JPS63318166A

JPS63318166A - 光起電力装置

Info

Publication number: JPS63318166A
Application number: JP62153758A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iwamoto; 岩本　正幸; Koji Minami; 浩二南; Kaneo Watanabe; 渡邉　金雄
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1988-12-27

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】（イ）産業上の利用分野本発明は半導体層を含む光起電力装置に関する。

（ロ）　従来の技術この様光起電力装置においては、８１Ｈａ、５ｉｚＨ６
，１９１Ｆ４等のシリコン化合物ガスを原料ガスとして
得られるアそルファスシリコン（ａ−８１）を主体とし
てＰＮ接合、ＰＩＮ接合等の半導体接合を有する半導体
膜を形成して成るものがある。斯るａ−８ｉを主体とし
た光起電力装置は太陽光発電に要求される大面積化と低
コスト化を可能とする反面、経時的な光電変換効率の劣
化が著しい。

この光電変換効率の経時劣化として、強い光の照射によ
る光劣化と、高温状態による熱劣化の２種類が存在する
ことが知られている（日経マイクロデバイスの１９８６
年２月号第８１頁〜第９３頁に詳しい）。

（ハ）発明が解決しようとする問題点本発明は斯る光電変換効率の高温状態による熱劣化を抑
制するものである。

に）問題点を解決するための手段本発明は、少々くとも１つの半導体接合を有する半導体
膜と、該半導体膜の光入射１）１）に設けられた受光面
電極と、上記半導体膜の光入射側と反対側に設けられた
裏面電極とを備えた光起電力装置において、上記半導体
膜の上記裏面電極と接する側の不純物層はシリコン原子
との結合力がシリコン原子どうしの結合力より犬である
元素を含む非晶質シリコンから成る竺１層と上記裏面電
極と接する微結晶化シリコンから成る第２層とを有する
ことを特徴とする。

（ホ）作　用熱劣化の主たる原因として、裏面電極の構成元素が高温
状態によって半導体膜中に拡散することが上げられるこ
とに鑑みなされたもので、裏面電極と接する側の不純物
層内の第１層が裏面電極の構成元素の半導体膜中への拡
散を阻止する。ｔた裏面電極と接する第２層は不純物層
と裏面電極とのオーミック接合を良好なものとする。

（へ）実施例第１図は本発明の第１実施例を示す概略的断面図である
。（１）はガラス等の透光性かつ絶縁性の基板、（２）
は酸化錫（Ｓｎ０２）や酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等
の透明等電酸化物（Ｔ（３０）の単層もしくは積層構造
の受光面電極、（３）は基板（１）及び受光面電極（２
）を通過した入射光を受ける半導体膜、（４）は該半導
体膜の裏面側に設けられたアルミニウム（ＡＪ）、チタ
ン（Ｔｉ　）、銀（Ａｇ）等の金属の単層または積層構
造の裏面電極である。半導体膜（３）は膜面と平行に受
光面電極（２）側からＰＩＮ接合を形成すべく、受光面
電極（２）と接するアモルファスシリコンカーバイド（
ａ−８ｉＯ）から成るＰ型層（３Ｐ）と、該Ｐ型層を透
過した光を受けて発電に寄与する光キャリアを発生する
アモルファスシリコン（ａ−３））から成るノンドープ
層〔３工〕と、一端面がノンドープ層（３工）と接し他
端面が裏面電極（４）と接するＮ型層（３Ｎ）とから構
成される。そして、Ｎ型層（３Ｎ］はノンドープ層（３
工）と接する側に形成されたシリコン原子との結合力が
シリコン原子どうしの結合力シリコンから成る第２層（
３Ｎ２）とから構成されている。

斯る半導体膜（３）は、例えば１５．５６ＭＨｚの高周
波ｔｍにより発生されるグロー放電を用いたプラズマＯ
ＶＤ法により形成される。以下、第１層（３Ｎ１）に上
記元素として酸素（０）を用いた場合の形成条件を示す
。

共通形成条件０　基板温度＝１５０〜３００℃ ０　反応圧カニ　０．１〜０．５ＴＯｒｒ各層の個別形
成条件上記形成条件に基いて形成した上述の光起電力装置にお
いて、高温下（１５０℃）での熱劣化特性を測定した。

第２図にその結果を示す。なお、同図にはＮ型層（３Ｎ
）全体を酸素を含まない非晶質シリコンから形成した従
来の光起電力装置の熱劣化特性も示している。

同図から明らかなように、１５０℃の高温状態で１０時
間経過した後の光電変換効率の劣化率は従来装置で７０
％であるのに対し、本発明装置では１０％以下に抑える
ことができ、従って、酸素を含む第１／鯵（３Ｎ１）が
熱劣化と抑制することに極めて有効であることが判る。

斯る熱劣化の抑制効果の原因は次の通りと考えられる。

即ち、熱劣化の主たる原因は、既述の如く裏面電極（４
）の構成元素が半導体膜（３）中に熱拡散し、受光面電
極（２）と部分的な短絡を形成するところにある。とこ
ろで、本発明のように酸素を含むＮ型層（３Ｎ）はその
内部にシリコン原子（８１ンと酸素原子（０）との８１
−〇結合があり、従来ではシリコン原子（Ｓｉ）どうし
の８１−３）結合のみである。ここで、Ｓｉ、Ｏ結合と
５ｉ−８ｉ結合との結合エネルギーを比較すると、Ｓｌ
−〇結合が３．８ｅｖ、８ｌ−８ｉ結合が１．８ｅ　Ｖ
と８１−〇結合の方の結合エネルギーが大きい。

従って、斯る５ｉ−Ｌ）結合の強い結合力が、裏面電極
（４）の構成元素の半導体膜（３）中への熱拡散を阻止
し、光電変換効率の熱劣化を抑制するものと考えられる
。

ここで、裏面１Ｌ極（４）の構成元素の半１体膜（３）
中への拡散を阻止するには、Ｎ型層（６Ｎ）全体を酸素
を含む非晶質シリコンから形成すれば良いがこの場合、
Ｎ型層（３Ｎ）と裏面電極（４）とのオーミック接合が
悪化し、初期の光電変換効率が劣化してしまう。

そこで、本発明では上述の如く、裏面電極（４）と接す
る層として微結晶化シリコンから成る第２層（３Ｎ２）
を配している。第３図は本発明装置とＮ型層（３Ｎ）全
体を酸素を含む非晶質シリコンの層とした比較装置とに
おける初期の光電変換効率を示す特性図である。

同図のように、本発明では、初期の光電変換効率の劣化
を抑えることができる。

以上のように、酸素を含む非晶質シリコンから成る第１
層（３Ｎ１）を配することによって光電変換効率の熱劣
化を抑制し得るものの、斯る効果は酸素の含有量や膜厚
に影響される。

第４図は第１層（３Ｎ１）中の酸素含有率と１５０℃で
１０時間経過した後の光電変換効率との関係を示してい
る。酸素の含有率が３ａｔ、％より少ない場合は、裏面
電極（４）の構成元素の熱拡散阻止力が低いため、また
酸素の含有率が３　Ｑ　ａ　ｔ。

チより多い場合は抵抗成分の増大等による初期の光電変
換効率の低下（第３図参照）も相俟って、夫々光電変換
効率の熱劣化を十分に抑制することができない。従って
、第１層（３Ｎ１）中の酸素の含有率は３〜３０ａｔ、
％が適当であり、１０炉゛１〜２５ａｔ、町〆り好ましい。

更に、第５図は第１層（３Ｎ１）中の酸素含有率を１．
５！Ｌｔ、％とした場合の第１層（３Ｎ１）の膜厚と１
５０℃で１０時間経過した後の光電変換効率との関係を
示している。この場合も膜厚が３ＱＡより小さい場合及
び５００Ａより大きい場合は光電変換効率の熱劣化を抑
制できない。よって第１層（３Ｎ１）の膜厚は５０〜５
００Ａの値を要し、７０〜３００Ａが好適である。

上述の実施例ではシリコン原子との清合力がシリコン原
子どうしの結合力より大きい元素として酸素を用いてい
るが、炭素（０）を用いてもよい。

この場合の形成条件は次の通りである。

共通形成条件０　基板温度　１５０〜５００℃ ０　反応圧力　０．１〜０．５　ＴＯｒｒ各層の個別形
成条件第６図乃至第９図は、こうして形成された光起電力装置
において、第２図乃至第５図の夫々と同様の特性図を示
す。各図から明らかなように、第１層（３Ｎ１）に炭素
を含有させた場合も、酸素の場合と同じ特性を示す。

即ち、第６図から分かるように、１５０℃の高温状態で
１０時間経過した後の光電変換効率の劣化率は１０チ以
下に抑えることができる。第７図からは初期の光電変換
効率の劣化を抑えられることが分かる。また、第８図及
びｈ４９図から見て、第１層（３Ｎ１）中の炭素含有率
は６〜３　Ｑ　ａ　ｔ。

チが適し、１０〜２Ｑａｔ、％がより好ましく、また第
１層（３Ｎ１）の膜厚は６０〜５００Ａの値を要し、１
００〜６００Ａが好適である。

なお、第１層（３Ｎ１）に炭素を含有させた方が、酸素
を含有させる場合に比べ、初期の光電変換効率を大きく
することができる。

更に、シリコン原子との結合力がシリコン原子どうしの
結合力より大きい元素として窒素（Ｎ）その他如何なる
元素を用いてもよい。

第１０図及び第１）図は本発明の他の実施例を示すもの
であり、第１０図に示すＮ型層（３Ｎ）は６層構造に形
成されておシ、ノンドープ層（６Ｉ）側から、非晶質も
しくは微結晶化シリコンから成る層（３Ｎ１ｏ）、シリ
コン原子との結合力がシリコン原子どうしの結合力より
大きい元素を含む非晶質シリコンから成る層（３Ｎ１）
）及び微結晶化シリコンから成る層（３Ｎ１２）の順に
積層されている。この場合、ノンドープ層（３））との
Ｉ／Ｎ界面特性を悪化させることがなく好ましい。

また、第１）図に示すＮ型１ｔ２１Ｎ）は非晶質もしく
は微結晶化シリコンから成る層（３Ｎ２Ｑ）（３Ｎ２２
）・・・とシリコン原子との結合力がシリコン原子どう
しの結合力よシ大きい元素を含む非晶質シリコンから成
る／１（３Ｎ２１）（３Ｎ２５）・・・とを交互に繰シ
返し積層した構成であり、最終層（３Ｎ２ｎ）は微結晶
化シリコンから成る。

これら各実施例にあっても、既述の実施例における効果
と同じ効果を得ることができる。

以上の説明では、半導体膜（３）は１つのＰＩＮ接合、
言い換えれば１つの半導体接合を備えたものであるが、
複数の半導体接合を備えた所謂タンデム構造にも本発明
は適用できる。この場合、裏面電極に最も近い半導体接
合中の裏面電極と接する不純物層を上述の如き本発明の
構造とすれば良い。

（ト）　　発明の効果本発明によれば、半導体膜の裏面電極と接する側の不純
物層が、シリコン原子との結合力がシリコン原子どうし
の結合力より大である元素を含む非晶質シリコンから成
る第１層と上記裏面電極と接する微結晶化シリコンから
成る第２層とを有するので、初期の光電変換効率を低下
させることなく、裏面電極の構成元素が半導体膜中に熱
拡散するのを阻止することＫよって熱劣化による光電変
換効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略的断面図、第２図
及びｔＫ６図は本発明装置と従来装置との熱劣化特性を
示す特性図、第３図及び第７図は本発明装置と比較装置
とにおける第１層中の酸素または炭素の含有率と初期の
光電変換効率との関係を示す特性図、第４図及び第８図
は第１層中の酸素または炭叱の含有率と熱劣化後の光電
変換効率との関係を示す特性図、第５図及び第９図は第
１層のム・λ厚と熱劣化後の光電変換効率との関係を示
す特性図、第１０図及び第１）図は夫々異なる他の実施
例を示す概略的断面図である。（２］・・・受光面電極、（６Ｐ］・・・ＰｉＭ層、（
６エ）・・・ノンドープ層、（３Ｎ１）・・・第１層、
（３Ｎ２）・・・第２層、（４）・・・裏面電極。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１つの半導体接合を有する半導体膜と
、該半導体膜の光入射側に設けられた受光面電極と、上
記半導体膜の光入射側と反対側に設けられた裏面電極と
を備えた光起電力装置において、上記半導体膜の上記裏
面電極と接する側の不純物層はシリコン原子との結合力
がシリコン原子どうしの結合力より大である元素を含む
非晶質シリコンを有する第１層と上記裏面電極と接する
微結晶化シリコンから成る第２層とを少なくとも備えた
ことを特徴とする光起電力装置。
（２）上記元素は、酸素、炭素または窒素であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光起電力装置。
（３）上記第１層は上記元素を含む非晶質シリコンの層
と非晶質シリコンまたは微結晶化シリコンの層との多層
構造であることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
は第２項記載の光起電力装置。