JPH05326992A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05326992A
JPH05326992A JP4122271A JP12227192A JPH05326992A JP H05326992 A JPH05326992 A JP H05326992A JP 4122271 A JP4122271 A JP 4122271A JP 12227192 A JP12227192 A JP 12227192A JP H05326992 A JPH05326992 A JP H05326992A
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JP
Japan
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layer
type
impurity
band gap
impurity layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP4122271A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Nishio
仁 西尾
Yoshinori Yamaguchi
美則 山口
Yoshihisa Owada
善久 太和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 p−i−nまたはn−i−p多重接合型非単
結晶シリコン系半導体光起電力装置の変換効率の光劣化
を抑制し、高効率で安定性に優れた光起電力装置を提供
する。 【構成】 i層の受光面側に、i層よりバンドギャップ
の広いp型またはn型の広バンドギャップ不純物層を設
けたp−i−n型またはn−i−p型光起電力素子を多
重に接合した非単結晶シリコン系半導体装置であって、
受光面側に最近接の広バンドギャップ不純物層以外の広
バンドギャップ不純物層とi層の間に、i層に向かって
バンドギャップを連続的に減少させたバッファー層を設
け、かつ少なくとも1つの広バンドギャップ不純物層の
受光面側に該不純物層と同一導電型の不純物濃度のより
高い高濃度不純物層を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、さら
に詳しくは光電変換の半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】非単結晶の光起電力素子が安定性に欠け
ていることは一般によく知られている。特に非晶質シリ
コンの場合、照射光により伝導度が低下し150 ℃程度の
熱処理により再び伝導度が回復するというStaebler-Wro
nski効果と呼ばれる現象があるために太陽電池の変換効
率が低下する。
【0003】したがって比較的安定な素子をえるために
は、i層を薄膜化することにより活性層にかかる電界強
度を強め輸送能を上げるような構造のものが考えられて
いる。さらに積層型の構造を採用することによって、受
光面側の素子はi層が薄膜であるために劣化が抑制さ
れ、裏面側の素子は長波長光のみが照射されるために劣
化が抑制されるので、安定性の良い素子として考えられ
ている。
【0004】図2に、受光面側にa−SiC:Hのよう
な広バンドギャップ半導体層を用いた従来の非晶質p−
i−n−型多重接合型太陽電池を示す。図2において、
1はガラス基板、2は透明電極、3、13はp型高濃度不
純物層、4、14はp型高バンドギャップ不純物層、5、
15はバッファー層、6、16はi層、7、17はn型不純物
層、8は裏面電極を示す。図示したように、p層4、14
とi層6、16のそれぞれの界面に、i層にむかってバン
ドギャップを減少させたバッファー層5、15が設けられ
ており、さらに透明導電膜2と第1番目のp層4、第1
番目のn層7と第2番目のp層14のオーミック性を改善
するために、広バンドギャップp層4、14の受光面側に
高濃度の不純物層3、13が設けられている。実際に図2
の積層型太陽電池を作製し劣化促進試験を実施したとこ
ろ、20%程度の変換効率の低下が認められた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を解
決するためになされたものであり、多重接合型太陽電池
の変換効率の光劣化を抑制し、高効率で安定性に優れた
半導体装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
受光面側に、活性層である真性半導体のi層よりもバン
ドギャップの広いp型あるいはn型の不純物層を有する
p−i−n型あるいはn−i−p型光起電力素子を多重
に接合した非単結晶のシリコン系半導体装置であって、
少なくとも一つの広バンドギャップ不純物層の受光面側
に該不純物層と同じ導電型でかつ不純物濃度の高い高濃
度不純物層を設けるとともに、受光面側に最近接の広バ
ンドギャップ不純物層以外の広バンドギャップ不純物層
とi層の間に、該広バンドギャップ不純物層からi層に
むかってバンドギャップを連続的または段階的に減少さ
せたバッファー層を設けることを特徴としている。
【0007】
【作用】受光面側に最近接の広バンドギャップ不純物層
以外の広バンドギャップ不純物層とi層の間に、該広バ
ンドギャップ不純物層からi層にむかってバンドギャッ
プを減少させたバッファー層を設けることにより、受光
面側に最近接の半導体装置での光劣化が抑制され全体と
しての多重接合型半導体装置の変換効率の光劣化が抑制
され、高効率で安定性に優れたものができる。
【0008】
【実施例】本発明における非単結晶シリコン系半導体と
しては、たとえば、Si、SiC、SiN、SiGe、
SiSnなどの水素化合金、フッ素化合金などの一般に
光起電力素子に使用されるアモルファス系、微結晶を含
むアモルファス系または多結晶系の半導体があげられ
る。
【0009】非単結晶シリコン系半導体は、窓層材料と
してi層よりバンドギャップの広い広バンドギャップ半
導体を用いて、p−i−n型あるいはn−i−p型の光
起電力素子とされ、一般にはさらに二重ないし四重にさ
れ多重接合型光起電力素子が形成される。多重接合型光
起電力素子を形成する各非単結晶シリコン系半導体の厚
さは特に限定されず、通常光起電力素子に使用される範
囲のものであれば良い。
【0010】本発明においては、多重接合型光起電力素
子の受光面側のp/iまたはn/i界面にi層に向かっ
てバンドギャップを減少させたバッファー層を設け、さ
らに透明導電膜およびp/n逆接合部におけるオーミッ
ク性を改善するために、広バンドギャップ層の受光面側
に、さらに不純物濃度を高めた高濃度不純物層を設けて
いる。ここで受光面側に最近接の第1番目の光起電力素
子にはp/iまたはn/i界面にはバッファー層は形成
しない。バッファー層のバンドギャップ幅を連続的また
は段階的に減少させる方法としては、半導体材料の組成
比を変化させる方法、不純物濃度を減少させる方法、あ
るいはこれらを併用する方法などが採用できる。前者に
ついては、たとえばSiCのばあいには、成膜に際して
炭素源の供給量を徐々に減らしてCの割合を減少させる
ことによって、バンドギャップを漸減させることができ
る。バッファー層は、そのバンドギャップの値がi層に
向かってほぼ広バンドギャップ層からi層の値に減少す
るように形成するのが好ましく、たとえば、バッファー
層の組成比を、広バンドギャップ層の組成比から実質的
にi層と同様の状態にまで連続的に変化させることによ
って、かかるバッファー層を形成することができる。
【0011】本発明の半導体装置の一実施態様を示す図
1に基づいて説明すると、広バンドギャップ不純物層
(p型半導体層)4、14の受光面側に高濃度広バンドギ
ャップ半導体層である高濃度不純物層3、13が設けられ
ており、それぞれp型半導体層4、14と同じ導電型を示
す。広バンドギャップ不純物層4、14がn型半導体であ
るばあいは、高濃度不純物層3、13もn型半導体であ
る。さらに、受光面側に最近接の広バンドギャップ不純
物層4以外の広バンドギャップ不純物層、すなわち図1
においてはp型半導体層14とi層16との間に、i層に向
かって不純物濃度および(または)組成比を連続的に変
化させて形成したバッファー層15が設けられている。な
お、図1において、1は基板、2はSnO2 透明電極、
6、16はi層、8は裏面電極を示す。
【0012】本発明における受光面側の広バンドギャッ
プ層としては、a−Si:H、好ましくはa−SiC:
Hなどにp型用ドーパントとして周期律表III b族の元
素をドープしたもの、あるいはn型用ドーパントとして
周期律表Vb族の元素をドープしたものなどであり、そ
の厚さは通常80〜 300オングストロームである。通常は
広バンドギャップ層の不純物濃度は一定とされる。
【0013】該広バンドギャップ層とi層の間にi層に
向かってバンドギャップを減少させたバッファー層が設
けられるが、その厚さは通常30〜 500オングストローム
であり、好ましくは50〜 200オングストロームである。
【0014】さらに受光面側広バンドギャップ層と透明
電極の間に両層間の接触抵抗を低下する目的で、あるい
は第2番目以降の素子の広バンドギャップ層の受光面側
にp/n逆接合部の接触抵抗を低下する目的で、該広バ
ンドギャップ層と同型でさらに高濃度の不純物層を設け
ても良い。この高濃度不純物層の厚さは、通常5〜 100
オングストローム、好ましくは10〜50オングストローム
であり、不純物濃度は受光面側広バンドギャップ層の5
〜50倍とするのが好ましい。
【0015】i層としては、たとえばa−Si:H、a
−Si:H:Fなどが用いられ、その厚さは通常300 〜
7000オングストロームである。
【0016】また、裏面電極側の不純物層7、17として
は、たとえばa−Si:Hや微結晶化Siなどに受光面
側と逆の導電性を示す不純物をドープしたものであり、
その厚さは80〜 300オングストロームである。なお、上
記の各層の厚さは上記の数値に限定されるものではな
い。
【0017】本実施例では透明電極としてSnO2 を使
用しているがITO、ZnOなどあるいはこれらの複層
膜でも差し支えない。
【0018】つぎに実施例をあげて本発明の半導体装置
を説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定される
ものではない。
【0019】実施例1 平行平板容量結合型グロー放電装置を用いて半導体各層
を成膜形成し、図1に示す構造を有する有効面積 1.0cm
2 の太陽電池を作製した。
【0020】SnO2 透明電極2付きガラス基板1上
に、膜厚50オングストロームの高濃度p型半導体層3を
ガス流量SiH4 (50sccm) 、CH4 (35sccm) 、B2
6 (1000ppmH2 希釈品)(500sccm) にて反応圧力1.0To
rr 、ヒーター温度 200℃、RFパワー50mW/cm2 で成
膜し、ついで膜厚 250オングストロームのp型半導体層
4をガス流量SiH4 (50sccm) 、CH4 (35sccm)、B
2 6 ( 1000ppmH2 希釈品)(100sccm) 、H2 (500scc
m) にて反応圧力1.0Torr 、ヒーター温度200 ℃、RF
パワー50mW/cm2 で成膜した。i型半導体層6を、ガス
流量SiH4 (50sccm)にて反応圧力0.3Torr 、ヒーター
温度200 ℃、RFパワー50mW/cm2 で成膜した。つぎに
膜厚300 オングストロームの微結晶化n型半導体層7
を、ガス流量SiH4 (5sccm) 、PH3 (1000 ppmH2
希釈品)(100sccm) 、H2 (200sccm) にて反応圧力1.0T
orr 、ヒーター温度200 ℃、RFパワー 500mW/cm2
成膜した。
【0021】さらに上記と同様にして、高濃度p型半導
体層13、p型半導体層14、i型半導体層16、微結晶化n
型半導体層17を成膜した。ただし、p型半導体層14の成
膜後に該層14とi型半導体層16の界面に、膜厚200 オン
グストロームのバッファー層15を、初期成膜条件はp型
半導体層14と同一とし、ドーパント濃度およびCH4
度を徐々に減少させながら原料ガスを供給し、最終成膜
条件はp型半導体層14の成膜条件からCH4 、B2 6
がない条件で成膜した。さらに、n型半導体層17の成膜
後裏面電極8を形成して太陽電池をえた。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように受光面側に最近接の
広バンドギャップ不純物層以外の広バンドギャップ不純
物層とi層の間にi層にむかってバンドギャップを連続
的または段階的に減少させたバッファー層を設けたた
め、受光面側に最近接の半導体装置での光劣化が抑制さ
れ全体としての多重複合型半導体装置の変換効率の光劣
化が抑制され、高効率で安定性に優れたものができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一実施例である太陽電池
の構成を示す説明図である。
【図2】従来の太陽電池の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 基板 2 透明電極 3、13 高濃度p型半導体層 4、14 p型半導体層 5、15 バッファー層 6、16 i型半導体層 7、17 n型半導体層 8 裏面電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光面側に、活性層である真性半導体の
    i層よりもバンドギャップの広いp型あるいはn型の不
    純物層を有するp−i−n型あるいはn−i−p型光起
    電力素子を多重に接合した非単結晶のシリコン系半導体
    装置であって、少なくとも一つの広バンドギャップ不純
    物層の受光面側に該不純物層と同じ導電型でかつ不純物
    濃度の高い高濃度不純物層を設けるとともに、受光面側
    に最近接の広バンドギャップ不純物層以外の広バンドギ
    ャップ不純物層とi層の間に、該広バンドギャップ不純
    物層からi層にむかってバンドギャップを連続的または
    段階的に減少させたバッファー層を設けることを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 広バンドギャップ不純物層がa−Si
    C:Hである請求項1記載の半導体装置。
JP4122271A 1992-05-14 1992-05-14 半導体装置 Pending JPH05326992A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006006368A1 (ja) * 2004-07-12 2006-01-19 Kaneka Corporation 薄膜光電変換装置の製造方法
KR101233205B1 (ko) * 2006-10-20 2013-02-15 엘지전자 주식회사 적층형 광기전력 변환장치 및 그 제조방법

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WO2006006368A1 (ja) * 2004-07-12 2006-01-19 Kaneka Corporation 薄膜光電変換装置の製造方法
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