JPS6063968A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JPS6063968A
JPS6063968A JP59065470A JP6547084A JPS6063968A JP S6063968 A JPS6063968 A JP S6063968A JP 59065470 A JP59065470 A JP 59065470A JP 6547084 A JP6547084 A JP 6547084A JP S6063968 A JPS6063968 A JP S6063968A
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JP
Japan
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layer
boron
type
germanium
silicon
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Pending
Application number
JP59065470A
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English (en)
Inventor
Katsumi Murase
村瀬 克美
Yoshihiko Mizushima
宜彦 水島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • 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
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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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】 本発明は高効率の太陽電池に関するものである。
従来、pn構造あるいはpin構造から成るシリコン太
陽電池のp型層は、シリコンにおけるp型不純物として
は固溶限界が最高である硼素を単結晶シリコンに添加す
る方法あるいは硼素と水素とを非晶質シリコンに添加す
る方法によって形成していた。このように、従来は、硼
素あるいは硼素と水素とを以てp型層を形成したのであ
るが、硼素のシリコン中における固溶限界は、P型不純
物の中では最高であるといえども、n型不純物である砒
素や燐の固溶限界に比べると、著しく低いため、その抵
抗率をn型シリコンの抵抗率はど下げることは不可能で
あった。
ところで、pn構造あるいはpin構造から成るシリコ
ン太陽電池におけるp聖像のうちで、有効な光電変換を
行う領域は、それぞれn型層あるいはi型層と接するこ
とにより空乏層となった領域と空乏層端から少数キャリ
アである電子の拡散長以内の領域とを併せた領域である
。従ってこれ以外のp型領域は太陽電池としては、いわ
ば余分な領域であり、この領域の抵抗成分による電力損
失は太陽電池の高効率化に対して弊害をなすものである
そのため、従来のpn構造あるいはpin構造から成る
シリコン太陽電池では、p型層での電力損失が大きく、
効率の点で問題があった。
本発明の目的は、従来のpn構造あるいはpin堝造か
ら成るシリコン太陽電池における」;述の欠点を一掃す
ることを目的とするもので、そのために、本発明では、
硼素とゲルマニウムまたは硼素と水素とゲルマニウムを
少なくとも添加してp型層を形成する。
硼素のシリコン中での固溶限界が砒素や燐の固溶限界に
比べ著しく低い原因のひとつは、硼素のイオン半径がシ
リコンのイオン半径に比べて著しく小さく、硼素をシリ
コン中に添加したときにイオン半径の不整合に起因して
大きな歪がシリコン中に発生することにある。本発明は
、ゲルマニウムがイオン半径に関しては硼素とは逆にシ
リコンヨIJ大キ<、かつ、電気的性質に関してはシリ
コン中で中性であるということに着目して成したもので
、ゲルマニウムの添加により歪の軽減、固溶限界の上昇
を図り、従来の限界を越えた低い抵抗〕オ・<のp型層
を実現し、以て、太陽電池の効率を向」ニさせようにと
するものである。
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
本発明太陽電池の第一の実施例を第1図に即しての述べ
る。第1図において、1はn型単結晶シリコン基板であ
り、鏡面になした主面2および3のうちの一方の主面2
側から矢印4で示すようにイオン注入法により硼素を導
入する。ここで、硼素イオン注入層の厚さが少なくとも
p型層側に生ずる空乏層の厚さと電子の拡散長との和以
上になるように注入エネルギを設定し、かつ少なくとも
硼素注入層のピーク濃度がシリコン中の硼素の固溶限界
以上になるように硼素の注入量を設定して導入するもの
とする。ついで、ゲルマニウムをシリコン基板1の同じ
主面2側から矢印4で示すようにイオン注入法により導
入するが、ここでは、次工程であるアニーリング工程を
経た後の硼素の分布を覆うように注入エネルギを設定し
てゲルマニウムを導入する。なお、硼素イオン注入とゲ
ルマニウムイオン注入とを行う相互の順序は上述とは逆
であっても差支えない。次に硼素の電気的活性化のため
のアニーリングをたとえば通常の熱処理で行いp型層5
を形成し、以てpn接合を形成する。このとき、硼素注
入層のピーク濃度付近は、シリコン中での通常の固溶限
界を越えた高濃度層であるにもかかわらず、ゲルマニウ
ム添加の効果により電気的に活性化し、従来にない低い
抵抗率をもつことになる。なお、硼素注入層とゲルマニ
ウム注入層との空間的相対関係は必要に応じて注入エネ
ルギを変えることにより種々変更することができる。最
後にp型層5にオーム性透明電極6を被着し、n型層1
にオーム性電極7を被着して太陽電池を完成させる。な
お、必要に応じて水素をイオン注入によってp型層に導
入してもよい。
次に本発明の第2の実施例を第2図に即して述へる。こ
こでは、n型中結晶シリコン基板lの鏡1riiになし
たる一方の主面2を、その」−にp型シリコン層8を堆
積するのに先立って、かかる堆積を行うための装置内、
たとえはCvD装置内でたとえば1)1A化水素ガスに
よって清浄化し、ひきつづいて、たとえばシラン(Si
Hn )とジボラン(82H6)トケルマン(GeH,
I)と水素あ〜るいはヘリウム等の花釈ガスとから成る
混合ガスを用いたCVD法によって主面2上に硼素とゲ
ルマニウムとを含むp型シリコン層8を堆積させる。こ
のとき、j(+積温度を850°OJR,lにするとp
型車結晶シリコン層が得られ、 600°C以下にする
とp型非晶質シリコン層が得られる。いずれの場合にお
いてもp型層8の抵抗率はゲルマニウムの添加効果によ
り従来より極めて低くなる。また、後者においては、エ
ネルギギャップの異なった2つの領域をもつ太陽電池と
して得られ、p型層8の低抵抗化の効果と相俟って、太
陽電池の効率が一層向上する。最後にp型層8の表面9
にオーム性透明電極1oを被着し、基板lの他方の主面
3にオーム外電allを被着して太陽電池を完成させる
。なお、本例では、p型シリコン層8の堆積方法として
CVD法による場合を述べたが、特にp型層をp型非晶
質シリコン層として(qる場合には、たとえは形成湿度
を200℃から400°Cの範囲内でrび、シランどゲ
ルマンとゲルマンと水素から成る混合カスを用いたグロ
ー放電堆積法によってもよい。この場合、p型層8は硼
素とゲルマニウムとに加えて水素をも含み、水素の効果
によってダングリングボンドに起因するバンドキャップ
中の準位が極めて少なくかつゲルマニウムの効果によっ
て従来にない低抵抗率のp型非晶質シリコン層として得
られる。
次に本発明の第3の実施例を第3図に即して述べる。先
づ、電極を兼ねる基板12、たとえばステンレスの上に
、たとえばグロー放電堆積法において基板温度を200
°Cから400°Cの範囲に設定し、少なくともドナ不
純物、たとえば燐を含むn型非晶Ftシリコン層13を
、たとえばシランとホスフィン(P)I5)と水素とか
ら成る混合ガスを用いて所望の膜厚にまで堆積させ、直
ちに引続いて、混合カスを1・す不純物およびアクセプ
タ不純物を供給せざる成分の混合ガス、たとえばシラン
と水素とからなるj混合ガスに切替えてi型非晶質シリ
コン層14を所望の膜厚にまで堆積させ、更に引続いて
1昆合力′スをたとえばシランとシボランとゲルマンと
水素から成る713合ガスに切替えてp型非晶質シリコ
ン層15を所望の膜厚にまで堆積させる。最後にn型層
15」二に透明オーム性電極16を被着して太陽電池を
完成する。本実施例においては、n型層15は硼素と水
素とゲルマニウムとを含むp型非晶賀シリコンとして得
られ、水素を含むことによってダングリングボンドに起
因するエネルギギャップ中の準位が極めて少なく、かつ
、ゲルマニウムを含むことによって抵抗率が従来の限界
を越えて低いという性質を有する。また、本実施例にお
いては、n型層15を形成する場合にのみ混合カス中に
ゲルマンを含ませたが、混合ガスの組成を堆積中に変化
させることが容易でありかつ、ゲルマニウムはシリコン
中で電気的に中性であることに鑑みて、ゲルマンをn型
層13、i甲層14.n型層15の堆積を通して、混合
ガス中に組成比を適当に変化させながら含ませることも
容易にできる。その場合には、ゲルマニウムの添加によ
って、歪緩和の効果によりn型層15あるいはn型層1
5とn型層13との双方の抵抗率を従来の限界を越えて
低くできることに加えて、エネルギギャップ幅減少の効
果によりn型層13、i型層14、n型層15を通じて
ゲルマニウムの含有率に応じて基礎吸収端に分布をもた
せることができる。従って、前者の効果による電力損失
の現象と後者の効果による光吸収効率のh IIとが相
俟って、高効率の太陽電池を実現することができる。
以」、では、本発明を単一のpn構造あるいはpin構
造の3実施例について述べたが、更に多層からなる構造
に対しても本発明を適用できることは明らかである。
なお、本発明者等は、特に、本発明による硼素とゲルマ
ニウムとを含むp型非晶質シリコンについて種々の検討
を行った結果、従来の限界を越えた低抵抗のp型非晶質
シリコン層が(↓すられることを明らかにし、本発明の
有用性を確認した。−例として、低圧CVD法により 
550 ’Cにおいて、P型、11品質シリコンを作成
する場合において、まず、硼素のみを添加した場合につ
いて述べると、シラン、ジポラン、ヘリウム、水素から
成る混合ガスの圧力を0.2Torrとし、かつジポラ
ン流量のシラン流量に対する比を0.1 として作製し
た硼素のみを含有するp型非晶質シリコンの抵抗率は1
00cmであった。一方、シラン、ジボラン、ゲルマン
、ヘリウム、水素から成る混合ガスの圧力を0.2To
rrとし、かつジポラン流量のシラン流量に対する比を
0.1とし、かつゲルマン流量のジポラン流量に対する
比を0.5として作製した硼素およびゲルマニウムを含
有するp型非晶質シリコンの抵抗率は1.8Ωcmとな
り、硼素のみを添加した場合よりも低くなった。
上述の実験は低圧CVD法で作製したP型非晶質シリコ
ンに154Iする一例にすぎず、木発明大陽′肛ll!
!は低圧CVD法を用いて製造する場合に限られるもの
ではなく、また、シリコンの形態としては非晶質シリコ
ンに限られず、単結晶シリコンであってもよいことは勿
論である。
なお、以上の実施例を通じて、p型層が従来にない低抵
抗率を有するという特徴を有するのみならず、歪が緩和
されたことにより機械的にも従来より安定であるという
特徴をも有していることは容易に理解されるであろう。
以上説明したように、本発明によれば、従来にない低い
抵抗率をもち、機械的にも従来より安定なp型層を有す
るpn構造あるいはpin構造のシリコン太陽電池を形
成できるから、従来以上の高効率の太陽電池を実現でき
る利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図、fr、 
2図は本発明の第2の実施例を示す断面図、第3図は本
発明の第3の実施例を示す断面図である。 1・・・単結晶シリコン基板、 2.3・・・単結晶シリコン基板主面、4・・・不純物
イオン、 5・・・p B’j、層、 6・・・透明電極、 7・・・電極、 8・・・p型層、 8・・・P型層表面、 10・・・透明電極、 11・・・電極、 12・・・電極を兼ねる基板、 13・・・n型層、 14・・・i型層、 15・・・p型層、 16・・・透明電極。 特許出願人 日木電信電話公社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. P型シリコン層とn型シリコン層とを有するpn構造あ
    るいはn型シリコン層とi型シリコン層とn型シリコン
    層とを有するP1n構造から成るシリコン太陽電池にお
    いて、前記n型シリコン層には少なくとも硼素と水素と
    ゲルマニウムとを添加したことを特徴とする太陽電池。
JP59065470A 1984-04-02 1984-04-02 太陽電池 Pending JPS6063968A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5738732A (en) * 1995-06-05 1998-04-14 Sharp Kabushiki Kaisha Solar cell and manufacturing method thereof
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