JPS63274184A - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents
光電変換素子およびその製造方法Info
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- JPS63274184A JPS63274184A JP62109008A JP10900887A JPS63274184A JP S63274184 A JPS63274184 A JP S63274184A JP 62109008 A JP62109008 A JP 62109008A JP 10900887 A JP10900887 A JP 10900887A JP S63274184 A JPS63274184 A JP S63274184A
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- Japan
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- photoelectric conversion
- conversion element
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- substrate
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
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、光電変換効率が高いシリコン系アモルファス
太陽電池を構成する、光電変換素子およびその製造方法
に関する本のである。
太陽電池を構成する、光電変換素子およびその製造方法
に関する本のである。
シリコン系アモルファス太陽電池は、透明電極付ガラス
基板もしくは金属基板上に１戸型、Ｌ型ル型の半導体層
を、！Ｌｎの順もしくは１すの順に形成した上に、ガラ
ス基板を用いた場合は金属電極を、金属基板を用いた場
合は透明導電膜を、それぞれ形成した構成になっている
。充電変換効率を向上させるために、光入射側の７層に
はａ−８ｉＣ：Ｈを用いて戸層の光の透過率を増し、１
層には導電率が高いマイクロクリスタルシリコンを用い
て内部抵抗を下げる等の工夫がされている。
基板もしくは金属基板上に１戸型、Ｌ型ル型の半導体層
を、！Ｌｎの順もしくは１すの順に形成した上に、ガラ
ス基板を用いた場合は金属電極を、金属基板を用いた場
合は透明導電膜を、それぞれ形成した構成になっている
。充電変換効率を向上させるために、光入射側の７層に
はａ−８ｉＣ：Ｈを用いて戸層の光の透過率を増し、１
層には導電率が高いマイクロクリスタルシリコンを用い
て内部抵抗を下げる等の工夫がされている。
一方、さらにλ換効率を上げるためには、特開昭５８−
１５４４８２号に記載のように、ｋ層の光学的バンドギ
ャップを光入射方向より順次小さくしてゆき、長波長光
を光学バンドギャップが小さなところで吸収しようとす
る工夫がなされている。従来はシリコンにゲルマニウム
を順次多く入れたアモルファスシリコンゲルマニウムア
ロイヲ用いていたが、ゲルマニウムを入れるととによっ
て、膜−質が著しく低下する点については配慮されてい
なかった。
１５４４８２号に記載のように、ｋ層の光学的バンドギ
ャップを光入射方向より順次小さくしてゆき、長波長光
を光学バンドギャップが小さなところで吸収しようとす
る工夫がなされている。従来はシリコンにゲルマニウム
を順次多く入れたアモルファスシリコンゲルマニウムア
ロイヲ用いていたが、ゲルマニウムを入れるととによっ
て、膜−質が著しく低下する点については配慮されてい
なかった。
上記従来技術は、ゲルマニウムを入れることによる膜質
の低下には配慮されておらず、上記のように長波長感度
は向上するけれど、太陽電池の特性のうち曲線因子が悪
化し、光電変換効率が高くならないという問題があった
。
の低下には配慮されておらず、上記のように長波長感度
は向上するけれど、太陽電池の特性のうち曲線因子が悪
化し、光電変換効率が高くならないという問題があった
。
本発明の目的は、膜質を低下することなく光学バンドギ
ャップを変化させ、光電変換効率が高いアモルファス太
陽電池を得ることにある。
ャップを変化させ、光電変換効率が高いアモルファス太
陽電池を得ることにある。
Ｃ問題点を解決するだめの手段〕
上記目的は、ゲルマニウムの含有量を変化させず、水素
の含有量を変化させることによって達成することができ
る。光学バンドギャップは水素の含有量が多い程広くな
る傾向がある。水素の含有量は基板温度によって大きく
変化し、低温では水素含有量が多く、光学バンドギャッ
プが広い膜ができ、高温では水素含有量が少なく光学バ
ンドギャップが狭い膜ができる。上記現象を利用して、
ｈ層成脱甲における基板温度を変化させれば、その変化
に応じて、光学バンドギャップが変化した１層を有する
アモルファス太陽電池を得ることができる。
の含有量を変化させることによって達成することができ
る。光学バンドギャップは水素の含有量が多い程広くな
る傾向がある。水素の含有量は基板温度によって大きく
変化し、低温では水素含有量が多く、光学バンドギャッ
プが広い膜ができ、高温では水素含有量が少なく光学バ
ンドギャップが狭い膜ができる。上記現象を利用して、
ｈ層成脱甲における基板温度を変化させれば、その変化
に応じて、光学バンドギャップが変化した１層を有する
アモルファス太陽電池を得ることができる。
アモルファスシリコンに含まれる水素は、ダングリング
ボンドと結合して、ダングリングボンドが作っていたギ
ヤツブ内準位を減少させる働きがある。水素の含有量が
１５原子数悌位あれば、ダングリングボンドはほぼ水素
との結合でなくなる。
ボンドと結合して、ダングリングボンドが作っていたギ
ヤツブ内準位を減少させる働きがある。水素の含有量が
１５原子数悌位あれば、ダングリングボンドはほぼ水素
との結合でなくなる。
その結果、電子スピン密度は１ｄ中１０１ａ個以下にな
り、ボロンやりんの添加による荷電子制御が可能となる
ため、太陽電池等半導体デバイスにも応用できるように
なる。また、水素とシリコンとの結合エネルギーは、シ
リコン同志の結合エネルギーよりも大きいため、膜中に
水素が多く含まれると光学バンドギャップは広がる。水
素含有量が１５チで光学バンドギャップは１．６８ｅＶ
位であり、２５チで１ 、８２ｅＶ程度になる。プラズ
マＣＶＤ法でアモルファスシリコンを成膜する場合、水
素は主とし−て成長表面において脱離反応をおこし膜外
に出る。
り、ボロンやりんの添加による荷電子制御が可能となる
ため、太陽電池等半導体デバイスにも応用できるように
なる。また、水素とシリコンとの結合エネルギーは、シ
リコン同志の結合エネルギーよりも大きいため、膜中に
水素が多く含まれると光学バンドギャップは広がる。水
素含有量が１５チで光学バンドギャップは１．６８ｅＶ
位であり、２５チで１ 、８２ｅＶ程度になる。プラズ
マＣＶＤ法でアモルファスシリコンを成膜する場合、水
素は主とし−て成長表面において脱離反応をおこし膜外
に出る。
基板温度が高いほど水素の脱離反応は起りやすく、膜中
の水素量は減少する。水素含有量は基板温度１５０℃で
約２５％、！５００℃で約１５チ程度である。基−板温
度をさらに下げると水素含有量はさらに増え光学バンド
ギャップも広がるが、シリコンネットワークに欠陥を生
じるようになってキャリアのトラップとなり、導電率が
低下する。また、３００℃以上の基板温度では水素含有
量が少なくなりすぎダングリングボンドが増えて光導電
率が下がり、太陽電池には使用できなくなる。したがっ
て、基板温度は１５０℃から３００℃の間が適している
。光入射側から順次光学バンドギャップが小さくなるよ
うなり層を形成するためには、ガラス基板の場合は戸層
を形成したのち１層を低温で成膜しはじめ次第に温度を
上げてゆけばよい。また、金属基板の場合は微結晶乳層
を形成したのち１層を高温で成膜しはじめ次第に温度を
下げてゆけばよい。
の水素量は減少する。水素含有量は基板温度１５０℃で
約２５％、！５００℃で約１５チ程度である。基−板温
度をさらに下げると水素含有量はさらに増え光学バンド
ギャップも広がるが、シリコンネットワークに欠陥を生
じるようになってキャリアのトラップとなり、導電率が
低下する。また、３００℃以上の基板温度では水素含有
量が少なくなりすぎダングリングボンドが増えて光導電
率が下がり、太陽電池には使用できなくなる。したがっ
て、基板温度は１５０℃から３００℃の間が適している
。光入射側から順次光学バンドギャップが小さくなるよ
うなり層を形成するためには、ガラス基板の場合は戸層
を形成したのち１層を低温で成膜しはじめ次第に温度を
上げてゆけばよい。また、金属基板の場合は微結晶乳層
を形成したのち１層を高温で成膜しはじめ次第に温度を
下げてゆけばよい。
アモルファスシリコン中の水素は３００℃位から徐々に
脱離しはじめるため、ガラス基板の場合は最終温度を３
ａａυまで上げると低温形成した部分の水素の脱離がお
こり、この部分の光学バンドギャップが狭くなり十分な
効果を得ることはできない。
脱離しはじめるため、ガラス基板の場合は最終温度を３
ａａυまで上げると低温形成した部分の水素の脱離がお
こり、この部分の光学バンドギャップが狭くなり十分な
効果を得ることはできない。
したがって、金属基板を用いて１層を高温で成膜しはじ
め徐々に基板温度を下げる方法の方が、より大きな効果
が得られる。
め徐々に基板温度を下げる方法の方が、より大きな効果
が得られる。
ｂ層中の光学バンドギャップが光入射側から徐々に狭く
なることによる効果は、１つにはバンドギャップが狭く
なった部分で長波長光を吸収することにより、長波長感
度を向上できることが挙げられる。また、光学バンドギ
ャップが徐々に狭くなれば、初めに短波長光が吸収され
長波長光はより奥へ透過することができる。したがって
、１層が均一の光学バンドギャップをもつ場合のように
、キャリア発生が光入射側に集中することがないので、
再結合によるギヤリアの消失が少なくなり、電流として
取出せるキャリアが増えるという効果もある。
なることによる効果は、１つにはバンドギャップが狭く
なった部分で長波長光を吸収することにより、長波長感
度を向上できることが挙げられる。また、光学バンドギ
ャップが徐々に狭くなれば、初めに短波長光が吸収され
長波長光はより奥へ透過することができる。したがって
、１層が均一の光学バンドギャップをもつ場合のように
、キャリア発生が光入射側に集中することがないので、
再結合によるギヤリアの消失が少なくなり、電流として
取出せるキャリアが増えるという効果もある。
つぎに本発明の実施例図面とともに説明する。
−第１図は本発明の光電変換素子である太陽電池の一実
施例を示す断面構造図、第２図は上記実施例による素子
のバンドを示す図、第３図はｈ層成膜時の基板温度を１
９０℃一定にした場合における素子のバンドを示す図で
ある。第１図において、ステンレス基板１上にマイクロ
クリスタル化した１型シリコン層２を形成する。この時
の形成条件は基板温度１９０℃１反応圧力１’ｒｏｒｒ
、 モノシラン流量毎分５７．１１００ｐｐのホスフ
ィンを含む水素流量毎分５０７．１１５６ＭＨｚの高周
波放電電力５００Ｗであった。約６０ｎｍの１層２を形
成したのち、基板１をＬ層形成室に移し、まず約ｓｎｍ
のシ型マイクロクリスタルシリコン層３を形成する。上
記層５の形成条件は基板温度１９０°０、反応圧力１’
ｒｏｒｒモノシラン流量毎分５ｄ、水素流量毎分５０ｃ
ｄ、放電電力６００Ｗであった。上記り型マイクロクリ
スタルシリコン層３は乳層中のホスフィンが１層中に熱
拡散するのを防ぐブロッキング層として作用する。つぎ
に基板温度を６００℃まで上昇し、１層４の形成を開始
した。１層４の形成条件は、モノ７ラン流量毎分５０ｍ
、反応圧力０．５’ｒｏｒｒ、 放電電力ＳＯＷであ
った。基板１の温度はＬ層成膜間始時に３００℃で、そ
の後、毎秒Ｌｌ、９°０ づつ下げ１７０秒で１５０℃
まで下げた。１層４の膜厚は約５００ ｎｍであった。
施例を示す断面構造図、第２図は上記実施例による素子
のバンドを示す図、第３図はｈ層成膜時の基板温度を１
９０℃一定にした場合における素子のバンドを示す図で
ある。第１図において、ステンレス基板１上にマイクロ
クリスタル化した１型シリコン層２を形成する。この時
の形成条件は基板温度１９０℃１反応圧力１’ｒｏｒｒ
、 モノシラン流量毎分５７．１１００ｐｐのホスフ
ィンを含む水素流量毎分５０７．１１５６ＭＨｚの高周
波放電電力５００Ｗであった。約６０ｎｍの１層２を形
成したのち、基板１をＬ層形成室に移し、まず約ｓｎｍ
のシ型マイクロクリスタルシリコン層３を形成する。上
記層５の形成条件は基板温度１９０°０、反応圧力１’
ｒｏｒｒモノシラン流量毎分５ｄ、水素流量毎分５０ｃ
ｄ、放電電力６００Ｗであった。上記り型マイクロクリ
スタルシリコン層３は乳層中のホスフィンが１層中に熱
拡散するのを防ぐブロッキング層として作用する。つぎ
に基板温度を６００℃まで上昇し、１層４の形成を開始
した。１層４の形成条件は、モノ７ラン流量毎分５０ｍ
、反応圧力０．５’ｒｏｒｒ、 放電電力ＳＯＷであ
った。基板１の温度はＬ層成膜間始時に３００℃で、そ
の後、毎秒Ｌｌ、９°０ づつ下げ１７０秒で１５０℃
まで下げた。１層４の膜厚は約５００ ｎｍであった。
つぎに上記基板を一層形成室に移し、アモルファス炭化
珪素の一層５を形成した。を層５の形成条件は、基板温
度１９０℃、反応圧力０．５Ｔｏｒｒ、放電電力８０Ｗ
１モノ７ラン流量毎分５０７゜ヘリウム希釈１％ジボラ
ン流量毎分３０ｄ１ジメチル７ラン流量毎分７７であっ
た。上記７層５の上に透明導電膜６を形成した。
珪素の一層５を形成した。を層５の形成条件は、基板温
度１９０℃、反応圧力０．５Ｔｏｒｒ、放電電力８０Ｗ
１モノ７ラン流量毎分５０７゜ヘリウム希釈１％ジボラ
ン流量毎分３０ｄ１ジメチル７ラン流量毎分７７であっ
た。上記７層５の上に透明導電膜６を形成した。
上記のようにして作成したアモルファス太陽電池のバン
ド図は第２図に示すようであると推測される。これに対
し、１層４の形成時における基板温度を１９０℃一定に
保って作成した太陽電池では１層４の光学バンドギャッ
プが約１．７７ｅＶで一定になるので、そのバンド図は
第５図のようになると推測される。第２図に示すように
、バンドギャップが光入射側から奥へ行く程狭くなると
、浅い部分での吸収係数は奥に較べて５５０ｎｍ付近の
光の＃＋７５ になり、Ｌ層４の深い部分まで光が透
過するようになる。また、１層４の奥の方では７４０ｎ
ｍまでの波長の光も吸収できるようになり、第６図に示
すように、バンドギャップが１．７７ｅＶで一定の場合
の７００１ｍまでと比較すると、４０ｎｍだけ長波長光
を有効に利用できるようになった。
ド図は第２図に示すようであると推測される。これに対
し、１層４の形成時における基板温度を１９０℃一定に
保って作成した太陽電池では１層４の光学バンドギャッ
プが約１．７７ｅＶで一定になるので、そのバンド図は
第５図のようになると推測される。第２図に示すように
、バンドギャップが光入射側から奥へ行く程狭くなると
、浅い部分での吸収係数は奥に較べて５５０ｎｍ付近の
光の＃＋７５ になり、Ｌ層４の深い部分まで光が透
過するようになる。また、１層４の奥の方では７４０ｎ
ｍまでの波長の光も吸収できるようになり、第６図に示
すように、バンドギャップが１．７７ｅＶで一定の場合
の７００１ｍまでと比較すると、４０ｎｍだけ長波長光
を有効に利用できるようになった。
上記実施例による太陽電池の特性は、１００ｍＷ、ＡＭ
ｉ、Ｑ照射下で開放電圧（Ｖｏｃ ） ｏ、ｓ８ｖ、短
絡電流（ＪＳ Ｃ） １５ｍＡ、曲線因子（Ｆ’ ！
）０．７１で変換効率は９，３７％ であった。これ
に較べ１層４を１９０℃一定で作った太陽電池の特性は
、ｖｏｃ：０．８２Ｖ％Ｊｓｃ＝１２ｍＡ、Ｆ Ｆ＝（
３，７（３で変換効率は６．８９％であった。上記のよ
うに本発明によれば、ＶＯＣ。
ｉ、Ｑ照射下で開放電圧（Ｖｏｃ ） ｏ、ｓ８ｖ、短
絡電流（ＪＳ Ｃ） １５ｍＡ、曲線因子（Ｆ’ ！
）０．７１で変換効率は９，３７％ であった。これ
に較べ１層４を１９０℃一定で作った太陽電池の特性は
、ｖｏｃ：０．８２Ｖ％Ｊｓｃ＝１２ｍＡ、Ｆ Ｆ＝（
３，７（３で変換効率は６．８９％であった。上記のよ
うに本発明によれば、ＶＯＣ。
ＪＳＣともに改善され、変換効率が向上することが２示
された。また、九層上にＬ層を形成する際は、ｎ層上に
マイクロクリスタルのブロック層を入れることにより、
１層のドーパントであるりんが１層中に拡散するのを防
ぐ効果がある。
された。また、九層上にＬ層を形成する際は、ｎ層上に
マイクロクリスタルのブロック層を入れることにより、
１層のドーパントであるりんが１層中に拡散するのを防
ぐ効果がある。
上記のように本発明による光電変換素子およびその製造
方法は、？ＬＡ／ 接合型のシリコン系アモルファス光
電変換素子およびその製造方法において、上記光電変換
素子のｂ層形成時に、上記素子の基板温度を順次段階的
に変化させて成膜し、光入射側から奥に入るにつれて、
順次水素含有量が減少するように形成したＬ層を設けた
ことにより、膜質の低下を抑制して、Ｌ層の光学バンド
ギャップが光入射側から順次狭くなるｐｉｒｎ型アモル
ファス光電変換素子を作成することができるため、アモ
ルファス太陽電池の光電変換効率を向上できるとともに
、開放電圧および短絡電流も改善できる効果がある。
方法は、？ＬＡ／ 接合型のシリコン系アモルファス光
電変換素子およびその製造方法において、上記光電変換
素子のｂ層形成時に、上記素子の基板温度を順次段階的
に変化させて成膜し、光入射側から奥に入るにつれて、
順次水素含有量が減少するように形成したＬ層を設けた
ことにより、膜質の低下を抑制して、Ｌ層の光学バンド
ギャップが光入射側から順次狭くなるｐｉｒｎ型アモル
ファス光電変換素子を作成することができるため、アモ
ルファス太陽電池の光電変換効率を向上できるとともに
、開放電圧および短絡電流も改善できる効果がある。
第１図は本発明の光電変換素子である太陽電池の一実施
例を示す断面構造図、＃ｇ２図は上記実施例による素子
のバンドを示す図、第６図は＝ｈｖ膜時の基板温度を１
９０ ’Ｏ一定にした場合における素子のバンドを示す
図である。 ２・・・ル型マイクロクリスタルシリコ７Ｎｇ、４、・
、Ｌ型アモルファスクリコン層。 ５・・・、ａ型アモルファス炭化珪素層。 代理人弁理士 小 川 勝 男・ 第１図 ！・−１！＝＆ 、２−・ｎ喫マイクロクソスク
ノ／ンリフン７槍３−・・ ｉ里マイクロクリスタルン
フコン贋’ｊ−＝ｉツア乞ＩＬ／ファ又シリコン漕５°
、、１ｙ ｑ ７ｅｔｖフｐ２ｆｉｔい４４３ｔ−、
ｔａＲ４Ｑｆｌ’ｊ
例を示す断面構造図、＃ｇ２図は上記実施例による素子
のバンドを示す図、第６図は＝ｈｖ膜時の基板温度を１
９０ ’Ｏ一定にした場合における素子のバンドを示す
図である。 ２・・・ル型マイクロクリスタルシリコ７Ｎｇ、４、・
、Ｌ型アモルファスクリコン層。 ５・・・、ａ型アモルファス炭化珪素層。 代理人弁理士 小 川 勝 男・ 第１図 ！・−１！＝＆ 、２−・ｎ喫マイクロクソスク
ノ／ンリフン７槍３−・・ ｉ里マイクロクリスタルン
フコン贋’ｊ−＝ｉツア乞ＩＬ／ファ又シリコン漕５°
、、１ｙ ｑ ７ｅｔｖフｐ２ｆｉｔい４４３ｔ−、
ｔａＲ４Ｑｆｌ’ｊ
Claims (3)
- １．ｎｉｐ接合型のシリコン系アモルファス光電変換素
子において、光入射側から奥に入るにつれて、順次水素
含有量が減少するように形成したｉ層を設けたことを特
徴とする光電変換素子。 - ２．ｎｉｐ接合型のシリコン系アモルファス光電変換素
子の製造方法において、上記光電変換素子のｉ層形成時
に、上記素子の基板温度を順次段階的に変化させて成膜
することを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - ３．上記基板温度は、１５０℃から５００℃までの範囲
で変化させることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
記載した光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62109008A JPS63274184A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 光電変換素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62109008A JPS63274184A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 光電変換素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63274184A true JPS63274184A (ja) | 1988-11-11 |
Family
ID=14499226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62109008A Pending JPS63274184A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 光電変換素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63274184A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0480371A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-13 | Canon Inc | 堆積膜形成方法及び装置 |
| JPH04286167A (ja) * | 1991-03-14 | 1992-10-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
| EP0729190A3 (en) * | 1995-02-24 | 1997-05-21 | Mitsui Toatsu Chemicals | Photovoltaic device |
| EP0828301A3 (en) * | 1996-09-05 | 1999-07-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Photovoltaic element and method of and apparatus for manufacturing the same |
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| JPS5688377A (en) * | 1979-12-19 | 1981-07-17 | Mitsubishi Electric Corp | Solar battery and manufacture thereof |
| JPS56138970A (en) * | 1980-03-31 | 1981-10-29 | Agency Of Ind Science & Technol | Amorphous photoelectric converting element and manufacture thereof |
| JPS57159070A (en) * | 1981-03-26 | 1982-10-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of photo electromotive force element |
| JPS6260271A (ja) * | 1985-09-10 | 1987-03-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
-
1987
- 1987-05-06 JP JP62109008A patent/JPS63274184A/ja active Pending
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