JPS63147378A

JPS63147378A - 光起電力装置

Info

Publication number: JPS63147378A
Application number: JP61296035A
Authority: JP
Inventors: Koji Dojiro; 堂城　浩嗣; Shinya Tsuda; 津田　信哉; Shoichi Nakano; 中野　昭一; Yukinori Kuwano; 桑野　幸徳
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1986-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1988-06-20
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07105514B2

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、透光性基板上に透明導電膜と、Ｐ。

Ｉ、Ｎ層の３層からなる複数の光起電力素子部と、金属
電極とが積層されて形成された光起電力装置に関する。

［従来の技術］一般に、太陽電池等の光起電力装置に２いて、光電変換
効率の向上全図るために、ＰＩＮ構造の光起電力素子部
を複数積層することが行なわれて３す、この種の積層型
光起電力装置は、たとえは第６図に示すように構成され
ている。

第６図において、（１）はガラス等の透光性基板、（２
：は基板ｉｌｌ上に形成されたＩ　Ｔ　Ｏ［Ｉｎｄ　ｉ
ｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅＨインジウムスズ酸化物〕等
からなる透明導電膜、（３）は透明導電膜；２１上に形
成されたＰ型非晶質シリコンカーバイドからなる第１の
Ｐ層、（４）は第１のＰ層（３）上に形成された１型（
真性）非晶質シリコンからなる第ｌの１層、ｉ５１は第
１の１層（４）上に形成されたＮ型非晶實シリコンから
なる’４１のＮ層であり、第１のＰ層（３）、第１の１
層（４）、第１のＮ層（６）により第１の光起電力素子
部（６）が構成されている。

（７）は第１のＮ層（５）上に形成さ九たＰ型非晶質シ
リコンかぢなる第２のＰ層、（８）は弔２のｐ　を筈（
７１上に形成された１型（真性）非晶質シリコンからな
る第２の１層、（９）は第２の１層（８）上に形成され
たへ型非晶質シリコンからなる第２のＮ層であり、第２
のＰ層（７）、第２の１層（８）、第２のＮ層（９）に
より第２の光起電力素子部Ｏｏが構成されて２つ、これ
ら両光起電力素子部ｉ６１．ＱＣＩの各層は周知のＣＶ
Ｄ／ｉやプラズマＣＶＤ法等により形成される。

な８、山）は第２のＮ層（９）上に蒸着等により形成さ
れたアルミニウム、銀等からなる金属電極である。

ところで、前記した積層型の光起電力装置の場合、隣接
しｔ両光起電力素子部（６）、α０の隣接側の第１のＮ
層（６）と第２のＰ層（７）との界面に３いて、光吸収
によって生じた電子、正孔を十分に再結合させるため、
Ｎ層（５１，Ｐ層（７）に多量のホウ素［Ｂ］やリン［
Ｐ層などの不純物をドープする必要があり、通常モノシ
ラン［ＳｉＨ，］と、ジボラン［Ｂ２ｌ−ｌ６］または
ホスフィンＣＰ）（３］とのガス流量比の調整により、
ＢまたはＰのドーピング量Ｔｈ１％以上に制御すること
が行なわれて８す、このような不純物のハイトープを行
なう先行技術例として、１９８４年（昭和５９年）秋季
第４５回応用物理学会学術講演会の講演予稿集３３５頁
のｒ１２ｐ−Ｑ−１１多層構造アモルファス太陽電池１
５（信頼性１１）Ｊに記載の太陽電池があり、中間層の
ハイトープのＰ”Ｎ＋接合領域の形成条件の設定により
光照射劣化特性の低下を改善できることが報告されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、前記したように、隣接した両素子部（６）、
αＯの隣接側の８層＋５１．Ｐ層（７）の界面全ハイト
ープにすると、これらの層の禁制帯幅が小さくなって光
吸収が多くなり、当該界面部分での電子。

正孔の再結合による光損失が大きくなって変局効率向上
の妨げとなり、しかもＢまたはＰのハイトープにより、
前記Ｎ層（６）やＰ層（７）中の局在準位が非常に多く
なって膜質の低下全招き、次層の１層＋４１．　ｆ８１
との界面での電子、正孔再結合の増加による光損失の増
加を招七という問題点がある。

そこで、この発明では、隣接した両光起電力素子部の隣
接側の層の界面での界面再結合およびこれら両層と前、
後層との界面での界面再結合による光損失の増大全抑制
し、光電変換効率の向上を図り、前記両層の膜質の低下
を防止することを技術的課題とする。

〔問題点全解決するための手段〕

この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
透光性基板上に形成された透明導電膜と、非晶質半導体
のＰ層、１層、Ｎ層の３層からなり前記透明導電膜上に
積層された複数の光起電力素子部と、最上側の前記素子
部上に形成された金属電極とを備えた光起電力装置に３
いて、隣汲した前記両素子部の隣接側のいずれか一方の
前記層に、水素含有量が０．５〜Ｂ　ａｔ、係の水素含
有領域を形成し之ことを特徴とする光起電力装置である
。

〔作用〕

したがって、この発明によると、隣接した両光起電力素
子部の隣接側のいずれか一方の層、すなわち下側の光起
電力素子部の最１（７）Ｐ層ま念はＮ層どよび上側の光
起電力素子部の最下のＮ層またはＰ層のうちいずれか一
方の層に、０゜５〜８ａｔ１％の水素含有量の水素含有
領域全形成することにより、これら隣接した下側の光起
電力素子部のＰ層またはＮ層と、上側の光起電力素子部
のＮ層またはＰ層との界面の水素含有領域に３いて、Ｂ
やＰなどの不純物全ドープしなくても多数の局在準位を
含むことになり、これら局在準位が光吸収により生成す
る電子、正孔の再結合中ノしとして働き、光電流が流れ
て起電力が発生する。

このとき、前記したようにＢやＰなどの不純物全多量に
ドープする必要がないため、従来のように隣接した２個
の層の界面部分での光損失の増加を招くこともなく、光
電変換効率の向上全区Ｉれ、しかもこれら２層の膜質が
低下することもなく、多量の不純物の拡散によって生じ
る熱劣化が防止され、特性の向上′に図れることになる
。

〔実施例〕

つきに、この発明全、その実施例を示した第１図ないし
第５因とともに詳ａに説明する。

（実施ｖｌｌ］１）まず、実施″ｌ！ＩＩＪ　Ｉ　ｋ示す第１図について説
明する。

第１図に２いて、第６図と同一記号は同一のものもしく
は対応するものを示し、第６因と異なる点は、第ｌのＮ
層（５）の形成後、多結晶シリコン全ターゲットとする
１層５６ＭＨｚの高周波スパッタ法により、Ｐ型非晶質
シリコンからなる水素含有量０．５〜Ｂ　ａｔ、％の厚
さ２５Ｘの水素含有領域：ＩＺ　全形成し、この水素含
有領域：１２１上にｌ＆５６ＭＨｚの高周波電界による
グロー放電法により、膜厚１５０ＸのＰ型非晶質シリコ
ンカーバイド層１３１ヲ形成し、水素含有領域１１ｚ３
よびシリコンカーバイド層α３からなる第２のＰ層（Ｉ
４）を形成し、第２のＰＮＨ上に第２の１層（８）、第
２のＮ層（９）、金属電極（川を順次積層し、第２のＰ
層［１４１，第２の１層（８）、第２のＮ層（９１によ
り第２の光起電力素子部ｔｌ１１構成した点である。

このとき、水素含有領域１１２１の形成条件は、アルゴ
ン［Ａｒ］、水素ＣＨｔ　）、Ｂｙ　）（６の各ガス流
量上それぞれ５０　ＳＣＣＭ、　Ｉ　ＯＳＣＣＭ、　０
．０１　ＳＣＣＭ、圧力’！ｉ−０．０１Ｔｏｒｒ、高
周波パワーｔｌｏＯＷ、基板温度？　２５０℃とし、水
素含胃量ｆ　３　ａｔ、　％に制御し、さらにシリコン
カーバイド層（１３１の形成条件は、ＳｉＨ４，）１．
、１３２Ｈ６の各ガス流量上それぞれ５　ＳＣＣＭ、　
５ＱＳＣＣＭ、　０．０１ＳＣＣＭ　、圧力ｆ　Ｏ，Ｉ
　Ｔｏｒｒ　、高周波パワー″ｆ！：３０Ｍ、基板温度
を２５０℃とした。

そして、第１図に示す光起電力装置の諸特性全第６図に
示す従来の光起電力装置と比較した場合、従来に比べ短
絡電流が３壬、開放電圧が２％９曲線因子が１％、光電
変換効率が５係向上し、逆に熱劣化率が３０％減少し、
特性の良好な光起電力装置が得られた。

（実施例２）つぎに、実施例２を示す第２図について説明する。

第２図に３いて、第１図と同一記号は同一のものもしく
は対応するもの全示し、第１図と異なる点は、第１のＮ
層（５）上に、第１図の場合と同一条件による高周波ス
パッタ法により水素含儒領域＋＋２Ｊ全形成したのち、
低圧水銀ランプ直接励起による光ＣＶＤ法により、膜厚
１５０ＸのＰ型非晶買シリコンカーバイド層（＋６＋ｆ
ｆｉ形成し、水素含有領域１１ＺＥよびシリコンカーバ
イド層ａ１１９からなる第２のＰ層（ｌηを形成し、第
２のＰ層αη上に第２の１層（８）、第２のＮ層（９）
、金属電極（１１）を積層し、第２のＰ層（ｌη。

第２０■層（８）、第２のＮ層（９）により第２の光起
電力素子部Ｑａｌ？構成した点である。

このとき、シリコンカーバイド層αＧの形成条件は、ジ
シラン〔ＳＩ！ル］　、　Ｈ！、アセチレン［ＣＩＨ！
］　。

Ｂｔ　Ｈａ　ノ各ガス流量’ｔそれぞれＩＯ８ＣＣＭ、
　ＩＯ８ＣＣＭ。

５８ＣＣＭ、　０．０１　ＳＣＣＭ、圧力ｆ　Ｉ　Ｔｏ
ｒｒ、基板温度を２５０℃とした。

そして、第２図に示す光起電力装置の諸特性全第６図に
示す従来の光起電力装置と比較した場合、従来に比べ短
絡電流が５係、開放電圧が３％１曲線因子が１％、光電
変換効率が８％向上し、逆に熱劣化率が３０係減少した
。

（実施例３）さらに、実施例３を示す第３図について説明する。

第３図に旧いて、第１図と同一記号は同一のものもしく
は対応するもの全示し、ｆｆ１１図と異なる点は、第１
の１層（４）上に低圧水銀ランプ直接励起による光ＣＶ
Ｄ２により、バンドギャップの小さい膜厚２０Ｘの非晶
質半導体薄摸からなる井戸層と、バンドギャップの大き
い膜厚２０Ｘの非晶質半導体薄模からなるバリア層とを
交互に４層ずつ積層してＮ型超薄膜多層構造層（以下Ｎ
型多層構造層という）　＋１９１　全形成し、該Ｎ型多
層構造層（１９）上に。

＆Ｈｓの代わりにＰＨＩ−用いてその流量ｉ０．０１８
０ＣＭとする以外は第１因の場合と同一条件による高周
波スパッタ法により、厚さ２５ＡのＮ型非晶質シリコン
からなる第１の水素含有領域＠に形成し、Ｎ型多層構造
層Ｑ９１Ｅよび第１の水素よ有領域のからなる第１の８
層２１）全形成し、第１のＰ層（３）、第ｌの１層＋４
１．％Ｉの８層２１）により第１の光起電力素子部ＥＴ
ｈ購成し、さらにその後第１のＮ層ンｌ）上に、第１図
の場合と同一条件による高周波スパッタ法により、厚さ
２５ＡのＰ型非晶質シリコンからなる第２の水素含有領
域１２３１　ｋ形成し、第２の水素含有領域１２３１上
に、Ｎ型多層構造層（１９１と同様の光ＣＶＤ法により
、膜厚２０Ａの井戸層と喚厚２０′Ａのバリア層と？交
互に４層ずつ積層してＰ型超薄膜多層構造層（以下Ｐ型
多１醋構造層という）ｉ２４１’１形成し、第２の水素
含有領域ム３よびＰ型多層構造層（２４）からなる第２
のＰ層（２υ全形成し、第２のＰ層伐５１上に＠２の１
層（８）、第２のＮ層（９）、金属電極（１１）を積層
し、第２のＰ層ｉ２か、第２の１層（８）、第２のＮ層
（９）により第２の光起電力素子部ｔ２６１　ｉ構成し
た点である。

このとき、Ｎ型多層構造層α９）の形成条件は、井戸層
については、Ｓ　Ｉ！山、　Ｐ　Ｈ３のガス流量をそれ
ぞれＩ　Ｏ５Ｃ（Ｊｉ、　０．０　＋　ＳＣＣＭ、圧力
ｆ　１．０Ｔｏｒｒ、基板温度Ｔｈ２５０℃とし、バリ
ア層については、前記井戸層の条件にガス流量１０　Ｓ
ＣＣＭｉ７）Ｃ，Ｈ，全加え、Ｐ型多層嘴造層圓の形成
条件は、前記したＮを多層構造層１１９）の条件中のＰ
Ｈ３をＢ、）Ｉ、とする以外は同一にした。

そして、第３図に示す光起電力装置の諸特性を第６図に
示す光起電力装置と比較した結果、従来２５％減少した
。

さらに、第３図に示す光起電力装置の第２の水素官有領
域曽の水素含有量と光電変換効率との関係？調べたとこ
ろ、第４図に示すようになり、同図に２いて横軸は水素
含有ｉ［ａｔ、％］全示し、縦軸は第６図に示す光起電
力装置の光電変換効率に対する第３図の光起電力装置の
光電変換効率の比を示して８つ、第４図かられかるよう
に、第２の水素官有領域關の水素含有量が０．５〜３　
ａｔ、　％のときに、光電変換効率の比が１より大きく
、従来タイプのものよりも光電変換効率が高くなり、こ
れは水素含有量が０．５３．ｔ、　％以下では局在準位
が多過ぎて価電子制御ができず、光電変換効率が低くな
り、８ａｔ４以上では逆に局在準位が少な過きて電子、
正孔の再結合が十分に行なわれず、しかもスパッタ時の
形成層のダメージが大きくなり、光電変換効率の低下に
つながることに起因すると考えられる。

また、第１図、第２図に示す光起電力装置の水素官有領
域＋１２１：ＦＪよび第３図中の第１の水素含有領域−
の水素含有量と光電変換効率との力係についても、第４
因と同様の傾向が見られた。

さらに、前記した第１図に示す光起電力装置の水素含有
領域Ｈの厚さと光電変換効率との関係を調べたところ、
第５図に示すようになり、同図に８いて横軸は厚さ〔久
〕全示し、縦軸は水素含有領域１２１ｉ有しない前記第
６因の従来タイプの光起電力装置の光電変換効率に対す
る第１図の光起電力装置の光電変換効率の比を示して８
す、第５図かられかるように、水素含有領域１１２Ｉの
厚さがほぼ１０〜５０Ａのときに、光電変換効率の比が
１より大きく、従来タイプのものよりも光電変換効率が
高くなり、これは水素含有領域ｌＩ２１の厚さがＩＯＡ
以下では局在準位が電子、正孔の再Ｍ合中心としての役
割を十分に果たすことができず、光電変換効率が低くな
り、５０Ｘ以上では局在準位が多過ぎて光損失の増加や
膜質の低下？招き、光電変換効率の低下につながること
に起因すると考えられる。

また、第２図、第３図に示す光起電力装置の水素含有ｐ
頁滅１２］、１２０＋、・篭の厚さと光電変換効率との
関係についても、第５因と同様の傾向が見られた。

従って、前記した各実施例における水素含有領域ｕ２１
．頭、ｔｎの水素含有量？０．５〜３ａｔ、％とするこ
とにより、従来のような不純物のノ１イドープによる膜
質の低下を招くことなく、光起電力装置の短絡電流、開
放電圧２而線因子などの向上を図れるとともに、光電変
換効率の向上を図れ、特性の優れた光起電力装置が得ら
れることになる。

一方、各水素含有領域（１２１，！２０）、１２３）の
水素含有量ＴｈＯ，５〜Ｂ　ａｔ、　％とし、かつこれ
らの厚さ全１０〜５０又とすることによっても、同様に
特性の優れた光起電力装置が得られることになる。

ところで、アプライド　フイジクス　レターズ４０１６
１．１５マーチ　１９８２貢５１５〜５１７　［Ａｐｐ
ｌ、　Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、　４．０＋６７、１５Ｍａｒｃｈ　＋　９８
２　Ｐ、　５１５〜５１７　］に、］ｐ−１−ｎｓ非晶
買シリコン太陽電において、Ｐ、ｎ層の７Ｆ、素官有量
が１０〜２Ｑａｔ、幅となるようにする旨が記載されて
いるが、これはｐ−１−ｎの単層型の太陽電池に関する
ものであり、本件発明Ｏようなｐ−１−ｎの積層型の太
陽電池に適用できるものではなく、その目的３よび作用
効果が異なる。

域七、０５〜３ａｔ、％の水素含有領域としてもよい。

さらに、前記各実施例に２いて、下層側よりＮ。

１、　Ｐの各層？積層した場合であっても、この発明？
同様に実施することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の光起電力装置によると、水素
含有量が０．５〜８ａｔ、％の水素含有領域全形成する
ため、隣接した両光起電力素子部の隣接側の層の界面で
の光損失全抑制することができ、光電変換効率の向上を
図ることが可能となり、しかも膜質の低下を招くことを
防止でき、特性の優れた光起電力装置を提供することが
でき、その効果は極めて大きい。

また、当該水素含有領域の厚さ？１０〜５０Ａとするこ
とにより、同様に特性の優れた光起電力装置ｄ’に得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明、の光起電力装置の実施
例を示し、第１因ないし第３図はそれぞれ各実施例の構
成図、第４図は水素含有領域の水素含有量の光電変換効
率の比との関係図、第５図は水素含有領域の厚さと光電
変換効率の比との関係図、第６図は従来例の構成図であ
る。（１）・・・透光性基板、（２）・透明導電膜、（３）
・・第１のＰ層、（４）・・・第１の下層、［５１、ｅ
ｌ！！１・・・第１のＮ層、（６）。 ■・・・弔ｌの光起電力素子部、（８）・・・第２の下
層、□（９）−ｍ　２のＮ層、ｔｌｌｌ−・金属電極、
ｔ＋２１．１２０１．　（２３１−・水素含有領域、■
、α力、優・・第２のＰ層、ｔ１５１．賭、シａ・・・
第２の光起電力素子部。代理人　弁理士　藤　１）龍太部名　１９第２図１！ｇ　３　図水！、を肩ｔ（ａｔ％〕−伽４託ス〕−〉

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透光性基板上に形成された透明導電膜と、非晶質
半導体のＰ層，Ｉ層，Ｎ層の３層からなり前記透明導電
膜上に積層された複数の光起電力素子部と、最上側の前
記素子部上に形成された金属電極とを備えた光起電力装
置において、隣接した前記両素子部の隣接側のいずれか一方の前記層
に、水素含有量が０．５〜８ａｔ．％の水素含有領域を
形成したことを特徴とする光起電力装置。
（２）水素含有領域の厚さが１０〜５０Åであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光起電力装置
。