JP2948236B2 - 光起電力装置 - Google Patents
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- Y—GENERAL 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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-
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アモルフアスシリコン（以下ａ−Siとい
う）のｉ層を含むpin構造の光起電力装置に関する。
う）のｉ層を含むpin構造の光起電力装置に関する。
一般に、pin構造の光起電力装置であるａ−Si太陽電
池を例にとると、ｐ層の不純物であるホウ素〔Ｂ〕の拡
散定数は、Japanese Journal of Applied Physics 22
（1983）,p771に記載のように、100℃の温度で約10-22c
m2/sec（ただし、活性化エネルギ1.5eV,プリエクスポネ
ンシヤルフアクタ５×（10-2〜10-3）cm2/sec）であ
り、当初のｐ層のＢ濃度を1020cm-3とし、Ｂ濃度が1018
cm-3以上のときをｐ層と考えると、前記したＢ層の拡散
定数から100℃の温度下では、ｐ層のＢがｉ層に拡散し
てｉ層がｐ層化することによつて、ｐ層が約１ヵ月半で
10Å程度増加し、それ以上のｐ層の増加には時間がかか
り、約20年で100Å程度増加する。
池を例にとると、ｐ層の不純物であるホウ素〔Ｂ〕の拡
散定数は、Japanese Journal of Applied Physics 22
（1983）,p771に記載のように、100℃の温度で約10-22c
m2/sec（ただし、活性化エネルギ1.5eV,プリエクスポネ
ンシヤルフアクタ５×（10-2〜10-3）cm2/sec）であ
り、当初のｐ層のＢ濃度を1020cm-3とし、Ｂ濃度が1018
cm-3以上のときをｐ層と考えると、前記したＢ層の拡散
定数から100℃の温度下では、ｐ層のＢがｉ層に拡散し
てｉ層がｐ層化することによつて、ｐ層が約１ヵ月半で
10Å程度増加し、それ以上のｐ層の増加には時間がかか
り、約20年で100Å程度増加する。
このように、高温下でのＢの拡散によるｉ層のｐ層化
現象により、最適膜厚が100Å程度のｐ層が経時的にそ
の膜厚が増加するため、太陽電池を長期間にわたつて使
用しているうちに、ｐ層の膜厚増加による太陽電池の特
性が次第に劣化するという問題点がある。
現象により、最適膜厚が100Å程度のｐ層が経時的にそ
の膜厚が増加するため、太陽電池を長期間にわたつて使
用しているうちに、ｐ層の膜厚増加による太陽電池の特
性が次第に劣化するという問題点がある。
これは、ａ−Siのｉ層の結合水素量が15〜25％と比較
的多い場合、ｉ層へのＢ等の不純物の拡散を抑制できな
いことが原因と考えられる。
的多い場合、ｉ層へのＢ等の不純物の拡散を抑制できな
いことが原因と考えられる。
本発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
とくに、15〜25％の結合水素量を有するａ−Siのｉ層へ
の不純物の経時的な拡散を抑制し、光起電力装置の特性
劣化を防止できるようにすることを目的とする。
とくに、15〜25％の結合水素量を有するａ−Siのｉ層へ
の不純物の経時的な拡散を抑制し、光起電力装置の特性
劣化を防止できるようにすることを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明はp,i,n各層から
なり、且つｉ層が15〜25％の結合水素量を有するアモル
フアスシリコンからなる光起電力装置において、ｉ層と
ｐ層またはｎ層との間の少なくともいずれか一方に、結
合水素量が10％以下で厚さ50〜400Åのアモルフアスシ
リコンからなる不純物拡散防止層を設けている。
なり、且つｉ層が15〜25％の結合水素量を有するアモル
フアスシリコンからなる光起電力装置において、ｉ層と
ｐ層またはｎ層との間の少なくともいずれか一方に、結
合水素量が10％以下で厚さ50〜400Åのアモルフアスシ
リコンからなる不純物拡散防止層を設けている。
以上のように構成された本発明によれば、15〜25％の
結合水素量を有するアモルフアスシリコンからなるｉ層
を備えたpin構造の光起電力装置において、ｐ層または
ｎ層からｉ層への不純物の経時的な拡散を、ｉ層と同じ
材料の適当な厚さの不純物拡散防止層により、変換効率
の低下を招来することなく大幅に低減することができ、
光起電力装置の経時的な特性劣化を防止することができ
る。
結合水素量を有するアモルフアスシリコンからなるｉ層
を備えたpin構造の光起電力装置において、ｐ層または
ｎ層からｉ層への不純物の経時的な拡散を、ｉ層と同じ
材料の適当な厚さの不純物拡散防止層により、変換効率
の低下を招来することなく大幅に低減することができ、
光起電力装置の経時的な特性劣化を防止することができ
る。
実施例について図面を参照して説明する。
（実施例１） まず、実施例１について第１図及び第２図を参照して
説明する。
説明する。
第１図において、（１）はガラス等からなる透光性基
板、（２）は基板（１）上に形成された酸化スズ〔Sn
O2〕,ITO（Indium Tin Oxide）等からなる透明導電膜、
（３）はａ−Si:Hはアモルフアスシリコンカーバイド
（ａ−SiC:H）又は微結晶シリコン（μｃ−Si:H）又は
微結晶シリコンカーバイド（μｃ−SiC:H）からなるｐ
層、（４）は不純物拡散防止層であり、結合水素量が約
10％以下で厚さ50〜400Åのｉ型のａ−Si:Hからなり、
ｐ層（３）上に形成されている。
板、（２）は基板（１）上に形成された酸化スズ〔Sn
O2〕,ITO（Indium Tin Oxide）等からなる透明導電膜、
（３）はａ−Si:Hはアモルフアスシリコンカーバイド
（ａ−SiC:H）又は微結晶シリコン（μｃ−Si:H）又は
微結晶シリコンカーバイド（μｃ−SiC:H）からなるｐ
層、（４）は不純物拡散防止層であり、結合水素量が約
10％以下で厚さ50〜400Åのｉ型のａ−Si:Hからなり、
ｐ層（３）上に形成されている。
（５）は防止層（４）上に形成されたａ−Si:Hからな
るｉ層、（６）はｉ層（５）上に形成されたａ−Si:H又
はμｃ−Si:Hからなるｎ層、（７）は金属電極であり、
ｎ層（６）上に形成されている。ここで、光は基板
（１）側から入射する。
るｉ層、（６）はｉ層（５）上に形成されたａ−Si:H又
はμｃ−Si:Hからなるｎ層、（７）は金属電極であり、
ｎ層（６）上に形成されている。ここで、光は基板
（１）側から入射する。
ところで、結合水素量10％以下のｉ型ａ−Si:Hを形成
する手法として、 （ｉ）ジシラン〔Si2H6〕を波長186nmの低圧水銀ランプ
又は波長161nmの重水素ランプの光エネルギにより分解
する直接励起光CVD法 （ii）基板は加熱せずチヤンバ壁又は対向ヒータを加熱
してSi2H6を分解するHOMOCVD法 （iii）シラン〔SiH4〕をプラズマで分解するRF又はDC
グロー放電法 （iv）マイクロ波で励起た水素原子をSiH4に衝突させて
SiH4を分解する励起種CVD法 （Ｖ）水素ガスと希ガスとの混合プラズマをポリシリコ
ン又は結晶シリコンのターゲツトに当てる反応性スパツ
タリング法 が有効である。
する手法として、 （ｉ）ジシラン〔Si2H6〕を波長186nmの低圧水銀ランプ
又は波長161nmの重水素ランプの光エネルギにより分解
する直接励起光CVD法 （ii）基板は加熱せずチヤンバ壁又は対向ヒータを加熱
してSi2H6を分解するHOMOCVD法 （iii）シラン〔SiH4〕をプラズマで分解するRF又はDC
グロー放電法 （iv）マイクロ波で励起た水素原子をSiH4に衝突させて
SiH4を分解する励起種CVD法 （Ｖ）水素ガスと希ガスとの混合プラズマをポリシリコ
ン又は結晶シリコンのターゲツトに当てる反応性スパツ
タリング法 が有効である。
そして、これらのうち（ｉ）〜（iv）の場合には基板
温度を350℃以上にし、（Ｖ）の場合には水素の混合比
を少なくすることにより、結合水素量10％以下のａ−S
i:Hからなる防止層（４）を形成することができ、なか
でも成膜時の不純物の拡散を抑えるには、プラズマを用
いない（ｉ）又は（ii）の手法が望ましい。
温度を350℃以上にし、（Ｖ）の場合には水素の混合比
を少なくすることにより、結合水素量10％以下のａ−S
i:Hからなる防止層（４）を形成することができ、なか
でも成膜時の不純物の拡散を抑えるには、プラズマを用
いない（ｉ）又は（ii）の手法が望ましい。
ところで、第１図に示すように不純物拡散防止層
（４）を形成した光起電力装置Ｉ及びこの防止層（４）
のない従来の光起電力装置IIについて、140℃の高温下
における光電変換効率の加速劣化試験を行つたところ、
第２図に示すような結果になつた。
（４）を形成した光起電力装置Ｉ及びこの防止層（４）
のない従来の光起電力装置IIについて、140℃の高温下
における光電変換効率の加速劣化試験を行つたところ、
第２図に示すような結果になつた。
ただし、第２図の横軸は時間，縦軸は規格化した変換
効率を示し、○及び×印は測定点を示す。
効率を示し、○及び×印は測定点を示す。
そして、第２図から明らかなように、防止層（４）を
設けた光起電力装置Ｉは90日経過してもほとんど変換効
率が劣化しないのに対し、防止層（４）のない従来の光
起電力装置IIは、試験開始から90日経過すると変換効率
が９％劣化し、規格化変換効率が0.91に低下している。
設けた光起電力装置Ｉは90日経過してもほとんど変換効
率が劣化しないのに対し、防止層（４）のない従来の光
起電力装置IIは、試験開始から90日経過すると変換効率
が９％劣化し、規格化変換効率が0.91に低下している。
このとき、温度が20℃下がるごとに変換効率の劣化に
要する時間は１桁長時間側へシフトすると考えられてい
るため、従来の光起電力装置IIでは、変換効率が９％劣
化するのに、120℃の温度では900日（約2.5年）,100℃
の温度では9000日（約25年）を要する。
要する時間は１桁長時間側へシフトすると考えられてい
るため、従来の光起電力装置IIでは、変換効率が９％劣
化するのに、120℃の温度では900日（約2.5年）,100℃
の温度では9000日（約25年）を要する。
ところで、防止層（４）の結合水素量が10％より多い
と、不純物の経時的な拡散を十分に抑制することができ
ないため、防止層（４）の結合水素量を約10％以下にす
るのがよい。
と、不純物の経時的な拡散を十分に抑制することができ
ないため、防止層（４）の結合水素量を約10％以下にす
るのがよい。
また、防止層（４）の膜厚が50Åより薄いと、ｐ層
（３）からｉ層（５）への不純物の拡散の抑制効果が得
られず、一方結合水素量が10％以下であることから、そ
もそも膜質が良くないために、膜厚を400Å以上にする
と、変換効率の大幅な低下を招き、これらのことから、
防止層（４）の膜厚は50〜400Åが最適である。
（３）からｉ層（５）への不純物の拡散の抑制効果が得
られず、一方結合水素量が10％以下であることから、そ
もそも膜質が良くないために、膜厚を400Å以上にする
と、変換効率の大幅な低下を招き、これらのことから、
防止層（４）の膜厚は50〜400Åが最適である。
従つて、ｐ層（３）から不純物拡散防止層（４）への
不純物の経時的な拡散が従来の構成におけるｐ層からｉ
層への不純物の拡散の場合に比べて大幅に少ないため、
ｐ層（３）とｉ層（５）との間の防止層（４）によつ
て、ｐ層（３）からｉ層（５）への不純物であるボロン
の拡散を防止でき、ｉ層が15〜25％の結合水素量を有す
るａ−Siからなるpin構造の光起電力装置の経時的な特
性劣化を防止することができる。
不純物の経時的な拡散が従来の構成におけるｐ層からｉ
層への不純物の拡散の場合に比べて大幅に少ないため、
ｐ層（３）とｉ層（５）との間の防止層（４）によつ
て、ｐ層（３）からｉ層（５）への不純物であるボロン
の拡散を防止でき、ｉ層が15〜25％の結合水素量を有す
るａ−Siからなるpin構造の光起電力装置の経時的な特
性劣化を防止することができる。
（実施例２） 実施例２について第３図を参照して説明する。
同図において、第１図と同一記号は同一もしくは相当
するものを示し、第１図と異なるのは、基板（１）上
に、電極（７）,n層（６）,i層（５），防止層（４）,p
層（３）及び透明導電膜（２）を順次に積層し、基板
（１）と反対側から光が入射するようにした点である。
するものを示し、第１図と異なるのは、基板（１）上
に、電極（７）,n層（６）,i層（５），防止層（４）,p
層（３）及び透明導電膜（２）を順次に積層し、基板
（１）と反対側から光が入射するようにした点である。
（実施例３） 実施例３について第４図を参照して説明する。
同図において、第１図と同一記号は同一のものを示
し、第１図と異なる点は、ｉ層（５）とｎ層（６）との
間にも、不純物拡散防止層（４）と同様、結合水素量10
％以下のｉ型のａ−Si:Hからなる不純物拡散防止層
（８）を形成した点であり、これによつてｎ層（６）か
らｉ層（５）への不純物の拡散を抑制でき、光起電力装
置の特性のいつそうの安定化を図ることができる。
し、第１図と異なる点は、ｉ層（５）とｎ層（６）との
間にも、不純物拡散防止層（４）と同様、結合水素量10
％以下のｉ型のａ−Si:Hからなる不純物拡散防止層
（８）を形成した点であり、これによつてｎ層（６）か
らｉ層（５）への不純物の拡散を抑制でき、光起電力装
置の特性のいつそうの安定化を図ることができる。
なお、ｎ層の不純物のｉ層への拡散を防止するため
に、ｉ層とｎ層との間にのみ不純物拡散防止層を形成し
てもよい。
に、ｉ層とｎ層との間にのみ不純物拡散防止層を形成し
てもよい。
本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載する効果を奏する。
以下に記載する効果を奏する。
p,i,n各層からなり、且つそのｉ層が15〜25％の結合
水素量を有するアモルフアスシリコンからなる光起電力
装置において、ｉ層とｐ層またはｎ層との間の少なくと
もいずれか一方に、結合水素量が10％以下で厚さ50〜40
0Åのアモルフアスシリコンからなる不純物拡散防止層
を設けたため、15〜25％の結合水素量を有するアモルフ
アスシリコンからなるｉ層を備えたpin構造のこの種光
起電力装置のｐ層またはｎ層からｉ層への不純物の経時
的な拡散を、ｉ層と同じ材料の適当な厚さの不純物拡散
防止層により、変換効率の低下を招来することなく大幅
に低減することができ、装置の経時的な特性劣化を防止
することができる。
水素量を有するアモルフアスシリコンからなる光起電力
装置において、ｉ層とｐ層またはｎ層との間の少なくと
もいずれか一方に、結合水素量が10％以下で厚さ50〜40
0Åのアモルフアスシリコンからなる不純物拡散防止層
を設けたため、15〜25％の結合水素量を有するアモルフ
アスシリコンからなるｉ層を備えたpin構造のこの種光
起電力装置のｐ層またはｎ層からｉ層への不純物の経時
的な拡散を、ｉ層と同じ材料の適当な厚さの不純物拡散
防止層により、変換効率の低下を招来することなく大幅
に低減することができ、装置の経時的な特性劣化を防止
することができる。
図面は、本発明の光起電力装置の実施例を示し、第１図
及び第２図は実施例１を示し、第１図は概略図、第２図
は時間と規格化変換効率との関係図、第３図及び第４図
はそれぞれ実施例２及び実施例３の概略図である。 （１）……透光性基板、（２）……透明導電膜、（３）
……ｐ層、（４），（８）……不純物拡散防止層、
（５）……ｉ層、（６）……ｎ層。
及び第２図は実施例１を示し、第１図は概略図、第２図
は時間と規格化変換効率との関係図、第３図及び第４図
はそれぞれ実施例２及び実施例３の概略図である。 （１）……透光性基板、（２）……透明導電膜、（３）
……ｐ層、（４），（８）……不純物拡散防止層、
（５）……ｉ層、（６）……ｎ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西国 昌人 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 中野 昭一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−165374（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−304673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60271（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】p,i,n各層からなり、且つ前記ｉ層が15〜2
5％の結合水素量を有するアモルフアスシリコンからな
る光起電力装置において、 前記ｉ層と前記ｐ層または前記ｎ層との間の少なくとも
いずれか一方に、結合水素量が10％以下で厚さ50〜400
Åのアモルフアスシリコンからなる不純物拡散防止層を
設けたことを特徴とする光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188361A JP2948236B2 (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188361A JP2948236B2 (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0352271A JPH0352271A (ja) | 1991-03-06 |
| JP2948236B2 true JP2948236B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=16222279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1188361A Expired - Fee Related JP2948236B2 (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2948236B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04286167A (ja) * | 1991-03-14 | 1992-10-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
| US5419783A (en) * | 1992-03-26 | 1995-05-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device and manufacturing method therefor |
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