JPS61222278A

JPS61222278A - 光起電力装置

Info

Publication number: JPS61222278A
Application number: JP60064186A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Watanabe; 渡邊　金雄; Yukio Nakajima; 行雄中嶋; Hisao Haku; 白玖　久雄; Tsugufumi Matsuoka; 松岡　継文
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1985-03-28
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1986-10-02

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】ピン　産業上の利用分野本発明は光照射によシ光起電力を発生する光起電力装置
に関し１例えば太陽光発電等に利用される。

初　従来の技術この種光起電力装置の典型例として、光入射面を形成す
るガラス基板の一方の主面に順次受光面側の１８１電極
、ｐｉｎ接合型非晶質半導体膜及び背面側の第２電極を
積層したものが存在し１例えば特開昭５７−９５６７７
号公報にあっては、上記ｐ　、ｉ　ｎ接合型非晶質半導
体膜として、シリコン化合物ガスのプラズマ分解により
得られる非晶質シリコン（ａ−８１）を用いること、更
には光入射側のｐ型層として非晶質シリコンカーバイド
（ａ−ＢｉｘＯｌ−１）を用いることを提案している。

即ち、従来のｐｉｎホモ接合を形成する非晶質シリコン
のｐ型層に代って非晶質シリコンカーバイドを用いるこ
とによってｐｉｎへテロ接合を構成し、斯るｐ型層に於
ける光吸収損失を減少させる所謂窓効果を得１発電に寄
与する１型（真性）層或いは実質的な真性（ノンドープ
）層からなる発電層への光照射量を増大させ光電変換効
率の上昇を図っている。

然し乍ら、上記発電に寄与する発電層は強い光に長時間
基されると光電変換効率が低下する劣化現象を来すこと
が知られている。（例えば斯る劣化現象に関してはファ
ースト　インターナショナル　フォトボルタイック　サ
イエンス　アンドｚｙｐニア’Ｊング　コンファレンス
　コウペ（ｔａｔ　　ＩｎｔｌｌｒｎｌＬｔｉＯｎ＆ｌ
　　ｐｈｏｔ、ｏｖａｘｔａｉｃ　　３ｃｉｅｎｅｅ　
ａｎａ　Ｉｉｉｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｑｏｎｆｅｒｅ
ｎｏ＠Ｋｏｔ＋ｅ）　１１月１３日〜１６日　１９８４
年第２１３頁〜＠２１６頁、ニス・ラダ他。

イ「デラ辻、・インデユースト　デグラデーションオプ　
ニーシリコン　フィルムス　アンド　ソーラ　セルズＪ
　（Ｅ３−　Ｔａｕｄａ他ｒ’ｌ’ｈｅ　Ｌｉｇｈｔ。

工ｎ１ｕｏｓａ　Ｄｅｇｒａｄｉｔｉｏｎ　Ｏｆ　＆−
８１ＦＬＩｍｓ　　ａｎｄ　　５ｏｌａｒ　　０ｅｌｌ
ｓ」）に詳しい。）（ハ）発明が解決しようとした問題
点本発明光起電力装置は斯る強い光の長時間照射による光
電変換効率の劣化現象を解決しようとしたものである。

に）問題点を解決するための手段本発明光起電力装置は上述の光電変換効率の劣化現象を
解決するために、一導電型のドープ層と逆導電型のドー
プ層との間に、導電型決定不純物が上記ドープ層よシも
少ない低ドープ層と、導電型決定不純物を含まないノン
ドープ層と、１−少なくとも重畳したｆＪ層構造の発電
層を配置した構成にある。

（ホ）作　用上述の如く発電層を少なくとも２層構造とした−ことに
よって１両者のフェルミ準位を相違せしめ。

発電層の厚み方向途中での接合電界強度の弛張を防止す
る。

（へ）実施例第１図は本発明光起電力装置の一実施例を示し。

（１）はガラス等の透光性且つ絶縁性の基板、（２）は
該基板（１）ｔ−受光側とすべくインジウム（Ｉｎ）、
スズ（８ｎ）等の透光性導電酸化物（ＴＯＯ）であるＩ
ｎ２０ｉＳ、ＩＴＯ，Ｂｎ０２等から形成される受光面
電極、（３）は該受光面電極（２）上に形成され膜面に
平行なｐｉｎ接合を備えた半導体光活性層。

（４）は該光活性層（３）の背面側に設けられた背面電
極である。

上記半導体光活性層（３）は、光入射があると発電（光
電変換）に寄与する電子及び正孔の光キャリアを発生す
る発電層（３ｇ）と、この発電ｔｉｌｌ（３ｇ）にて発
生した電子及び正孔の光キャリアを各々背面電極（４）
或いは受光面電極（２）（移動を促進する接合電界を発
生すべく上記発電層（３ｇ）を挾持する異種導電型の第
１．Ｊ２のドープ＃（３ａ１）（３１２）と、からなシ
、更に上記発電層（５ｇ）は上記ドープＩＩ（３ａ１）
（３ａｚ）よりも導電型決定不純物を少なく僅かに含有
した低ドープ層（３８１１）と、導電型決定不純物を含
まないノンドープ＃（３ｇｎ）とを重畳した積層構造を
持つ。

上記導電型決定不純物を僅かに含有した低ドープＩＩ（
３ａｌ）は同導電型の決定不純物を高ドープに含有した
第１或いは第２のドープｌ１ｌ（３ａｌ）或いは（！１
（１２）とノンドープ層（３ｇｎ）、との間に設けられ
ている。この実施例に於いては上記低ドープｔ１１ｇａ
）は１Ｊ１１７）ｌ’−プｌｌ１（３ａ１）と接して設
けられており、このＩＪ！１のドープ１１（３ｄｌ）と
同導電型の決定不純物を僅かに含んでいる。

第２図は初期値で規格化し九光電変換効率の劣化現象の
経時変化の赤道直下の太陽光スペクトル（ＡＭ−１）を
輻射するソーラシュミレータを利用して照射強度１００
ｍＷ／−の強い光を直接照射したときの様子を示してい
る。実線は発電層（３ｇ）が低ドープｓ（３ａｌ）とノ
ンドープａ（３ｇへ）との２層構造からなる本発明実施
例の光起電力装置の劣化特性であり、破線は発電層がノ
ンドープ層のみからなる従来例の光起電力装置の劣化特
性である。本発明の光起電力装置に於ける半導体光活性
層（３）は１５．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）プラズマ
ＯＶＤ法により下記の条件によシ形成されている。

０　基板温度　　１５０℃〜２５０℃ ０　ガス圧　　　ＣＬ３Ｔｏｒｒ尚、比較対象となった従来例の光起電力装置は発電層と
してＲＦパワー２０Ｗ、８１ＥＩ４ガスを原料として膜
厚５０００λに形成されたノンドープ層のみからなシ、
低ドープ層が存在しない以外は上記と同じ条件で形成さ
れた。

斯る劣化特性の比較の結果１本発明光起電力装置の光電
変換効率はＡＭ−１，１００ｍＷ／−の強い光？１０時
間照射しても初期値から約５−程度低下するだけに止ま
シ、従来例の１５−低下に比較し゛て劣化割合がイに減
少することが確認されを用いて以下のように考察してい
る。即ち、第３９囚のように発電層が１層構造の場合、
強い光力照射されていない初期状態にあっては発電層の
ポテンシャルはｐ型層からｎ型層に向って序々に減小傾
斜するものの１強い光の照射後にあっては周圧準位密度
の上昇を来し１発電層の途中のポテンシャルが降下する
結果１図中Ｗで示す範囲に於いて電界強度の低下（弛張
）を招く。従って、この従来の光起電力装置にあっては
、電界強度の低下する範囲（領域）に於いて光照射によ
シ発生した光キャリアの再結合が行なわれ、第１及び第
２のドープ脂（３ａ１）（３ａ２）ｔ−介して受光面電
極（２）及び背面電極（４）にｆ−達する光キャリアの
量が減少し、光電変換効率の劣化原因となっていた。

と推論している。それに反して本発明光起電力装置にあ
っては、第３９俤）に示す如く発電７１１（Ａｇ）が２
層構造に分割されているために、低ドープ層（３ｇ＋１
）とノンドープ層（！ｉｇｎ）との界面に於ケるポテン
シャルは、夫々の膜中のポテンシャルが光照射によシ破
線に示すように降下しても。

この発電層（３ｇ）の途中に於ける上記界面に於いてフ
ェルミ準位が異なるために移動しない。その結果、光キ
ャリアの移動を促進する接合電界は光照射により大きく
低下することはなく、上記界面にて補正され、光キャリ
アは受光面電極（２）及び背面電極（４）に到達すると
とになるのである。

１％４図は本発明光起電力装置の低ドープ層（３ｇｄ）
に於ける導電型決定不純物のドープ量と光電変換効率の
劣化割合との関係を示しており、縦軸の光電変換効率は
上記ＡＭ−１，１００ｍＷ／−の光を照射した後の劣化
割合を示している。同図から明らか壜如く、低ドープｌ
ｉｅ（３ｇａ）としてｐ型決定不純物であるボロン＠を
含むジボラン（Ｂ２Ｉｒ６）を用いた場合、−ｆ−／　
ｔ？ｙ（８１Ｈ４）とのガス組成比Ｂ　２　Ｈ６／　８
　ｉ　Ｈ４にして約１０−５〜１０−５．即ち１１０ｐ
ｐｍ〜１１０００ｐｐに於いて初期値から１５％低下す
る従来例に較べ劣化割合が少なく、特にｉｏｏｐｐｍ近
、傍が効果的であることが判明した。

一方、ｎ型決定不純物であるリン■を含むフォスフイン
（ｐｕｓ）を用いた場合、８１Ｈ４とのガス組成比Ｐ　
ＩＩ　Ｓ　／　８　Ｌ　Ｈ４にして約１０　〜１０”−
’、即ち、ｔｐｐｍ　〜ｉｏｏｏｐｐｍに於いて従来例
に較べ劣化割合が少なくなり、特に１ｏｐｐｍ近傍が効
果的である。

第５図は光電変換効率の劣化割合と、Ｂ２Ｈａ／８ｉｉ
ｉ４−１（１ｍ）Ｈのガス組成比により作成された低ド
ープ層（３ｇｄ）の膜厚との関係を説明するためのもの
であって、３０００Ａまでの膜厚範囲に於いて従来例よ
り効果があることを示している。

以上の実施例にあっては１発電Ｉｔ（３ｇ）はＰ塑成い
はｎ型の導電型決定不純物の何れか一方を同導電型の第
１．Ｒ２のドープ膓（３（１１）（３４２）の含有量よ
シも少なくドープした低ドープ層（３ｇａ）と、ドープ
していないノンドープ層（ｓｇｎ）との２層構造であっ
たが、ノンドーブ層（３ｇｎ）の両面に異種ｌｔ型の低
ドーグ層を夫々配置した３層構造や導電型決定不純物を
ドープしいない状態で形成されたノンドープＩ！ｔ（３
ｇｎ）が特公昭５９−２９１５７号公報のように僅かに
ｎ型の性質を呈するために、そのｎ型性を−型決定不純
物を僅かにドープすることにより真の真性（１型）に近
づけた低ドープ層（ｌａ）とノンドープｊｌｌ（３ｇｎ
）との２１１構造や、史にこの１型補償をすべくｐ型決
定不純物が僅かにドープされた第１の低ドープ層と同導
電型であるｐ型決定不調物を同導電型のドープＩ＠１（
３ａ１）或いは（１１２）より少なくドープした＄２の
低ドープ層とを積層した３層構造等であっても良い。

（ト）　　発明の効果本発明光起電力装置は以上の説明から明らかな如く、光
照射により発電に寄与する光キャリアを発生する発電層
を、導電型決定不純物を僅かに含有した低ドープ層と、
導電型決定不純物を含まないノンドープ層と、の少なく
とも積層構造としたので１発電層の厚み方向の途中にフ
ェルミ準位の異なる界面が形成され接合電界の電界強度
の低下をその厚み途中で補正することができ１強い光照
射による光電変換効率の劣化を抑圧することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光起電力装置の典型例を示す模式的断面
図、第２図は本発明実施例と従来例と光電変換効率の経
時変化を示す劣化特性図、第３９囚は従来例の劣化現象
を説明するための模式的バンド構造図、第３９俤）は本
発明実施例の劣化現象の抑圧を説明するための模式的バ
ンド構造図、第４図は光電変換効率の劣化割合と導電型
決定不純物のドープ量との関係を示す劣化特性図、第５
図は光電変換効率の劣化割合と低ドープ層との膜厚の関
係を示す劣化特性図、を夫々示している。（１）・・・基板、（３）・・・半導体光活性層、（５
ａ’１）（３ａ２）・・・第１・ｉＪ２のドープ層、（
３ｇ）・・・発電層、（３ｇａ）・・・低ドープ層、（
３ｇｎ）・・・ノンドープ層。　　　・第２図第３図　　　　　（Ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一導電型のドープ層と逆導電型のドープ層との間
に発電に寄与する光キャリアを発生する非晶質シリコン
系の発電層を配置し、上記発電層は導電型決定不純物を
上記ドープ層よりも少なく僅かに含有した低ドープ層と
、導電型決定不純物を含まないノンドープ層と、を少な
くと重畳した積層構造であることを特徴とした光起電力
装置。
（２）上記低ドープ層に僅かに含有される導電型決定不
純物は約１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍのｐ型決定不純物
であることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の光
起電力装置。
（３）上記低ドープ層に僅かに含有される導電型決定不
純物は約１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍのｎ型決定不純物で
あることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の光起
電力装置。