JPS6352486A - 非晶質太陽電池 - Google Patents

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〕 本発明は太陽工坏ルギーを電気エネルギーに変換する非
晶質太陽電池に係り、特に光を有効利用して高効率化を
はかるのに好適なシリコンゲルマニウム合金を含む非晶
質太陽電池に関する。

〔従来の技術〕

近年、無公害で無尽蔵にある太陽工不ルキーを有効利用
することが注目されつつある。しかし、太陽電池そのも
のが高価であシ、実用を妨げている。そして太陽電池の
コストを下げるために、価電子制御が可能な水素を混入
した非晶質シリコンを安価な基板上に形成した非晶質シ
リコン太陽電池の開発が進められてきた。

一万、太陽光は、紫外から近赤外までの波長を含む幅広
いスペクトルを有するふく射線を発生する。そして、ふ
く射エネルギーのピーク値がα５μｍ程度の波長の太陽
電池は、前記の幅広いスペクトル波長を持った太陽ふく
射線を有効に吸収し、電気エネルギに変換すると効率が
向上する。

しかし非晶質シリコン（以下ａ　−Ｓｉ　二Ｈと略す）
は、某制幅が１．７５８Ｖ程度であるため、波長がｃＬ
６５μｍよシ長波長の光は膜厚１μｍの薄膜内では吸収
さ九ずに透過してしまう。上記の投光を吸収させるため
には、ａ−３ｉ：Ｈ膜厚を厚くする必要がある。しかし
、ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ膜厚を厚くしたセルは、ａ−５ｉ
：Ｈの少数キャリヤーの拡散長が短いため長波長光によ
り発生した少数キャリアが接合に到達せずＶζ再結合し
、／を電流として外部に取り出せなくなる。そこで、最
近では長波長光を利用するＫは、ａ−３ｉ：Ｈよシも禁
制帯幅の小さい非晶質シリコンゲルマニウム合金を使う
ことが最も効果的であると考えられるようになった。

しかし、通常のＳｉ　ＨａとＧｅＨ４からプラズマ中で
ａ　−５ｉＧｅ　：　Ｈ膜を形成する特開昭５８−１７
１８７０号に記載の方法では、ＳｉＨ４とＧｅｆＬの分
解性が大幅に異なシ、主にＧｅＨａばか）が分解する。

従って形成された膜中には、ダングリングボンドをター
ミネートするＨが均一に入らず、分解され易いａｅＨ４
で生にダングリングボンドができ易くなる。従って太陽
電池の発電１に用いる程の良質膜が得られなかった。

上記の問題を解決するため、反応室内にメッシ工電極を
有する三極構造の成膜装置を用いて、基板をプラズマか
ら隔離して反応性の低い０６Ｈｉラジカルを選択的に得
ることによってＳｉＨ４とＧｅＨ４の反応性のバランス
を調整し、ち密なネットワークを有する良質なａ　−５
ｉＧｅ　：　Ｈを得ることが報告されている。しかし、
この方法では成膜速度が非常におそく、実用化は困難で
あった◇ そこで最近では原料ガスに工夫をこらし、５ｉＦａ＋　
ＧｅＦ４　＋　Ｈ２系によシ得られるａ−３ｉＧｅ：　
Ｈ：　Ｆ膜が太陽電池の発ｔ７１に用いられるようにな
ってきた。このよう足、フッ素系化合物からａ　−ＳＩ
Ｇθ：Ｈ：Ｆ膜を得るには、　３１　Ｆａの分解生成物
ＳｉＦｍが水素ラジカルと気相反応によってはじめて堆
積能力を持つこと、基板上での脱ＨＦを伴う構造緩和過
程が顕著であるためＳｉ＋Ｇｅ　の二成分系においても
偽像的な一成分過程として水素ラジカルのみで制できる
。従ってａ−３１Ｇｅ：Ｈ：　ＦＥｆｆの特性は、特開
昭５７−１１４２９０号に示されているように大きく改
善された。しかし、このａ　−５ｉａｅ　：Ｈ：Ｆ膜を
ｐ−１−ｎ型の太陽電池の１層に用いると、ＩＮＩを成
膜する前のｐ層またはｎｌの表面が１１形成初期に露出
しておシ、この露出した表面にａ−５ｉＧｅ：　Ｈ：　
Ｆ膜形成中に発電するフッ素ラジカルが反応し、上記ｐ
Ｊｉｉあるいはｎ層の表面をエツチングしてしまうとい
う問題があった。

このため、上記ａ−ｓｉｆ４：　Ｈ：　Ｆ膜の特性とし
てはすぐれているが、ｐｉｎ接合する場合はフッ化物が
悪影響を及ぼし、高効率のｐｉｎ型太陽電池を得ること
ができなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は良質な低バンドギャップ材料として有望
なａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ’膜を非晶質太陽電池に適用す
る際に、接合形成の保護という点について配慮がされて
おらず、太陽電池を製造する際にａ−８ｉＧｅ　：　Ｈ
：　Ｆ膜の下の層、すなわちｐ層あるいはｎ層の表面が
Ｆ（フッ素）ラジカルで損傷を受けるという問題があっ
た。

本発明の目的は、Ｆラジカルによる接合界面損傷の問題
をなくシ、低バンドギャップ材料として有効なａ−９ｉ
Ｇｅ　：　Ｈ二Ｆ膜を適用した高効率な非晶質太陽電池
を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ｐ−１−ｎ接合を有し、少くとも該接合を
形成する１つの１層が水素とフッ素を含む非晶質シリコ
ンゲルマニウム層からなる非晶質太陽電池（以下ａ−３
ｉＧｅ：）Ｉ：Ｆと略す）において、ａ　−５ｉＧｅ二
Ｈ：Ｆｆｆｉからなる前記１膚を形成する前のｐｈ！あ
るいはｎｌに炭化ケイ素を含ませることにより達成され
る。

即ち１層としてｌ−９ｉＧ６　：　Ｈ：　ｐ膜を形成す
る場合、その前の鳩（ｐ層またはｎ層）はａ　−Ｓｌ　
：Ｈにドーパントが入った膜であるが、その上に直接フ
ッ素系の原料を反応させると下層のａ−３１：Ｈ＠の表
面は発生する？ラジカルにより損傷を受ける。

そこで、この下層であるｐ層あるいはｎ層を形成する時
に微量の炭素を入ｆ、１層の下層膜にａ−３ｉＣ：Ｈを
含ませることによジ、耐Ｆラジカル注にすぐ７ｌ−ｆｃ
衣表面形成することが可能となる。

この下層の上ＶＣａ−５ｉＧｅ　：　Ｈ：　Ｆを形成し
ても成膜時に発生するＦラジカルによる下層の損傷はな
く、良好なｐ１１層面あるいは１層接合面が形成される
。

上記下ノーでめるｐ層ろるいはｎＰｌを形成する際に炭
素を入ｎてＳｉＣを形成する具体的な方法としては、た
とえばＳＩ　Ｈ４にＣ）ｌａ　、　Ｃ２五２　、　Ｃ２
Ｈ４，（ＣＨ３）２５ＩＨｚ、　ＣＨｓ　５ｉｎ３等の
炭素源を混ぜてプラズマ中で反応させればよい。また入
れるべき炭素の量については、炭素源としてどの種類の
ガスを用いるかによって異なるが、形成されたａ−３Ｉ
ＣのＳｌとＣの原子の比で言えば、Ｃ／　（Ｓｉ＋Ｃ）
　カＣＬ　０５カラ０．２０の範囲にすることが好まし
い。Ｃ／　（Ｓ１＋Ｃ）が（ＬＯ５より小さいとＦラジ
カル耐性が低下し、次に上からａ−３ｉＧｅ：Ｈ：Ｆを
形成する際に発生するＦラジカルによシ、表面が損傷を
受ける。また、Ｃ／（Ｓｉ＋Ｃ）がａ、２０をと、する
と、膜の導電率が小さくな’）　、ｐｉｎ接合を形成す
るためのｐ層あるいはｎｌとしての膜特性が低下する。

上記手法は、ｐｉｎ型非晶質太陽電池のすべての場合に
適用できる。部ち、基板は金属基板でもガラス基板でも
良く、また接合は基板側からｐｒ　１＋　”でもｎ、ｉ
　、ｐでも良い。更に、必要に応じて、発電層としてａ
−ｓｉＧ６：　Ｈ：　Ｆを有するＰ＋１＋ｎ型単膚セル
でも、発ｔｉとしてａ−３１：　Ｈ，ａ　−５４Ｇｅ二
Ｈ二Ｆ等２眉以上有する積層型セルでも上記手法は適用
可能である。

〔作用〕

５ＩＦ４ｒ　ＧｅＦ４ｒ　Ｈｚは、プラズマ中で次のよ
うに反応する。まず気相中で５ｉＦｘ　、　ＧｅＦｘと
Ｆラジカルに分解された後、水素ラジカルによシＦが引
き抜かれ、基板上に堆積する。−万ＳｉＦ４やＧ。Ｈ４
の分解で生じたＦラジカルは、下層をエツチングし、損
傷を与える。しかし、下１のｐｌ又はｎ層がＳＩＣを含
んだ膜であれば、耐Ｆラジカル性にすぐれているので、
１１としてａ−３ｉＧｅ：Ｈ：Ｆを形成する際に下層の
ｐ層あるいはｎｌとの界面に損傷を与えることがない。

〔実施例〕

以下、本発明を、実施例によシ説明する。

実施例１ 第１図によｐ本実施例を、説明する。まずｈｓｎ０２よ
シなる透明電極（２）を設けたガラス基板（１）上に、
通常のプラズマＣＶＤ法によシ第１１ｐ層としてＢ原子
をドーピングしｆｔ−ｐ型ａ−ＳｉＣ：　Ｈ（３）を形
成した◇この時のａ−３ＩＣ：Ｈの原料には、５ＩＨａ
と（ＣＨｓ）２ｓｉＨｚを用いた。

次に第１層１層（４）は、ＳｉＨ４をプラズマ中で反応
させて得た光学的バンドギャップが１．７５ｅＶのａ−
Ｓｉ：Ｈを用いた。次に第１層ｎ層（５）として、Ｐ原
子をドーピングしたｎ層を形成した。第２層ｐ　＋’＊
　（６）もａ−ＳｉＣ：　Ｅ（ＫＢ原子＆　）”−ヒン
ｆシｆｃものを用い、第２層１層（７）も上述の第１層
１層と同様光学バンドギャップが１．７５ｅＶのａ−３
ｉ：Ｈを用いた。第２１ｎ層（８）は、第１層ｎ層と同
様にＰ原子をドーピングしたＩＬ−８１：Ｈを用いた。

そして、第６層ｐｆｆｉ（９）は、Ｂ原子をドーピング
したａ−８ｉＣ：Ｈを用いたｏ　ａ　−ＳｉＣ：　Ｈの
原料ガスにはＳｉ　Ｈ４と（ＣＨｓ　）２　ＳｉＨ２を
用いた。この時のＣの含量は、Ｃ／（Ｓ１＋Ｃ）比で０
．０７であった。次に第６層１層（１０）として光学バ
ンドギャップが１．４５ｅＶのａ−５ＩＧｅ：　Ｈ：　
ｒｔ−５１ＦａとＧ＠　ＦａとＨ２をプラズマ中で反応
させて形成した◇動作圧は、α２〜ｌ　３Ｔｏｒｒ、基
板温度２８０℃である。次に第３／Ｖｉｎ局（１１）と
してＰ原子をドーピングしたａ−３１を形成した。最後
に、ＡＪ人の裏面電極（１２）を蒸着法で形成した。こ
うして得られた３層構造セルの特性は、短絡電流５．６
　ｍＡ／ａｍ”、開放電圧２．２Ｖ。

ＰＦ　ＣＬ６５　、変換動＠ａＯ％テｈ　ッｆｔ。

比較のために、第１図において、セルの第３屓ｐ／１ｔ
（９）を従来用いられているａ−３ｉ：Ｈにしたでルを
作製し、特性を測定したところ、短絡電流５．３　Ｗ　
Ａ　／　Ｃｍ２、開放電圧１．５Ｖ、ＦＦα５０、変換
率＆９％と低い籠であった。

実施例２ 第２図において９中（す〜（５）までは実施例１と同じ
構造にし、第１層ｎ層（５）の上に第２層ｐ層（６）と
してＢ原子をドーピングしたａ−ＳＩＣ：Ｈを形成した
。この時のａ−９ＩＣ：Ｈ膜は、ＳｉＨ４と（Ｃ１ｔ）
２ＳＩＨ，から形成し、膜中の８１とＣの原子比はＣ／
　（Ｓｌ＋Ｃ）＝　ｌ１２とした。この上に第２層１層
として実施例１の第６層１層と同じａ−３ｉＧｅ：　Ｈ
：　Ｆを形成した。こうして作製したセルの特製は、短
絡電流７．８　ｍ　Ａ／　ｃ　ｍ’、開放電圧１−４Ｑ
Ｖ、ＦＦα６５、変換効率＆９％であった。比較例とし
て、第２図において第２層ｐ層（６）にＣを含まないｐ
型ａ−３１：Ｈを用いたものを作製し、セルの効率を測
定したところ、短絡電流７．０　ｍＡ　／　Ｑ　ｍ２、
開放電圧α９５Ｖ、１’Ｆα４７、変換効率五１チの低
い値であった。

実施例３ 第３図に示すようにステンレス基板（１３）上に、第１
層ｎ層（５）としてＣＨ４と５ｉ）１．とＰＨ，を用い
プラズマ反応によシｎ型ａ−３１Ｃ二Ｈを形成した。

この時の８１とＣの原子比は、Ｃ／　（Ｓｉ＋Ｃ）＝α
０５とした。

次に実施例１のａ−３ｉＧｅ：Ｈ：Ｆ膜形成と同じ方法
にて、５ｌＦ４．　ＧｅＦ４＊　Ｈ２から第１層１層（
４）を形成した。この時のａ−ｓｉｃｉｅ：　Ｈ：　Ｆ
’　膜の光学バンドキャップは、１．５０ｅＶであった
。次に、第１層ｐ層（３）として、Ｂ原子をドーピング
したａ−３１：Ｈを形成した。更に、第２層ｎ層（８）
としてＰぶ子をドーピングしたｎｆｆ１ａ−８１：Ｈを
形成し、その上に第２７ｉｉｉ層（７）として１型ａ　
−３１：　ｌ（を形成した。

この時の１１の光学バンドギャップハ、１．７８ｅＶで
あった。次に、第２層ｐｆｆｉ（６）としてＣＨａとＳ
ｉＨ４とＢ２Ｈ４からｐ型ａ−８ＩＣ：Ｈを形成し、そ
の上に電極としてＩＴＯ膜Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘ
ｉｄｅ膜（１４）、Ｔｉ／　Ａｇ　（＋５）を形成した
。このセルの特性を測定すると、短絡電流７．０　ｍ　
Ａ　／　Ｃｍ２．開放電圧１．３０Ｖ。

ＦＦ［Ｌ６１、変換効率は工６％であった。

比較例として、第３図における第１ｆｆｉｎｆｆｉ（５
）の中に炭素を入れない条件でセルを作製したところ、
短絡電流６．５　ｍＡ　／　Ｃｍ２．開放電圧α９０Ｖ
、Ｆ’Ｆα４５、変換効率２．６％の低い値であった。

実施例１〜３で特に開放電圧が比較例を比べて改善され
ているのは、ｐ／１あるいはｉ／ｎ界面がフッ素によυ
損傷を受けにくくなっているためであると思われる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、接合部を傷つけるこ
とな（ａ−８ＩＧｅ：　Ｈ：　Ｆ膜が形成できるので、
太陽電池の高効率化に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１で作製した非晶質太陽電池の
構造を示す図、第２図は実施例２で作製した非晶質太陽
電池の構造を示す図、第３図は実施例５で作製した非晶
質太陽電池の構造を示す図である。 １・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・第１
層ｐ層、４・・・第１層１店、５・・・第１ｆｆｉｎ１
ｉ％　６・・・第２層ｐ漕、７・・・第２層１層、８・
・・第２１ｎ層、９・・・第５層ｐ膚、１０・・・第３
７ｉ）＋４．　＋　＋・・・第３１ｎ層、１２・・・裏
面電極、１３・・・ステンレス基板、１４・・・ＩＴＯ
膜、１５・・・Ｔｉ　／　Ａｇ。 第１図　　　　　　第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｐ−ｉ−ｎ接合を有し、かつ該接合を形成する少なくと
   も１つのｉ層が、水素とフッ素を含む非晶質シリコンゲ
   ルマニウム層からなる非晶質太陽電池において、前記水
   素とフッ素を含む非晶質シリコンゲルマニウム層が形成
   される下地層に炭化ケイ素が含有されていることを特徴
   とする非晶質太陽電池。