JPS59115575A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPS59115575A
JPS59115575A JP57228159A JP22815982A JPS59115575A JP S59115575 A JPS59115575 A JP S59115575A JP 57228159 A JP57228159 A JP 57228159A JP 22815982 A JP22815982 A JP 22815982A JP S59115575 A JPS59115575 A JP S59115575A
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舜平 山崎
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克彦 柴田
Kazuo Urata
一男 浦田
Hisato Shinohara
篠原　久人
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水素またはノ１０ゲン元素が添加された非
単結晶半導体特に珪素を主成分とする非単結晶半導体を
用い＊、Ｐ工Ｎ接合を肩する光電変換装置（以下単にｐ
ｖｏという）Ｋ関する。
本発明はかかるＦＶＯにおいて、その変換効率全向上し
、さらに光照射による劣化を少なくするため、工型半導
体層（以下単に１層という）Ｋおけるホウ素の添加を連
続的に変化させた濃度こうばいを有せしめることを目的
としている０本発明はＰ工Ｍ接合を有するＰＶＯにおい
て、特にプラズマ気相法（ＰＯＶＤ法という）または減
圧気相法（Ｌ　Ｐ　ＯＶ　Ｄ法）を用い、基板上ＫＰ層
、１層およびＮ層を順次積層してＰ工Ｎ接合を有せしめ
るに際し、この工層巾の形成工程において、被膜作製の
時、ホウ素用の反応性気体例えばシラン（ｓｔｎｂ−ｚ
）に同時にホウ素化物例えばシボ２ン（ＢＪりをＯ〜５
ＰＰＭ添加し、かつその添加量をＰ型半導体側は２Ｘ’
ｌＯ′ｒＮ２Ｘｌｏ”　ａｍ′Ｚ′好ましくは１〜４×
１０″ｃｍ′とし、ホウ素の数量を漸減させることによ
り、Ｎ型半導体層側ではＯ〜ｌＸｌ０　ｃｍと連続減少
分布を有する構造にしたものである。
本発明はかくの如くに透光性基板上に透光性導電膜（Ｏ
ＴＦという）を用いた第１０′市、龜土に、８　ｉ　ｘ
　０ｒ−ｐ＋　（０ンｘｚｌ）ＫよるＰ型半導体層を形
成し、さらにその上にシランにジボランを０．０５　（
２Ｘ１ｄｒｃｒＩｉＪｃ対応）　〜５’ＰＰＭ　（２Ｘ
１０’　ｃｍ−’に対応）ＣＤ度Ｋｍ加し、加えてＮＩ
接合面側／Ｐ工接合面側１１５好ましくは１／１０〜ｌ
／３０（７Ｊ％度差を有し、かつその変化は連続的な直
線的またはれ略＠線的な変化を有せしめることを目的と
している０かかる畝度こうばいを有せしめることによシ
、光によシ励起されたキャリアであるｔｊ子またはホー
ルは、ホールはＰ型半導体層側に、また電子はＮ型半導
体側に内部電界を有せしめてドリフトさせやすくさせる
ことができる。その結果、光電変換装置において、その
出力゛耐流を１０−２０係も増加させることができる。
即ち１層内部での空乏層を実質的により深い領域Ｋまで
作ることができる。
さらに光照射面側の空乏層は、光照射効果（ステｙう・
ロンスキ−効果ともいう。ここではＰ工層という）Ｋ関
する劣化特性のため短くなる０その結果、変換効率が１
０〜３０％も劣化してしまうことが一般に知られている
。しかし本発明補遺においては、かかる劣化特性がみら
れず、むしろ逆に最初のうちは効率力ｈ５チ程度向上し
、その後０〜−５％程度に劣化し、１０００時間照射さ
せても±１０８変化量しかないという高１ａ頼性特性を
有してもいるという他の特徴を有する。
従来ＰＶＯは第１図（Ａ）Ｋそのたて断面図の概要を示
しているが、透光性基板（１）ここではガラス基板上ｖ
ｃＨ化スズを主成分とする第１の電極を４ｍ成する透光
性４電膜（（！　Ｔ　Ｆ）　（２）さらＫＰ型の約１０
０１の厚さの非単結晶半導体例えば５ｉｘＯ，、（０＜
ｘ＜　１）さらに珪素を主成分とする約０．５μの厚さ
の工型半み体（４）さらに微結晶化しｆｃ珪素を主成分
とするＮ型半導体（６）さらＫｉ面電極が設けられてい
る。しかしこの本発明の特徴である１層（４）Ｋおける
不純物濃度分布を検討すると、第１図中）の如くなって
いる。即ちＰ型牛導体中のホウ素α罎、工型半導体層中
の一定の濃度のホウ素ａの、Ｎ型半導体層中のリンα→
が示されている。
またＰ層重層Ｎ層をそれぞれ独立した反応炉で形成する
場合は０３はθ島の分布を有し、すべてを同一の反応容
器で形成する場合はｄ島の分布が知られている。
嶋荷の曲線はいずれにおいても連続であるが、その機能
においてα５の斜線領域は不純物濃度が多くむしろ壁乏
層を作らせない作用をしてし−まう。
このためかかるα５の領域がないαｉの儂度分布がすぐ
れ１いるとしている。
このことよシＰ工接合界面またはその近傍においては、
不純物濃度は急しゅんであることが重要であるため、従
来にふ；いては、ホウ素の分布は曲線吻的、αカである
ことが重要とされ１いた。しか゛し本発明はかかる従来
の考え方が１層内部のドリフトを界を発生させるには不
十分であるとの結論に達した。
第１図（０）は第１図（Ｂ）　Ｋおけるθｔα色α力の
ホウ素分布を有している時のエネルギバンド構造を示し
ている。
即ち、０ＴＦ（２）、Ｐ層（３）、１層（４）、ＮＪ−
（５）、裏面電極（６）を第１図（４）に対応して有し
ている。さらにとの１層はＰ工接合による空乏層（５５
）Ｎ工接合による空乏層（５７）を有しているが、それ
ぞれが互いに　。
連結することはなく、中央部に内部電界を有さない平坦
なエネルギバンドを有するドリフト電界を有さｋい領域
（５６）があることが判明した。このためかかる内部電
界のない領域（５６）をなくし、２つの空乏層（５％（
５〕）を連結せしめることが光照射により発生するキャ
リアをすみやかに２つの電極に分離させるために重要で
あることが判明した。
本発明はかかる目的のためになされたものである０ 以下に本発明を記す。
第２図は本発明のｐｖｏおよび工眉中の不純物濃度分布
を示す。
第２図において、体）は本発明の光電変換装置のた１断
面図を示す。即ち透光性基板（１）例えばガラ設けてい
る。第１の電極を構成するＯＴＦは１ｏｏ。
〜２０００にの厚さのハロゲン元素が添加された酸化ス
ズまたは１０００〜２０００大の厚さの工Ｔｏ（酸化ス
ズが１０重ｆｉｋ％以上添加された酸化インジューム）
および２００−４００λの卸場の酸化スズの２鳩膜よシ
なっている。このＯＴＦ中の％ＫＰ層近傍にホウ素を添
加しておいてもよい。このｃＴＦはＫＢ（電子ビーム蒸
着法〕またはＰＯ’１ｌｒＤ法またはＩ、ＰＯＶＤ法に
よシ作製した。
次にこの図面では１つのＰ工Ｎ接合を有するｐｖ。
であるため、Ｐ層、工層、Ｎ層用の反応炉をそれぞれ独
立に設け、互いに連結したマルチチャンバ一方式のＰＯ
ＶＤ法を用いた。その詳細は後記するが、Ｐ層はＳ　ｉ
　Ｘ　Ｏ＋−（（０＜３：＜　ＩＸ　＝Ｏ−８）の非単
結晶半導体を用い、その中のホウ素の不純物濃度はピー
ク値において１×１０〜６Ｘ１０　ａｍとした。さらに
工層中には２Ｘ１０””−２ＸＩ　Ｏ′Ｑｃ　ｍ−’の
不純物濃度をＰ工接合近傍に有するとともに、Ｎ工接合
近傍においてはｌＸ１０　ａｍ−’以下またはＰ層側の
濃度の１７５以下好ましくは１／２０〜１／４０として
その間は連続的に漸減せしめ、内部電界が均質な一定の
電昇檎度を有するようにした。さらにＮ層（５）にシラ
ン／Ｈ１・ｌ／３０　、ＰＴｌ）／シラン・１チとして
微結晶化させＮ層での光の吸収損（を少なくせしめた。
これらＰ層工、ＮＭをそれぞれ独立１．＊、反応炉によ
多形成した。珪化物気体としては、シラン（ＳｉＨまた
はｓ　ｓ　ｎＨｚ、ｔｌｎ２２）を用いた。モノシラン
またはジ會ランを用いたｐｏｖｐ　（グロー放電用の電
気エネルギ供給は１０〜３０Ｗ、　１３．５６ＭＨ２，
２００〜３０００を用いた。この出力、周波数はさらに
装置によって最適化させることが好ましい）法またはジ
ボランを用いた。４００±５０’ＯＫおけるＬＰＯＶＤ
法を用いてもよい。
裏面電極は９００〜１３００大好ましくは１０５０λの
よい）を主成分とする金属を真空蒸層法にょ多形成した
。
かくすることにょシ、Ｐ層は光学的Ｋｇを２ｅＶ以上有
する広いエネルギバンド巾（（？？　１０’（ｆＬｃ　
ｍ）　）を有し、また１層は１．７〜１．８ｅＶを有し
、このＰ工接合をヘテロ接合とせしめることができた。
さらＫＮ層はマイクロクリスタルまたは多結晶構造（（
７’＝ｌＯ°〜：Ｌ　Ｏ’　（Ａｃ　ｍ５’　）とした
。
さらに１層（４）は珪素を主成分とし、この中に２〜２
０原子チの水素を再結合中心中和用ｖｃ添加したもので
ある。この１層をＳｉＦまたはＳｉＨ吉ＳｉＦとの混合
気体をまえ珪化物気体として用いると、さらにフッ素を
０．１〜５原子チ添加することが可能である。
さらにここにジボランを用いた。ここでは珪化物気体と
して１００％の濃度のモノシランを２０ｃＯＺ分加え、
さらにシボ２ンを２０ＰＰＭ　（水屋希釈）トシ、と（
７）シホ、ｙンヲ０．０１５〜５ＰＰＭ即ち０．０５０
０１ｏ） 乃ト５ＣＣ／分をＰＩ接合界面近傍の工層中に添加した
０例えば１　ｃ　ｃ／９の濃度で加えた。この場合はＩ
　ＰＰＭ　　（Ｂ工Ｈ７８１Ｈ＜、　；２０　Ｘ　Ｎ　
Ｏ−’　　Ｘ’Ｌ　　（Ｑ　Ｏ／Ｇ）／２０００）とな
る。さらにこのシボ２ンの濃度を直線的に減少させてい
った。ＩＰＰＭ添加した°鴨合、形成された珪素中のホ
ウ素の量をカメカ社製の工ＭＡ（イオン・マイクロ・ア
ナライザー）Ｋて測定したところ、サンプルによシばら
つきを有し、２〜５　Ｘ　１０”ａｍ’例えば約３ＸＩ
Ｏ″ｏゴ２になっていた。
り千 第２図（Ｂ）は第１図（Ａ）での工層中のホウ素の）雫
を示したものである。
第２図０３）において、曲線α→は工層中のホウ素の不
純物濃度を示し、さらにそれに対応してＢ、ＶＢ２町を
ＰＰＭ単位で示したものである。
さらに第２図（Ｂ）において、α１はＰ層でのホウ素の
量を示し、αυはＮ層でのリンの７ＩＡ度を示している
０ さらにこの第２図（０）は従来例のエネルギバンド図と
きわめて異なったものである。
第２図（０）において、第１７７）ＯＴＦ（２）、Ｐ層
（３）、工層（４）、Ｎ層（５）、裏面電極の第２のＯ
Ｔ　Ｆ（６）、反射用電極（６）よシなっている。図面
において明らかなように、ＰＮ接合の空乏層（５ｒ＝）
とＮ工接合による空乏層（５））は１層（４）内で連続
しておシ、第１図の平坦なエネルギバンドを有する領域
（５６）が中央部に存在していないことがわかる。この
ため光照射によυ発生しｉｉ子（６７）ホール（６日）
は’Ｙ？ｍＫＮ層（５）、ｐ［（３）　Ｋそれぞれ内部
ＩＬ界（このバンドのこうぽいに対応する）Ｋ従ってド
リフトするドリフト電界が形成されていることがわかる
。
即ち本究明は従来例に示される如く、単にホウ素を１層
がＮ化したのを中和するという意味のみではなく、さら
に加えてドリフト電界ｉ界を有効に発生させることを目
的としている。
第３図は本発明によって得られた１つのＰ工Ｎ接合を有
するｐｖｏの特性を示す。
第３図において白樺（５日）は参考までに第１図の構造
の従来例の特性である。さらに本発明４ｊｔ造において
は曲線（５９）が得られている０ＰＶＯとしての特性は
以下の通りであった。
従来例　　　　　本発明 開放電圧（ＷｏＣ）■　　　　　０．８９　　　　０．
９２／６．Ｏ 短絡電流αｓ　ｃ）　（ｍＡ７ａｍ’″）　　　シかＦ
母　　　　ヤ番？七ｚ 曲線因子（１旗　　　　　　　６Ｖ　　　　　　−に￥
１７ 変換効率σ）（つ　　　　　　　１１り鴎　　　　１￥
時上記特性は３．５ｍｍＸ３ａｍの面積（１，０５ｃｍ
’　）　においてＡＭＩ　（１００ｍＷ１０ｎ’）を照
射した時の値である０ このことよ）明らかなように、本発明のドリフト型のｐ
ｖｏは変換効率において３．５チもの差を有して高い値
とすることができるという特徴を有していることがわか
った。
さらに第４図はＰ１頁に関するイｉ順性テストの結果で
ある。即ち第３図のＰＶＯＫ対しＡＭＩ−の光を照射し
つづけたところ、従来例（′ζおいてはｊＪ＜１．射時
間１０時間において１５チも効率が減少してしまい１０
０時間では２０％近く減少してしまっている。
これは第１図（０）におけるＰ工接合での空乏Ｊ＠（５
５）がその接合界面でよシその界面強度が急しゅんであ
るため、結果としてＰ工ＥＫよシこのを芝屑の巾が薄く
なシ平坦領域（５りがますます広がってしまったことに
よる。
しかし第５図において本発明における曲線（６：０が得
られ、初期（−１０時間）において効率は逆に弱干大き
くなり、さらにその徒歩しずつ減少してゆくことが判明
し、加えて１０００時間をへても初変換の±１０チの範
囲に入り、これまでシリコン等の非単結晶中導体を用い
７′ｃＰＶｏは太陽光に照射できない太陽電池といわれ
ていたが、この問題を一気に解決することができるとい
う他の特徴を有していることが判明した。
第５図に示したプロファイルは第２図（Ｂ）の変形であ
る。即ち第５図体）は１層中のホウ素の量を第２図と同
様に１層の形成の除Ｂ、ｈ／ｅ　Ｉ　Ｋ、の濃度をＦ、
１（的に減少させて被膜形成をＰＯＶＤまたはＬＰＯＶ
Ｄ法を行なって作製したものであり、これは効−率が０
．５％程度低くなるがその他は概略同一の結果を得るこ
とができた。
第６図（Ｂ）はＮ層近傍においてさらに開放電圧を高め
るため、Ｎ層中へのホウ素の混入をｌ　Ｏ”　ｃ　ｍＪ
以下とするため、Ｐ工接合よｐ　４０００＾近ｉ＋ホウ
素を添加し、残シの１０００２程度を特にホウ素の添加
を中止したものである。開放電圧はさらに０、　ＯＩＶ
高めることができた。変換効率はばらつきの９ｉ　１ｆ
ｌマ・第２図（Ｂ）の分布と同じであった。
以上の第６図の実質的に直線の分布を有せしめる本発明
においても、第１図（Ｂ）の分布とは異なっていること
がわかる。さらＫＰ工接合近傍でのホウ素の不純物濃度
を２Ｘ１０　ａｍ以上とすると、このｐ工接合近傍で十
分低い空乏層ができず、逆に効率が０．５〜２チも減少
してしまった。ま７’ＣＣｌＸ１Ｏａ以下においても、
十分なドリフトが期待できなかった。
Ｃ実施例におい、は１層中。す、責よＵ’３１ＫｍＶｃ
１／１０〜１／１００Ｋすることによシ、ホウ素の添加
必要量を２Ｘ１０　ｃｍよりさらに１１５程度に下げる
ことは可能である。
以上においては、１つのＰ工Ｎ接合を有せしめたＰＶＯ
を示した。しかしこれをｒ工ＮＰ工Ｎ・・・・Ｐ工Ｎと
しそれらの少なくとも１つの工層ニ対し本発明を適用す
ることは同様に可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の光電変換装置のたて断面図である。不純
物濃度分布、エネルギバンド図を示す。 第２図は本発明の光電変換装置のたて断面図、不純物濃
度分布、エネルギバンド図を示す。 第３図、第４図は本発明および従来例の光電変換装置の
特性を示す。 第５図は本発明の他の不純物濃度の分布を示す。 特許出願人 ｘｔ、ｔｔの （Ｃ） 茗２゜ 特開昭５９−１１５５７５（６）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、透光性基板上に設けられた透光性導電膜よシなる第
    １の電極と、該電極上のＰ型半導体層と工型半導体層と
    Ｎ型半導体層とによりＰＩＮ接合を少なくとも１つ有す
    る非単結晶半導体層と、該半導体層上の第２の電極を有
    する光電変換装置において、水素またはハロゲン元素が
    添加された珪素を主成分とする前記工型半導体は、ホウ
    素が前記Ｐ型半導体層との界面側には２×１０〜２Ｘ１
    ０　　ｃｍの尚濃度にさらに前記Ｎ型半導体層との界面
    側には低濃度に５１：たは非添加状態に、その濃度を連
    続的にこうはいを有したことを特徴とする光電変換装置
    。 ２、特許請求の範囲第１項において、工型半導体中のホ
    ウ素濃度はＮ工接合面側／　Ｐ工接合面側≦１１５の濃
    度差を有し、かつ連続的な濃度こうばいは直線的または
    概略直線的に変化せしめたことを特徴とする光電変換装
    置。
JP57228159A 1982-12-23 1982-12-23 光電変換装置 Expired - Lifetime JPH065765B2 (ja)

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