JPS6358974A - アモルフアス光起電力素子 - Google Patents

アモルフアス光起電力素子

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JPS6358974A
JPS6358974A JP61204573A JP20457386A JPS6358974A JP S6358974 A JPS6358974 A JP S6358974A JP 61204573 A JP61204573 A JP 61204573A JP 20457386 A JP20457386 A JP 20457386A JP S6358974 A JPS6358974 A JP S6358974A
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JP
Japan
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type layer
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amorphous
reduced
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Pending
Application number
JP61204573A
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English (en)
Inventor
Masayuki Ishii
石井 正之
Nobuhiko Fujita
藤田 順彦
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/06Semiconductor 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 characterised by potential barriers
    • H01L31/075Semiconductor 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 characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • 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
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • 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
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    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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  • Power Engineering (AREA)
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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@電池や光センサー等のアモルファス光起
電力素子に関する。
〔従来の技術〕
大腸電池や光センサー等の光起電力素子は太陽光その他
の光エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体素子
であり、その半導体材料としてはアモルファスシリフン
(a−8i:H)等のアモルファス半導体が安価で大面
積化、薄膜化が可能であり、組成の自由度が大きく、電
気的及び光学的特性を広い範囲で制御できる等の利点を
有するために注目され多くの研究が為されている。
か\るアモルファス光起電力素子、とりわけアモルファ
ス太陽電池では光変換効率を高めることが重要な課題で
あり、第3図に示すように、光により生成する電子・正
孔対のうち拡散距離の短い正孔を収集しやすいように、
p型層3を透明基板1上に形成した透明電極2上に、即
ち光入射側に配置して光の総合収集効率を高め、p型層
3とn型層5の間に真性半導体の1型層4を介在させ、
n型層S上に金属電極6を形成したものが多い。
又、第4図に示すように、p型層3,9、i型層4,1
0及びn型層5,11を単位セルとして2単位セル以上
を積層し、各層の光学的エネルギーギャップの適正化ひ
図ることにより太陽スペクトルを有効利用せんとする多
層構造のアモルファス太陽電池も知られている。
更に、キャリヤ生成域の1型層に多くのフォトンを導き
、太陽光等の長波長側の光の有効利用2図る為にp型層
に禁止帯の広い炭素や窒素を添加したり、太陽光等の短
波長側の光を有効に利用する為に1型層にゲルマニウム
や錫を添加する等の試みも行なわれている。
しかし、従来のアモルファス太陽電池においては、透明
電極2とp型層3との界面抵抗が高い為に曲線因子(F
 F)の向上が妨げられ、光変換効率(E F F)の
大幅な向上が達成できなかった。透明電極2とp型層3
との界面抵抗を低くするために結晶質のp型層を用いた
アモルファス太陽電池も提案されているが、結晶質のp
型層とこれと接する非晶質の1型層とでは異種材料の接
合となるので格子の整合がとれず、界面準位が多く発生
し、キャリヤの再結合によるFIFのほか短絡電流(J
sc)及び開放電圧(Woe)の低下がおこり、KFF
の大幅向上には結びついていない現状である。
(発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記の事情に鑑み、透明電極と′pp型層の界
面抵抗ひ低下させ、同時に9型、7と1型署との界面で
のキャリヤの再結合をなくして、高い光変換効率を有す
るアモルファス光起電力素子を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のアモルファス光起;力素子はpin単位セルな
有し、このp型層を結晶質3含むp層と、1型層に接合
した非晶質のみからなるP 層とで構成したことを特徴
とする。
本発明は通常のアモルファス太陽電池は勿論、pin単
位セルを2個以上積層した多層構造のアモルファス太陽
電池にも適用でき、各p 4− H単位セルのp型層な
上記構成しても良い。
〔作用〕
本発明のアモルファス起電力素子においては、p 層は
結晶質を含み低抵抗となるので、p 層と透明電極との
界面抵抗が低下する。この℃層+ 1 と1型層との間に非晶質のみからなるp 層を形成する
ので、同時にp 層と1型層との界面準位が低下してキ
ャリヤの再結合を防止できる。
p 層は結晶質を100〜5%含むことが好ましく、結
晶質が5%未満ではこの層の抵抗値が10−4Ω俤−1
以下となって界面抵抗を低下させることができない。又
、P 層の結晶質の割合をp 層に向って漸次減少する
ように形成すれば、p 層とp2層との界面準位も低下
し、−層良好な特性が達成できる。p 層の結晶質の割
合を漸次減少させる方法は、例えばRFパワーを漸次減
少させたり、水素希釈量を漸次減少させたりする方法等
がある。
又、高RIPパワー、高水素希釈のま\で成膜温度を漸
次上昇させていく方法もある。
尚、i型層は非晶質であるが、n型層は結晶質を含んで
いても良い。
フ 層の膜厚は10〜150λ及びp の膜厚は50〜
2000λが好ましく、又p層及びp層にはこれらの層
での光吸収を少なくする為に炭素や窒素等の禁止帯の広
い元素を添加してもよい。
更に、pin単位セルを2個以上積層した多層構造のア
モルファス太陽電池の各p1n単位セルのp型層をp層
とp 層で構成すれば、上記の効果以外に、n/p接合
界面を共に結晶質と含むp 層とn型層とで形成するこ
とができるので、オーミック接合が得られ、キャリヤの
再結合が容易となり、n/p接合界面での電圧・電流損
が小さくなる。
〔実施例〕
実施例1 第1図に示すアモルファス太陽電池3以下の方法で製造
した。
ガラス基板1上に酸化錫の透明電極2を形成し、その上
に13.56 MHzの高周波を用いたプラズマCVD
法により、9層7.9層8、i型層4及びnl    
      2 型層5を下記条件により順次形成した。
91層7の形成は、基板温度iso cで、Hで希釈し
た10%SiHを105canSHで希釈した500p
pmのB H’x 50 secm及び100%Hを1
005cczで供給し、圧力5 torr及び高周波電
力200Wで行なった。92層8の形成は、基板温度2
10 cで、Hで希釈した10%SiHを50 scc
m及びHで希釈した500 ’ppmのB Hf 30
 sccm供給し、圧力1t(+rr及び高周波電力3
0 Wで行なった1層層4の形成は、基板温度210C
で、Hで希釈した10%SiH4を505can供給し
圧力1 torr及び高周波電力30 Wで行なった。
n層5の形成は、基板温度210 t:’で、Hで希釈
した10%SiHf 10 scam%Hで希釈した1
000 v、ppmのPHを50 sccm及び100
%Hを100 sccmで供給し、圧力2 torr及
び高周波電力200Wで行なった。最後に、R型層5上
に銀の金属電極6号真空蒸着により形成した。
かくして形成したpmは膜厚が5oxで80%が結晶質
であり、光学的エネルギーギャップはEg= 1.95
 eV 、電気伝導度はσd=5X10−’ΩcIn−
’、a ph = 7 X 10−’20%−’ テア
ツタ。p  層は5厚カsofで非結晶質のみテアリ、
Eg−1,85eV、 σd=+++4X10−’Ω儂
1、σI)h = 5 X 10−’Ωcrn″″1で
あった。i型層は膜厚が0.5 Amの非結晶質で、K
g = 1.75 eVであった。
又、n型層は膜厚がsoo Rで結晶質を80%含み、
Kg=2.OeV、 6d= 10X 10Ω’mr’
、σph=2X1cPΩ俤−1であった。
比較例として、p型層が上記p 層と同じ膜特性ひ有し
膜厚130xである以外は上記実施例と同一構造の第3
図に示す従来のアモルファス太]!池ひ製造した。
これら二つのアモルファス太陽電池の特性を下記第1表
に示した。
第  1  表 特 性  本発明  従来例 Jsc(mA/G112)   16.2   14.
9Voc (V)   0.89   0.89FF(
2)  7368 EFIF(4)  10.5   9.0実施例2 pin単位セルを2個積層した2層溝造のアモルファス
太陽電池の各p11単位セルのp 型、’?j ’5:
pHとp 層で構成した第2図に示すアモルフアス太陽
電池を製造した。
この実施例で、第1単位セルのi型層4と第2単位セル
の1型層10は膜厚が夫々800 A及び500 Xで
エネルギーギャップは共に1.75eVであり、n/p
界面を構成するp 層12の膜厚を10ORとした以外
は上記実施例1と同一条件のpin単位セルとした。
又、比較例として、第4図に示アようにp型層3.9が
非晶質のみからなり、第1単位セルのp型層3の膜厚1
30R及び第2単位セルのp型層の膜厚180xである
以外は実施例2と同様のアモルファス太陽電池を製造し
た。
これら二つのアモルファス太陽電池の特性を下記第2表
に示した。
第  2  表 特 性  本発明  従来例 Jsc (mA/m2)   6.0    5.5V
oc (V)    1.82   1.697F(イ
)   7268 E F F(イ)   7.9    6.3尚、実施
例2では、i型層のエネルギーギャップが第1単位セル
と第2単位セルが同一である例を示したが、片方の1型
層にa−8iGe等を用いて異なるエネルギーギャップ
の1型層を有テる多層構造アモルファス太陽電池として
も良い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、透明電極とp型層との界面抵抗な低下
させると同時にp型層と1型層との界面準位を低下させ
キャリヤの再結合をなくすことができるので、短絡電流
、開放電圧、曲線因子の各特性を向上させて、高い光変
換効率を有するアモルファス光起電力素子ひ提供するこ
とができる。
更に、本発明を多層構造のアモルファス太陽電池に適用
して各単位セルのp型層をp 層と℃ 層”2 で構成すれば、結晶質を含むn型層とnQとで+ 1 n/p接合を形成できるのでオーミック接合が得られ、
キャリヤの再結合が容易となり、n/p接合界面での電
圧損・電流損を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明のアモルファス太陽電池の一
例P夫々示す断面図であり、第3図及び第4図は夫々従
来のアモルファス太陽電池の断面図である。 1・・透明基板 2・・透明電極 3,9・・p型層4
.10・・i型層 5,11・・n型層6・・金属電極
 7,12・・p 層 8.13・・p層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)pin単位セルを有するアモルファス光起電力素
    子において、p型層を結晶質を含むp_1層と、i型層
    に接合した非晶質のみからなるp_2層とで構成したこ
    とを特徴とするアモルファス光起電力素子。
  2. (2)p層は結晶質を100〜5%含むことを特徴とす
    る、特許請求の範囲(1)項記載のアモルファス光起電
    力素子。
  3. (3)p_1層の結晶質の割合がp_2層に向つて漸次
    減少していることを特徴とする、特許請求の範囲(2)
    項記載のアモルファス光起電力素子。
JP61204573A 1986-08-29 1986-08-29 アモルフアス光起電力素子 Pending JPS6358974A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04219981A (ja) * 1990-12-20 1992-08-11 Canon Inc 光起電力装置
JP2010533969A (ja) * 2007-07-18 2010-10-28 アイメック エミッタ構造の作製方法とその結果のエミッタ構造
US20110067753A1 (en) * 2005-07-28 2011-03-24 General Electric Company Compositionally-graded and structurally-graded photovoltaic devices and methods of fabricating such devices
WO2011096338A1 (ja) * 2010-02-02 2011-08-11 株式会社アルバック 太陽電池用透明導電膜付き基板、太陽電池及びそれらの製造方法

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