JPH04249374A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
- Publication number
- JPH04249374A JPH04249374A JP3014159A JP1415991A JPH04249374A JP H04249374 A JPH04249374 A JP H04249374A JP 3014159 A JP3014159 A JP 3014159A JP 1415991 A JP1415991 A JP 1415991A JP H04249374 A JPH04249374 A JP H04249374A
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- germanium
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- film
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- type silicon
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-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギを電気エネ
ルギに変換する光電変換素子の改良に関するものである
。
ルギに変換する光電変換素子の改良に関するものである
。
【０００２】
【従来の技術】光電変換素子の一例として、太陽電池を
見ると、近年非晶質シリコンを基本とした太陽電池を初
めとして化合物半導体を使用した薄膜太陽電池が、最近
の精力的な研究，開発により、電卓等の民生用電源とし
て既に実用化されている。一方、結晶質（単結晶，多結
晶）シリコン等のウエーハを用いた太陽電池は、宇宙用
，灯台用等として実用化されている。しかしながら、こ
れら両者ともに、最も市場規模の大きい一般の電力を供
給する発電システムへ展開していくためには、（１）ウ
エーハを用いた結晶質シリコン等ではウエーハそのもの
が既に高価であるために、一般の火力，水力等による発
電コストと競合することが難しい。
見ると、近年非晶質シリコンを基本とした太陽電池を初
めとして化合物半導体を使用した薄膜太陽電池が、最近
の精力的な研究，開発により、電卓等の民生用電源とし
て既に実用化されている。一方、結晶質（単結晶，多結
晶）シリコン等のウエーハを用いた太陽電池は、宇宙用
，灯台用等として実用化されている。しかしながら、こ
れら両者ともに、最も市場規模の大きい一般の電力を供
給する発電システムへ展開していくためには、（１）ウ
エーハを用いた結晶質シリコン等ではウエーハそのもの
が既に高価であるために、一般の火力，水力等による発
電コストと競合することが難しい。
【０００３】（２）また、薄膜太陽電池では、従来の非
晶質シリコン素子に見られるように、光電変換効率、信
頼性たとえば光劣化の問題等に問題があり、本来の基板
選択の自由度、低コストプロセスの利点が生かしきれて
いない。
晶質シリコン素子に見られるように、光電変換効率、信
頼性たとえば光劣化の問題等に問題があり、本来の基板
選択の自由度、低コストプロセスの利点が生かしきれて
いない。
【０００４】最近、上述のような問題に対して、結晶質
の薄膜たとえば多結晶シリコン薄膜をガラスのような基
板上に成長させ、光電変換機能を付与するための研究が
活発化してきた。これらは、高価なシリコンウエーハを
用いないで、可能な限り安価な基板上に良質のシリコン
薄膜を堆積させ、薄膜太陽電池の本来の利点を引出そう
という試みであり、このような方向が実証されれば、太
陽電池に限らず光センサ、ホトカプラ等の一般の光電変
換素子としても有効であることは言うまでもない。
の薄膜たとえば多結晶シリコン薄膜をガラスのような基
板上に成長させ、光電変換機能を付与するための研究が
活発化してきた。これらは、高価なシリコンウエーハを
用いないで、可能な限り安価な基板上に良質のシリコン
薄膜を堆積させ、薄膜太陽電池の本来の利点を引出そう
という試みであり、このような方向が実証されれば、太
陽電池に限らず光センサ、ホトカプラ等の一般の光電変
換素子としても有効であることは言うまでもない。
【０００５】このような膜の作成方法は、低温（室温〜
４００℃）において、プラズマ化学気相成長方法（ｐ−
ＣＶＤ法）又はスパッタ法、熱ＣＶＤ法等により非晶質
の膜を堆積し、その後高温炉（５００℃〜１０００℃）
で熱処理を行なうことにより又はレーザーアニールによ
り多結晶薄膜を得る。
４００℃）において、プラズマ化学気相成長方法（ｐ−
ＣＶＤ法）又はスパッタ法、熱ＣＶＤ法等により非晶質
の膜を堆積し、その後高温炉（５００℃〜１０００℃）
で熱処理を行なうことにより又はレーザーアニールによ
り多結晶薄膜を得る。
【０００６】図２は、多結晶シリコン薄膜を用いた従来
の太陽電池の一例の略断面図である。これは以下のよう
にして製造される。まずガラス基板１の表面に金属膜１
−１を形成する。次にシラン（ＳｉＨ４ ）にホスフィ
ン（ＰＨ３ ）ガスを０．１％〜１％の範囲で混入させ
たガスを用い金属膜１−１の表面に１０００〜３０００
オングストロームの薄膜のｎ＋ 型シリコン層２−１を
形成する。次にその表面にｎ− 型シリコン層３−１を
形成する。これは光電活性層である。このとき、ホスフ
ィンガス濃度を０．１％以下とすることにより、ｎ−
型シリコン層３−１が得られる。さらにその上にｐ＋
型シリコン層４を形成する。このときはシラン（ＳｉＨ
４ ）にジボラン（Ｂ２ Ｈ６ ）ガスを予めガス比で
０．１〜１％混入させ、１００〜１０００オングストロ
ームの膜を形成する。さらにその表面に、透明導電膜５
および集電極６を形成する。
の太陽電池の一例の略断面図である。これは以下のよう
にして製造される。まずガラス基板１の表面に金属膜１
−１を形成する。次にシラン（ＳｉＨ４ ）にホスフィ
ン（ＰＨ３ ）ガスを０．１％〜１％の範囲で混入させ
たガスを用い金属膜１−１の表面に１０００〜３０００
オングストロームの薄膜のｎ＋ 型シリコン層２−１を
形成する。次にその表面にｎ− 型シリコン層３−１を
形成する。これは光電活性層である。このとき、ホスフ
ィンガス濃度を０．１％以下とすることにより、ｎ−
型シリコン層３−１が得られる。さらにその上にｐ＋
型シリコン層４を形成する。このときはシラン（ＳｉＨ
４ ）にジボラン（Ｂ２ Ｈ６ ）ガスを予めガス比で
０．１〜１％混入させ、１００〜１０００オングストロ
ームの膜を形成する。さらにその表面に、透明導電膜５
および集電極６を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のような多結晶シ
リコン薄膜には次のような問題点がある。すなわち、多
結晶シリコンウエーハを用いようと、多結晶シリコン薄
膜を利用しようと、太陽光を素子内部で十分に吸収させ
るためには、同じ材料である以上、同程度の膜厚、つま
り数十ミクロン以上の膜厚が要求されるのは当然である
。しかるに、これまで報告されている多結晶シリコン薄
膜の膜質は、多結晶ウエーハに比べて各段に悪い。これ
は、一つには結晶粒径が格段に小さく、質の悪い結晶粒
径の影響が回避できないためである。
リコン薄膜には次のような問題点がある。すなわち、多
結晶シリコンウエーハを用いようと、多結晶シリコン薄
膜を利用しようと、太陽光を素子内部で十分に吸収させ
るためには、同じ材料である以上、同程度の膜厚、つま
り数十ミクロン以上の膜厚が要求されるのは当然である
。しかるに、これまで報告されている多結晶シリコン薄
膜の膜質は、多結晶ウエーハに比べて各段に悪い。これ
は、一つには結晶粒径が格段に小さく、質の悪い結晶粒
径の影響が回避できないためである。
【０００８】したがって、多結晶シリコン薄膜を光電活
性領域に用いた場合、多結晶ウエーハと同程度の膜厚を
用いているとすると、太陽光によって生成された電子ま
たは正孔のようなキャリアが、電極に収集される割合が
極端に低くなってしまい、多結晶ウエーハを使用する場
合と比較して、光電変換機能が著しく低下してしまうと
いう問題点がある。
性領域に用いた場合、多結晶ウエーハと同程度の膜厚を
用いているとすると、太陽光によって生成された電子ま
たは正孔のようなキャリアが、電極に収集される割合が
極端に低くなってしまい、多結晶ウエーハを使用する場
合と比較して、光電変換機能が著しく低下してしまうと
いう問題点がある。
【０００９】また、このような薄膜を作成するには通常
６００℃以上の高温を要すること、数十ミクロンの厚み
を得るための作成時間が長いこと等のプロセス上の問題
がある。
６００℃以上の高温を要すること、数十ミクロンの厚み
を得るための作成時間が長いこと等のプロセス上の問題
がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明においては、光電
変換素子の光電活性領域に、ゲルマニウム（Ｇｅ）原子
を１０％以上含む多結晶シリコン・ゲルマニウム薄膜を
用いる。
変換素子の光電活性領域に、ゲルマニウム（Ｇｅ）原子
を１０％以上含む多結晶シリコン・ゲルマニウム薄膜を
用いる。
【００１１】
【作用】一般に、結晶ゲルマニウムの吸収係数は、全波
長域に亘って、結晶シリコンのそれより１桁以上大きい
ことは公知の事実である。したがって、シリコンにゲル
マニウムを添加していくことにより、吸収係数の増大を
図ることができる。このことは逆に、光電変換素子とし
ての必要膜厚を吸収係数の増大の比率分だけ薄くするこ
とができることになり、光生成されたキャリアの電極へ
の収集を容易ならしめ、光電変換機能が向上する。
長域に亘って、結晶シリコンのそれより１桁以上大きい
ことは公知の事実である。したがって、シリコンにゲル
マニウムを添加していくことにより、吸収係数の増大を
図ることができる。このことは逆に、光電変換素子とし
ての必要膜厚を吸収係数の増大の比率分だけ薄くするこ
とができることになり、光生成されたキャリアの電極へ
の収集を容易ならしめ、光電変換機能が向上する。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例例えば太陽電池（
ｐｎ構造）の略断面図である。これは以下のようにして
製造される。まず、図２の場合と同様にガラス基板１の
表面に金属膜１−１を形成する。次にその表面にｎ＋
型シリコン・ゲルマニウム層２およびｎ− 型シリコン
・ゲルマニウム層３を形成する。このときホスフィン（
ＰＨ３ ）ガスの混合比は同じで、原料ガスとしてシラ
ン（ＳｉＨ４ ）ガス以外にゲルマン（ＧｅＨ４ ）ガ
スを、混合ガス比でたとえば１０％混入して作成する。 その後表面にｐ＋ 型シリコン層４，透明導電膜５，集
電極６等を形成することは図２と同じである。
ｐｎ構造）の略断面図である。これは以下のようにして
製造される。まず、図２の場合と同様にガラス基板１の
表面に金属膜１−１を形成する。次にその表面にｎ＋
型シリコン・ゲルマニウム層２およびｎ− 型シリコン
・ゲルマニウム層３を形成する。このときホスフィン（
ＰＨ３ ）ガスの混合比は同じで、原料ガスとしてシラ
ン（ＳｉＨ４ ）ガス以外にゲルマン（ＧｅＨ４ ）ガ
スを、混合ガス比でたとえば１０％混入して作成する。 その後表面にｐ＋ 型シリコン層４，透明導電膜５，集
電極６等を形成することは図２と同じである。
【００１３】一般に、ゲルマニウムの添加量増大にとも
ない、シリコン・ゲルマニウム薄膜のバンドギャップは
減少し、その結果太陽電池素子でいえば、開放電圧の低
下が表れるために、上記の光電流の増大と、開放電圧の
低下の割合のバランスによって、このゲルマニウム添加
量が決定されるべきであることはいうまでもない。
ない、シリコン・ゲルマニウム薄膜のバンドギャップは
減少し、その結果太陽電池素子でいえば、開放電圧の低
下が表れるために、上記の光電流の増大と、開放電圧の
低下の割合のバランスによって、このゲルマニウム添加
量が決定されるべきであることはいうまでもない。
【００１４】以上のいずれの場合でも、光の入射側のｐ
型層としてバンドギャップを大きくするために、ＣＨ４
ガスを混入させ、ｐ＋ 型のＳｉＣ膜を用いてもよい
ことはいうまでもない。
型層としてバンドギャップを大きくするために、ＣＨ４
ガスを混入させ、ｐ＋ 型のＳｉＣ膜を用いてもよい
ことはいうまでもない。
【００１５】図３は、本発明におけるｎ− 型シリコン
・ゲルマニウム層３と従来のｎ− シリコン層３−１と
の単層薄膜での吸収係数を、光のエネルギに対して評価
した結果を示すグラフである。図１または図２のような
装置の構造とした場合、光電活性領域はほとんどがｎ−
型層に形成され、この領域での光の吸収量および光電
変換機能が素子特性を大きく作用することになる。同図
から明らかなように、本発明の多結晶ｎ− 型シリコン
・ゲルマニウム層３の特性（実線で示す）は、従来例に
よる多結晶ｎ− 型シリコン層３−１の特性（点線で示
す）に比べ、光の吸収係数が全エネルギ範囲に亘って大
きく、特に素子の膜厚を決定する低エネルギ（１．５ｅ
Ｖ以下）側での吸収係数は、従来例に比べて約５倍の差
があることが分かる。このことは本発明による多結晶シ
リコン・ゲルマニウム薄膜を用いることにより（本実施
例の場合、膜中のゲルマニウム濃度は約３０％）、素子
の膜厚を半桁以下にできることを意味する。すなわち、
図２の素子構成であれば、少なくとも約３０ミクロン以
上の膜厚を必要とするが、本発明による図１の実施例で
は、約６ミクロンの膜厚で十分光を吸収することが可能
となった。その結果、多結晶シリコン系薄膜において常
に問題となっている低質膜に起因して、光生成キャリア
の収集が困難であったことが、膜厚を半桁薄くすること
により、光生成キャリアの収集が大幅に改善されること
が分かった。ｐｉｎ構造にも応用できる。
・ゲルマニウム層３と従来のｎ− シリコン層３−１と
の単層薄膜での吸収係数を、光のエネルギに対して評価
した結果を示すグラフである。図１または図２のような
装置の構造とした場合、光電活性領域はほとんどがｎ−
型層に形成され、この領域での光の吸収量および光電
変換機能が素子特性を大きく作用することになる。同図
から明らかなように、本発明の多結晶ｎ− 型シリコン
・ゲルマニウム層３の特性（実線で示す）は、従来例に
よる多結晶ｎ− 型シリコン層３−１の特性（点線で示
す）に比べ、光の吸収係数が全エネルギ範囲に亘って大
きく、特に素子の膜厚を決定する低エネルギ（１．５ｅ
Ｖ以下）側での吸収係数は、従来例に比べて約５倍の差
があることが分かる。このことは本発明による多結晶シ
リコン・ゲルマニウム薄膜を用いることにより（本実施
例の場合、膜中のゲルマニウム濃度は約３０％）、素子
の膜厚を半桁以下にできることを意味する。すなわち、
図２の素子構成であれば、少なくとも約３０ミクロン以
上の膜厚を必要とするが、本発明による図１の実施例で
は、約６ミクロンの膜厚で十分光を吸収することが可能
となった。その結果、多結晶シリコン系薄膜において常
に問題となっている低質膜に起因して、光生成キャリア
の収集が困難であったことが、膜厚を半桁薄くすること
により、光生成キャリアの収集が大幅に改善されること
が分かった。ｐｉｎ構造にも応用できる。
【００１６】
【発明の効果】本発明のように、ゲルマニウムをシリコ
ンに添加することにより、上述したような光電変換機能
の向上が期待できる。さらにプロセス上の利点として、
（１）ゲルマニウムの添加により、結晶化温度を低くす
ることが可能であり（Ｓｉの場合６００℃以上、ＳｉＧ
ｅの場合５５０℃以下）、基板選択の自由度が大きくな
る結果、より安価な基板が利用できる、（２）素子膜厚
が薄くなる結果、工程上のスループットがよくなること
、等を挙げることができる。
ンに添加することにより、上述したような光電変換機能
の向上が期待できる。さらにプロセス上の利点として、
（１）ゲルマニウムの添加により、結晶化温度を低くす
ることが可能であり（Ｓｉの場合６００℃以上、ＳｉＧ
ｅの場合５５０℃以下）、基板選択の自由度が大きくな
る結果、より安価な基板が利用できる、（２）素子膜厚
が薄くなる結果、工程上のスループットがよくなること
、等を挙げることができる。
【図１】本発明の一実施例である太陽電池の略断面図、
【図２】従来の太陽電池の一例の略断面図、
【図３】多
結晶シリコン薄膜およびシリコン・ゲルマニウム薄膜の
吸収係数の比較を示すグラフである。
結晶シリコン薄膜およびシリコン・ゲルマニウム薄膜の
吸収係数の比較を示すグラフである。
１ ガラス基板
１−１ 金属膜
２ Ｎ＋ 型シリコン・ゲルマニウム層３ ｎ−
型シリコン・ゲルマニウム層４ ｐ＋ 型シリコン層 ５ 透明導電膜 ６ 集電極
型シリコン・ゲルマニウム層４ ｐ＋ 型シリコン層 ５ 透明導電膜 ６ 集電極
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に異なる導電型の半導体薄膜を
積層し、その光エネルギを電気エネルギに変換する層に
ゲルマニウム原子を１０％以上含む結晶質のシリコン・
ゲルマニウム薄膜を用いることを特徴とする光電変換素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3014159A JPH04249374A (ja) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3014159A JPH04249374A (ja) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04249374A true JPH04249374A (ja) | 1992-09-04 |
Family
ID=11853374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3014159A Withdrawn JPH04249374A (ja) | 1991-02-05 | 1991-02-05 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04249374A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5738732A (en) * | 1995-06-05 | 1998-04-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and manufacturing method thereof |
| JP2006041108A (ja) * | 2004-07-26 | 2006-02-09 | Air Water Inc | 太陽電池の製造方法 |
| CN104362298A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-02-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种电极片及其制备方法、储能装置 |
| CN104465874A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-03-25 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
| CN107071659A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-08-18 | 明志科技大学 | 声学振膜及含此声学振膜的扬声装置 |
-
1991
- 1991-02-05 JP JP3014159A patent/JPH04249374A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5738732A (en) * | 1995-06-05 | 1998-04-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and manufacturing method thereof |
| JP2006041108A (ja) * | 2004-07-26 | 2006-02-09 | Air Water Inc | 太陽電池の製造方法 |
| CN104362298A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-02-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种电极片及其制备方法、储能装置 |
| CN104465874A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-03-25 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
| US10205045B2 (en) | 2014-12-03 | 2019-02-12 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Solar cell and method of manufacturing the same |
| US10395849B2 (en) | 2014-12-03 | 2019-08-27 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Electrode plate using germanium film, manufacturing method thereof, and energy storage device |
| CN107071659A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-08-18 | 明志科技大学 | 声学振膜及含此声学振膜的扬声装置 |
| CN107071659B (zh) * | 2017-05-26 | 2020-03-27 | 明志科技大学 | 声学振膜及含此声学振膜的扬声装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |