JPS60207319A - Amorphous semiconductor solar cell - Google Patents

Amorphous semiconductor solar cell

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JPS60207319A
JPS60207319A JP59063805A JP6380584A JPS60207319A JP S60207319 A JPS60207319 A JP S60207319A JP 59063805 A JP59063805 A JP 59063805A JP 6380584 A JP6380584 A JP 6380584A JP S60207319 A JPS60207319 A JP S60207319A
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JP
Japan
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layer
solar cell
type
semiconductor
amorphous
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JP59063805A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Matsumura
松村 光雄
Keitaro Fukui
福井 慶太郎
Toshihiko Yoshida
利彦 吉田
Osamu Nakamura
修 中村
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Toa Nenryo Kogyyo KK
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Publication date
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    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Abstract

PURPOSE:To obtain a P-I-N type amorphous semiconductor solar cell having enhanced conversion efficiency by a method wherein the impurity layer on the window side of the solar cell is made to have a multilayer construction. CONSTITUTION:As the impurity layer on the window side of a solar cell, a transparent substrate 1, a transparent electrode 2, a hetero-p type layer 3, a microcrystalline p type layer 4, an i-type layer 5, an n type layer 6, and a metal electrode 7 on the back are provided, and the respective constituting elements thereof have the functions the same with the case of a P-I-N type element. According to this method, a semiconductor having a small light absorptivity coefficient, and having the most suitable index of refraction can be offered, and a semiconductor effective as a light incident side material for a P-I-N type amorphous solar cell can be supplied. At this solar cell, a short-circuit current and a curve factor are improved as compared with the usual P-I-N type element, and conversion efficiency is enhanced markedly.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非晶質半導体を用いた新規な太陽電池に関す
る。更に詳しくは、本発明は光電変換効率の改善された
新規な非晶質半導体太陽電池に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a novel solar cell using an amorphous semiconductor. More specifically, the present invention relates to a novel amorphous semiconductor solar cell with improved photoelectric conversion efficiency.

近年、非晶質半導体を用いた太陽電池は、単結晶太陽電
池と比較してその製造コストが極めて安価であることか
ら注目され、太陽電池の本命として活発に開発が展開さ
れている。この太陽電池の構造として既に種々の構造の
ものが提案されているが、これらの中でも特に真性層(
i層)を不純物層(p又はn層)で挟んだp−1−n型
、又はn−1−p型(以後本明細書においてpin型と
略述する)のものが高効率を実現するものとして知られ
ている。
In recent years, solar cells using amorphous semiconductors have attracted attention because their manufacturing costs are extremely low compared to single-crystalline solar cells, and they are being actively developed as a promising solar cell. Various structures have already been proposed for this solar cell, but among these, the intrinsic layer (
A p-1-n type or n-1-p type (hereinafter abbreviated as a pin type in this specification) in which an i layer) is sandwiched between impurity layers (p or n layer) achieves high efficiency. known as a thing.

従来、これらのpin型アモルファスシリコン半導体が
太陽電池として機能する場合には、pl!又はn層のア
モルファスシリコンが光を吸収して生成するキャリヤー
(以下、これを光生成キャリヤーと呼称する)の寿命が
短いため、光電流として役立つ光生成キャリヤーはi層
で生じることが知られている。しかしながら、pin型
太陽電池の場合、i層はp層とn層に挟まれているため
、光はp層又はn層を通してi層に入射する。このため
、p層又はn層は光学的ギャップが広く、光の吸収が少
ない材料であることが好ましいが、従来のn型及びp型
アモルファスシリコンは、光吸収係数がi層のアモルフ
ァスシリコンの光吸収係数と同程度、若しくはそれより
大であったため、n層又はp層での光吸収ロスが光電変
換効率を低下させる原因の一つとなっていた。
Conventionally, when these pin-type amorphous silicon semiconductors function as solar cells, pl! Alternatively, it is known that photogenerated carriers that serve as photocurrent are generated in the i-layer because the lifetime of carriers (hereinafter referred to as photogenerated carriers) that are generated when the amorphous silicon of the n-layer absorbs light is short. There is. However, in the case of a pin type solar cell, the i layer is sandwiched between the p layer and the n layer, so light enters the i layer through the p layer or the n layer. For this reason, it is preferable that the p-layer or n-layer be made of a material with a wide optical gap and low light absorption.However, the light absorption coefficient of conventional n-type and p-type amorphous silicon is Since the absorption coefficient was about the same as or larger than that, light absorption loss in the n-layer or p-layer was one of the causes of lowering the photoelectric conversion efficiency.

又、pin型アモルファス太陽電池は、ガラス/透明電
極/(pin又はn1p)/金属、透明電極/(pin
又はn1p)/金属、のいずれかの構造をもち、透明電
極から光が入射される。従って太陽電池の光反射による
光ロスも光電変換効率の増加を阻止しているものである
。この場合、透明電極とp層又はn層界面での光の反射
を最小にするために、p層、n層の屈折率を制御するこ
とが望ましいにもかかわらず、従来のp層又はn層の、
例えば1500nmにおける屈折率は、i層のアモルフ
ァスシリコンと同じ屈折率3.4〜3.6であり、透明
電極の屈折率的2.0と大きな差があるため、反射ロス
は余儀ないものと考えられていた。
In addition, pin-type amorphous solar cells are made of glass/transparent electrode/(pin or n1p)/metal, transparent electrode/(pin
or n1p)/metal, and light is incident from the transparent electrode. Therefore, light loss due to light reflection from solar cells also prevents an increase in photoelectric conversion efficiency. In this case, although it is desirable to control the refractive index of the p-layer or n-layer in order to minimize light reflection at the interface between the transparent electrode and the p-layer or n-layer, conventional p-layer or n-layer of,
For example, the refractive index at 1500 nm is 3.4 to 3.6, which is the same as that of the amorphous silicon of the i-layer, and there is a large difference from the refractive index of 2.0 of the transparent electrode, so reflection loss is considered to be inevitable. It was getting worse.

さらに、従来のpin型アモルファスシリコン半導体素
子においては、pin又はnipとステンレス基板及び
透明電極との付着性が十分ではないために、効率よく半
導体素子を製造することが出来ないという欠点を有して
いた。これらの欠点は、高効率を与える非晶質半導体と
して非晶質水素化シリコン(a−31;H)を使用した
場合にかなり改善されるが、通常の非晶質水素化シリコ
ン検は真性層に比べて光学的ギャップが狭く、又電極と
の接合における屈折率、付着性、オーミック性等の面で
の整合性が十分ではなかった。
Furthermore, conventional pin-type amorphous silicon semiconductor devices have the disadvantage that semiconductor devices cannot be manufactured efficiently because the adhesion between the pin or nip and the stainless steel substrate and transparent electrode is insufficient. Ta. These drawbacks are considerably improved when using amorphous hydrogenated silicon (a-31; H) as the amorphous semiconductor, which gives high efficiency, but conventional amorphous hydrogenated silicon detection The optical gap was narrower than that of the conventional method, and the matching with the electrode in terms of refractive index, adhesion, ohmic properties, etc. was insufficient.

かかる従来の欠点を解決するための材料として、炭素及
び水素を不純物として含有するアモルファスシリ1:/
 (a−31+C:H)材料(特開昭57−12617
5号等)や微結晶を含む非晶質シリコン(μc−3t;
H)が提案され、実用に供されている。しかしながらa
−5i:C:Hは光吸収を抑制し、その面から光電変換
効率を改善することが出来るものの、光反射改善の観点
及びステンレス並びに透明電極との付着性改善の観点が
らは未だ十分ではない上、従来のa−3i;Hに比較し
て伝導度が低いという欠点があり、μc−3l:Hの場
合には、特に透明電極との整合性が十分とは言えないと
いう欠点があった。
Amorphous silica 1 containing carbon and hydrogen as impurities is used as a material to solve these conventional drawbacks.
(a-31+C:H) material (JP-A-57-12617
5 etc.) and amorphous silicon containing microcrystals (μc-3t;
H) has been proposed and put into practical use. However, a
Although -5i:C:H can suppress light absorption and improve photoelectric conversion efficiency from that aspect, it is still insufficient in terms of improving light reflection and adhesion to stainless steel and transparent electrodes. Above, there was a drawback that the conductivity was lower than that of the conventional a-3i;H, and in the case of μc-3l:H, the compatibility with the transparent electrode was not particularly good. .

一方、窓側半導体として、膜中に含有される酸素と窒素
の合計又は炭素と酸素の合計がそれぞれl原子%以上、
0.1原子%以上の半導体を窓側材料として使用した場
合には、電極との付着性が良好であり且つ反射ロスを低
減することができる(特願昭58−111098号及び
特願昭58−139073号明細書)。
On the other hand, as the window side semiconductor, the total amount of oxygen and nitrogen contained in the film or the total amount of carbon and oxygen contained in the film is 1 atomic % or more, respectively;
When 0.1 atomic % or more of semiconductor is used as the window side material, it has good adhesion to the electrode and can reduce reflection loss (Japanese Patent Application No. 111098/1982 and Japanese Patent Application No. 58/1989). 139073 specification).

本発明者らは従来のかかる知見に基づき鋭意研究の結果
、窓側不純物層を、微結晶を含む非晶質シリコン層(微
結晶化層)と一定の元素を含む非晶質シリコン層(ヘテ
ロ層)の多層構造にすることにより、非晶質半導体太陽
電池の性能を向上せしめることができることを見いだし
、本発明に到達したものである。
As a result of intensive research based on such conventional knowledge, the present inventors have determined that the window-side impurity layer is divided into an amorphous silicon layer containing microcrystals (microcrystalline layer) and an amorphous silicon layer containing certain elements (heterolayer). ) It was discovered that the performance of an amorphous semiconductor solar cell could be improved by forming it into a multilayer structure, and the present invention was achieved based on this finding.

(発明の目的) 従って本発明の第1の目的は、変換効率を大幅に上昇せ
しめたpin型非晶質半導体太陽電池を提供することで
ある。
(Object of the Invention) Therefore, the first object of the present invention is to provide a pin-type amorphous semiconductor solar cell with significantly increased conversion efficiency.

本発明の第2の目的は、pin型非晶質半導体太陽電池
の窓側不純物層として有効な、光学的ギャップが広く光
損失の少ない不純物層を提供することである。
A second object of the present invention is to provide an impurity layer with a wide optical gap and low optical loss, which is effective as a window-side impurity layer of a pin-type amorphous semiconductor solar cell.

本発明の第3の目的は、非晶質半導体太陽電池の窓側不
純物層として有効な、低い電気抵抗を有する不純物層を
提供することである。
A third object of the present invention is to provide an impurity layer with low electrical resistance that is effective as a window-side impurity layer of an amorphous semiconductor solar cell.

更に、本発明の第4の目的は、透明電極との整合性の良
い、非晶質半導体太陽電池の窓側不純物層を提供するこ
とである。
Furthermore, a fourth object of the present invention is to provide a window-side impurity layer of an amorphous semiconductor solar cell that has good compatibility with a transparent electrode.

(発明の構成) 本発明のかかる諸口的は、非晶質半導体層を有するpi
n型太陽電池であって、該太陽電池の窓側不純物層が多
層構造を有することを特徴とする非晶質半導体太陽電池
によって達成された。
(Structure of the Invention) Various aspects of the present invention include a semiconductor device having an amorphous semiconductor layer.
This was achieved using an amorphous semiconductor solar cell which is an n-type solar cell and is characterized in that the window-side impurity layer of the solar cell has a multilayer structure.

(発明の開示) 本発明で使用する透明基板としては、通常ガラスを使用
することが好ましいが、プラスチックス等その他の透明
材料を使用することもできる。
(Disclosure of the Invention) As the transparent substrate used in the present invention, it is usually preferable to use glass, but other transparent materials such as plastics can also be used.

本発明において、透四基様の上に設ける透明電極として
は、例えば5n02やインジウム・スズ酸化物(ITO
と略す)等の通常使用される透明電極を使用することが
できる。これらの透明電極は、化学蒸着、スパッタリン
グ、金属塩溶液のスプレー等の通常の方法を用い透明基
板上に形成せしめることができる。
In the present invention, the transparent electrode provided on the transparent tetracarbonate may be made of, for example, 5n02 or indium tin oxide (ITO).
A commonly used transparent electrode such as (abbreviated as ) can be used. These transparent electrodes can be formed on a transparent substrate using conventional methods such as chemical vapor deposition, sputtering, and spraying of metal salt solutions.

本発明にかかる多層窓側不純物層として、微結晶を含有
する非晶質シリコン層と一定の元素を含有する非晶質シ
リコン層の組合せを選択した場合には特に良好なpin
型太陽電池素子を得ることができる。この場合、微結晶
を含有する非晶質シリコンには、水素及び/又はハロゲ
ン原子を含有することが好ましい。ハロゲン原子として
は弗素及び塩素が好ましく、特に弗素原子が好ましい。
Especially when a combination of an amorphous silicon layer containing microcrystals and an amorphous silicon layer containing a certain element is selected as the multilayer window-side impurity layer according to the present invention, a good pin can be obtained.
type solar cell element can be obtained. In this case, the amorphous silicon containing microcrystals preferably contains hydrogen and/or halogen atoms. As the halogen atom, fluorine and chlorine are preferred, with fluorine atom being particularly preferred.

このような微結晶を含有する非晶質シリコン薄膜の製造
方法は、例えば特開昭59−39713号公報に記載さ
れている。
A method for manufacturing an amorphous silicon thin film containing such microcrystals is described, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 59-39713.

上記の如き、微結晶を含有する非晶質シリコン層と多層
を形成する他の非晶質質シリコンのベテロ層には、水素
、窒素、炭素、酸素の中から選択された1種又は2種以
上の元素が含まれる。
As mentioned above, the amorphous silicon layer containing microcrystals and the other amorphous silicon betaro layer forming a multilayer include one or two types selected from hydrogen, nitrogen, carbon, and oxygen. Contains the above elements.

周知の如く、プラズマ分解法により水素を不純物として
含有するシリコン薄膜を製造するためには、シラン又は
その誘導体の如く水素を含有するシリコン化合物を原料
ガスとし、或いは水素(H2)をキャリヤーとして放電
し、プラズマ雰囲気を実現すればよく、更に酸素(02
)を原料ガス中に添加することにより、酸素及び水素を
不純物として含有するシリコン薄膜を製造することがで
きる。同様にして、非晶質シリコン半導体中に種々のド
ーパントを導入することができる。
As is well known, in order to produce a silicon thin film containing hydrogen as an impurity by plasma decomposition, a hydrogen-containing silicon compound such as silane or its derivatives is used as a raw material gas, or hydrogen (H2) is used as a carrier for discharge. , it is sufficient to realize a plasma atmosphere, and in addition, oxygen (02
) into the raw material gas, it is possible to produce a silicon thin film containing oxygen and hydrogen as impurities. Similarly, various dopants can be introduced into an amorphous silicon semiconductor.

アモルファスシリコン半導体薄膜の物理的性質は、薄膜
が含有する不純物の種類とその量に大きく依存するが、
特に物理的性質の内、吸収係数並びに金属基板及び/又
は透明電極への付着性の改善については、酸素、窒素及
び炭素が不純物として含まれる量に大きく依存する。例
えば、アモルファスシリコン半導体に含まれる炭素及び
酸素の存在は、バンドギャップの大きい炭化珪素(〜6
゜0eV)、M化けIA (9,o e v) 17J
構造を部分的に存在せしめるごとになるので、a−3i
半導体のバンドギャップが広げられ、これによって吸収
係数を小さくすることが出来る。更に、屈折率に関して
も同様に、炭化珪素(屈折率2.48)、酸化珪素(屈
折率1.46)の構造を部分的に持つことにより、a−
3l半導体の屈折率を制御することが出来る。
The physical properties of amorphous silicon semiconductor thin films largely depend on the type and amount of impurities contained in the thin film.
In particular, among physical properties, improvements in absorption coefficient and adhesion to metal substrates and/or transparent electrodes largely depend on the amount of oxygen, nitrogen, and carbon contained as impurities. For example, the presence of carbon and oxygen contained in amorphous silicon semiconductors makes silicon carbide (~6
゜0eV), M monster IA (9, o e v) 17J
Since each time the structure is made to exist partially, a-3i
The bandgap of the semiconductor is widened, which allows the absorption coefficient to be reduced. Furthermore, regarding the refractive index, a-
The refractive index of the 3l semiconductor can be controlled.

又、C及びOは、4配位のSlのネットワーク中に入る
ことができるために、アモルファスシリコン半導体WI
IMIJ!の構造的なストレスを緩11シ、その結果と
し′CC金属基色透明電極基板との付着性を改善するこ
とが出来る。
Moreover, since C and O can enter into the 4-coordinated Sl network, the amorphous silicon semiconductor WI
IMIJ! As a result, the adhesion to the CC metal-based transparent electrode substrate can be improved.

不純物として窒素を使用した場合にも、上記の場合と略
同様であり、部分的に存在する窒化珪素のバンドギャッ
プが約5.OeVと大きいためにアモルファスシリコン
半導体の吸収係数を低減するのに寄与するのみならず、
屈折率も改善されるので反射ロスを低減し、又、窒素が
Stのネット萱ノーク中にはいることができるために、
アモルファスシリコン半導体薄膜の構造的なストレスを
緩和し、その結果として透明電極との付着性を改善する
ことができる。
Even when nitrogen is used as an impurity, the situation is almost the same as the above case, and the band gap of partially existing silicon nitride is about 5. Because of its large OeV, it not only contributes to reducing the absorption coefficient of amorphous silicon semiconductor, but also
Since the refractive index is also improved, reflection loss is reduced, and nitrogen can enter the St net kayanok, so that
Structural stress on the amorphous silicon semiconductor thin film can be alleviated, and as a result, adhesion to transparent electrodes can be improved.

特にアモルファスシリコン薄膜中に含まれる炭素と酸素
の合計が0.1原子%(この場合の原子%は他の不純物
の有無にかかわらず100X(C+O)/ (S i 
+C+O)を意味する)以上の場合、又は窒素と酸素の
合計が1原子%(この場合の原子%は他の不純物の有無
にかかわらず100x (N+O)/ (S i +N
十〇)を意味する)以上であるばあいには、これらの不
純物の効果が明瞭である。
In particular, the total amount of carbon and oxygen contained in the amorphous silicon thin film is 0.1 atomic % (in this case, atomic % is 100X(C+O)/(S i
+C+O) or more, or the total amount of nitrogen and oxygen is 1 atomic% (in this case, atomic% is 100x (N+O)/(S i +N
(meaning 10)), the effects of these impurities are clear.

又、!素を不純物として使用する場合には、原料ガスの
種類により爆発の危険も生ずるので半導体薄膜の製造に
は特殊の条件を選ばなければならない。これらの不純物
のための原料ガス及びその導入方法は、例えば特願昭5
8−111098号、特願昭58−139073号明細
書に記載されている。
or,! When using elements as impurities, there is a risk of explosion depending on the type of raw material gas, so special conditions must be selected for the production of semiconductor thin films. The raw material gas for these impurities and its introduction method are disclosed in, for example, the patent application filed in 1973.
No. 8-111098 and Japanese Patent Application No. 58-139073.

一方、アモルファスシリコン半導体薄膜中に不鈍物とし
て含まれる水素は、アモルファスシリコン薄膜を形成す
る際に生ずるシリコン原子のダングリングボンドを消滅
せしめ、シリコン薄膜中の局在順位の密度を減少せしめ
るので、本発明に係る半導体素子の電気抵抗を制御する
ために有意義である。
On the other hand, hydrogen contained as an inert substance in the amorphous silicon semiconductor thin film eliminates the dangling bonds of silicon atoms that occur when forming the amorphous silicon thin film, and reduces the density of localized ranks in the silicon thin film. This is significant for controlling the electrical resistance of the semiconductor device according to the present invention.

本発明における多層窓側不純物層の厚さは、全体で70
〜120人が好ましく、このような多層の窓側不純物層
の上には、公知の方法により1層を形成せしめた後更に
p層若しくはn層を形成せしめ、電極と接合することに
よりpin型又はnip型の太陽電池素子をえることが
できる。この場合、金属電極側の不純物層としては通電
の不純物制御を行ったa−3tsH層又は微結晶を含有
する水素化シリコン層(μc−3t:H)等を使用する
ことができる。
The total thickness of the multilayer window-side impurity layer in the present invention is 70 mm.
~120 people is preferable. On such a multilayer window side impurity layer, after forming one layer by a known method, a p layer or an n layer is further formed, and by bonding with an electrode, a pin type or nip type is formed. type of solar cell element can be obtained. In this case, as the impurity layer on the metal electrode side, an a-3tsH layer whose conduction of impurities is controlled, a hydrogenated silicon layer containing microcrystals (μc-3t:H), or the like can be used.

透明電極上に、順次各非晶質層を堆積する方法は、プラ
ズマCVD、スパッタリング、熱CVD。
Methods for sequentially depositing each amorphous layer on the transparent electrode include plasma CVD, sputtering, and thermal CVD.

光CVD等、公知の非晶質膜の製造方法の中から適宜選
択することができる。即ち、例えばプラズマCVD法を
使用する場合には、透明電極を堆積した透明基板を設置
した真空反応槽内に所定の反応ガスを導入して、所定の
内圧とした後、高周波放電、低周波放電を初め、直流放
電等の各種放電法等、任意の方法を用いてプラズマを形
成せしめることによって製造することができる。スパッ
タリングの場合は別として、CVD法を採用する場合に
は、上記の如(反応ガスを必要とする。これらのCVD
法の中でも、特に反応効率等の点から特にプラズマCV
D法を採用することが好ましい。
It can be appropriately selected from known amorphous film manufacturing methods such as photo-CVD. That is, for example, when using the plasma CVD method, a predetermined reaction gas is introduced into a vacuum reaction tank in which a transparent substrate on which a transparent electrode is deposited is installed, a predetermined internal pressure is achieved, and then high-frequency discharge and low-frequency discharge are applied. It can be manufactured by forming plasma using any method, such as various discharge methods such as direct current discharge. Apart from sputtering, when adopting the CVD method, as mentioned above (reactant gas is required.
Among the methods, plasma CV is particularly effective in terms of reaction efficiency, etc.
It is preferable to adopt method D.

本発明を、CVD法によって実施する場合の原料ガスに
ついて次に述べる。
Next, the raw material gas when carrying out the present invention by the CVD method will be described.

本発明において使用することのできるシリコン源として
は、一般式5LnH2n+2で表されるシラン、又は一
般式SiH□〜3X4〜l (Xはハロゲン原子を表す
)で表されるハロゲン化シランの中から任意に選択する
ことができる。これらは単独で用いても2種以上を混合
して用いても良い。
As a silicon source that can be used in the present invention, any silane represented by the general formula 5LnH2n+2 or a halogenated silane represented by the general formula SiH□~3X4~l (X represents a halogen atom) is selected. can be selected. These may be used alone or in combination of two or more.

炭素源としては常温でCVD法を実施するに十1 分な蒸気圧を有する炭化水素類(例えばメタン、エタン
等)の中から任意に選択することができる。
The carbon source can be arbitrarily selected from hydrocarbons (eg, methane, ethane, etc.) that have a vapor pressure sufficient to carry out the CVD method at room temperature.

酸素源としては酸素ガス、オゾンガスを使用することが
できることは当然であるが、特に炭素及び酸素を同時に
不純物として含有せしめる場合には、−酸化炭素、炭酸
ガス及び含酸素有機化合物(例えばアルコール、エーテ
ル、カルボン酸、ケトン酸等)の中から選択した1種又
は2種以上を使用することが好ましい。
Of course, oxygen gas and ozone gas can be used as oxygen sources, but especially when carbon and oxygen are simultaneously contained as impurities, , carboxylic acids, ketonic acids, etc.) is preferably used.

同様に、窒素源としては窒素ガスを使用することができ
ることは当然であるが、炭素を同時に不純物として含有
せしめる場合には、含窒素有機化合物の中から1種又は
2種以上を適宜選択することが好ましく、窒素と酸素を
同時に不純物として含有せしめる場合には、No、NO
2、N20の中から1種又は2種以上を選択することが
好ましい。
Similarly, it is natural that nitrogen gas can be used as a nitrogen source, but if carbon is to be included as an impurity at the same time, one or more types of nitrogen-containing organic compounds should be selected as appropriate. is preferable, and when nitrogen and oxygen are simultaneously contained as impurities, No, NO
2. It is preferable to select one or more types from among N20.

反応ガスを形成するシラン含有化合物と不純物のための
原料ガスの割合は、適宜、目的とする物性値と反応条件
によって変えることができるが、2 例えば、プラズマ発生のための投入電力を約4w、反応
圧力を約0.ITorr、基板温度を約300℃、ガス
流量を約1103CCと設定した場合には、不純物元素
の混合割合を約1体積%として良好な結果を得ることが
できる。
The ratio of the silane-containing compound forming the reaction gas and the raw material gas for impurities can be changed as appropriate depending on the desired physical properties and reaction conditions.2 For example, if the input power for plasma generation is about 4 W, The reaction pressure was set to about 0. When ITorr, substrate temperature is set to about 300° C., and gas flow rate is set to about 1103 CC, good results can be obtained with a mixing ratio of impurity elements of about 1% by volume.

本発明において、シリコン薄膜にp型又はn型の性質を
付与せしめる場合には、上記製膜条件内において更にド
ーパントガスを添加する必要がある。p型ドーパントガ
スは、元素周期律表第■族の元素又はその化合物であり
、好ましくは水素化物、特に水素化硼素(B2H5)が
好ましい。n型ドーパントガスは、元素周期律表第■族
の元素又はその化合物であり、好ましくは水素化物、特
にホスフィン(PH3)又はアルシン(ASH3)が好
ましい。これらのドーパントガスの混合割合は、プラズ
マ条件等により一定するわけではないが、シリコン含有
化合物に対して0.2体積%程度であれば良好な結果を
得ることができる。
In the present invention, when imparting p-type or n-type properties to the silicon thin film, it is necessary to further add a dopant gas within the above film forming conditions. The p-type dopant gas is an element of Group 1 of the Periodic Table of Elements or a compound thereof, and is preferably a hydride, particularly boron hydride (B2H5). The n-type dopant gas is an element of group Ⅰ of the periodic table of elements or a compound thereof, preferably a hydride, particularly phosphine (PH3) or arsine (ASH3). Although the mixing ratio of these dopant gases is not constant depending on plasma conditions and the like, good results can be obtained if the mixing ratio is about 0.2% by volume based on the silicon-containing compound.

本発明において、基板として使用される金属電極の具体
例としては、例えばアルミニウム、アンチモン、ステン
レス等を挙げることができる。
In the present invention, specific examples of the metal electrode used as the substrate include aluminum, antimony, stainless steel, and the like.

本発明の太陽電池の代表的な構成例は、第1図に示すも
のである。図において、符号1はガラス等の透明基板、
2は透明電極、3はへテロ9層、4は微結晶化p層、5
はill、6はn層、7は裏面の金属電極である。これ
らの各構成要素は所謂pin型素子の場合と同様の機能
を有する。
A typical configuration example of the solar cell of the present invention is shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 indicates a transparent substrate such as glass;
2 is a transparent electrode, 3 is a hetero9 layer, 4 is a microcrystalline p layer, 5
6 is the n-layer, and 7 is the metal electrode on the back surface. Each of these components has a function similar to that of a so-called pin type element.

(発明の効果) 本発明によれば、光吸収係数が小さく、最適な屈折率を
持った半導体を提供することができ、pin型アモルフ
ァス太陽電池のための、光入射側材料としてすこぶる有
効な半導体を供給できる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor having a small light absorption coefficient and an optimum refractive index, which is an extremely effective semiconductor as a material on the light incident side of a pin-type amorphous solar cell. can be supplied.

本発明によって製造した太陽電池は、従来のpin型素
子に比して、短絡電流及び曲線因子が改善され、変換効
率が大幅に向上するので本発明の意義は大きい。
The solar cell manufactured according to the present invention has improved short circuit current and fill factor, and has significantly improved conversion efficiency, compared to a conventional pin-type device, so the present invention has great significance.

以下、実施例を挙げて本発明を更に説明するが本発明は
これにより限定されるものではない。
The present invention will be further explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例) CVD法を用いて、第1図に示され?構造の太陽電池を
作製した。。
(Example) Using the CVD method, as shown in FIG. A solar cell with this structure was fabricated. .

まず、透明電極を設置した反応室内に、シランガス(S
iH4)、シランガスに対して約1. 0体積%のNo
及びシランガスに対して約0.1体積%のB2H5の混
合ガスを、反応室内の圧力が約0.1Torrとなるよ
うに導入した。次いで、投入電力4Wでプラズマ放電を
開始し、基板温度300℃、ガス流量103C103C
C条件で、透明電極上に約30人のへテロ9層(3)を
体積した。
First, silane gas (S
iH4), approximately 1. 0 volume% No.
A mixed gas of about 0.1% by volume of B2H5 with respect to silane gas was introduced so that the pressure inside the reaction chamber was about 0.1 Torr. Next, plasma discharge was started with an input power of 4 W, and the substrate temperature was 300°C and the gas flow rate was 103C and 103C.
Under C conditions, 9 hetero layers (3) of about 30 people were deposited on the transparent electrode.

次に、反応室内を真空にした後シランガス、シランガス
に対して0.2体積%のB2H已の混合ガスを水素ガス
で30倍に希釈して導入し、反応室内の圧力を0.IT
orrとした。投入電力20W、ガス流量7.53CC
M、基板温度300℃の条件で、上記へテロ9層の上に
約70人の微結晶を含有するアモルファスシリコン層(
4)を形成せしめ、全体で約100人の窓側不純物層と
した。
Next, after evacuating the reaction chamber, silane gas and a mixed gas of 0.2% by volume of B2H to the silane gas were diluted 30 times with hydrogen gas and introduced, and the pressure inside the reaction chamber was reduced to 0.2% by volume. IT
It was set as orr. Input power 20W, gas flow rate 7.53CC
M. At a substrate temperature of 300°C, an amorphous silicon layer containing about 70 microcrystals (
4) to form a window-side impurity layer of about 100 people in total.

このようにして形成せしめた不純物層の上に、更に通當
の方法により、i層及びn層を形成せし5 め、金属電極を付けて本発明の試料(D)とした。
On the impurity layer thus formed, an i-layer and an n-layer were further formed by a conventional method, and metal electrodes were attached to obtain a sample (D) of the present invention.

この試料とi層及びn層は全(同じものとし、上記窓側
不純物層を、a−3i:Hの単一層とした比較試料(A
)、μc−5i:Hの単一層とした比較試料(B) 、
a−31:N:O:Hの単一層とした比較試料(C)と
を比較した結果を表1に示す。
This sample, the i-layer and the n-layer are all the same (A
), a comparative sample (B) with a single layer of μc-5i:H,
Table 1 shows the results of comparison with comparative sample (C), which was a single layer of a-31:N:O:H.

表1 試料 窓側 開放 短絡 曲線 変換 不純物層 電圧 電流 因子 効率 A a−5i:11 1.0 1.0 1.0 1.O
B μc−3t:HO,550,290,280,04
Ca−3i:N:0:H1,111,130,871,
08D a−3i:N:O;H。
Table 1 Sample Window side Open Short circuit curve Conversion impurity layer Voltage Current Factor Efficiency A a-5i:11 1.0 1.0 1.0 1. O
B μc-3t: HO, 550, 290, 280, 04
Ca-3i:N:0:H1,111,130,871,
08D a-3i:N:O;H.

及び+’c−3i:H1,101,280,901,2
76 但し、表中の変換効率は試料Aに対する相対値である。
and +'c-3i: H1,101,280,901,2
76 However, the conversion efficiency in the table is a relative value with respect to Sample A.

この結果から、本発明で得られる太陽電池が極めて光電
変換効率の良いものであることが実祉された。
From this result, it was demonstrated that the solar cell obtained by the present invention has extremely high photoelectric conversion efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の太陽電池の代表的な構成例である。図
中、符号lは透明基板、2は透明電極、3はへテロ9層
、4は微結晶化p層、5は五層、6はn層、7は裏面の
金属電極である。 特許出願人 東亜燃料工業株式会社
FIG. 1 shows a typical configuration example of the solar cell of the present invention. In the figure, reference numeral 1 indicates a transparent substrate, 2 indicates a transparent electrode, 3 indicates nine hetero layers, 4 indicates a microcrystalline p layer, 5 indicates five layers, 6 indicates an n layer, and 7 indicates a metal electrode on the back surface. Patent applicant Toa Fuel Industries Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)非晶質半導体層を有するpin型太陽電池であって
、該太陽電池の窓側不純物層が多層構造を有することを
特徴とする非晶質半導体太陽電池。 2)窓側不純物層が、微結晶を含む非晶質シリコン層(
微結晶化層)と、水素、窒素、炭素、酸素の中から選択
された1種又は2種以上の元素を含む非晶質シリコン層
(ヘテロ層)の多層構造であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の非晶質半導体太陽電池。
[Scope of Claims] 1) A pin-type solar cell having an amorphous semiconductor layer, characterized in that a window-side impurity layer of the solar cell has a multilayer structure. 2) The window side impurity layer is an amorphous silicon layer containing microcrystals (
A patent characterized by a multilayer structure of a microcrystalline layer) and an amorphous silicon layer (heterolayer) containing one or more elements selected from hydrogen, nitrogen, carbon, and oxygen. The amorphous semiconductor solar cell according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010080672A (en) * 2008-09-26 2010-04-08 Kaneka Corp Photoelectric conversion device and method for manufacturing photoelectric conversion device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57204178A (en) * 1981-06-10 1982-12-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optoelectric transducer

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