JPH0237116B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0237116B2 JPH0237116B2 JP57004632A JP463282A JPH0237116B2 JP H0237116 B2 JPH0237116 B2 JP H0237116B2 JP 57004632 A JP57004632 A JP 57004632A JP 463282 A JP463282 A JP 463282A JP H0237116 B2 JPH0237116 B2 JP H0237116B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
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- layers
- light incidence
- generation layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
- H10F10/172—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising multiple PIN junctions, e.g. tandem cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
- H10F77/169—Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates
- H10F77/1692—Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates the films including only Group IV materials
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は非晶質半導体を用いた光起電力装置に
関し、特にその電力変換効率の向上を図つたもの
である。 第１図は本発明実施例としての光起電力装置を
示し、１０はガラス等の透明な絶縁基板、１１は
該基板上に形成されたインジウム・錫酸化物等か
らなる透明な第１電極、１２，１３及び１４は該
電極上に順次積層された、何れも非晶質半導体か
らなる第１、第２及び第３の発電層、１５は第３
の発電層１４上に形成されたアルミニウム等から
なる第２電極である。 上記装置において、基板１０及び第１電極１１
を介して光が各発電層に入ると、各層内で自由キ
ヤリア（電子及び又は正孔）が生じ、これらが第
１、第２電極１１，１５に集電されることにより
起電圧を生じる。 本実施例の特徴として、光入射方向に積層され
た第１、第２、第３の発電層１２，１３，１４の
各光学的禁止帯幅EOPは、第２図に示す如く光
入射側より順次小さくなつている。より具体的に
説明すると、第１〜第３の発電層の具体的構成は
下表の通りである。
関し、特にその電力変換効率の向上を図つたもの
である。 第１図は本発明実施例としての光起電力装置を
示し、１０はガラス等の透明な絶縁基板、１１は
該基板上に形成されたインジウム・錫酸化物等か
らなる透明な第１電極、１２，１３及び１４は該
電極上に順次積層された、何れも非晶質半導体か
らなる第１、第２及び第３の発電層、１５は第３
の発電層１４上に形成されたアルミニウム等から
なる第２電極である。 上記装置において、基板１０及び第１電極１１
を介して光が各発電層に入ると、各層内で自由キ
ヤリア（電子及び又は正孔）が生じ、これらが第
１、第２電極１１，１５に集電されることにより
起電圧を生じる。 本実施例の特徴として、光入射方向に積層され
た第１、第２、第３の発電層１２，１３，１４の
各光学的禁止帯幅EOPは、第２図に示す如く光
入射側より順次小さくなつている。より具体的に
説明すると、第１〜第３の発電層の具体的構成は
下表の通りである。
【表】
即ち、各発電層において主に発電作用の行なわ
れるのは夫々のＩ型層であるが上記の如く、光入
射側より順次積層されている第1I型層I1、第2I型
層I2及び第3I型層I3の夫々の光学的禁止帯幅EOP
は2.0eV、1.75eV、1.3eVと順に小さくなつてい
るのである。 半導体発電現象において、発電にに寄与する入
射光波長、即ち吸収波長は発電領域の光学的禁止
帯幅に依存する。第３図は本実施例における第
１、第２、第３発電層１２，１３，１４の夫々の
光吸収特性１２ａ，１３ａ，１４ａを示してい
る。 発電素子がもし一つの光学的禁止帯幅しか持つ
ておらず、斯る素子に太陽光などが入射したとす
ると、その光学的禁止帯幅に応じた一部の波長の
光しか発電に寄与せず、それより短い波長の入射
光エネルギは素子内で熱となつて消散し、又長い
波長の入射光エネルギは素子内で吸収されること
なく散逸する。 これに対し、本実施例では第３図から明らかな
如く、素子全体として見れば複数の光学的禁止帯
幅が存在し、しかも光入射側から順次それが小さ
くなる配置であるので、入射光エネルギは、その
短波長側のものが素子の比較的浅い領域で有効に
発電に寄与すると共にの、長波長側のものが素子
の浅い領域で吸収されることなく素子の比較的深
い領域にまで進んでそこに有効に発電に寄与する
結果、素子全体として大きな発電効率が得られ
る。 この様な複数の発電層を積層せる構造では、各
発電層内のPIN接合からなる電位障壁が順方向配
列になる関係上、隣接する発電層の間に、第1N
型層N1と第2P型層P1の間、第2N型層N2と第3P
型層P3との間の如き逆方向の整流接合が発生す
る可能性がある。 しかし乍ら、本実施例の様に非晶質半導体材料
を用いる場合、非晶質半導体は極めて薄い膜厚に
形成できるので、上記の如き逆方向整流接合の発
生し得る部分の膜厚を非常に薄くしておけば、ト
ンネル電流が流れてその部分の接合はほとんど実
質的な整流接合とならない。 本発明は、この様な逆方向整流接合発生部分の
整流性をより完全になくすものであり、そのため
に、各発電層１２，１３，１４の境界部分に微結
晶化半導体層M1，M2を設けている。 微結晶化半導体層M1，M2の存在は、例えばそ
れがＮ型であるとすると、各発電層１２，１３，
１４の境界において、夫々の伝導帯レベルC1，
C2を第２図中点線より実線へと下降せしめ、こ
れにより斯る伝導帯レベルとそれに隣接する価電
子帯レベルV1，V2との間隔が縮少する結果、こ
れら隣接レベル間のトンネル電流による再結合電
流が増大して上記境界での整流性は完全になくな
る。 上記実施例の製造は、例えば第１電極１１まで
作成済みの基板１０を反応室に入れ、斯る反応室
に適宜反応ガスを満してグロー放電を生起せしめ
ることにより行わなれる。各発電層１２，１３，
１４の組成は夫々異なるので、横層順に反応ガス
が切替えられることはもちろんである。下表に、
各層に対する反応ガスの組成を示す。尚基板１０
は全ての層形成時、250℃の温度に保たれる。
れるのは夫々のＩ型層であるが上記の如く、光入
射側より順次積層されている第1I型層I1、第2I型
層I2及び第3I型層I3の夫々の光学的禁止帯幅EOP
は2.0eV、1.75eV、1.3eVと順に小さくなつてい
るのである。 半導体発電現象において、発電にに寄与する入
射光波長、即ち吸収波長は発電領域の光学的禁止
帯幅に依存する。第３図は本実施例における第
１、第２、第３発電層１２，１３，１４の夫々の
光吸収特性１２ａ，１３ａ，１４ａを示してい
る。 発電素子がもし一つの光学的禁止帯幅しか持つ
ておらず、斯る素子に太陽光などが入射したとす
ると、その光学的禁止帯幅に応じた一部の波長の
光しか発電に寄与せず、それより短い波長の入射
光エネルギは素子内で熱となつて消散し、又長い
波長の入射光エネルギは素子内で吸収されること
なく散逸する。 これに対し、本実施例では第３図から明らかな
如く、素子全体として見れば複数の光学的禁止帯
幅が存在し、しかも光入射側から順次それが小さ
くなる配置であるので、入射光エネルギは、その
短波長側のものが素子の比較的浅い領域で有効に
発電に寄与すると共にの、長波長側のものが素子
の浅い領域で吸収されることなく素子の比較的深
い領域にまで進んでそこに有効に発電に寄与する
結果、素子全体として大きな発電効率が得られ
る。 この様な複数の発電層を積層せる構造では、各
発電層内のPIN接合からなる電位障壁が順方向配
列になる関係上、隣接する発電層の間に、第1N
型層N1と第2P型層P1の間、第2N型層N2と第3P
型層P3との間の如き逆方向の整流接合が発生す
る可能性がある。 しかし乍ら、本実施例の様に非晶質半導体材料
を用いる場合、非晶質半導体は極めて薄い膜厚に
形成できるので、上記の如き逆方向整流接合の発
生し得る部分の膜厚を非常に薄くしておけば、ト
ンネル電流が流れてその部分の接合はほとんど実
質的な整流接合とならない。 本発明は、この様な逆方向整流接合発生部分の
整流性をより完全になくすものであり、そのため
に、各発電層１２，１３，１４の境界部分に微結
晶化半導体層M1，M2を設けている。 微結晶化半導体層M1，M2の存在は、例えばそ
れがＮ型であるとすると、各発電層１２，１３，
１４の境界において、夫々の伝導帯レベルC1，
C2を第２図中点線より実線へと下降せしめ、こ
れにより斯る伝導帯レベルとそれに隣接する価電
子帯レベルV1，V2との間隔が縮少する結果、こ
れら隣接レベル間のトンネル電流による再結合電
流が増大して上記境界での整流性は完全になくな
る。 上記実施例の製造は、例えば第１電極１１まで
作成済みの基板１０を反応室に入れ、斯る反応室
に適宜反応ガスを満してグロー放電を生起せしめ
ることにより行わなれる。各発電層１２，１３，
１４の組成は夫々異なるので、横層順に反応ガス
が切替えられることはもちろんである。下表に、
各層に対する反応ガスの組成を示す。尚基板１０
は全ての層形成時、250℃の温度に保たれる。
【表】
尚、反応ガスにはその他のキヤリアガスとして
のH2ガスが含まれている。 微結晶化半導体層M1，M2はこの様に他の半導
体層と同様のグロー放電反応により形成される
が、たゞその反応条件の１つのグロー放電電力が
他の層の場合よりも増大される点で異なつてい
る。具体例で言えば、高周波容量結合型グロー放
電装置を用いるとして、他の層の場合の電力は10
〜20ｍＷ／cm2であるのに対し、微結晶化半導体層
M1，M2の場合のそれは50〜100ｍＷ／cm2に設定
される。尚半導体層M1，M2の膜厚は約100Åで
ある。 以上の説明から明らかな如く、本発明によれ
ば、非晶質半導体からなる発電層を複数積層を構
成の光起電力装置において、各発電層間の逆方向
整流接合が実質的に完全に非整流的となるので高
効率の装置を実現することができる。
のH2ガスが含まれている。 微結晶化半導体層M1，M2はこの様に他の半導
体層と同様のグロー放電反応により形成される
が、たゞその反応条件の１つのグロー放電電力が
他の層の場合よりも増大される点で異なつてい
る。具体例で言えば、高周波容量結合型グロー放
電装置を用いるとして、他の層の場合の電力は10
〜20ｍＷ／cm2であるのに対し、微結晶化半導体層
M1，M2の場合のそれは50〜100ｍＷ／cm2に設定
される。尚半導体層M1，M2の膜厚は約100Åで
ある。 以上の説明から明らかな如く、本発明によれ
ば、非晶質半導体からなる発電層を複数積層を構
成の光起電力装置において、各発電層間の逆方向
整流接合が実質的に完全に非整流的となるので高
効率の装置を実現することができる。
第１図は本発明実施例を示す側面図、第２図は
エネルギ帯構造図、第３図は光吸収特性図であ
る。 １２，１３，１４……発電層、M1，M2……微
結晶化半導体層。
エネルギ帯構造図、第３図は光吸収特性図であ
る。 １２，１３，１４……発電層、M1，M2……微
結晶化半導体層。
Claims (1)
- １ 各層が非晶質半導体からなり内部に電位障壁
を有する複数の発電層を上記各層の障壁が順方向
になり、かつ光学的禁止帯幅が光入射側より順次
小さくなるように光入射方向に積層すると共に、
上記各発電層の境界部分に微結晶化半導体層を設
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 |
|---|---|---|---|
| JP57004632A JPS58122783A (ja) | 1982-01-14 | 1982-01-14 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57004632A JPS58122783A (ja) | 1982-01-14 | 1982-01-14 | 光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58122783A JPS58122783A (ja) | 1983-07-21 |
| JPH0237116B2 true JPH0237116B2 (ja) | 1990-08-22 |
Family
ID=11589383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57004632A Granted JPS58122783A (ja) | 1982-01-14 | 1982-01-14 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58122783A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0153043A3 (en) * | 1984-02-15 | 1986-09-24 | Energy Conversion Devices, Inc. | Ohmic contact layer |
| EP0168132A3 (en) * | 1984-05-14 | 1987-04-29 | Energy Conversion Devices, Inc. | Static field-induced semiconductor structures |
| JPH065780B2 (ja) * | 1984-10-17 | 1994-01-19 | 工業技術院長 | 半導体装置の製造方法 |
| JPS61104678A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-22 | Mitsubishi Electric Corp | アモルフアス太陽電池 |
| JPH073876B2 (ja) * | 1986-11-10 | 1995-01-18 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置 |
| JPH07105514B2 (ja) * | 1986-12-11 | 1995-11-13 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置 |
| JPS644083A (en) * | 1987-06-25 | 1989-01-09 | Sanyo Electric Co | Photovoltaic device |
| JPS6459966A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Sharp Kk | Laminated multilayer amorphous solar cell |
| JPH0693519B2 (ja) * | 1987-09-17 | 1994-11-16 | 株式会社富士電機総合研究所 | 非晶質光電変換装置 |
| EP2413373A1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-01 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) | Multiple-junction photoelectric device and its production process |
-
1982
- 1982-01-14 JP JP57004632A patent/JPS58122783A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58122783A (ja) | 1983-07-21 |
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