JPS63283076A - 光電変換素子 - Google Patents

光電変換素子

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JPS63283076A
JPS63283076A JP62117844A JP11784487A JPS63283076A JP S63283076 A JPS63283076 A JP S63283076A JP 62117844 A JP62117844 A JP 62117844A JP 11784487 A JP11784487 A JP 11784487A JP S63283076 A JPS63283076 A JP S63283076A
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JP
Japan
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layer
film
layer film
interface
xnx
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Pending
Application number
JP62117844A
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English (en)
Inventor
Takashi Yoshida
隆 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPS63283076A publication Critical patent/JPS63283076A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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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  • Photovoltaic Devices (AREA)

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〕 本発明は、主としてシリコンからなる非晶質半導体層内
に入射された光によって発生したキャリアを非晶質半導
体層のp−1−n接合による内部電界により光起電力と
して取出す光電変換素子に関する。
〔従来の技術〕
シラン、ジシランまたはその誘導体からグロー放電分解
により順次非晶質シリコンのp層、i層。
n層を積層してp−1−n接合を形成した光電変換素子
は公知である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上述のような光電変換素子において、1−n
界面での内部電界が弱く、さらに1層およびi−n界面
が光の入射により劣化し、内部電界が弱まるため、i−
n界面付近で発生したキャリアが再結合を起こして光電
変換効率を悪化させる原因となっていた。特に、n層の
側から光を入射させる非晶質シリコン光電変換素子にお
いては、この現象が顕著にあられれるため、現在ではp
層より光を入射させる型の光電変換素子が主流となって
いる。しかし、このような素子においても、光電変換層
である1層の膜厚を3000Å以上にした場合に1層お
よびn層が光によって低下すると、i−n界面付近の内
部電界が弱わまるために光電変換効率が悪化する欠点が
あった。
本発明の目的は、p−1−n接合のi−n界面では内部
電界を強化し、i層およびn層が光によって照射されて
も内部電界が弱まる現象を抑制して光電変換効率を向上
させ、i層を厚くして光の吸収効率を高めることのでき
る光電変換素子を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、本発明は、p−1−n整
合を有する光電変換素子において、非晶質シリコンより
なるi層にn形の非晶質窒化シリコン層がその層より低
い窒素分率を有するi質の非晶質窒化シリコンよりなる
界面層を介して隣接するものとする。界面層の窒素分率
が、非晶質シリコンの1層から非晶質窒化シリコンのn
層に向けて次第に高められることが特に有効である。
〔作用〕
非晶質シリコン (以下a−5tと記す)の1層と非晶
質窒化シリコン(以下a −3t+−x Nxと記す)
のn層の間に介在する中間の窒素分率Xを有するa  
3i、−、N、層は、i−n界面の内部電界を強化する
と共に、光のi層、n層への入射による内部電界の弱化
を抑制し、またa−3tとa −3tl−X NXの間
のへテロ接合における不整合による界面欠陥の生成を防
止する。
〔実施例〕
第1図は、本発明の一実施例を示すもので、光入射側と
なるガラス板のような透光性基板1上に透明導電膜2が
形成されている。この透明導電膜2は、ITO,SnO
□などの金属酸化物により構成されるが、透明で導電性
が高く、化学的に安定であればどのような材料でも良い
。この透明導電膜2上に、シラン、ジシランおよびその
誘導体、ぶつ化シランおよびその誘導体などから選ばれ
る少なくとも一種以上のガスと、ハイドロカーボン。
ぶつ化ハイドロカーボンなどのカーボン源から選ばれる
一種以上のガスの混合物にBzHb等の■族元素の水素
化物などのガスを混合したものをプラズマ分解して得ら
れるp形a  Si+−x C2: Hまたはa  5
ll−X cll : H: Fからなるp層膜3とし
て形成されている。その膜厚は、30〜500人、好ま
しくは80〜300人にされる。p層膜3上にシラン、
ジシランおよびその誘導体、ぶつ化シランおよびその誘
導体などから選ばれる少なくとも一種以上のガスとH1
+ He+ Arなどの混合ガスをプラズマ分解して形
成されたa−3tのi層膜4が積層されている。このi
層膜4の膜厚は1000〜10000人程度である。1
層定形上にシラン、ジシランおよびその誘導体、ぶつ化
シランおよびその誘導体などから選ばれる少なくとも一
種以上のガスと、アンモニア、ヒドラジンのような窒素
の水素化物およびN2から選ばれる少なくとも一種以上
のガスとの混合物をプラズマ分解して得られるa  5
it−x Nxからなるi−n界面5、さらにその上に
形成時にPH3などの■族元素の水素化物をドーピング
したn形a −5tl−X Nxからなるn層6が積層
されている。n層6の上にはスパッタまたは蒸着により
Ag、 Arなどの金属電極膜7が被着している。i 
−n界面層5の膜厚は30〜1500人の間で変化させ
ることが可能である。窒素分率Xは、一定値のまま均一
にi−n界面層を形成してもよいが、i層膜とn層膜の
間でn層側に向かうにつれて徐々に増加させることが望
ましい。増加のさせ方は、階段状でもよいし、l−n界
面層5の形成時に、窒素源となるガスの流量を一定の割
合で増加させて直線状にしても良い。n層6の膜厚は5
0〜1000人で好ましくは100〜500人、膜の窒
素分率Xは界面層5のどの部分の窒素分率よりも高くす
る。この実施例において、i−n界面層5を形成しない
場合と形成する場合のp−1−n光電変換素子のバンド
図を第3図(a)、(b)に示す。図(a)がi−n界
面層を形成しない場合のバンド図で、ペテロ接合となる
i−n界面付近に欠陥20が形成されてしまうため電子
と正孔の再結合が起こり、i層ならびにi−n界面の電
界は強くならない。図(′b)はi−n界面層の窒素分
率を徐々に増加させたときのバンド図で、i−n界面付
近での電界が強化されている。第4図にi−n界面層5
の膜厚、膜質を変化させたときの初期特性を示したもの
である。このデータの試料は、ガラス基板1上にSno
w膜2を4500人の厚さに形成し、その上にσl、h
約10−’ (Ωa11) −’、 E、 ”’約2.
OeVのa  5it−x Cx p層膜3を150人
の厚さに、a−3tO1層膜4を5000人の厚さに積
層し、i−n界面層としては、窒素分率Xが0.3と一
定の膜5と、0から0.6に直線的に増加させた膜5を
厚さ0〜350人の範囲で変化させたものを形成した。
図中の黒丸がX = 0.3のもの、白丸がXを0から
0.6に変化させたものである。n層としては、窒素分
率Xが0.6で、PH3を1%ドープした膜6を200
人の厚さに形成し、金属電極としてはA、膜7を用いた
。第4図から分かるように、i−n界面層のX一定のも
のは膜厚250人まで、またXを変化させたものは全膜
厚において初期光電変換効率を向上させることができる
。また、300人の厚さの界面層膜5のXを次第に変化
させた素子と界面層を形成しない素子とを、開放状態で
連続10時間、 AM 1 100II+W/ ctA
 (D :L * ルギー密度の光によって照射したと
ころ、i−n界面層の存在しないもので光電変換効率が
10%低下したのに対し、i−n界面層の存在するもの
は2%の低下にとどまり、i−n界面層の存在によって
初期光電変換効率および光照射にする信幀性が大幅に向
上していることがわかった。
第2図は、本発明の別の実施例を示すもので、以下の各
図と同様第1図と共通の部分には同一の符号が付されて
いる。図において、鏡面状に研摩されたステンレス鋼基
板8の上に、第1図の実施例と逆にa−3i+−xNx
On層膜6 + a −3t、−、N。
のi−n界面層膜5.a−3tO1層膜4およびa  
Si+−xcxのp層膜3を積層し、その上に■To、
SnJ等の透明導電膜2を形成し、さらにその上部に集
電電極としてA7.Ag等の金属電極71をスパッタま
たは蒸着によって形成するものである。
n層膜6.界面層膜5の窒素分率は第1図に示した実施
例に準する。この素子は、透明導電膜2の側から光10
を照射して用いる。
第5図は本発明のさらに別の実施例を示し、透。
光性基板1上に、透明導電膜2.80〜500人、好ま
しくは80〜300人の厚さのp形a −5tl−x 
Cxからなるp層膜31.a−3tからなるi層膜41
.a−3i+−xNxからなるi−n界面層膜51.n
形にドープされたa  5it−XNxからなるn層膜
61が積層されている。i−n界面層膜51.n層膜6
1の膜厚、膜質は第1図に示した実施例のものに準する
が、n層膜61の膜厚は光の吸収損失を小さくするため
に可能な限り薄い方が好ましく 、100〜200人程
度が望ま定形。さらにこの上にp形a −3i+−xC
x膜32が80〜300人の厚さに形成され、その上に
再び1層膜42が積層される。二つの1層膜41.42
の膜厚、膜質は相互に関連して決定される。1層膜42
の上にa  311−XNIIのl−n界面層膜52.
n層膜62が第1図の実施例の場合と同様に形成され、
最後に金属電極7が設けられている。
この実施例では第1図に示した実施例と同様の効果以外
に、n層61.62が窒化シリコンで形成されているの
で、等しい膜厚ならば通常の非晶質シリコンに(らべて
光吸収が小さく、n層の光吸収による損失が低減され、
このように複数のp−1−n接合が積層される構造の場
合非常に有効である。
第6図は、本発明の他の実施例を示すもので、第5図に
示した実施例と異なる点は、第一のn層61の次にn形
の微結晶シリコン層膜9を30〜500人、好ましくは
50〜200人の厚さに介在せしめたことである。これ
により、9層32との間のp−n接合界面での再結合が
起こりやすくなり、内部電極としての役割を十分に果た
すことができる。この微結晶シリコン層膜9の成膜のた
めにみ高いパワーが用いられるが、その下のn層膜61
.i−n界面層膜51にa  si、−xNXを用いて
いるので、i層膜41に与える損傷が少ない。
第7図は、本発明のさらに異なる実施例を示し、第6図
のようにn形の微結晶シリコン膜9を介在させずに、第
一のn形a−5t、□NXNX膜上1上層されるp層膜
をp形の微結晶膜91とした。第一のn層膜が通常のa
−3tからなり、その層での光吸収損失を少なくするた
めに薄く積層されている場合は、その上に微結晶シリコ
ン膜を重ねると、成膜時の高いパワーにより損傷を受け
、素子特性が悪化する。しかるに、本実施例では、n層
膜61およびi−n界面層膜51にa −3t+−x 
Nx ヲ用’t’でいるおり、耐プラズマ性が強い上に
光学バンドギャップが通常のa −Stに比べて大きい
ために光吸収損失が小さく、n層膜厚を厚くすることが
可能であるので、微結晶シリコン成膜時の損傷を避ける
ことができ、p形微結晶膜91を重ねてn層61との界
面での再結合を起こりゃすくすることが可能となる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、非晶質シリコン系材料からなるp−1
−n接合をもつ光電変換素子のn層をaSit−xNx
によって形成し、i層との間にそれより小さいXを持つ
a  5il−)INxのi層を介在させることにより
、i−n界面での内部電界が強くなり、光の照射による
内部電界の弱化も小さくなる結果、i層の厚い場合でも
初期光電変換効率が高く、光照射による光劣化の少ない
光電変換素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は別の実施
例の断面図、第3図(a)、(blは本発明の効果を示
すバンド概念図、第4図はi−n界面層の有無、膜質、
膜厚による素子の光電変換特性の変化を示す線図、第5
図、第6図、第7図はそれぞれ本発明の異なる実施例の
断面図である。 1:透光性基板、2:透明導電膜、3.3L 32:9
層膜、4.41.42: i層膜、5.51.52: 
a −8i1−xNx界面層膜、6,61,62: a
  Si+−Nxn層膜、7:金属電極膜、8ニステン
レス鋼基板。 1逍光・11基靭 第1図 第2図 第3図 i−n界面層朋厚(A) 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)p−i−n接合を有するものにおいて、非晶質シリ
    コンよりなるi層にn形の非晶質窒化シリコン層が該層
    より低い窒素分率を有するi質の非晶質窒化シリコン層
    を介して隣接することを特徴とする光電変換素子。
JP62117844A 1987-05-14 1987-05-14 光電変換素子 Pending JPS63283076A (ja)

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JP62117844A JPS63283076A (ja) 1987-05-14 1987-05-14 光電変換素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02260664A (ja) * 1989-03-31 1990-10-23 Sharp Corp 薄膜太陽電池
JPH0322571A (ja) * 1989-06-20 1991-01-30 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JP2009170949A (ja) * 2009-05-08 2009-07-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光電変換装置及びその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPH0322571A (ja) * 1989-06-20 1991-01-30 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
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