JPS611062A - 光起電力装置 - Google Patents

光起電力装置

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JPS611062A
JPS611062A JP59120805A JP12080584A JPS611062A JP S611062 A JPS611062 A JP S611062A JP 59120805 A JP59120805 A JP 59120805A JP 12080584 A JP12080584 A JP 12080584A JP S611062 A JPS611062 A JP S611062A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
unit photovoltaic
junction
type
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JP59120805A
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English (en)
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Tamotsu Hatayama
畑山 保
Hidetoshi Nozaki
野崎 秀俊
Hiroshi Ito
宏 伊東
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS611062A publication Critical patent/JPS611062A/ja
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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
    • 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

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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、結晶半導体上に非結晶半導体を積層して構成
される光起電力装置に関する。
〔発明の技術的背゛曖とその問題点〕
シランやフロルシランなどの比合吻ガスをグロー放電分
解して得られるアモルファス5i(a−8i)は、禁制
帯中の平均局在準位密度がI Q 1? C,r3 以
下と小さくなるため、p形、n形の不純物制御が可能で
あることが近年離線され、それ以来低コストで量産性に
すぐれた太陽電池材料として注目されている。
グロー放電分解によるa−8i形□成法の大きな利点は
、グロー放電雰囲気中に導入されるガスの種類を変える
だけで、p形、i形およびn形のa−8i層を狂態の順
で6易にかつ連続的に積層できることである。この利点
をネ!」用して、pi口構造のa−8iから赴る単位光
起電力セルを復数個積層することで高電圧を得る光起電
力装置を実現することが提案されている(特開昭55−
125680号公報参照)。これはまた、a −S i
 層のpn接合が、再結合電流が非常に大きく、かつ接
合の整流性が悪いことを利用するものでもある。
3個の単位光起電力セルCa−Ccを積層した例を第1
図に示す。1は例えばステンレス基板であり、この上に
ni2 a%i Ii!3 a、  pQ4 aを順次
積層形成して単位光起電力セルCaが得られる。
更に連続的にnN2 b、i 喘3 b、p!  4 
bを積層して単位光起電力セルcbが得られ、この上に
n層2c、il齋3c、p層4Cを積層して単位光起電
力セルCcが得らiする。I”* 4 cの表面には透
明ぷ゛道膜からなる透明電極5が形IJX、され、この
透明電極5側から太陽光線6を入射することになる。
この構成において、各単位光起電力セルに光が入射する
と、生成された電子−正孔対は内蔵電界により分離され
て互いに反対方向(こ移動し、p0接合面で再結合して
、その再結合電流が隣接する単位光起電力セル・H]を
流れる′電流を形117すること(こなる。従ってこの
光層゛椹力装置の等価回路は第2図のように表わすこと
ができろ。なお1.第1図において、i j(谷3a、
3b、3cの膜厚を異ならせているのj″よ、入射光を
各単位光起電力セルlこ同等に供給して有効利用し、も
って全体としての光電変換効率を大きくするためである
このように複数の単位光起電力セルを積層すると、その
開放電圧は直列接続の効果によって各単位光層「Jカセ
ルの1:f4放゛4で圧の相となる。従って短   ′
1絡電流は各単位光起電力セルが生成する短絡電流のう
ちの最小値で制限されることになるとしても、1個のp
in ’4ft造のみの場合に比べて特性向上を図った
太陽電池が得られる。
ところで、一般に、pn接合部での再結合過程の支配度
が小さい程、即ち接合の整流特性が良好な程、再結合電
流は小さくなるため短絡電流の損失を招く結果となる。
第1図の光起電力装置では、単位光起電力セルの接続部
・がpn、≠合となっているため、各単位光起電力セル
内で生成された短絡電流を十分に再結合電流に変換し得
ていないという欠点がある。
この欠点を補う方法として、単位光層1にカセルの9層
、0層を高濃度層として再結合′電流を増やすこと丙5
考えられる。しかしこのようζこすると、高濃度p顆の
光学的禁制帯幅が1.7oV以下七狭くなり、ここでの
光吸収が大k (t(るため、入射面から遠い単位光起
電力セルへの入射光量が減少し、結果的に短絡常流が減
少することになる。高濃度pr@を例えば50A以下に
薄くしてここでの光吸収量を小さくすることも考えられ
るが、そうすると良好なpin接合の形成がf!tL 
くなるという問題を生ずる。
また、上記実施例とは異なるが高′Ea圧を発生し得る
太陽電池として、多結晶シリコン(以下pcly−8i
)上に非結晶半導体を積層した構造のものも発表されて
いる。(第30回応用物理学金運合講演会4aE319
83年4月)。
これは、p形poly−8i上にn形の微結晶シリコン
(以下μc−8i)を形成し、さらにその上にp、iお
よびn形のa−8iを順次形成した薄酸となっており、
基板にpoly−8i を用いているのは、光をより有
効に利用(特に長彼長側の光)しようとするものである
。しかし、この場合においても、すなわち一方が低抵抗
のμc−8iとなってはいても、各単位光起電力セルの
接続部である。
11(μC−8i ) p(a−8i )  接合での
再結合電流はまだ不充分である。
そこで別の解決法として、単位光起電力セル間に透明で
かつ高い仕事関数をもつ極薄のメタルサーメットあるい
はメタルを介在さぜることにより、短絡電流を効率よく
再結合電流に変換するものが提案されている( U8P
4272641号参照)。この構成の特徴は、メタルサ
ーメットあるいはメタル層を薄くしてトンネル接合1(
至)を形成していることである。トンネル接合層を形成
するためには、メタルサーメットの場合で20〜150
A、  メタルの場合で20〜50Aという薄膜にする
ことが必要となる。
しかしながらこの構成においても、次のような問題があ
る。才ず、トンネル接合を形成し、かつ光透過率を十分
大きくするためlこ、メタルサーメットあるいはメタル
層は前述のように極めて薄いものとしなければならない
。ところがa−8i層の表面は単結晶Siウェハ等に比
べるとはるかlこ凹凸が太キ<、この上にメタルサーメ
ットやメタルを薄く均一に形成することは(”シい。v
すえば、メタルサーメットやメタルか島状に形成された
り、また全面に形成されてもピンホールが多数存在する
状態となる。このような状態では、トンネル接合層は不
完全なものとなり、特性改善は図られない。また9層と
0層が直接接触する部分は、不純物の相互拡散が生じる
結果、その部分での再結合電流が小さくなり、変換効率
低下の原因となる。
製造技術的にも、極薄のメタルサーメットやメタル層の
膜厚制御は5・1rシ<、再現性も乏しい。
〔発明の目的〕
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、効果
的に変換効率の向上を図った結晶半導体上に非結晶半導
体をfJ層してなる光起電力装置を提供することを目的
とする。
〔発明の概要〕
本発明は、9口構造、pin)J造をもつ単位光起電力
セルの接合部である91弱と口)での間に、厚さ100
Å以上の透明導電膜を介在させたことを特徴とする。
〔発明の効果〕
本発明tこよれば、単位光起電力セル間に透明導電膜に
よるオーミックコンタクト層を設けることにより、各単
位光起電力セル間での電流世失が減     □少して
、変換効率の向上が図らイ1.る。
〔発明の実施例〕
本発明の第一1の実施例の光起電力装置を第3図に示す
。基板はp形の導電性をMするSi基板1aを用い、こ
の基板内に熱拡散によりpn接合を形成、さらにその上
にシラン(8iI−(、)のグロー放電分解を利用して
pin接合を形成して2個の単位光起電力セルCa、C
bを構成している。
具体的には比抵抗が0.5〜5(Q−crn)の鏡面研
磨を施こしたp形single−8illaを基板とし
て、前記single−8i内部に通常の熱拡散法によ
り例えばFocusを用いて900℃の温度でリン[F
]をドーピングして拡散深さが0.2〜1.0μmの0
層13aを形成させている。n 層13 aの反対側に
オーミック電極15が形成される。前記電極は、例えば
アルミニウム(AJ)をRT〜300℃において真空蒸
着法により1〜4μm ’=J着したあと、オーミック
性を良好にするために400〜75−0”Cで熱処理を
行っている。また単位光起電力セルcbの1鳴12bは
ノンドープ層であり、9層11b1μc−n@13bは
各々反応ガス中にジボラン(B2H2)ホスフィン(P
H8)を添加することにより形成される。そして本実施
例においては、各単位光起電力セルca−Cb間のn 
lit 13 aと9層1 l b間に透明゛なオーミ
ックコンタクト層14 aとして、100八以上のSn
O,膜を介在させている。単位光起電力セルcbのAC
−n層13b表面には、500〜900AのITO膜に
よる透明電極14bを形成しており、この透明電極14
b側を太陽光線16の入射面としている。
なお、単位光起電力セルcbの1層12bは、1000
〜10000 A、 p層11bは100〜1000S
n0214aはアルゴン(Ar)十酸素(02)ガス中
で基板を室温〜300℃に設定して、スパッタリングに
より形成する。その膜厚は下地であるSi基板1a表面
が平滑であるため、本実施例においては100A以上と
いう非常に薄いところから使用可能である。またITO
14bもSnO,同様Arガス中、室温〜300℃の基
板温度でスパッタリングにより形成する。
上記実施例によれば、各単位光起電力セルの接続部に透
明なオーミックコンタクト層を設けることにより、各単
位光起電力セルで発生する光電流は効率よく再結合電流
lこ変換され、光電流損失が少なく高い変換効率が得ら
れる。才だオーミックコンタク) I!であるS nO
,膜14aが、下地が平滑なSi基板ということもあり
、100Aという非常に薄いところから使用可能となり
、そのためより有効ζこ単位光起電力セルCaに太陽光
線を入射させることができるばかりでなく、本発明の目
的とするところの隣接セル間でp層とn 15が直接接
触するという事態もなく、このことも変換効率の向上に
寄与している。
なお本実施例では単位光起電力セルが2個の場合を示し
たが、その場合に限られることなく3個あるいはそれ以
上であってもよく、その場合には隣接セル間のSnO,
膜厚は100〜100OAの範囲から選択される。さら
にi雫、p層力、μc−n層各50〜500Aの範囲か
ら選択される。
また、本発明の第2の実施例における光起電力装置を第
4図に示す。基板は第1の実施例と同様にp形の導電性
を有するSi基板21aを用い、この基板上に5i)(
、のグロー放゛電分解によりpΩ接合を形成し、さらに
その上にSiH,のグロー放電分解により、pin接合
を形成して、2個の単位光起電力セルCa、Cbを構成
している。
具体的ζこは、比抵抗が0.5〜5(Ω−0m)Q、)
p形poly−8i  21 aを基板として、前記p
oly−8iの一方(こオーミック電極25を例えばA
)をヱ温〜300℃において真空蒸着法で1〜4μb着
し400〜750℃で熱処理を行って形成している。
また前記電極の反対側ζこは、SiH,十PH,のグロ
ー放電分解法によりμc−n%23aが形成される。こ
のμC−ni?423 aの膜厚は300〜10000
Aとしである。また単位光起電力セルcbの1層22b
はノンドープ層であり、I)l’J21bμc−nF2
23 bは各々反応ガス中にB、H,、PH,を添加す
ることにより形成される。そして本実施例におい  1
ては、各単位光層暇カセルCa−Cb間のμc−n層2
3aと9層21b間に透明なオーミックコンタクトM 
24 aとして、200に以上のSnO!膜を介在させ
ている。単位光起電力セルCbのμc−n層23b表面
には、500〜900AのITO膜による透明導電膜2
4bを形成しており、この透明電極24b側を太陽光線
26の入射面としている。
なお、単位光起電力セルcbの1+622 bは100
0〜10000λ、p層2 l bは100〜100O
A、μc−n層23bは50〜500Xの範囲とする0
8n02およびITOは第1の実施例と同様な方法にし
て形成するが、SnO,膜厚は下地がpoly−8i 
21 aに形成したμc−n層23aであるために、μ
c−n層のピンホール膜のつながり等を考慮して200
A以上としである。
上記実施例の場合でも、第1の実施例同様の効果を得る
ことができる。また本実施例では単位光起電力セルが2
個の場合を示しているが、第1実施例同様3個あるいは
それ以上であってもよく、その場合には隣接セル間の8
00.膜厚は200〜1000人の範囲から選択される
。同様に1層、p層pc−n@各膜厚もそれぞれ100
〜100OOA、50〜l000A、50〜500Aの
範囲から選択される。
なお、第1.第2の実施例では基板としてSiを用いた
が、他にGe、GaAlAs等を用いることもできる。
また単位光起電力セルのpnおよびpin層の構成が逆
であっても良い。更にSingle−8t  基板上に
μC−n層を形成しpn接合とした構造としても良く、
あるいはpoly−8i基板内に接合を設けても良い。
マタ、透明なオーミックコンタクト層として、5n01
膜の他ITOやI n、O,あるいはこれらの積層膜で
ある透明導電膜を用いることができる。
更に実施例ではa−8i 、μc−8iを用いたが、光
学的禁止帯幅が狭く有効に光を吸収できる他の非結晶半
導体、例えばS t x G olxや5txSn1−
Xを用いることができる。また透明導電1漢を介して隣
接する各単位光起電力セルのpy”層の両方が非結晶半
導体、または両方か微結晶半導体でも良い。
また光入射側の0 層あるいはp層が非結晶半導体であ
っても追い。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光起電力装置4の1例を示す断面図、第
2図はその等価回路図、第3図及び第4図は本発明の実
施例の光起電力装置を示す断面図である。 Ca、Cb・・単位光起電力セル、lla・・・単結晶
Si基板、21 a−・−多結晶Si基板、llb、2
1b−p形a−8i(t4.12 b 、 22 b 
・−i形a−8i層、13 a−n膨拡散層、13b、
23a、23b・・・n形μc−8i層、14a、24
a・・・透明なオーミックコンタクトドX4.14b、
24b・・・透明角ス愼、15゜25・・・オーミック
電極、16.26・・・大円光線。 代理人弁理士 則 近 憲 佑(他1名)第1図 第2図 第3図   第4図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単結晶あるいは多結晶の結晶半導体上に、非結晶
    半導体を積層して構成される光起電力装置において、結
    晶半導体はpn構造をもち、非結晶半導体は、pin構
    造をもっており、前記pin構造を少なくとも一層以上
    としてこれら各々を単位光起電力セルとして直列接続と
    するように積層するとき、前記各単位光起電力セルの接
    続部であるn層とp層の間に、厚さ100Å以上の透明
    導電膜を介在させたことを特徴とする光起電力装置。
  2. (2)結晶半導体のpn構造における接合部が、前記半
    導体内部に形成されている前記特許請求の範囲第1項記
    載の光起電力装置。
  3. (3)結晶半導体のpn構造における接合部が、前記半
    導体表面に形成されている前記特許請求の範囲第1項記
    載の光起電力装置。
  4. (4)結晶半導体のpn構造におけるp層あるいはn層
    の一方が非結晶半導体あるいは微結晶半導体からなる前
    記特許請求の範囲第3項記載の光起電力装置。
  5. (5)非結晶半導体のpin構造のp、iおよびn層が
    非結晶半導体である前記特許請求の範囲第1項記載の光
    起電力装置。
  6. (6)非結晶半導体のpin構造のi層が非結晶半導体
    からなりp層とn層の一方あるいは両方が微結晶半導体
    からなる前記特許請求の範囲第1項記載の光起電力装置
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6459966A (en) * 1987-08-31 1989-03-07 Sharp Kk Laminated multilayer amorphous solar cell
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JP2016105510A (ja) * 1998-08-19 2016-06-09 ザ、トラスティーズ オブ プリンストン ユニバーシティ 有機感光性光電子装置

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