JPS6143871B2 - - Google Patents
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- JPS6143871B2 JPS6143871B2 JP55042349A JP4234980A JPS6143871B2 JP S6143871 B2 JPS6143871 B2 JP S6143871B2 JP 55042349 A JP55042349 A JP 55042349A JP 4234980 A JP4234980 A JP 4234980A JP S6143871 B2 JPS6143871 B2 JP S6143871B2
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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
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- H01L31/07—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 Schottky type
-
- 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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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は非晶質光電変換素子、殊にその変換効
率の改良に関する。
率の改良に関する。
光発生したキヤリアの中、移動度・寿命積の大
きなキヤリアは主キヤリア、小さなキヤリアを従
キヤリアとすれば、非晶質（アモルフアス）半導
体を用いた従来の光電変換素子では、従キヤリア
の寿命及び移動度が小さく、ダイオード構造にし
た場合、光電流が大きく取れないという欠点があ
つた。
きなキヤリアは主キヤリア、小さなキヤリアを従
キヤリアとすれば、非晶質（アモルフアス）半導
体を用いた従来の光電変換素子では、従キヤリア
の寿命及び移動度が小さく、ダイオード構造にし
た場合、光電流が大きく取れないという欠点があ
つた。
この種の素子のエネルギバンドダイアグラムを
第１図に実線ａで示すが、これに対して、従来か
らも、上記の欠点を解決しようとして、結晶系の
光電変換素子の技術を応用し、第１図仮想線ｂで
示すような全体的に傾斜したダイアグラムとなる
ように不純物分布を非晶質膜内に形成して中性領
域内にも組込電界を形成し、これによりキヤリア
を短かい寿命の間にもよに長い距離運んで、より
大きな光電流を得ようとすることが考えられた。
第１図に実線ａで示すが、これに対して、従来か
らも、上記の欠点を解決しようとして、結晶系の
光電変換素子の技術を応用し、第１図仮想線ｂで
示すような全体的に傾斜したダイアグラムとなる
ように不純物分布を非晶質膜内に形成して中性領
域内にも組込電界を形成し、これによりキヤリア
を短かい寿命の間にもよに長い距離運んで、より
大きな光電流を得ようとすることが考えられた。
しかし、非晶質半導体を用いる光電変換素子に
は結晶系の技術をそまま応用することは少しく無
理があり、現に、例えば水素系アモルフアスシリ
コンにドナやアクセブタに相当する燐や硼素を添
加して行くと、ギヤツプ準位密度の増大やオプテ
イカルバンドギヤツプの減少、キヤリア寿命の低
下等、光電変換素子設計上からは望ましくない材
料物性の変化が見られ、不純物分布を形成しても
実際には大きな改善が見られないのである。
は結晶系の技術をそまま応用することは少しく無
理があり、現に、例えば水素系アモルフアスシリ
コンにドナやアクセブタに相当する燐や硼素を添
加して行くと、ギヤツプ準位密度の増大やオプテ
イカルバンドギヤツプの減少、キヤリア寿命の低
下等、光電変換素子設計上からは望ましくない材
料物性の変化が見られ、不純物分布を形成しても
実際には大きな改善が見られないのである。
本発明は以上に鑑みてなされたもので、単なる
結晶系光電変換技術の置換に留まらず、新規な手
段により変換効率を向上せんとするものである。
結晶系光電変換技術の置換に留まらず、新規な手
段により変換効率を向上せんとするものである。
本発明思想を概説すれば、第２図に仮想線のバ
ンドダイアグラムＣで示すように、非晶質膜内に
て障壁からの距離に従つて等価禁制帯幅を段階的
ないしは連続的に増加させるものである。尚、等
価禁制帯幅とは、非晶質膜でも結晶膜と同様にデ
イスクリートなバンドギヤツプがあるとして近似
した場合の表現である。
ンドダイアグラムＣで示すように、非晶質膜内に
て障壁からの距離に従つて等価禁制帯幅を段階的
ないしは連続的に増加させるものである。尚、等
価禁制帯幅とは、非晶質膜でも結晶膜と同様にデ
イスクリートなバンドギヤツプがあるとして近似
した場合の表現である。
本発明の思想乃至基本構成は以下の知見に支え
られている。即ち、水素系のアモルフアスシリコ
ン又はアモルフアスガリウム砒素では、水素の含
有量が増加する程、また、弗素又は塩素系のアモ
ルフアスシリコンでは弗素又は塩素の量が増加す
る程、等価禁制帯幅が増加する。
られている。即ち、水素系のアモルフアスシリコ
ン又はアモルフアスガリウム砒素では、水素の含
有量が増加する程、また、弗素又は塩素系のアモ
ルフアスシリコンでは弗素又は塩素の量が増加す
る程、等価禁制帯幅が増加する。
従つて、非晶質膜を、障壁からのに従つて夫々
の元素系に応じて夫々、水素、弗素、塩素の含有
量が増加するように構成すれば、等価禁制帯幅を
障壁からの距離に従つて増大でき、第２図仮想線
Ｃの所要のバンドダイアグラムを得ることができ
る。
の元素系に応じて夫々、水素、弗素、塩素の含有
量が増加するように構成すれば、等価禁制帯幅を
障壁からの距離に従つて増大でき、第２図仮想線
Ｃの所要のバンドダイアグラムを得ることができ
る。
尚また、水素系アモルフアスシリコンでは、上
記手法の外、成長時の基板温度が低くなると等価
禁制帯幅は増加するから、これを利用して、障壁
からの成長温度を順に低くして成長させ、これに
より、障壁からの距離に従つて等価禁制帯幅を増
加させる手法も採ることができる。
記手法の外、成長時の基板温度が低くなると等価
禁制帯幅は増加するから、これを利用して、障壁
からの成長温度を順に低くして成長させ、これに
より、障壁からの距離に従つて等価禁制帯幅を増
加させる手法も採ることができる。
以下、第３図以降に即し、上記知見に基く本発
明実施例に就き説明する。
明実施例に就き説明する。
第３ａ〜ｄ図は、非晶質膜として水素系アモル
フアスシリコンを選んだ実施例の光電変換素子の
製造工程を示している。
フアスシリコンを選んだ実施例の光電変換素子の
製造工程を示している。
先づ、同図ａに示すように、ガラス基板１上に
クロム薄膜２を1000〜2000Åの厚さに蒸着し、そ
の上に、同図ｂで示すように、ホスフイン
（PH3）を１％ドープしたシランにその10倍の水素
を添加したガスを原料としてアモルフアスシリコ
ン膜１１をグロー放電法により約1000Å迄成長さ
せる。その後、燐（この場合ホスフイン）の濃度
を一万分の一以下の規定値又は零迄下げてアモル
フアスシリコン膜の成長を続けるが、この時、成
長が進むにつれて水素及びホスフインの量を減ら
して行くようにし、規定の膜厚（一般に5000〜
7000Åの範囲内）に達した時に水素、ホスフイン
の添加量を零にするように調整する。
クロム薄膜２を1000〜2000Åの厚さに蒸着し、そ
の上に、同図ｂで示すように、ホスフイン
（PH3）を１％ドープしたシランにその10倍の水素
を添加したガスを原料としてアモルフアスシリコ
ン膜１１をグロー放電法により約1000Å迄成長さ
せる。その後、燐（この場合ホスフイン）の濃度
を一万分の一以下の規定値又は零迄下げてアモル
フアスシリコン膜の成長を続けるが、この時、成
長が進むにつれて水素及びホスフインの量を減ら
して行くようにし、規定の膜厚（一般に5000〜
7000Åの範囲内）に達した時に水素、ホスフイン
の添加量を零にするように調整する。
このようにして製造した第３ｃ図の膜１０は、
ガラス基板１から表面方向へ離れるに従い水素含
有量が減少し、従つて禁制帯幅も減少しており、
本出願人の一試作例ではその減少幅は積算して約
0.2eVとなつている。
ガラス基板１から表面方向へ離れるに従い水素含
有量が減少し、従つて禁制帯幅も減少しており、
本出願人の一試作例ではその減少幅は積算して約
0.2eVとなつている。
このように所要の非晶質膜１０を作つたなら
ば、後は通常の手法により障壁形成層を含む上部
構造を付せば良いが、第３ｄ図に示すようにこの
実施例の場合につき、続けて説明すると、膜１０
の上に、障壁形成層１２として、デイボラン
（B2H6）を0.5％ドープしたシランにその10倍の水
素を添加したものを原料としたＰ形アモルフアス
シリコン層を500Å成長させるか、又は白金薄膜
を50Å成長させ、その上に導電層（望ましくは反
射防止膜を兼ねる）２０として、アンチモンを５
％ドープしたSnO2膜を1000〜2000Å付着させ、
これに適宜手法によつて上部電極２１を形成して
素子としての主要部の構成を終わる。尚、上記工
程におけるアモルフアスシリコン膜の成長は、ガ
ラス基板温度を350℃に保つて行なつた。
ば、後は通常の手法により障壁形成層を含む上部
構造を付せば良いが、第３ｄ図に示すようにこの
実施例の場合につき、続けて説明すると、膜１０
の上に、障壁形成層１２として、デイボラン
（B2H6）を0.5％ドープしたシランにその10倍の水
素を添加したものを原料としたＰ形アモルフアス
シリコン層を500Å成長させるか、又は白金薄膜
を50Å成長させ、その上に導電層（望ましくは反
射防止膜を兼ねる）２０として、アンチモンを５
％ドープしたSnO2膜を1000〜2000Å付着させ、
これに適宜手法によつて上部電極２１を形成して
素子としての主要部の構成を終わる。尚、上記工
程におけるアモルフアスシリコン膜の成長は、ガ
ラス基板温度を350℃に保つて行なつた。
このようにして作つた本実施例光電変換素子
は、水素濃度を変化させない従来法により作つた
ものに比し、電力に対して約1.5倍の変換効率の
向上が確認された。
は、水素濃度を変化させない従来法により作つた
ものに比し、電力に対して約1.5倍の変換効率の
向上が確認された。
第４ａ〜ｄ図は、基１側に障壁形成層１２を設
けた場合の実施例で、ガラス基板１の上に透明電
極膜２２として酸化５％を含んだ酸化インジウム
膜を2000〜3000Å、スパツタにより成長させ、約
500℃の酸化雰囲気中で熱処理する（第４ａ図）。
次に、障壁形成層１２として、デイボラン0.5％
を含むシランを原料としてグロー放電法により
500ÅのＰ形アモルフアスシリコン層を基板温度
350℃で形成する（第４ｂ図）。次に、シランを原
料としてアモルフアスシリコン膜１０を5000Å形
成するが、この時、基板温度は成長と伴に変化
（低下）させる。本出願人においては350℃から
250℃迄変化させることにより、膜１０中に
0.15eVの禁制帯幅変化をつけることができた。
けた場合の実施例で、ガラス基板１の上に透明電
極膜２２として酸化５％を含んだ酸化インジウム
膜を2000〜3000Å、スパツタにより成長させ、約
500℃の酸化雰囲気中で熱処理する（第４ａ図）。
次に、障壁形成層１２として、デイボラン0.5％
を含むシランを原料としてグロー放電法により
500ÅのＰ形アモルフアスシリコン層を基板温度
350℃で形成する（第４ｂ図）。次に、シランを原
料としてアモルフアスシリコン膜１０を5000Å形
成するが、この時、基板温度は成長と伴に変化
（低下）させる。本出願人においては350℃から
250℃迄変化させることにより、膜１０中に
0.15eVの禁制帯幅変化をつけることができた。
次いで、膜１０の成長終了時の基板温度、例え
ば250℃を保つてシラン中にホスフインを１％添
加してn+形アモルフアスシリコン層１１を約
1000Å成長させ（第４ｃ図）、その後、クロム等
から成る裏面電極を蒸着（第４ｄ図）して要部を
完成する。
ば250℃を保つてシラン中にホスフインを１％添
加してn+形アモルフアスシリコン層１１を約
1000Å成長させ（第４ｃ図）、その後、クロム等
から成る裏面電極を蒸着（第４ｄ図）して要部を
完成する。
以上の実施例では、障壁形成層１２はＰ形アモ
ルフアスシリコン膜又は金属薄膜として独立して
いたが、適当な形成手法によつて電極膜２０又は
２２にこれを兼ねさせることも可能であり、この
ようにすると電流・出力を大きく取ることができ
る。また、アモルフアス膜１０との障壁高さも高
くする程、電力的にも有利となる。
ルフアスシリコン膜又は金属薄膜として独立して
いたが、適当な形成手法によつて電極膜２０又は
２２にこれを兼ねさせることも可能であり、この
ようにすると電流・出力を大きく取ることができ
る。また、アモルフアス膜１０との障壁高さも高
くする程、電力的にも有利となる。
更に、裏面電極２を光反射性の材料で構成する
等して、障壁とは対向する側に光反射部材乃至層
を形成すれば、ここに至つた光は再度反射されて
膜１０内にて再度吸収され、光電流値の増加を助
けることができる。
等して、障壁とは対向する側に光反射部材乃至層
を形成すれば、ここに至つた光は再度反射されて
膜１０内にて再度吸収され、光電流値の増加を助
けることができる。
尚、以上の実施例ではアモルフアス膜１０の導
電形はｎ形を想定ししたがＰ形であつても良いこ
と勿論である。この場合には、障壁形成層はｎ形
アモルフアス膜、クロム等の金属薄膜、酸化イン
ジウム等の透明半導体等で形成すれば良い。
電形はｎ形を想定ししたがＰ形であつても良いこ
と勿論である。この場合には、障壁形成層はｎ形
アモルフアス膜、クロム等の金属薄膜、酸化イン
ジウム等の透明半導体等で形成すれば良い。
また、上記第一の実施例の方法以外にも、水素
の含有量を膜厚一方向に沿つて増加させて行く手
法自体は既存の技術の中にもあるので、こうした
技術を援用しても本発明の構成は満足することが
できる。この点は弗素や塩素に関しても同様であ
る。
の含有量を膜厚一方向に沿つて増加させて行く手
法自体は既存の技術の中にもあるので、こうした
技術を援用しても本発明の構成は満足することが
できる。この点は弗素や塩素に関しても同様であ
る。
以上、まとめれば、本発明は、障壁形成層と非
晶質膜とから少くとも成る光電変換素子におい
て、上記非晶質膜の等価禁制帯幅を、障壁から離
隔距離に従つて増加させた素子構成とすることに
より、変換効率の向上に成功したものである。こ
の本発明の構成は従来特性の材料でも高効率光電
変換素子とすることができ、しかも、光の進行方
向に従つて等価禁制帯幅が大きくなつていくの
で、障壁から遠い部分では無駄に吸収されず、裏
面電極を櫛形金属薄膜又は長波長光に対して透明
な材質で形成すれば、この裏面にオプテイカルバ
ンドギヤツプのより狭い材料から成るもう一つの
光電変換素子を配置して無益な損失を生まずに第
一の光電変換素子を通過した光を第二の素子で再
度光電変換し、総合的に高効率の光電変換システ
ムを提供することも可能である。
晶質膜とから少くとも成る光電変換素子におい
て、上記非晶質膜の等価禁制帯幅を、障壁から離
隔距離に従つて増加させた素子構成とすることに
より、変換効率の向上に成功したものである。こ
の本発明の構成は従来特性の材料でも高効率光電
変換素子とすることができ、しかも、光の進行方
向に従つて等価禁制帯幅が大きくなつていくの
で、障壁から遠い部分では無駄に吸収されず、裏
面電極を櫛形金属薄膜又は長波長光に対して透明
な材質で形成すれば、この裏面にオプテイカルバ
ンドギヤツプのより狭い材料から成るもう一つの
光電変換素子を配置して無益な損失を生まずに第
一の光電変換素子を通過した光を第二の素子で再
度光電変換し、総合的に高効率の光電変換システ
ムを提供することも可能である。
第１図は従来の非晶質光電変換素子のバンドダ
イアグラムに関する説明図、第２図は本発明の非
晶質光電変換素子のバンドダイアグラムの特徴の
説明図、第３図ａ〜ｄ及び第４図ａ〜ｄは、
夫々、本発明の第一、第二実施例の各製作工程に
おける概略構成図、である。 図中、１は基板、１０は非晶質膜、１２は障壁
形成層、である。
イアグラムに関する説明図、第２図は本発明の非
晶質光電変換素子のバンドダイアグラムの特徴の
説明図、第３図ａ〜ｄ及び第４図ａ〜ｄは、
夫々、本発明の第一、第二実施例の各製作工程に
おける概略構成図、である。 図中、１は基板、１０は非晶質膜、１２は障壁
形成層、である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 非晶質膜と、該非晶質膜と電気的障壁を形成
する障壁形成層とから少なくとも構成され、受光
面を障壁形成層側とする光電変換素子において、
上記非晶質膜は、その等価禁制帯幅が上記障壁か
ら離れて対向端面に至る距離に従いほぼ全長に亘
つて増大していることを特徴とする非晶質光電変
換素子。 ２ 非晶質膜と、該非晶質膜と電気的障壁を形成
する障壁形成層とから少なくとも構成され、受光
面を障壁形成層側とする光電変換素子の製造方法
であつて、 上記非晶質膜を、上記障壁形成層からの距離に
従つて水素又は弗素又は塩素の含有量が増加する
ように形成し、もつて該非晶質膜の等価禁制帯幅
を上記障壁から離れて対向端面に至る距離に従い
ほぼ全長に亘つて増大させることを特徴とする光
電変換素子の製造方法。 ３ 非晶質膜と、該非晶質膜と電気的障壁を形成
する障壁形成層とから少なくとも構成され、受光
面を障壁形成層側とする光電変換素子の製造方法
であつて、 上記非晶質膜の形成に際し、その形成温度を障
壁からの距離に従つて低下させ、もつて該非晶質
膜の等価禁制帯幅を上記障壁から離れて対向端面
に至る距離に従いほぼ全長に亘つて増大させたこ
とを特徴とする光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234980A JPS56138970A (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Amorphous photoelectric converting element and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234980A JPS56138970A (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Amorphous photoelectric converting element and manufacture thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56138970A JPS56138970A (en) | 1981-10-29 |
| JPS6143871B2 true JPS6143871B2 (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=12633546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4234980A Granted JPS56138970A (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Amorphous photoelectric converting element and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56138970A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57202788A (en) * | 1981-06-09 | 1982-12-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of amorphous photoelectric conversion element |
| JPS5954274A (ja) * | 1982-09-22 | 1984-03-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
| JPS59229878A (ja) * | 1983-06-11 | 1984-12-24 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 新規なアモルフアス半導体素子及びその製造方法、並びにそれを製造するための装置 |
| JPS6041267A (ja) * | 1983-08-16 | 1985-03-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置作製方法 |
| JPS6199387A (ja) * | 1984-10-22 | 1986-05-17 | Fuji Xerox Co Ltd | 光電変換素子およびその製造方法 |
| JPS6365256U (ja) * | 1986-10-20 | 1988-04-30 | ||
| JPS63274184A (ja) * | 1987-05-06 | 1988-11-11 | Hitachi Ltd | 光電変換素子およびその製造方法 |
-
1980
- 1980-03-31 JP JP4234980A patent/JPS56138970A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56138970A (en) | 1981-10-29 |
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