JPS5976481A - 光電変換半導体装置 - Google Patents

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】 この発明は透光性絶縁基板上に第１の透光性導電膜よシ
なる第１の電極と、該電極上の少なくとも１つのＰ工Ｎ
またはＰＮ接合を有する光起電力発生用の非単結晶半導
体と、該半導体のＮ型半導体層上Ｋ　５００→００人好
ましくは６ぽト８００λの厚さを有する第２の透光性導
電膜（以下単Ｋ　ＣＴＦという）と、該膜上げ金属層よ
りなる第２の電極を設け、この絶縁基板側より入射した
光の特ｒｇ、　５ｏｏ−Ｊ７ｏｏ８ｍの波長の光を裏面
のＯＴＦおよびその土の金属によシ反射をして、入射光
代表的には太陽光の長波を成分に対して有効に利用せん
とするものである。

この発明はかくの如き裏面の反射を５０ｏ−７００８ｉ
１１の波長の光をさらに積極的に用いるに加えて、Ｎ型
半導体層に相性のよい酸化スズを１０重量係（以下単に
％という）以下添加した酸化インジューム（以下単に工
ＴＯという）を形成した状態で透光性導電性を有する被
膜を構成せしめ、かつその際下地の非単結晶半導体層を
損傷することのないように３００’Ｏ以下の温度の電子
ビーム法により、５００〜９００＾好ましくは６００−
８００六の厚さに形成し、さらにその上面に低価格のア
ルミニュームを蒸着することにより、裏面での反射を積
極的に用い、ひいては光電変換装置としての変換効率を
さらに従来の方法に比べて卸〜３０％高めることを目的
としている。

本発明は光電変換装置において、裏面電極特にアルミニ
ュームと半導体層とが反応をしてしまうことにより反射
率の低下をもたらしζ変換効率の低下（劣化）を１ねく
のを防ぎ、高効率を有しかつ高信頼性を有せしめるため
、この反射防止用にこの間Ｋ　ＩＴＯをはさむことを特
徴とする。

用いた光電変換装置においては、第１図にそのたて断面
図を示しである構造が用いられていた。

即ち第１図体）ニおいては、ガラス基板（１）、その上
面に酸化スズ膜のＣＴＦ　、さらＫ　Ｐ工Ｎ接合または
ＰＩＮＰＩＮ−−−−ＰＩＮを有するＳ　ｌ　＋　Ｓ　
Ｉ　Ｘｃ７．〈、−（ヨｌ　＋　’ｊたはＳ　ｉ　ｘ　
Ｏ，、−６ｉ−Ｊ≧ｘＧｅ　　構造を有する非単結晶半
導体さらにその上面に裏面電極（８）が真空蒸着法で作
られている。

シカシコの裏面電極は一般ＫＶルミニュームよりなって
おり、それは低価格であり、半導体層と真空蒸着をする
のみでオーム接触を形成させることができるという理由
による。

かかる構造において、裏面での反射を調べるため、定エ
ネルギ分光器を用い、入射光（１０）の波長を変え、反
射光（勅を調べた。その結果が第３図に示されている。

第３図においてα→は裏面にアルミニュームｔ−Ｘ空蒸
着をした直後の特性であり、７００−８００ｇｍの波長
に対して叫十分な反射をするが、太陽光の最も有効な波
長領域即ち５００−６００是ｍ　Ｋ対しては、必ずしも
十分ではなく、５−２０％と反射がほとんどされず、大
部分は裏面電極に到達した時、熱に変わってしまい、光
電変換装置の昇温に寄与するのみであった。

さらに重要なことは、これを１５ＣＩ″０２４時間放置
した場合、この特性αりはｏうとなシ、６００−８００
Ｑ’ｍにおいても反射がほとんどなセなってしまうこと
がわかった。これは信頼性低下を誘発する大きな要因で
あシ、この劣化を除去することは太陽光に照射される長
期夜ｍの保証としてきわめて重要である。

かかる点を解決するため、第２図（Ａ）　において裏面
電極として銀を用いた。するとこの銀電極（４）の反射
（１０）は第３図曲線αＩＫ示される。５００−６００
￥’ｍの反射が〜１咋とアルミニュームと同程度Ｖか晃
い。しかし７００〜８００Ｑｍ′付近ではアルミニュー
ムより反射を有している。しかし７ｏｏ）Ｒｍ（１゜７
７ｅＶ）〜８００ａｍ　（１，５５ｅＶ）はエネルギバ
ンド巾（１，８ｅＶ）　においては光電変換をすること
がなく、波長領域での反射が好ましい事が何の特徴にも
ならない。しかし２５σＣ２４時間放置試験においては
、曲線０３は（１）と劣化しない傾向を有し、この面で
は高価な材料であるが、信頼性上は特に問題はなさそう
である。

また第１図（Ｂ）の構造は半導体（３）の裏面に全く何
も形成しない場合である。この場合の反射光α０）は第
３図曲線０］）および１５０°ａ　２４時間経過テスト
ニてαυを有してお、ｊ）　、５００−’７００Ｖｍの
光を十分透過してしまうことが判明した。

さらに第１図（０）は半導体（３）の裏面に、　５００
−９００Ｑ’ｍ好ましくは６００〜８０ｏ”ｉＲｍの厚
さのＣＴＦ特に工ＴｏをＮ型半導体層上に形成したもの
である。この場合の特性は第４図０ＱＫ示す。太陽光の
電気変換に重要な５００〜６ｏｏ’ｕｍにおいては、反
射は１５％になる〇より大きい４波長光においては、５
〜ｌＯ％しかなく十分でないことがわかる。信頼性上は
ＯＱが０６となるのみで十分安定であった。

以上の従来の技術の前提によっては、光電変換装置とし
てはこれら第１図（Ａ）〜（０）のいずれもが長波長光
を有効に利用して光−電気変換を行なうには十分でない
ことが判明した。

これらを前提に低価格であり、高信頼性を保証し、さら
に半導体のｚｇ（１゜８ｅＶ）よりも大きいエネルギの
光％　Ｋ　５ｏｏ−７ｏｏｉｍにおいては十分な反射を
行せるために本発明はなされたものである。

第２図ｃＡ）ねそのたて断面図を示す。

図面において、透光性基板（１）を例えばガラスによシ
設け、その上面に酸化スズを主成分とする第１のＣＴＦ
を真空蒸着法またはプラズマ気相法にょシ形成した。特
にとのＣＴＦとその上面１（形成するＳｉｘゝＧｚ　（
Ｏｊ　ｘ＜　１　一般にはｘ＝０．７図、　８）のｅ型
非単結晶半導体と接する面に酸化スズ（酸化アンチモン
が１０係以下添加される）を用いた。この厚さは、この
表面での反射を少なくするため、５００〜９００′Ａの
厚さにした。さらにこのＣＴ’Ｆを工Ｔ　Ｈｎ　０ｘ−
Ｐ−８ｉ　Ｘ　Ｃ＋（Ｌいう多重構造としてもよい。

さらにこの上面の非単結晶半導体層（３）はＰ型半導体
、工型半導体およびＮ型半導体をＰＩＮ接合を構成する
ように設け、上面をＮ型の非単結晶半導体とした。この
非単結晶半導体としてＰ　Ｉ　Ｎ　Ｐ　工Ｎ・・・ＰＩ
Ｎとタンデム構造としてもよい。

かかる非単結晶半導体は３５０’Ｃ以下以下変温のシラ
ン、Ｓｉｉ、５ｉＦ１を用いてプラズマ気相法（圧力０
．０ｌ−（１，２ｔＯｒｒ、高周波出力１へ５Ｗ　（ｘ
ｓ。５６ＭＨ２））１−１゜ により、または３００〜５００°ＣでのＳＮを用いた減
圧気相法（圧力０．１〜５ｔｏｒｒ）Ｋより形成した。

するとこの非単結晶半導体中には水素を再結合中心中和
用に１−１０原子多含有し、それは３５０’Ｏ以上の温
度で放出され、劣化現象がおきてしまうため、さらにこ
の半導体部のＮ型半導体層上には３０品以下の温度にて
酸化スズが１０重量％以下添加された酸化インジューム
（Ｉ　Ｔ　Ｏ）を主成分とするＣＴＦを５００−匈ＯＯ
λの厚さ好ましくは６００〜８００λの厚さに電子ビー
ム蒸着法により形成した。

このＣＴＦはＩＴＯであり、かつ電子ビーム蒸着法を用
いているため、この工程の後１０００以上の温度にて加
熱形成する必要がなく、３ｏｏｃ以上のべ一り工程を必
要とするため、ＣＶＤ法、スパッタ法スプレー法等の本
発明方法において用いるととが不可能であった。

さらに電子ビーム蒸着法においても、Ｎ型半導体層と相
性のよい、即ち再結合電流を丈ｔ〈枳用工Ｔｏを用いる
ことにより、このＮ型半導体層の厚さを従来より知られ
た２００−５００Åでは々＜、１５０同時に行なうと、
このリンが工ＴｏとＮ型半導体層との間のオーム接触性
を高め、さらＫ　ＩＴＯのシート抵抗を透光性を損なう
ことなく１〜５−％Ｋまで下げることができた。

かくの如くにしてＯＴＦを形成した後、この上面に真空
蒸着法また！−１ａｖＤ法によシ低価格材料であるアル
ミニューム（６）を０．１〜２μの厚さに形成させた。

真空蒸着は抵抗加熱または電子ビーム蒸着を用いた。Ｃ
ＶＤ法ばＡ１（ｃｌ、を２００〜３００’ＯＫ加熱して
０゜１〜１ｏｔｏｒｒの減圧ＣＶＤ法または室温〜１０
０℃でのプラズマＣＶＤ法を用いて形成させた。

かくの如くして第２図（Ａ）の入射光（１０）Ｋ対し、
反射光（ｌＯ）の特性を第４図％０昧示す。

曲線０→は８００″ＡのＯＴＦを形成した場合であり、
曲線０→は７００＾のＯＴＦを形成した場合である。波
長４５０〜６００窒ｍにおいて、２０〜４０係の反射を
有し、ＯＴＦ’を形成しない場合の第３図曲線（１２と
きわめて大きな差を有している。さらＫ　６ｏ　ｏ−Ｊ
７ｏ　ｏｔｍにおいても、４６〜８０％の反射を５し、
室温の反射の波長保存性を考慮した時、その社命効果は
光電変換効率の向上に十分期待できる。

さらにこれらを１５００２４時間放置しても、それ−ｌ
１ ぞれα→は（１４、θ→は０口とＦｌの範囲での変化し
か観）察すレス、ＣＴＦがアルミニュームとシリコント
ノ反応の防止に役立っていることがわかる。

さらに本発明構造（第２図（Ａ））を用いて光電変換装
置を作製した場合の特性を以下に示す。

構造は前記した如くガラス基板（１）上Ｋ　５ｎｏ２（
２５％）を７００　入ｆ９１　Ｘ　Ｃｒ−ｘ　（ｘ　＝
　００Ｂ）のＰ型半導体Ｔｌ−００Ａ。

プラズマ気相法によるシリコンエ型半導体４０００Ａ（
ＣＴＦのある場合）〜５０００大（ＣＴＦのない場合）
、Ｎ型シリコン半導体１ｏｏｉよりなる１つのＰＩＮ接
合を有する半導体（３）、工ＴＯよりなるＣＴＦ　（５
）、７００条件　　　従来例　　　　　裏面工Ｔｏ　　
。

’ｉ’ｏＯＡ　　　　　８００Ａ 注　　　第１図（Ａ）の構造　第２図（Ａ）の構造Ｖｏ
ｃ　　　　　　０．８’７　　’　　　　　　　０．９
０Ｖ　　　０．９Ｃ１７エｓｃ　　　　１５゜ｌＴｎＶ
Ｃｍ″　１′７．　＞、Ａ／’ｃｍ’　１８．２＋＋Ａ
／ａｍ’ＦＦ　　　　　　　Ｏ，６２０，６５０，６４
効率　　　８゜１４・／１１０．３・八　１０．５・／
Ｃなお上記は真性面積１ｃｍ’（３，５ｃｍＸ３ｍ坤と
した。

Ｖｏｃ開放電圧、Ｉｓｃ短路電流、ＦＦ’曲線因子、効
率ＡＭＩ　（ｌｏｏｍＷ／ａｍ’）の太陽光に対する電
気変換効率である。

以上の点から、本発明においては裏面のＮ型半導体層上
Ｋ　６ｏトｑｏｏＡの工ＴＯよりなるＣＴＦを形成し、
５ｏｏ−７ｏｏｔｍの光の反射光特性をさらに有効に利
用することにより変換効率を約２係向上させることが明
らかになった。さらに裏面電極として単Ｋ　Ａｌ、　Ｊ
”を形成させてもこれらの向上がみられる。加えて一般
に用いられているＡＩＫ対しては本発明構造とすること
によシ初めて高信頼性特性を保証できることが判明し、
工業的な価値大なるものである。

第２図（Ｂ）は本発明を用いた他の構造を示す。

即ち透光性絶縁基板（ガラス）　（１）、この上の第１
のＣＴＦ（２）、非単結晶半導体、第２のＣＴＦ（５）
、裏面電極（６）、さらにこれらのすべてをおおった５
００〜２０００大の厚さの窒化珪素膜（，１］）、さら
に耐−１防止機械損傷防止のだめの十ドラ−、エポキシ
等の透明ｍ　脂（８）よシなっている。この上面にガラ
スを合わせたザンドウイツチ構造としてもよい。

以上の構造において、複数のヤ４′ｙ’−ｈ　　　（１
才を直列に連結し、高い電圧を出させたものである０か
かる集積化構造においても、第２図（Ａ）と同様の特性
を有せしめることができた。さらに窒化珪素（７）でお
おうことにより、耐湿性での高信頼性を保証できるため
、本発明構造により裏面電極での耐熱性の保証に加えて
高信頼性への寄与大であったＯ

【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０ 第２図は本発明構造の光電変換装置のたて断面図を示す
。 第３図は第１図の構造によって得られた波長−反射率特
性を示す。 第４図は第１図第２図の構造によって得られた他の波長
−反射率特性を示す。 手続補正書（力式） １．事件の表示 昭和５７年特許願第１８８０５５号 ２、発明の名称 光電変換半導体装置 ３、？ｌＩｉ正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　株式会社半導体エネルギー研究所４、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄 ５、？ｇｉ正の内容 別紙の通り 特許請求の範囲 １、透光性基板と、該基扱上の第一の透光性導電膜より
なる第一の電極と、該電極上の少なくも一つのＰＩＮま
たはＰＮ接合を自する光起電力発生用の非単結晶半導体
と、該半導体のＮ型半導体上に第二の透光性導電膜と該
膜」−の金属層よりなる第二の電極とを有することを特
徴とする光電変換半導体装置。 ジューノ、を主成分とする第二の透光性導電膜と、該１
挨上にアルミニュームの金属膜とを有することを特徴と
する光重変換半導体装置。 ３、特許５）７求の範囲第２項において、第二の透光性
導電膜には酸化リンが１．３重量％以下添加されたこと
を特徴とＪ−る光電変換半導体装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、−透光性基板と、該基板上の第１の透光性導電膜よ
   りなる第１の電極と、該電極上の少なくとも１つのＰ工
   ＮまたはＰＮ接合を有する光起電力発生用の非単結晶半
   導体と、該半導体のＮ型半導体層上Ｋ　５００−９００
   λの厚さを有する第２の透光性導電膜と該膜上の金属層
   よりなる第２の電極とを有することを特徴とする光電変
   換半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、Ｎ型半導体層上に
   酸化スズが１０重重量風下に添加された酸化インジュー
   ムを主成分とする第２の透光性導電膜と、該膜上にアル
   ミニュームの金属膜とを有することを特徴とする光電変
   換半導体装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、第２の透光性導電
   膜には酸化リンが１゜３重量係以下添加されたことを特
   徴とする光電変換半導体装置。