JPH04266067A - photovoltaic element - Google Patents
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- JPH04266067A JPH04266067A JP3045590A JP4559091A JPH04266067A JP H04266067 A JPH04266067 A JP H04266067A JP 3045590 A JP3045590 A JP 3045590A JP 4559091 A JP4559091 A JP 4559091A JP H04266067 A JPH04266067 A JP H04266067A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換効率が高い、
太陽電池などに用いられる光起電力素子に関する。[Industrial Application Field] The present invention provides high photoelectric conversion efficiency.
It relates to photovoltaic elements used in solar cells and the like.
【0002】0002
【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である太陽電池は、電卓、腕時計など民生用の
小電力用電源として広く応用されており、また、将来、
石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替用電力として
実用化可能な技術として注目されている。太陽電池は半
導体のpn接合の光起電力を利用した技術であり、シリ
コンなどの半導体が太陽光を吸収し電子と正孔の光キャ
リヤーが生成し、該光キャリヤーをpn接合部の内部電
界に依りドリフトさせ、外部に取り出すものである。こ
の様な太陽電池の作製は、ほぼ半導体プロセスを用いる
ことにより行われる。具体的には、CZ法などの結晶成
長法によりp型あるいはn型に価電子制御したシリコン
の単結晶を作製し、該単結晶をスライスして約300μ
mの厚みのシリコンウエハーを作る。さらに前記ウエハ
ーの導電型と反対の導電型となるように価電子制御剤を
拡散させるなどの適当な手段により、異種の導電型の層
を形成することでpn接合を作るものである。[Prior Art] Solar cells, which are photoelectric conversion elements that convert sunlight into electrical energy, are widely used as small power sources for consumer electronics such as calculators and wristwatches.
It is attracting attention as a technology that can be put to practical use as an alternative electricity source to so-called fossil fuels such as oil and coal. Solar cells are a technology that utilizes photovoltaic power at the pn junction of semiconductors. A semiconductor such as silicon absorbs sunlight and generates optical carriers of electrons and holes, which are then applied to the internal electric field of the pn junction. The material is then allowed to drift and taken out to the outside. Such solar cells are generally manufactured using semiconductor processes. Specifically, a single crystal of silicon whose valence electrons are controlled to be p-type or n-type is produced using a crystal growth method such as the CZ method, and the single crystal is sliced into approximately 300 μm pieces.
Make a silicon wafer with a thickness of m. Further, a pn junction is created by forming layers of different conductivity types by appropriate means such as diffusing a valence electron control agent so that the conductivity type is opposite to that of the wafer.
【0003】ところで、信頼性や変換効率の観点から、
現在、主に実用化されている太陽電池には単結晶シリコ
ンが使われているが、上述のように太陽電池作製は半導
体プロセスを用いるため生産コストは高いものとなって
いる。単結晶シリコン太陽電池の他の欠点は、単結晶シ
リコンは間接遷移であるため光吸収係数が小さく、単結
晶の太陽電池は入射太陽光を吸収するために少なくとも
50ミクロンの厚さにしなければならないことや、バン
ドギャップが約1.1eVであり太陽電池として好適な
1.5eVよりも狭いため短波長成分を有効に利用でき
ないことである。また、仮に、多結晶シリコンを用いて
生産コストを下げたとしても、間接遷移の問題は残り、
太陽電池の厚さを減らすことはできない。さらに多結晶
シリコンには多数の欠陥が集る粒界が存在しキャリヤの
走行性を損ねるという問題を合わせ持っている。By the way, from the viewpoint of reliability and conversion efficiency,
Currently, single-crystal silicon is mainly used in solar cells that are in practical use, but as mentioned above, production costs are high because solar cells use a semiconductor process. Other disadvantages of monocrystalline silicon solar cells are that monocrystalline silicon has a low light absorption coefficient due to its indirect transition, and monocrystalline solar cells must be at least 50 microns thick to absorb incident sunlight. Another problem is that the band gap is about 1.1 eV, which is narrower than 1.5 eV, which is suitable for solar cells, so short wavelength components cannot be used effectively. Furthermore, even if production costs were lowered by using polycrystalline silicon, the problem of indirect transition would remain.
It is not possible to reduce the thickness of solar cells. Furthermore, polycrystalline silicon has grain boundaries where many defects gather, which impairs carrier mobility.
【0004】更に、結晶であるがために面積の大きなウ
エハーは製造できず大面積化が困難であり、大きな電力
を取り出す場合には単位素子を直列化あるいは、並列化
をするための配線を行なわなければならないことや、屋
外で使用する際に太陽電池を様々な気象条件によりもた
らされる機械的損傷から保護するため、高価な実装が必
要になることなどから、単位発電量に対する生産コスト
が既存の発電方法に比べて割高になってしまうという問
題がある。このような事情から太陽電池の電力用として
の実用化を進めるに当たって、低コスト化及び大面積化
が重要な技術的課題であり、様々な検討がなされており
、コストの安い材料、変換効率の高い材料などの材料の
探求が行なわれてきたが、このような太陽電池の材料と
しては、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニュー
ム、非晶質炭化珪素などのテトラへドラル系の非晶質半
導体や、CdS,Cu2 SなどのII−VI族やGa
As,GaAlAsなどのIII −V族の化合物半導
体等が挙げられる。とりわけ、非晶質半導体を光起電力
発生層に用いた薄膜太陽電池は、単結晶太陽電池に比較
して大面積の膜が作製できることや、膜厚が薄くて済む
こと、任意の基板材料に堆積できることなどの長所があ
り有望視されている。Furthermore, since it is a crystal, large-area wafers cannot be manufactured and it is difficult to increase the area, and when extracting a large amount of power, it is necessary to connect unit elements in series or in parallel with wiring. The production cost per unit of power generation is lower than the existing The problem is that it is more expensive than other power generation methods. Under these circumstances, in promoting the practical use of solar cells for power generation, lowering costs and increasing the area are important technical issues, and various studies are being carried out, including the use of low-cost materials and improvements in conversion efficiency. Although efforts have been made to find materials such as high-performance materials, tetrahedral amorphous materials such as amorphous silicon, amorphous silicon germanium, and amorphous silicon carbide have been used as materials for such solar cells. Semiconductors, II-VI groups such as CdS and Cu2S, and Ga
Examples include III-V compound semiconductors such as As and GaAlAs. In particular, thin-film solar cells using an amorphous semiconductor for the photovoltaic generation layer can be fabricated with a larger area than single-crystalline solar cells, can be formed with a thinner film, and can be used with any substrate material. It is seen as promising because of its advantages such as the ability to be deposited.
【0005】前記非晶質半導体は通常の薄膜作製プロセ
スに依って作製されるもので、工業的には、原料ガスを
高周波電源によって発生させたプラズマで分解し、基板
上に堆積させるプラズマCVD法が有効に用いられる。
例えばアモルファスシリコンであればSiH4 ガスを
分解して堆積することにより作製される。n型に価電子
制御された半導体を作製する場合は、周期率表第V族の
リン等を構成原子として含むPH3 ガス等をSiH4
ガスと混合して分解し、p型に価電子制御された半導
体を作製する場合には、周期率表第III 族のボロン
等を構成原子として含むB2 H6 ガス等をSiH4
ガスと混合して分解することにより作製される。また
、太陽電池の層構成としてはpin型が効率が高いもの
として採用されている。[0005] The above-mentioned amorphous semiconductor is manufactured by a normal thin film manufacturing process, and industrially, a plasma CVD method is used in which raw material gas is decomposed with plasma generated by a high-frequency power source and deposited on a substrate. is used effectively. For example, amorphous silicon is produced by decomposing and depositing SiH4 gas. When producing a semiconductor with n-type valence electrons controlled, SiH4 is
When mixing with a gas and decomposing it to produce a p-type semiconductor with valence electrons controlled, B2 H6 gas containing boron, etc. from Group III of the periodic table as a constituent atom, is mixed with SiH4 gas.
It is made by mixing with gas and decomposing it. Furthermore, a pin type solar cell layer structure has been adopted because it has high efficiency.
【0006】上記非晶質半導体を用いた太陽電池は、電
力用素子として応用する際には光電変換効率、信頼性に
関して更に改良が望まれており、光電変換効率の向上の
手段としては、例えば、バンドギャップを狭くして長波
長の光に対する感度を増加することが行われている。即
ち、非晶質シリコンは、バンドギャップが約1.7eV
位であるため700ナノメーター以上の長波長の光は吸
収できず、有効に利用できないため、長波長光に感度の
あるバンドギャップが狭い材料を用いることが検討され
ている。この様な材料としては成膜時のシリコン原料ガ
スとゲルマニューム原料ガスの比を変えることで容易に
バンドギャップを1.3eV位から1.7eV位まで任
意に変化できる非晶質シリコンゲルマニュームが挙げら
れる。When a solar cell using the above amorphous semiconductor is applied as a power device, it is desired to further improve the photoelectric conversion efficiency and reliability, and as a means for improving the photoelectric conversion efficiency, for example, Efforts have been made to narrow the bandgap and increase sensitivity to long wavelength light. That is, amorphous silicon has a band gap of approximately 1.7 eV.
Since the wavelength of light of 700 nanometers or more cannot be absorbed and effectively utilized, the use of materials with narrow band gaps that are sensitive to long wavelength light is being considered. An example of such a material is amorphous silicon germanium, whose band gap can be easily changed from about 1.3 eV to about 1.7 eV by changing the ratio of silicon source gas and germanium source gas during film formation. .
【0007】また、太陽電池の変換効率を向上させる他
の方法として単位素子構造の太陽電池を複数積層するい
わゆるタンデムセルを用いることが米国特許2,949
,498 号明細書に開示されている。このタンデムセ
ルにはp−n接合結晶半導体が用いられたがその思想は
非晶質あるいは結晶質いずれにも共通するものであり、
太陽光スペクトルを、異なるバンドギャップの光起電力
素子により効率よく吸収させ、Vocを増大させる事に
より発電効率を向上させるものであった。タンデムセル
は、異なるバンドギャップの素子を積層し太陽光線のス
ペクトルの各部分を効率よく吸収することにより変換効
率を向上させるものであり、積層する素子の光入射側に
位置するいわゆるトップ層のバンドギャップよりも該ト
ップ層の下に位置するいわゆるボトム層のバンドギャッ
プが狭くなる様に設計される。これに対して浜川らは同
じバンドギャップの非晶質シリコンを光起電力素子間に
絶縁層を持たない形で多重積層し素子全体のVocを増
加させるいわゆるカスケード型電池を報告している。こ
の方法は同じバンドギャップの非晶質シリコン材料から
作られる単位素子を積層する方法である。非晶質シリコ
ンゲルマニュームはバンドギャップが狭く長波長の光に
対し感度が優れているため上述したタンデムセルのボト
ム層として好適な材料として用いられる。[0007] Another method for improving the conversion efficiency of solar cells is to use so-called tandem cells in which a plurality of solar cells with a unit element structure are stacked, as disclosed in US Pat. No. 2,949.
, No. 498. A p-n junction crystal semiconductor was used in this tandem cell, but the idea is common to both amorphous and crystalline semiconductors.
The solar spectrum was efficiently absorbed by photovoltaic elements with different band gaps, and power generation efficiency was improved by increasing Voc. Tandem cells improve conversion efficiency by stacking elements with different band gaps and efficiently absorbing each part of the spectrum of sunlight. The band gap of the so-called bottom layer located below the top layer is designed to be narrower than the gap. On the other hand, Hamakawa et al. have reported a so-called cascade type battery in which amorphous silicon having the same bandgap is laminated in multiple layers without an insulating layer between photovoltaic elements to increase the Voc of the entire element. This method is a method of stacking unit elements made of amorphous silicon materials with the same bandgap. Amorphous silicon germanium has a narrow band gap and excellent sensitivity to long wavelength light, so it is used as a suitable material for the bottom layer of the tandem cell mentioned above.
【0008】ところで太陽電池特性を向上させるために
は、太陽光を有効に吸収してキャリヤを発生させ、該発
生したキャリヤを再結合させることなく収集することが
必要となる。この点を以下に詳しく述べる。前記非晶質
半導体を太陽電池として用いる場合には、p型半導体、
i型半導体、n型半導体を積層した構造とするのが一般
的であるが、この様な構造の場合、光はp型半導体また
はn型半導体のいずれか一方から入射し、i型半導体で
光キャリヤを生成し、生成した自由電子及び自由正孔を
内部電界によってそれぞれn型半導体側及びp型半導体
側に収集する。この様な機構からキャリヤのモビリティ
の劣る自由正孔のドリフト距離が短い方がキャリヤの収
集に有利であるため、p層から光入射させることが一般
的に行われている。In order to improve the solar cell characteristics, it is necessary to effectively absorb sunlight to generate carriers and collect the generated carriers without recombining them. This point will be discussed in detail below. When the amorphous semiconductor is used as a solar cell, a p-type semiconductor,
It is common to have a structure in which an i-type semiconductor and an n-type semiconductor are stacked, but in such a structure, light enters from either the p-type semiconductor or the n-type semiconductor, and the i-type semiconductor emits the light. Carriers are generated, and the generated free electrons and free holes are collected on the n-type semiconductor side and the p-type semiconductor side, respectively, by an internal electric field. Because of this mechanism, it is advantageous to collect carriers if the drift distance of free holes, which have poor carrier mobility, is short, so light is generally introduced from the p-layer.
【0009】ところで、p層は内部電界を発生させるが
、光キャリヤの生成には寄与しないデッドレイヤーであ
るため、出来るだけ光の吸収が少なく入射光がi層に効
率的に届き、所謂窓層として機能することが望ましい。
SiH4 ガスにB2 H6 ガスを混合して作製する
p型シリコンはB元素のため吸収係数が大きくなってし
まい窓層として適さないことが知られている。この様な
窓層の材料として、例えば、米国特許4,600,80
1 号明細書に微結晶化したp層が好適なものとして開
示されている。前記開示された内容によれば、フッ素系
のガスを用いて、活性化エネルギーが0.05eV以下
、導電率がlohm−1・cm−1以上、バンドギャッ
プが2.0eV以上、550nmの波長に於ける吸収係
数が3×10−4cm−1以下となるような粒径50〜
100Åの微結晶p型シリコン合金層を窓層として用い
ることにより、良好な太陽電池特性が得られる。また、
米国特許4,109,271 号明細書には、窓層とし
てバンドギャップが2.2eVから3.2eVのa−S
iCを用いることにより吸収係数を小さくすることが開
示されている。By the way, the p-layer generates an internal electric field, but since it is a dead layer that does not contribute to the generation of optical carriers, it absorbs as little light as possible and allows incident light to efficiently reach the i-layer, forming the so-called window layer. It is desirable to function as a It is known that p-type silicon, which is produced by mixing SiH4 gas and B2 H6 gas, has a large absorption coefficient because of the B element and is not suitable as a window layer. As a material for such a window layer, for example, U.S. Patent No. 4,600,80
No. 1 discloses that a microcrystalline p-layer is suitable. According to the disclosed content, using a fluorine-based gas, the activation energy is 0.05 eV or less, the conductivity is lohm-1 cm-1 or more, the band gap is 2.0 eV or more, and the wavelength is 550 nm. Particle size of 50~ so that the absorption coefficient is 3 x 10-4 cm-1 or less
By using a 100 Å microcrystalline p-type silicon alloy layer as a window layer, good solar cell characteristics can be obtained. Also,
US Pat. No. 4,109,271 discloses that a-S with a band gap of 2.2 eV to 3.2 eV is used as a window layer.
It has been disclosed that the absorption coefficient can be reduced by using iC.
【0010】0010
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら前記微
結晶p層やa−SiCのp層を非晶質太陽電池の窓層に
用いた場合、微結晶を作製する条件は高いプラズマパワ
ーが必要であるため、場合によっては下地のi層にドー
パントが拡散してしまうことや、非晶質のi層の上に微
結晶のp層を作製することが難しいことなどが問題とな
っている。また、微結晶p層及びa−SiCのp層は非
晶質i層とは格子定数やバンドギャップが異なることか
ら接合部分に於いて欠陥が生じやすいという問題がある
。このため前記微結晶p層やa−SiCのp層は窓層と
して本来、極めて良好な特性を有しているものの、太陽
電池を作製した場合には、更に改良の余地が残されてい
る。この様な半導体界面に於ける準位の低減については
例えば、a−SiCのp層とi層との界面にイントリン
ジックなa−SiC層を設け所謂バッファ層とすること
が開示されている。しかしながら、微結晶p層とi層と
のバッファ層については提案されていなかった。[Problems to be solved by the invention] However, when the above-mentioned microcrystalline p-layer or a-SiC p-layer is used as the window layer of an amorphous solar cell, the conditions for producing microcrystals require high plasma power. Therefore, in some cases, dopants may diffuse into the underlying i-layer, and it is difficult to form a microcrystalline p-layer on an amorphous i-layer. Furthermore, since the microcrystalline p-layer and the a-SiC p-layer have different lattice constants and band gaps from the amorphous i-layer, there is a problem in that defects are likely to occur at the junction. Therefore, although the microcrystalline p-layer and the a-SiC p-layer originally have extremely good characteristics as a window layer, there remains room for further improvement when producing solar cells. Regarding the reduction of the level at the semiconductor interface, for example, it has been disclosed that an intrinsic a-SiC layer is provided at the interface between the p layer and the i layer of a-SiC to serve as a so-called buffer layer. . However, no proposal has been made regarding a buffer layer between a microcrystalline p-layer and an i-layer.
【0011】本発明の目的は、上述した問題点を解決し
、光電変換効率の高い太陽電池を提供することである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a solar cell with high photoelectric conversion efficiency.
【0012】0012
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題点を克服し、変換効率の高い太陽電池を鋭意検討し
た結果、pin型太陽電池のpi界面のi層を微結晶と
することで良好な太陽電池特性が得られると言う知見を
得て、この知見に基いて更なる研究を行ない、光起電力
素子に適用し、完成するに至ったものである。即ち、そ
の骨子は、i型層のうち少なくともp型層に接する部分
が微結晶からなることを特徴とするpin型光起電力素
子にある。ここで、前記i型層は例えばシリコンまたは
シリコン合金からなり、前記微結晶からなる層の膜厚は
例えば50Åから150Åである。[Means for Solving the Problems] As a result of intensive studies to overcome the above-mentioned problems and create a solar cell with high conversion efficiency, the present inventors have made the i-layer at the pi interface of a pin type solar cell microcrystalline. Based on this knowledge, they conducted further research and applied it to a photovoltaic device, which led to their completion. That is, the gist thereof is a pin-type photovoltaic element characterized in that at least a portion of the i-type layer that is in contact with the p-type layer is made of microcrystals. Here, the i-type layer is made of, for example, silicon or a silicon alloy, and the thickness of the layer made of microcrystals is, for example, from 50 Å to 150 Å.
【0013】以下に、図を用いて本発明について詳細に
説明するが、本発明の光起電力素子はこれにより何ら限
定されるものではない。The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings, but the photovoltaic device of the present invention is not limited thereto.
【0014】図5は、参考のために従来のpin型太陽
電池の典型的な例を示すものであり、図に於いて200
は太陽電池本体、201は基板、202は下部電極、2
03はn型半導体層、204はi型半導体層、205は
p型半導体層、206は上部電極、207は集電電極を
表す。FIG. 5 shows a typical example of a conventional pin type solar cell for reference.
is the solar cell main body, 201 is the substrate, 202 is the lower electrode, 2
03 represents an n-type semiconductor layer, 204 represents an i-type semiconductor layer, 205 represents a p-type semiconductor layer, 206 represents an upper electrode, and 207 represents a current collecting electrode.
【0015】図1〜図4は、本発明によるpin型光起
電力素子の構成例を模式的に表わしたものである。図1
は光が図の上部から入射する構造の太陽電池であり、図
に於いて100は太陽電池本体、101は基板、102
は下部電極、103はn型半導体層、104はi型半導
体層、105は微結晶のi型半導体層、106はp型半
導体層、107は上部電極、108は集電電極を表す。
図2は基板101が透明であり、光が図の下部から入射
する構造の太陽電池を示す。図3は図1の単位素子を2
層積層した構造の太陽電池であり、図に於いて111お
よび112は太陽電池の単位素子を表わし、113はn
型半導体層、114はi型半導体層、115は微結晶の
i型半導体層、116はp型半導体層を表わす。図4は
図1の単位素子を3層積層した構造の太陽電池であり、
図に於いて120、121および122は太陽電池の単
位素子を表わし、123はn型半導体層、124はi型
半導体層、125は微結晶のi型半導体層、126はp
型半導体層を表わす。なお、いずれの光起電力素子に於
いても各単位素子のn型半導体層とp型半導体層とは目
的に応じて各層の積層順を入れかえて使用することもで
きる。以下、これらの光起電力素子の構成について、図
1を例にとり説明する。FIGS. 1 to 4 schematically show examples of the configuration of a pin-type photovoltaic device according to the present invention. Figure 1
is a solar cell with a structure in which light enters from the top of the figure, and in the figure, 100 is the solar cell body, 101 is the substrate, and 102
103 is an n-type semiconductor layer, 104 is an i-type semiconductor layer, 105 is a microcrystalline i-type semiconductor layer, 106 is a p-type semiconductor layer, 107 is an upper electrode, and 108 is a current collecting electrode. FIG. 2 shows a solar cell in which the substrate 101 is transparent and light enters from the bottom of the figure. Figure 3 shows two unit elements in Figure 1.
The solar cell has a laminated structure, and in the figure, 111 and 112 represent unit elements of the solar cell, and 113 represents n.
114 is an i-type semiconductor layer, 115 is a microcrystalline i-type semiconductor layer, and 116 is a p-type semiconductor layer. FIG. 4 shows a solar cell with a structure in which the unit elements of FIG. 1 are stacked in three layers,
In the figure, 120, 121 and 122 represent unit elements of a solar cell, 123 is an n-type semiconductor layer, 124 is an i-type semiconductor layer, 125 is a microcrystalline i-type semiconductor layer, and 126 is a p-type semiconductor layer.
type semiconductor layer. In any photovoltaic element, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of each unit element can be used by changing the stacking order of each layer depending on the purpose. Hereinafter, the configuration of these photovoltaic elements will be explained using FIG. 1 as an example.
【0016】基板:半導体層103、104、105、
106は高々1μm程度の薄膜であるため適当な基板上
に堆積される。このような基板101としては、単結晶
質もしくは非単結晶質のものであってもよく、さらにそ
れらは導電性のものであっても、また電気絶縁性のもの
であってもよい。さらには、それらは透光性のものであ
っても、また非透光性のものであってもよいが、変形、
歪みが少なく、所望の強度を有するものであることが好
ましい。具体的にはFe,Ni,Cr,Al,Mo,A
u,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pb等の金属または
これらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及び
その複合体、及びポリエステル、ポリエチレン、ポリカ
ーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、
ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂
のフィルム又はシートまたはこれらとガラスファイバー
、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等
との複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の
表面に異種材質の金属薄膜及び/またはSiO2 ,S
i3 N4 ,Al2 O3 ,AlN等の絶縁性薄膜
をスパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティン
グ処理を行ったものおよび、ガラス、セラミックスなど
が挙げられる。Substrate: semiconductor layers 103, 104, 105,
Since the film 106 is a thin film of about 1 μm at most, it is deposited on a suitable substrate. Such a substrate 101 may be single crystal or non-single crystal, and may be electrically conductive or electrically insulating. Furthermore, they may be translucent or non-transparent;
It is preferable that the material has less distortion and desired strength. Specifically, Fe, Ni, Cr, Al, Mo, A
Metals such as u, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb or alloys thereof, such as thin plates such as brass and stainless steel, and composites thereof, and polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene,
polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene,
Films or sheets of heat-resistant synthetic resins such as polyamide, polyimide, epoxy, etc., or composites of these with glass fibers, carbon fibers, boron fibers, metal fibers, etc., and thin plates of these metals, resin sheets, etc. with different materials on the surface. metal thin film and/or SiO2,S
Examples include those obtained by surface coating an insulating thin film such as i3 N4, Al2 O3, AlN, etc. by sputtering, vapor deposition, plating, etc., as well as glass and ceramics.
【0017】前記基板を太陽電池用の基板として用いる
場合には、該基板が金属等の電気導電性である場合には
直接電流取り出し用の電極としても良いし、合成樹脂等
の電気絶縁性である場合には堆積膜の形成される側の表
面にAl,Ag,Pt,Au,Ni,Ti,Mo,W,
Fe,V,Cr,Cu,ステンレス,真鍮,ニクロム,
SnO2 ,In2 O3 ,ZnO,ITO等のいわ
ゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物(TCO
)を鍍金、蒸着、スパッタ等の方法であらかじめ表面処
理を行って電流取り出し用の電極を形成しておくことが
望ましい。When the above-mentioned substrate is used as a substrate for a solar cell, it may be used as an electrode for direct current extraction if the substrate is electrically conductive such as metal, or it may be made of electrically insulating material such as synthetic resin. In some cases, the surface on which the deposited film is formed is coated with Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo, W,
Fe, V, Cr, Cu, stainless steel, brass, nichrome,
So-called simple metals or alloys such as SnO2, In2O3, ZnO, ITO, etc., and transparent conductive oxides (TCO
) is preferably subjected to surface treatment in advance by a method such as plating, vapor deposition, or sputtering to form an electrode for current extraction.
【0018】勿論、前記基板が金属等の電気導電性のも
のであっても、長波長光の基板表面上での反射率を向上
させたり、基板材質と堆積膜との間での構成元素の相互
拡散を防止する等の目的で異種の金属層等を前記基板上
の堆積膜が形成される側に設けても良い。又、前記基板
が比較的透明であって、該基板の側から光入射を行う層
構成の太陽電池とする場合(図2の様な場合)には前記
透明導電性酸化物や金属薄膜等の導電性薄膜をあらかじ
め堆積形成しておくことが望ましい。Of course, even if the substrate is an electrically conductive material such as metal, it is possible to improve the reflectance of long wavelength light on the substrate surface, or to change the composition of constituent elements between the substrate material and the deposited film. For the purpose of preventing mutual diffusion, etc., a layer of different metals or the like may be provided on the side on which the deposited film is formed on the substrate. In addition, when the substrate is relatively transparent and the solar cell has a layered structure in which light enters from the side of the substrate (as shown in FIG. 2), the transparent conductive oxide, metal thin film, etc. It is desirable to deposit a conductive thin film in advance.
【0019】また、前記基板の表面性としてはいわゆる
平滑面であっても、微小の凹凸面であっても良い。微小
の凹凸面とする場合にはその凹凸形状は球状、円錐状、
角錐状等であって、且つその最大高さ(Rmax)が好
ましくは500Å乃至5000Åとすることにより、該
表面での光反射が乱反射となり、該表面での反射光の光
路長の増大をもたらす。基板の形状は、用途により平滑
表面或は凹凸表面の板状、長尺ベルト状、円筒状等であ
ることができ、その厚さは、所望通りの光起電力素子を
形成し得るように適宜決定するが、光起電力素子として
可撓性が要求される場合、または基板の側より光入射が
なされる場合には、基板としての機能が充分発揮される
範囲内で可能な限り薄くすることが出来る。しかしなが
ら、基板の製造上及び取扱い上、機械的強度等の点から
、通常は、10μm以上とされる。The surface of the substrate may be either a so-called smooth surface or a slightly uneven surface. When creating a surface with minute irregularities, the shape of the irregularities may be spherical, conical, or
By having a pyramidal shape or the like, and preferably having a maximum height (Rmax) of 500 Å to 5000 Å, light reflection on the surface becomes diffuse reflection, resulting in an increase in the optical path length of the reflected light on the surface. The shape of the substrate can be a flat plate with a smooth surface or an uneven surface, a long belt shape, a cylindrical shape, etc. depending on the purpose, and the thickness can be determined as appropriate so as to form the desired photovoltaic element. However, if flexibility is required as a photovoltaic element, or if light is incident from the side of the substrate, it should be made as thin as possible within the range that allows the substrate to fully function. I can do it. However, from the viewpoint of manufacturing and handling of the substrate, mechanical strength, etc., the thickness is usually set to 10 μm or more.
【0020】本発明の光起電力素子においては、当該素
子の構成形態により適宜の電極が選択使用される。それ
らの電極としては、下部電極、上部電極(透明電極)、
集電電極を挙げることができる。ただし、ここでいう上
部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、下部電
極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して設けられた
ものを示すこととする。これらの電極について以下に詳
しく説明する。In the photovoltaic device of the present invention, appropriate electrodes are selected and used depending on the configuration of the device. These electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode),
Examples include current collecting electrodes. However, the upper electrode here refers to one provided on the light incident side, and the lower electrode refers to one provided opposite to the upper electrode with the semiconductor layer in between. These electrodes will be explained in detail below.
【0021】下部電極:本発明において用いられる下部
電極102は、図1、図3及び図4と図2とで、その設
置される場所が異なる。即ち、図1、図3及び図4のよ
うな層構成の場合には基板101とn型半導体層102
との間に設けられる。特に、基板101として電気絶縁
性のものを用いる場合には、電流取り出し用の電極とし
て、基板101とn型半導体層103との間に下部電極
102が設けられる。しかし、基板101が導電性であ
る場合には、該基板が下部電極を兼ねることができる。
ただし、基板101が導電性であってもシート抵抗値が
高い場合には、電流取り出し用の低抵抗の電極として、
あるいは基板面での反射率を高め入射光の有効利用を図
る目的で電極102を設置してもよい。一方、図2の層
構成の場合には透光性の基板101が用いられており、
基板101の側から光が入射されるので、電流取り出し
及び当該電極での光反射用の目的で、下部電極102が
基板101と対向して半導体層を挟んで設けられている
。Lower electrode: The lower electrode 102 used in the present invention is installed at a different location between FIGS. 1, 3 and 4 and FIG. 2. That is, in the case of a layer structure as shown in FIGS. 1, 3, and 4, the substrate 101 and the n-type semiconductor layer 102
established between. In particular, when an electrically insulating substrate is used as the substrate 101, a lower electrode 102 is provided between the substrate 101 and the n-type semiconductor layer 103 as an electrode for taking out current. However, if the substrate 101 is conductive, it can also serve as the lower electrode. However, even if the substrate 101 is conductive, if the sheet resistance value is high, it can be used as a low resistance electrode for current extraction.
Alternatively, the electrode 102 may be provided for the purpose of increasing the reflectance on the substrate surface and making effective use of the incident light. On the other hand, in the case of the layer structure shown in FIG. 2, a transparent substrate 101 is used.
Since light is incident from the substrate 101 side, a lower electrode 102 is provided facing the substrate 101 with a semiconductor layer in between for the purpose of extracting current and reflecting light at the electrode.
【0022】電極材料としては、Ag,Au,Pt,N
i,Cr,Cu,Al,Ti,Zn,Mo,W等の金属
又はこれらの合金が挙げられ、これ等の金属の薄膜を真
空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等で形成する
。また、形成された金属薄膜は光起電力素子の出力に対
して抵抗成分とならぬように配慮されねばならず、シー
ト抵抗値として好ましくは50Ω以下、より好ましくは
10Ω以下であることが望ましい。[0022] As the electrode material, Ag, Au, Pt, N
Examples include metals such as i, Cr, Cu, Al, Ti, Zn, Mo, and W, or alloys thereof, and thin films of these metals are formed by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, or the like. Further, care must be taken so that the formed metal thin film does not become a resistance component with respect to the output of the photovoltaic element, and it is desirable that the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.
【0023】下部電極102とn型半導体層103との
間に、図中には示されていないが、導電性酸化亜鉛等の
拡散防止層を設けても良い。該拡散防止層の効果として
は下部電極102を構成する金属元素がn型半導体層中
へ拡散するのを防止するのみならず、若干の抵抗値をも
たせることで半導体層を挟んで設けられた下部電極10
2と上部電極107との間にピンホール等の欠陥で発生
するショートを防止すること、及び薄膜による多重干渉
を発生させ入射された光を光起電力素子内に閉じ込める
等の効果を挙げることができる。Although not shown in the figure, a diffusion prevention layer such as conductive zinc oxide may be provided between the lower electrode 102 and the n-type semiconductor layer 103. The effect of the diffusion prevention layer is not only to prevent the metal element constituting the lower electrode 102 from diffusing into the n-type semiconductor layer, but also to provide a slight resistance value to the lower part provided across the semiconductor layer. Electrode 10
2 and the upper electrode 107 due to defects such as pinholes, and generate multiple interference due to the thin film to confine incident light within the photovoltaic element. can.
【0024】上部電極(透明電極):本発明において用
いられる上部電極107としては太陽や白色蛍光灯等か
らの光を半導体層内に効率良く吸収させるために光の透
過率が85%以上であることが望ましく、さらに、電気
的には光起電力素子の出力に対して抵抗成分とならぬよ
うにシート抵抗値は100Ω以下であることが望ましい
。このような特性を備えた材料としてSnO2 ,In
2 O3 ,ZnO,CdO,CdSnO4 ,ITO
(In2 O3 +SnO2 )などの金属酸化物や、
Au,Al,Cu等の金属を極めて薄く半透明状に成膜
した金属薄膜等が挙げられる。透明電極は図1、図3及
び図4においてはp型半導体層106,116,126
の上に積層され、図2においては基板101の上に積層
され、それらに応じて互いの密着性の良いものを選ぶこ
とが必要である。これらの作製方法としては、抵抗加熱
蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタリング法、ス
プレー法等を用いることができ所望に応じて適宜選択さ
れる。Upper electrode (transparent electrode): The upper electrode 107 used in the present invention has a light transmittance of 85% or more in order to efficiently absorb light from the sun, a white fluorescent lamp, etc. into the semiconductor layer. Further, it is desirable that the sheet resistance value be 100Ω or less so as not to become a resistance component to the output of the photovoltaic element electrically. Materials with such characteristics include SnO2 and In
2O3, ZnO, CdO, CdSnO4, ITO
Metal oxides such as (In2 O3 + SnO2),
Examples include metal thin films made of extremely thin, translucent metals such as Au, Al, and Cu. The transparent electrodes are p-type semiconductor layers 106, 116, 126 in FIGS. 1, 3, and 4.
In FIG. 2, it is laminated on the substrate 101, and it is necessary to select materials with good adhesion to each other depending on the above. As a method for producing these, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, etc. can be used, and the method is appropriately selected depending on the need.
【0025】集電電極:本発明において用いられる集電
電極108は、上部電極107の表面抵抗値を低減させ
る目的で上部電極107上に設けられる。電極材料とし
てはAg,Cr,Ni,Al,Ag,Au,Ti,Pt
,Cu,Mo,W等の金属またはこれらの合金の薄膜が
挙げられる。これらの薄膜は積層させて用いることがで
きる。また、半導体層への入射光量が十分に確保される
よう、その形状及び面積が適宜設計される。たとえば、
その形状は光起電力素子の受光面に対して一様に広がり
、且つ受光面積に対してその面積は好ましくは15%以
下、より好ましくは10%以下であることが望ましい。
また、シート抵抗値としては、好ましくは50Ω以下、
より好ましくは10Ω以下であることが望ましい。Current collector electrode: The current collector electrode 108 used in the present invention is provided on the upper electrode 107 for the purpose of reducing the surface resistance value of the upper electrode 107. Electrode materials include Ag, Cr, Ni, Al, Ag, Au, Ti, and Pt.
, Cu, Mo, W, or an alloy thereof. These thin films can be used in a stacked manner. Further, the shape and area of the semiconductor layer are appropriately designed so that a sufficient amount of light enters the semiconductor layer. for example,
It is desirable that the shape spreads uniformly over the light-receiving surface of the photovoltaic element, and that its area is preferably 15% or less, more preferably 10% or less of the light-receiving area. In addition, the sheet resistance value is preferably 50Ω or less,
More preferably, it is 10Ω or less.
【0026】半導体層103,104,105,106
は通常の薄膜作製プロセスに依って作製されるもので、
蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマCVD法、マイク
ロ波プラズマCVD法、ECR法、熱CVD法、LPC
VD法等公知の方法を所望に応じて用いることにより作
製できる。工業的には、原料ガスをプラズマで分解し、
基板状に堆積させるプラズマCVD法が好ましく用いら
れる。また、反応装置としては、バッチ式の装置や連続
成膜装置などが所望に応じて使用できる。価電子制御さ
れた半導体を作製する場合は、リン、ボロン等を構成原
料として含むPH3 ,B2 H6 ガス等を同時に分
解することにより行なわれる。[0026] Semiconductor layers 103, 104, 105, 106
is manufactured using a normal thin film manufacturing process,
Vapor deposition method, sputtering method, high frequency plasma CVD method, microwave plasma CVD method, ECR method, thermal CVD method, LPC
It can be produced by using a known method such as the VD method as desired. Industrially, raw material gas is decomposed with plasma,
A plasma CVD method for depositing on a substrate is preferably used. Further, as the reaction apparatus, a batch type apparatus, a continuous film forming apparatus, etc. can be used as desired. When producing a semiconductor with controlled valence electrons, it is carried out by simultaneously decomposing PH3, B2 H6 gases, etc. containing phosphorus, boron, etc. as constituent raw materials.
【0027】i型半導体層:本光起電力素子において好
適に用いられるi型半導体層104を構成する半導体材
料としては、a−Si:H、a−Si:F、a−Si:
H:F、a−SiGe:H、a−SiGe:F、a−S
iGe:H:F,a−SiC:H、a−SiC:F、a
−SiC:H:F等のいわゆるIV族及びIV族合金系
半導体材料が挙げられる。I-type semiconductor layer: Semiconductor materials constituting the i-type semiconductor layer 104 suitably used in this photovoltaic device include a-Si:H, a-Si:F, a-Si:
H:F, a-SiGe:H, a-SiGe:F, a-S
iGe:H:F,a-SiC:H,a-SiC:F,a
Examples include so-called group IV and group IV alloy semiconductor materials such as -SiC:H:F.
【0028】これらの材料をCVD法で作製する場合の
原料ガスとしては、シリコン元素を含む化合物として鎖
状または環状シラン化合物が用いられ、具体的には、例
えば、SiH4 ,SiF4 ,(SiF2 )5 ,
(SiF2 )6 ,(SiF2 )4 ,Si2 F
6 ,Si3 F8 ,SiHF3 ,SiH2 F2
,Si2 H2 F4 ,Si2 H3 F3 ,S
iCl4 ,(SiCl2 )5 ,SiBr4 ,(
SiBr2 )5 ,SiCl6 ,SiHCl3 ,
SiHBr2 ,SiH2Cl2 ,SiCl3 F3
などのガス状態のまたは容易にガス化し得るものが挙
げられる。When these materials are produced by the CVD method, a chain or cyclic silane compound is used as a compound containing the silicon element, and specifically, for example, SiH4, SiF4, (SiF2)5, etc. ,
(SiF2)6, (SiF2)4, Si2F
6, Si3 F8, SiHF3, SiH2 F2
, Si2 H2 F4 , Si2 H3 F3 , S
iCl4, (SiCl2)5, SiBr4, (
SiBr2)5, SiCl6, SiHCl3,
SiHBr2, SiH2Cl2, SiCl3 F3
Examples include those in a gaseous state or those that can be easily gasified.
【0029】また、ゲルマニューム元素を含む化合物と
して、鎖状ゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニューム、
環状ゲルマン、またはハロゲン化ゲルマニューム、鎖状
または環状ゲルマニューム化合物及びアルキル基などを
有する有機ゲルマニューム化合物、具体的にはGeH4
,Ge2 H6 ,Ge2 H2 ,Ge3 H8
,n−Ge4 H10,t−Ge4 H10,GeH6
,Ge5 H10,GeH3 Cl,GeH2 F2
,Ge(CH3 )4 ,Ge(C2 H5 )4
,Ge(C6 H5 )4 ,Ge(CH3 )2 F
2 ,GeF4 などが挙げられる。[0029] Further, as a compound containing germanium element, chain germanium or halogenated germanium,
Cyclic germanium, halogenated germanium, chain or cyclic germanium compounds, and organic germanium compounds having an alkyl group, specifically GeH4
,Ge2 H6 ,Ge2 H2 ,Ge3 H8
, n-Ge4 H10, t-Ge4 H10, GeH6
,Ge5 H10,GeH3 Cl,GeH2 F2
,Ge(CH3)4,Ge(C2H5)4
,Ge(C6H5)4,Ge(CH3)2F
2, GeF4, etc.
【0030】さらに、炭素元素を含む化合物として、鎖
状炭化水素化合物または鎖状ハロゲン化炭化水素化合物
、環状炭化水素化合物または環状ハロゲン化炭化水素化
合物、具体的にはCH4 ,C2 H6 ,C3 H8
,n−C4 H10,t−C4 H10,C3 H6
,C5 H10,CH3 Cl,CH2 F2 ,C
(CH3 )4 ,C(C2 H5 )4,C(C6
H5 )4 ,C(CH3 )2 F2 ,CF4 な
どが挙げられる。Furthermore, as compounds containing carbon elements, chain hydrocarbon compounds, chain halogenated hydrocarbon compounds, cyclic hydrocarbon compounds or cyclic halogenated hydrocarbon compounds, specifically CH4, C2 H6, C3 H8
,n-C4 H10,t-C4 H10,C3 H6
,C5 H10,CH3Cl,CH2F2,C
(CH3)4,C(C2H5)4,C(C6
Examples include H5)4, C(CH3)2F2, CF4, and the like.
【0031】微結晶i型半導体層:本発明に於いて用い
られる微結晶のi型半導体層105は上述した非晶質の
i型半導体と同様の構成元素を用いて作製され、原料ガ
スについても上記の非晶質i型半導体層を作製する場合
に用いられるガスが好適に使用される。これらの原料ガ
スに対して、H2 ガスによる希釈やパワー条件の調整
などを行うことで通常、粒径が100Å程度の微結晶が
得られる。結晶性については、反射型高速電子回析(R
HEED)、ラマンスペクトル、透過型電子顕微鏡等を
用いて測定される。Microcrystalline i-type semiconductor layer: The microcrystalline i-type semiconductor layer 105 used in the present invention is manufactured using the same constituent elements as the above-mentioned amorphous i-type semiconductor, and the raw material gas is also The gas used in producing the above-mentioned amorphous i-type semiconductor layer is preferably used. Microcrystals with a particle size of about 100 Å can usually be obtained by diluting these raw material gases with H2 gas and adjusting power conditions. Regarding crystallinity, reflection high-speed electron diffraction (R
HEED), Raman spectrum, transmission electron microscope, etc.
【0032】p型半導体層及びn型半導体層:本光起電
力素子において好適に用いられるp型半導体層106ま
たはn型半導体層103を構成する半導体材料としては
、前述したi型半導体層104を構成する半導体材料に
価電子制御剤をドーピングすることによって得られる。
作製方法は、前述したi型半導体層104の作製方法と
同様の方法が好適に利用できる。また原料としては、周
期律表第IV族堆積膜を得る場合、p型半導体を得るた
めの価電子制御剤としては周期律表第III 族の元素
を含む化合物が用いられる。第III 族の元素として
は、B,Al,Ga,Inが挙げられる。第III 族
元素を含む化合物としては、具体的には、BF3 ,B
2 H6 ,B4 H10,B5 H9 ,B5 H1
1,B6 H10,B(CH3 )3 ,B(C2 H
5 )3 ,B6 H12,Al(CH3 )2 Cl
,Al(CH3 )3 ,Al(OCH3 )2 Cl
,Al(CH3 )Cl2 ,Al(C2 H5 )3
,Al(OC2 H5 )3 ,Al(CH3 )3
Cl3 ,Al(i−C4 H9 )5 ,Al(C
3 H7 )3 ,Al(OC4 H9 )3 ,Ga
(OCH3 )3 ,Ga(OC2 H5 )3 ,G
a(OC3 H7 )3 ,Ga(CH3 )3 ,G
a2 H6 ,GaH(C2 H5 )2 ,Ga(O
C2 H5 )(C2 H5 )2 ,In(CH3
)3 ,In(C3 H7 )3 ,In(C4 H9
)3 等が挙げられる。P-type semiconductor layer and n-type semiconductor layer: Semiconductor materials constituting the p-type semiconductor layer 106 or the n-type semiconductor layer 103 suitably used in the present photovoltaic device include the i-type semiconductor layer 104 described above. It is obtained by doping the constituent semiconductor material with a valence electron control agent. As a manufacturing method, a method similar to the method for manufacturing the i-type semiconductor layer 104 described above can be suitably used. Further, as raw materials, when obtaining a deposited film of Group IV of the periodic table, a compound containing an element of Group III of the periodic table is used as a valence electron control agent for obtaining a p-type semiconductor. Group III elements include B, Al, Ga, and In. Specifically, compounds containing Group III elements include BF3, B
2 H6 , B4 H10, B5 H9 , B5 H1
1,B6 H10,B(CH3)3,B(C2H
5)3,B6 H12,Al(CH3)2Cl
,Al(CH3)3,Al(OCH3)2Cl
, Al(CH3)Cl2, Al(C2H5)3
, Al(OC2 H5 )3 , Al(CH3 )3
Cl3, Al(i-C4 H9)5, Al(C
3H7)3,Al(OC4H9)3,Ga
(OCH3)3,Ga(OC2H5)3,G
a(OC3H7)3,Ga(CH3)3,G
a2 H6 , GaH(C2 H5 )2 , Ga(O
C2 H5 )(C2 H5 )2 ,In(CH3
)3 , In(C3 H7 )3 , In(C4 H9
)3 etc.
【0033】n型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第V族の元素を含む化合物が用いられる。
第V族の元素としては、P、N、As、Sbが挙げられ
る。第V族の元素を含む化合物としては、具体的には、
NH3 HN3 ,N2 H5 N3 ,N2 H4
,NH4 N3 ,PH3 ,P(OCH3 )3 ,
P(OC2 H5 )3 ,P(C3 H7 )3 ,
P(OC4 H9 )3 ,P(CH3 )3 ,P(
C2 H5 )3 ,P(C3 H7 )3 ,P(C
4 H9 )3 ,P(OCH3 )3 ,P(OC2
H5)3 ,P(OC3 H7 )3 ,P(OC4
H9 )3 ,P(SCN)3 ,P2 H4 ,P
H3 ,AsH3 ,AsH3 ,As(OCH3 )
3 ,As(OC2 H5 )3 ,As(OC3 H
7 )3 ,As(OC4 H9 )3 ,As(CH
3 )3 ,As(C2 H5 )3 ,As(C6
H5 )3 ,SbH3 ,Sb(OCH3 )3 ,
Sb(OC2 H5 )3 ,Sb(OC3 H7 )
3 ,Sb(OC4 H9 )3 ,Sb(CH3 )
3 ,Sb(C3 H7 )3,Sb(C4 H9 )
3 等が挙げられる。A compound containing an element of Group V of the periodic table is used as a valence electron control agent for obtaining an n-type semiconductor. Group V elements include P, N, As, and Sb. Specifically, compounds containing Group V elements include:
NH3 HN3 , N2 H5 N3 , N2 H4
, NH4 N3 , PH3 , P(OCH3 )3 ,
P(OC2 H5 )3 , P(C3 H7 )3 ,
P(OC4 H9 )3 , P(CH3 )3 , P(
C2 H5 )3 , P(C3 H7 )3 , P(C
4 H9 )3 , P(OCH3 )3 , P(OC2
H5)3, P(OC3 H7)3, P(OC4
H9 )3 , P(SCN)3 , P2 H4 , P
H3, AsH3, AsH3, As(OCH3)
3,As(OC2H5)3,As(OC3H
7 )3 , As(OC4 H9 )3 , As(CH
3)3, As(C2 H5)3, As(C6
H5)3, SbH3, Sb(OCH3)3,
Sb(OC2 H5)3, Sb(OC3 H7)
3,Sb(OC4H9)3,Sb(CH3)
3,Sb(C3H7)3,Sb(C4H9)
3 etc. can be mentioned.
【0034】もちろん、これらの原料ガスは1種であっ
ても良いが、2種またはそれ以上を併用してもよい。Of course, these source gases may be used alone or in combination of two or more.
【0035】また、上述した半導体層を作製する原料ガ
スには、所望に応じてH2 ガス、Arガス、Heガス
等の不活性ガスを添加してもよい。前記した原料物質が
常温、常圧下で気体状態である場合にはマスフローコン
トローラー(以下MFC)等によって成膜空間への導入
量を制御し、液体状態である場合には、Ar,He等の
希ガスまたは水素ガスをキャリアーガスとして、必要に
応じ温度制御が可能なバブラーを用いてガス化し、また
固体状態である場合には、Ar,He等の希ガスまたは
水素ガスをキャリアーガスとして加熱昇華炉を用いてガ
ス化して、主にキャリアーガス流量と炉温度により導入
量を制御する。[0035] Furthermore, an inert gas such as H2 gas, Ar gas, He gas, etc. may be added to the raw material gas for producing the above-mentioned semiconductor layer, as desired. When the above-mentioned raw material is in a gaseous state at room temperature and normal pressure, the amount introduced into the film forming space is controlled by a mass flow controller (hereinafter referred to as MFC), and when it is in a liquid state, a rare gas such as Ar or He is used. Gas or hydrogen gas is used as a carrier gas, and if necessary, it is gasified using a bubbler that can control the temperature. If it is in a solid state, it is heated in a sublimation furnace using a rare gas such as Ar or He or hydrogen gas as a carrier gas. The amount of gas introduced is controlled mainly by the carrier gas flow rate and furnace temperature.
【0036】以下に本発明の実施例を示すが本発明は以
下の実施例で限定されるものではない。Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to the following examples.
【0037】[0037]
【実施例】実施例1:図6に示す公知のRF放電プラズ
マCVD成膜装置を用いて以下のようにして図1に示す
本発明のpin型太陽電池を作製した。図6に於て40
0は反応チャンバー、401は基板、402はアノード
電極、403はカソード電極、404は基板加熱用ヒー
ター、405は接地用端子、406はマッチングボック
ス、407は周波数13.56MHzのRF電源、40
8は排気管、409は排気ポンプ、410は成膜ガス導
入管、420、430、440、450、460、47
0、480、422、432、442、452、462
、472、482はバルブ、421、431、441、
451、461、471、481はマスフローコントロ
ーラーを示す。[Example] Example 1: A pin type solar cell of the present invention shown in FIG. 1 was fabricated in the following manner using a known RF discharge plasma CVD film forming apparatus shown in FIG. 40 in Figure 6
0 is a reaction chamber, 401 is a substrate, 402 is an anode electrode, 403 is a cathode electrode, 404 is a heater for heating the substrate, 405 is a ground terminal, 406 is a matching box, 407 is an RF power source with a frequency of 13.56 MHz, 40
8 is an exhaust pipe, 409 is an exhaust pump, 410 is a deposition gas introduction pipe, 420, 430, 440, 450, 460, 47
0, 480, 422, 432, 442, 452, 462
, 472, 482 are valves, 421, 431, 441,
451, 461, 471, 481 indicate mass flow controllers.
【0038】まず、表面を鏡面研磨し0.05μmRm
axとした5cm角の大きさのステンレス(SUS30
4)製基板101を不図示のスパッタ装置にいれ、該装
置内を10−7Torr以下に真空排気した後、Arガ
スを導入し、内圧を5mTorrとして200Wのパワ
ーでDCプラズマ放電を生起しAgのターゲットにより
スパッタを行い、基板101上に約5000ÅのAgを
堆積した。その後ターゲットをZnOに変えて内圧、パ
ワーとも同じ条件でDCプラズマ放電を生起しスパッタ
を行い、約5000ÅのZnOを堆積した。以上の工程
で下部電極102を作製した後、基板101を取り出し
、反応チャンバー400の中のカソードに取り付け、排
気ポンプ409により充分排気し、不図示のイオンゲー
ジで反応チャンバー400の中の真空度が10−6To
rrとなるようにした。次に基板加熱用ヒーター404
で基板401(図1の基板101に相当する)を300
℃に加熱した。基板温度が一定になった後、バルブ42
0、422を開け、マスフローコントローラー421の
流量を制御して不図示のSiH4 ガスボンベからSi
H4 ガス10sccmをガス導入管410を介して反
応チャンバー400の中に導入した。同様にしてバルブ
440、442を開けマスフローコントローラー441
の流量を制御してH2 ガスを300sccm供給し、
バルブ450、452を開け、マスフローコントローラ
ー451の流量を制御してH2 ガスで5%に希釈され
たPH3 ガスを10sccm導入した。反応チャンバ
ー400の内圧が1.5Torrになるように不図示の
圧力コントローラーを調整した後、マッチングボックス
406を介してRF電源407から10Wのパワーを投
入し、プラズマ放電を3分間行いn型非晶質シリコン層
103を400Å堆積した。ガス供給をやめた後、反応
チャンバー400を再び真空に引き、反応チャンバー4
00の中の真空度を10−6Torr以下に排気した後
、バルブ420、422、440、442を開けてSi
H4 ガス10sccmとH2 ガス300sccmと
を反応チャンバー400に導入した。不図示の圧力コン
トローラーを用いて内圧を1.5Torrに保って、R
F電源407から20Wのパワーを投入し、プラズマ放
電を30分間行いイントリンジック層104を3000
Å堆積した。その後、放電を切らずにパワーを200W
に上げ更にH2 ガスの流量を500sccmに上げて
1分間の成膜を行い約30Åの膜厚の微結晶i層105
を堆積した。First, the surface was mirror polished to 0.05 μmRm.
5cm square size stainless steel (SUS30
4) Place the manufactured substrate 101 in a sputtering device (not shown), evacuate the inside of the device to 10 −7 Torr or less, introduce Ar gas, set the internal pressure to 5 mTorr, and generate DC plasma discharge with a power of 200 W to sputter Ag. Sputtering was performed using a target to deposit approximately 5000 Å of Ag on the substrate 101. Thereafter, the target was changed to ZnO, DC plasma discharge was generated under the same internal pressure and power conditions, and sputtering was performed to deposit ZnO with a thickness of about 5000 Å. After producing the lower electrode 102 through the above steps, the substrate 101 is taken out, attached to the cathode in the reaction chamber 400, sufficiently evacuated by the exhaust pump 409, and the degree of vacuum in the reaction chamber 400 is checked using an ion gauge (not shown). 10-6To
rr. Next, the substrate heating heater 404
The board 401 (corresponding to the board 101 in FIG. 1) is 300
heated to ℃. After the substrate temperature becomes constant, the valve 42
0 and 422 are opened, and the flow rate of the mass flow controller 421 is controlled to supply Si from a SiH4 gas cylinder (not shown).
10 sccm of H4 gas was introduced into the reaction chamber 400 via the gas introduction pipe 410. Similarly, valves 440 and 442 are opened and mass flow controller 441 is opened.
H2 gas was supplied at 300 sccm by controlling the flow rate of
The valves 450 and 452 were opened, and the flow rate of the mass flow controller 451 was controlled to introduce 10 sccm of PH3 gas diluted to 5% with H2 gas. After adjusting a pressure controller (not shown) so that the internal pressure of the reaction chamber 400 is 1.5 Torr, 10 W power is applied from the RF power source 407 via the matching box 406, plasma discharge is performed for 3 minutes, and n-type amorphous A silicon layer 103 having a thickness of 400 Å was deposited. After stopping the gas supply, the reaction chamber 400 is evacuated again, and the reaction chamber 4
After evacuating the vacuum inside 00 to below 10-6 Torr, open the valves 420, 422, 440, and 442 to remove the Si.
10 sccm of H4 gas and 300 sccm of H2 gas were introduced into the reaction chamber 400. Using a pressure controller (not shown) to maintain the internal pressure at 1.5 Torr, R
A power of 20 W is applied from the F power source 407, and plasma discharge is performed for 30 minutes to form the intrinsic layer 104 at 3,000 watts.
Å Deposited. After that, increase the power to 200W without cutting off the discharge.
Furthermore, the flow rate of H2 gas was increased to 500 sccm and film formation was performed for 1 minute to form a microcrystalline i-layer 105 with a thickness of about 30 Å.
was deposited.
【0039】この様にして堆積した微結晶i層105の
結晶性については以下の様にして評価した。前述の条件
で微結晶i層105のみをガラス基板上に約1000Å
の膜厚で堆積した試料を作製し、日本分光製NR−11
00を用いてラマンシフトを測定したところ500cm
−1から520cm−1付近に弱いピークが見られ、微
結晶化していることが確認された。またその粒径は、透
過型電子顕微鏡による観察で粒径20Åから100Åで
あることが分った。The crystallinity of the microcrystalline i-layer 105 thus deposited was evaluated as follows. Under the above conditions, only the microcrystalline i-layer 105 was deposited on the glass substrate with a thickness of about 1000 Å.
A sample was prepared with a film thickness of
When the Raman shift was measured using 00, it was 500 cm.
A weak peak was observed near −1 to 520 cm −1 , confirming microcrystalization. Further, the particle size was found to be from 20 Å to 100 Å by observation using a transmission electron microscope.
【0040】その後、RF電源407のパワーを0Wに
してプラズマ放電を止めてガス供給をやめた後、反応チ
ャンバー400の中の真空度を10−6Torr以下に
排気した後、バルブ420、422、440、442、
460、462を開けてSiH4 ガス10sccmと
H2 ガス500sccmとH2 ガスで5%に希釈し
たBF3 ガス10sccmとを反応チャンバー400
に導入した。続いてRF電源407から200Wのパワ
ーを投入しプラズマ放電を生起し、5分間成膜を行ない
p層106を100Å堆積した。尚、前述の条件でp層
106のみをガラス基板上に堆積した試料を透過型電子
顕微鏡およびラマンスペクトルにより観察したところ粒
径20Åから100Åの微結晶であることを確認した。
次に、基板101を反応チャンバー400から取り出し
、不図示の抵抗加熱の蒸着装置に入れて、該装置内を1
0−7Torr以下に真空排気した後、酸素ガスを導入
し、内圧を10−4Torrとした後、InとSnの合
金を抵抗加熱により蒸着し、反射防止効果を兼ねた機能
を有する透明導電膜(ITO膜)を700Å堆積し上部
電極107とした。蒸着終了後試料を取り出し不図示の
ドライエッチング装置により1cm×1cmの大きさの
サブセルに分離した後、別の蒸着装置に移し、電子ビー
ム蒸着法によりアルミニュームの集電電極108を形成
した。得られた太陽電池をNo.1−S1とした。After that, the power of the RF power source 407 is set to 0 W, plasma discharge is stopped, and gas supply is stopped. After the vacuum level in the reaction chamber 400 is evacuated to 10 -6 Torr or less, the valves 420 , 422 , 440 , 442,
460 and 462 were opened, and 10 sccm of SiH4 gas, 500 sccm of H2 gas, and 10 sccm of BF3 gas diluted to 5% with H2 gas were added to the reaction chamber 400.
It was introduced in Subsequently, a power of 200 W was applied from the RF power source 407 to generate plasma discharge, and film formation was performed for 5 minutes to deposit a p layer 106 of 100 Å. Note that when a sample in which only the p layer 106 was deposited on a glass substrate under the above-mentioned conditions was observed using a transmission electron microscope and a Raman spectrum, it was confirmed that the sample was microcrystals with a grain size of 20 Å to 100 Å. Next, the substrate 101 is taken out from the reaction chamber 400 and placed in a resistance heating vapor deposition apparatus (not shown), and the inside of the apparatus is heated for one hour.
After evacuation to 0-7 Torr or less, oxygen gas was introduced and the internal pressure was set to 10-4 Torr, an alloy of In and Sn was evaporated by resistance heating to form a transparent conductive film (which also has an antireflection effect). A 700 Å thick ITO film was deposited to form the upper electrode 107. After completion of the vapor deposition, the sample was taken out and separated into subcells of 1 cm x 1 cm in size using a dry etching device (not shown), then transferred to another vapor deposition device, and an aluminum current collecting electrode 108 was formed by electron beam evaporation. The obtained solar cell was No. 1-S1.
【0041】次に、微結晶i層105の膜厚を60Å,
100Å,150Å,200Å,400Åと変えた以外
は前記した方法と同様の手順で堆積した。得られた太陽
電池をそれぞれNo.1−S2,No.1−S3、No
.1−S4、No.1−S5、No.1−S6とした。
最後に微結晶i層105のない太陽電池(No.1−R
)を作製した。Next, the thickness of the microcrystalline i-layer 105 is set to 60 Å,
Deposition was carried out in the same manner as described above except that the thicknesses were changed to 100 Å, 150 Å, 200 Å, and 400 Å. The obtained solar cells were numbered respectively. 1-S2, No. 1-S3, No
.. 1-S4, No. 1-S5, No. 1-S6. Finally, a solar cell without microcrystalline i-layer 105 (No. 1-R
) was created.
【0042】これらの試料をソーラーシミュレータを用
いてAM−1.5の太陽光スペクトルの光を100mW
/cm2 の強度で照射し、電流電圧曲線を求めること
により太陽電池の初期特性を測定した。微結晶i層のな
い場合(試料No.1−R)の効率η0 により微結晶
i層がある場合の効率ηを規格化した値η/η0 を図
7に示した。この結果から、微結晶i層が約200Å以
下の膜厚である場合に、微結晶i層がないセルに比較し
て変換効率ηが向上することが判る。特に微結晶i層1
05の厚みが50Åから150Åの時に顕著な効果があ
ることが判る。また、図示していないが、変換効率向上
の原因は電流電圧曲線から開放電圧、フィルファクター
の向上によることが判った。These samples were exposed to 100 mW of light in the AM-1.5 solar spectrum using a solar simulator.
The initial characteristics of the solar cell were measured by irradiating the solar cell with an intensity of /cm2 and obtaining a current-voltage curve. FIG. 7 shows the value η/η0, which normalizes the efficiency η with the microcrystalline i-layer by the efficiency η0 without the microcrystalline i-layer (sample No. 1-R). This result shows that when the microcrystalline i-layer has a thickness of about 200 Å or less, the conversion efficiency η is improved compared to a cell without the microcrystalline i-layer. Especially microcrystalline i-layer 1
It can be seen that there is a significant effect when the thickness of 05 is from 50 Å to 150 Å. Although not shown, it was found from the current-voltage curve that the cause of the improvement in conversion efficiency was an improvement in open-circuit voltage and fill factor.
【0043】更に以上の試料の中で微結晶i層105が
無い試料No.1−Rと微結晶i層105の膜厚が10
0Åの試料No.1−S3とをCAMECA社製SIM
S分析装置(IMS−3F)を用いてB元素のデプスプ
ロファイルを分析し、p層ドーパント剤であるB元素の
i層104への拡散について比較を行った。結果は、図
8に示すように100Åの微結晶i層105がある場合
にはB元素のi層104への拡散が少なくなっているこ
とが判る。これは、微結晶i層がB元素の拡散を防止す
る効果があるためと考えられる。Furthermore, among the above samples, sample No. 1 does not have the microcrystalline i-layer 105. 1-R and the film thickness of the microcrystalline i-layer 105 is 10
Sample No. 0 Å. 1-S3 and CAMECA SIM
The depth profile of element B was analyzed using an S analyzer (IMS-3F), and the diffusion of element B, which is a p-layer dopant agent, into the i-layer 104 was compared. The results show that, as shown in FIG. 8, when there is a microcrystalline i-layer 105 of 100 Å, the diffusion of B element into the i-layer 104 is reduced. This is considered to be because the microcrystalline i-layer has the effect of preventing the diffusion of B element.
【0044】実施例2:次に基板をガラスにしたときの
本発明の実施例を示す。本発明の図2の構成の太陽電池
を図6に示す装置を用いて実施例1とほぼ同様の手順で
以下のようにして作製した。Example 2: Next, an example of the present invention in which the substrate is made of glass will be described. A solar cell according to the present invention having the configuration shown in FIG. 2 was manufactured in the following manner using the apparatus shown in FIG. 6 in substantially the same manner as in Example 1.
【0045】先ず、5cm角の石英ガラス製の基板10
1に不図示の蒸着器で透明導電膜SnO2 を3000
Å堆積し、上部電極107を作製した。その後、基板1
01を反応チャンバー400の中に入れ実施例1と同様
の条件でp型微結晶シリコン層106を100Å堆積し
、放電終了後、実施例1と同様の条件で膜厚100Åの
微結晶i層105を堆積した後、続けてi層104を3
000Å堆積した。First, a 5 cm square quartz glass substrate 10 is prepared.
1, a transparent conductive film of SnO2 was deposited at 3,000 ml using a vapor deposition device (not shown).
The upper electrode 107 was produced by depositing .ANG. After that, board 1
01 into the reaction chamber 400 and deposited a p-type microcrystalline silicon layer 106 of 100 Å under the same conditions as in Example 1. After the discharge, a microcrystalline i layer 105 with a thickness of 100 Å was deposited under the same conditions as in Example 1. After depositing the i-layer 104, three
000 Å deposited.
【0046】放電終了後、実施例1と同様にn層103
を400Å堆積した。基板401を反応チャンバー40
0から取り出し、不図示の電子ビーム蒸着器によりアル
ミニュームを5000Å堆積して下部電極102を形成
した。更に不図示のドライエッチング装置で1cm角の
サブセルに分離した。得られた太陽電池をNo.2−S
とした。比較のため、微結晶i層105のない構成の試
料を前記した方法と同様に作製し試料No.2−Rとし
た。それぞれの試料について、ガラス基板101側から
光を照射して太陽電池特性を測定した結果を表1に示し
た:After the discharge ends, the n-layer 103 is removed as in Example 1.
was deposited to a thickness of 400 Å. The substrate 401 is placed in the reaction chamber 40.
The lower electrode 102 was formed by depositing aluminum to a thickness of 5000 Å using an electron beam evaporator (not shown). Furthermore, it was separated into 1 cm square subcells using a dry etching device (not shown). The obtained solar cell was No. 2-S
And so. For comparison, a sample without the microcrystalline i-layer 105 was prepared in the same manner as described above, and sample No. It was set as 2-R. For each sample, the solar cell characteristics were measured by irradiating light from the glass substrate 101 side, and the results are shown in Table 1:
【0047】[0047]
【表1】
表1に於いて微結晶i層のない場合の変換効率η0 に
より微結晶i層がある場合の効率ηを規格化して示した
。
この結果から微結晶i層のあるセルは、ない場合に比較
して変換効率ηが向上することが判る。[Table 1] In Table 1, the efficiency η when there is a microcrystalline i-layer is normalized by the conversion efficiency η0 when there is no microcrystalline i-layer. This result shows that the cell with the microcrystalline i-layer has an improved conversion efficiency η compared to the cell without the microcrystalline i-layer.
【0048】実施例3:次に、本発明の図3に示すタン
デムセル構成の太陽電池を図6に示す装置を用いて実施
例1とほぼ同様にして作製した。Example 3 Next, a solar cell of the present invention having the tandem cell structure shown in FIG. 3 was produced in substantially the same manner as in Example 1 using the apparatus shown in FIG.
【0049】下部電極102を堆積したステンレス製基
板101にn層103を400Å堆積し、GeH4 ガ
ス5sccmとSiH4 ガス5sccmとH2 ガス
300sccmとを導入して放電を行い、バンドギャッ
プ1.5eVの非晶質シリコンゲルマニュウムi層10
4を堆積した。更に放電を持続してパワーを100Wに
上げ、水素量を500sccmにして膜厚100Åの微
結晶i層106を堆積した。その後、微結晶p層105
を堆積してボトム層111を作製した。さらにn層11
3を400Å堆積してSiH4 ガスとH2 ガスでi
層114を1000Å及び微結晶i層115を100Å
堆積し、更に微結晶p層116を100Å堆積してトッ
プ層112を作製した後、上部電極107を形成して1
cm角のサブセルに分離した後集電電極108を形成し
た。得られた太陽電池をNo.3−Sとした。An n-layer 103 of 400 Å was deposited on the stainless steel substrate 101 on which the lower electrode 102 was deposited, and 5 sccm of GeH4 gas, 5 sccm of SiH4 gas, and 300 sccm of H2 gas were introduced to generate an amorphous layer with a band gap of 1.5 eV. quality silicon germanium i layer 10
4 was deposited. Further, the discharge was continued, the power was increased to 100 W, the amount of hydrogen was increased to 500 sccm, and a microcrystalline i-layer 106 with a thickness of 100 Å was deposited. After that, the microcrystalline p layer 105
A bottom layer 111 was prepared by depositing the following. Furthermore, n layer 11
3 was deposited to a thickness of 400 Å and heated with SiH4 gas and H2 gas.
The layer 114 is 1000 Å and the microcrystalline i-layer 115 is 100 Å.
After depositing and further depositing a microcrystalline p layer 116 of 100 Å to form a top layer 112, an upper electrode 107 is formed.
After separating into cm square subcells, a current collecting electrode 108 was formed. The obtained solar cell was No. It was set as 3-S.
【0050】比較のため、微結晶i層105および11
5のない構成の試料を前記した方法と同様に作製し試料
No.3−Rとした。それぞれの試料の太陽電池特性を
実施例1の方法で測定した結果を前記表1に示した。表
1に於いて微結晶i層のない場合の変換効率η0 によ
り微結晶i層がある場合の効率ηを規格化して示した。
この結果から微結晶i層のあるセルは、ない場合に比較
して変換効率ηが向上することが判る。For comparison, microcrystalline i-layers 105 and 11
Sample No. 5 was prepared in the same manner as described above. It was set as 3-R. The solar cell characteristics of each sample were measured by the method of Example 1, and the results are shown in Table 1 above. In Table 1, the efficiency η when there is a microcrystalline i-layer is normalized by the conversion efficiency η0 when there is no microcrystalline i-layer. This result shows that the cell with the microcrystalline i-layer has an improved conversion efficiency η compared to the cell without the microcrystalline i-layer.
【0051】実施例4:次に、本発明の図4に示すトリ
プルセル構成の太陽電池を図6に示す装置を用いて実施
例3とほぼ同様にして作製した。Example 4 Next, a solar cell of the present invention having a triple cell configuration shown in FIG. 4 was produced in substantially the same manner as in Example 3 using the apparatus shown in FIG.
【0052】下部電極102を堆積したステンレス製基
板101にn層103を堆積した後、バンドギャップ約
1.5eVの非晶質シリコンゲルマニュームのi層10
4を堆積し、放電を維持したまま微結晶i層を100Å
堆積し、その後、微結晶p層105を堆積してボトム層
120を作製した。その後n層113、i層114、微
結晶i層115および微結晶p層116の順で堆積し、
ミドル層121を形成した。さらに、n層123、i層
124、微結晶i層125および微結晶p層126の順
で堆積し、トップ層122を形成し、最後に上部電極1
07を形成した後、ドライエッチングにより1cm角の
サブセルに分離し、集電電極108を形成した。得られ
た太陽電池をNo.4−Sとした。After depositing the n-layer 103 on the stainless steel substrate 101 on which the lower electrode 102 has been deposited, the i-layer 10 of amorphous silicon germanium with a band gap of about 1.5 eV is deposited.
4 and then deposited a microcrystalline i-layer of 100 Å while maintaining the discharge.
After that, a microcrystalline p layer 105 was deposited to form a bottom layer 120. After that, an n-layer 113, an i-layer 114, a microcrystalline i-layer 115, and a microcrystalline p-layer 116 are deposited in this order.
A middle layer 121 was formed. Further, an n layer 123, an i layer 124, a microcrystalline i layer 125, and a microcrystalline p layer 126 are deposited in this order to form a top layer 122, and finally the upper electrode 1
After forming 07, it was separated into 1 cm square subcells by dry etching, and current collecting electrodes 108 were formed. The obtained solar cell was No. It was set as 4-S.
【0053】比較のため微結晶i層105、115およ
び125のない構成の試料を前記した方法と同様に作製
し、試料No.4−Rとした。それぞれの試料の太陽電
池特性を実施例1の方法で測定した結果を前記表1に示
した。表1に於いて微結晶i層のない場合の変換効率η
0 により微結晶i層がある場合の効率ηを規格化して
示した。この結果から微結晶i層のあるセルは、ない場
合に比較して変換効率ηが向上することが判る。For comparison, samples without the microcrystalline i-layers 105, 115, and 125 were prepared in the same manner as described above, and Sample No. It was set as 4-R. The solar cell characteristics of each sample were measured by the method of Example 1, and the results are shown in Table 1 above. In Table 1, the conversion efficiency η without the microcrystalline i-layer
The efficiency η when there is a microcrystalline i-layer is normalized by 0. This result shows that the cell with the microcrystalline i-layer has an improved conversion efficiency η compared to the cell without the microcrystalline i-layer.
【0054】実施例5:次にi層104および微結晶i
層105の成膜ガスを表2に示す条件で種々変えて、本
発明の図1に示す層構成の太陽電池を図6に示す装置を
用いて実施例1とほぼ同様にして作製した。ここで、微
結晶i層105の膜厚は100Åとした。また同時に微
結晶i層のみの試料をガラス基板上に堆積し、実施例1
と同様の方法で結晶性を評価した。得られた太陽電池を
No.5−S1、No.5−S2、No.5−S3、N
o.5−S4とした。比較のため、微結晶i層105の
ない構成の試料を前記した方法と全く同様に作製し、N
o.5−R1、No.5−R2、No.5−R3、No
.5−R4とした。それぞれの試料の太陽電池特性を実
施例1の方法で測定した結果を表2に示した:Example 5: Next, the i layer 104 and the microcrystal i
A solar cell of the present invention having the layer structure shown in FIG. 1 was fabricated in substantially the same manner as in Example 1 using the apparatus shown in FIG. 6, using various film forming gases for the layer 105 under the conditions shown in Table 2. Here, the film thickness of the microcrystalline i-layer 105 was set to 100 Å. At the same time, a sample of only the microcrystalline i-layer was deposited on a glass substrate, and Example 1
Crystallinity was evaluated in the same manner as above. The obtained solar cell was No. 5-S1, No. 5-S2, No. 5-S3,N
o. It was set as 5-S4. For comparison, a sample without the microcrystalline i-layer 105 was prepared in exactly the same manner as described above, and N
o. 5-R1, No. 5-R2, No. 5-R3, No
.. It was set as 5-R4. The solar cell characteristics of each sample were measured by the method of Example 1, and the results are shown in Table 2:
【005
5】005
5]
【表2】
表2に於いて微結晶i層のない場合の変換効率η0 に
より微結晶i層がある場合の効率ηを規格化して示した
。
この結果から微結晶i層のあるセルは、ない場合に比較
して変換効率ηが向上することが判る。[Table 2] In Table 2, the efficiency η when there is a microcrystalline i-layer is normalized by the conversion efficiency η0 when there is no microcrystalline i-layer. This result shows that the cell with the microcrystalline i-layer has an improved conversion efficiency η compared to the cell without the microcrystalline i-layer.
【0056】実施例6:次に成膜ガスを種々変えて表3
に示す条件でp層106を作製し、それ以外は実施例1
に示した方法と同様にして、図1に示す層構成の太陽電
池を図6に示す装置を用いて実施例1とほぼ同様にして
作製した。得られた太陽電池をNo.6−S1、No.
6−S2、No.6−S3、No.6−S4とした。比
較のため、微結晶i層105のない構成の試料を前記し
た方法と全く同様に作製し、No.6−R1、No.6
−R2、No.6−R3、No.6−R4とした。それ
ぞれの試料の太陽電池特性を実施例1の方法で測定した
結果を表3に示した:Example 6: Next, various film forming gases were used as shown in Table 3.
The p-layer 106 was manufactured under the conditions shown in Example 1 except for the following conditions.
A solar cell having the layer structure shown in FIG. 1 was produced in substantially the same manner as in Example 1 using the apparatus shown in FIG. The obtained solar cell was No. 6-S1, No.
6-S2, No. 6-S3, No. It was set as 6-S4. For comparison, a sample without the microcrystalline i-layer 105 was prepared in exactly the same manner as described above, and No. 6-R1, No. 6
-R2, No. 6-R3, No. It was set as 6-R4. The solar cell characteristics of each sample were measured using the method of Example 1, and the results are shown in Table 3:
【0057】[0057]
【表3】
表3に於いて微結晶i層のない場合の変換効率η0 に
より微結晶i層がある場合の効率ηを規格化して示した
。
尚、この試料に用いたp層をガラス基板上に堆積して実
施例1と同様にRHEEDで結晶性を評価した結果を併
せて表3に示した。この結果から微結晶i層のあるセル
は、ない場合に比較して変換効率ηが向上することが判
る。[Table 3] In Table 3, the efficiency η when there is a microcrystalline i-layer is normalized by the conversion efficiency η0 when there is no microcrystalline i-layer. The p-layer used in this sample was deposited on a glass substrate and the crystallinity was evaluated by RHEED in the same manner as in Example 1. The results are also shown in Table 3. This result shows that the cell with the microcrystalline i-layer has an improved conversion efficiency η compared to the cell without the microcrystalline i-layer.
【0058】[0058]
【発明の効果】本発明の光起電力素子によれば、i層の
うち少なくともp層に接する部分を微結晶からなるもの
とすることにより、変換効率を向上させることができる
。According to the photovoltaic device of the present invention, the conversion efficiency can be improved by making at least the portion of the i-layer in contact with the p-layer made of microcrystals.
【図1】本発明による光起電力素子の構成を模式的に示
す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a photovoltaic device according to the present invention.
【図2】本発明による光起電力素子の構成を模式的に示
す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a photovoltaic device according to the present invention.
【図3】本発明による光起電力素子の構成を模式的に示
す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a photovoltaic device according to the present invention.
【図4】本発明による光起電力素子の構成を模式的に示
す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of a photovoltaic device according to the present invention.
【図5】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional photovoltaic element.
【図6】本発明による光起電力素子を作製するに好適な
成膜装置の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a film forming apparatus suitable for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention.
【図7】光起電力素子の特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the characteristics of a photovoltaic element.
【図8】光起電力素子のB元素のデプスプロファイルを
示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the depth profile of element B in a photovoltaic device.
101 基板
102 下部電極
103,113,123 n型半導体層104,
114,124 i型半導体層105,115,
125 微結晶i型半導体層106,116,1
26 p型半導体層107 上部電極
108 集電電極101 Substrate 102 Lower electrode 103, 113, 123 N-type semiconductor layer 104,
114, 124 i-type semiconductor layer 105, 115,
125 Microcrystalline i-type semiconductor layer 106, 116, 1
26 p-type semiconductor layer 107 upper electrode 108 current collecting electrode
Claims (3)
型層のうち少なくともp型層に接する部分が微結晶から
なることを特徴とする光起電力素子。Claim 1: In a pin-type photovoltaic element, i
A photovoltaic device characterized in that at least a portion of the type layer in contact with the p-type layer is made of microcrystals.
合金からなることを特徴とする請求項1に記載の光起電
力素子。2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the i-type layer is made of silicon or a silicon alloy.
から150Åであることを特徴とする請求項1または請
求項2に記載の光起電力素子。3. The thickness of the layer made of microcrystals is 50 Å.
3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the photovoltaic device has a thickness of 150 Å.
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH04266067A true JPH04266067A (en) | 1992-09-22 |
| JP2845383B2 JP2845383B2 (en) | 1999-01-13 |
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ID=12723567
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2845383B2 (en) |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2845383B2 (en) | 1999-01-13 |
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