JPH0221668A

JPH0221668A - アモルファスシリコン系光起電力素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0221668A
Application number: JP63171187A
Authority: JP
Inventors: Shinzo Tanaka; 田中　新三; Yoshihiko Hashimoto; 芳彦橋本; Osamu Takamatsu; 修高松; Seishiro Mizukami; 水上　誠志郎
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1990-01-24

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〕この発明は、アモルファスシリコン系光起電力素子及び
その製造方法に関する。

〔従来の技術と解決すべき課題〕

アモルファスシリコン系光起電力素子は絶縁基板上に、
透明電極とアモルファスシリコン系半導体層と裏面電極
とが順次、積層されて構成されている。このアモルファ
スシリコン系光起電力素子を１つ、あるいは高い起電力
を得るため直列に接続された複数のアモルファスシリコ
ン系光起電力素子によって、アモルファスシリコン系光
起電力装置が製造されている。

アモルファスシリコン系光起電力装置はたとえば電子卓
上計算機や時計などに電源装置として組み付けられてい
るが、その自動組み付は作業にあたりアモルファスシリ
コン系光起電力装置に高電圧が作用させられてしまうこ
とがある。このような場合にあっても、アモルファスシ
リコン系光起電力装置（素子）が正常に作動し得ること
を担保する必要がある。そこで、メーカー毎９品種毎に
アモルファスシリコン系光起電力装置にある一定の電圧
を作用させても耐え得る電圧、すなわちいわゆる端子直
撃（静電耐圧）値を定め、この端子直撃値を保障するこ
とによって品質の維持が図られている。

端子直撃値は比較的小型のアモルファスシリコン系光起
電力装置に対しては、その端子電極間に２００ＰＦのコ
ンデンサを介して順方向と逆方向とにそれぞれ３回ずつ
所定の電圧に充電された電気を印加した後、そのアモル
ファスシリコン系光起電力装置が正常に機能し得るか否
かを調査して決定されるものである。端子直撃値の一例
を示すと、たとえばアモルファスシリコン系半導体層の
上にオーミック性コンタクトを有する金属材料にて裏面
電極を形成したアモルファスシリコン系光起電力装置の
端子直撃値は１００〜ｌ　５０　Ｖ／ｃ＋ｓ”であった
。しかし、この端子直撃値は充分大きいとは言えず、３
００〜４５０Ｖ／ｃ＋＊”の端子直撃値が得られること
が望まれていた。

従来より、端子直撃値を向上させる方法としては、アモ
ルファスシリコン系半導体層に発生するピンホールなど
の欠陥を無くす方法や、アモルファスシリコン系光起電
力素子を構成する正電極と負電極との間に抵抗を付与す
る方法、あるいはアモルファスシリコン系半導体層がｐ
ｉｎ型にて構成されている場合にｉＮの膜厚を厚くさせ
る方法などが提案されている。しかし、これらの方法は
、アモルファスシリコン系光起電力装置の製造法及びそ
の組立て加工において、新たな工程を必要とするなど実
用性・実現性に乏しいものであった。

しかも、本発明者らがｉ層の膜厚を厚くする方法につい
て実験をしたところ、端子直撃値の大幅な改善はみられ
なかった。

そこで、本発明者らは端子直撃値を飛躍的に向上させる
ことを目的に鋭意、研究を重ねた結果、本発明に至った
のである。

〔課題を解決するための手段］本発明に係るアモルファスシリコン系光起電力素子の要
旨とするところは、絶縁基板上に、透明電極とアモルフ
ァスシリコン系半導体層と裏面電極とが順次、積層され
て成るアモルファスシリコン系光起電力素子において、
前記アモルファスシリコン系半導体層と裏面電極との間
に、体積抵抗率が１０”〜１０７Ω・ｃｍであって、厚
さが１０〜２００人の絶縁皮膜を有するようにしたこと
にある。

特に、絶縁皮膜としてシリコンより酸化し易い金属の酸
化皮膜を用いたことにあり、また絶縁皮膜としてクロム
、アルミニウムと銀との合金、銀チタン、ニンケル、モ
リフ゛デンなどのアモルファスシリコン系半導体とオー
ミンク性コンタクトを構成する金属材料からなる酸化皮
膜や、さらには導電性樹脂あるいは透明性絶縁層を用い
たことにある。

更に、本発明に係るアモルファスシリコン系光起電力素
子の製造方法の要旨とするところは、絶縁基板上に、透
明電極とアモルファスシリコン系半導体層と裏面電極と
を順次、積層してアモルファスシリコン系光起電力素子
を製造する方法において、透明電極上に堆積されたアモ
ルファスシリコン系半導体層の上に、シリコンよりも酸
化し易い金属を１０〜２００人の厚さに被着した後、該
被着された金属を１００〜３００℃の温度で熱酸化して
酸化皮膜を形成し、その後接酸化皮膜の上に裏面電極を
形成するようにしたことにある。

〔作　用〕

かかる本発明のアモルファスシリコン系光起電力素子に
おいては、アモルファスシリコン系半導体層と裏面電極
との間に絶縁皮膜が形成されている。しかし、その絶縁
皮膜は体積抵抗率が１０２〜１０７Ω・ｃａｍであって
、且つ厚さが１０〜２００人の範囲とされていて、アモ
ルファスシリコン系半導体層において発生させられたキ
ャリヤはトンネル効果により絶縁皮膜を通り、アモルフ
ァスシリコン系光起電力素子として出力の低下などをほ
とんど伴わずに機能し得ることとなる。他方、高電圧の
端子直撃に対して、理論的解明は充分ではないが、絶縁
皮膜の存在によりアモルファスシリコン系半導体層が保
護され、端子直撃値が向上させられる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳しく説明す
る。なお、図面は説明のため、適宜拡大して示す。

第１図（ａ）　（ｂ）において、符号１０は絶縁基板で
あり、絶縁基板１０はガラスや高分子フィルムなどの透
明基板や、金属箔の表面に絶縁皮膜を施したものやセラ
ミックなどの不透明基板によって構成され、剛性のある
もの以外に可撓性のあるものでも良い。ここでは、説明
のため絶縁基板１０として透明基板を例に説明する。

透明基板１０の上には透明電極１２がスパッター法など
により複数、被着形成される。透明電極１２にはＩ　Ｔ
　Ｏ、５ｎＯｔ、Ｉ　Ｔ　Ｏ／Ｓｎｏｗなどが用いられ
、フォトエツチング法、レーザースクライプ法あるいは
マスク法などにより所定のパターンに形成される。

所定のパターンに形成された複数の透明電極１２の上に
は、アモルファスシリコン系半導体［１４がイオンブレ
ーティング法、真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法あるいは
スパッタリング法などにより被着される。アモルファス
シリコン系半導体層１４はたとえば、アモルファスシリ
コンａ−５ｉ、水素化アモルファスシリコンａ−５ｉ：
Ｈ，水素化アモルファスシリコンカーバイドａ−５ｉＣ
：Ｉｆ、アモルファスシリコンナイトライドなどの他、
シリコンＳｉと炭素Ｃ，ゲルマニウムＧｅ、スズＳｎな
ど他の元素との合金からなるアモルファスシリコン系半
導体の非晶質あるいは微結晶を、ｐｉｎ型、　ｐｎ型、
　Ｍｉｓ型へテロ接合型、ホモ接合型、シコントキーバ
リアー型あるいはこれらを組み合わせた型などに堆積さ
せたものである。

アモルファスシリコン系半導体層１４の上には体積抵抗
率が１０”〜１０’Ω・Ｃ−であって、且つ厚さが１０
〜２００人の絶縁度ＩＩ！１６が形成される。絶縁皮膜
１６はシリコンよりも酸化し易い金属、たとえばアルミ
ニウムやアルミニウムを８０％以上含有するアルミニウ
ム合金を蒸着法などによりアモルファスシリコン系半導
体層１４の上に１０〜２００人の厚さに被着させた後、
その金属を大気中あるいは必要に応じて酸素を封入した
雰囲気中で１００〜３００℃の温度に加熱して、熱酸化
させて得られた酸化皮膜によって形成される。

絶縁度＠１６を構成する金属としてシリコンより酸化し
易い金属が選ばれるのは、金属が被着されたアモルファ
スシリコン系半導体層１４も共に加熱されるため、アモ
ルファスシリコンが酸化させられるよりも早く被着させ
られた金属を酸化させるためである。また、加熱される
温度として１００〜３００℃が選定されるのは、アモル
ファスシリコンが熱によって変性させられるのを防止す
るためである。

このようにして得られた酸化度１１１１６）の体積抵抗
率は１０２〜１０’Ω・ｃｌであることを要する。絶縁
度Ｍ（酸化皮膜）１６の体積抵抗率が１０７Ω・ｃｌｌ
を越えるときにはアモルファスシリコン系半導体Ｎ１４
にて発生させられた電子が透明電極１２と後述する裏面
電極との間を流れず、アモルファスシリコン系光起電力
素子として機能し得なくなる。他方、絶縁皮膜（酸化皮
膜）１６の体積抵抗率が１０２Ω・０輪を下回るときに
は、外部から印加された電流が抵抗なく自由に流れるた
め、端子直撃値の向上に何ら寄与し得ないこととなる。

絶縁度＃１６が形成されたその上には、透明電極１２と
相対向するようにして裏面電極１８が被着される。裏面
電極１８はアルミニウム、銀を含有するアルミニウム、
クロムなどを蒸着法やスパッター法などにより被着させ
た渾着膜をレーザースクライブ法やフォトエツチング法
などによって成形されたものや、ニッケルなどの金属粉
末を樹脂に混練させた金属ペーストをスクリーン印刷し
て得られた皮膜などによって形成される。

このように透明電極１２．アモルファスシリコン系半導
体層１４．絶縁皮膜（酸化皮膜）１６及び裏面電極１８
が積層されてアモルファスシリコン系光起電力素子２０
が構成される。また、アモルファスシリコン系光起電力
素子２０が１つ又は必要な起電力を得るため複数のアモ
ルファスシリコン系光起電力素子２０が直列に接続され
て、アモルファスシリコン系光起電力装置２２が構成さ
れるのである０本例においては４個のアモルファスシリ
コン系光起電力素子２０が接続電極２４によって直列に
接続されて、アモルファスシリコン系光起電力装置２２
が構成されている。

アモルファスシリコン系半導体層１４と裏面電極Ｉ８と
の間に薄い酸化皮膜１６を設けたＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　
０ｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造のアモ
ルファスシリコン系光起電力素子２０に光が照射される
と、アモルファスシリコン系半導体層１４にて発生させ
られたキャリヤは酸化皮膜１６をトンネル効果により通
り、透明電極１２と裏面電極１８との間を電流が流れて
光起電力素子として機能することとなる。

また、得られたアモルファスシリコン系光起電力装置２
２の端子２６間に２００ＰＦのコンデンサを介して順方
向と逆方向とにそれぞれ３回ずつ種々の電圧を印加させ
ていく端子直撃値の実験をした。その結果、端子直撃値
は従来の酸化皮膜が形成されていないアモルファスシリ
コン系光起電力装置（素子）と比較して、はぼ２倍から
それ以上に向上していた。また、端子直撃値である電圧
を高めていくと、アモルファスシリコン系光起電力素子
としての機能が急激に低下するのではなく、徐々に低下
してい（傾向を示した。このアモルファスシリコン系光
起電力素子の機能の低下は開放電圧について顕著に現れ
、短絡電流については変化がほとんど１２められなかっ
た。

このような現象の理論的解明は充分ではないが、アモル
ファスシリコン系半導体Ｊ１１４と裏面電極１８との間
（界面）に酸化皮膜１６による障壁を設けることによっ
て、電荷（イオン）の拡散が遅らせられることによるも
のと考えられる。

次に、アモルファスシリコン系半導体層１４の上に被着
形成された酸化皮膜１６のその被着形成状態を観察した
後、裏面電極１８を被着させて得られたアモルファスシ
リコン系光起電力装置２２について、端子直撃値を調べ
た。その結果、酸化皮膜１６がアモルファスシリコン系
半導体層１４の上に全面にわたって形成されず、アモル
ファスシリコン系半導体層１４の露出部があると、はと
んど端子直撃値は向上しないことが判明した。これはア
モルファスシリコン系半導体層１４の露出部においてキ
ャリヤが自由に流れるため、酸化皮膜１６が￥ｉＪ壁と
しての機能を果たさないためと解される。

以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明はそ
の他の態様でも実施することが可能である。

たとえば、上側ではシリコンより酸化し易い金属として
アルミニウム又はアルミニウム合金を用いて、その酸化
皮膜を絶縁皮膜としていたが、その他、絶縁皮膜を構成
する材料として、クロムアルミニウムと銀との合金　銀
、チタン、エンケル。モリブデンなどのアモルファスシ
リコン系半導体とオーミック性コンタクトを構成する金
属材料も好適である。これらの金属材料のうち、チタン
、ニッケル、モリブデンなどはシリコンよりも酸化し難
い金属であるが、シリコンとの界面において安定した化
合物を形成する金属材料であり、品質の安定したアモル
ファスシリコン系光起電力素子が得られる。本例におい
ても、オーミンク性コンタクトを構成する金属材料をア
モルファスシリコン系半導体層の上りこ１０〜２００人
の膜厚に被着させた後、温度１００〜３００℃で熱酸化
させられ、その後更に裏面電極が被着されることとなる
。

本例によれば、アモルファスシリコン系半導体層とオー
ミック性コンタクトのある金属皮膜層との界面にはオー
ミンク接合による合金層が形成され、他方、その金属皮
膜層と裏面電極との界面には金属皮膜層が熱酸化させら
れた酸化皮膜が形成されることになる。したがって、端
子直撃値が向上するだけでなく、アモルファスシリコン
系光起電力素子としての性能も向上することとなる。

また、本発明に係るアモルファスシリコン系光起電力素
子はアモルファスシリコン系半導体層と裏面電極との間
に、シリコンより酸化し易い金属の酸化皮膜によって体
積抵抗率が１０”〜１０７Ω・ｃＩＩであって、且つ厚
さが１０〜２００人の絶縁皮膜を形成することを目的と
するものであるが、このような酸化皮膜、すなわち絶縁
皮膜と等価な作用を為し得る体積抵抗率が１０２〜１０
７Ω・Ｃｌ１１の導電性樹脂や透明性絶縁物を１０〜２
００人の膜厚に塗布やＬＢ膜（ラングミュア・プロジェ
ント膜）などの手法で絶縁皮膜を形成することも可能で
ある０本例によれば、熱酸化させる必要がない利点があ
る。

更に、本発明に係るアモルファスシリコン系光起電力素
子の集積方法は第１図に示す形式のものに限らず、たと
えば第２図に示す形式のものであっても良い。本例にお
いては、透明基板２８の上に形成された複数の透明電極
３０を覆うようにしてアモルファスシリコン系半導体層
３２を積層して被着させた後、更にシリコンより酸化し
易い金属の酸化皮膜などにより絶縁皮膜３４を被着させ
、その後レーザーなどによりアモルファスシリコン系半
導体層３２と絶縁皮膜３４とが所定の形状にスクライブ
させられた後、複数の裏面電極３６が被着される。

以上の実施例の説明において、絶縁基板として透明基板
を用いて説明したが、本発明は不透明基板であっても好
適に適用し得るものである。本例においては、不透明基
板の上に裏面電極を形成した後、その裏面電極の上に金
属の酸化皮膜などにより絶縁皮膜が形成され、その後、
絶縁皮膜の上にアモルファスシリコン系半導体層及び透
明電極が積層されて被着されることとなる。本例におけ
る酸化皮膜は必ずしもシリコンより酸化し易い金属にて
構成される必要はな（、また熱酸化のための温度も１０
０〜３００　’Ｃに限定されるものではない。

その他、酸化皮膜は熱によって酸化皮膜を形成させるだ
けでなく、化学的処理によって酸化皮膜を形成するよう
にしても良いなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲
内において、当業者の知識に基づき種々なる変形、改良
、修正を加えたａ様で実施し得るものである。

夫旌貫−上ガラス基板の上に透明電極としてＳｎＯ２を８００人被
着きせた後、アモルファスシリコン系半導体層を９層、
ｉ層、ｎ層の順に被着させた。次に、アモルファスシリ
コン系半導体層のｎ層の上にアルミニウム＾１を１５０
℃で５０人の厚さに蒸着させた後、そのアルミニウムの
蒸着膜を１５０　’Ｃ１５分の条件で大気中で熱酸化さ
せて、酸化アルミニラｌ、八１□Ｏ：Ｉの酸化皮膜を得
た。酸化アルミニウムＡ１．０３の皮膜の上に裏面電極
としてアルミニウムを蒸着させて１０００人被着人被た
。なお、得られたアモルファスシリコン系光起電力装置
の型式はに５Ｃ５５１３ＡＳ　（鐘淵化学工業ｆｉｌ製
）で表されるものである。

得られたアモルファスシリコン系光起電力装置の端子に
、２００ｐＦのコンデンサに順方向及び逆方向にそれぞ
れ所定の電圧に充電して、その電圧を印加する試験を３
回繰り返す端子直撃値の試験を行った。

所定の端子面ｍｌ値の電圧を印加した試料について、Ｆ
Ｌ１５０１ｕｘにおける開放電圧（Ｖ）と動作電流に１
．５Ｖ）（μΔ）とを調べた。その結果、少なくとも５
００■の端子直撃値に耐えることが証明された。開放電
圧との関係を第１表に、また動作電流との関係を第２表
にそれぞれ、試料１５個の平均値で示す。

災施舅−１実施例１と同様にして、ガラス基板の上に透明電極、ア
モルファスシリコン系半導体層及び酸化アルミニウムの
皮膜を積層して被着した後、裏面電極としてクロムＣｒ
を蒸着させて１０００人波着させた。

得られたアモルファスシリコン系光起電力装置について
、実施例１と同様の試験を行った後、開放電圧と動作電
流とを調べた。その結果、少なくとも５００■の端子直
撃値に耐えることが証明された。開放電圧及び動作電流
との関係をそれぞれ第１表及び第２表に示す。

ル較五−上実施例１と同様にして、ガラス基板の上に透明電極とア
モルファスシリコン系半導体層とを被着させた後、アモ
ルファスシリコン系半導体層の上に裏面電極として銀を
１％含有するアルミニウム合金（ＡＩ／八ｇへχ）を薄
着させて１０００人波着させた。

得られたアモルファスシリコン系光起電力装置について
、実施例１と同様の試験を行った後、開放電圧と動作電
流とを調べた。その結果、１５０■の端子直撃値に耐え
ることが証明されたが、開放電圧及び動作電流とも大幅
に低下して、アモルファスシリコン系光起電力装置とし
て使用し得るものではな厚っだ。開放電圧及び動作電流
との関係をそれぞれ第１表及び第２表に示す。

１較■−Ｉ実施例１と同様にして、ガラス基板の上に透明電極とア
モルファスシリコン系半導体層とを被着させた後、アモ
ルファスシリコン系半導体層の上に裏面電極として銀を
７％含有するアルミニウム合金（＾ｌ／＾ｇ７χ）を蒸
着させて１０００人波着させた。

得られたアモルファスシリコン系光起電力装置について
、実施例１と同様の試験を行った後、開放電圧と動作電
流とを調べた。その結果、２５０■の端子直撃値に耐え
ることが証明された。開放電圧及び動作電流との関係を
それぞれ第１表及び第２表に示す。

（以下余白）〔発明の効果）本発明に係るアモルファスシリコン系光起電力素子によ
れば、アモルファスシリコン系半導体層と裏面電極との
間に体積抵抗率が１０”〜１０７Ω・ｃｍであって、且
つ厚さが１０〜２００人の絶縁皮膜を酸化皮膜などによ
り形成しているため、アモルファスシリコン系光起電力
素子としての機能をｔ員なうことなく、端子直撃値を飛
躍的に向上することが可能となった。また、端子直撃値
の爪光的向上により、各種装置への組み付は後における
アモルファスシリコン系光起電力装置の不具合の発生を
防止することができ、アモルファスシリコン系光起電力
装置の信較性が高められることとなる。

更に、本発明装置及びその製造方法は複雑な製造装置や
工程を必要とせず、容易に製造することができる利点が
あるなど、本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明に係るアモルファスシリコ
ン系光起電力素子にて構成されたアモルファスシリコン
系光起電力装置を説明するための図であり、同図（ａ）
は平面図、同図（ｂ）は正面断面図である。第２図は本
発明に係るアモルファスシリコン系光起電力素子の他の
実施例であるアモルファスシリコン系光起電力装置を示
す正面断面図である。１０．２８；絶縁基板１２．３０；透明電極１４．３２．アモルファスシリコン系半導体層１６．３
４．絶縁皮膜１８．３６．裏面電極２０；アモルファスシリコン系光起電力素子２２；アモ
ルファスシリコン系光起電力装置特許出願人　鐘淵化学
工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁基板上に、透明電極とアモルファスシリコン
系半導体層と裏面電極とが順次、積層されて成るアモル
ファスシリコン系光起電力素子において、前記アモルファスシリコン系半導体層と裏面電極との間
に、体積抵抗率が１０＾２〜１０＾７・ｃｍであって、
厚さが１０〜２００Åの絶縁皮膜を有することを特徴と
するアモルファスシリコン系光起電力素子。
（２）請求項第１項に記載の絶縁皮膜が、シリコンより
酸化し易い金属の酸化皮膜であることを特徴とするアモ
ルファスシリコン系光起電力素子。
（３）請求項第２項に記載のシリコンより酸化し易い金
属が、アルミニウム又はアルミニウムを８０％以上含む
アルミニウム合金であることを特徴とするアモルファス
シリコン系光起電力素子。
（４）請求項第１項に記載の絶縁皮膜が、クロム、アル
ミニウムと銀との合金、銀、チタン、ニッケル、モリブ
デンなどのアモルファスシリコン系半導体とオーミック
性コンタクトを構成する金属材料からなる酸化皮膜であ
ることを特徴とするアモルファスシリコン系光起電力素
子。
（５）請求項第１項に記載の絶縁皮膜が、導電性樹脂で
あることを特徴とするアモルファスシリコン系光起電力
素子。
（６）請求項第１項に記載の絶縁皮膜が、透明性絶縁層
であることを特徴とするアモルファスシリコン系光起電
力素子。
（７）請求項第１項、第２項、第４項、第５項又は第６
項に記載の絶縁皮膜が、アモルファスシリコン系半導体
層の全面に形成されていることを特徴とするアモルファ
スシリコン系光起電力素子。
（８）絶縁基板上に、透明電極とアモルファスシリコン
系半導体層と裏面電極とを順次、積層してアモルファス
シリコン系光起電力素子を製造する方　法において、透明電極上に堆積されたアモルファスシリコン系半導体
層の上に、シリコンよりも酸化し易い金属を１０〜２０
０Åの厚さに被着した後、該被着された金属を１００〜
３００℃の温度で熱酸化して酸化皮膜を形成し、その後
、該酸化皮膜の上に裏面電極を形成することを特徴とす
るアモルファスシリコン系光起電力素子の製造方法。