JPS59130483A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
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- JPS59130483A JPS59130483A JP57225974A JP22597482A JPS59130483A JP S59130483 A JPS59130483 A JP S59130483A JP 57225974 A JP57225974 A JP 57225974A JP 22597482 A JP22597482 A JP 22597482A JP S59130483 A JPS59130483 A JP S59130483A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
- H01L31/1055—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type the devices comprising amorphous materials of Group IV of the Periodic Table
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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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】
技術分野
本発明は、太陽光線等の光エネルギを電気に変換する太
陽電池に関するものであって、更に詳細には、基本的に
ＰＩＮ構造を有する太陽電池に関するものである。
陽電池に関するものであって、更に詳細には、基本的に
ＰＩＮ構造を有する太陽電池に関するものである。
従来技術
太陽光等の光エネルギを直接電気エネルギに変換するこ
とが可能な太陽電池は、Ｓｅや８１等の半導体材料を使
用して構成することが可能であるが、特に資源面及び公
害面の点からシリコンを素材とした太陽電池が有利であ
り、現在最も広く使用されている。シリコンを使用した
太陽電池としては、シリコンの結晶状態によって、単結
晶、多結晶、アモルファス等に類別されるが、例えば単
結晶シリコンを用いて太陽電池を構成する場合には、そ
の大きさが制限されることとか、製造方法が高価である
等の理由により、現在アモルファスシリコンを使用して
太陽電池を製造する技術が各所で開発されている。
とが可能な太陽電池は、Ｓｅや８１等の半導体材料を使
用して構成することが可能であるが、特に資源面及び公
害面の点からシリコンを素材とした太陽電池が有利であ
り、現在最も広く使用されている。シリコンを使用した
太陽電池としては、シリコンの結晶状態によって、単結
晶、多結晶、アモルファス等に類別されるが、例えば単
結晶シリコンを用いて太陽電池を構成する場合には、そ
の大きさが制限されることとか、製造方法が高価である
等の理由により、現在アモルファスシリコンを使用して
太陽電池を製造する技術が各所で開発されている。
この様なアモルファスシリコンを使用した太陽電池に於
いては、種々の素子構造が存在するが、その中でショッ
トキー型とＰＩＮ型とが主流を占めており、特に最近は
ＰＩＮ型のものに関して種々の研究が成されている。ア
モルファスシリコンを使用して太陽電池を製造する場合
には、低価格化が可能であること及び大面積のものを製
造することが比較的容易であること等の特徴を有するも
のであるが、現在のところ依然としてその変換効率は余
り高いものとは言えず、種々の観点から変換効率を増加
する試みが成されている。例えば、１９７６年にＲＣＡ
研究所で発表されたＰＩＮ型のアモルファスシリコン太
陽電池は、２．４％の変換効率を有するものであり、そ
の後１９８１年に成人で発表されたＰＩＮ型のアモルフ
ァスシリコン太陽電池は７．５５％の変換効率を有する
ものであった。
いては、種々の素子構造が存在するが、その中でショッ
トキー型とＰＩＮ型とが主流を占めており、特に最近は
ＰＩＮ型のものに関して種々の研究が成されている。ア
モルファスシリコンを使用して太陽電池を製造する場合
には、低価格化が可能であること及び大面積のものを製
造することが比較的容易であること等の特徴を有するも
のであるが、現在のところ依然としてその変換効率は余
り高いものとは言えず、種々の観点から変換効率を増加
する試みが成されている。例えば、１９７６年にＲＣＡ
研究所で発表されたＰＩＮ型のアモルファスシリコン太
陽電池は、２．４％の変換効率を有するものであり、そ
の後１９８１年に成人で発表されたＰＩＮ型のアモルフ
ァスシリコン太陽電池は７．５５％の変換効率を有する
ものであった。
−当時から、アモルファスシリコンを使用した薄膜太陽
電池に於いて艇変換効率が７％を越した場合には、実用
化が可能であるということが言われており、つい最近に
ＲＣＡ研究所から発表されたものに於いては、実験段階
ではあるが１０％をこえる変換効率のものに成功したと
の報告がなされている。
電池に於いて艇変換効率が７％を越した場合には、実用
化が可能であるということが言われており、つい最近に
ＲＣＡ研究所から発表されたものに於いては、実験段階
ではあるが１０％をこえる変換効率のものに成功したと
の報告がなされている。
目 的
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、変換
効率を著しく向上させることが可能な新規な構成を右す
る太陽電池を提供することを特徴とする特に、ＰＩＮ構
造を有し、アモルファスシリコンで構成した太陽電池で
あって、従来技術と比較して著しく変換効率を向上させ
ることが可能な薄膜太陽電池を提供することを目的とす
る。
効率を著しく向上させることが可能な新規な構成を右す
る太陽電池を提供することを特徴とする特に、ＰＩＮ構
造を有し、アモルファスシリコンで構成した太陽電池で
あって、従来技術と比較して著しく変換効率を向上させ
ることが可能な薄膜太陽電池を提供することを目的とす
る。
構 成
本発明は、基本的にＰ導電型層と真性半導体層とＮ導電
型層とを有するＰＩＮ構造を有する太陽電池に於いて、
夫々の層に於ける移動度ギャップエネルギを所定の条件
に合致する如く設定することを特徴とするものである。
型層とを有するＰＩＮ構造を有する太陽電池に於いて、
夫々の層に於ける移動度ギャップエネルギを所定の条件
に合致する如く設定することを特徴とするものである。
即ち、Ｐ Ｉ ＮＷ造を有する太陽電池に於いては、従
来裏側の層（即ち、窓側の層とは反対側の層〉の移動度
ギャップエネルギは比較的小さい値であるが、中間の真
性半導体層の移動度ギャップエネルギと同程度の値に設
定されていた。本発明に於いては、この様な従来の方法
と全く観点を異にし、Ｐ■Ｎ構造の太陽電池に於いて、
裏側の層の移動度ギャップエネルギを中間の真性半導体
層の移動度ギャップエネルギよりも大きな値に設定する
ことによって、開放端電圧を増加させ、その結果光エネ
ルギー電気エネルギの変換効率の向上を得ようとするも
のである。
来裏側の層（即ち、窓側の層とは反対側の層〉の移動度
ギャップエネルギは比較的小さい値であるが、中間の真
性半導体層の移動度ギャップエネルギと同程度の値に設
定されていた。本発明に於いては、この様な従来の方法
と全く観点を異にし、Ｐ■Ｎ構造の太陽電池に於いて、
裏側の層の移動度ギャップエネルギを中間の真性半導体
層の移動度ギャップエネルギよりも大きな値に設定する
ことによって、開放端電圧を増加させ、その結果光エネ
ルギー電気エネルギの変換効率の向上を得ようとするも
のである。
従って、本発明太陽電池は種々の物質を使用して構成可
能なものではあるが、特にアモルファス半導体を使用し
て構成した場合には、その効果は特に顕著なものとなる
。アモルファス半導体は、一般的に、移動度が結晶質の
物質と比較して著しく小さく、その物理的性質もあまり
解明されてはいないが、アモルファスシリコン系の半導
体を太、陽電池へ応用する場合には以下に示す如き特徴
をあげることが可能である。
能なものではあるが、特にアモルファス半導体を使用し
て構成した場合には、その効果は特に顕著なものとなる
。アモルファス半導体は、一般的に、移動度が結晶質の
物質と比較して著しく小さく、その物理的性質もあまり
解明されてはいないが、アモルファスシリコン系の半導
体を太、陽電池へ応用する場合には以下に示す如き特徴
をあげることが可能である。
（ａ ＞グロー放電法で製造したアモルファスシリコン
（ａ−３ｉ：Ｈ２）は、１．５乃至１．９８■程度の都
合の良い光学ギャップを有しており、又水素の量を変化
させたり、３ｉと他の元素＜Ｎ、０．ＦやＣ，Ｇｅ 、
Ｓｎ等）の合金化によって光学ギャップを制御するこ
とが可能である。
（ａ−３ｉ：Ｈ２）は、１．５乃至１．９８■程度の都
合の良い光学ギャップを有しており、又水素の量を変化
させたり、３ｉと他の元素＜Ｎ、０．ＦやＣ，Ｇｅ 、
Ｓｎ等）の合金化によって光学ギャップを制御するこ
とが可能である。
（ｂ）長距離秩序が無くなった為に、光学ギヤツプ近辺
で光学吸収係数γが極めて大きく、太陽光を吸収するの
に１ｐｍ程度以下の薄膜とすることが可能である。従っ
て、少ない材料で製造することが可能であり、このこと
が電°気的性質の弱点をカバーすることが可能である。
で光学吸収係数γが極めて大きく、太陽光を吸収するの
に１ｐｍ程度以下の薄膜とすることが可能である。従っ
て、少ない材料で製造することが可能であり、このこと
が電°気的性質の弱点をカバーすることが可能である。
、（’Ｃ）薄膜中に水素が存在することによって欠陥密
度が小さい為に、ＰやＢ等がドーパントとして作用する
ことが可能であり、それによってフェルミ単位を変化さ
せることが可能であり、又光学ギャップが大きいのにも
拘わらず良好なオーム接触を形成することが可能である
。
度が小さい為に、ＰやＢ等がドーパントとして作用する
ことが可能であり、それによってフェルミ単位を変化さ
せることが可能であり、又光学ギャップが大きいのにも
拘わらず良好なオーム接触を形成することが可能である
。
（ｄ ）単結晶膜の場合と異なり、種々の基板の上に任
意の形態で任意の大きさの薄膜を形成することが可能で
ある。
意の形態で任意の大きさの薄膜を形成することが可能で
ある。
（ｅ ）太陽電池の低価格化や大面積化が可能である。
アモルファスシリコンを製造するには、グロー放電法、
スパッタ法、イオンブレーティング法等を適用すること
が可能であるが、太陽電池として使用する為の特性の良
好なアモルファスシリコン薄膜を製造するには、現在の
ところ、グロー放電法が最適である。グロー放電法には
、直流を使用するものと高周波を使用するものとがあり
、高周波を使用するものには容量結合型と誘導結合型と
がある。
スパッタ法、イオンブレーティング法等を適用すること
が可能であるが、太陽電池として使用する為の特性の良
好なアモルファスシリコン薄膜を製造するには、現在の
ところ、グロー放電法が最適である。グロー放電法には
、直流を使用するものと高周波を使用するものとがあり
、高周波を使用するものには容量結合型と誘導結合型と
がある。
以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。前述した如く、本発明はアモ
ルファスシリコンにのみ限定されるべきものではないが
、以下の説明に於いてはアモルファスシリコンを使用し
た場合の実施例について説明する。第１図は、ＰＩＮ構
造を基本構成とした太陽電池の１実施例を、示したもの
である。図示した如く、支持体としてのガラス基板１の
上に透明電極２が被着形成されている。透明電極２の上
にはアモルファスシリコンをＰ導電型不純物でドープし
たＰ導電型層３が被着形成されており、更にその上には
ドープせずにアモルファスシリコンのみで形成した真性
半導体層４が被着形成されている。真性半導体層４の上
には、アモルファスシリコンをＮ導電型不純物でドープ
したＮ導電型層・５が被着形成されており、更にその上
には裏面電極として金属電極６が被着形成されている。
について詳細に説明する。前述した如く、本発明はアモ
ルファスシリコンにのみ限定されるべきものではないが
、以下の説明に於いてはアモルファスシリコンを使用し
た場合の実施例について説明する。第１図は、ＰＩＮ構
造を基本構成とした太陽電池の１実施例を、示したもの
である。図示した如く、支持体としてのガラス基板１の
上に透明電極２が被着形成されている。透明電極２の上
にはアモルファスシリコンをＰ導電型不純物でドープし
たＰ導電型層３が被着形成されており、更にその上には
ドープせずにアモルファスシリコンのみで形成した真性
半導体層４が被着形成されている。真性半導体層４の上
には、アモルファスシリコンをＮ導電型不純物でドープ
したＮ導電型層・５が被着形成されており、更にその上
には裏面電極として金属電極６が被着形成されている。
以上の如く、Ｐ導電型層３と、真性半導体層４とＮ導電
型層５とで、所謂ＰＩＮ構造を形成しており、第１図に
示した如く、ガラス基板１及びＩＴＯ透明電極２の側か
ら太陽光等の光エネルギｈνを照射させることにより、
ＰＩＮ構造に於いて起電力が発生し、電極２と電極６と
の間に於いて電流乃至は電圧を取出すことが可能である
。
型層５とで、所謂ＰＩＮ構造を形成しており、第１図に
示した如く、ガラス基板１及びＩＴＯ透明電極２の側か
ら太陽光等の光エネルギｈνを照射させることにより、
ＰＩＮ構造に於いて起電力が発生し、電極２と電極６と
の間に於いて電流乃至は電圧を取出すことが可能である
。
第１図に示した如き構成を有する太陽電池をアモルファ
スシリコンで構成する場合の１例について説明する。通
常、アモルファス半導体に於いては、ボイドやダングリ
ングボンドが多い為に、母体元素と価電子数の異なる不
純物を添加したとしても、導電型を制御することは困難
で殆ど真性半導体と同じ様な特性を示してしまう。しか
しながら、グロー放電法でＳｉＨ４ガスを分解して製造
したアモルファスシリコンに於いては、ボイドやダング
リングボンドが極めて少ないので、所定の導電型を有す
る不純物を添加することにより、Ｎ型乃至はＰ型に制御
することが可能であり、従って太陽電池材料として使用
することが可能である。
スシリコンで構成する場合の１例について説明する。通
常、アモルファス半導体に於いては、ボイドやダングリ
ングボンドが多い為に、母体元素と価電子数の異なる不
純物を添加したとしても、導電型を制御することは困難
で殆ど真性半導体と同じ様な特性を示してしまう。しか
しながら、グロー放電法でＳｉＨ４ガスを分解して製造
したアモルファスシリコンに於いては、ボイドやダング
リングボンドが極めて少ないので、所定の導電型を有す
る不純物を添加することにより、Ｎ型乃至はＰ型に制御
することが可能であり、従って太陽電池材料として使用
することが可能である。
第１図に示した装置を製造する１方法としては、ＩＴＯ
透明電極２を被着形成したガラス基板１を低真空状態と
した反応空白に設置し、基板温度を約３００℃に設定し
、先ずＳｉＨ４に不純物ガスとしてＢ２ Ｈｓを混入し
た材料ガスを導入させてプラズマ反応を起させ、Ｐ型不
純物を導入させたアモルファスシリコンによってＰ導電
型層３を約１０、ＯＡの厚さに成長形成させる。次いで
、５ｉｔ−１４のみでプラズマ反応を−起こさせ、アモ
ルファスシリコンのみによって真性半導体層４を約５
、０００人の厚さに成長形成させる。次いで、５ｉ）（
４にＰＨ３を混入させた材料ガスを導入してプラズマ反
応を起こさせ、Ｎ導電型不純物をアモルファスシリコン
に導入したＮ導電型層５を約３００人の厚さに成長形成
させる。その後に、アルミニウム等の所望の金属を蒸着
させて金属電極６を形成する。
透明電極２を被着形成したガラス基板１を低真空状態と
した反応空白に設置し、基板温度を約３００℃に設定し
、先ずＳｉＨ４に不純物ガスとしてＢ２ Ｈｓを混入し
た材料ガスを導入させてプラズマ反応を起させ、Ｐ型不
純物を導入させたアモルファスシリコンによってＰ導電
型層３を約１０、ＯＡの厚さに成長形成させる。次いで
、５ｉｔ−１４のみでプラズマ反応を−起こさせ、アモ
ルファスシリコンのみによって真性半導体層４を約５
、０００人の厚さに成長形成させる。次いで、５ｉ）（
４にＰＨ３を混入させた材料ガスを導入してプラズマ反
応を起こさせ、Ｎ導電型不純物をアモルファスシリコン
に導入したＮ導電型層５を約３００人の厚さに成長形成
させる。その後に、アルミニウム等の所望の金属を蒸着
させて金属電極６を形成する。
以上の如く、アモルファスシリコンを使用して太陽電池
を製造する場合には、単に不純物ガスを切換えるだけで
ＰＩＮ構造を構成することが可能であり、連続的に製造
を行なうことが可能であるというメリットを有している
。更に、基板温度が比較的低い温度であり、制御上の問
題が存在することはない。又、各々の薄膜の膜厚は比較
的薄いものであるから、多大の材料を必要とすることも
ない。
を製造する場合には、単に不純物ガスを切換えるだけで
ＰＩＮ構造を構成することが可能であり、連続的に製造
を行なうことが可能であるというメリットを有している
。更に、基板温度が比較的低い温度であり、制御上の問
題が存在することはない。又、各々の薄膜の膜厚は比較
的薄いものであるから、多大の材料を必要とすることも
ない。
第２図は第１図に示したＰＩＮ構造を有する太陽電池の
エネルギバンド構造を示したバンドモデル図である。第
２図に示した如く、一般に、太陽電池に於いては、接合
による拡散電場の存在する幅Ｗと、少数キャリア（ホー
ル）の拡散長りとを加えた領域で有効に光電変換が行な
われる。即ち、透明電極２を通過してＰＩＮ構造内に導
入された光エネルギｈνは真性半導体層４内で光吸収さ
れ、電子−ホール対が形成され電流乃至は電圧として取
出される。この場合に、光電変換効率を上昇させるには
、拡散電場Ｗ及び少数キャリア拡散長しを有効に利用す
ることが必要となる。その為に、従来技術に於いては、
導入された光エネルギがＰ導電型層３に於いては吸収さ
れずに真性半導体層４内へ導入されることを確保する為
に、Ｐ導電型層３に於ける移動度ギャップエネルギを真
性半導体層４に於けるよりも高い値に設定して、Ｐ導電
型層３に゛′窓効果″を持たせている。即ち、従来のＰ
ｕ１ｌ！！！成に於いては、Ｐｓ導電型層の移動度ギャ
ップエネルギは約２．ＯｅＶに設定し、真性半導体層４
の移動度ギャップエネルギを１．６乃至１．８ ｅＶの
値に設定している。そして、入射光に対しては裏側のＮ
導電型層５の移動度ギャップエネルギも真性半導体層４
の移動度ギャップエネルギと略同じ１．６乃至ｉ、ａ
ｅｖの値に設定している。
エネルギバンド構造を示したバンドモデル図である。第
２図に示した如く、一般に、太陽電池に於いては、接合
による拡散電場の存在する幅Ｗと、少数キャリア（ホー
ル）の拡散長りとを加えた領域で有効に光電変換が行な
われる。即ち、透明電極２を通過してＰＩＮ構造内に導
入された光エネルギｈνは真性半導体層４内で光吸収さ
れ、電子−ホール対が形成され電流乃至は電圧として取
出される。この場合に、光電変換効率を上昇させるには
、拡散電場Ｗ及び少数キャリア拡散長しを有効に利用す
ることが必要となる。その為に、従来技術に於いては、
導入された光エネルギがＰ導電型層３に於いては吸収さ
れずに真性半導体層４内へ導入されることを確保する為
に、Ｐ導電型層３に於ける移動度ギャップエネルギを真
性半導体層４に於けるよりも高い値に設定して、Ｐ導電
型層３に゛′窓効果″を持たせている。即ち、従来のＰ
ｕ１ｌ！！！成に於いては、Ｐｓ導電型層の移動度ギャ
ップエネルギは約２．ＯｅＶに設定し、真性半導体層４
の移動度ギャップエネルギを１．６乃至１．８ ｅＶの
値に設定している。そして、入射光に対しては裏側のＮ
導電型層５の移動度ギャップエネルギも真性半導体層４
の移動度ギャップエネルギと略同じ１．６乃至ｉ、ａ
ｅｖの値に設定している。
本発明に於いては、この裏側に位置したＮ導電型層５の
移動度ギャップエネルギを真性半導体層４の移動度ギャ
ップエネルギよりも大きな値、例えば１．８乃至２．０
ｅ■の高い値に設定することを特徴とするものである。
移動度ギャップエネルギを真性半導体層４の移動度ギャ
ップエネルギよりも大きな値、例えば１．８乃至２．０
ｅ■の高い値に設定することを特徴とするものである。
この点について第２図のバンドモデル図を参考に以下詳
細に説明する。
細に説明する。
太陽電池から取出す電力を大きくする為には、開放端電
圧Ｖｏｃ（外部゛に電流を流さない場合の電圧ン、及び
短絡電流Ｊｓｃ （負荷抵抗がゼロの場合の電流ンを
大きくすることがまず要求される。
圧Ｖｏｃ（外部゛に電流を流さない場合の電圧ン、及び
短絡電流Ｊｓｃ （負荷抵抗がゼロの場合の電流ンを
大きくすることがまず要求される。
ここで１本発明に於いては、特に開放端電圧を増大させ
ることによって太陽電池の電力を増加させ、従って太陽
電池の変換効率を向上させることを意図するものである
。即ち、開放端電圧Ｖｏｃを増加させる為には、第２図
に示した如く、電子及びホールの各々に対するごルトイ
ン（ｂυｆｉｔ −１ｎ）電圧Ｖｏε、Ｖｏ＋を大きく
することが必要である。ここで、第２図のバンドモデル
図を参考に電子及びホールに対するビルトイン電圧ＶＤ
Ｅ及びＶＤＨに対して次式の如き関係を導くことが可能
である。
ることによって太陽電池の電力を増加させ、従って太陽
電池の変換効率を向上させることを意図するものである
。即ち、開放端電圧Ｖｏｃを増加させる為には、第２図
に示した如く、電子及びホールの各々に対するごルトイ
ン（ｂυｆｉｔ −１ｎ）電圧Ｖｏε、Ｖｏ＋を大きく
することが必要である。ここで、第２図のバンドモデル
図を参考に電子及びホールに対するビルトイン電圧ＶＤ
Ｅ及びＶＤＨに対して次式の如き関係を導くことが可能
である。
電子（伝導帯側）に対して、
ＶＣＩＥ ＝ ＥＧＰ−（ＥＦ−ＥＰＶ）−（ＥＮ
Ｃ−ＥＦ） （１）ホール（価電子帯側）
に対して、 ＶＤＨ＝ ＥＧＮ−（ＥＮＣ−Ｅ＝）−（ＥＦ−Ｅｐ
） （２） 但し、 Ｅｃｐ’：Ｐ層の移動度ギャップエネルギＥＧＮ：Ｎ層
の移動度ギャップエネルギＥｐｖ：Ｐ層のｔｆｌ’ｉＨ
子帯の移動度端エネルギＥｘｃ：、Ｎ層の伝導帯の移動
度端エネルギＥＦ ：フエルミエネルギ単位 上式（１）、（２）がら明らがな如く、電子及びボール
に対してのビルトイン電圧を増加させる為には、以下の
如き手段をとることが考えられる。
Ｃ−ＥＦ） （１）ホール（価電子帯側）
に対して、 ＶＤＨ＝ ＥＧＮ−（ＥＮＣ−Ｅ＝）−（ＥＦ−Ｅｐ
） （２） 但し、 Ｅｃｐ’：Ｐ層の移動度ギャップエネルギＥＧＮ：Ｎ層
の移動度ギャップエネルギＥｐｖ：Ｐ層のｔｆｌ’ｉＨ
子帯の移動度端エネルギＥｘｃ：、Ｎ層の伝導帯の移動
度端エネルギＥＦ ：フエルミエネルギ単位 上式（１）、（２）がら明らがな如く、電子及びボール
に対してのビルトイン電圧を増加させる為には、以下の
如き手段をとることが考えられる。
（Ｉ）Ｐ導電型層３の移動度ギャップエネルギＥｅｐ・
を大きくする。
を大きくする。
（Ｉｆ）Ｎ導電型層５のフェルミエネルギ単位を伝導帯
側に近付ける。
側に近付ける。
（Ｉ［［）Ｎ導電型、層５の移動度ギャップエネルギＥ
（、Ｎを大きくする。
（、Ｎを大きくする。
（ｒＶ）Ｐ導電型層３でのフェルミエネルギ単位を価電
子帯側に近付ける。
子帯側に近付ける。
本発明は、以上の考察から明らかな如く、裏側のドープ
した半導体層５（本実施例に於いてはＮ導電型層）の移
動度ギャップエネルギを大きくすることによって、ビル
トイン電圧を増加させ、延では太陽電池の変換効率を向
上させることを意図したものである。即ち、本発明に於
いては、裏側のドープした半導体層にもパ窓効果″を持
たせることにより、光吸収のロスを減少させ、且つ直列
抵抗の許す範囲内に於いてその膜厚を大きくすることを
可能とするものである。この様に、Ｎ導電型層５の膜厚
を比較的大きな値に設定することにより製造過程中に於
ける金属電極６と真性半導体層４とのショートの発生を
防止することが可能となる。
した半導体層５（本実施例に於いてはＮ導電型層）の移
動度ギャップエネルギを大きくすることによって、ビル
トイン電圧を増加させ、延では太陽電池の変換効率を向
上させることを意図したものである。即ち、本発明に於
いては、裏側のドープした半導体層にもパ窓効果″を持
たせることにより、光吸収のロスを減少させ、且つ直列
抵抗の許す範囲内に於いてその膜厚を大きくすることを
可能とするものである。この様に、Ｎ導電型層５の膜厚
を比較的大きな値に設定することにより製造過程中に於
ける金属電極６と真性半導体層４とのショートの発生を
防止することが可能となる。
第１図に示した実施例に於いてＮ導電型層５を形成する
物質としては、例えばＳｉ ｘ Ｃ＋ −ｘ ： Ｈ。
物質としては、例えばＳｉ ｘ Ｃ＋ −ｘ ： Ｈ。
Ｂｘ Ｎ＋−ｘ ： Ｈ，Ｓｉ ｘ Ｎ＋−ｘ ： Ｈ
等が挙げられる。１だ、Ｎ導電型層５をＮ型にドープす
る不純物としては、Ｖ族若しくは■族の元素例えばＰ。
等が挙げられる。１だ、Ｎ導電型層５をＮ型にドープす
る不純物としては、Ｖ族若しくは■族の元素例えばＰ。
ＡＳ 、 ３ｂ 、若しくは○、Ｓ、Ｓｅ 、Ｔｅ等を
使用することが可能である。
使用することが可能である。
以上の如く、本発明によれば、Ｎ導電型層５の移動度ギ
ャップエネルギＥＧＮを大きくすることによってこの箇
所に於けるロスを減少させると共に開放端電圧を増加さ
せるものであるが、前述した如く拡散電場Ｗ及び少数キ
ャリア拡散長しに於ける光の有効利用を更に向上させる
為には、裏側電極を形成する金属電極６の接合表面６ａ
の反射率を向上させ、反射ｆｆ１６ａによって反射した
光を再度利用する構成とすると良い。尚、真性半導体層
４の移動度ギャップエネルギは、通常１．６乃至１．８
ｅｖの範囲のものであるから、Ｎ導電型層５の移動度ギ
ャップエネルギを約１．８ ｅＶ以上の値に設定するこ
とが好適である。更に、前述した式（１）、（２）から
明らかな如く、Ｐ導電型層３のフェルミエネルギ準位を
価電子帯に近付けることによってもビルトイン電圧を増
加させることが可能であるが、アモルファス半導体を使
用した場合には、アモルファス物質のエネルギバンドに
於いて、移動度ギャップ中の局在単位密度を極力減少す
ることが必要である。この為には、Ｐｓ導電型層の物質
としてはアモルファスというよりは寧ろ微結晶若しくは
多結晶構造とすることが有効であると考えられる。又、
別の方法としては、アモルファス物質を使用し、薄膜の
製造条件を最適化すること等によって局在単位密度を減
少させることも可能である。Ｐ導電型層３に於けるフェ
ルミレベルと価電子帯の移動度端のエネルギ差としては
約０．３８Ｖ以下であることが望ましい。
ャップエネルギＥＧＮを大きくすることによってこの箇
所に於けるロスを減少させると共に開放端電圧を増加さ
せるものであるが、前述した如く拡散電場Ｗ及び少数キ
ャリア拡散長しに於ける光の有効利用を更に向上させる
為には、裏側電極を形成する金属電極６の接合表面６ａ
の反射率を向上させ、反射ｆｆ１６ａによって反射した
光を再度利用する構成とすると良い。尚、真性半導体層
４の移動度ギャップエネルギは、通常１．６乃至１．８
ｅｖの範囲のものであるから、Ｎ導電型層５の移動度ギ
ャップエネルギを約１．８ ｅＶ以上の値に設定するこ
とが好適である。更に、前述した式（１）、（２）から
明らかな如く、Ｐ導電型層３のフェルミエネルギ準位を
価電子帯に近付けることによってもビルトイン電圧を増
加させることが可能であるが、アモルファス半導体を使
用した場合には、アモルファス物質のエネルギバンドに
於いて、移動度ギャップ中の局在単位密度を極力減少す
ることが必要である。この為には、Ｐｓ導電型層の物質
としてはアモルファスというよりは寧ろ微結晶若しくは
多結晶構造とすることが有効であると考えられる。又、
別の方法としては、アモルファス物質を使用し、薄膜の
製造条件を最適化すること等によって局在単位密度を減
少させることも可能である。Ｐ導電型層３に於けるフェ
ルミレベルと価電子帯の移動度端のエネルギ差としては
約０．３８Ｖ以下であることが望ましい。
以上の説明に於いては、ＰＩＮ構造を有する実施例につ
いてのみ説明を行なったが、本発明は同様にＮＩＰ構造
のものにも適用可能であることは勿論である。
いてのみ説明を行なったが、本発明は同様にＮＩＰ構造
のものにも適用可能であることは勿論である。
効 果
以上の説明から明らかな如く、本発明によれば、簡単な
構成で以って太陽電池の開放端電圧を増加させることが
可能であり、従って光電変換効率を著しく改善すること
が可能なものである。又、本発明太陽電池は、アモルフ
ァス半導体、特にアモルファスシリコンを使用して製造
することが可能であり、且つ本発明構成は、基本的には
、従来の製造方法に基づいて構成することが可能なもの
であって、その実用的価値が高いものである。
構成で以って太陽電池の開放端電圧を増加させることが
可能であり、従って光電変換効率を著しく改善すること
が可能なものである。又、本発明太陽電池は、アモルフ
ァス半導体、特にアモルファスシリコンを使用して製造
することが可能であり、且つ本発明構成は、基本的には
、従来の製造方法に基づいて構成することが可能なもの
であって、その実用的価値が高いものである。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸説することなしに種
々の変形が可能であることは一勿論である。
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸説することなしに種
々の変形が可能であることは一勿論である。
第１図は本発明を適用したＰＩＮ構造を有する太陽電池
の１例を示した模式図、第２図は第１図のＰＩＮ構造の
エネルギバンド構造を示したバンドモデル図である。 （符号の説明） １： ガラス基板 ２：゛ 透明電極 ３： Ｐ導電型層 ４： 真性半導体層 ５： Ｎ導電型層 ６： 金属電極 特許出願人 株式会社 リ コ −第１図 ０ ＠２図
の１例を示した模式図、第２図は第１図のＰＩＮ構造の
エネルギバンド構造を示したバンドモデル図である。 （符号の説明） １： ガラス基板 ２：゛ 透明電極 ３： Ｐ導電型層 ４： 真性半導体層 ５： Ｎ導電型層 ６： 金属電極 特許出願人 株式会社 リ コ −第１図 ０ ＠２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、選択した半導体物質に第１導電型の不純物をドープ
して形成した第１領域と、前記第１領域に接合し前記、
半導体物質で形成した第２領域と、前記第２領域に接合
し前記半導体物質に前記第１導電型とは反対極性の第２
導電型の不純物をドープして形成した第３領域とを有し
、前記第１領域。 第２領域、第３領域はこの順に外部からの入射光が進行
すべく配設されており、前記第３領域の移動度ギャップ
エネルギが前記第２領域の移動度ギャップエネルギより
も大であることを特徴とする太陽電池。 ２、上記第１項に於いて、前記第１領域の移動度ギャッ
プエネルギを前記第３領域の移動度ギャップエネルギと
同等としたことを特徴とする太陽電池。 ３、上記第１項に於いて、前記第２導電型がＮ導電型で
ある゛ことを特徴とする太陽電池。 ４、上記第３項に於いて、前記第３領域の移動度ギャッ
プエネルギを１，８ ｅｖ以上としたことを特徴とする
太陽電池。 ５、上記第４項に於いて、前記第１領域のフェルミレベ
ルと価電子帯の移動度端との間のギャップエネルギがＯ
，，３ｅＶ以下であることを特徴とする太陽電池。 ６、上記第１項に於いて、前記半導体物質がアモルファ
スシリコンであることを特徴とする太陽電池。 ７、上記第１項に於いて、前記第１領域側に透明電極を
付着形成ｒ各と共に前記第３領域側に高反射率の表面を
有する金属電極を付着形成したことを特徴とする太陽電
池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57225974A JPS59130483A (ja) | 1982-12-24 | 1982-12-24 | 薄膜太陽電池 |
| DE19833347213 DE3347213A1 (de) | 1982-12-24 | 1983-12-27 | Solarzelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57225974A JPS59130483A (ja) | 1982-12-24 | 1982-12-24 | 薄膜太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59130483A true JPS59130483A (ja) | 1984-07-27 |
Family
ID=16837799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57225974A Pending JPS59130483A (ja) | 1982-12-24 | 1982-12-24 | 薄膜太陽電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59130483A (ja) |
| DE (1) | DE3347213A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6037788A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 太陽電池 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3032158A1 (de) * | 1979-08-30 | 1981-04-02 | Plessey Overseas Ltd., Ilford, Essex | Solarzelle |
| DE3119631A1 (de) * | 1981-05-16 | 1982-11-25 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | "photovoltaische solarzelle" |
| DE3314197A1 (de) * | 1982-04-28 | 1983-11-03 | Energy Conversion Devices, Inc., 48084 Troy, Mich. | P-leitende amorphe siliziumlegierung mit grossem bandabstand und herstellungsverfahren dafuer |
| JPS59108370A (ja) * | 1982-12-14 | 1984-06-22 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 光起電力装置 |
-
1982
- 1982-12-24 JP JP57225974A patent/JPS59130483A/ja active Pending
-
1983
- 1983-12-27 DE DE19833347213 patent/DE3347213A1/de not_active Ceased
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6037788A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 太陽電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3347213A1 (de) | 1984-06-28 |
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