JPS6161551B2 - - Google Patents
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- JPS6161551B2 JPS6161551B2 JP54128179A JP12817979A JPS6161551B2 JP S6161551 B2 JPS6161551 B2 JP S6161551B2 JP 54128179 A JP54128179 A JP 54128179A JP 12817979 A JP12817979 A JP 12817979A JP S6161551 B2 JPS6161551 B2 JP S6161551B2
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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
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
- H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
-
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は開放電圧の高い非晶質半導体光電池に
関する。
関する。
非晶質半導体を用いた光電池は大面積のものが
つくりやすいため、特に太陽電池として太陽エネ
ルギーの電気エネルギーへの変換に利用される。
例えば非晶質シリコンを材料とする光電池は、第
１図に示すように表面が平滑なステンレス鋼板な
どの基板１の上にｎ形の低比抵抗非晶質シリコン
層２、真性に近い高比抵抗ｎ形の非晶質シリコン
層３、ｐ形非晶質シリコン層４および電極金属層
５を順次積層した構造を有する。電極金属層５
は、例えば半導体側にチタン層を備えた銀から成
り、光の半導体層への入射をできるだけ多くする
ため格子状に形成されている。高比抵抗シリコン
層３に入射する光により発生した電子・正孔対
は、ｎ形の低比抵抗層２、ｎ形の高比抵抗層３、
ｐ形層４から成るいわゆるpin接合による内部電
界によつて分離されて光起電力を生ずる。この光
起電力は基板１および電極層５から取り出される
が、現在の技術で得られる開放電圧は0.5V程度
である。この値は第１図のようなpin接合によら
ないで、シヨツトキー障壁を利用した光電池でも
同程度である。実用回路に、この光電池を組込む
場合、例えば乾電池の出力電圧1.5Vを得ようと
すれば少なくとも３個を直列接続しなければなら
ない。従つて光電池素子の開放電圧を高くするこ
とができれば、直列接続が不要になるか、あるい
は接続数を低減することができる。
つくりやすいため、特に太陽電池として太陽エネ
ルギーの電気エネルギーへの変換に利用される。
例えば非晶質シリコンを材料とする光電池は、第
１図に示すように表面が平滑なステンレス鋼板な
どの基板１の上にｎ形の低比抵抗非晶質シリコン
層２、真性に近い高比抵抗ｎ形の非晶質シリコン
層３、ｐ形非晶質シリコン層４および電極金属層
５を順次積層した構造を有する。電極金属層５
は、例えば半導体側にチタン層を備えた銀から成
り、光の半導体層への入射をできるだけ多くする
ため格子状に形成されている。高比抵抗シリコン
層３に入射する光により発生した電子・正孔対
は、ｎ形の低比抵抗層２、ｎ形の高比抵抗層３、
ｐ形層４から成るいわゆるpin接合による内部電
界によつて分離されて光起電力を生ずる。この光
起電力は基板１および電極層５から取り出される
が、現在の技術で得られる開放電圧は0.5V程度
である。この値は第１図のようなpin接合によら
ないで、シヨツトキー障壁を利用した光電池でも
同程度である。実用回路に、この光電池を組込む
場合、例えば乾電池の出力電圧1.5Vを得ようと
すれば少なくとも３個を直列接続しなければなら
ない。従つて光電池素子の開放電圧を高くするこ
とができれば、直列接続が不要になるか、あるい
は接続数を低減することができる。
本発明の目的は、このような開放電圧の高い光
電池を提供することにある。
電池を提供することにある。
本発明はこの目的を達成するため、まず光電池
素子をpin接合の上にさらにシヨツトキー障壁を
積層して構成することにより開放電圧を高める。
次にこのような光電池素子を１枚の絶縁基板上に
間隔を置いて配列し、一方の電極金属層を延長し
て直列接続する。この場合素子間の絶縁は高比抵
抗非晶質半導体層を延長することによつて行う。
すなわち、このような非晶質半導体光電池は、低
比抵抗ｎ形の非晶質半導体層、高比抵抗ｎ形の非
晶質半導体層、ｐ形の非晶質半導体層およびその
層のｐ形半導体より大きい仕事関数を有する金属
の層を積層し、その両端面にそれぞれ電極金属層
を設けた光電池素子の複数が絶縁基板上に間隔を
おいて配置され、各光電池素子の前記ｎ形高比抵
抗の非晶質半導体層は、当該素子から基板上を一
方に延びて相隣る素子の基板側の電極金属層さで
達し、基板より遠い側の電極金属層は、上記の相
隣る素子まで延びた非晶質半導体層上を延長せし
められ相隣る素子の基板側の電極金属層につなが
つていることにより実現する。
素子をpin接合の上にさらにシヨツトキー障壁を
積層して構成することにより開放電圧を高める。
次にこのような光電池素子を１枚の絶縁基板上に
間隔を置いて配列し、一方の電極金属層を延長し
て直列接続する。この場合素子間の絶縁は高比抵
抗非晶質半導体層を延長することによつて行う。
すなわち、このような非晶質半導体光電池は、低
比抵抗ｎ形の非晶質半導体層、高比抵抗ｎ形の非
晶質半導体層、ｐ形の非晶質半導体層およびその
層のｐ形半導体より大きい仕事関数を有する金属
の層を積層し、その両端面にそれぞれ電極金属層
を設けた光電池素子の複数が絶縁基板上に間隔を
おいて配置され、各光電池素子の前記ｎ形高比抵
抗の非晶質半導体層は、当該素子から基板上を一
方に延びて相隣る素子の基板側の電極金属層さで
達し、基板より遠い側の電極金属層は、上記の相
隣る素子まで延びた非晶質半導体層上を延長せし
められ相隣る素子の基板側の電極金属層につなが
つていることにより実現する。
以下第２図を引用して本発明の一実施例につい
て説明する。表面平滑な絶縁基板、例えばガラス
板１１の上にマスクを用いての真空蒸着により間
隔をおいて電極金属層１２を被着する。電極金属
層１２は基板との付着を良好にするため、例えば
下層に約0.1μｍの厚さのTi層を有する約１μｍ
の厚さのTi−Ag層から成つており、光の入射を
多くするため格子状に形成されている。電極層１
２の上にはその一部を露出させて、例えば数＋Å
の厚さの白金層１３を同様にマスクを用いて蒸着
する。白金層１３に接して、例えば数＋Åの厚さ
の非晶質シリコンのｐ層１４、約１μｍ厚さの非
晶質シリコンの高比抵抗（真性に近い）ｎ形のｉ
層１５、数百Åの厚さの非晶質シリコンの低比抵
抗ｎ+層１６を順次積層する。これらの非晶質シ
リコン層は真空室において直流電圧または高周波
電圧によりグロー放電を発生させ、真空室に導入
されたモノシラン（SiH4）ガスをプラズマ状態に
して分解させ、シリコンイオンを下層上にたい積
させることによつて形成される。ｎ形またはｐ形
にドープするには、モノシランにそれぞれホスフ
イン（PH３）またはジボラン（B2H6）を比抵抗に
応じて適量混合する。層の厚さは導入ガス量によ
り調整される。ｐ層１４、ｎ+層１６は白金層１
３とほぼ同じ面積であり、ｉ層１５は電極層１２
の露出部分と反対側に隣接する電極１２に接する
まで延長されている。これらはそれぞれの非晶質
シリコン積層時に対応した開口を有する、例えば
ステンレス板のマスクを用いることによつて被着
面積が調整される。ｎ層１６の上に、層１２と同
じくTi−Ag層から成る上部電極金属層１７を蒸
着により被着することによつて光電池素子１８が
でき上る。電極層１７はｉ層１５の延長部分の上
を超えて延長され、隣接する下部電極１２につな
がつている。白金はシリコンより大きい仕事関数
を有するので白金層１３とｐ層１４の間にはシヨ
ツトキー障壁が形成され、ｐ層１４に入射した光
により発生する正孔・電子対はこのシヨツトキー
障壁による内部電界により分離して白金側を正と
した光起電力を生ずる。またｐ層１４、ｉ層１
５、ｎ+層１６により構成されるpin接合によりｉ
層１５に入射した光によつてｐ層側を正とした光
起電力が生ずる。従つて光電池素子１８の両電極
１２，１７の間には、この両光起電力の和の起電
力が生ずる。さらに上部電極１７が接する光電池
素子の下部電極１２と接触しているので、この起
電力は直列に接続される。この場合の光電池の開
放電圧は、単一の光電池素子ですでに0.7Vの開
放電池が得られ、それに直列接続数を乗じた値に
なるので、従来の光電池に比して著しく高く、か
つ任意の電圧を得ることができる。
て説明する。表面平滑な絶縁基板、例えばガラス
板１１の上にマスクを用いての真空蒸着により間
隔をおいて電極金属層１２を被着する。電極金属
層１２は基板との付着を良好にするため、例えば
下層に約0.1μｍの厚さのTi層を有する約１μｍ
の厚さのTi−Ag層から成つており、光の入射を
多くするため格子状に形成されている。電極層１
２の上にはその一部を露出させて、例えば数＋Å
の厚さの白金層１３を同様にマスクを用いて蒸着
する。白金層１３に接して、例えば数＋Åの厚さ
の非晶質シリコンのｐ層１４、約１μｍ厚さの非
晶質シリコンの高比抵抗（真性に近い）ｎ形のｉ
層１５、数百Åの厚さの非晶質シリコンの低比抵
抗ｎ+層１６を順次積層する。これらの非晶質シ
リコン層は真空室において直流電圧または高周波
電圧によりグロー放電を発生させ、真空室に導入
されたモノシラン（SiH4）ガスをプラズマ状態に
して分解させ、シリコンイオンを下層上にたい積
させることによつて形成される。ｎ形またはｐ形
にドープするには、モノシランにそれぞれホスフ
イン（PH３）またはジボラン（B2H6）を比抵抗に
応じて適量混合する。層の厚さは導入ガス量によ
り調整される。ｐ層１４、ｎ+層１６は白金層１
３とほぼ同じ面積であり、ｉ層１５は電極層１２
の露出部分と反対側に隣接する電極１２に接する
まで延長されている。これらはそれぞれの非晶質
シリコン積層時に対応した開口を有する、例えば
ステンレス板のマスクを用いることによつて被着
面積が調整される。ｎ層１６の上に、層１２と同
じくTi−Ag層から成る上部電極金属層１７を蒸
着により被着することによつて光電池素子１８が
でき上る。電極層１７はｉ層１５の延長部分の上
を超えて延長され、隣接する下部電極１２につな
がつている。白金はシリコンより大きい仕事関数
を有するので白金層１３とｐ層１４の間にはシヨ
ツトキー障壁が形成され、ｐ層１４に入射した光
により発生する正孔・電子対はこのシヨツトキー
障壁による内部電界により分離して白金側を正と
した光起電力を生ずる。またｐ層１４、ｉ層１
５、ｎ+層１６により構成されるpin接合によりｉ
層１５に入射した光によつてｐ層側を正とした光
起電力が生ずる。従つて光電池素子１８の両電極
１２，１７の間には、この両光起電力の和の起電
力が生ずる。さらに上部電極１７が接する光電池
素子の下部電極１２と接触しているので、この起
電力は直列に接続される。この場合の光電池の開
放電圧は、単一の光電池素子ですでに0.7Vの開
放電池が得られ、それに直列接続数を乗じた値に
なるので、従来の光電池に比して著しく高く、か
つ任意の電圧を得ることができる。
本発明に基づく光電池における対向電極１２，
１７間の絶縁は絶縁基板１１に接するｎ形高比抵
抗ないし真性層１５で行なわれるが、層１５の上
にｎ形低比抵抗層１６を延長させて重ねてもよ
い。また各層の配列も第２図と逆に基板側からｎ
形低比抵抗層、ｎ形高比抵抗層、ｐ層、接触金属
層の順にしてもよい。何れの場合でも実施例のよ
うに透明基板を用いればどの面から入る光も電気
に変換できる。非晶質シリコンとシヨツトキー障
壁を形成する接触金属はシリコンとの仕事関数の
差の大きいものが望ましく、白金のほかに金、パ
ラジウムも用いることができる。この接触金属は
薄いので光のほとんどを透過させる。
１７間の絶縁は絶縁基板１１に接するｎ形高比抵
抗ないし真性層１５で行なわれるが、層１５の上
にｎ形低比抵抗層１６を延長させて重ねてもよ
い。また各層の配列も第２図と逆に基板側からｎ
形低比抵抗層、ｎ形高比抵抗層、ｐ層、接触金属
層の順にしてもよい。何れの場合でも実施例のよ
うに透明基板を用いればどの面から入る光も電気
に変換できる。非晶質シリコンとシヨツトキー障
壁を形成する接触金属はシリコンとの仕事関数の
差の大きいものが望ましく、白金のほかに金、パ
ラジウムも用いることができる。この接触金属は
薄いので光のほとんどを透過させる。
上述のように本発明による光電池はpin接合に
シヨツトキー障壁を重ねた素子をさらに同一基板
上に並べて直列接続することにより１個によつて
高い開放電圧を得るようにしたもので、接続工数
が不要で部品数が低減し信頼性も向上する。しか
も素子間の絶縁には高比抵抗層を利用し、素子間
の接続には電極金属層を利用しているので、素子
の製造工程と同一の工程で安価に製造でき、光電
池の応用範囲を増大させるのに有効である。
シヨツトキー障壁を重ねた素子をさらに同一基板
上に並べて直列接続することにより１個によつて
高い開放電圧を得るようにしたもので、接続工数
が不要で部品数が低減し信頼性も向上する。しか
も素子間の絶縁には高比抵抗層を利用し、素子間
の接続には電極金属層を利用しているので、素子
の製造工程と同一の工程で安価に製造でき、光電
池の応用範囲を増大させるのに有効である。
第１図は従来の非晶質半導体光電池の一例の断
面図、第２図は本発明の一実施例の非晶質半導体
光電池の断面図である。 １１……絶縁基板、１２，１７……電極金属
層、１３……接触金属層、１４……ｐ形層、１５
……ｎ形高比抵抗層、１６……ｎ形低比抵抗層。
面図、第２図は本発明の一実施例の非晶質半導体
光電池の断面図である。 １１……絶縁基板、１２，１７……電極金属
層、１３……接触金属層、１４……ｐ形層、１５
……ｎ形高比抵抗層、１６……ｎ形低比抵抗層。
Claims (1)
- １ 低比抵抗ｎ形の非晶質半導体層、高比抵抗ｎ
形の非晶質半導体層、ｐ形の非晶質半導体層およ
び該層のｐ形半導体より大きい仕事関数を有する
金属の層を積層し、その両端面にそれぞれ電極金
属層を設けた光電池素子の複数が絶縁基板上に間
隔をおいて配置され、各光電池素子の前記ｎ形高
比抵抗の非晶質半導体層は、当該素子から基板上
を一方に延びて相隣る素子の基板側の前記電極金
属層まで達し、基板より遠い側の前記電極金属層
は、上記の相隣る素子まで延びた非晶質半導体層
上を延長せしめられ相隣る素子の基板側の前記電
極金属層につながつていることを特徴とする非晶
質半導体光電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12817979A JPS5651880A (en) | 1979-10-04 | 1979-10-04 | Amorphous semiconductor photocell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12817979A JPS5651880A (en) | 1979-10-04 | 1979-10-04 | Amorphous semiconductor photocell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5651880A JPS5651880A (en) | 1981-05-09 |
| JPS6161551B2 true JPS6161551B2 (ja) | 1986-12-26 |
Family
ID=14978367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12817979A Granted JPS5651880A (en) | 1979-10-04 | 1979-10-04 | Amorphous semiconductor photocell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5651880A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4626878A (en) * | 1981-12-11 | 1986-12-02 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor optical logical device |
| JPS5996779A (ja) * | 1982-11-24 | 1984-06-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置 |
| JPH02164077A (ja) * | 1988-12-19 | 1990-06-25 | Hitachi Ltd | アモルファスシリコン太陽電池 |
| JPH02164079A (ja) * | 1988-12-19 | 1990-06-25 | Hitachi Ltd | アモルファスシリコン太陽電池 |
| JPH03157976A (ja) * | 1989-11-15 | 1991-07-05 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
| JPH0423364A (ja) * | 1990-05-15 | 1992-01-27 | Showa Shell Sekiyu Kk | 鏡として利用可能な光起電力装置 |
-
1979
- 1979-10-04 JP JP12817979A patent/JPS5651880A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5651880A (en) | 1981-05-09 |
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