JPS61244075A - アモルフアスシリコン光電変換素子 - Google Patents
アモルフアスシリコン光電変換素子Info
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- JPS61244075A JPS61244075A JP60085365A JP8536585A JPS61244075A JP S61244075 A JPS61244075 A JP S61244075A JP 60085365 A JP60085365 A JP 60085365A JP 8536585 A JP8536585 A JP 8536585A JP S61244075 A JPS61244075 A JP S61244075A
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- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
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-
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- 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
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- 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
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- Y02E10/50—Photovoltaic [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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光
電変換素子に関し、特に、変換効率の高いアモルファス
シリコン光電変換素子に関するものである。
電変換素子に関し、特に、変換効率の高いアモルファス
シリコン光電変換素子に関するものである。
（従来の技術）
従来から、太陽電池や光センサと呼ばれている光電変換
素子は、その構成材料として単結晶シリコンが用いられ
るものと、近年新たに開発されたアモルファスシリコン
が用いられるものとがあるが、いずれの場合も作製され
た半導体素子にｐ−ｎ接合あるいはｐ−１−ｎ接合が形
成され、入射した光エネルギーが電気エネルギーに変換
されて取り出される構造となっている。
素子は、その構成材料として単結晶シリコンが用いられ
るものと、近年新たに開発されたアモルファスシリコン
が用いられるものとがあるが、いずれの場合も作製され
た半導体素子にｐ−ｎ接合あるいはｐ−１−ｎ接合が形
成され、入射した光エネルギーが電気エネルギーに変換
されて取り出される構造となっている。
ところが、単結晶シリコンを用いてｐ−ｎ接合あるいは
ｐ−１−ｎ接合を形成して構成した光電変換素子は、エ
ネルギー変換時の変換効率が約１５％と高いが、その材
料として単結晶を用いるため。
ｐ−１−ｎ接合を形成して構成した光電変換素子は、エ
ネルギー変換時の変換効率が約１５％と高いが、その材
料として単結晶を用いるため。
製作コストが非常に高いことや、大面積の素子を製作す
るのが困難であるという欠点を有している。
るのが困難であるという欠点を有している。
他方、後者のアモルファスシリコンを用いて構成した光
電変換素子は、製作費用が単結晶シリコンに比べて非常
に少なく、又、大面積の素子も容易に製作でき、光電変
換効率も１０５台が得られており、大きな期待が寄せら
れている。
電変換素子は、製作費用が単結晶シリコンに比べて非常
に少なく、又、大面積の素子も容易に製作でき、光電変
換効率も１０５台が得られており、大きな期待が寄せら
れている。
アモルファスシリコン（以下、ａ−８Ｌと記す）系の光
電変換素子では、第２図及び第３図に示した構成のもの
が公知である。第２図において、１はガラス等の光透過
性基板、２は例えばＩＴＯ。
電変換素子では、第２図及び第３図に示した構成のもの
が公知である。第２図において、１はガラス等の光透過
性基板、２は例えばＩＴＯ。
ＳｎＯ，等の透明導電膜、３はｐ９型ａ−８ｉ：Ｈ：（
Ｂ）膜、４はｉ型ａ−８ｉ：Ｈ膜、５はｎ３型ａ−８ｉ
：Ｈ：（Ｐ）膜、６は金属電極膜である＊ （Ｄ、Ｅ
、ＣａｒｌｓｏｎＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒ
ｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｖｏ１６ Ｎｏ、２，１９
７？参照）、また、第３図のものは、第２図のものがｐ
層にＢ以外の原子を添加していないのに対して。
Ｂ）膜、４はｉ型ａ−８ｉ：Ｈ膜、５はｎ３型ａ−８ｉ
：Ｈ：（Ｐ）膜、６は金属電極膜である＊ （Ｄ、Ｅ
、ＣａｒｌｓｏｎＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒ
ｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｖｏ１６ Ｎｏ、２，１９
７？参照）、また、第３図のものは、第２図のものがｐ
層にＢ以外の原子を添加していないのに対して。
ｐ０型ａ−８ｉ膜７中に、Ｂ以外に窓効果をねらったＣ
又は０又はＮの原子を添加してワイドバンドギャップ層
にした点が異なっている（ｐ”型ａ −Ｓ ｘ ：Ｃ：
Ｈ（Ｂ）のもの・・・特開昭５６−６４４７６号公報、
特開昭５７−１８１１７６号公報参照、ｐ０型ａ−８ｉ
：Ｎ：Ｈ（Ｂ）のもの・・・特開昭５６−９６８７８号
公報参照、ｐゝ型ａ−８ｉ：Ｏ：Ｈ（Ｂ）（ｌＩ）も（
７） ・・・特開昭５６−１４２６８０号公報参照 ｐ
＋型ａ−８ｉ：Ｏ：Ｃ：Ｈ（Ｂ）のもの・・・特開昭５
８−１９６０６４号公報参照）。
又は０又はＮの原子を添加してワイドバンドギャップ層
にした点が異なっている（ｐ”型ａ −Ｓ ｘ ：Ｃ：
Ｈ（Ｂ）のもの・・・特開昭５６−６４４７６号公報、
特開昭５７−１８１１７６号公報参照、ｐ０型ａ−８ｉ
：Ｎ：Ｈ（Ｂ）のもの・・・特開昭５６−９６８７８号
公報参照、ｐゝ型ａ−８ｉ：Ｏ：Ｈ（Ｂ）（ｌＩ）も（
７） ・・・特開昭５６−１４２６８０号公報参照 ｐ
＋型ａ−８ｉ：Ｏ：Ｃ：Ｈ（Ｂ）のもの・・・特開昭５
８−１９６０６４号公報参照）。
（発明が解決しようとする問題点）
第２図の構成のものは、図に示す方向から光を入射した
方が、光電変換効率がよいとされている。
方が、光電変換効率がよいとされている。
これは、ｐ層層に添加するＢがｉ層に拡散し、電気特性
に有効なｐ−ｉ界面が得られるためである。
に有効なｐ−ｉ界面が得られるためである。
光を入射させた場合、ｐ層は光導電性を持たないため、
光キャリアの生成はｉ層で行なわれる。この場合、ｐ層
の透過率はｉ層での光キヤリア生成効率を決定するため
可視領域では、ｐ層はより広い光学的バンドギャップを
持つ必要がある。しかしｉ型ａ−５ｉの光学的バンドギ
ャップは１．７〜１．８ｅＶであるのに対しｐ０型ａ−
３ｉの光学的バンドギャップは最適な光電変換条件では
１．４〜１．５ ｅＶになってしまうため、入射光の４
０〜６０％程度はｐ層内で光キャリアを生成することな
く再結合、トラップなどで吸収されてしまい、光電変換
効率が低かった。
光キャリアの生成はｉ層で行なわれる。この場合、ｐ層
の透過率はｉ層での光キヤリア生成効率を決定するため
可視領域では、ｐ層はより広い光学的バンドギャップを
持つ必要がある。しかしｉ型ａ−５ｉの光学的バンドギ
ャップは１．７〜１．８ｅＶであるのに対しｐ０型ａ−
３ｉの光学的バンドギャップは最適な光電変換条件では
１．４〜１．５ ｅＶになってしまうため、入射光の４
０〜６０％程度はｐ層内で光キャリアを生成することな
く再結合、トラップなどで吸収されてしまい、光電変換
効率が低かった。
第３図の構成のものの場合。
（イ） ａ−３ｉ：Ｃ：Ｈ（Ｂ）膜・・・・・・まず
ａ−８ｉ：Ｃ：Ｈ膜の形成が困難である。何故ならば局
在準位密度の小さいａ−８ｉ：Ｃ：Ｈ膜を作る場合、製
法としてはプラズマＣＶＤ法がよく、出発ガスとしては
ＣＨ，＋ＳｉＨ４の組合せが最も適していると言われで
いるが、ＳｉＨ４とＣＨ，の分解効率が違うため製法上
難しい、また形成された膜はエツチングされにくく、そ
のため複雑、微細なパターンの形成が困難であった。さ
らに炭素原子は４配位のためシリコン原子と同様にダン
グリングボンドができ易く、製法上同じ膜を作る作製条
件範囲が狭いため、注意深くプロセス制御しながら作製
しなければならないという欠点があった。
ａ−８ｉ：Ｃ：Ｈ膜の形成が困難である。何故ならば局
在準位密度の小さいａ−８ｉ：Ｃ：Ｈ膜を作る場合、製
法としてはプラズマＣＶＤ法がよく、出発ガスとしては
ＣＨ，＋ＳｉＨ４の組合せが最も適していると言われで
いるが、ＳｉＨ４とＣＨ，の分解効率が違うため製法上
難しい、また形成された膜はエツチングされにくく、そ
のため複雑、微細なパターンの形成が困難であった。さ
らに炭素原子は４配位のためシリコン原子と同様にダン
グリングボンドができ易く、製法上同じ膜を作る作製条
件範囲が狭いため、注意深くプロセス制御しながら作製
しなければならないという欠点があった。
（ロ） ａ−８ｉ：Ｎ：Ｈ（Ｂ）膜・・・・・・まず
この膜の大きな欠点として光導電領域において光学的バ
ンドギャブが広がらない（Ｊ、Ｊ、Ａ、Ｐ Ｖｏ１２１
Ｎｏ、８１９８２）。
この膜の大きな欠点として光導電領域において光学的バ
ンドギャブが広がらない（Ｊ、Ｊ、Ａ、Ｐ Ｖｏ１２１
Ｎｏ、８１９８２）。
従ってｐ−１−ｎ素子のｐ層として使用した場合、第１
図のものと同様な結果となる。また局在準位密度の小さ
いａ−８ｉ：Ｎ：Ｈ＠を作る場合、製法としてはプラズ
マＣＶＤ法がよく、出発ガスとしてはＮ２＋ＳｉＨ，の
組合せが最も適していると言われているが、Ｎ３の分解
効率が悪いためプラズマ密度を上げる必要が生じ、その
結果、光電変換素子の特性がプラズマダメージのために
悪くなってしまう次点も有している。
図のものと同様な結果となる。また局在準位密度の小さ
いａ−８ｉ：Ｎ：Ｈ＠を作る場合、製法としてはプラズ
マＣＶＤ法がよく、出発ガスとしてはＮ２＋ＳｉＨ，の
組合せが最も適していると言われているが、Ｎ３の分解
効率が悪いためプラズマ密度を上げる必要が生じ、その
結果、光電変換素子の特性がプラズマダメージのために
悪くなってしまう次点も有している。
（ハ） ａ−８ｉ：Ｏ：Ｈ（Ｂ）膜・・・特開昭５６
−１４２６８０号公報によれば、出発ガスとしてＯｚ
＋ Ｓ ｉＨ４が使用されているが、この製法ではＳｉ
Ｈ４と０８ガスが瞬時に反応してしまうため膜中に高濃
度の酸素原子が添加されたＳｉｏ、のボイドが存在して
いると考えられる。この結果、少量の酸素原子が添加さ
れた場合は、光学的バンドギャップは広がらず、多量の
酸素原子が添加されてはじめて光学的バンドギャップが
広がるが、光学的バンドギャップが広がったときは多量
のＳｉｎ、ボイドが存在するため膜内の局在準位密度が
増加し、光導電性を失ってしまう、前記公報の実施例と
してｐ−１−ｎ型素子の特性が示されているが、光学的
バンドギャップが１．８〜１．９ ａＶの間を示してお
り、酸素原子添加の窓材としての効果が期待できない欠
点を有している。
−１４２６８０号公報によれば、出発ガスとしてＯｚ
＋ Ｓ ｉＨ４が使用されているが、この製法ではＳｉ
Ｈ４と０８ガスが瞬時に反応してしまうため膜中に高濃
度の酸素原子が添加されたＳｉｏ、のボイドが存在して
いると考えられる。この結果、少量の酸素原子が添加さ
れた場合は、光学的バンドギャップは広がらず、多量の
酸素原子が添加されてはじめて光学的バンドギャップが
広がるが、光学的バンドギャップが広がったときは多量
のＳｉｎ、ボイドが存在するため膜内の局在準位密度が
増加し、光導電性を失ってしまう、前記公報の実施例と
してｐ−１−ｎ型素子の特性が示されているが、光学的
バンドギャップが１．８〜１．９ ａＶの間を示してお
り、酸素原子添加の窓材としての効果が期待できない欠
点を有している。
（ニ） ａ−３ｉ：Ｏ：Ｃ：Ｈ（Ｂ）膜・・・・・・
出発ガスとしてＣＨ４と０２ガスを示しており、この製
法では前記（イ）及び（ロ）の欠点があって製法上置し
い。
出発ガスとしてＣＨ４と０２ガスを示しており、この製
法では前記（イ）及び（ロ）の欠点があって製法上置し
い。
又、ＣＨ，とｏ２ガスを用いた場合、新たな欠陥を導入
したり、ｐ−ｉ界面にも悪影響を与える等の指摘があり
、例えばＩＴＯ等の還元を防止し、又はＩｎの拡散を抑
制したりすることがあって、本質的に膜中の欠陥の改善
方法とはなり得ない。
したり、ｐ−ｉ界面にも悪影響を与える等の指摘があり
、例えばＩＴＯ等の還元を防止し、又はＩｎの拡散を抑
制したりすることがあって、本質的に膜中の欠陥の改善
方法とはなり得ない。
そこで本発明は、広い光学的バンドギャップを有する良
質なａ−８ｉ層を窓材とすることで、光電変換効率の向
上を図るようにしたａ−８ｉ光電変換素子を提供するも
のである。
質なａ−８ｉ層を窓材とすることで、光電変換効率の向
上を図るようにしたａ−８ｉ光電変換素子を提供するも
のである。
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するために、多層構造にしたａ−８ｉ層
に、例えばＧ Ｏ，＋ Ｎ、ガスのような添加ガスのグ
ロー放電分解等によって発生する酸素原子、窒素原子及
び炭素原子を成膜時に含ませたａ−８ｉ層を窓材として
少なくとも１層具備せしめる。
に、例えばＧ Ｏ，＋ Ｎ、ガスのような添加ガスのグ
ロー放電分解等によって発生する酸素原子、窒素原子及
び炭素原子を成膜時に含ませたａ−８ｉ層を窓材として
少なくとも１層具備せしめる。
（作 用）
本発明による酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含むａ
−５ｉ膜は、その成膜時において１例えば０２ガスを用
いた場合とは異なり、瞬時に反応しない添加ガスを用い
るため、Ｓｉｏ、ボイドの生成がなく、非常に膜質が良
好であり、光学的バンドギャップが２．０ｅＶ以上の領
域で光導電性を有する。このａ−８ｉ膜を窓材として具
備することで入射光が有効に利用され、光電変換効率の
高いａ−３ｉ光電変換素子が得られる。また酸素原子、
窒素原子及び炭素原子を含むａ−８ｉ膜は耐熱性が向上
し、耐久性を有するａ−Ｓｉ光電変換素子が得られる。
−５ｉ膜は、その成膜時において１例えば０２ガスを用
いた場合とは異なり、瞬時に反応しない添加ガスを用い
るため、Ｓｉｏ、ボイドの生成がなく、非常に膜質が良
好であり、光学的バンドギャップが２．０ｅＶ以上の領
域で光導電性を有する。このａ−８ｉ膜を窓材として具
備することで入射光が有効に利用され、光電変換効率の
高いａ−３ｉ光電変換素子が得られる。また酸素原子、
窒素原子及び炭素原子を含むａ−８ｉ膜は耐熱性が向上
し、耐久性を有するａ−Ｓｉ光電変換素子が得られる。
（実施例）
以下図面を参照しながら実施例を詳細に説明する。第１
図は、本発明の一実施例を示したもので。
図は、本発明の一実施例を示したもので。
ｐ−１−ｎ構造の光電変換素子である。１１は支持基板
、１２は透明導電膜で、その上に、Ｐ０型ａ−８ｉ膜１
３、ｉ型あるいはｎ−型ａ−Ｓｉｌｌｌ１４、ｎ０型ａ
−５ｉ膜１５を順次積層し、最上部に金属電極膜１６を
形成している。
、１２は透明導電膜で、その上に、Ｐ０型ａ−８ｉ膜１
３、ｉ型あるいはｎ−型ａ−Ｓｉｌｌｌ１４、ｎ０型ａ
−５ｉ膜１５を順次積層し、最上部に金属電極膜１６を
形成している。
支持基板１１としては、ガラスなどの無機透明材、ポリ
エチレン、ポリプロピレンなどの有機透明材が用いられ
る。透明導電膜１２としては、ＳｎＯ，あるいはＩＴＯ
などの酸化膜、Ｐｔ、ＡＩ、Ａｕなどの金属薄膜、Ｃｒ
Ｓｉ、ＩｎＳｉなどのシリサイド膜を用いることができ
る。
エチレン、ポリプロピレンなどの有機透明材が用いられ
る。透明導電膜１２としては、ＳｎＯ，あるいはＩＴＯ
などの酸化膜、Ｐｔ、ＡＩ、Ａｕなどの金属薄膜、Ｃｒ
Ｓｉ、ＩｎＳｉなどのシリサイド膜を用いることができ
る。
ａ−Ｓｉ層の形成には１通常はグロー放電分解法あるい
はスパッタリング法が用いられる。
はスパッタリング法が用いられる。
（ａ）ｐ”型ａ−３ｉ膜１３には、酸素原子、窒素原子
、炭素原子及び■族原子が含まれる。主構成材料として
のａ−８ｉ膜の出発ガスとしては、水素化物ではＳｉＨ
，、Ｓｉ、Ｈ，などが用いられ、ハロゲン化物ではＳｉ
Ｆ４．Ｓｉ、Ｈ，，５ｉＣ１）４などが用いられ、また
、重水素化物ではＳｉＤ、などが用いられる。酸素原子
、窒素原子及び炭素原子を含ませる方法としては、ｏ２
のような５ｉＨ９と直接瞬時に反応するガスは使用せず
、グロー放電分解により酸素原子、窒素原子及び炭素原
子を発生するような添加ガス、例えば、ＣＯ，とＮ２の
混合ガスを用いることができる。■族原子としてはＢ、
ＡＪなどが一般的で、Ｂを含ませるための添加ガスとし
ては８２Ｈ，などが用いられる。
、炭素原子及び■族原子が含まれる。主構成材料として
のａ−８ｉ膜の出発ガスとしては、水素化物ではＳｉＨ
，、Ｓｉ、Ｈ，などが用いられ、ハロゲン化物ではＳｉ
Ｆ４．Ｓｉ、Ｈ，，５ｉＣ１）４などが用いられ、また
、重水素化物ではＳｉＤ、などが用いられる。酸素原子
、窒素原子及び炭素原子を含ませる方法としては、ｏ２
のような５ｉＨ９と直接瞬時に反応するガスは使用せず
、グロー放電分解により酸素原子、窒素原子及び炭素原
子を発生するような添加ガス、例えば、ＣＯ，とＮ２の
混合ガスを用いることができる。■族原子としてはＢ、
ＡＪなどが一般的で、Ｂを含ませるための添加ガスとし
ては８２Ｈ，などが用いられる。
（ｂ） ｉ型あるいはｎ−型ａ−８ｉ膜１４においては
、主構成材料の出発ガスは２０層に使用のものど同じも
のである。またこのａ−３ｉ膜１４は、他の添加ガスを
用いないときはｎ−型で、微量の■族原子を含むとｉ型
になる。光電流を多く得たい場合は、ｎ−型にする方が
よく、光起電力を得たい場合は、ｉ型にする方がよい。
、主構成材料の出発ガスは２０層に使用のものど同じも
のである。またこのａ−３ｉ膜１４は、他の添加ガスを
用いないときはｎ−型で、微量の■族原子を含むとｉ型
になる。光電流を多く得たい場合は、ｎ−型にする方が
よく、光起電力を得たい場合は、ｉ型にする方がよい。
この層は、高い光導電性を有する必要があるため、局在
準位密度を低くするように注意深く作製する必要がある
。
準位密度を低くするように注意深く作製する必要がある
。
（ｃ）ｎ”型ａ−８ｉ膜１５は■族原子を含み、■族原
子としてはＰ、Ａｓなどを使用することができ、この原
子を含ませるための添加ガスとしてはＰ Ｈ３１Ａ ｓ
Ｈ、などがあげられるｅ ｎ”型ａ−３ｉ膜１５を微
結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉで形成することによりさらに多く
の光電流を得ることができる。
子としてはＰ、Ａｓなどを使用することができ、この原
子を含ませるための添加ガスとしてはＰ Ｈ３１Ａ ｓ
Ｈ、などがあげられるｅ ｎ”型ａ−３ｉ膜１５を微
結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉで形成することによりさらに多く
の光電流を得ることができる。
第４図は、ａ−８ｉ膜の出発ガスとしてＳｉＨ，を用い
、酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含ませる添加ガス
としてＧ Ｏ２＋ Ｎ、ガスを用いた場合のａ−６ｉ層
の光学的バンドギャップ及びＡＭＩ（擬似太陽光）１０
０ｍＷ／ａＪを照射したときの光導電率σ、い暗導電率
σ、を（ＣＯ−＋ Ｎｌ）／ ５ＩＨ４のガス流量比に
対して示したものであり、横軸は（ＣＯ２＋ Ｎ ｚ
） ／ Ｓ Ｉ Ｈ４のガス流量比を、縦軸は導電率及
び光学的バンドギャップをそれぞれ示す。
、酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含ませる添加ガス
としてＧ Ｏ２＋ Ｎ、ガスを用いた場合のａ−６ｉ層
の光学的バンドギャップ及びＡＭＩ（擬似太陽光）１０
０ｍＷ／ａＪを照射したときの光導電率σ、い暗導電率
σ、を（ＣＯ−＋ Ｎｌ）／ ５ＩＨ４のガス流量比に
対して示したものであり、横軸は（ＣＯ２＋ Ｎ ｚ
） ／ Ｓ Ｉ Ｈ４のガス流量比を、縦軸は導電率及
び光学的バンドギャップをそれぞれ示す。
前記ガス流量比が５〜２０の範囲での暗導電率σ。
は１０−１ｍ〜１Ｏ−１ｓ（Ω・１）−１の範囲にあり
、また光導電率σ、ｈは１０−’〜１０４（Ω・備）−
１の範囲にあって、光学的バンドギャップが２．０ｅＶ
以上の領域で、σｐｈ／’σ＊＞１０”が得られている
。
、また光導電率σ、ｈは１０−’〜１０４（Ω・備）−
１の範囲にあって、光学的バンドギャップが２．０ｅＶ
以上の領域で、σｐｈ／’σ＊＞１０”が得られている
。
第５図は、第１図のｐゝ型ａ−８ｉ膜１３として、酸素
原子、窒素原子及び炭素原子を含む上記ａ−３ｉ膜を使
用するために、■族原子を含ませたときの光導電率σ２
１、暗導電率σ、の変化を示したものである。横軸はａ
ｚ Ｈ＠ ／ ｓ ｉ層４ ＋ ｃ ｏ ｚ ＋ Ｎ
２のガス流量比、縦軸は導電率をそれぞれ示す、■族
原子Ｂの添加ガスとしてはＢ、Ｈ，を用いた。
原子、窒素原子及び炭素原子を含む上記ａ−３ｉ膜を使
用するために、■族原子を含ませたときの光導電率σ２
１、暗導電率σ、の変化を示したものである。横軸はａ
ｚ Ｈ＠ ／ ｓ ｉ層４ ＋ ｃ ｏ ｚ ＋ Ｎ
２のガス流量比、縦軸は導電率をそれぞれ示す、■族
原子Ｂの添加ガスとしてはＢ、Ｈ，を用いた。
■族原子Ｂを含むことにより、Ｂ、Ｈ，／ＳｉＨ４十Ｃ
Ｏ＊ ＋ Ｎ ｚのガス流量比が１０−３において、暗
導電率σ、が７桁以上向上する。また光導電性も有して
おり、膜質が良好であることを示している。
Ｏ＊ ＋ Ｎ ｚのガス流量比が１０−３において、暗
導電率σ、が７桁以上向上する。また光導電性も有して
おり、膜質が良好であることを示している。
このように本実施例は、出発ガスとして０８を用いてい
る特公昭５６−１４２６８０に開示のものとは明らかに
異なり、広い光学的バンドギャップで高１１光導電性を
持ち、効率よく■族原子を含ませることが可能な酸素原
子、窒素原子及び炭素原子を含むａ−８ｉ膜を、例えば
ｐ−１−ｎ構造を有する光電変換素子の窓材の２２層と
して少なくとも１層具備したことを特徴としている。
る特公昭５６−１４２６８０に開示のものとは明らかに
異なり、広い光学的バンドギャップで高１１光導電性を
持ち、効率よく■族原子を含ませることが可能な酸素原
子、窒素原子及び炭素原子を含むａ−８ｉ膜を、例えば
ｐ−１−ｎ構造を有する光電変換素子の窓材の２２層と
して少なくとも１層具備したことを特徴としている。
本発明の特徴である、酸素原子、窒素原子及び炭素原子
を含み、かつ光学的バンドギャップが２、０ｅＶ以上の
領域で光導電性を有するａ−８ｉ層は、上記のようにＳ
ｉＨ４等の水素化合物と、ｃ Ｏ，＋ Ｎｚ添加ガスを
用いてグロー放電分解法により形成されるが、グロー放
電等のエネルギーでＳｉＨ，が分解し、ａ−３ｉが堆積
するとともに、同時にＣｏ２が分解して酸素原子、炭素
原子が含有される。Ｎ、ガスは、グロー放電によって与
えられる励起エネルギーがＣＯｔの励起エネルギーの準
位と近いために、ＣＯ２の励起に移行することによって
ＣＯ２の分解を促進させる触媒的な反応を示し、その一
部が窒素原子としてａ−８ｉ中に含有される。
を含み、かつ光学的バンドギャップが２、０ｅＶ以上の
領域で光導電性を有するａ−８ｉ層は、上記のようにＳ
ｉＨ４等の水素化合物と、ｃ Ｏ，＋ Ｎｚ添加ガスを
用いてグロー放電分解法により形成されるが、グロー放
電等のエネルギーでＳｉＨ，が分解し、ａ−３ｉが堆積
するとともに、同時にＣｏ２が分解して酸素原子、炭素
原子が含有される。Ｎ、ガスは、グロー放電によって与
えられる励起エネルギーがＣＯｔの励起エネルギーの準
位と近いために、ＣＯ２の励起に移行することによって
ＣＯ２の分解を促進させる触媒的な反応を示し、その一
部が窒素原子としてａ−８ｉ中に含有される。
本発明における酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含む
ａ−３ｉでは、その光学的、電気的特性を特定している
のは主に酸素原子であるが、窒素原子及び炭素原子を含
むことにより酸素原子、窒素原子及び炭素原子と結合し
ている水素原子のみならずＳｉと結合している水素原子
も安定になり、熱処理による水素放出温度のピークが高
温側にシフトし、耐熱性が向上する。又窒素原子を含む
ことで光照射による導電率の変化も小さくなる利点を有
している。
ａ−３ｉでは、その光学的、電気的特性を特定している
のは主に酸素原子であるが、窒素原子及び炭素原子を含
むことにより酸素原子、窒素原子及び炭素原子と結合し
ている水素原子のみならずＳｉと結合している水素原子
も安定になり、熱処理による水素放出温度のピークが高
温側にシフトし、耐熱性が向上する。又窒素原子を含む
ことで光照射による導電率の変化も小さくなる利点を有
している。
又本発明は、上記理由により、従来のａ−８ｉ：Ｃ：Ｈ
膜作製時のＣＨ，を使用する方法に比べて比較的低い高
周波電力によってａ−Ｓｉ膜を形成することができるの
で、イオン衝撃が少ない、光導電性を有する非常に良質
なａ−８ｉ膜を得ることができる。
膜作製時のＣＨ，を使用する方法に比べて比較的低い高
周波電力によってａ−Ｓｉ膜を形成することができるの
で、イオン衝撃が少ない、光導電性を有する非常に良質
なａ−８ｉ膜を得ることができる。
ｐ−１−ｎ構造の光電変換素子を作製する場合の膜厚と
しては、２２層は通常５０〜５００人で、好ましくは８
０〜３００人、ｉ層は通常３０００人〜１．５μｓで、
好ましくは４０００〜８０００人、またｎ０層は１００
〜５００人で、好ましくは２００〜４００人である。
しては、２２層は通常５０〜５００人で、好ましくは８
０〜３００人、ｉ層は通常３０００人〜１．５μｓで、
好ましくは４０００〜８０００人、またｎ０層は１００
〜５００人で、好ましくは２００〜４００人である。
なお、第１図の実施例では基板１１側より光を入射させ
るようにしているが、ａ−８ｉ層の構成を第１図のもの
とは逆にして、ｎ″″層に酸素原子、窒素原子及び炭素
原子を含有させ、その上にｉ層、２１層、金属電極を順
次積層した構成にしてもよい、また同様に、金属基板を
用いてその上にｎ０層、ｉ層、酸素原子、窒素原子及び
炭素原子を含む２１層を順次成膜し、その上に透明導電
膜で電極を形成してもよい。
るようにしているが、ａ−８ｉ層の構成を第１図のもの
とは逆にして、ｎ″″層に酸素原子、窒素原子及び炭素
原子を含有させ、その上にｉ層、２１層、金属電極を順
次積層した構成にしてもよい、また同様に、金属基板を
用いてその上にｎ０層、ｉ層、酸素原子、窒素原子及び
炭素原子を含む２１層を順次成膜し、その上に透明導電
膜で電極を形成してもよい。
又、ｐ−ｉ界面に酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含
むａ−Ｓｉ層か、あるいはさらに■族原子を含むａ−８
ｉ層を薄く形成し、かっ９３層とｉ層でのへテロ接合の
光学的バンドギャップの差を徐々に変化するように酸素
原子、窒素原子及び炭素原子の含有量を制御することに
よって、格子定数の整合を図り、光電変換素子の効率を
さらに高めることができる。
むａ−Ｓｉ層か、あるいはさらに■族原子を含むａ−８
ｉ層を薄く形成し、かっ９３層とｉ層でのへテロ接合の
光学的バンドギャップの差を徐々に変化するように酸素
原子、窒素原子及び炭素原子の含有量を制御することに
よって、格子定数の整合を図り、光電変換素子の効率を
さらに高めることができる。
又、ｉ層の一部に酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含
有させたａ−８ｉ膜を使用し、金属基板にｎ０層、ｉＪ
ｌを順次形成し、その上にショットキー障壁を形成する
ためにｐｔあるいはＡｕ等の金属薄膜を５０人程度形成
することによって短波長側を増感した光電変換素子を作
製することができる。
有させたａ−８ｉ膜を使用し、金属基板にｎ０層、ｉＪ
ｌを順次形成し、その上にショットキー障壁を形成する
ためにｐｔあるいはＡｕ等の金属薄膜を５０人程度形成
することによって短波長側を増感した光電変換素子を作
製することができる。
次に、本実施例の光電変換素子の作製条件を示す。ａ−
８ｉ膜はいずれもＲＦグロー放電法により作製した。
８ｉ膜はいずれもＲＦグロー放電法により作製した。
（ａ）ｐ”型ａ−５ｉ膜１３
■族原子添加ガス・・・Ｂ、Ｈい
０、Ｎ、Ｃ原子添加ガＸ・ＣＯ，＋Ｎ。
流量比 Ｃｏ、／ＳｉＨ，＝５
ｃｏ２／Ｎ、＝１
Ｂ、Ｈ＠／ＳｉＨ，＝ Ｉ Ｘｌ０−”Ｓ ｘ Ｈ４／
Ｈ＊ ＝０−１ 基板温度 ２５０℃ 圧 力 Ｉ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー１５ Ｗ 膜厚 ２００人 （ｂ） ｉ型ａ−８ｉ膜１４ 流量比 Ｂ、Ｈ，／ ５ｉＨ４＝＝０．３３Ｘ１０−”
ＳｉＨ，／Ｈ，＝０．１ 基板温度 ２５０℃ 圧 力 Ｉ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー ８ Ｗ 膜厚 ５３００人 （ｃ）ｎ”型ａ−８ｉ膜１５ ■族原子添加ガス・・・ＰＨ。
Ｈ＊ ＝０−１ 基板温度 ２５０℃ 圧 力 Ｉ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー１５ Ｗ 膜厚 ２００人 （ｂ） ｉ型ａ−８ｉ膜１４ 流量比 Ｂ、Ｈ，／ ５ｉＨ４＝＝０．３３Ｘ１０−”
ＳｉＨ，／Ｈ，＝０．１ 基板温度 ２５０℃ 圧 力 Ｉ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー ８ Ｗ 膜厚 ５３００人 （ｃ）ｎ”型ａ−８ｉ膜１５ ■族原子添加ガス・・・ＰＨ。
流量比 Ｐ Ｈｓ ／ Ｓ ＩＨ４＝ １．５ Ｘ １
０−”Ｓ Ｉ Ｈ−／ Ｈｚ ＝ ０−１ 基板温度 ２５０℃ 圧 力 Ｉ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー ８ Ｗ 膜厚 ５００人 基板１１はパイレックスガラスを用い、透明導電膜１２
はＩＴＯを、また金属電極膜１６はＡＪ薄膜をそれぞれ
使用した。第６図に上記作製条件にて作製されたｐ−１
−ｎ型光電変換素子のＩ−Ｖ特性を示す、入射光はＡＭ
Ｉを使用し、入射光量１００ｍＷ／ｄのと！短絡電流１
１ｍＡ／ａｉｒ、開放電圧０．６１５Ｖが得られ、光電
変換素子として極めて良好な特性が得られた。
０−”Ｓ Ｉ Ｈ−／ Ｈｚ ＝ ０−１ 基板温度 ２５０℃ 圧 力 Ｉ Ｔｏｒｒ ＲＦパワー ８ Ｗ 膜厚 ５００人 基板１１はパイレックスガラスを用い、透明導電膜１２
はＩＴＯを、また金属電極膜１６はＡＪ薄膜をそれぞれ
使用した。第６図に上記作製条件にて作製されたｐ−１
−ｎ型光電変換素子のＩ−Ｖ特性を示す、入射光はＡＭ
Ｉを使用し、入射光量１００ｍＷ／ｄのと！短絡電流１
１ｍＡ／ａｉｒ、開放電圧０．６１５Ｖが得られ、光電
変換素子として極めて良好な特性が得られた。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、ａ−８ｉ光電変
換素子における多層構造のａ−Ｓｉ層の成膜時に、添加
するガスが０２ガスのようなＳｉＨ４と瞬時に反応する
ものでなく、グロー放電分解等により酸素原子、窒素原
子、炭素原子を発生するような添加ガスを用いることに
より、ＳｉＯ□ボイドの生成がなく、非常に膜質の良好
な、光学的バンドギャップが２．０ｅＶ以上の領域で光
導電性を有するａ−３ｉ層を形成し、とのａ−８ｉ層を
窓材として少なくとも１層具備することで、極めて大き
い光電変換効率を有する光電変換素子を実現することが
できる。
換素子における多層構造のａ−Ｓｉ層の成膜時に、添加
するガスが０２ガスのようなＳｉＨ４と瞬時に反応する
ものでなく、グロー放電分解等により酸素原子、窒素原
子、炭素原子を発生するような添加ガスを用いることに
より、ＳｉＯ□ボイドの生成がなく、非常に膜質の良好
な、光学的バンドギャップが２．０ｅＶ以上の領域で光
導電性を有するａ−３ｉ層を形成し、とのａ−８ｉ層を
窓材として少なくとも１層具備することで、極めて大き
い光電変換効率を有する光電変換素子を実現することが
できる。
第１図は１本発明の一実施例の断面図、第２図及び第３
図は、それぞれ従来例の断面図、第４図は、本発明にお
ける酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含むａ−５ｉ膜
の（ＣＯＸ ＋ Ｎ、）／ Ｓ ｉＨ＊のガス流量比と
光学的バンドギャップ及び光導電率σ、い暗導電率σ４
の関係を示す図、第５図は、酸素原子、窒素原子及び炭
素原子を含むａ−８ｉ膜への■族原子Ｂを含ませたと倉
の光導電率σｐｈ、暗導電率σ４の関係を示す図、第６
図は１本発明になるｐ−１−ｎ型光電変換素子のＩ−Ｖ
特性図である。 １１・・・支持基板、 １２・・・透明導電膜、１３−
ｐ”型ａ−Ｓｉ膜、 １４− ｉ又はｎ−型ａ−８ｉ膜
、１５−ｎ”型ａ−８ｉ膜、１６・・・金属電極膜。 特許出願人 株式会社 リ コ −リコ一応用電子
研究所株式会社 第１図 第２図 第３＝ ′Ｌ）Ｘ鼓
図は、それぞれ従来例の断面図、第４図は、本発明にお
ける酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含むａ−５ｉ膜
の（ＣＯＸ ＋ Ｎ、）／ Ｓ ｉＨ＊のガス流量比と
光学的バンドギャップ及び光導電率σ、い暗導電率σ４
の関係を示す図、第５図は、酸素原子、窒素原子及び炭
素原子を含むａ−８ｉ膜への■族原子Ｂを含ませたと倉
の光導電率σｐｈ、暗導電率σ４の関係を示す図、第６
図は１本発明になるｐ−１−ｎ型光電変換素子のＩ−Ｖ
特性図である。 １１・・・支持基板、 １２・・・透明導電膜、１３−
ｐ”型ａ−Ｓｉ膜、 １４− ｉ又はｎ−型ａ−８ｉ膜
、１５−ｎ”型ａ−８ｉ膜、１６・・・金属電極膜。 特許出願人 株式会社 リ コ −リコ一応用電子
研究所株式会社 第１図 第２図 第３＝ ′Ｌ）Ｘ鼓
Claims (5)
- （１）アモルファスシリコンを母体とし、構成原子とし
て水素原子、ハロゲン原子、重水素原子の少なくとも１
種を含む多層構造のアモルファスシリコン層の両主面に
それぞれ電極を設けてなる光電変換素子において、前記
多層構造のアモルファスシリコン層に、酸素原子、窒素
原子及び炭素原子を含みかつ光学的バンドギャップが２
．０ｅＶ以上の領域で光導電性を有する層を少なくとも
１層具備することを特徴とするアモルファスシリコン光
電変換素子。 - （２）前記アモルファスシリコン層がIII族原子及びＶ
族原子を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載のアモルファスシリコン光電変換素子。 - （３）前記アモルファスシリコン層の多層構造がｐ−ｉ
−ｎ構造からなることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載のアモルファスシリコン光電変換素子。 - （４）前記アモルファスシリコン層の多層構造がｐ−ｉ
−ｎ構造を有し、かつｐ−ｉ界面に酸素原子、窒素原子
及び炭素原子を含む層を有する４層構造からなることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のアモルファ
スシリコン光電変換素子。 - （５）前記酸素原子、窒素原子及び炭素原子を含む層が
、III族原子あるいはＶ族原子を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第（４）項記載のアモルファスシリコン
光電変換素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60085365A JPS61244075A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | アモルフアスシリコン光電変換素子 |
| US07/309,688 US5140397A (en) | 1985-03-14 | 1989-02-10 | Amorphous silicon photoelectric device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60085365A JPS61244075A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | アモルフアスシリコン光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61244075A true JPS61244075A (ja) | 1986-10-30 |
Family
ID=13856686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60085365A Pending JPS61244075A (ja) | 1985-03-14 | 1985-04-23 | アモルフアスシリコン光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61244075A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5511329A (en) * | 1978-07-08 | 1980-01-26 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device |
| JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
| JPS58155774A (ja) * | 1982-03-11 | 1983-09-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| JPS5983916A (ja) * | 1982-11-01 | 1984-05-15 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | アモルフアス多元系半導体 |
| JPS6041269A (ja) * | 1984-03-16 | 1985-03-04 | Shunpei Yamazaki | 半導体装置 |
-
1985
- 1985-04-23 JP JP60085365A patent/JPS61244075A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5511329A (en) * | 1978-07-08 | 1980-01-26 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device |
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| JPS58155774A (ja) * | 1982-03-11 | 1983-09-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| JPS5983916A (ja) * | 1982-11-01 | 1984-05-15 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | アモルフアス多元系半導体 |
| JPS6041269A (ja) * | 1984-03-16 | 1985-03-04 | Shunpei Yamazaki | 半導体装置 |
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