JPH0462186B2 - - Google Patents

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JPH0462186B2
JPH0462186B2 JP57225781A JP22578182A JPH0462186B2 JP H0462186 B2 JPH0462186 B2 JP H0462186B2 JP 57225781 A JP57225781 A JP 57225781A JP 22578182 A JP22578182 A JP 22578182A JP H0462186 B2 JPH0462186 B2 JP H0462186B2
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JP
Japan
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layer
amorphous silicon
type
hydrogen
conductivity type
Prior art date
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JP57225781A
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English (en)
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JPS58192387A (ja
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Emiru Kaaruson Deebitsudo
Efu Uiriamuzu Buraun
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RCA Corp
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RCA Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/162—Non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in insulating materials
    • H10F77/166—Amorphous semiconductors
    • H10F77/1662—Amorphous semiconductors including only Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は無定形（アモルフアス）シリコン光
電池、特に広バンドギヤツプ無定形材料を用いた
光電池に関する。
米国特許第4064521号明細書には感光材料とし
て水素を含む無定形シリコンを用いた光電池が開
示されている。この光電池は一般に厚さ約500nm
の比較的厚い真性無定形シリコンの層と、これに
対向して接するそれぞれ厚さ約10nmのＰ型とＮ
型の層を含み、光はそのＰ型またはＮ型の層を通
つてこの装置に入るようになつている。このＰ型
およびＮ型の層は吸収性が高く、その中で発生し
たキヤリアは一般に装置の空乏領域に達して電流
として収集されるまでに再結合してしまう。この
問題を解消するためにはそれらの層を薄くすれば
よいが、薄くするにも或る限度がある。それは、
その層が薄過ぎると真性領域を充分に空乏化させ
るに足る空間電荷が得られないからである。この
ようにＰ型層とＮ型層の最適厚さは一般に低吸収
度と充分な空間電荷の妥協として選ばれる。
米国特許第4109271号明細書には炭素を含む雰
囲気中で被着したシリコンは無定形シリコンより
バンドギヤツプが広くて吸収度が低い無定形シリ
コン炭素合金を形成することが開示されている。
装置に入る光の通過するＰ型層またはＮ型層を適
当にドーピングした無定形シリコン炭素合金で置
換するとこの層の吸収度が低下するが、このシリ
コン炭素合金層の厚さはこの層を通つて電極に達
する多数キヤリアの輸送がバンド状態ではなくギ
ヤツプ状態によつて起ると思われるため、その輸
送量によつて制限される。またシリコン炭素合金
層の最適厚さは電荷の輸送が良好なように充分薄
い層と真性領域を完全に空乏化するための充分な
空間電荷を供給する厚い層との妥協である。従つ
て望ましい広バンドギヤツプ特性を持つシリコン
炭素合金のような材料を用いることができ、しか
も多数キヤリヤの輸送性能が良好で装置の真性領
域を完全に空乏化するに足る空間電荷を有する光
電池構体が望まれる。
この発明はＰ型またはＮ型層の上にあつてそれ
より広いバンドギヤツプを持つ半導体材料の層を
持つPIN無定形シリコン光電池である。
図において光電池１０は窓１２と、この窓１２
の表面を被う第１の電気接触１４と、その電気接
触１４を被う広バンドギヤツプ半導体層１６と、
その広バンドギヤツプ半導体層１６を被う無定形
シリコンの第１の層１８と、この第１の層１８を
被う真性無定形シリコンの第２の層２０と、その
第２の層２０を被う無定形シリコンの第３の層２
２と、その第３の層２２を被う第２の電気接触２
４とを含んでいる。
第１および第３の層１８，２２はそれぞれ反対
の導電型を有し、広バンドギヤツプ半導体層１６
は第１の層１８と同じ導電型を持つ。
窓１２は一般に約400〜1000nmの波長範囲の光
に実質的に透明である。窓１２の厚さは残余の構
体を支持して基板の機能を果すに足ればよく、ま
たはその窓を光電池１０の反射防止被膜とするよ
うな厚さでもよい。第１および第２の電気接触１
４，２４はそれぞれ光電池内で発生した電流を過
剰の抵抗損なく輸送するに足る厚さの導電体から
成つている。また第１の電気接触１４は約400〜
1000nmの波長範囲の光に対して実質的に透明で、
酸化インジウム錫等の透明導電性酸化物または金
属薄膜から成つている。また窓１２と第１の電気
接触１４の機能を組合せてこれを１枚の実質的に
透明な導電層とすることもできる。第２の電気接
触２４は光電池の残部を支持してその基板として
働らくに足る厚さを持つ鋼のような金属とするこ
とができる。
広バンドギヤツプ半導体層１６は一般に厚さ約
５〜50nmで、バンドギヤツプエネルギ約1.8eV
以上の材料から成つている。この層がＰ型であれ
ば炭素対シリコン比が約0.1〜1.0の無定形シリコ
ン炭素合金が好ましく、Ｎ型であればシリコン炭
素合金が窒素対シリコン比0.1〜1.0のシリコン窒
素合金でよい。炭素または窒素の濃度は厚さに関
して均一でもよいが、第１の電気接触側を最大と
し、第１の層１８との界面側を０とした勾配を持
つこともできる。この炭素または窒素濃度の勾配
の利点は、これによつて広バンドギヤツプ層内に
光発生されたキヤリヤの分離を助ける内蔵有効電
界を生成し得ることである。この勾配はまたＮ型
材料における電子親和度およびＰ型材料における
電子親和度とバンドギヤツプの差によつてヘテロ
接合界面に生ずる欠損をなくする上、ヘテロ接合
に見られる界面状態を減じる。
第１の層は一般に厚さ約５〜50nmで、導電度
変更用ドープ剤を約1020／cm3の均一な原子濃度で
含む無定形シリコンより成る。このドープ剤濃度
は広バンドギヤツプ層１６との界面側を最大と
し、厚さ数100nmで０となる勾配または広バンド
ギヤツプ層と第１の層の双方を通る勾配を持つこ
ともできる。この濃度勾配は電池の能動領域にお
ける電界分布を最適にするように調節することが
できる。第２の無定形シリコン層は厚さ約300〜
1000nmで、無ドープ型、補償型または僅かにＮ
型またはＰ型の材料を含む実質的に真正の無定形
シリコンより成る。第３の層は一般に厚さ約５〜
50nmで、原子濃度約1021／cm3の導電度変更用ド
ープ剤を含む無定形シリコンより成る。
ここでは広バンドギヤツプ半導体層１６、第１
の層１８、第２の層２０および第３の層２２を無
定形シリコンまたは無定形シリコンを含む合金か
ら成るとして説明されているが、これらの層また
は一般に５〜20原子％、好ましくは約10原子％の
水素を含んでいる。また弗素、塩素、臭素、沃素
のような他のハロゲンイオンを含むこともあるこ
とに注意されたい。
各水素含有無定形シリコン層は米国特許第
4064521号明細書開示の方法を用いて順次被着す
ることができる。またシリコン炭素合金層とシリ
コン窒素合金層は米国特許第4109271号明細書開
示の方法で被着することができる。
この発明の水素含有PIN無定形シリコン光電池
の性能はドーピングされたＰ型およびＮ型層の品
質と真正Ｎ型または真正Ｐ型接合の近傍における
キヤリアの逆拡散の有無によつて制限される。ド
ーピングされた層は一般にその導電型によつて数
原子％の硼素または燐を含み、このため特に硼素
をドーピングした層の場合内部で発生したキヤリ
アの再結合時間が短かく、光の吸収率が大きくな
り、入射光の真性層への透過量を減ずる。この発
明の光電池の有用性は広バンドギヤツプ層と第１
の層の光透過度が比較的高いため、入射光の大部
分が真正無定形シリコン層に進入してその中で光
発生キヤリアに変換され得ることにある。ドーピ
ングされた広バンドギヤツプ薄層はまたドーピン
グされた第１の無定形シリコン層から残部が供給
される真性層の空乏化に必要な空間電荷の一部を
供給する。これによつて第１の層に必要なドープ
剤濃度を減じ、この領域における再結合損と吸収
を減ずる。従つて第１の層は高濃度にドーピング
することも厚くすることも不要である。この発明
の構造の他の利点は、光電池が順バイアスで動作
するとき、すなわち光電池の内部電界に低いと
き、広バンドギヤツプ材料が真性無定形シリコン
層内に発生した局部少数キヤリアの逆拡散を阻止
することである。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明による光電池の斜視図である。 １０……光電池、１６……広バンドギヤツプ
層、１８……第１の層、２０……第２の層、２２
……第３の層、１４，２４……電気接触手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 半導体材料の広バンドギヤツプ層と、この広
    バンドギヤツプ層上にある第１の導電型の第１の
    水素含有無定形シリコン層と、この第１の層の上
    にあつて実質的に真正の導電型を持つ第２の水素
    含有無定形シリコン層と、この第２の層の上にあ
    つて第１の層と反対の導電型を持つ第３の水素含
    有無定形シリコン層と、上記広バンドキヤツプ層
    に電気的に接触する手段と、上記第３の層に電気
    的に接触する手段とを含み、上記広バンドキヤツ
    プ層が上記第１の層より大きいバンドギヤツプエ
    ネルギを持ち、その第１の層と同じ導電型を有す
    る、炭素または窒素を含む水素含有無定形シリコ
    ン合金で構成されていることを特徴とする光電
    池。
JP57225781A 1982-04-27 1982-12-22 光電池 Granted JPS58192387A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/372,103 US4453173A (en) 1982-04-27 1982-04-27 Photocell utilizing a wide-bandgap semiconductor material
US372103 1982-04-27

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JPS58192387A JPS58192387A (ja) 1983-11-09
JPH0462186B2 true JPH0462186B2 (ja) 1992-10-05

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DE (1) DE3246948A1 (ja)
FR (1) FR2525819B1 (ja)
GB (1) GB2119167B (ja)

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