JPH0319374A

JPH0319374A - 光起電力素子

Info

Publication number: JPH0319374A
Application number: JP1152404A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fujioka; 靖藤岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1991-01-28

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】［産業十の利用分野］本発明は光起電力素子に係り、特にアモルファス半導体
と多結晶半導体とを組み合わせた太陽電池．イメージセ
ンサ等に使用する光赳電力素一ｒに関ずる。

［従来の技術］従来、光起電力素子としては，ＳＧ　ａ　Ａ　ｓ　，　Ｃ　ｄ　Ｓ　，　Ｃ　ｄ　Ｔ　ｅ
等の多結品，単結晶のｐｎ接合を用いたもの、アモルフ
ァスシリコン系材料のｐ　ｉ　ｎ接合を用いたものが一
般的に用いられてきた。

アモルファスシリコン系材料は結晶系材料に比較して、
光の吸収係数が大きく、太陽光の場合，光をト分吸収す
るために必要な材料の厚さはＩｉ結品シリコンで約２０
０μｍであるのに対して、アモルファスシリコンでは、
わずか０．５〜ｌＬＬｍですみ，原科コスト、加工コス
トの低減が図れるという利点があることから注目されて
いるが、結晶シリコンに比べて長波長の収集効率が低く
、入射光な右効に利用することができないため結晶系材
料に比べて変換効率が低いという欠点がある。

そこで、アモルファスシリコンにゲルマニウム，スズ等
を加えて光学的バンドギャップを狭くしたアモルファス
シリコンゲルマニウムやアモルファスシリコンスズを用
いたセルを、アモルファスシリコンセルやアモルファス
炭化シリコンセルにｈｌ）Ｍして、タンデム構造にする
ことで、より広い入射スペクトルを利用しようとする研
究が行われている。

ところが、アモルファスシリコンにハントギャップを狭
くする元素を加えたセルでは，結晶系セルほど広いスペ
クトル領域に対して高い収集効率を得るには至っていな
い。かかる背景からアモルファスセルと結晶セルとを積
層したタンデム構造の光起電力素子（特開昭５９−１２
４７７２号に開示されている）が提案された。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら，１二記タンデム構造の光起電力素了は、
ノ；（体上に結晶系セル、アモルファスセルの舶に梢明
されており２ガラス等の透光性の基体を用いて塙体側か
ら光を入射するように１ると、入φｔ光の短波長成分が
アモルファスセルに届かないので、基体とは反対のアモ
ルファスセル側から光入射を行う必要があった。かかる
場合、アモルファスセルの薄膜表而が物理的な力に弱い
ので，般的にアモルファスセル側に光入射而の保護用と
して保護部材を設ける必要があり，構造が複雑化する問
題点があった。また、アモルファス層を形成した後、そ
の上に電極として透明導電膜を作成する必要があるので
、アモルファス層の特性を損なうことのないように、成
膜温度等の透明導電膜の作成条件が制限され、十分な透
過率、導電率，均一性を得ることができなかった。

［課題を解決するための手段］上記の課題は、透光性基体上に、少なくとも透明電極，
アモルファス半導体のｐｉｎ接合領域、多結品半導体の
ｐｎ接合領域，および背面電棒がこの順に積層されてい
ることを特徴とする本発明の光起電力素子によって解決
される。

本発明において、透光性基体としては，人Ｑ＝ｉ光のス
ペクトルを十分透過し，光入射面側のアモルファス半導
体等を保護しつるものが用いられ、例えばガラス板，サ
ファイア板等を用いることができる。

アモルファス半導体としては，入射光に対して多結晶半
導体との組み合わせにおいて十分な吸収係数を持ち、価
電子制御の可能なものとして、水素化又は／及びハロゲ
ン化したアモルファスシリコンａ−Ｓ　ｉ　　Ｎ｛，　
Ｘ）　、アモルファス炭化シリコンａ−Ｓ　ｉｓ　Ｃｒ
＋　　（＋−１，　Ｘ）　．アモルファス窒化シリコン
ａ　　Ｓ　＋ｌＩＮｎ　　（Ｈ．　Ｘ）　、アモルファ
スシリコンゲルマニウムａ−ＳｉｓＧｅｎ（Ｈ．Ｘ）．
アモルファスシリコンスズａ−Ｓ　ｉ＋ｍ　Ｓｎｎ　　
（ｔ１．　Ｘ）等のアモルファスシリコン系材科が好適
なものとして挙げられている。但し、Ｏ＜ｍ，ｎ＜ｌ．
ｍ＋ｎ＝ｌである。

多結品半導体の材料としては、アモルファス半導体との
組み合わせにおいて入射光に十分な吸収係数を持ちアモ
ルファス半導体の上で多結品が形成しつるものが選らば
れるが、太陽電池の場合シリコンが好適なものとして挙
げられる。

なお、本発明の光起電力素子は、０１ｊ述したように、
アモルファス半導体上に多結晶半導体を形成する層構成
をとるが、従来、アモルファスの基村上に結晶ＰＩの層
を形成することは困難であった。

このことは、アモルファスの鰭村上に結晶性の層を成長
させることそれ自体が困難であるという理由のほかに、
結晶性の層を形成する際の温度ではアモルファスの基材
が結晶化してしまうことがあるという理由によるもので
ある。従って、一般的に特開昭５９−１　２４７７２号
に開示されたように，基体Ｅに結晶系半導体、アモルフ
ァス半導体の順に植層する構成がとられていた。

本発明においては、公知のプラズマＣＶＤ法、スパッタ
リング法等を用いて、アモルファス半導体を形成した後
、比較的低温で膜堆梢の行えるＣＶＤ法（例えば、第３
５回応用物理学関係連合講演会、講演予槁集Ｐ　３２５
　２８ａ　−　ＺＧ−　８に開后されたようなＨ　Ｒ　
Ｃ　Ｖ　Ｉ）　（　Ｉｌｙｄｒｏｇｅｎ−　Ｒａｄｉｃ
ａｌ　−　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　　ＣＶＤ　Ｊ法がある）
を用いて多結品半導体を梢層させることにより、前述し
た本発明にかかわる居構成の光起電力素子の作製を可能
とした．、［作用］本発明は、透光性基体上に，少なくとも透明電極、アモ
ルファス半導体のｐｉｎ接合領域，多結品半導体のｐｎ
［合領域、背而電極を順に積層することによって、基体
から光を入射することができるので、基体と反対側から
光入射を行う必要がなく、そのため、アモルファス半導
体側に光入射面の保護用として保護部材を設ける必要が
ない。

また、アモルファス半導体側から光を照射しないので、
アモルファス半導体形成後に透明電極を設ける必要がな
く，成膜温度等の透明導電膜の作成条件が制限されるこ
とがない。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

なお、本発明はかかる実施例に限定されるものではない
。

（実施例ｌ）第１図は、本発明の光起電力素子の実施例１をホす模式
的断而図である。

同図に示すように、透光性基体１０１上に，１ＴＯ透明
電極１０２．ｎ型アモルファスシリコン層１０３、ｉ型
アモルファスシリコン層＋０４、ｐ型アモルファスシリ
コン層１０５、ｎ十型多結晶シリコン層１０６、ｐ型多
結晶シリコン層１ｏ７、Ａ℃電極１０８が順に８１層さ
れ、アモルファスシリコンのｐｉｎ接合セルと多結晶の
ｐｎ型接合セルとのタンデム構造になっている。

第３図は，上記光起電力素子を作製する製造装置の模式
的概略図である。

同図に示すように、反応室３０１には，反応室３０１内
に反応ガスを導入するガス導入管３０２．水素ガス導入
管３０３が接続された水素ガス励起室３０４が接続され
ている。ガス導入管３０２のー・部は反尾室３０１内に
入りこんでお０、ガス導入管３０２の輪状の端部に設け
られた複数穴からガスが噴出司能となっている。水素ガ
ス励起室３０４には、水素ガス励起用のマイクロ波を印
加する導波管３０５が接続されており、導彼管３０５に
はマイクロ波電源３０６からマイク［Ｊ汲が送られる。

反応室３０１内には、高周波電力印加用の電極３０８ａ
．３０８ｂが対向して設けられており，一方の電極３０
８ｂには光起電力素子を形成する基体が載せられ、この
基体を加熱するヒーター３ｌＯが設けられている。電極
３０８ａには高周波電源３０９が接続され、電極３０８
ｂは接地されている。

かかる製造装置を用いて、第１１に示した光起電力素子
を以下の手順で作製した。

まず，反応室３０１内を不図示の排気装置で排気しなが
ら，ガス導入管３０２より反応ガスを導入した。次いで
，高周波電源３０９より電極３ｏ８ａに１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力を印加してグロー放電を起こさせ、ヒー
ター３１０により加熱され．た基体３　０　７　十．に
、表１に不す条件で、ｎ．ｉ，ｐの三層のアモルファス
シリコン層を形成した３．なお、基体３０７には表面に
Ｉ　ＴＯを７００人つけた厚さ１ｍｍで５ｃｍ角のコー
ニング社製７０５９ガラスを用いた。尚、１１゛ｏはア
モルファス層への影響を考える必要なく作成されたもの
で、透過率、導電率、均−性とも良好なものであった。

続いて、反応室３０＋を排気しながら、水素ガス導入管
３０３から水素ガスを導入しながら，マイクロ波電ＦＡ
３０６からマイクロ波導波管３０５に２．４５ＧＨｚの
マイクロ波電力を印加し、水素ガス励起室３０４内で水
素ガスを励起して水素ラジカルを反応室３０＋へ導入し
た。一方、反応ガス導入管３０２からＳｉ２Ｆｅをイメ
ージ炉で７００℃に加熱したものと不純物ガスとを導入
して水素ラジカルと反応させ，表１に示す条件で加熱し
た基体３０７上にさらにｎ　＋　．　ｐの二層の多結晶
シリコン層を形成した。

なお、Ｓｉ２Ｆ６は加熱ずるとドのような反応によりラ
ジカルを生成する。

７００　℃ Ｓｉ２Ｆ６　　→　ＳｉＦ４＋ＳｉＦ２そして、さらに
その上に背面電極としてアルミニウムを０．３μｍ真空
蒸着し、タンデム摺這の光起電力素子とした。

作成した素子を基板ごとｌｃｍ角に切り離しそれぞれの
光電変換特性を測定したところ、３５０ｎｍから９００
ｎｍの広い領域のψ色光に対して起電力を発生しており
、ＡＭＩ．５．１００ｍＷ／ｃｍ２の光照射時の光？Ｉ
ａ変換効率は、アモルファスｐｉｎセル単独のときの２
．０倍、多結晶ｐｎセル単独のときの１．３倍と高い値
を示した。

（実施例２）実施例１と同様にして，アモルファスシリコンセルを形
成した後、真空蒸着法によって７００人のＩＴＯ透明導
電膜を形成し、ポリイミド系樹脂溶液のスビンコートの
後３２０℃で加熱硬化させ，２μｍの絶縁膜を形成し、
そしてまた真空蒸着法によって７００人のＩ　Ｔ　Ｏ透
明導電膜を形成して積層した後，再び実施例ｌと同様に
して、その上に多結晶セルを作製し、二つの電気的に絶
縁されたセルを積層した光起電力素子を作製した。

第２図は、上記製造工程で作成した光起電力素子の実施
例２を示す模式的断面図である。

なお、第１図に示した各層１０１〜１０８と同・構成部
材については、同一符号を付する。

同図において、２０９．２１０はＩＴＯ透明導電膜，２
ｌ１はポリイミド絶縁膜を示しており，このＩＴＯ透明
導電膜２０９．２１０、ポリイミド絶縁膜２＋１を除い
て、各層１０１〜１０８の屑ｆＭ成は実施例１と同様と
なっている。なお、実施例１における寛型アモルファス
シリコン層＋０４は、ここではｉ型アモルファス炭化シ
リコン層２０４となっているヶ作成した光起電力素子の光電変換特性を測定したところ
、ＡＭＩ．５．ＩＯＯｍＷ／ｃｍ２のもとてのアモルフ
ァスシリコンセルの光電変換効率はアモルファスｐｉｎ
単独のときの０．９倍であり，多結晶シリコンセルの光
電変換効率は多結晶ｐｎセルｑ１独のときの０．６倍で
あり．二つのセルの出力を合計した光電変換効率は実施
例ｌの１，０５倍であ０高い値を示した。

（実施例３）アモルファスシリコンのｉ層の作成条件を表２に示す条
件に変えてアモルファス炭化シリコンセルとしたほかは
、実施例ｌと同様にしてアモルファス炭化シリコンセル
と多結晶シリコンセルのタンデム構造の光起電力素子を
作成した。

作成した光起電力素子の光電変換特性を測定したところ
、３００ｎｍから９００ｎｍの広い領域の単色光に対し
て起電力を発生しており、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ２の光照射時の光電変換効率は実施例１のＩ．１倍で
あり高い値を示した。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明の光起電力素子によ
れば、基体側から光を入射することができるので、基体
と反対側から光入射を行う必要がなく、基体に光入射面
の保護部材としての機能を持たせて簡素化した構成とす
ることができ、人９・ｔ光の広範囲のスペクトル成分を
利用することができる高効率光起電力素子を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は．本発明の光起電力素子の実施例ｌを示す模式
的断面図である。第２図は、上記製造工程で作成した光起電力素子の実施
例２を示す模式的断面図である。第３図は、Ｆ．記実施例ｉの光起電力素子を作製する製
造装置の模式的概略図である。１０１．３０７：透光性基体、１０２．２０９．２１０
：　ＴＴＯ透明電極、＋０３：ｎ聖アモルファスシリコ
ン層、＋０４：ｉ型アモルファスシリコン層，２０４：
ｉ型アモルファス炭化シリコン層、１０５：ｐ型アモル
ファスシリコン層、１０６：ｎ＋型多結晶シリコン層．
１０７：ｐ型多結晶シリコン層、１０８：Ａ氾電極．３
０１：反応室、３０２：ガス導入管、３０３：水素ガス
導入管、３０４：水素ガス励起室、３０５：導汲管、３
０６：マイクロ波電源、３０８ａ．３０８ｈ：電極、３
０９：高周波電源、３１０：ヒーター第Ｉ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透光性基体上に、少なくとも透明電極、アモルフ
ァス半導体のｐｉｎ接合領域、多結晶半導体のｐｎ接合
領域、および背面電極がこの順に積層されていることを
特徴とする光起電力素子。