JPS6050972A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
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- JPS6050972A JPS6050972A JP58157975A JP15797583A JPS6050972A JP S6050972 A JPS6050972 A JP S6050972A JP 58157975 A JP58157975 A JP 58157975A JP 15797583 A JP15797583 A JP 15797583A JP S6050972 A JPS6050972 A JP S6050972A
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- Japan
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- layer
- type layer
- atoms
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- solar cell
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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
- H01L31/04—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
- H01L31/06—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 characterised by potential barriers
- H01L31/075—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 characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
-
- 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
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Photovoltaic Devices (AREA)
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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は金属基板上にｎ層を基板側としたｐ −ｉ −
ｎ構造を有する半導体薄膜、例えばシランのグロー放電
分解によって形成された非晶質シリコン膜を有する薄膜
太陽電池に関する。
ｎ構造を有する半導体薄膜、例えばシランのグロー放電
分解によって形成された非晶質シリコン膜を有する薄膜
太陽電池に関する。
太陽電池は太陽光或は電灯光を電気エネルギーに変換す
るものとして最近とみに注目されているが、光電変換活
性領域を形成するための半導体層としては、単結晶シリ
コン、多結晶シリコンのほかに非晶質シリコン（以下ａ
−８ｉと記す）が利用されている。第１図にａ−８ｉ膜
を用いた太陽電池の構造の例を示す。第１図においてス
テンレス鋼基板１の上に先ずシラン（８ｉＨ，）にフォ
スフイン（ＰＨ３）を添加したガスをグロー放電法によ
り分解してａ−８ｉ膜の０層２を堆積させ、次いで８ｉ
Ｈ，のみの分解により１層３を、さらにシボラン（Ｂ２
Ｈ６）を添加することにより９層４を全体の２−８ｉ膜
厚が１μｍになる程度に堆積させたものである。９層４
上には蒸着などによって、例えばＩＴＯ（インジウムす
ず酸化物）からなる透明導電膜５が被着され、その上に
格子状の集電金属電極６が設けられている。この太陽電
池に透明導電膜５を通して光７が入射すると光起電力を
生じ、光起電力は基板１と電極６から取り出される。透
明導電膜５は反射防止膜を兼ねるもので、ＩＴＯに限ら
ず５ｎ０２からなってもよくあるいは光を透過できる程
度の厚さの金属薄膜と反射防止膜（Ｓｉｎ。
るものとして最近とみに注目されているが、光電変換活
性領域を形成するための半導体層としては、単結晶シリ
コン、多結晶シリコンのほかに非晶質シリコン（以下ａ
−８ｉと記す）が利用されている。第１図にａ−８ｉ膜
を用いた太陽電池の構造の例を示す。第１図においてス
テンレス鋼基板１の上に先ずシラン（８ｉＨ，）にフォ
スフイン（ＰＨ３）を添加したガスをグロー放電法によ
り分解してａ−８ｉ膜の０層２を堆積させ、次いで８ｉ
Ｈ，のみの分解により１層３を、さらにシボラン（Ｂ２
Ｈ６）を添加することにより９層４を全体の２−８ｉ膜
厚が１μｍになる程度に堆積させたものである。９層４
上には蒸着などによって、例えばＩＴＯ（インジウムす
ず酸化物）からなる透明導電膜５が被着され、その上に
格子状の集電金属電極６が設けられている。この太陽電
池に透明導電膜５を通して光７が入射すると光起電力を
生じ、光起電力は基板１と電極６から取り出される。透
明導電膜５は反射防止膜を兼ねるもので、ＩＴＯに限ら
ず５ｎ０２からなってもよくあるいは光を透過できる程
度の厚さの金属薄膜と反射防止膜（Ｓｉｎ。
８ ｉ層２ 、８ ｉ３Ｎ４ 、 Ｔ １２０ｓなど）
とを重ねた構造でも差支えない。
とを重ねた構造でも差支えない。
本発明はこのようなｐ−１−ｎ構造をもつ薄膜太陽電池
の変換効率をさらに向上させることを目的とする。
の変換効率をさらに向上させることを目的とする。
本発明は、そのような構造をもつ太陽電池のｐ属とｎｉ
の間のｉ層のｐ層に近い側が、例えはほう素を含む反応
ガスのグロー放電分解によりほう素を０．５〜５Ｘ １
０１７原子数／ ｃｒ／ｌを添加した層からなることに
よシ上記の目的を達成するものである。
の間のｉ層のｐ層に近い側が、例えはほう素を含む反応
ガスのグロー放電分解によりほう素を０．５〜５Ｘ １
０１７原子数／ ｃｒ／ｌを添加した層からなることに
よシ上記の目的を達成するものである。
〔発明の実施例〕
本発明による薄膜太陽電池は、例えは第２！Ωような構
造を有し、図から明らかなようにｓ＋＋ｊｌ１吋に示し
た１層３のｐＪ脅４に近い側に２層４ ＋＝ｎ＋ｉｎ゛
族元素（鋒寿イ１１う素）添加量に比して低い゛°献嘔
。
造を有し、図から明らかなようにｓ＋＋ｊｌ１吋に示し
た１層３のｐＪ脅４に近い側に２層４ ＋＝ｎ＋ｉｎ゛
族元素（鋒寿イ１１う素）添加量に比して低い゛°献嘔
。
素賂加量を有する１層８が形成されている。このような
構造を有する太陽電池として、ステンレス・鋼基板１の
上にＰＨ，、／Ｓ １Ｈ４＝１０ ’の比でＰ）１３ガ
スを８ ｓ Ｈ４ガスに混入してグロー放電法により１
層２を堆積し１次いでＳｉＨ，のみの１層３と馬ル／
Ｓ ｉ Ｈ４のガス比を１０−６とした１層８を、ｉ贋
金体の膜厚のなかで１層３と１層８０膜厚をいろいろ変
化させて成長させ、さらにｎの上にＨ２Ｈ，／５ｉＨ４
＝＝１０”の比のガスから２層４を積層して太陽電池を
製作した。なおこの場合１層８の中に取り込まれるほう
素の量は約Ｉ Ｘ １０１７原子数／ Ｃａでへる。各
太陽電池のＡＭ−１（１００ｍ Ｖ、／ ７ の光照射
下での特性金測定した結果を第１表に示す。
構造を有する太陽電池として、ステンレス・鋼基板１の
上にＰＨ，、／Ｓ １Ｈ４＝１０ ’の比でＰ）１３ガ
スを８ ｓ Ｈ４ガスに混入してグロー放電法により１
層２を堆積し１次いでＳｉＨ，のみの１層３と馬ル／
Ｓ ｉ Ｈ４のガス比を１０−６とした１層８を、ｉ贋
金体の膜厚のなかで１層３と１層８０膜厚をいろいろ変
化させて成長させ、さらにｎの上にＨ２Ｈ，／５ｉＨ４
＝＝１０”の比のガスから２層４を積層して太陽電池を
製作した。なおこの場合１層８の中に取り込まれるほう
素の量は約Ｉ Ｘ １０１７原子数／ Ｃａでへる。各
太陽電池のＡＭ−１（１００ｍ Ｖ、／ ７ の光照射
下での特性金測定した結果を第１表に示す。
第 １ 表
第１表から明らかなように、Ｂ、Ｈ，／ＳｉＨ，のガス
比が１０’の時１層膜中の１１う素を添加する領域には
最適値がありｉ贋金体膜厚に対しＳｉＨ，のみの１層３
が３０％、Ｂ＊Ｈｅ／ ８ ＋ Ｈ４の比が１０−６で
形成し７た１層８が７０％のとき太陽電池特性はすぐれ
た特性を有し、変換効率に著しい向上を示した。
比が１０’の時１層膜中の１１う素を添加する領域には
最適値がありｉ贋金体膜厚に対しＳｉＨ，のみの１層３
が３０％、Ｂ＊Ｈｅ／ ８ ＋ Ｈ４の比が１０−６で
形成し７た１層８が７０％のとき太陽電池特性はすぐれ
た特性を有し、変換効率に著しい向上を示した。
第３図にＢ、Ｈ６７Ｓｉ Ｈ，の比をＯ５ｐｐｍ〜５ｐ
ｐｍの範囲で変化させた場合において、ｉ層内のほう素
を添加しない）ｆｆｉ ３の割合によって効率が変化す
る様子を示す。Ｂ２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が２．３．５ｐ
ｐｍの場合には第２表圧示すような最適点が存在するこ
とがわかった。なおり２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が１）１ｋ
ＩＯ’より大きくなった場合は、開放電圧、形÷１因子
が１層８を設けない場合より低くなり、本癲Ｉ明の効果
は得られなかった。
ｐｍの範囲で変化させた場合において、ｉ層内のほう素
を添加しない）ｆｆｉ ３の割合によって効率が変化す
る様子を示す。Ｂ２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が２．３．５ｐ
ｐｍの場合には第２表圧示すような最適点が存在するこ
とがわかった。なおり２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が１）１ｋ
ＩＯ’より大きくなった場合は、開放電圧、形÷１因子
が１層８を設けない場合より低くなり、本癲Ｉ明の効果
は得られなかった。
第 ２ 表
これらの特性向上の主な要因は、短絡光電流の増加と形
状因子の改善である。この要因解析するために、太陽電
池の形状因子の波長依存性を調べた。その結果を第４図
に示す。Ｂ、Ｈ，を添加しない太陽電池に比べ、添加し
た太陽電池の形状因子は長波長側でその感度が改善され
ている。第５図（ａ）に示すように、短波長光９の入射
の場合・短絡光電流は入射光側に近いｉ層で発生するキ
ャリアが支配的となり、第５図（ｂｌに示すように長波
長光１０の入射の場合、短絡光電流は基板側に近いｉ層
で発生するキャリアが支配的となる。つまり、ＩＴＯ／
ｐ−１−ｎ／ステンレス基板と形成されたａ−８ｉ太て
１電池において、短波長光の場合は、入射光側近・ＨＩ
ＱＡ 、層で発生したキャリアのうち、正孔はｐ形層Ｉ
ＩＪ＼・ ・ｉ正孔に比べ長い。逆に長波長光の場合は、基板側に
近いｉ層で発生したキャリアのうち正孔はｐ：１゛ 狐層へ、を子はｎ形層の走行するが、正孔の走行：距離
は電子に比べて長い。通常不純物を添加しないａ−８ｉ
膜の電気伝導度の温度依存性からめた活性化エネルギー
は、約０．６５ｅＶであり、弱いｎ形の電気伝導を示す
。このようなｉ層を太陽電池に使用した場合太陽電池の
エネルギーバンドプロファイルは第６図（ａ）の太陽電
池断面模型に対応してその下に示された第６図（ｂ）中
点線５１に示すようになり、ｉ層中の内蔵電界の分布は
、第６図（Ｃ１中点線５２で示すようにｉ層内の電界分
布に均一性がなくなり、ｐ−ｉ界面近傍に強い電界領域
があり、基板側に近いｉ層では弱い電界領域、ｎ−１界
面で強い電界領域という分布になっていると推察される
。従って基板側に近い１層で発生したキャリアのうちｐ
層へと走行する正孔の数は内蔵電界不均一性により再結
合の影響を受け、減少すると思われる。これに対し入射
光側に近いｉ層に微量の■族元素を添加した場合のエネ
ルギーバンドプロファイルは、第６図（１））中実線６
１で示すよＪ’Ｊ推察される。従って基板側に近いｉ層
で発生したキャリアのうちｐ層へと走行する正孔は再結
合の影響が減少し、特性が改善される。第■族元素の添
加量を増加し、さらにその層の膜厚を厚くすると、逆に
入射光側に近い層で発生したキャリアｎ／金属基板の構
造を有する薄膜太陽電池のｉ層を、■族元素を添加しな
い層ばかりでなくｐ層に近い側に設けられた■族元素を
添加した層とから構成することにより、ｉ層内の電界分
布を均一にし、光の入射により発生したキャリアの走行
中における再結合の影響を少なくし、短絡光電流の増加
と形状因子の改善をもたらして変換効率の高い薄膜太陽
電池を得るものである。本発明は薄膜太陽電池の製造装
、置奮特に追加、変更することなく、太陽電池の特性改
善を可能にするのでその効果はすこぶる大きい。
状因子の改善である。この要因解析するために、太陽電
池の形状因子の波長依存性を調べた。その結果を第４図
に示す。Ｂ、Ｈ，を添加しない太陽電池に比べ、添加し
た太陽電池の形状因子は長波長側でその感度が改善され
ている。第５図（ａ）に示すように、短波長光９の入射
の場合・短絡光電流は入射光側に近いｉ層で発生するキ
ャリアが支配的となり、第５図（ｂｌに示すように長波
長光１０の入射の場合、短絡光電流は基板側に近いｉ層
で発生するキャリアが支配的となる。つまり、ＩＴＯ／
ｐ−１−ｎ／ステンレス基板と形成されたａ−８ｉ太て
１電池において、短波長光の場合は、入射光側近・ＨＩ
ＱＡ 、層で発生したキャリアのうち、正孔はｐ形層Ｉ
ＩＪ＼・ ・ｉ正孔に比べ長い。逆に長波長光の場合は、基板側に
近いｉ層で発生したキャリアのうち正孔はｐ：１゛ 狐層へ、を子はｎ形層の走行するが、正孔の走行：距離
は電子に比べて長い。通常不純物を添加しないａ−８ｉ
膜の電気伝導度の温度依存性からめた活性化エネルギー
は、約０．６５ｅＶであり、弱いｎ形の電気伝導を示す
。このようなｉ層を太陽電池に使用した場合太陽電池の
エネルギーバンドプロファイルは第６図（ａ）の太陽電
池断面模型に対応してその下に示された第６図（ｂ）中
点線５１に示すようになり、ｉ層中の内蔵電界の分布は
、第６図（Ｃ１中点線５２で示すようにｉ層内の電界分
布に均一性がなくなり、ｐ−ｉ界面近傍に強い電界領域
があり、基板側に近いｉ層では弱い電界領域、ｎ−１界
面で強い電界領域という分布になっていると推察される
。従って基板側に近い１層で発生したキャリアのうちｐ
層へと走行する正孔の数は内蔵電界不均一性により再結
合の影響を受け、減少すると思われる。これに対し入射
光側に近いｉ層に微量の■族元素を添加した場合のエネ
ルギーバンドプロファイルは、第６図（１））中実線６
１で示すよＪ’Ｊ推察される。従って基板側に近いｉ層
で発生したキャリアのうちｐ層へと走行する正孔は再結
合の影響が減少し、特性が改善される。第■族元素の添
加量を増加し、さらにその層の膜厚を厚くすると、逆に
入射光側に近い層で発生したキャリアｎ／金属基板の構
造を有する薄膜太陽電池のｉ層を、■族元素を添加しな
い層ばかりでなくｐ層に近い側に設けられた■族元素を
添加した層とから構成することにより、ｉ層内の電界分
布を均一にし、光の入射により発生したキャリアの走行
中における再結合の影響を少なくし、短絡光電流の増加
と形状因子の改善をもたらして変換効率の高い薄膜太陽
電池を得るものである。本発明は薄膜太陽電池の製造装
、置奮特に追加、変更することなく、太陽電池の特性改
善を可能にするのでその効果はすこぶる大きい。
第１図は従来の薄膜太陽電池の断面図、第２図は本発明
の一実施例の断面図、第３図は本発明の実施例におりる
ｉ層中のほう素添加の厚さの割合による効率の変化を示
す線図、第４図は本発明の実施例および従来の太陽電池
の形状因子の波長依］肴；曲線図、第５図に＋ｌ 、
（＋）ｌは太陽電池に光が入射した場合のキャリアの振
舞いを示す模式図で、（ａ）は１短波長光、（ｂ）は長
波長ブ０の場合、第６図（ａ）〜（Ｃ１は（ａ）に示す
太陽電池断面模型の位置に対応して、（ｂ）は？（ンド
フロファイル、（Ｃ）は電界分布を示した模表゛図であ
る。 １・・・ステンレス鋼基板、２・ ａ−８ｉ−ｎ層、３
−＝ ａ−８ｉ −ｉ層、４ ・−ａ−８ｉ−ｐ層、５
・・透明導電膜、８・・・はう素添加ａ−８ｉ−ｉ 層
。 時Ｍ午出瀬人 ノ目 旧 裕 部 第４図 ７５図 χ ？６図
の一実施例の断面図、第３図は本発明の実施例におりる
ｉ層中のほう素添加の厚さの割合による効率の変化を示
す線図、第４図は本発明の実施例および従来の太陽電池
の形状因子の波長依］肴；曲線図、第５図に＋ｌ 、
（＋）ｌは太陽電池に光が入射した場合のキャリアの振
舞いを示す模式図で、（ａ）は１短波長光、（ｂ）は長
波長ブ０の場合、第６図（ａ）〜（Ｃ１は（ａ）に示す
太陽電池断面模型の位置に対応して、（ｂ）は？（ンド
フロファイル、（Ｃ）は電界分布を示した模表゛図であ
る。 １・・・ステンレス鋼基板、２・ ａ−８ｉ−ｎ層、３
−＝ ａ−８ｉ −ｉ層、４ ・−ａ−８ｉ−ｐ層、５
・・透明導電膜、８・・・はう素添加ａ−８ｉ−ｉ 層
。 時Ｍ午出瀬人 ノ目 旧 裕 部 第４図 ７５図 χ ？６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）金属基板上にｎ層を基板側にしたｐ−１−ｎ構造を
有する半導体薄膜を有し、ｐ層側からの光の入射による
光起電力を生ずるものにおいて、１層の１層に近い側が
ほう素を０．５ないし５ Ｘ １０１７原子数／ ｃｔ
Ａを添加した層からなることを特徴とする薄膜太陽電池
。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電池において、はう素
を２Ｘ１０１７原子数／ｃｒＩ添加した層の厚さがｉ贋
金体の厚さの３０チであることを特徴とする薄膜太陽電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157975A JPS6050972A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157975A JPS6050972A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 薄膜太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6050972A true JPS6050972A (ja) | 1985-03-22 |
| JPH0586677B2 JPH0586677B2 (ja) | 1993-12-13 |
Family
ID=15661513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58157975A Granted JPS6050972A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6050972A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4692558A (en) * | 1983-05-11 | 1987-09-08 | Chronar Corporation | Counteraction of semiconductor impurity effects |
| JPS62224981A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 非晶質半導体素子 |
| JPH0232569A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | アモルファス太陽電池 |
| US5032884A (en) * | 1985-11-05 | 1991-07-16 | Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor pin device with interlayer or dopant gradient |
| WO2009101925A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Tokyo Electron Limited | 太陽光発電薄膜を基材に直接に形成した太陽電池 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS564287A (en) * | 1979-06-18 | 1981-01-17 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
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1983
- 1983-08-31 JP JP58157975A patent/JPS6050972A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH0586677B2 (ja) | 1993-12-13 |
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