JPH0324072B2 - - Google Patents
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- JPH0324072B2 JPH0324072B2 JP55041400A JP4140080A JPH0324072B2 JP H0324072 B2 JPH0324072 B2 JP H0324072B2 JP 55041400 A JP55041400 A JP 55041400A JP 4140080 A JP4140080 A JP 4140080A JP H0324072 B2 JPH0324072 B2 JP H0324072B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- insulating film
- photoelectric conversion
- insulating
- conversion device
- 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
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
-
- 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
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はＶ型の表面または裏面をその一方また
は双方に有する半導体の表面または裏面に対し、
この表面または裏面に絶縁または半絶縁膜をトン
ネル電流が許容する範囲の膜厚にて設け、さらに
この上面に不純物が添加された半導体よりなる電
極を設けた光電変換装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来MIS型光電変換装置というものは、金属電
極−絶縁膜特に酸化珪素−半導体特に珪素よりな
るものでPN接合型に比べて解放電圧を高くする
ことができるという特徴を有していた。一方、こ
の絶縁膜を形成する際その被膜をきわめて均一に
作りかつピンホールも少なくしなければならない
ため、特にその表面に凹凸を意図的に設けること
はよくないとされさけられていた。 〔発明の目的〕 しかし本発明はかかる従来よくないとされてき
たMIS型のその表面または裏面に、意図的にＶ型
構造を多数設け、このＶ型表面または裏面に対し
半導体電極−絶縁または半絶縁膜−半導体電極
（以下MIS構造という）を形成しそれらを合わせ
ることによりさらに効果を求めようとしたもので
ある。 〔発明の構成〕 第１図は本発明の原理を示すものである。 第１図は（100）面またはその近傍すなわち
（100）面に対し＋15゜以下の範囲の結晶方位を有
する珪素単結晶基板を用いた。 図面において半導体基板１の表面に非等方エツ
チ方によるＶ型溝１８を前記半導体表面に形成す
るために以下のように行つた。 すなわちWAP（水−エチレンジアミン−ピロカ
テコールの混液）中に半導体を浸し、窒素ガスに
てバブルをさせながら約80℃で30分〜２時間保持
することにより形成した。WAP液は具体的には
水８c.c.、エチレンジアミン13c.c.、ピロカテコール
３ｇを用いた。さらに詳しくは本発明人による英
文論文 JAPAN J.APPL.PHYS 10 NO.8
（1971）P1028〜1033に記載されている。かかる
非等分エツチングはアルカリ液（RT〜100℃）
を用いてもよい。 このようにすることによつて第１図Ａに示され
るようなＶ型溝を設けることができた。 このＶ型溝は特にこの半導体の表面を処理をし
ない場合、この半導体の格子欠陥によつて選択的
にＶ型ピツトが形成されるため形成されたＶ型溝
の深さはバラバラである。 しかしこの溝の位置に制御性を与えようとする
ならば半導体の表面にスクライブラインを5.0〜
100.0μmの間隔で0.5〜20μmの深さにきずをスリ
ツト状に形成するとよい。するとＶ型溝はこのス
リツトに従つて選択的に深くエツチすることによ
りできる。光起電力により発生したキヤリアをか
かる物理的なきずにより再結合させてしまわない
ためこの場合の溝の深さをさらにその２〜４倍に
まで選択エツチをする必要があつた。 かかるシリコン単結晶半導体上に反射防止膜を
形成しない場合、シリコン単結晶の屈折率は3.8
であるため、太陽光の波長が0.5〜0.9μmの領域に
おいてＶ型溝（望み角が70.5゜の場合）に光例え
ば太陽光I0１５を第１図Ａに示されるように照射
すると第１のシリコン半導体面で67％が半導体１
中に吸収され、残りの33％の光は反射光として表
面より反射される。しかしこの反射光は、本発明
の如くシリコン半導体がＶ型表面を有する場合、
他の表面への照射光となりその67％、即ち全光の
22％が再度半導体中に透過吸収されるため、実質
的な反射光は入射光（I0が100％）から67％と22
％を差し引いて11％のみであることが判明した。
もちろんここに反射防止膜を形成し、反射を防止
すると、この11％の反射光のうちの約80％は半導
体中への透過光となり、光電変換に寄与するため
全反射量は３％弱にまで少くさせることができ
た。 第１図ＢはかかるＶ型溝１８の表面に絶縁また
は半絶縁膜６を形成しその上面に半透明の金属２
例えば白金（仕事関数5.3eV）を形成すると半導
体内には空乏層２０が形成される。半導体表面が
Ｖ型をしているため空乏層２０は破線で示す如く
になる。なぜなら、例えば半導体表面の凸部２８
では、左右の半導体表面へ高い仕事関数による空
乏層ができており、その左右にできている空乏層
の双方が相乗的に、凸部２８に作用する。そのた
め、この凸部２８の下方には、双方の作用のない
所に比べて強く空乏層を作り、結果として、Ｖ型
溝の凸部２８の如き急峻さより緩やかな曲線（破
線は空乏層とそうでない半導体基板との境界を示
す）を空乏層２０は形成する。その結果、Ｖ型溝
のない平坦な表面に比べて全体の空乏層２０の領
域が大きくなり、結果としての少数キヤリアの電
極２への収集効率を30〜50％向上させることがで
きた。 また被膜６は窒化珪素膜により作成した。すな
わち半導体の表面をきわめて清浄にプラズマ化し
たアンモニアまたは窒素と水素との混合気体を
0.1〜10torrにて流しRT〜500℃の温度でこの半
導体表面を窒化する方法を用いた。こうすること
によりこの表面には窒化珪素が15〜30Åの膜厚で
形成できた。 またこの窒化珪素膜をプラズマCVD法で形成
する場合は本発明人の出願による特願昭55−
018789『誘導減圧気相法』により形成した。この
場合は窒化珪素をSi3N4-x（０≦ｘ＜４）とするこ
とができ、半絶縁膜でありそのエネルギギヤツプ
（Eg）を２〜5eVの範囲で可能にすることができ
た。Eg〜5eVであるときは絶縁膜であり、この
方法は基板の材料をゲルマニユームさらにまたは
窒素とゲルマニユームとの化合物等に対してきわ
めて有効であつた。 第１図Ｃは電極２′としてくし型電極を設けた
ものである。このくし型電極は半導体の電極また
は仕事関数が4.0eV以下の低い金属例えばマグネ
シユーム，アルミニユーム，ベリリユームまたは
ランタニドさらにまたはこれらの多層膜または混
合物に対して実行できる。さらに仕事関数の
4.0eV以上の高い値を有する金属例えば白金、
金、ニツケル，クロム、銅等に対して適用でき
る。 〈実施例〉 本発明の光電変換装置の実施例を第２図に示
す。 第２図において厚さ約20μmのＮ型シリコン半
導体をWAP液にひたしその両面に同時にＶ型溝
８，９を形成した。同時にＶ型溝を形成するため
裏面をあらかじめ絶縁膜でおおつた後他表面のみ
にWAP液がふれる如き工夫をする必要がなく製
造工程的にきわめて容易であつた。さらにこの両
面にＶ型溝を作つた半導体をこの両面に対し同時
にプラズマ窒化またはプラズマCVDにより窒化
珪素膜を形成した。このいずれにおいても一方を
特定化する必要がないためその製造工程はきわめ
て容易であり一方のみＶ型にし、または一方のみ
SIS型にした場合に比べてその製造がさらに容易
であるという特徴を有する。 かくの如くに絶縁または半絶縁膜を半導体１の
表面には６また裏面には１２として100Å以下特
に15〜31Åの厚さにトンネル電流を許容する範囲
の膜厚に形成した。絶縁膜のところはSi3N4、半
絶縁膜のところはSi3N4-x（０＜Ｘ＜４）とした。
この窒化珪素膜は化学的にきわめて安定であり、
電極の一方がきわめて活性なマグネシユーム等で
あつてもそこに信頼性上の異常が発生しないとい
う大きな特徴を有する。 絶縁または半絶縁膜を半導体１の表面及び裏面
に形成した後、前記表面に形成した絶縁または半
絶縁膜上の第１の電極２、及び前記裏面に形成し
た絶縁または半絶縁膜１２上の第２の電極を金属
ではなく表１に示した如くP+またはN+導電型を
有する半導体としてを1000〜5000Åの厚さに形成
した。 表１は第１及び第２の電極として、用いる材料
の種類の違いにより、集めるキヤリアの種類及び
その時の接合付近での半導体のエネルギーバンド
の曲がる方向をまとめたものである。
は双方に有する半導体の表面または裏面に対し、
この表面または裏面に絶縁または半絶縁膜をトン
ネル電流が許容する範囲の膜厚にて設け、さらに
この上面に不純物が添加された半導体よりなる電
極を設けた光電変換装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来MIS型光電変換装置というものは、金属電
極−絶縁膜特に酸化珪素−半導体特に珪素よりな
るものでPN接合型に比べて解放電圧を高くする
ことができるという特徴を有していた。一方、こ
の絶縁膜を形成する際その被膜をきわめて均一に
作りかつピンホールも少なくしなければならない
ため、特にその表面に凹凸を意図的に設けること
はよくないとされさけられていた。 〔発明の目的〕 しかし本発明はかかる従来よくないとされてき
たMIS型のその表面または裏面に、意図的にＶ型
構造を多数設け、このＶ型表面または裏面に対し
半導体電極−絶縁または半絶縁膜−半導体電極
（以下MIS構造という）を形成しそれらを合わせ
ることによりさらに効果を求めようとしたもので
ある。 〔発明の構成〕 第１図は本発明の原理を示すものである。 第１図は（100）面またはその近傍すなわち
（100）面に対し＋15゜以下の範囲の結晶方位を有
する珪素単結晶基板を用いた。 図面において半導体基板１の表面に非等方エツ
チ方によるＶ型溝１８を前記半導体表面に形成す
るために以下のように行つた。 すなわちWAP（水−エチレンジアミン−ピロカ
テコールの混液）中に半導体を浸し、窒素ガスに
てバブルをさせながら約80℃で30分〜２時間保持
することにより形成した。WAP液は具体的には
水８c.c.、エチレンジアミン13c.c.、ピロカテコール
３ｇを用いた。さらに詳しくは本発明人による英
文論文 JAPAN J.APPL.PHYS 10 NO.8
（1971）P1028〜1033に記載されている。かかる
非等分エツチングはアルカリ液（RT〜100℃）
を用いてもよい。 このようにすることによつて第１図Ａに示され
るようなＶ型溝を設けることができた。 このＶ型溝は特にこの半導体の表面を処理をし
ない場合、この半導体の格子欠陥によつて選択的
にＶ型ピツトが形成されるため形成されたＶ型溝
の深さはバラバラである。 しかしこの溝の位置に制御性を与えようとする
ならば半導体の表面にスクライブラインを5.0〜
100.0μmの間隔で0.5〜20μmの深さにきずをスリ
ツト状に形成するとよい。するとＶ型溝はこのス
リツトに従つて選択的に深くエツチすることによ
りできる。光起電力により発生したキヤリアをか
かる物理的なきずにより再結合させてしまわない
ためこの場合の溝の深さをさらにその２〜４倍に
まで選択エツチをする必要があつた。 かかるシリコン単結晶半導体上に反射防止膜を
形成しない場合、シリコン単結晶の屈折率は3.8
であるため、太陽光の波長が0.5〜0.9μmの領域に
おいてＶ型溝（望み角が70.5゜の場合）に光例え
ば太陽光I0１５を第１図Ａに示されるように照射
すると第１のシリコン半導体面で67％が半導体１
中に吸収され、残りの33％の光は反射光として表
面より反射される。しかしこの反射光は、本発明
の如くシリコン半導体がＶ型表面を有する場合、
他の表面への照射光となりその67％、即ち全光の
22％が再度半導体中に透過吸収されるため、実質
的な反射光は入射光（I0が100％）から67％と22
％を差し引いて11％のみであることが判明した。
もちろんここに反射防止膜を形成し、反射を防止
すると、この11％の反射光のうちの約80％は半導
体中への透過光となり、光電変換に寄与するため
全反射量は３％弱にまで少くさせることができ
た。 第１図ＢはかかるＶ型溝１８の表面に絶縁また
は半絶縁膜６を形成しその上面に半透明の金属２
例えば白金（仕事関数5.3eV）を形成すると半導
体内には空乏層２０が形成される。半導体表面が
Ｖ型をしているため空乏層２０は破線で示す如く
になる。なぜなら、例えば半導体表面の凸部２８
では、左右の半導体表面へ高い仕事関数による空
乏層ができており、その左右にできている空乏層
の双方が相乗的に、凸部２８に作用する。そのた
め、この凸部２８の下方には、双方の作用のない
所に比べて強く空乏層を作り、結果として、Ｖ型
溝の凸部２８の如き急峻さより緩やかな曲線（破
線は空乏層とそうでない半導体基板との境界を示
す）を空乏層２０は形成する。その結果、Ｖ型溝
のない平坦な表面に比べて全体の空乏層２０の領
域が大きくなり、結果としての少数キヤリアの電
極２への収集効率を30〜50％向上させることがで
きた。 また被膜６は窒化珪素膜により作成した。すな
わち半導体の表面をきわめて清浄にプラズマ化し
たアンモニアまたは窒素と水素との混合気体を
0.1〜10torrにて流しRT〜500℃の温度でこの半
導体表面を窒化する方法を用いた。こうすること
によりこの表面には窒化珪素が15〜30Åの膜厚で
形成できた。 またこの窒化珪素膜をプラズマCVD法で形成
する場合は本発明人の出願による特願昭55−
018789『誘導減圧気相法』により形成した。この
場合は窒化珪素をSi3N4-x（０≦ｘ＜４）とするこ
とができ、半絶縁膜でありそのエネルギギヤツプ
（Eg）を２〜5eVの範囲で可能にすることができ
た。Eg〜5eVであるときは絶縁膜であり、この
方法は基板の材料をゲルマニユームさらにまたは
窒素とゲルマニユームとの化合物等に対してきわ
めて有効であつた。 第１図Ｃは電極２′としてくし型電極を設けた
ものである。このくし型電極は半導体の電極また
は仕事関数が4.0eV以下の低い金属例えばマグネ
シユーム，アルミニユーム，ベリリユームまたは
ランタニドさらにまたはこれらの多層膜または混
合物に対して実行できる。さらに仕事関数の
4.0eV以上の高い値を有する金属例えば白金、
金、ニツケル，クロム、銅等に対して適用でき
る。 〈実施例〉 本発明の光電変換装置の実施例を第２図に示
す。 第２図において厚さ約20μmのＮ型シリコン半
導体をWAP液にひたしその両面に同時にＶ型溝
８，９を形成した。同時にＶ型溝を形成するため
裏面をあらかじめ絶縁膜でおおつた後他表面のみ
にWAP液がふれる如き工夫をする必要がなく製
造工程的にきわめて容易であつた。さらにこの両
面にＶ型溝を作つた半導体をこの両面に対し同時
にプラズマ窒化またはプラズマCVDにより窒化
珪素膜を形成した。このいずれにおいても一方を
特定化する必要がないためその製造工程はきわめ
て容易であり一方のみＶ型にし、または一方のみ
SIS型にした場合に比べてその製造がさらに容易
であるという特徴を有する。 かくの如くに絶縁または半絶縁膜を半導体１の
表面には６また裏面には１２として100Å以下特
に15〜31Åの厚さにトンネル電流を許容する範囲
の膜厚に形成した。絶縁膜のところはSi3N4、半
絶縁膜のところはSi3N4-x（０＜Ｘ＜４）とした。
この窒化珪素膜は化学的にきわめて安定であり、
電極の一方がきわめて活性なマグネシユーム等で
あつてもそこに信頼性上の異常が発生しないとい
う大きな特徴を有する。 絶縁または半絶縁膜を半導体１の表面及び裏面
に形成した後、前記表面に形成した絶縁または半
絶縁膜上の第１の電極２、及び前記裏面に形成し
た絶縁または半絶縁膜１２上の第２の電極を金属
ではなく表１に示した如くP+またはN+導電型を
有する半導体としてを1000〜5000Åの厚さに形成
した。 表１は第１及び第２の電極として、用いる材料
の種類の違いにより、集めるキヤリアの種類及び
その時の接合付近での半導体のエネルギーバンド
の曲がる方向をまとめたものである。
【表】
以上の実施例において本発明のSIS型の光電変
換装置において、Ｖ型溝は光の外気より半導体中
に透過する際その透過効果を向上させるに加えて
Ｖ形溝が半導体中の光を効率よく半導体中を反射
し合い実質的な光路を２〜５倍にすることにより
半導体の厚さを従来のMIS構造に比べて1/2〜1/4
の厚さにすることができたことが大きな他の特徴
である。 本発明は光入射面でのＶ型溝が、従来より知ら
れたPN接合型の接合がこれの表面より１〜2μm
入つたこのPN接合面での電子・ホール対の光励
起をより発生させるというPN接合型またはPIN
接合を用いた方式またはこれらの入射側に対し無
反射処置をした光電変換装置とは異なり、Ｖ型溝
のそれと絶縁または半絶縁膜との界面そのものが
実効的な接合面になつていることが特徴である。
このためこのＶ型溝を化学エツチにより形成する
ことによりこの半導体表面またはそのごく近傍に
おける格子欠陥等の再結合中心をエツチングによ
り除去し結果として格子欠陥電流を表面のMIS構
造に比して1/10〜1/100に実質的にすることによ
り少数キヤリアの表面での再結合をなくすことに
成功した。そのため接合が全くないダブルSIS型
構造を有し、かつＶ型溝を設けた光電変換装置に
おいて最大26％を珪素半導体で得ることができた
ことはきわめて注目に値し、その変換装置の価値
も少なからぬものと考えられる。
換装置において、Ｖ型溝は光の外気より半導体中
に透過する際その透過効果を向上させるに加えて
Ｖ形溝が半導体中の光を効率よく半導体中を反射
し合い実質的な光路を２〜５倍にすることにより
半導体の厚さを従来のMIS構造に比べて1/2〜1/4
の厚さにすることができたことが大きな他の特徴
である。 本発明は光入射面でのＶ型溝が、従来より知ら
れたPN接合型の接合がこれの表面より１〜2μm
入つたこのPN接合面での電子・ホール対の光励
起をより発生させるというPN接合型またはPIN
接合を用いた方式またはこれらの入射側に対し無
反射処置をした光電変換装置とは異なり、Ｖ型溝
のそれと絶縁または半絶縁膜との界面そのものが
実効的な接合面になつていることが特徴である。
このためこのＶ型溝を化学エツチにより形成する
ことによりこの半導体表面またはそのごく近傍に
おける格子欠陥等の再結合中心をエツチングによ
り除去し結果として格子欠陥電流を表面のMIS構
造に比して1/10〜1/100に実質的にすることによ
り少数キヤリアの表面での再結合をなくすことに
成功した。そのため接合が全くないダブルSIS型
構造を有し、かつＶ型溝を設けた光電変換装置に
おいて最大26％を珪素半導体で得ることができた
ことはきわめて注目に値し、その変換装置の価値
も少なからぬものと考えられる。
第１図は本発明の動作原理を示すＶ型溝の半導
体の縦断面図である。第２図は本発明の光電変換
装置の縦断面図を示す。
体の縦断面図である。第２図は本発明の光電変換
装置の縦断面図を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｖ型溝を多数設けた表面を両面に有する半導
体の前記半導体表面上には、トンネル電流を許容
し得る膜厚の絶縁または半絶縁膜と、該膜上にＰ
型の半導体を第１の電極として有し、前記半導体
の裏面の前記絶縁または半絶縁膜上にＮ型半導体
を第２の電極として有することを特徴とする光電
変換装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、半導体は珪
素、ゲルマニユームまたはそれらの化合物よりな
ることを特徴とした光電変換装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、半導体は
（100面）またはその近傍の結晶方位を有する単結
晶面を有することを特徴とした光電変換装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、Ｖ型溝を多
数設けた表面を有する面より光が入射され半導体
面で光起電力を発生させることを特徴とした光電
変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4140080A JPS56137686A (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Mis-type photoelectric transducing device |
| JP2266108A JPH03209780A (ja) | 1980-03-31 | 1990-10-03 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4140080A JPS56137686A (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Mis-type photoelectric transducing device |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2266108A Division JPH03209780A (ja) | 1980-03-31 | 1990-10-03 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56137686A JPS56137686A (en) | 1981-10-27 |
| JPH0324072B2 true JPH0324072B2 (ja) | 1991-04-02 |
Family
ID=12607320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4140080A Granted JPS56137686A (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Mis-type photoelectric transducing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56137686A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59108347A (ja) * | 1982-12-14 | 1984-06-22 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体にオ−ミツクコンタクトする電極 |
| JPH0766978B2 (ja) * | 1989-02-22 | 1995-07-19 | 株式会社日立製作所 | 光電変換素子及び製造方法 |
| JPH07105518B2 (ja) * | 1989-08-10 | 1995-11-13 | シャープ株式会社 | 光電変換装置用基板の加工方法 |
| JP4720426B2 (ja) * | 2005-10-19 | 2011-07-13 | 住友金属鉱山株式会社 | カーボンナノチューブを用いた太陽電池 |
-
1980
- 1980-03-31 JP JP4140080A patent/JPS56137686A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56137686A (en) | 1981-10-27 |
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