JPS60246681A - 多層型光電変換素子 - Google Patents
多層型光電変換素子Info
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- JPS60246681A JPS60246681A JP59101681A JP10168184A JPS60246681A JP S60246681 A JPS60246681 A JP S60246681A JP 59101681 A JP59101681 A JP 59101681A JP 10168184 A JP10168184 A JP 10168184A JP S60246681 A JPS60246681 A JP S60246681A
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Classifications
-
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- H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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-
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は太陽電池あるいはラインセンサ等に用いられる
多層型光電変換素子に関する。
多層型光電変換素子に関する。
従来の太陽電池等に使用されているシリコン光電池とし
て、非晶質シリコンによって構成される場合のひとつの
タイプとして、非晶質シリコンのP形半導体膜とN形半
導体膜との間にI形半導体膜を形成した光電変換素子を
積層し直列に接続した構造の多層型光電変換素子が用い
られていた。
て、非晶質シリコンによって構成される場合のひとつの
タイプとして、非晶質シリコンのP形半導体膜とN形半
導体膜との間にI形半導体膜を形成した光電変換素子を
積層し直列に接続した構造の多層型光電変換素子が用い
られていた。
この場合、各々の光電変換素子が直列に接続されている
ために、次のような欠点があった。
ために、次のような欠点があった。
(1)多層型光電変換素子において各々の光電変換素子
で吸収される光の波長や強度が異なることから、各々の
光電変換素子で発生する光電流が一定にはならず、光電
流が最小である光電変換素子によって、多層型光電変換
素子の電流電圧特性が拘束されてしまうので、光電池と
しての特性が低下する。
で吸収される光の波長や強度が異なることから、各々の
光電変換素子で発生する光電流が一定にはならず、光電
流が最小である光電変換素子によって、多層型光電変換
素子の電流電圧特性が拘束されてしまうので、光電池と
しての特性が低下する。
(2)また、多層型の光電変換素子とした場合の内部直
列抵抗値が単体の光電変換素子に比べて高くなる。
列抵抗値が単体の光電変換素子に比べて高くなる。
そして、従来の結晶質シリコンによって構成される代表
的な光電変換素子としては、結晶質シリコンのP形半導
体膜とN形半導体膜とを接合した、PN接合形の半導体
膜を積層し、これを直列または並列に接続した構造の多
層型光電変換素子が光電池のひとつのタイプとして用い
られていた。しかし上記の、結晶質シリコンによって構
成される並列接続型の多層型光電変換素子は、製作ある
いは構造上つぎのような問題点があった。
的な光電変換素子としては、結晶質シリコンのP形半導
体膜とN形半導体膜とを接合した、PN接合形の半導体
膜を積層し、これを直列または並列に接続した構造の多
層型光電変換素子が光電池のひとつのタイプとして用い
られていた。しかし上記の、結晶質シリコンによって構
成される並列接続型の多層型光電変換素子は、製作ある
いは構造上つぎのような問題点があった。
(1)N形(あるいはP形)シリコン層の表面に。
P形(あるいはN形)不純物を打ち込み、高温で熱拡散
させてP形層(あるいはN形層)を形成させ、つぎにそ
の上に同様の方法でN形層(あるいはP形層)を形成し
、その上に同様の方法でP形層(あるいはN形層)を作
るというように、製作工程カモ非常に複雑で、多大の製
作工数を必要とする。
させてP形層(あるいはN形層)を形成させ、つぎにそ
の上に同様の方法でN形層(あるいはP形層)を形成し
、その上に同様の方法でP形層(あるいはN形層)を作
るというように、製作工程カモ非常に複雑で、多大の製
作工数を必要とする。
(2)また、各々の光電変換素子から起電力をとりだす
ための電極として、短絡を防ぐためにP形半導体とN形
半導体を使用しなければならないので直列抵抗が増大す
る。
ための電極として、短絡を防ぐためにP形半導体とN形
半導体を使用しなければならないので直列抵抗が増大す
る。
本発明の目的は、上述した従来の多層型光電変換素子の
欠点を解消し、特に電流電圧特性にすぐれ製作容易な、
非晶質シリコンからなる並列接続型の多層型光電変換素
子を提供するにある。
欠点を解消し、特に電流電圧特性にすぐれ製作容易な、
非晶質シリコンからなる並列接続型の多層型光電変換素
子を提供するにある。
本発明は、非晶質シリコンによって形成される、P形半
導体膜とN形半導体膜との間に工形半導体膜を形成させ
たPINまたはNIP構造を有する光電変換素子を、2
層以上に積層し、かつそれぞれの光電変換素子を並列接
続させた。電流電圧特性のすぐれた多層型光電変換素子
である。
導体膜とN形半導体膜との間に工形半導体膜を形成させ
たPINまたはNIP構造を有する光電変換素子を、2
層以上に積層し、かつそれぞれの光電変換素子を並列接
続させた。電流電圧特性のすぐれた多層型光電変換素子
である。
本発明においては、非晶質シリコンによって形成される
、N形半導体膜とP形半導体膜との間に工形半導体膜を
形成して、PINIPINIP・・・・なる形に積層す
ることもできる電流電圧特性のすぐれた多層型光電変換
素子である。
、N形半導体膜とP形半導体膜との間に工形半導体膜を
形成して、PINIPINIP・・・・なる形に積層す
ることもできる電流電圧特性のすぐれた多層型光電変換
素子である。
また本発明は、各々の光電変換素子の両面に、透明導電
体膜を形成し、これによって起電力を取り出す構造にし
た電流電圧特性のよい多層型光電変換素子である。
体膜を形成し、これによって起電力を取り出す構造にし
た電流電圧特性のよい多層型光電変換素子である。
さらに本発明は、P形半導体膜に接する透明導電体膜と
、N形半導体膜に接する透明導電体膜との間に、透明絶
縁体膜を形成させた電流電圧特性のよい多層型光電変換
素子である。
、N形半導体膜に接する透明導電体膜との間に、透明絶
縁体膜を形成させた電流電圧特性のよい多層型光電変換
素子である。
そして、さらに本発明は工形半導体膜の禁制帯幅を、光
の入射する側から順次小さくすることによって、吸収す
る光の波長範囲を広くし、光収集効率を改善した電流電
圧特性のよい多層型光電変換素子である。
の入射する側から順次小さくすることによって、吸収す
る光の波長範囲を広くし、光収集効率を改善した電流電
圧特性のよい多層型光電変換素子である。
なお、本発明の非晶質シリコンによる多層型光電変換素
子の製作において、非晶質シリコンの半導体膜(薄膜)
の形成は容易であり、結晶質シリコンによるPN構造(
厚膜)の光電変換素子形成の場合のごとき、複雑な不純
物の打ち込みと高温における熱拡散操作が不要であり、
かつ起電力のとり出しもP形およびN形半導体を使用す
る必要がなく、金属電極で行なえるので製作が簡単であ
り、少ない作製工数で電流電圧特性のすぐれた並列接続
の多層型光電変換素子が得られるという特徴がある。
子の製作において、非晶質シリコンの半導体膜(薄膜)
の形成は容易であり、結晶質シリコンによるPN構造(
厚膜)の光電変換素子形成の場合のごとき、複雑な不純
物の打ち込みと高温における熱拡散操作が不要であり、
かつ起電力のとり出しもP形およびN形半導体を使用す
る必要がなく、金属電極で行なえるので製作が簡単であ
り、少ない作製工数で電流電圧特性のすぐれた並列接続
の多層型光電変換素子が得られるという特徴がある。
次に本発明の実施例について図面を引用しながら説明す
る。
る。
(実施例1)
第1図は本発明の一実施例である多層型光電変換素子の
構造を示す断面図である。図から明らかなごとく、ガラ
ス基板1にモノシラン(S 1. H4)とジボラン(
B、H6)とメタン(CH,)の混合ガスを使って、プ
ラズマCVD (ChemicalVapor Dep
osition)法によって、P形半導体膜2aを形成
し、その上にSiH4を使ってプラズマCVD法により
1形半導体膜3aを形成し、その上にS i I−1,
とホスフィン(PH3)の混合ガスを使ってプラズマC
VDIによりN形半導体膜4aを形成し、さらにその上
に同じ方法によって、P形半′導体膜2b、工形半導体
膜3b、N形半導体膜4bを形成させるという順序で光
電変換素子を作り、これを3層積層した。P形半導体膜
、N形半導体膜の膜厚はいずれも150人、工形半導体
膜の膜厚は3000人であった。なお、P形半導体腹側
の電極としてAρ5aを、N形半導体腹側の電極として
A115bを、電子ビームにより蒸着し、各々の積層型
光電変換素子を並列接続した。電極Afiの膜厚はl−
であった。
構造を示す断面図である。図から明らかなごとく、ガラ
ス基板1にモノシラン(S 1. H4)とジボラン(
B、H6)とメタン(CH,)の混合ガスを使って、プ
ラズマCVD (ChemicalVapor Dep
osition)法によって、P形半導体膜2aを形成
し、その上にSiH4を使ってプラズマCVD法により
1形半導体膜3aを形成し、その上にS i I−1,
とホスフィン(PH3)の混合ガスを使ってプラズマC
VDIによりN形半導体膜4aを形成し、さらにその上
に同じ方法によって、P形半′導体膜2b、工形半導体
膜3b、N形半導体膜4bを形成させるという順序で光
電変換素子を作り、これを3層積層した。P形半導体膜
、N形半導体膜の膜厚はいずれも150人、工形半導体
膜の膜厚は3000人であった。なお、P形半導体腹側
の電極としてAρ5aを、N形半導体腹側の電極として
A115bを、電子ビームにより蒸着し、各々の積層型
光電変換素子を並列接続した。電極Afiの膜厚はl−
であった。
本実施例における多層型光電変換素子の電流電圧特性は
、開放電圧0.8v、短絡光電流密環14mA/a+I
、曲線因子0.63、光電変換効率7.06%であった
。
、開放電圧0.8v、短絡光電流密環14mA/a+I
、曲線因子0.63、光電変換効率7.06%であった
。
(実施例2)
第2図は本発明の他の実施例である多層型光電変換素子
の構造を示す断面図である。図に示すごとく、P形半導
体膜2a、2bとN形半導体膜4a、4bが交互に積層
され、その間に工形半導体膜3a、3b、3cがはさま
れるようにP形、工形、N形半導体膜を形成した。各々
膜の形成方法および膜厚は実施例1と同じである。
の構造を示す断面図である。図に示すごとく、P形半導
体膜2a、2bとN形半導体膜4a、4bが交互に積層
され、その間に工形半導体膜3a、3b、3cがはさま
れるようにP形、工形、N形半導体膜を形成した。各々
膜の形成方法および膜厚は実施例1と同じである。
本実施例における多層型光電変換素子の電流電圧特性は
、開放電圧0.8v、短絡光電流密環14.3mA/a
d、曲線因子0.63、光電変換効率7.2%であった
・ (実施例3) 第3図は本発明の他の実施例である多層型光電変換素子
の構造を示す断面図である。図に示すごとく、ガラス基
板1にインジウム(In)と錫(Sn)の酸化物を蒸着
源として、電子ビーム蒸着法により膜厚700人の透明
導電体膜6aを形成し、その上に実施例1と同じ形成法
、膜厚でP形半導体膜2a、工形半導体膜3a、N形半
導を形成し,その上に透明導電体膜6bを形成した。
、開放電圧0.8v、短絡光電流密環14.3mA/a
d、曲線因子0.63、光電変換効率7.2%であった
・ (実施例3) 第3図は本発明の他の実施例である多層型光電変換素子
の構造を示す断面図である。図に示すごとく、ガラス基
板1にインジウム(In)と錫(Sn)の酸化物を蒸着
源として、電子ビーム蒸着法により膜厚700人の透明
導電体膜6aを形成し、その上に実施例1と同じ形成法
、膜厚でP形半導体膜2a、工形半導体膜3a、N形半
導を形成し,その上に透明導電体膜6bを形成した。
この透明導電体膜6bを、次に形成する透明導電体膜6
cから絶縁するために、石英板をターゲットとした高周
波スパッタリング法により透明絶縁体@7を形成した。
cから絶縁するために、石英板をターゲットとした高周
波スパッタリング法により透明絶縁体@7を形成した。
この膜厚は500人であった。
この透明絶縁体膜7の上に、上記と同様な方法で、透明
導電体膜6c.P形半導体膜2b、工形半導体膜3b.
N形半導 を多層構造とした。透明導電体膜6a、6cから起電力
を引出すのにAfl電極5aを、透明導電体膜6b、6
dから起電力を引出すのに煎電極5bを、電子ビーム蒸
着した。この電極Aflの膜厚は1−であった。
導電体膜6c.P形半導体膜2b、工形半導体膜3b.
N形半導 を多層構造とした。透明導電体膜6a、6cから起電力
を引出すのにAfl電極5aを、透明導電体膜6b、6
dから起電力を引出すのに煎電極5bを、電子ビーム蒸
着した。この電極Aflの膜厚は1−であった。
この場合の多層型光電変換素子の電流電圧特性は、開放
電圧0.83V、短絡光電流密環14.5mA/d、曲
線因子0.65、光電変換効率7.82%であった。
電圧0.83V、短絡光電流密環14.5mA/d、曲
線因子0.65、光電変換効率7.82%であった。
(実施例4)
第4図は本発明の他の実施例である多層型光電変換素子
の構造を示す断面図である。図に示すごとく、ガラス基
板1に透明導電体膜6a.P形半導体膜2a、工形半導
体膜3a.N形半導形成した。その」二に今度はN形半
導体膜4b.1形半導体膜3b.P形半導体膜2bの順
に膜を形成し、さらにその上に透明導電体膜6cを形成
して多層構造とした。All電極5aを、透明導電体膜
6a、6cから起電力を引出すために、またAQ電極5
bを、透明導電体膜6bから起電力を引出すために、そ
れぞれ電子ビーム蒸着した。このAu電極の膜厚は、実
施例2および3と同様に1−であった。なお、透明導電
体膜、P形半導体膜、工形半導体膜およびN形半導体膜
の形成方法および膜厚は実施例3と同様である。
の構造を示す断面図である。図に示すごとく、ガラス基
板1に透明導電体膜6a.P形半導体膜2a、工形半導
体膜3a.N形半導形成した。その」二に今度はN形半
導体膜4b.1形半導体膜3b.P形半導体膜2bの順
に膜を形成し、さらにその上に透明導電体膜6cを形成
して多層構造とした。All電極5aを、透明導電体膜
6a、6cから起電力を引出すために、またAQ電極5
bを、透明導電体膜6bから起電力を引出すために、そ
れぞれ電子ビーム蒸着した。このAu電極の膜厚は、実
施例2および3と同様に1−であった。なお、透明導電
体膜、P形半導体膜、工形半導体膜およびN形半導体膜
の形成方法および膜厚は実施例3と同様である。
この場合の多層型光電変換素子の電流電圧特性は、開放
電圧0.83V、短絡光電流密環14.5mA/d、曲
線因子0.67、光電変換効率8.06%であった。
電圧0.83V、短絡光電流密環14.5mA/d、曲
線因子0.67、光電変換効率8.06%であった。
(実施例5)
実施例1〜4において、工形半導体膜の禁制帯幅を、光
の入射側から徐々に小さくなるように調整し、光の入射
側で2.O eV、反対側で1.5 eVとした。この
場合における光電変換効率は8.30%であった。
の入射側から徐々に小さくなるように調整し、光の入射
側で2.O eV、反対側で1.5 eVとした。この
場合における光電変換効率は8.30%であった。
なお、本発明における光電変換素子の積層数であるが、
上述の実施例においては3層構造の多層型光電変換素子
を採用しているが、この3層構造にした場合の光電変換
素子が最も光の収集効率が良いことを、発明者らは種々
の実験によって確認している。
上述の実施例においては3層構造の多層型光電変換素子
を採用しているが、この3層構造にした場合の光電変換
素子が最も光の収集効率が良いことを、発明者らは種々
の実験によって確認している。
また、非晶質シリコン半導体層を階段状に積層している
のは、起電力をとり出すための金属電極の接合を容易に
するためである。
のは、起電力をとり出すための金属電極の接合を容易に
するためである。
以上詳細に説明したごとく、本発明の非晶質シリコンか
らなる並列接続した多層型光電変換素子は、次に示す効
果があり実用上の価値は大きい。
らなる並列接続した多層型光電変換素子は、次に示す効
果があり実用上の価値は大きい。
(1)光の吸収スペクトルや強度に対して鈍感である電
圧が、本発明による多層型光電変換素子の電流電圧特性
を支配するために、上記の光の吸収スペクトルや強度に
よる影響を受け難い高性能な光電池が得られる。
圧が、本発明による多層型光電変換素子の電流電圧特性
を支配するために、上記の光の吸収スペクトルや強度に
よる影響を受け難い高性能な光電池が得られる。
(2)また、本発明による多層型光電変換素子において
、I形半導体膜の禁制帯幅を光の入射側から順に小さく
することができるので、吸収する光の波長範囲が広くな
り、光の収集効率が増大する。
、I形半導体膜の禁制帯幅を光の入射側から順に小さく
することができるので、吸収する光の波長範囲が広くな
り、光の収集効率が増大する。
(3)さらに、本発明による多層型光電変換素子の内部
直列抵抗が、多層型光電変換素子の積層数で割った値と
なり、単体の光電変換素子の内部直列抵抗より小さくな
って電流電圧特性が向上する。
直列抵抗が、多層型光電変換素子の積層数で割った値と
なり、単体の光電変換素子の内部直列抵抗より小さくな
って電流電圧特性が向上する。
第1図は本発明の一実施例である多層型光電変換素子の
構造を示す断面図、第2図〜第4図は本発明の他の実施
例である多層型光電変換素子の構造を示す断面図である
。 1・・・ガラス基板 2a、2b、2 c −P形半導体膜 3a、3b、3 c −I形半導体膜 4a、4b、4 c −N形半導体膜 5a、5b・・・舷電極 6a、6b、6C16d −透明導電体膜7・・・透明
絶縁体膜
構造を示す断面図、第2図〜第4図は本発明の他の実施
例である多層型光電変換素子の構造を示す断面図である
。 1・・・ガラス基板 2a、2b、2 c −P形半導体膜 3a、3b、3 c −I形半導体膜 4a、4b、4 c −N形半導体膜 5a、5b・・・舷電極 6a、6b、6C16d −透明導電体膜7・・・透明
絶縁体膜
Claims (5)
- (1)非晶質シリコンからなるP形半導体膜とN形半導
体膜との間にI形半導体膜を形成した、PINまたはN
IP構造を有する光電変換素子において、該光電変換素
子を2層以上の複数層に積層し、かつ各々の光電変換素
子を並列接続とすることを特徴とする多層型光電変換素
子。 - (2)光電変換素子の構造を、N形半導体膜とP形半導
体膜との間にI形半導体膜を形成し、PINiPINI
P という形に積層することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の多層型光電変換素子。 - (3)各々の光電変換素子の両面に、透明導電体膜を形
成し、該透明導電体膜によって起電力を取り出す構造に
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多層
型光電変換素子。 - (4)P形半導体膜に接する透明導電体膜と、N形半導
体膜に接する透明導電体膜との間に、透明絶縁体膜を形
成することを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の
多層型光電変換素子。 - (5)■形半導体膜の禁制帯幅を、光の入射する側から
順次小さくすることを特徴とする特許請求の範囲第1項
ないし第4項のいずれか1項に記載の多層型光電変換素
子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59101681A JPS60246681A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 多層型光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59101681A JPS60246681A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 多層型光電変換素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60246681A true JPS60246681A (ja) | 1985-12-06 |
Family
ID=14307085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59101681A Pending JPS60246681A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 多層型光電変換素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60246681A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010045332A (ja) * | 2008-08-14 | 2010-02-25 | Jusung Engineering Co Ltd | 薄膜形太陽電池及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-05-22 JP JP59101681A patent/JPS60246681A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010045332A (ja) * | 2008-08-14 | 2010-02-25 | Jusung Engineering Co Ltd | 薄膜形太陽電池及びその製造方法 |
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