JPS60163429A - アモルフアスシリコン太陽電池の製造法 - Google Patents

アモルフアスシリコン太陽電池の製造法

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JPS60163429A
JPS60163429A JP59018940A JP1894084A JPS60163429A JP S60163429 A JPS60163429 A JP S60163429A JP 59018940 A JP59018940 A JP 59018940A JP 1894084 A JP1894084 A JP 1894084A JP S60163429 A JPS60163429 A JP S60163429A
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JP
Japan
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amorphous silicon
layer
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solar cell
hydrogen
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Pending
Application number
JP59018940A
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English (en)
Inventor
Masayuki Ishii
石井 正之
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/06Semiconductor 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 characterised by potential barriers
    • H01L31/075Semiconductor 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 characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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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】 (イ)技術分野 本発明は、光エネルギー、を電気エネルギーに変換する
アモルファスシリコン太Is電池に関する。
(ロ)背景技術 近年クリーンで、非枯渇性のエネルギーを利用する低コ
スト太陽電池として、アモ/l/ 77ヌシリコン太s
it池が注目され1いる。アモルファスシリコン太陽電
池は安価な基板を用いて低温プロセスで形成する厚さ1
μm以下の薄膜で構成できるため、低コストで製造でき
る特徴がある。このような低コストの特徴を生かすには
、より一層光電変換効率を向上し、実用に供し得る性能
にする必要がある。
アモルファスシリコンを使った太陽電池の性能を向上す
るため、各種セル構成が提案されでいる。
ρ−1−n構造の太陽電池では、光によって高密度に生
成される電子、正孔対のうち、拡散比N+が短かい正孔
を収集しやすいようにP型層を光入射側に置いて光の総
合収集効率を高めるようにしている場合が多い。またP
型層に禁止帯幅の広い炭素または窒素を添加したアモル
ファスシリコンヲ用イることにより、PW層における光
吸収を少なくしアモルファスシリコン太陽電池においt
有効なキャリアの生成を行なうi型層に多くのホトンを
導くことにより太陽光などの短波長側の光の有効利用を
図ったり、i型層にゲルマニウムやスズヲ添加したアモ
ルファスシリコンを用いることにょシ太陽光等の長波長
側の光の有効利用が図られている。さらに曲線因子の向
上を図れば、光電変換効率を一層向上することが期待で
きる。
(/今発明の開示 発明者うは、1型層のアモルファスシリコン1漠の組成
及び製造条件を変えることにより膜特性が大きく変わる
ことに着目し、種々検討した結果、p型層又はn型層の
上に、アモルファスシリコン層のダングリングボンドを
消去するのに有効な元素を含むアモルファスシリコン層
中のダングリングボンドを消去するのに有効な元素、例
えば水素および弗素の少なくとも一方を含む1型層モル
ファス:/IJ:Iンmt[成した後、H2プラズy<
 −’/lzをし、さらに、n型層又はp型層を積層す
ることによりアモルファスシリコン太陽電池の直性抵抗
を低減し、曲線因子を改善し、光電変換効率を向上させ
ることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、光に対する感度が高く、がηす つ直孔抵抗の小さい、高い光電変換効率のア七ルア7ス
シリ’:v7太陽電池を提供することにるる。
以下、p−1−n型の太陽電池の1型層に水素を含むア
モルファスシリコン層(以下a−8i : H) ヲ用
いた実施例について詳細に説明する。
第1図は、従来のアモルファスシリコン太陽電池の一実
施例を示す断面図であり、■は透明ガラス基板、2はI
TO又は5n02等の透明導電膜、3はアモルファスシ
リコン層で、7は金属電極、基板側から伝導型がp型(
4)、I型11i11n型(6)の順に形成すしている
。p型層は炭素を添加したアモルファスシリコン膜(以
下a−8iC:H)からなり、n型層は微結晶化アモル
ファスシリコン(以下μC−3i:H)、1型層は真性
aSi:Hである。p型層のJ4!′みは5O−15O
A 、45層は1500−tooooX、n型層は10
0〜500Aである。p型層には太陽光の短波長側のホ
トンを電子正孔対の発生域のi型層へ多く導くだめに炭
素を添加し禁止帯幅を大きくしている。太1−電池の変
換効率は、導入されたホトンによって1型層で得られた
電子正孔対を外部電極に取り出せるかがポイントであり
、第1に1型層の局在準位密度によつで決定されてしま
うため、できるだけ局在準位密度は低い方がよい。i型
層の最適厚さは、局在準位密度に依存し、1型層が厚い
程、太陽光は有効に吸収されるが、逆に、l界 型層内に電昇の弱い部分が現われ、シリーズ抵抗としで
出力特性の曲線因子を低下させるばかりでなく、I/n
界面で励起されたキャリアの収集効率も低下する。
本発明者らは、上記欠点をなくすため直型層の局在準位
密度を発生させるダングリングボンドを消去する水素や
弗素を添加する方法について請意検肘することにより、
膜質向上を図ることができた。
第2図に本発明の実施例について示す。第1図の場合、
p+’+n型層は、連続的に形成されるのに対し、本発
明では、i型層を形成後、H2中でプラズマアニールを
施した後、n型層を形成したことが異なる。第1表は、
従来法で得られた太陽電池と本発明による太陽電池の出
力特性を比較したものである。各層の膜厚は、それぞれ
p型層t5oX、1型層5000A、n型層300父で
ある。本発明ではj型層成膜後のH2プラズマニールと
して、基板温度はi5層形成時と同じ250″Cとし、
1.0Torr下で18.56 MHzの高周波で、5
0Wの放電パワーを用い1約lO分間行なった。太陽電
池の出力特性はAM−1ソーラーシュミレータ−(t 
o otxm/era )でめた。表に示すように本発
明によれば短絡電流(Jsc)、曲線因子(FF)の増
加が著しく、変換効率(η)の向上に大きく寄与してい
ることがわかる。
第1表 第8図は、本発明の別の構造のア七ルファヌシリコン太
陽電池の断面図を示しており、8はモリブデン、アルミ
ニウム、SUSのような金属基板であり\ p型(4)
、1型(5)、n型16+の各アモルファスシリコン層
、透明導電膜(2)の順に積層され1いる。
この時、i型層を所定の厚みに形成した後、基板温度は
300℃、ITorr下13.56MHzの高周波で3
0Wの放電パワーで約10分間のH2プラズマアニー〜
を施し1いる。第2表は1.型、1型、。型の各アモル
ファスシリコン層の厚みを同じとし、112プラズマア
ニールとしなかった太陽電池の出力特性を用いた。
第2表 本発明によれば、JscXFFの向上が著しく、その結
果、大幅にηが向上しているのがわかる。
一般にアモルファスシリコン膜は、膜中のダングリング
ボンドを消去するために、水素又は弗素を含ませており
、本発明では、水素を含めアモルファスシリコン膜につ
いてのみ示したが、弗素を含んだアモルファスシリコン
膜につい又も同様に、良好な出力特性をもつ太陽電池が
得られている。
又本発明では、I]2ガスでプラズマアニー〜のみで示
したが、H2ガヌを、含む不活性ガスを用いで実施して
も十分な効果を持つのはいうまでもない。又i型層を作
製した後、真空中でアニールすることも試みたが、H2
ガス中でプラズマアニールする方がはるかに効果があシ
、同一アニール時間で比較した場合、10倍の効果があ
り、短時間でアニールを完了することができる利点が認
められた。
実施例1,2では、1型層とし1水素添加アモルファス
シリコン膜を用いた単層セルについて示したが、さらに
光電変換効率を向上させるためには太陽光等のうち長波
長光の有効利用を図る必要があり、この為に、第4図に
示すような太陽電池を多層に積層した多層構造型太陽電
池が考えられておシ、第1層目の太陽電池のi型層より
第2、第3層目の太陽電池の1型層に、禁止帯幅の小さ
いアモルファスシリコンゲルマニアムあるいはアモルフ
ァスシリコンスズヲ用いていルカ、ケルシマニウムやス
ズの添加と共に膜質低下がみられるため十分な光電変換
効率は得られていなかった。本発明では、こうした多層
構造型太陽電池についても適用でき、各太陽電池の1型
層形成後にH2プラズマアニールをそれぞれわずか約5
〜IO分間施すことにより、大幅な光電変換効率の向上
が認められた。ゲルマニウムやスズをアモルファスシリ
コン膜 Sn(CH3)4のゲルマニウムと水素あるいはハロゲ
ンとの化合物あるいは炭化水素との化合物があり、シリ
コンの供給源とし’7.. SiH4、Si2H6、S
iF4ガヌとを同時に供給したブロー放電分解法、ある
いは固体原料としISIとGeあるいはSiとSnとを
水素あるいは弗素を含むガス中で同時にスパッタするこ
とによってもアモルファスシリコンゲルマニアムやアモ
ルファスシリコンスズが得られる。このようにして得ら
れた膜表面付近には欠陥準位が多く存在するためH2プ
ラズマアニールは、特に有効であることがわかった。
以上述べたように、この発明によれば、いろいろな構造
のアモルファスシリコン太陽電池においで1型層を形成
した後に、水素又は水素と不活性ガスを混合した気体中
で、プラズマアニールを行なうことにより、著しく光電
変換効率を向」ニしたアモルファスシリコン太陽電池を
実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアモルファスシリコン太陽電池の断面図
、第2図(alは水素プラズマでアニールしている状態
で示し、第2図(b)は本願発明によるアモルファス太
陽電池の断面図を示し、第3図、第4図は本願発明によ
る別の断面構造を持ったアモルファスシリコン太陽電池
である。 l ガラス基板 2、透明導電膜 8、 アモルファスシリコン膜 4 p型層 5 I型層 45. n型層 7 金属電極 8 金属基板 9、 アモルファスシリコンゲルマニウム1摸10、水
素プラズマ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 fil p i n Wアモルファスシリコン太陽電池
    においで、アモルファスシリコンを主成分とするiW層
    を形成した後に、水素又は水素と不活性ガスを混合した
    気体中で、プラズマアニールすることを特徴とするアモ
    ルファスシリコン太陽電池の製造法。 (2)アモルファスシリコンを主成分とする1型層カ、
    アモルファスシリコン、アモルファスシリコンゲルマニ
    ウムまだはアモルファスシリコンスズであることを特徴
    とする特許請求の範囲第(1)項記載のアモルファスシ
    リコン太陽電池の製造法。 (3)アモルファスシリコンを主成分とするi型層が水
    素または弗素の1種以上を含有することを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載のアモルファスシリコン太
    陽電池の製造法。
JP59018940A 1984-02-03 1984-02-03 アモルフアスシリコン太陽電池の製造法 Pending JPS60163429A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03136380A (ja) * 1989-10-23 1991-06-11 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置の製造方法
JPH03200374A (ja) * 1989-12-27 1991-09-02 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 太陽電池の製造方法
JPH03212976A (ja) * 1990-01-18 1991-09-18 Agency Of Ind Science & Technol 透明導電酸化膜を含むcis構造の処理方法

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