JPS5848476A - 光起電力装置 - Google Patents
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- JPS5848476A JPS5848476A JP56146659A JP14665981A JPS5848476A JP S5848476 A JPS5848476 A JP S5848476A JP 56146659 A JP56146659 A JP 56146659A JP 14665981 A JP14665981 A JP 14665981A JP S5848476 A JPS5848476 A JP S5848476A
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Classifications
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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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】
零発＃ＩＦｉ非晶質半導体を用いた光起電力装置に関し
、特に’ｆの電力変換効率の向上を図るものである。
、特に’ｆの電力変換効率の向上を図るものである。
第１図は本発明実施例としての光起電力装置を示し、（
ｌ）はガラス等の透明な絶縁基板、−’ ＋２’ｉは該
基板上に形成された透明な第ｉ電極、（３）は該電極上
に形成された非晶質半導体層、（４）は該半導体層上に
形成され九オーミックコンタクト用第２−極である。
ｌ）はガラス等の透明な絶縁基板、−’ ＋２’ｉは該
基板上に形成された透明な第ｉ電極、（３）は該電極上
に形成された非晶質半導体層、（４）は該半導体層上に
形成され九オーミックコンタクト用第２−極である。
非晶質半導体層（３）は４０〜１ｏｏｏＸ厚さのＰ型層
（３１）、０．５〜２戸４さのノンドープ層（５ｂ）及
び２００〜１０００＾厚さＯＮＪ層（５ｃ）カらす、６
゜上記装ｆｔにおいて、基板ｔｔｉ及び第１電極（２）
を介して光が非晶質半導体層（３）に入ると、該層内で
自由状態の電子及び又は正孔が生じ、それらが第１、第
２電極（２）、（４）Ｋ集電されることたより、起電圧
が生じる。
（３１）、０．５〜２戸４さのノンドープ層（５ｂ）及
び２００〜１０００＾厚さＯＮＪ層（５ｃ）カらす、６
゜上記装ｆｔにおいて、基板ｔｔｉ及び第１電極（２）
を介して光が非晶質半導体層（３）に入ると、該層内で
自由状態の電子及び又は正孔が生じ、それらが第１、第
２電極（２）、（４）Ｋ集電されることたより、起電圧
が生じる。
本実施例の特徴ｉ１非晶質半導体層（ｌｌのノンドープ
層（３ｂ）が光照射によ多発生し良電子及び又は正孔の
第１、第２電極（１）、（４）への移動を促進する内部
電界を有することである。
層（３ｂ）が光照射によ多発生し良電子及び又は正孔の
第１、第２電極（１）、（４）への移動を促進する内部
電界を有することである。
良く知られている様に上記の如くＰ型層（５ａ）、ノン
ドープ層（３ｂ）及びＮ型層（３Ｃ）はＰＩＮ接合を構
改し、従って接合電界を生じる。第２図は通常のＰＩＮ
ＭＫおけるエネルギ帯構造を示し、発生した自由キャリ
ア（図中黒丸は自由電子を、白丸は自由正孔を夫々示し
ている）が接合電界の影響を受けて移動するが、ノンド
ーグ層（３ｂ）の如く層厚の大きい領域ではエネルギ帯
がはソ平坦になるため接金電界の影響がほとんどない。
ドープ層（３ｂ）及びＮ型層（３Ｃ）はＰＩＮ接合を構
改し、従って接合電界を生じる。第２図は通常のＰＩＮ
ＭＫおけるエネルギ帯構造を示し、発生した自由キャリ
ア（図中黒丸は自由電子を、白丸は自由正孔を夫々示し
ている）が接合電界の影響を受けて移動するが、ノンド
ーグ層（３ｂ）の如く層厚の大きい領域ではエネルギ帯
がはソ平坦になるため接金電界の影響がほとんどない。
従って平坦なエネルギ帯部分で発生した自由キャリアは
拡散によシ移動しなけれにならない。
拡散によシ移動しなけれにならない。
接合が単結晶材料から構成さりている場合、上記自由キ
ャリアの拡散距離は、例えば正孔では単結晶シリコンに
おいて数百／ｍである様に大きく、自由キャリアは接合
電界の影響がなくても十分移動し得る。しかし乍ら、接
合が実施例の如く非晶質材料から構成されている場合、
自由キャリアの拡散距離は、例えば正孔では非晶質シリ
コンにおいて数百又といった１ｓＫ極端に小さく、従っ
て、ノンドープ層（３ｂ）の厚さをｓ ｏ ｏ ｏＡと
すると、そのうち、１０００〜２０００Ｘの領域が平坦
なエネルギ帯となるので、この領域を拡散により移動す
る自由キャリアは途中で再結合により消滅する確率が高
く、その分だけ光起電力効果を低減せしめる。
ャリアの拡散距離は、例えば正孔では単結晶シリコンに
おいて数百／ｍである様に大きく、自由キャリアは接合
電界の影響がなくても十分移動し得る。しかし乍ら、接
合が実施例の如く非晶質材料から構成されている場合、
自由キャリアの拡散距離は、例えば正孔では非晶質シリ
コンにおいて数百又といった１ｓＫ極端に小さく、従っ
て、ノンドープ層（３ｂ）の厚さをｓ ｏ ｏ ｏＡと
すると、そのうち、１０００〜２０００Ｘの領域が平坦
なエネルギ帯となるので、この領域を拡散により移動す
る自由キャリアは途中で再結合により消滅する確率が高
く、その分だけ光起電力効果を低減せしめる。
本実施例では、この様な非晶質半導体に特有の性質に留
意し、上記の如く、ノンドープ層（３ｂ）に自由キャリ
アの移動を促進する内部電界を付帯せしめている 第５図は本実施例におＱするＰＩＮ接合のエネルギ帯部
分を示しており、図から判る様に１ノンドープＪｉｌｔ
（３ｂ）のエネルギ帯はＰ型層（３龜）側からＮ型層（
６Ｃ）側に向って光学的禁止帯幅が徐々に小さくなる形
態にて傾斜している。従って、ノンドープ層（５ｂ）内
に生じる電界は自由キャリアの第１、第２電極（２）、
（４）に向かう移動を促進せしめ、ノンドープ層（３ｂ
）での自由キャリアの消滅を防ぐ。
意し、上記の如く、ノンドープ層（３ｂ）に自由キャリ
アの移動を促進する内部電界を付帯せしめている 第５図は本実施例におＱするＰＩＮ接合のエネルギ帯部
分を示しており、図から判る様に１ノンドープＪｉｌｔ
（３ｂ）のエネルギ帯はＰ型層（３龜）側からＮ型層（
６Ｃ）側に向って光学的禁止帯幅が徐々に小さくなる形
態にて傾斜している。従って、ノンドープ層（５ｂ）内
に生じる電界は自由キャリアの第１、第２電極（２）、
（４）に向かう移動を促進せしめ、ノンドープ層（３ｂ
）での自由キャリアの消滅を防ぐ。
この様な内部電界を有するノンドープ層（３ｂ）の製造
例は次の通りである。まず第１電極（りまで作成済みの
基板１１）を反応室に入れ、祈る反応室にシラン５ＩＨ
４ガスとメタンＣＨ４ガスとシボクンＢ２Ｈ６ガスとｔ
７：５：０．００２の比で満し、その上でグロー放電を
生起せしめる。このとき基板（１）が形成され、その主
成分の組成比はＳｌ ：Ｃ＝７：３、光学的禁止帯幅は
ｉ、９ｅＶとなる。尚Ｐ型層（３ａ）の厚みは約１５０
λである。
例は次の通りである。まず第１電極（りまで作成済みの
基板１１）を反応室に入れ、祈る反応室にシラン５ＩＨ
４ガスとメタンＣＨ４ガスとシボクンＢ２Ｈ６ガスとｔ
７：５：０．００２の比で満し、その上でグロー放電を
生起せしめる。このとき基板（１）が形成され、その主
成分の組成比はＳｌ ：Ｃ＝７：３、光学的禁止帯幅は
ｉ、９ｅＶとなる。尚Ｐ型層（３ａ）の厚みは約１５０
λである。
次いで、Ｐ型層（５ａ）を形成した基板（１）を収容せ
る反応室にシランガスとアンモニアＮＨ３ガスとを９：
１の比で満し、その上でグロー放電を生起せしめる。そ
の後グロー放電を続は乍ら徐々（シランガ不、の比率を
増加して最終的に１０二〇となす。このときの基板（１
１の温度は２５０℃である。こそれに含まれ、る主成分
の組成比はＰ型層（３ａ）に接する部分がＳｉ：Ｎ＝９
： １で、その後Ｓｉの比率が高まりＮｆＪＡ層（３
Ｃ）と接する部、分では５Ｌ１００％となる。祈る組成
比の変化はノンドー、プ層（３ｂ）の光学的、禁止帯幅
をＰ型層（３ａ）との境界にてｉ、９ｅＶ、それから勇
終的な値１，６ｅＶに向けて徐々に小さくせしめる。尚
ノンドープ層（３ｂ）の厚みは・約５００ ＯＡである
。。 、続く工程では、ノンドープ層（５ｂ）
を形成した基板（１）を収容せる反応室にシ、ランゲス
とフォスフインＰＨ３ガスとを１：０．０１の比で満し
、基板温度２５０℃で同様のグロー放電が行なわれる。
る反応室にシランガスとアンモニアＮＨ３ガスとを９：
１の比で満し、その上でグロー放電を生起せしめる。そ
の後グロー放電を続は乍ら徐々（シランガ不、の比率を
増加して最終的に１０二〇となす。このときの基板（１
１の温度は２５０℃である。こそれに含まれ、る主成分
の組成比はＰ型層（３ａ）に接する部分がＳｉ：Ｎ＝９
： １で、その後Ｓｉの比率が高まりＮｆＪＡ層（３
Ｃ）と接する部、分では５Ｌ１００％となる。祈る組成
比の変化はノンドー、プ層（３ｂ）の光学的、禁止帯幅
をＰ型層（３ａ）との境界にてｉ、９ｅＶ、それから勇
終的な値１，６ｅＶに向けて徐々に小さくせしめる。尚
ノンドープ層（３ｂ）の厚みは・約５００ ＯＡである
。。 、続く工程では、ノンドープ層（５ｂ）
を形成した基板（１）を収容せる反応室にシ、ランゲス
とフォスフインＰＨ３ガスとを１：０．０１の比で満し
、基板温度２５０℃で同様のグロー放電が行なわれる。
この結果、ノの厚みは約５００Ａであり、光学的禁止帯
幅は１．６ｃ■である。。 、 上記−施例において、２ＭＭ層（，５ａ）Ｆｉ、Ｐ讐の
水素化非晶質シリコンナイトランドで構成されても良い
。その場合のＰ型層の製造は上町ノンドープ層（３ｂ）
の最初、の形成条佇←但しジボランを含む）！行なわれ
る。
幅は１．６ｃ■である。。 、 上記−施例において、２ＭＭ層（，５ａ）Ｆｉ、Ｐ讐の
水素化非晶質シリコンナイトランドで構成されても良い
。その場合のＰ型層の製造は上町ノンドープ層（３ｂ）
の最初、の形成条佇←但しジボランを含む）！行なわれ
る。
第４図は＠２の実施例に対応するエネルギ帯構造を示す
。この実施例の特徴は、ノ、ンドープ層（３ｂ）のみな
、らすＰ！ＭＪＩ（，３ｍ）及びＮ型層（３Ｃ）におい
ても主成分の組成比を、変化させ九ことにある。祈る接
合の製造に際しては、まず第１電極（りを！成した基板
１１ｊを反応質にて約２５０℃に保持し、祈る１反応室
にシラン５ＩＨ４ガスとメタンＣＨ４ガスとジポランＢ
ｓＨ・ガス午を１ ： １ ： ０．００２の比でガス
が増加するべく徐ｆに変化させて、最終的にシランガス
とメタンガスとの比率を７：３となす。
。この実施例の特徴は、ノ、ンドープ層（３ｂ）のみな
、らすＰ！ＭＪＩ（，３ｍ）及びＮ型層（３Ｃ）におい
ても主成分の組成比を、変化させ九ことにある。祈る接
合の製造に際しては、まず第１電極（りを！成した基板
１１ｊを反応質にて約２５０℃に保持し、祈る１反応室
にシラン５ＩＨ４ガスとメタンＣＨ４ガスとジポランＢ
ｓＨ・ガス午を１ ： １ ： ０．００２の比でガス
が増加するべく徐ｆに変化させて、最終的にシランガス
とメタンガスとの比率を７：３となす。
第１電極（りＫ接する部分がＳｔ：Ｃか１：１で、その
後Ｓｉの比率が高１ジノンドープ層（１１ｂ）と接する
部分では釧：Ｃ＝７：５となる。祈る組成比の変化はＰ
型層（５ｍ）の光学的禁止帯幅をＩＪ１電極（りとの境
界にて２．ＯｅＶ、それからノンドープ層（３ｂ）との
境での１．９ｅＶＫ向けて徐々に小さくせしめる。尚Ｐ
８！！層（！ｉｓ）の厚みは約１５ＯＡである。
後Ｓｉの比率が高１ジノンドープ層（１１ｂ）と接する
部分では釧：Ｃ＝７：５となる。祈る組成比の変化はＰ
型層（５ｍ）の光学的禁止帯幅をＩＪ１電極（りとの境
界にて２．ＯｅＶ、それからノンドープ層（３ｂ）との
境での１．９ｅＶＫ向けて徐々に小さくせしめる。尚Ｐ
８！！層（！ｉｓ）の厚みは約１５ＯＡである。
続く工程では第１の実施例と全く同様にしてノンドープ
層（３ｂ）が形成され、次いでＮ型層（５Ｃ）が形成さ
れる。即ち、ノンドープ層（３ｂ）まで作成済みの基板
（１）を反応室に入れ、反応室をシランｌｆス、１１化
錫５ｎＣ１４ｉｆスと７オスフインガスとを１００：０
：１の比率で満してグロー放電を行なう。
層（３ｂ）が形成され、次いでＮ型層（５Ｃ）が形成さ
れる。即ち、ノンドープ層（３ｂ）まで作成済みの基板
（１）を反応室に入れ、反応室をシランｌｆス、１１化
錫５ｎＣ１４ｉｆスと７オスフインガスとを１００：０
：１の比率で満してグロー放電を行なう。
基板温度は約２５０℃である。そしてグロー放電中、シ
ランガスと塩化錫ガスとの比率をシランガスが減少すべ
く徐々に変化させて、最終的に断る比率の組成比はノン
ドープ層（３ｂ）との境界にて旧：５ｎ＝１００：Ｏで
、その後Ｓｉ′ｆ）比率が高まシ第２電極（４）と療す
る部分でＩ／ｉ９０：１０となる。祈る組成比の変化Ｆ
ｉＮ型層（３ｃ）の光学的禁止帯幅をノンドープ層（３
ｂ）との境界にて１．６ｅＶ、それから第２電極（４）
との境での１，４ｅＶに向けて徐々に小さくせしめる。
ランガスと塩化錫ガスとの比率をシランガスが減少すべ
く徐々に変化させて、最終的に断る比率の組成比はノン
ドープ層（３ｂ）との境界にて旧：５ｎ＝１００：Ｏで
、その後Ｓｉ′ｆ）比率が高まシ第２電極（４）と療す
る部分でＩ／ｉ９０：１０となる。祈る組成比の変化Ｆ
ｉＮ型層（３ｃ）の光学的禁止帯幅をノンドープ層（３
ｂ）との境界にて１．６ｅＶ、それから第２電極（４）
との境での１，４ｅＶに向けて徐々に小さくせしめる。
尚Ｎ型層（３Ｃ）の厚みは約５００Ｘである。
本実施例で得られた装置に波長０．６ｐｍの光を入射し
た場合と、第２図の装置（光学的禁止帯幅が約ｔ７ｅＶ
ではソ一定とする）で同波長の光を入射した場合とでは
、短絡電流（Ｉｓｃ）にして、実施例装置の方が約１．
４倍の増加が得られ九〇祈る増加は光起電力効果の効率
向上をもたらすものである。
た場合と、第２図の装置（光学的禁止帯幅が約ｔ７ｅＶ
ではソ一定とする）で同波長の光を入射した場合とでは
、短絡電流（Ｉｓｃ）にして、実施例装置の方が約１．
４倍の増加が得られ九〇祈る増加は光起電力効果の効率
向上をもたらすものである。
整５図は第３の実施例に対応するエネルギ帯構造を示す
。上記第１、第２の実施例では何れもノンドープＭ（３
ｂ）の厚みを大にして、光起電力効果に寄与する自由キ
ャリアの大部分を所るノンドープ層（３ｂ）にて発生さ
せるものであったが、第５の実施例ではＰＮ接合となし
、Ｎ型層（３Ｃ）の厚みをｓ ｏ ｏ ｏＸ程度に大き
くし、断るＮ型層で多くの自白キャリアを発生させてお
り、その際Ｎ型層（！Ｉｃ）において主成分の組成比を
変えたことに特徴がある。。
。上記第１、第２の実施例では何れもノンドープＭ（３
ｂ）の厚みを大にして、光起電力効果に寄与する自由キ
ャリアの大部分を所るノンドープ層（３ｂ）にて発生さ
せるものであったが、第５の実施例ではＰＮ接合となし
、Ｎ型層（３Ｃ）の厚みをｓ ｏ ｏ ｏＸ程度に大き
くし、断るＮ型層で多くの自白キャリアを発生させてお
り、その際Ｎ型層（！Ｉｃ）において主成分の組成比を
変えたことに特徴がある。。
この場合の製造も、上記各実施例と同様にして、Ｎ型層
形成時、反応ガスの成分比を変化させることにより行な
われ、Ｎ型層の光学的禁止帯幅を徐々に小さくすること
ができる。
形成時、反応ガスの成分比を変化させることにより行な
われ、Ｎ型層の光学的禁止帯幅を徐々に小さくすること
ができる。
上記各実施例において、反応ガスの成分比′の変化は連
続的になされても良く、あるいは段階的にる。
続的になされても良く、あるいは段階的にる。
又、上記実施例では、Ｐ、Ｉ、Ｎの各層内では半導体材
料の主成分は同一で、その成分比のみを０ 変化させているが、上記各層内で主成分を徐々に１例え
ば段階的に変化させて実質的に傾斜せる光学的禁止帯幅
倉形成することができる。
料の主成分は同一で、その成分比のみを０ 変化させているが、上記各層内で主成分を徐々に１例え
ば段階的に変化させて実質的に傾斜せる光学的禁止帯幅
倉形成することができる。
上記実施例では半導体材料の主成分として、シリコン、
炭素、窒素、錫、水素が用いられたが、その他すチクム
Ｌ１１駿素０、弗素Ｆ１硫黄Ｓ１グルマニクムＧｅ、セ
レンＳｅを用いることもできる。
炭素、窒素、錫、水素が用いられたが、その他すチクム
Ｌ１１駿素０、弗素Ｆ１硫黄Ｓ１グルマニクムＧｅ、セ
レンＳｅを用いることもできる。
特に、Ｐ型層として、非晶質シリコンや非晶質シリコン
カーバイドの他に１非晶質シリコンオキサイドが又Ｎｒ
！Ｍ層として、非晶質シリコンや非晶質シリコン鍋の他
に非晶質シリコンゲルマニクムが大々好適である。
カーバイドの他に１非晶質シリコンオキサイドが又Ｎｒ
！Ｍ層として、非晶質シリコンや非晶質シリコン鍋の他
に非晶質シリコンゲルマニクムが大々好適である。
以上の説明より明らかな如く、本発明によれば非晶質半
導体を用いた光起電力装置において、非晶質半導体に特
有な自由キャリアの短い拡欽距離に基づく効率低下を内
部電界により改善することができる。
導体を用いた光起電力装置において、非晶質半導体に特
有な自由キャリアの短い拡欽距離に基づく効率低下を内
部電界により改善することができる。
第１図は本発Ｆ！４実施例の側面図、第２図は従来に＞
７るエネルギ帯構造図、第３図乃至第５図は本発明実施
例におけるエネルギ帯構造図である。 （１）・・・基板、（８１”・非晶質半導体層、（２）
、（４）・・・集電手段としての第」、第２電極第１図 第３図 第４図 第５図
７るエネルギ帯構造図、第３図乃至第５図は本発明実施
例におけるエネルギ帯構造図である。 （１）・・・基板、（８１”・非晶質半導体層、（２）
、（４）・・・集電手段としての第」、第２電極第１図 第３図 第４図 第５図
Claims (1)
- （１）晃照射によシ発電に寄与する電子及び又は正孔を
発生する非晶質半導体層と、該層内圧発生した上記電子
及び又は正孔を集める集電手−とを備え、上記非晶質半
導体層は上記電子及び又は正孔の上記集電手段への移動
を促進する内部電界番有するべく、主成分の組成及び又
は組成比が変化機とする光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56146659A JPS5848476A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56146659A JPS5848476A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | 光起電力装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5848476A true JPS5848476A (ja) | 1983-03-22 |
Family
ID=15412715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56146659A Pending JPS5848476A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5848476A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01164072A (ja) * | 1987-12-19 | 1989-06-28 | Sanyo Electric Co Ltd | アモルフアスシリコン太陽電池 |
-
1981
- 1981-09-16 JP JP56146659A patent/JPS5848476A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01164072A (ja) * | 1987-12-19 | 1989-06-28 | Sanyo Electric Co Ltd | アモルフアスシリコン太陽電池 |
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