００℃をこえるべきでなく、ス
テンレス鋼に対しては、約１ｏｏｏ℃をこえることがで
きない。水素で以てはじめに補償された真性およびト９
−プされた合金、例えばシランガス出発物質から沈着さ
せたものについては、基板温度は約４００℃以下、好ま
しくは２５０℃と３５０℃の間にあるべきである。
その他の物質および合金化用元素はまた真性層およびド
−プ層の添加して最適化された電流発生を達成すること
ができる。これらの他物質および他元素は第４図から第
６図に図解する本発明を具′１゜ 化する各種デバイス構成に関連して後で述べる。
−プ層の添加して最適化された電流発生を達成すること
ができる。これらの他物質および他元素は第４図から第
６図に図解する本発明を具′１゜ 化する各種デバイス構成に関連して後で述べる。
こ−で第４図を参照すると、この図は本発明の第一の具
体化に従って構成されたｐ −ｉ −ｎ型デバイスを断
面で描いている。デバイス１０は基板１２を含み、これ
はガラスであってよくあるいはステンレス鋼またはアル
ミニウムから形成された可撓性のウェブであってよい。
体化に従って構成されたｐ −ｉ −ｎ型デバイスを断
面で描いている。デバイス１０は基板１２を含み、これ
はガラスであってよくあるいはステンレス鋼またはアル
ミニウムから形成された可撓性のウェブであってよい。
基板１１２０幅および長さは所望のものであるが、好ま
しくは厚さは６ミル（０，０７５關）である。
しくは厚さは６ミル（０，０７５關）である。
電極１１４は基板１１２の上に沈着されてセル１１０ｖ
ｃついての裏打ち反射体を形成する。裏打ち反射体１１
４は蒸気沈着によって沈着され、これは比較的早い沈着
方法である。この裏打ち反射体は銀、アルミニウムある
いは銅のような反射性金属であることが好ましい。この
反射層は、太陽電池においてはデバイスを通過する非吸
収光が裏打ち反射体１１４から反射されそこで再びデバ
イスの中に通り、このデバイスが光エネルギーをより多
く吸収してデバイス効率を増すので、好ましいものであ
る。
ｃついての裏打ち反射体を形成する。裏打ち反射体１１
４は蒸気沈着によって沈着され、これは比較的早い沈着
方法である。この裏打ち反射体は銀、アルミニウムある
いは銅のような反射性金属であることが好ましい。この
反射層は、太陽電池においてはデバイスを通過する非吸
収光が裏打ち反射体１１４から反射されそこで再びデバ
イスの中に通り、このデバイスが光エネルギーをより多
く吸収してデバイス効率を増すので、好ましいものであ
る。
基板１１２＆−１次”ｖｃ、’ｙｏ −＠ｘ沈着ｆ）環
境Ｏ中ｖ装置かれる。第一のドープされた広域バンドギ
ヤ、ラブル−型無定形合金層１１６が本発明に従って裏
打ち反射層１１４上に沈着される。層１１６は図示の通
り伝導性は叶である。この叶領域は５０から５００オン
グストロームの程度にできるだけ薄く、Ｐ十領域が裏打
ち反射体１１４と良好なオーム接触をつくるのに十分な
厚さのものである。
境Ｏ中ｖ装置かれる。第一のドープされた広域バンドギ
ヤ、ラブル−型無定形合金層１１６が本発明に従って裏
打ち反射層１１４上に沈着される。層１１６は図示の通
り伝導性は叶である。この叶領域は５０から５００オン
グストロームの程度にできるだけ薄く、Ｐ十領域が裏打
ち反射体１１４と良好なオーム接触をつくるのに十分な
厚さのものである。
Ｐ十領域１１６はまたデバイスを横切って電位勾配を確
立するのに役立ち光誘起の電子−ホール対を電流として
捕集することを助ける。叶領域１１６は本発明に従って
この種の物質の沈着についてさきに言及したガス混合物
のいずれからも沈着させることができる。
立するのに役立ち光誘起の電子−ホール対を電流として
捕集することを助ける。叶領域１１６は本発明に従って
この種の物質の沈着についてさきに言及したガス混合物
のいずれからも沈着させることができる。
真性無定形シリコン合金１１８を次に広域バンピギャッ
プｐ−型層１１６の上へ沈着させる。真性体１１８は比
較的厚く、ａ５ｏｏ／ｅ程度のものであり、四弗化シリ
コンおよび水素および／または７ランから沈着される。
プｐ−型層１１６の上へ沈着させる。真性体１１８は比
較的厚く、ａ５ｏｏ／ｅ程度のものであり、四弗化シリ
コンおよび水素および／または７ランから沈着される。
この真性体は弗素で以て補償された無定形シリコン合金
を含むことが好ましく、そこで電子−ホール対の大多数
が発生する。デバイスの短絡電流は裏打ち反射体１１４
と本発明の改良された広域パンビギャップｐ−型無定形
シリコン合金の伝導性との組合せ効果によって増大され
る。
を含むことが好ましく、そこで電子−ホール対の大多数
が発生する。デバイスの短絡電流は裏打ち反射体１１４
と本発明の改良された広域パンビギャップｐ−型無定形
シリコン合金の伝導性との組合せ効果によって増大され
る。
第一ト９−プ層１１６に関して伝導性が反対であるもう
一つのド−プ層１２０が真性体１１８上に沈着される。
一つのド−プ層１２０が真性体１１８上に沈着される。
それはｎ十伝導性の無定形シリコン合金かう成る。ｎ土
層１２０はこの種の物質についてさきに言及したガス混
合物のいずれからも沈着される。
層１２０はこの種の物質についてさきに言及したガス混
合物のいずれからも沈着される。
ごのｎ土層１２０は５０から５００オングストロームの
間の厚さへ沈着され、接触層として役立つ。
間の厚さへ沈着され、接触層として役立つ。
透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）層１２２を次にｎ＋層１２
０の上に沈着させる。ＴＣＯ層は蒸気沈着環境中で沈着
させることができ、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、カド８ミウムスタネート（ｃａ ｚｓｎ０４ ）
“、あるいはド−プされた錫酸化物（ＳｎＯ２）であっ
てよい。
０の上に沈着させる。ＴＣＯ層は蒸気沈着環境中で沈着
させることができ、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、カド８ミウムスタネート（ｃａ ｚｓｎ０４ ）
“、あるいはド−プされた錫酸化物（ＳｎＯ２）であっ
てよい。
Ｔ’ＧＯ層１２２０表面上には良好な電気伝導度をもつ
金属でつくった格子電極１２４が沈着される１、この格
子は伝導性物質の直交線から成り立ち、金属領域の面積
の小部分を占有するのみであって、その残りは太陽エネ
ルギーへ露出されるべきである。例えば、格子１２４は
７００層１２２の全面積の約５％から１０％のみを占有
してよい。格子電極１２４は均等にＴＣＯ層１２２から
電流を集めてデバイスに対して良好な低いシリーズ抵抗
を保証する。
金属でつくった格子電極１２４が沈着される１、この格
子は伝導性物質の直交線から成り立ち、金属領域の面積
の小部分を占有するのみであって、その残りは太陽エネ
ルギーへ露出されるべきである。例えば、格子１２４は
７００層１２２の全面積の約５％から１０％のみを占有
してよい。格子電極１２４は均等にＴＣＯ層１２２から
電流を集めてデバイスに対して良好な低いシリーズ抵抗
を保証する。
デバイス１１０を完成するには、反射防止（ＡＲ）層１
２６を格子電極１２４と格子電極間のＴＣＯ層１２２の
領域の上へ付与する。このＡＲ層１２６は太陽輻射線が
衝突する太陽輻射線入射表面をもつ。
２６を格子電極１２４と格子電極間のＴＣＯ層１２２の
領域の上へ付与する。このＡＲ層１２６は太陽輻射線が
衝突する太陽輻射線入射表面をもつ。
例えば、ＡＲ層１２６はそれの屈折率の４倍で以て除し
た、太陽輻射線ス啄りトルの最大エネルギ一点の波長の
大きさの程度の厚さをもつ。好適なＡＲ層１２６は厚さ
約５０ＯＡの屈折率が２．１であるジルコニウム酸化物
である。
た、太陽輻射線ス啄りトルの最大エネルギ一点の波長の
大きさの程度の厚さをもつ。好適なＡＲ層１２６は厚さ
約５０ＯＡの屈折率が２．１であるジルコニウム酸化物
である。
真性層１１８のバンドギャップは特定的な光応答特性に
ついて調節してよい。例えば、ゲルマニウム、錫、また
は鉛のような一つまたは一つより多くのバンドギャップ
減少元素を真性層中へ組み入れてそのバンドギャップを
減少させてもよい（例えば、「光応答性無定形合金およ
びデバイスの最適化方法」に対して１９８２年７月２７
日にスタンフォー１１． オプシンスキーおよびマサ
ラグ・イノの名で公告された米国特許第４，３４２，０
４４号を見よ）。このことは、例えば、層１１８が沈着
されるガス混合物中にゲルマニウムガス（ＧｅＨ４）を
導入することによって達成できる。
ついて調節してよい。例えば、ゲルマニウム、錫、また
は鉛のような一つまたは一つより多くのバンドギャップ
減少元素を真性層中へ組み入れてそのバンドギャップを
減少させてもよい（例えば、「光応答性無定形合金およ
びデバイスの最適化方法」に対して１９８２年７月２７
日にスタンフォー１１． オプシンスキーおよびマサ
ラグ・イノの名で公告された米国特許第４，３４２，０
４４号を見よ）。このことは、例えば、層１１８が沈着
されるガス混合物中にゲルマニウムガス（ＧｅＨ４）を
導入することによって達成できる。
こ〜で第５図を参照すると、図は本発明を具体化するも
う一つのデバイス１６０を描いている。デバイス１３０
は、裏打ち反射体を含まずかつＰ土層とｎ土層が逆にな
っていること以外は、第４図のデバイスと類似である。
う一つのデバイス１６０を描いている。デバイス１３０
は、裏打ち反射体を含まずかつＰ土層とｎ土層が逆にな
っていること以外は、第４図のデバイスと類似である。
デバイス１３０の基板１６２ハ例えばステンレス鋼であ
ることができる。望むならば、反射層をこの種の層につ
いてさきに言及した方法のいずれかによって基板１６２
上に沈着させることができ、そして、例えば銀、アルミ
ニウム、あるいは銅で形成することができる。
ることができる。望むならば、反射層をこの種の層につ
いてさきに言及した方法のいずれかによって基板１６２
上に沈着させることができ、そして、例えば銀、アルミ
ニウム、あるいは銅で形成することができる。
図解のようにｎ＋の伝導性である第一のドープ層１６４
を基板１６２上に沈着させる。望むならば、ｎ土層１６
４は窒素ままたは炭素のようなバンドギャップ増大元素
を含んでいて広域バント９ギヤツプｈ十層を形成しても
よい。
を基板１６２上に沈着させる。望むならば、ｎ土層１６
４は窒素ままたは炭素のようなバンドギャップ増大元素
を含んでいて広域バント９ギヤツプｈ十層を形成しても
よい。
真性体１６６はこのｎ土層１６４上に沈着され、そして
デバイス１１０の真性体１１８と同様比、類似の厚さの
無定形シリコン−弗素合金を含むことが好ましい。
デバイス１１０の真性体１１８と同様比、類似の厚さの
無定形シリコン−弗素合金を含むことが好ましい。
この第一ド−プ層１ろ４に関して伝導性が反射でありか
つ本発明に従って酸素を組み入れた広域バンドギャップ
ｐ十層であることが好ましい、もう一つのド−プ層１６
８を真性層の上に沈着させる。
つ本発明に従って酸素を組み入れた広域バンドギャップ
ｐ十層であることが好ましい、もう一つのド−プ層１６
８を真性層の上に沈着させる。
このデバイスはｐ土層１６８上のＴＣＯ層１４Ｑ。
格子電極１４２の形成によって完成される。これらの各
工程は第４図のデバイス１１０に関して述べたのと同様
にして達成することができる。
工程は第４図のデバイス１１０に関して述べたのと同様
にして達成することができる。
前の具体化の場合と同様に、真性層１ろ６のバンドギャ
ップはバンドギャップ減少元素の組入れで以て特定の光
応答特性について調節することができる。さらにもう一
つの変形として、真性体１３６のバンドギャップはｎ土
層１６４からもう一つのｐ土層１６８へ次第に増加する
ように次第に変えることができる（例えば「無定形合金
とデバイスのバント９ギヤツプを次第に変える方法」に
対して１９８２年９月２９日にスタンフォート９Ｒ，オ
プシンスキーおよびデヒドアドラーの名で登録された共
願中の米国特許願通し番号第４２７，７５６号を見よ）
。
ップはバンドギャップ減少元素の組入れで以て特定の光
応答特性について調節することができる。さらにもう一
つの変形として、真性体１３６のバンドギャップはｎ土
層１６４からもう一つのｐ土層１６８へ次第に増加する
ように次第に変えることができる（例えば「無定形合金
とデバイスのバント９ギヤツプを次第に変える方法」に
対して１９８２年９月２９日にスタンフォート９Ｒ，オ
プシンスキーおよびデヒドアドラーの名で登録された共
願中の米国特許願通し番号第４２７，７５６号を見よ）
。
例えば、真性層１６６が沈着されるときに、ゲルマニウ
ム、錫、あるいは鉛のような一つまたは−っより多くの
バンドギャップ減少元素を次第に濃度を減少させて合金
中に組み入れることができる。
ム、錫、あるいは鉛のような一つまたは−っより多くの
バンドギャップ減少元素を次第に濃度を減少させて合金
中に組み入れることができる。
例えばゲルマニウムガス（ＧｅＨ４）をグロー放電沈着
室の中へ、はじめは比較的高濃度において導入し、そし
てこの導入が終る点までこの真性層を沈着させながらそ
の濃度を次第に減らして導入することができる。得られ
る真性体はかくしてゲルマニウムのようなバンドギャッ
プ減少要素をｎ土層１３４からｐ土層１６８へ向って次
第に濃度を減少させて内部にもっている。
室の中へ、はじめは比較的高濃度において導入し、そし
てこの導入が終る点までこの真性層を沈着させながらそ
の濃度を次第に減らして導入することができる。得られ
る真性体はかくしてゲルマニウムのようなバンドギャッ
プ減少要素をｎ土層１３４からｐ土層１６８へ向って次
第に濃度を減少させて内部にもっている。
こ〜で第６図を参照すると、多重セルデバイス１５０が
二双構造で配列した断面で描かれている。
二双構造で配列した断面で描かれている。
デバイス１５０は二つの単一セル単位１５２および１５
４が直列に配置されたものから成り、本発明を具体化す
るものである。予測できる通り、２個より多くの複数の
単一セル単位が利用できる。
４が直列に配置されたものから成り、本発明を具体化す
るものである。予測できる通り、２個より多くの複数の
単一セル単位が利用できる。
デバイス１５０は例えばステンレス鋼あるいはアルミニ
ウムのような良好な電気伝導性をもつ金属から形成した
基板１５６を含む。この基板１５６の上に前述のように
形成してよい裏打ち反射体１５７が沈着される。第一の
セル単位１５２は裏打ち反射体１５７上に沈着させた第
一のト９−プされたｐ十無定型シリコン合金層１５８を
含む。
ウムのような良好な電気伝導性をもつ金属から形成した
基板１５６を含む。この基板１５６の上に前述のように
形成してよい裏打ち反射体１５７が沈着される。第一の
セル単位１５２は裏打ち反射体１５７上に沈着させた第
一のト９−プされたｐ十無定型シリコン合金層１５８を
含む。
このｐ土層は本発明による広域バンドギャップｐ型無定
形シリコン合金であることが好ましい。これはこの種の
物質の沈着のための幌出発物質のいずれかから沈着させ
ることができる。
形シリコン合金であることが好ましい。これはこの種の
物質の沈着のための幌出発物質のいずれかから沈着させ
ることができる。
この広域バンドギャップｐ土層１５８上に第一真性無定
形シリコン合金体１６０を沈着させる。
形シリコン合金体１６０を沈着させる。
この第一真性合金体１６０は無定形シリコン−弗素合金
であることが好ましい。
であることが好ましい。
この真性層１６０の上に：鬼う一つのト９−プされた無
定形シリコン合金層１６２が沈着される。それは第一ト
９−プ層１５８の伝導性に関し【反対の伝導性であり、
従ってｎ土層である。
定形シリコン合金層１６２が沈着される。それは第一ト
９−プ層１５８の伝導性に関し【反対の伝導性であり、
従ってｎ土層である。
第二の単位セル１５４は本質的に同等であり、第一のド
ープされたｐ土層１６４、真性体１６６およびもう−っ
のド−プされたｎ土層１６８を含む。デバイス１５０は
ＴＣＯ層１７０、格子電極１７２、および反射防止層１
７４で以て完成する。
ープされたｐ土層１６４、真性体１６６およびもう−っ
のド−プされたｎ土層１６８を含む。デバイス１５０は
ＴＣＯ層１７０、格子電極１７２、および反射防止層１
７４で以て完成する。
真性層のバンドギャップは層１６６のバンドギャップが
層１６０のバント９ギヤツプより大きいように調節する
のが好ましい。その目的のために、層１６６を形成する
合金は窒素および炭素のような一つまたは一つより多く
のノくント９ギャップ増大元素を含むことができる。真
性層１６０を形成する真性合金はゲルマニウム、錫、ま
たは鉛のような−っまたは−っより多くのバンドギャッ
プ減少元素を含むことができる。
層１６０のバント９ギヤツプより大きいように調節する
のが好ましい。その目的のために、層１６６を形成する
合金は窒素および炭素のような一つまたは一つより多く
のノくント９ギャップ増大元素を含むことができる。真
性層１６０を形成する真性合金はゲルマニウム、錫、ま
たは鉛のような−っまたは−っより多くのバンドギャッ
プ減少元素を含むことができる。
セルの真性層１６０は真性層１６６より厚いことが図か
ら認め得る。このことは太陽エネルギーの全体の使用可
能スＲりｉ□ルが電子−ポール対発生用に利用されるこ
とを可能とさせる。
ら認め得る。このことは太陽エネルギーの全体の使用可
能スＲりｉ□ルが電子−ポール対発生用に利用されるこ
とを可能とさせる。
二双セル具体化をこ〜に示して説明したが、これらの単
位セルはまた例えば酸化物層で以て相互に孤立させて一
つの積重ね多重セルを形成させることもできる。各々の
セルは一対の集電極を含んでセルを外部配線との直列接
続を助けることができる。
位セルはまた例えば酸化物層で以て相互に孤立させて一
つの積重ね多重セルを形成させることもできる。各々の
セルは一対の集電極を含んでセルを外部配線との直列接
続を助けることができる。
もう一つの変形として、そして前述の単一セルに関して
述べたように、これらの単一セルの真性体の一つまたは
一つより多くが次第に変化させたバンドギャップをもつ
合金を含むことができる。
述べたように、これらの単一セルの真性体の一つまたは
一つより多くが次第に変化させたバンドギャップをもつ
合金を含むことができる。
前述したバント９ギャップ増大元素または減少元素のい
ずれかの一つあるいは一つより多くのものをこの目的の
ために真性合金の中に組み入れることができる。スタン
フオービａオプシンスキーとデヒドアト９ラーの名で１
９８２年９月２９日に登録された共願中の米国特許願通
し番号第４２７．７５７号（題名「多重セル光応答性無
定形合金およびデバイス」）をまた参照してよい。
ずれかの一つあるいは一つより多くのものをこの目的の
ために真性合金の中に組み入れることができる。スタン
フオービａオプシンスキーとデヒドアト９ラーの名で１
９８２年９月２９日に登録された共願中の米国特許願通
し番号第４２７．７５７号（題名「多重セル光応答性無
定形合金およびデバイス」）をまた参照してよい。
こ〜で述べた本発明の各具体化について、真性合金層以
外の合金層は多結晶層のような無定形以外のものである
ことができる。（「無定形」とは、短距離または中距離
の規則性あるいは場合によってはいくらかの結晶混在物
さえ含むことがあるけれども、長域にわたる不規則構造
をもつ合金または物質を意味する。） 本発明の修正および変更は上記教示をもとに可能である
。それゆえ、付属の特許請求の範囲の領域内で本発明を
特記した以外のやりかたで実施し得ることは理解される
はずである。
外の合金層は多結晶層のような無定形以外のものである
ことができる。（「無定形」とは、短距離または中距離
の規則性あるいは場合によってはいくらかの結晶混在物
さえ含むことがあるけれども、長域にわたる不規則構造
をもつ合金または物質を意味する。） 本発明の修正および変更は上記教示をもとに可能である
。それゆえ、付属の特許請求の範囲の領域内で本発明を
特記した以外のやりかたで実施し得ることは理解される
はずである。
第１図は本発明の光電池をつくるために本発明を実施す
る際に利用できるグロー放電沈着系の線図的表現であり
、第２図は第１図の線２−２１Ｃ沿ってとった第１図の
系の一部の断面図であり、第６図は慣用の広域バンドギ
ャップｐ型無定形シリコン合金および本発明に従ってつ
くられた広域バント９ギャップｐ型無定形シリコン合金
についての、伝導度対バント９ギヤツプを描くグラフで
あり、第４図は本発明を具体化するｐ −ｉ −ｎ光電
池デバイスの断面図であり、第５図は本発明のもう一つ
の具体化に従って構成された別のｐ −ｉ −ｎ光電池
デバイスの断面図であり、第６図は本発明に従つて二双
形態で配置した複数のｐ −ｉ −ｎ光電池単位を組み
込んだ多重太陽電池の断面である。 特許出願人 エナージー・コンノミ−ジョン・デ
バイセス・ＦＩＧ、 ５ ＦＩＧ ６
る際に利用できるグロー放電沈着系の線図的表現であり
、第２図は第１図の線２−２１Ｃ沿ってとった第１図の
系の一部の断面図であり、第６図は慣用の広域バンドギ
ャップｐ型無定形シリコン合金および本発明に従ってつ
くられた広域バント９ギャップｐ型無定形シリコン合金
についての、伝導度対バント９ギヤツプを描くグラフで
あり、第４図は本発明を具体化するｐ −ｉ −ｎ光電
池デバイスの断面図であり、第５図は本発明のもう一つ
の具体化に従って構成された別のｐ −ｉ −ｎ光電池
デバイスの断面図であり、第６図は本発明に従つて二双
形態で配置した複数のｐ −ｉ −ｎ光電池単位を組み
込んだ多重太陽電池の断面である。 特許出願人 エナージー・コンノミ−ジョン・デ
バイセス・ＦＩＧ、 ５ ＦＩＧ ６
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に少くともシリコンを含む物質を沈着させ、
該物質中に少くとも一つの状態密度減少元素とＰ型ド−
ノミントを組入れ、そして該物質中にバンドギャップ増
大元素を導入することから成り； 該バンドギャップ増
大元素が酸素であって酸素を１％から３０％の範囲で含
むＰ型態定形シリコン合金をつくり出すことを特徴とす
る； 改良された広いバンドギャップのＰ型態定形シリ
コン合金の製造方法。 ２、上記の少くとも一つの状態密度減少元素が水素であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
。 ３、上記の少くとも一つの状態密度減少元素が弗素であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に社載の方法
。 ４、第二の状態密度減少元素を導入し、該第二元素が水
素であることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載
の方法。 ５、上記Ｐ型ト９−ノぐントが硼素であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載
の方法。 ６、上記合金を少くとも５ＩＨ４，Ｂ２Ｈ６および酸素
の混合物からグロー放電沈着させることを特徴とする特
許請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の方法
。 ７、上記混合物中の酸素の濃度が０．０１％から１％の
範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
載の方法。 ８、上記合金を少くともＳｉＦ４．ＳｉＨ４，Ｂ２Ｈ６
および酸素の混合物からグロー放電沈着させることを特
徴とする特許請求の範囲第１項から第５項のいずれか吟
記載の方法。 ９、上記混合物中の酸素の濃度が０，０１％から１％の
範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記
載の方法。 １０・第二のバンドギャップ増大元素を上記酸素組入れ
量と比べて少量で組入れ、該第二バンドギャップ増大元
素が炭素であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
から第９項のいずれかに記載の方法。 １１、改良された広いバント９ギヤツプのＰ型無定形シ
リコン合金であって； 該合金がシリコン。 少くとも一つの状態密度減少剤、一つのＰ型ト９−バン
ド、および少くとも一つのバンドギャップ増大元素を含
み； その改良が、該バンドギャップ増大元素が酸素で
ありかつ上記合金が上記酸素を１％から３０％の範囲で
含むことを特徴とする合金。 １２、上記の少くとも一つの状態密度減少元素が水素で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の
合金。 １３、上記の少くとも−ろの状態密度減少元素が弗素で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の
合金。 １４第二の状態密度減少元素を中に組入れ、この元素が
水素であることを特徴とする特許請求の範囲第１６項に
記載の合金。 １５、上記ｐ型ド−パントが硼素であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１１項から第１４項のいずれかに記
載の合金。 １６、上記酸素の濃度に比べて小濃度の第二のバンドギ
ャップ増大元素を特徴とし、該第二バンドギャップ増大
元素が炭素である、特許請求の範囲第１１項から第１５
項のいずれかに記載の合金。 １７、放射線が衝突してチャージキャリアを生成する真
性の活性光応答層を形成する無定形半導体合金体を含む
基板上に沈着させた各種物質の重複層と、少くとも一つ
の状態密度減少元素、一つのｐ型ド一・ξント、および
少くとも一つのバンドギャップ増大元素を含む上記真性
層（１１８，１３（Ｓ）と隣接する広域バンドギャップ
ｐ型無定型シリコン合金層（１１６，１３８）と、がら
成るタイプの光応答デバイスにおいて； 上記バンドギ
ャップ増大元素が酸素であり、上記広域バンドギャップ
。 型無定形シリコン合金が上記酸素を１％から６０％の範
囲で含むことを特徴とするデバイス。 １８、上記広域バンドギャップＰ型無定形シリコン合金
層（１１６，１３８） と反対側で上記真性層と隣接
するｎ型無定形シリコン合金層（１２０，１３４）を特
徴とする特許請求の範囲第１７項に記載のデバイス。 １９、上記真性層と反対側で上記のＰまたはｎ型無定形
シリコン合金層と隣接する裏打ち反射層（１１４）を特
徴とする特許請求の範囲第１８項に記載のデバイス。 ２０、上記状態密度減少元素か水素であることを特徴と
する特許請求の範囲第１７項から第１９項のいずれかに
記載のデバイス。 ２１、上記状態密度減少元素が弗素であることを特徴と
する特許請求の範囲第１７項から第１９項り＼・才’ｊ
ｕｓｔ−を乙戴゛のデフぐ゛イズ。 ２２、上記の広域バンドキャップＰ型無定形シリコン合
金層（１１６，１３８）がさらに第二の状態密度減少元
素を含み、該第二状態密度減少元素が水素であることを
特徴とする特許請求の範囲第２１項に記載のデバイス。 ２３、上記Ｐ型ド−ノξントゝが硼素であることを特徴
とする特許請求の範囲第１７項から第２２項のいずれか
に記載のデバイス。 ２４上記広域パ／ドギャップＰ型無定形シリコン合金層
（１１（Ｓ、１３８）がさらに第二のバンドギャップ増
大元素を上記酸素濃度に比べて小濃度で含み、該第二バ
ンドギャップ増大元素が炭素であることを特徴とする特
許請求の範囲第１７項から第２６項のいずれかに記載の
デバイス。 ２５、基板上に沈着させた無定形半導体合金の多重層か
ら形成される多重セルの光電池デバイスであって； 該装置が、直列に配置した複数個の単一セル単位（１５
２，１５４）を含み、この単一セル単位の各々が第一の
ド−プされた無定形半導体合金層（１５８゜１６４）、
この第一ド−プ層上に沈着させた真性無定形半導体合金
の一体（１６０，１６６） 、この真性体上に沈着させ
かつ上記第一ビープ無定形半導体合金層に関して反対の
導電性をもつもう−っのド−プされた無定形半導体合金
層から成り立ち、そして、その場合に、少くとも一つの
上記単一セル単位の少くとも−っの上記のド−プされた
無定形半導体合金層が少くとも一つの状態密度減少元素
、一つのｐ型ト８−パント、および少（とも一つのバン
ドギャップ増大元素を含む広域バント９ギャップｐ型無
定形シリコン合金から成り； 上記デバイスが上記バン
ドギャップ増大元素が酸素であり、上記広域バンドギャ
ップｐ型無定形シリコン合金が上記酸素を１％から３０
％の範囲において含むことを特徴としている； 多重セ
ル光電池デバイス。 ２６、上記の広域バンドギャップｐ型無定形シリコン合
金が第二のバンドギャップ増大元素を上記酸素の濃度に
比べて小濃度で含み、該第二バント９１１：１ ギャップ増大元素が炭素であることを特徴とする特許請
求の範囲第２５項に記載のデバイス。 ２７、上記の状態密度減少元素が水素であることを特徴
とする特許請求の範囲第２５項または第２６項のいずれ
かに記載のデバイス。 ２８、上記の状態密度減少元素が弗素であることを特徴
とする特許請求の範囲第２５項または第２６項のいずれ
かに記載のデバイス。 ２９、上記の広域バンドギャップＰ型無定形シリコン合
金が第二の状態密度減少元素を含み、該第二状態密度減
少元素が水素であることを特徴とする特許請求の範囲第
２８項に記載のデバイス。 ３０、上記基板にすぐ隣接した裏打ち反射層（１５７）
を特徴とする特許請求の範囲第２５項から第２９項のい
ずれかに記載のデバイス。 ３１、各々の上記真性体（１６０，１６６）が一つのバ
ンドギャップをもち、その場合、少くとも２つの上記真
性体が特定の光応答波長特性に調節されたノ２ンドギャ
ップをもつことを特徴とする特許請求の範囲第２５項か
ら第６０項のいずれかに記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US37257982A | 1982-04-28 | 1982-04-28 | |
| US372579 | 1982-04-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58199710A true JPS58199710A (ja) | 1983-11-21 |
Family
ID=23468765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58074872A Pending JPS58199710A (ja) | 1982-04-28 | 1983-04-27 | 改良された広いバンドギヤツプのｐ型無定形の酸素とのシリコン合金およびその利用デバイス |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58199710A (ja) |
| KR (1) | KR840004825A (ja) |
| AU (1) | AU1368883A (ja) |
| DE (1) | DE3314197A1 (ja) |
| FR (1) | FR2526223A1 (ja) |
| GB (1) | GB2124826A (ja) |
| IT (1) | IT8320731A0 (ja) |
| NL (1) | NL8301440A (ja) |
Families Citing this family (57)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59130483A (ja) * | 1982-12-24 | 1984-07-27 | Ricoh Co Ltd | 薄膜太陽電池 |
| NL8501769A (nl) * | 1984-10-02 | 1986-05-01 | Imec Interuniversitair Micro E | Bipolaire heterojunctie-transistor en werkwijze voor de vervaardiging daarvan. |
| US6380480B1 (en) * | 1999-05-18 | 2002-04-30 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd | Photoelectric conversion device and substrate for photoelectric conversion device |
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