JPH0370183A - 光起電力素子 - Google Patents

光起電力素子

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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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、結晶系シリコン半導体層と非晶質シリコン系
半導体層を備える光起電力素子に関する。
（ロ）従来の技術 米国特許第＋、４９６．７　ｓ　ｓ号に示された如く、
単結晶又は多結晶の結晶系のシリコン基板上に、非晶質
シリコン層を積層したヘテロ接合型光起電力素子が知ら
れている。
この光起電力素子は結晶層と非晶質層との間により多く
の界面準位が発生し、そのためにキャリアが再結合する
結果、高い変換効率を得るに至っていない。
また、結晶シリコンと非晶質シリコンでは、禁制帯幅の
大きな違いから光励起されたキャリアが界面付近で閉じ
込められ再結合してしまうため、光電流として十分に取
り出せないでいた。更に、結晶シリコンと非晶質シリコ
ンとの格子不整合により界面付近に未結合手が多数存在
して再結合を増大させる原因となっていた。
（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は上述のように、結晶系シリコン半導体と非晶質
シリコン系半導体とのへテロ接合太陽電池において、禁
制帯幅の大きな違い及び格子不整合によって光電流が取
り出されないため前記太陽電池の変換効率が不十分な点
を解決しようとするものである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するために、結晶系シリコン半
導体からなる一導電型の結晶層と、非晶質シリコン系半
導体からなる逆導電型の非晶質層と、この非晶質層と上
記結晶層との間に設けられた実質的に真性な微結晶シリ
コン系半導体からなる微結晶層と、を備えることを特徴
とする。
（ホ）作用 上述の如く非晶質層と結晶層との間に設けられる微結晶
層は、光学的禁制ＪｉＦ幅が両層の中間値を備えるばか
りか、実質的に真性とすることで低界面準位の膜質を呈
することによって、非晶質層と結晶層との格子不整合等
を緩和するバッファ層として作用する。
（へ）実施例 第１図は本発明による光起電力素子の一実施例を示し、
（１）は膜厚数μｍ〜数１００μｍの単結晶または多結
晶の結晶系シリコン半導体からなるｐ型またはｎ型の結
晶層、（２）は前記結晶層（１）上に設けられた粒径１
００〜１０００人程度の膜厚約５００Å以下の微結晶シ
リコン系半導体からなる微結晶層で、当該微結晶層（２
）はボロンやリン等の導電型決定不純物を全く含まない
真性型かまたは僅かに含んだスライトリドープな層で、
これらを総称して本発明では実質的に真性という。（３
）は前記微結晶層（２）上に設けられた膜厚５００〜５
０００人程度の非晶質シリコン系半導体からなる結晶層
（１）と逆導電型、即ちｎ型またはｐ型の非晶質層、（
４）は前記非晶質層（３）の露出表面を覆うＳｎｏｗ、
ＩＴｏ、ＺｎＯ等の透光性導電酸化物からなる受光面電
極、（５）は前記受光面電極（４）と共に非晶質層（３
）乃至結晶層（１）を挟むオーミック金属からなる背面
電極である。
上記構造の光起電力素子は、ｐ型またはｎ型の結晶層（
１）を基板とし、５ＩＨ４ガスを主原料ガスとしてプラ
ズマＣＶＤ法により微結晶層（２）、ｎ型またはｐ型の
非晶質層（３）が形成される。具体的には微結晶層（２
）については、ＳｉＨ，／Ｈ，＝０．０５のガス組成化
、基板温度１８０〜４００　’Ｃの条件で粒径１００〜
１ｏｏｏ人程度の膜が得られ、非晶質層（３）にライて
はｐ型のときＢｔＨｓ／　ＳｉＨ４ガス、０１〜０．０
５のガス組成化、基板温度１８０’Ｃの条件で、またｎ
型のときＰ　Ｈ、／　Ｓ　ｉＨ４＝Ｏ，０Ｏ１−０，０
５ノガス組戊比、基板温度２００℃の条件で形成される
。
例えば、光学的禁制帯幅１．１〜１．２ｅＶの結晶層（
１）上に、微結晶層（２）として上記条件で膜厚２００
　Ａ光学的禁制帯幅１．４〜１．５ｅＶの膜を形成し、
非晶質層（３）として膜厚２０００人光学的禁制帯幅】
、６〜１．８ｅＶの膜を積層した有効面積１．　Ｃｍ″
の光起電力素子について、開放電圧■。。、短絡電流■
ｓｃ、フィルタファクタＦ、Ｆ、、変換効率ηの光起電
力素子特性をＡ　Ｍ　−１，１００ｍ　Ｗ　／　ｃｍ　
’の光照射条件で測定した。また、本発明実施例装置か
ら微結晶層（２）゛を除き、非晶質層（３）の膜厚を２
２００人とした以外は同一構造の比較例についても同一
条件の下で特性を測定した。その結果を下に示す。
このように本発明の実施例装置にあっては、全ての特性
において比較例装置を上回り、特に高い変換効率が得ら
れた。この結果について、本発明者らは、結晶層（１）
と非晶質層（３）との間に実質的に真性とし準位の低減
した微結晶層（２）を配押し、しかもこの微結晶層（２
）は光学的禁制帯幅が両層（１）（３）の中間値を備え
ることによって、界面における準位の低減ばかりか障壁
の緩和によるものと考察している。
尚、上記微結晶層（２）はプラズマＣＶＤ法によって、
形成されていたが、他の方法例えばＳｉＨ４ガスを主原
料ガスとする基板温度ＳＯＯ〜７００’Ｃの熱ＣＶＤ法
で形成しても良い。
（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、微結晶層は非晶
質層と結晶層との界面特性を改善することによって、光
起電力特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明光起電力素子の模式的断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）結晶系シリコン半導体からなる一導電型の結晶層
    と、非晶質シリコン系半導体からなる逆導電型の非晶質
    層と、この非晶質層と上記結晶層との間に設けられた実
    質的に真性な微結晶シリコン系半導体からなる微結晶層
    と、を備えることを特徴とする光起電力素子。
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