JPH041511B2 - - Google Patents
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- JPH041511B2 JPH041511B2 JP58044692A JP4469283A JPH041511B2 JP H041511 B2 JPH041511 B2 JP H041511B2 JP 58044692 A JP58044692 A JP 58044692A JP 4469283 A JP4469283 A JP 4469283A JP H041511 B2 JPH041511 B2 JP H041511B2
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- amorphous silicon
- silicon carbide
- silane
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/32—Carbides
- C23C16/325—Silicon carbide
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、新規なアモルフアスシリコンカーバ
イドとアモルフアスシリコンとのヘテロ接合を有
する光電素子に関する。
イドとアモルフアスシリコンとのヘテロ接合を有
する光電素子に関する。
シラン（SiH4）のプラズマ分解法で得られる
アモルフアスシリコンは、W.E.Spear等によつ
て、PH3やB2H6でドープする事により、その伝
導度を大きく変える事ができることが発見され
（1976年）、D.E.Carlson等によつてアモルフアス
シリコンを用いた太陽電池が試作（1976年）され
て以来注目を集め、アモルフアスシリコン薄膜太
陽電池の効率を改善する研究が活発に行なわれて
いる。
アモルフアスシリコンは、W.E.Spear等によつ
て、PH3やB2H6でドープする事により、その伝
導度を大きく変える事ができることが発見され
（1976年）、D.E.Carlson等によつてアモルフアス
シリコンを用いた太陽電池が試作（1976年）され
て以来注目を集め、アモルフアスシリコン薄膜太
陽電池の効率を改善する研究が活発に行なわれて
いる。
これまでの研究により、アモルフアスシリコン
薄膜光電素子の構造としてはシヨツトキーバリヤ
ー型、pin型、MIS型、ヘテロ接合型があり、そ
のうち前三者が高効率太陽電池として有望視され
ている。すなわちシヨツトキーバリヤー型で5.5
％（D.E.カールソン他、1977年）、MIS型で4.8％
（J.I.B.ウイルソン他、1978）、pin型で4.5％（浜
川圭弘1978）の変換効率が達成されている。
薄膜光電素子の構造としてはシヨツトキーバリヤ
ー型、pin型、MIS型、ヘテロ接合型があり、そ
のうち前三者が高効率太陽電池として有望視され
ている。すなわちシヨツトキーバリヤー型で5.5
％（D.E.カールソン他、1977年）、MIS型で4.8％
（J.I.B.ウイルソン他、1978）、pin型で4.5％（浜
川圭弘1978）の変換効率が達成されている。
pinジヤクソン型太陽電池の場合、ｐ型又はｎ
型アモルフアスシリコンではキヤリヤーの寿命が
短かく、有効なキヤリヤーにならず、また光の吸
収係数がｉ層に比べて大きい事からｐ層での光の
吸収ロスが大きい点に問題があつた。
型アモルフアスシリコンではキヤリヤーの寿命が
短かく、有効なキヤリヤーにならず、また光の吸
収係数がｉ層に比べて大きい事からｐ層での光の
吸収ロスが大きい点に問題があつた。
このような欠点を改良する為にインバーテイド
pin型の光電素子が提案されている。すなわちｎ
型アモルフアスシリコン側から光を照射する素子
である。この素子はｐ型に比べると光の吸収係数
が比較的小さい為にやや有利と考えられる。しか
しこのｎ型アモルフアスシリコンでも光の吸収ロ
スがある点ではｐ型と変りない。
pin型の光電素子が提案されている。すなわちｎ
型アモルフアスシリコン側から光を照射する素子
である。この素子はｐ型に比べると光の吸収係数
が比較的小さい為にやや有利と考えられる。しか
しこのｎ型アモルフアスシリコンでも光の吸収ロ
スがある点ではｐ型と変りない。
本発明者は、pin型光電変換の効率を改善する
為に鋭意研究した結果、シラン又はその誘導体、
フツ化シラン又はその誘導体から選ばれる少なく
とも一種以上のガスと、ハイドロカーボン、フツ
化ハイドロカーボン、アルキルシラン又はフツ化
アルキルシラン又はその誘導体から選ばれる少な
くとも一種以上のガスとの混合物をプラズマ分解
して得られるアモルフアスシリコンカーバイドの
ドープ薄膜をpin接合光電素子のｐ又はｎ層の少
なくとも一方に用いる事により効率を大巾に改善
できることを見い出したもので、太陽電池や光ス
イツチ等の光電素子として用いることができる。
以下にその詳細を説明する。
為に鋭意研究した結果、シラン又はその誘導体、
フツ化シラン又はその誘導体から選ばれる少なく
とも一種以上のガスと、ハイドロカーボン、フツ
化ハイドロカーボン、アルキルシラン又はフツ化
アルキルシラン又はその誘導体から選ばれる少な
くとも一種以上のガスとの混合物をプラズマ分解
して得られるアモルフアスシリコンカーバイドの
ドープ薄膜をpin接合光電素子のｐ又はｎ層の少
なくとも一方に用いる事により効率を大巾に改善
できることを見い出したもので、太陽電池や光ス
イツチ等の光電素子として用いることができる。
以下にその詳細を説明する。
アモルフアスシリコンは、シラン（SiH4）又
はその誘導体又はフツ化シラン又はその誘導体、
又はこれらの混合物と、水素又は水素で希釈した
アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとの混合ガス
を、容量結合法又は誘導結合法による高周波グロ
ー分解又は直流グロー放電分解することにより得
られる。混合ガス中にシランの濃度は、通常0.5
〜50％、好ましくは１〜20％である。
はその誘導体又はフツ化シラン又はその誘導体、
又はこれらの混合物と、水素又は水素で希釈した
アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとの混合ガス
を、容量結合法又は誘導結合法による高周波グロ
ー分解又は直流グロー放電分解することにより得
られる。混合ガス中にシランの濃度は、通常0.5
〜50％、好ましくは１〜20％である。
基板の温度は200〜300℃が好ましく、透明電極
（ITO.SnO2等）を蒸着したガラスや高分子フイ
ルム、金属等、太陽電池の構成に必要なあらゆる
基板が含まれる。
（ITO.SnO2等）を蒸着したガラスや高分子フイ
ルム、金属等、太陽電池の構成に必要なあらゆる
基板が含まれる。
太陽電池の基本構成は、図−１のａ，ｂに代表
例が示される。ａはｐ側から光を照射するタイプ
で、例えばガラス−透明電極−ｐ−ｉ−ｎ−Al
の構成、ｂはｎ側から光を照射するタイプで、例
えばステンレス−ｐ−ｉ−ｎ−透明電極の構成で
ある。その他、ｐ層と透明電極の間に薄い絶縁層
をつけたり、薄い金属層をつけた構造でもよい。
要はｐ−ｉ−ｎ接合を基本とするものであればい
かなる構成でもよい。
例が示される。ａはｐ側から光を照射するタイプ
で、例えばガラス−透明電極−ｐ−ｉ−ｎ−Al
の構成、ｂはｎ側から光を照射するタイプで、例
えばステンレス−ｐ−ｉ−ｎ−透明電極の構成で
ある。その他、ｐ層と透明電極の間に薄い絶縁層
をつけたり、薄い金属層をつけた構造でもよい。
要はｐ−ｉ−ｎ接合を基本とするものであればい
かなる構成でもよい。
シラン若しくはその誘導体、又はフツ化シラン
若しくはその誘導体、又はこれらの混合物のグロ
ー放電分解で得られる約10-7秒以上のキヤリヤー
寿命で約1017cm-3eV-1以下の局在準位密度および
10-3cm2／Ｖ以上の易動度をもつ真性アモルフアス
シリコン（以下、ｉ型ａ−Siという）をｉ層とし
て、ｐ型とｎ型ドープ半導体で接合したpin接合
構造にするわけであるが、本発明ではｐ層又はｎ
層の少なくとも一方、すなわち光を照射する側に
アモルフアスシリコンカーバイドを用いる事を特
徴とする。ｐ層とｎ層の両方に用いてもよい。又
アモルフアスシリコンカーバイドを用いないドー
プ層は、上記ｉ型ａ−Siをｐ型で用いる場合は周
期率表族の元素でドープし、ｎ型で用いる場合
は周期率族の元素でドープすればよい。
若しくはその誘導体、又はこれらの混合物のグロ
ー放電分解で得られる約10-7秒以上のキヤリヤー
寿命で約1017cm-3eV-1以下の局在準位密度および
10-3cm2／Ｖ以上の易動度をもつ真性アモルフアス
シリコン（以下、ｉ型ａ−Siという）をｉ層とし
て、ｐ型とｎ型ドープ半導体で接合したpin接合
構造にするわけであるが、本発明ではｐ層又はｎ
層の少なくとも一方、すなわち光を照射する側に
アモルフアスシリコンカーバイドを用いる事を特
徴とする。ｐ層とｎ層の両方に用いてもよい。又
アモルフアスシリコンカーバイドを用いないドー
プ層は、上記ｉ型ａ−Siをｐ型で用いる場合は周
期率表族の元素でドープし、ｎ型で用いる場合
は周期率族の元素でドープすればよい。
本発明のアモルフアスシリコンカーバイドは、
シラン又はその誘導体、フツ化シラン又はその誘
導体から選ばれる少なくとも一種以上のガスと、
ハイドロカーボン、フツ化ハイドロカーボン、ア
ルキルシラン又はフツ化アルキルシラン又はその
誘導体から選ばれる少くとも一種以上のガスとの
混合物をプラズマ分解、好ましくはグロー放電分
解して得られる。上記のシリコン化合物としては
シランSiH4又はSioH2o+2で示されるシラン誘導
体、又はSiFnH4-n（ｍ＝１〜４）で示される誘導
体およびSioFnH2o+2-nで示される誘導体で代表
されるシリコンの水素及び／又はフツ化物などが
ある。炭素化合物としてはフツ化メタンCF4、又
はCoFnH2o+2-nで示されるフロロハイドロカーボ
ン誘導体、又はその不飽和誘導体がある。ハイド
ロカーボンとしては、飽和脂肪族ハイドロカーボ
ン（CoH2o+2）、不飽和脂肪族ハイドロカーボン
（例えばエチレン、プロピレン等の一般式CoH2o）
がある。要はアモルフアスシリコンカーバイドを
得るためのシリコン源としては、Siは水素及び／
又はフツ素誘導体で蒸気圧のあるもの、また炭素
源としては、Ｃの水素及び／又はフツ素誘導体で
蒸気圧のあるものでありさえすればいかなるもの
でもよいのである。シリコンカーバイドの組成に
ついては、グロー放電分解して得られる膜の組成
を用いSi原子数とＣ原子数の比ａ−Si(1-x)C(x)で
示す。例えば、膜中のＣ原子とSi原子の割合が
１：１の場合ａ−Si(0.5)C(0.5)と示す。膜中のＣ原
子やSi原子の組成比はIMA、SIMS、オージエ、
エスカ、等の電子分光によつて求める事ができ
る。
シラン又はその誘導体、フツ化シラン又はその誘
導体から選ばれる少なくとも一種以上のガスと、
ハイドロカーボン、フツ化ハイドロカーボン、ア
ルキルシラン又はフツ化アルキルシラン又はその
誘導体から選ばれる少くとも一種以上のガスとの
混合物をプラズマ分解、好ましくはグロー放電分
解して得られる。上記のシリコン化合物としては
シランSiH4又はSioH2o+2で示されるシラン誘導
体、又はSiFnH4-n（ｍ＝１〜４）で示される誘導
体およびSioFnH2o+2-nで示される誘導体で代表
されるシリコンの水素及び／又はフツ化物などが
ある。炭素化合物としてはフツ化メタンCF4、又
はCoFnH2o+2-nで示されるフロロハイドロカーボ
ン誘導体、又はその不飽和誘導体がある。ハイド
ロカーボンとしては、飽和脂肪族ハイドロカーボ
ン（CoH2o+2）、不飽和脂肪族ハイドロカーボン
（例えばエチレン、プロピレン等の一般式CoH2o）
がある。要はアモルフアスシリコンカーバイドを
得るためのシリコン源としては、Siは水素及び／
又はフツ素誘導体で蒸気圧のあるもの、また炭素
源としては、Ｃの水素及び／又はフツ素誘導体で
蒸気圧のあるものでありさえすればいかなるもの
でもよいのである。シリコンカーバイドの組成に
ついては、グロー放電分解して得られる膜の組成
を用いSi原子数とＣ原子数の比ａ−Si(1-x)C(x)で
示す。例えば、膜中のＣ原子とSi原子の割合が
１：１の場合ａ−Si(0.5)C(0.5)と示す。膜中のＣ原
子やSi原子の組成比はIMA、SIMS、オージエ、
エスカ、等の電子分光によつて求める事ができ
る。
本発明ではａ−Si(1-x)C(x)のアトミツクフラク
シヨンＸが約0.05から約0.95である事が好まし
い。本発明ではａ−Si(1-x)C(x)をドーピングして
ｎ型又はｐ型として用いるが、ｎ型ではリン等の
周期率表族の元素でドーピングする。具体的に
は、ａ−Si(1-x)C(x)を作る際にPH3を、例えばシ
ラン、メタンと共に混合してグロー放電分解して
得られる。ドーピング濃度については、室温での
電気伝導率が約10-7（Ω・cm）-1以上、好ましくは
10-6（Ω・cm）-1以上になるようにコントロールす
れば良い。通常はａ−Si(1-x)C(x)中に約0.001atom
％から10atom％好ましくは0.005atom％から
2.0atom％が用いられる。ｐ型の場合はボロン等
の周期率表族の元素でドーピングする。具体的
には、B2H6を、例えばシラン、メタンと共に混
合してグロー放電分解して得られる。ドーピング
濃度は室温での電気伝導率が約10-8（Ω・cm）-1以
上好ましくは10-7（Ω・cm）-1以上になるようにコ
ントロールすればよい。通常はａ−Si(1-x)C(x)中
に約0.001atom％から10atom％好ましくは
0.005atom％から2.0atom％が用いられる。
シヨンＸが約0.05から約0.95である事が好まし
い。本発明ではａ−Si(1-x)C(x)をドーピングして
ｎ型又はｐ型として用いるが、ｎ型ではリン等の
周期率表族の元素でドーピングする。具体的に
は、ａ−Si(1-x)C(x)を作る際にPH3を、例えばシ
ラン、メタンと共に混合してグロー放電分解して
得られる。ドーピング濃度については、室温での
電気伝導率が約10-7（Ω・cm）-1以上、好ましくは
10-6（Ω・cm）-1以上になるようにコントロールす
れば良い。通常はａ−Si(1-x)C(x)中に約0.001atom
％から10atom％好ましくは0.005atom％から
2.0atom％が用いられる。ｐ型の場合はボロン等
の周期率表族の元素でドーピングする。具体的
には、B2H6を、例えばシラン、メタンと共に混
合してグロー放電分解して得られる。ドーピング
濃度は室温での電気伝導率が約10-8（Ω・cm）-1以
上好ましくは10-7（Ω・cm）-1以上になるようにコ
ントロールすればよい。通常はａ−Si(1-x)C(x)中
に約0.001atom％から10atom％好ましくは
0.005atom％から2.0atom％が用いられる。
本発明のａ−Si(1-x)C(x)においてもＨ又はＦが
重要な役割をしている。フツ化シラン、シランの
グロー放電分解で得られるアモルフアスシリコン
中のＨ又はＦと同様に、ダングリングボンドのタ
ーミネーターとして働らく為と考えられる。Ｈ及
び／又はＦの濃度は基板温度等の製作条件で大き
く変わるが、本発明では基板温度は200℃〜350℃
が好ましく、この場合、3atom％から約20atom
％が膜中に含まれる。
重要な役割をしている。フツ化シラン、シランの
グロー放電分解で得られるアモルフアスシリコン
中のＨ又はＦと同様に、ダングリングボンドのタ
ーミネーターとして働らく為と考えられる。Ｈ及
び／又はＦの濃度は基板温度等の製作条件で大き
く変わるが、本発明では基板温度は200℃〜350℃
が好ましく、この場合、3atom％から約20atom
％が膜中に含まれる。
上述したａ−Si(1-x)C(x)とａ−Siのヘテロ接合
光電素子について以下に具体的に説明すると、次
の通りである。代表的な構造は透明電極／ｐ型ａ
−Si(1-x)C(x)／ｉ型ａ−Si／ｎ型ａ−Si／電極の
構造で、透明電極側から光を照射する。透明電極
はITOやSoO2特にSoO2が好ましく、ガラス基板
にあらかじめ蒸着して用いたりｐ型ａ−Si(1-x)
C(x)上に直接蒸着してもよい。
光電素子について以下に具体的に説明すると、次
の通りである。代表的な構造は透明電極／ｐ型ａ
−Si(1-x)C(x)／ｉ型ａ−Si／ｎ型ａ−Si／電極の
構造で、透明電極側から光を照射する。透明電極
はITOやSoO2特にSoO2が好ましく、ガラス基板
にあらかじめ蒸着して用いたりｐ型ａ−Si(1-x)
C(x)上に直接蒸着してもよい。
ｐ型ａ−Si(1-x)C(x)層の厚みは約30Åから300Å
好ましくは50Åから200Å、ｉ型ａ−Si層の厚み
は本発明の場合限定されないが約2500〜10000Å
が用いられる。ｎ型ａ−Si層はオーミツクコンタ
クトをとるための層で厚みは限定されないが約
150Å〜600Åが用いられる。又このｎ型ａ−Siの
代わりに本発明のｎ型ａ−Si(1-x)C(x)を用いても
よい。
好ましくは50Åから200Å、ｉ型ａ−Si層の厚み
は本発明の場合限定されないが約2500〜10000Å
が用いられる。ｎ型ａ−Si層はオーミツクコンタ
クトをとるための層で厚みは限定されないが約
150Å〜600Åが用いられる。又このｎ型ａ−Siの
代わりに本発明のｎ型ａ−Si(1-x)C(x)を用いても
よい。
もう１つの代表的な構造は
透明電極／ｎ型ａ−Si(1-x)C(x)／ｉ型ａ−Si／
ｐ型ａ−Si／電極の構造で、透明電極側から光を
照射する。ｎ型ａ−Si(1-x)C(x)の厚みは約30Åか
ら300Å好ましくは50Å〜200Å、ｉ型ａ−Si層の
厚みは限定されないが約2500Å〜10000Åが通常
用いられる。ｐ型ａ−Si層の厚みは限定されない
が約150Å〜600Åが用いられる。又このｐ型ａ−
Siの代わりに本発明のｐ型ａ−Si(1-x)C(x)を用い
ても良い。透明電極の素材及び蒸着法については
前同様である。
ｐ型ａ−Si／電極の構造で、透明電極側から光を
照射する。ｎ型ａ−Si(1-x)C(x)の厚みは約30Åか
ら300Å好ましくは50Å〜200Å、ｉ型ａ−Si層の
厚みは限定されないが約2500Å〜10000Åが通常
用いられる。ｐ型ａ−Si層の厚みは限定されない
が約150Å〜600Åが用いられる。又このｐ型ａ−
Siの代わりに本発明のｐ型ａ−Si(1-x)C(x)を用い
ても良い。透明電極の素材及び蒸着法については
前同様である。
次に実施例により本発明の効果について説明す
る。内径11cmの石英反応管を用い14.56MHzの高
周波でグロー放電分解を行う。ｉ型ａ−Siは、水
素で希釈したシランを２〜10Torrでグロー放電
分解して得られる。ｎ型ａ−Siは水素で希釈した
シランとフオスフイン（PH3）（PH3／SiH4＝0.5
モル％）を同様にグロー放電分解して得られる。
ｐ型ａ−Si(1-x)C(x)は水素で希釈したシラン、メ
タン（CH4）、ジボラン（B2H6）（Ｂ／（Si＋Ｃ）
＝0.10atom％）を同様にグロー放電分解して得
られる。ここでａ−Si(1-x)C(x)は、グロー放電時
のガス組成を変量してそのアトミツクフラクシヨ
ンｘが0.85〜0.05になるようにした。
る。内径11cmの石英反応管を用い14.56MHzの高
周波でグロー放電分解を行う。ｉ型ａ−Siは、水
素で希釈したシランを２〜10Torrでグロー放電
分解して得られる。ｎ型ａ−Siは水素で希釈した
シランとフオスフイン（PH3）（PH3／SiH4＝0.5
モル％）を同様にグロー放電分解して得られる。
ｐ型ａ−Si(1-x)C(x)は水素で希釈したシラン、メ
タン（CH4）、ジボラン（B2H6）（Ｂ／（Si＋Ｃ）
＝0.10atom％）を同様にグロー放電分解して得
られる。ここでａ−Si(1-x)C(x)は、グロー放電時
のガス組成を変量してそのアトミツクフラクシヨ
ンｘが0.85〜0.05になるようにした。
太陽電池の構成は、25Ω／□のSoO2薄膜のつ
いたガラス基板のSoO2面にｐ型ａ−Si(1-x)C(x)、
ｉ型ａ−Si、ｎ型ａ−Siの順に堆積し最後に3.3
mm2のアルミニウムを蒸着してAM−１（100mW／
cm2）のソーラーシユミレーターで太陽電池特性を
調べた。グロー放電時の基板温度は250℃で行つ
た。又、ｉ層は5000Å、ｎ層は500Å、ｐ型ａ−
Si(1-x)C(x)層の厚みは135Åである。
いたガラス基板のSoO2面にｐ型ａ−Si(1-x)C(x)、
ｉ型ａ−Si、ｎ型ａ−Siの順に堆積し最後に3.3
mm2のアルミニウムを蒸着してAM−１（100mW／
cm2）のソーラーシユミレーターで太陽電池特性を
調べた。グロー放電時の基板温度は250℃で行つ
た。又、ｉ層は5000Å、ｎ層は500Å、ｐ型ａ−
Si(1-x)C(x)層の厚みは135Åである。
ｐ型ａ−Si(1-x)C(x)の膜組成による太陽電池特
性を図−２に示す。この図から判るようにシラン
100％（Si1C0）の場合、変換効率（以下、ηとい
う）4.6％であるのに対して本発明のａ−Si(1-x)
C(x)を用いるとＸ＝0.05でもη＝5.4％と増加し、
Ｘ＝0.2ではη＝7.1％にも改善される。Ｘ＝0.4で
はη＝7.2％にも達しシラン100％の時に比し極め
て高い値が得られる。
性を図−２に示す。この図から判るようにシラン
100％（Si1C0）の場合、変換効率（以下、ηとい
う）4.6％であるのに対して本発明のａ−Si(1-x)
C(x)を用いるとＸ＝0.05でもη＝5.4％と増加し、
Ｘ＝0.2ではη＝7.1％にも改善される。Ｘ＝0.4で
はη＝7.2％にも達しシラン100％の時に比し極め
て高い値が得られる。
Ｘが0.5以上で効率は低下傾向を示すが、これ
はｐ型ａ−Si(1-x)C(x)の抵抗が大きくなる事によ
るフイルフアクター（以下FFと言う）の低下で
あり、短絡電流（以下Jscという）はほとんど変
りなく、本発明のａ−Si(1-x)C(x)を用いる事によ
つて、ｐ層での光吸収ロスの減少によるJscの増
加と開放電圧（以下、Vocという）の増加によ
り、効率の改良ができたものと考えられる。
はｐ型ａ−Si(1-x)C(x)の抵抗が大きくなる事によ
るフイルフアクター（以下FFと言う）の低下で
あり、短絡電流（以下Jscという）はほとんど変
りなく、本発明のａ−Si(1-x)C(x)を用いる事によ
つて、ｐ層での光吸収ロスの減少によるJscの増
加と開放電圧（以下、Vocという）の増加によ
り、効率の改良ができたものと考えられる。
これらの結果はSiF4とCH4を用いても全く同様
であつた。
であつた。
次にａ−Si(0.6)C(0.4)の組成でＢのドープ量を
Ｂ／（Si＋Ｃ）で0.005atom％から2.0atom％と
変えて太陽電池を作り同様の測定を行つた。（図
−３）。又ｐ型ａ−Si(0.6)C(0.4)の室温における電気
伝導率のボロンドープ量依存性の変化は図−４に
示されている。
Ｂ／（Si＋Ｃ）で0.005atom％から2.0atom％と
変えて太陽電池を作り同様の測定を行つた。（図
−３）。又ｐ型ａ−Si(0.6)C(0.4)の室温における電気
伝導率のボロンドープ量依存性の変化は図−４に
示されている。
ドープ量が少ない時はFFとVocが低いがｐ型
ａ−Siの時よりもはるかに良い効率（η）を示
す。又ドープ量が0.5％以上になるとTscが低下
する。これはＢを高濃度にドープすると光の吸収
係数が増大する為である。以上の太陽電池特性と
ｐ型ａ−Si(0.6)C(0.4)膜の電気伝導率（図−４）を
比較して判るようにボロンのドープ量はｐ型ａ−
Si(0.5)C(0.5)の伝導度が10-8（Ω・cm）-1以上になる
ようにドープするのが好ましい。
ａ−Siの時よりもはるかに良い効率（η）を示
す。又ドープ量が0.5％以上になるとTscが低下
する。これはＢを高濃度にドープすると光の吸収
係数が増大する為である。以上の太陽電池特性と
ｐ型ａ−Si(0.6)C(0.4)膜の電気伝導率（図−４）を
比較して判るようにボロンのドープ量はｐ型ａ−
Si(0.5)C(0.5)の伝導度が10-8（Ω・cm）-1以上になる
ようにドープするのが好ましい。
次にｎ型ａ−Si(1-X)C(X)を用いる実施例につい
て説明する。ステンレス基板上にB2H6を１モル
％ドープしたｐ型ａ−Siを200Å、その上にｉ型
ａ−Siを5000ÅさらにPH3でドープしたｎ型ａ−
Si(1-X)C(X)を100Åグロー放電分解して堆積させ
る。ａ−SiはシランSiH4を、ａ−Si(1-X)C(X)は
SiH4とCH4を夫々用いてグロー放電分解した。
さらにITOを電子ビーム蒸着して同様に太陽電池
特性を調べた。ｎ型ａ−Si(1-X)C(X)のＰのドープ
量をＰ／（Si＋Ｃ）＝0.5atom％としてアトミツ
クフラクシヨンＸを0.05から0.85まで変量した場
合の太陽電池特性を図−５に示す。Ｘが0.5まで
はほぼ連続的にJscが増加し、FF、Vocも増加す
る。一方FFはＸ＞0.5で低下している為にηも低
下するがＸ＝0.5では変換効率は7.3％にも改良さ
れている。ｎ型ａ−Si（図５中でＸ＝０）の場合
η＝4.9％でありＸ＝0.05〜0.95の間で著しい改良
を示す。ｎ型ａ−Si(0.6)C(0.4)でのＰのドープ量を
Ｐ／（Si＋Ｃ）＝0.005〜2atom％まで変えた時の
太陽電池特性を図−６に示す。ドープ量の増加と
共にJsc、FF、Vocが増加しているのが判かる。
ｎ型ａ−Si(0.6)C(0.4)の室温での電気伝導率のドー
プ量依存性（図−４）からＰのドープ量は電気伝
導率が10-7（Ω・cm）-1以上であるようにするのが
好ましいと言える。
て説明する。ステンレス基板上にB2H6を１モル
％ドープしたｐ型ａ−Siを200Å、その上にｉ型
ａ−Siを5000ÅさらにPH3でドープしたｎ型ａ−
Si(1-X)C(X)を100Åグロー放電分解して堆積させ
る。ａ−SiはシランSiH4を、ａ−Si(1-X)C(X)は
SiH4とCH4を夫々用いてグロー放電分解した。
さらにITOを電子ビーム蒸着して同様に太陽電池
特性を調べた。ｎ型ａ−Si(1-X)C(X)のＰのドープ
量をＰ／（Si＋Ｃ）＝0.5atom％としてアトミツ
クフラクシヨンＸを0.05から0.85まで変量した場
合の太陽電池特性を図−５に示す。Ｘが0.5まで
はほぼ連続的にJscが増加し、FF、Vocも増加す
る。一方FFはＸ＞0.5で低下している為にηも低
下するがＸ＝0.5では変換効率は7.3％にも改良さ
れている。ｎ型ａ−Si（図５中でＸ＝０）の場合
η＝4.9％でありＸ＝0.05〜0.95の間で著しい改良
を示す。ｎ型ａ−Si(0.6)C(0.4)でのＰのドープ量を
Ｐ／（Si＋Ｃ）＝0.005〜2atom％まで変えた時の
太陽電池特性を図−６に示す。ドープ量の増加と
共にJsc、FF、Vocが増加しているのが判かる。
ｎ型ａ−Si(0.6)C(0.4)の室温での電気伝導率のドー
プ量依存性（図−４）からＰのドープ量は電気伝
導率が10-7（Ω・cm）-1以上であるようにするのが
好ましいと言える。
シランのグロー放電分解でメタン、エタン等の
ハイドロカーボンを混合してグロー放電分解して
アモルフアスシリコンカーバイドの得られる事は
既に知られている〔例えばD.A.Anderson and
W.E.Spear，Phil.Mag.35，１（1977）〕。
ハイドロカーボンを混合してグロー放電分解して
アモルフアスシリコンカーバイドの得られる事は
既に知られている〔例えばD.A.Anderson and
W.E.Spear，Phil.Mag.35，１（1977）〕。
しかしながら、シランとメタンで得られるａ−
Si1-xCxを真性領域に用いた太陽電池は、D.E.
Carlsonらの実験によりメタンを含まない場合
2.27％の効率が、10％のメタンを含むと1.4％に
低下し、さらに30％のメタンを含む場合、0.08％
と極端に低下してしまう事が知られていた（例え
ばTopics in Applied Physics Vol 36，
Amorphous Semiconductors Ｐ＝311（M.H.
Brodsky.Spring−Verlag Berlin Heidelberg
刊1979年）。従つて、従来はメタン等のハイドロ
カーボンは不純物として好ましくないとされてい
た。
Si1-xCxを真性領域に用いた太陽電池は、D.E.
Carlsonらの実験によりメタンを含まない場合
2.27％の効率が、10％のメタンを含むと1.4％に
低下し、さらに30％のメタンを含む場合、0.08％
と極端に低下してしまう事が知られていた（例え
ばTopics in Applied Physics Vol 36，
Amorphous Semiconductors Ｐ＝311（M.H.
Brodsky.Spring−Verlag Berlin Heidelberg
刊1979年）。従つて、従来はメタン等のハイドロ
カーボンは不純物として好ましくないとされてい
た。
本発明者は、アモルフアスシリコンカーバイド
をｐ型又はｎ型にドープしてpin接合光電素子の
窓材料に利用して大巾な効率を改善したものであ
り、その効果は驚くべきものである。
をｐ型又はｎ型にドープしてpin接合光電素子の
窓材料に利用して大巾な効率を改善したものであ
り、その効果は驚くべきものである。
図−１ａはＰ層側から光を照射するタイプの光
電素子を示す構造図であつて、図中１９はガラ
ス、２０は透明電極、２１はｐ型ａ−Si(1-x)C(x)、
２２はｉ型ａ−Si、２３はｎ型半導体（例えばｎ
型ａ−Si）、２４は電極である。同ｂはｎ層側か
ら光を照射するタイプを示す構造図で、２５は電
極基板、２６はｐ型ａ−Si、２７はｉ型ａ−Si、
２８はｎ型ａ−Si(1-x)C(x)、２９は透明電極であ
る。図−２はｐ型ａ−Si(1-x)C(x)／ｉ−ｎ ａ−
Siヘテロ接合光電素子において、Ｂのドープ量を
Ｂ／（Si＋Ｃ）＝0.1atom％とした時のＸの変化
による太陽電池特性を示すグラフである。このグ
ラフにおいて、１は短絡電流Jsc（mA／cm2）、２
はフイルフアクターFF、３は開放電圧Voc
（Volts）、４は変換効率η（％）である。図−３
はｐ型ａ−Si(0.6)C(0.4)／ｉ−ｎ ａ−Siヘテロ接
合光電素子において、Ｂのドープ量を（Si＋Ｃ）
に対して0.005〜2.0atom％と変えた時の太陽電池
特性を示すグラフである。５はVsc、６はFF、
７はVoc、８はηである。図−４は、ａ−Si(0.6)
C(0.4)膜においてＰ又はＢのドープ量変化による
室温での電気伝導率の変化を示すグラフである。
９はボロン(B)ドープ、１０はリン（Ｐ）ドープの
場合である。図−５は、ｎ型ａ−Si(1-x)C(x)／ｉ
−ｐ ａ−Siヘテロ接合光電素子においてリン
（Ｐ）のドープ量をＰ／（Si＋Ｃ）＝0.5atom％と
した時のＸによる太陽電池特性の変化を示すグラ
フである。１１はVsc、１２はFF、１３はVoc、
１４はηを示す。図−６は、ｎ型ａ−Si(0.6)
C(0.4)／ｉ−ｐ ａ−Siヘテロ接合光電素子におい
てリン（Ｐ）のドープ量を（Si＋Ｃ）に対して
0.005〜2.0atom％変化させた時の太陽電池特性を
示すグラフである。１５はTsc、１６はFF、１
７はVoc、１８はηを示す。
電素子を示す構造図であつて、図中１９はガラ
ス、２０は透明電極、２１はｐ型ａ−Si(1-x)C(x)、
２２はｉ型ａ−Si、２３はｎ型半導体（例えばｎ
型ａ−Si）、２４は電極である。同ｂはｎ層側か
ら光を照射するタイプを示す構造図で、２５は電
極基板、２６はｐ型ａ−Si、２７はｉ型ａ−Si、
２８はｎ型ａ−Si(1-x)C(x)、２９は透明電極であ
る。図−２はｐ型ａ−Si(1-x)C(x)／ｉ−ｎ ａ−
Siヘテロ接合光電素子において、Ｂのドープ量を
Ｂ／（Si＋Ｃ）＝0.1atom％とした時のＸの変化
による太陽電池特性を示すグラフである。このグ
ラフにおいて、１は短絡電流Jsc（mA／cm2）、２
はフイルフアクターFF、３は開放電圧Voc
（Volts）、４は変換効率η（％）である。図−３
はｐ型ａ−Si(0.6)C(0.4)／ｉ−ｎ ａ−Siヘテロ接
合光電素子において、Ｂのドープ量を（Si＋Ｃ）
に対して0.005〜2.0atom％と変えた時の太陽電池
特性を示すグラフである。５はVsc、６はFF、
７はVoc、８はηである。図−４は、ａ−Si(0.6)
C(0.4)膜においてＰ又はＢのドープ量変化による
室温での電気伝導率の変化を示すグラフである。
９はボロン(B)ドープ、１０はリン（Ｐ）ドープの
場合である。図−５は、ｎ型ａ−Si(1-x)C(x)／ｉ
−ｐ ａ−Siヘテロ接合光電素子においてリン
（Ｐ）のドープ量をＰ／（Si＋Ｃ）＝0.5atom％と
した時のＸによる太陽電池特性の変化を示すグラ
フである。１１はVsc、１２はFF、１３はVoc、
１４はηを示す。図−６は、ｎ型ａ−Si(0.6)
C(0.4)／ｉ−ｐ ａ−Siヘテロ接合光電素子におい
てリン（Ｐ）のドープ量を（Si＋Ｃ）に対して
0.005〜2.0atom％変化させた時の太陽電池特性を
示すグラフである。１５はTsc、１６はFF、１
７はVoc、１８はηを示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ｐ型またはｎ型ドーパントを0.005〜2.0atom
％含有し、30〜300Åの厚みと、室温でｐ型の場
合10-8（Ω・cm）-1以上、ｎ型の場合10-7（Ω・cm）
-1以上の電気伝導度を有するアモルフアスシリコ
ンカーバイドａ−Si(1-x)Cx（但し、0.05≦Ｘ≦
0.95）がアモルフアスシリコンとヘテロ接合を構
成していることを特徴とするアモルフアスシリコ
ンカーバイドとアモルフアスシリコンとのヘテロ
接合を有する光電素子。 ２ 前記アモルフアスシリコンカーバイドが、シ
リコンと炭素を含有する化合物のグロー放電分解
法により得られたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のアモルフアスシリコン
カーバイドとアモルフアスシリコンとのヘテロ接
合を有する光電素子。 ３ 前記炭素が、メタンにより供給されることを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載のアモルフ
アスシリコンカーバイドとアモルフアスシリコン
とのヘテロ接合を有する光電素子。 ４ 前記アモルフアスシリコンカーバイドが、ｐ
型であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のアモルフアスシリコンカーバイドとアモル
フアスシリコンとのヘテロ接合を有する光電素
子。 ５ アモルフアスシリコンカーバイドが、ｎ型で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のアモルフアスシリコンカーバイドとアモルフア
スシリコンとのヘテロ接合を有する光電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58044692A JPS58217414A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 新規アモルフアスシリコンカ−バイド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58044692A JPS58217414A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 新規アモルフアスシリコンカ−バイド |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56012313A Division JPS57126175A (en) | 1980-12-03 | 1981-01-29 | Amorphous silicon carbide/amorophous silicon hetero junction optoelectric element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58217414A JPS58217414A (ja) | 1983-12-17 |
| JPH041511B2 true JPH041511B2 (ja) | 1992-01-13 |
Family
ID=12698467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58044692A Granted JPS58217414A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 新規アモルフアスシリコンカ−バイド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58217414A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4109271A (en) * | 1977-05-27 | 1978-08-22 | Rca Corporation | Amorphous silicon-amorphous silicon carbide photovoltaic device |
-
1983
- 1983-03-16 JP JP58044692A patent/JPS58217414A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58217414A (ja) | 1983-12-17 |
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