JPH0354478B2 - - Google Patents
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- JPH0354478B2 JPH0354478B2 JP58053849A JP5384983A JPH0354478B2 JP H0354478 B2 JPH0354478 B2 JP H0354478B2 JP 58053849 A JP58053849 A JP 58053849A JP 5384983 A JP5384983 A JP 5384983A JP H0354478 B2 JPH0354478 B2 JP H0354478B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- silicon layer
- photoelectric conversion
- type
- silicon
- 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
-
- 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
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- 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
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は光電変換装置に関する。特に太陽光の
ごとく広いスペクトラムをもつた光を効率よく電
気に変換する太陽電池に関するものである。
ごとく広いスペクトラムをもつた光を効率よく電
気に変換する太陽電池に関するものである。
従来の光電変換素子においては光の入射側のｎ
形層を微結晶化させ、太陽光に対する吸収率を下
げて光が活性層であるｉ層に有利に到達する構造
が利用されていた（たとえば、Y.Uchida他、
Proc.Int.Conf.Amorphous＆Liquid
Semicondctors1981，Grenoble，p265）。しかし
こと場合には活性層であるｉ層には微結晶が利用
されておらず、単に低光吸収係数で低抵抗である
という点が利用されているにすぎない。他の従来
技術として非単結晶（非単結晶とは単結晶以外の
全てを含む概念として使われており、正確な定義
では無いが。）を用いた太陽電池が提案されてい
る。
形層を微結晶化させ、太陽光に対する吸収率を下
げて光が活性層であるｉ層に有利に到達する構造
が利用されていた（たとえば、Y.Uchida他、
Proc.Int.Conf.Amorphous＆Liquid
Semicondctors1981，Grenoble，p265）。しかし
こと場合には活性層であるｉ層には微結晶が利用
されておらず、単に低光吸収係数で低抵抗である
という点が利用されているにすぎない。他の従来
技術として非単結晶（非単結晶とは単結晶以外の
全てを含む概念として使われており、正確な定義
では無いが。）を用いた太陽電池が提案されてい
る。
しかし、単に非単結晶を用いることによつて良
好な特性を持つ光電変換素子を実現し得ることは
考えられない。
好な特性を持つ光電変換素子を実現し得ることは
考えられない。
本発明は光電変換効率の高い光電変換装置を提
供しようとするものである。
供しようとするものである。
本発明の基本的概念は、光の吸収の行なわれる
層内の等価的なエネルギー間隙を変化させ、広い
スペクトラムをもつ効率よく吸収するとともに、
吸収によつて生ずるキヤリア、特に拡散距離の短
かくなりやすい正孔を、拡散距離が長く、しかも
集電々極にに近い場所に発生させるようにして、
光電変換効率を高くすることにある。
層内の等価的なエネルギー間隙を変化させ、広い
スペクトラムをもつ効率よく吸収するとともに、
吸収によつて生ずるキヤリア、特に拡散距離の短
かくなりやすい正孔を、拡散距離が長く、しかも
集電々極にに近い場所に発生させるようにして、
光電変換効率を高くすることにある。
本発明は混相系シリコン（Si）膜で、結晶の割
合を増すことによつてエネルギー間隙を狭く、キ
ヤリアの寿命を長く、移動度を大きくすることが
できる新事実に基づいてなされたものである。更
にこの混相系を不純物添加によつて、該半導体中
のフエルミレベルを制御できる新現象を利用して
より良い特性を実現し得る。なお、本明細書では
結晶相とアモルフアス相とを合わせ持つ相を混相
系と称する。
合を増すことによつてエネルギー間隙を狭く、キ
ヤリアの寿命を長く、移動度を大きくすることが
できる新事実に基づいてなされたものである。更
にこの混相系を不純物添加によつて、該半導体中
のフエルミレベルを制御できる新現象を利用して
より良い特性を実現し得る。なお、本明細書では
結晶相とアモルフアス相とを合わせ持つ相を混相
系と称する。
本発明の基本的構成は次の通りである。
所定の基板上に第１、第２および第３のシリコ
ン層が少なくとも積層され、少なくとも第１およ
び第３のシリコン層は互いに反対導電型を有し、
前記第２のシリコン層の一部又は全部が混相系ア
モルフアス・シリコン層で構成される。そして該
相系アモルフアス・シリコン層には混相度を光の
入射側で減少せしめた領域を有せしめる。この領
域は当該層の一部でも良い。
ン層が少なくとも積層され、少なくとも第１およ
び第３のシリコン層は互いに反対導電型を有し、
前記第２のシリコン層の一部又は全部が混相系ア
モルフアス・シリコン層で構成される。そして該
相系アモルフアス・シリコン層には混相度を光の
入射側で減少せしめた領域を有せしめる。この領
域は当該層の一部でも良い。
なお、混相度とは混相系材料中の結晶相の体積
の割合を指す。この割合はラマン分光による結晶
特有のピークの高さから推定して十分である。
の割合を指す。この割合はラマン分光による結晶
特有のピークの高さから推定して十分である。
前述の混相系アモルフアス・シリコン層は通常
ｉ層となされているが、この場合ｐ形層と接する
領域にはボロン等を導入しｐ形となすのがより好
ましい。又連続的に導電形を変化せしめても良
い。
ｉ層となされているが、この場合ｐ形層と接する
領域にはボロン等を導入しｐ形となすのがより好
ましい。又連続的に導電形を変化せしめても良
い。
〔発明の実施例〕
実施例 １
第１図は本発明の実施例で、この横断面図を示
す。１はステンレス基板であり鏡面に仕上げられ
ている。３は水素とボロンを含むｐ形のシリコン
層で約200Åの厚さとした。本ｐ形シリコン層は
主として微結晶相で出来ている。４は水素を含む
シリコン層で約6000Åの厚さとした。本シリコン
層が光電変換の活性層として動作する。本シリコ
ン層４はｐ形シリコン層３に接する側では主とし
て微結晶相で出来ており、層３から離れて層５に
近づくにしたがつて微結晶相の割合が減少し、ア
モルフアス相の割合が増加する様な構造とした。
即ち、光の入射側で混相度が減少する。層５に接
する近傍では大部分がアモルフアス相となつてい
る。５は水素とリンを含むｎ形シリコン層で厚さ
を90Åとした。本ｎ形シリコン層５は主として微
結晶相で出来ている。６はインジウムースズの酸
化物層でその厚さは約750Åとした。この層は透
明導電層として動作し、入射光を透過させてシリ
コン活性層に導入するとともに、発電出力を取出
す電極として動作する。
す。１はステンレス基板であり鏡面に仕上げられ
ている。３は水素とボロンを含むｐ形のシリコン
層で約200Åの厚さとした。本ｐ形シリコン層は
主として微結晶相で出来ている。４は水素を含む
シリコン層で約6000Åの厚さとした。本シリコン
層が光電変換の活性層として動作する。本シリコ
ン層４はｐ形シリコン層３に接する側では主とし
て微結晶相で出来ており、層３から離れて層５に
近づくにしたがつて微結晶相の割合が減少し、ア
モルフアス相の割合が増加する様な構造とした。
即ち、光の入射側で混相度が減少する。層５に接
する近傍では大部分がアモルフアス相となつてい
る。５は水素とリンを含むｎ形シリコン層で厚さ
を90Åとした。本ｎ形シリコン層５は主として微
結晶相で出来ている。６はインジウムースズの酸
化物層でその厚さは約750Åとした。この層は透
明導電層として動作し、入射光を透過させてシリ
コン活性層に導入するとともに、発電出力を取出
す電極として動作する。
本構造をもつ太陽電池を構成するために次に述
べる方法を用いた。鏡面研磨したステンレス基板
１を二極グロー放電分解装置に設置し、基板温度
を350℃に保持した。次に装置に水素で10％に希
釈したモノシモン（SiH4）を100c.c.／分、水素で
1500ppmに希釈したジボラン（B2H6）10c.c.／分
を同時に導入し、排気量を調節して0.2Torrとし
た。次に13.56MHz、200Wの高周波電力を放電々
極に印加し、ｐ形のシリコン層３を200Å形成し
た。次にジボラン（水素で希釈したジボラン）の
導入を停止し、排気量を調節して0.2Torrとし
た。次に13.56MHz、200Wの高周波電力を印加
し、膜厚の増加とともに高周波電力を減少させ、
6000Åのシリコン膜４の形成終了時点では15Wと
した。この場合実用的には最初の1000Åは200W、
次の1000Åは80W、次の1000Åは60W、次の1000
Åは50W、次の1000Åは40W、次の1000Åは15W
と段階的に減少させることで良い。次に水素で
500ppmに希釈したホスフイン（PH3）を10c.c.／
分付加導入し、排気量を調節して0.2Torrとし
た。次に13.56MHz、200Wの高周波電力を印加
し、ｎ形シリコン層５を厚さ90Åに堆積させた。
100℃以下に冷却後装置外に取出し、電子ビーム
蒸着法でインジウムースズ酸化物を約750Å堆積
させ第１図の構造を得た。第１図中の８は入射光
を示す。この様にして形成した太陽電池はp.n形
層が微結晶相となつているため光の吸収が少な
く、活性層として動作しない両相でキヤリヤが生
成されないのでその中間にある活性層でキヤリヤ
が有効に発生する。また光入射側の表面近傍で吸
収される短波長の光によつて形成された（ｎ形側
で形成された）正孔は層３のｐ形側まで走行する
必要があるが、層３のｐ形近傍では結晶性を多く
含むため走行抵抗が低く、効率良く走行出来る。
そのため本方式の太陽電池は短波長側の光電変換
能率の低下がほとんど無いという特徴をもつ。ま
た太陽電池としての直列抵抗も低く、外部への電
力取出し能率も良い。これらの特徴を持つ結果、
AM−１、100ｍＷ／cm2の光照射下での出力特性
は開放電圧0.81V、短絡電流16ｍＡ／cm2、フイル
フアクタ0.70、光電変換効率9.1％を得た。
べる方法を用いた。鏡面研磨したステンレス基板
１を二極グロー放電分解装置に設置し、基板温度
を350℃に保持した。次に装置に水素で10％に希
釈したモノシモン（SiH4）を100c.c.／分、水素で
1500ppmに希釈したジボラン（B2H6）10c.c.／分
を同時に導入し、排気量を調節して0.2Torrとし
た。次に13.56MHz、200Wの高周波電力を放電々
極に印加し、ｐ形のシリコン層３を200Å形成し
た。次にジボラン（水素で希釈したジボラン）の
導入を停止し、排気量を調節して0.2Torrとし
た。次に13.56MHz、200Wの高周波電力を印加
し、膜厚の増加とともに高周波電力を減少させ、
6000Åのシリコン膜４の形成終了時点では15Wと
した。この場合実用的には最初の1000Åは200W、
次の1000Åは80W、次の1000Åは60W、次の1000
Åは50W、次の1000Åは40W、次の1000Åは15W
と段階的に減少させることで良い。次に水素で
500ppmに希釈したホスフイン（PH3）を10c.c.／
分付加導入し、排気量を調節して0.2Torrとし
た。次に13.56MHz、200Wの高周波電力を印加
し、ｎ形シリコン層５を厚さ90Åに堆積させた。
100℃以下に冷却後装置外に取出し、電子ビーム
蒸着法でインジウムースズ酸化物を約750Å堆積
させ第１図の構造を得た。第１図中の８は入射光
を示す。この様にして形成した太陽電池はp.n形
層が微結晶相となつているため光の吸収が少な
く、活性層として動作しない両相でキヤリヤが生
成されないのでその中間にある活性層でキヤリヤ
が有効に発生する。また光入射側の表面近傍で吸
収される短波長の光によつて形成された（ｎ形側
で形成された）正孔は層３のｐ形側まで走行する
必要があるが、層３のｐ形近傍では結晶性を多く
含むため走行抵抗が低く、効率良く走行出来る。
そのため本方式の太陽電池は短波長側の光電変換
能率の低下がほとんど無いという特徴をもつ。ま
た太陽電池としての直列抵抗も低く、外部への電
力取出し能率も良い。これらの特徴を持つ結果、
AM−１、100ｍＷ／cm2の光照射下での出力特性
は開放電圧0.81V、短絡電流16ｍＡ／cm2、フイル
フアクタ0.70、光電変換効率9.1％を得た。
なお、アモルフアス・シリコン層４のｐ形シリ
コン層３に接する領域にボロン等を導入しフエル
ミ・レベルを制御するのがより好ましい。
コン層３に接する領域にボロン等を導入しフエル
ミ・レベルを制御するのがより好ましい。
実施例 ２
第２図は本発明の第２の実施例で、その横断面
図を示す。実施例１の層１と層３の間に銀薄層２
を設けた点が特徴である。シリコン層等の形成法
は実施例１と同様である。２の銀薄層約5000Åは
真空蒸着法によつて形成した。この様な構造にす
ることにより比較的長波長でシリコン層で十分吸
収されなかつた光をこの銀薄層で反射させ再びシ
リコン層に導入して吸収能率を上げることが出来
る。この様な構造にした結果開放電圧0.82V、短
絡電流17.5ｍＡ、フイルフアクタ0.71、光電変換
効率10.2％を得た。
図を示す。実施例１の層１と層３の間に銀薄層２
を設けた点が特徴である。シリコン層等の形成法
は実施例１と同様である。２の銀薄層約5000Åは
真空蒸着法によつて形成した。この様な構造にす
ることにより比較的長波長でシリコン層で十分吸
収されなかつた光をこの銀薄層で反射させ再びシ
リコン層に導入して吸収能率を上げることが出来
る。この様な構造にした結果開放電圧0.82V、短
絡電流17.5ｍＡ、フイルフアクタ0.71、光電変換
効率10.2％を得た。
実施例 ３
第３図は本発明の第３の実施例で、その横断面
図を示す。実施例２の層２と層３の間に更にスズ
酸化薄層７を設けた点が特徴である。シリコン層
等の形成法は実施例１と同様である。７のスズ酸
化薄層約100Åは真空蒸着法によつて形成した。
この様な構造にすることの特徴は実施例２と同様
であるが、シリコンと銀は化学的に反応しやすい
ため実施例２では長期的な電池の安定度に問題が
出やすかつた。この点、本実施例の構造にすると
安定度が向上することが判明した。
図を示す。実施例２の層２と層３の間に更にスズ
酸化薄層７を設けた点が特徴である。シリコン層
等の形成法は実施例１と同様である。７のスズ酸
化薄層約100Åは真空蒸着法によつて形成した。
この様な構造にすることの特徴は実施例２と同様
であるが、シリコンと銀は化学的に反応しやすい
ため実施例２では長期的な電池の安定度に問題が
出やすかつた。この点、本実施例の構造にすると
安定度が向上することが判明した。
この様な構造にした結果、開放電圧0.81V、短
絡電流17.8ｍＡ、フイルフアクタ0.70、光電変換
効率10.1％を得た。またAM−１、100ｍＷ／cm2
の光照射下に4000時間程度断続的に放置した所光
電変換効率が9.8％に低下した。しかし実施例２
の素子では8.8％まで低下した。
絡電流17.8ｍＡ、フイルフアクタ0.70、光電変換
効率10.1％を得た。またAM−１、100ｍＷ／cm2
の光照射下に4000時間程度断続的に放置した所光
電変換効率が9.8％に低下した。しかし実施例２
の素子では8.8％まで低下した。
本発明によれば太陽光を有効に吸収出来る機能
と吸収された光によつて生成する電子−正孔対を
解離させ各々対向電極に効率よく集収することが
出来るので高効率の太陽電池を構成出来る特徴を
有する。また光入射面の反対側に高反射率の金属
を設置することにより比較的長波長の光をより有
効に吸収出来る特徴を持たせ得る。
と吸収された光によつて生成する電子−正孔対を
解離させ各々対向電極に効率よく集収することが
出来るので高効率の太陽電池を構成出来る特徴を
有する。また光入射面の反対側に高反射率の金属
を設置することにより比較的長波長の光をより有
効に吸収出来る特徴を持たせ得る。
第１図、第２図および第３図は各々本発明の実
施例を示す太陽電池の断面図である。 １……ステンレス基板、２……銀薄層、３……
ｐ形シリコン層、４……シリコン活性層、５……
ｎ形シリコン層、６……インジウムースズ酸化物
層、７……スズ酸化物層。
施例を示す太陽電池の断面図である。 １……ステンレス基板、２……銀薄層、３……
ｐ形シリコン層、４……シリコン活性層、５……
ｎ形シリコン層、６……インジウムースズ酸化物
層、７……スズ酸化物層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定の基板上に第１、第２および第３のシリ
コン層が少なくとも積層され、少なくとも前記第
１および第３のシリコン層は互いに反対導電型を
有し、前記第２のシリコン層の一部又は全部が混
相系アモルフアス・シリコン層で構成され、該混
相系アモルフアス・シリコン層はその混相度を光
の入射側で減少せしめられた領域を少なくとも有
することを特徴とする光電変換装置。 ２ 前記第２のシリコン層の一方に金属反射膜を
有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の光電変換装置。 ３ 前記第２のシリコン層と前記金属反射膜の間
にこれら相互の反応を防止する層を有することを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光電変換
装置。 ４ 前記第２のシリコン層のｐ形層と接する領域
がｐ形となされたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項〜第３項のいずれかに記載の光電変換装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053849A JPS59181581A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053849A JPS59181581A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59181581A JPS59181581A (ja) | 1984-10-16 |
| JPH0354478B2 true JPH0354478B2 (ja) | 1991-08-20 |
Family
ID=12954210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58053849A Granted JPS59181581A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59181581A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62132372A (ja) * | 1985-12-04 | 1987-06-15 | Agency Of Ind Science & Technol | 太陽電池 |
| JP2740284B2 (ja) * | 1989-08-09 | 1998-04-15 | 三洋電機株式会社 | 光起電力素子 |
| JP2001332749A (ja) | 2000-05-23 | 2001-11-30 | Canon Inc | 半導体薄膜の形成方法およびアモルファスシリコン太陽電池素子 |
| JP5473187B2 (ja) | 2006-09-04 | 2014-04-16 | 三菱重工業株式会社 | 製膜条件設定方法、光電変換装置の製造方法及び検査方法 |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP58053849A patent/JPS59181581A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59181581A (ja) | 1984-10-16 |
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