JPH0575189B2 - - Google Patents
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- JPH0575189B2 JPH0575189B2 JP61065620A JP6562086A JPH0575189B2 JP H0575189 B2 JPH0575189 B2 JP H0575189B2 JP 61065620 A JP61065620 A JP 61065620A JP 6562086 A JP6562086 A JP 6562086A JP H0575189 B2 JPH0575189 B2 JP H0575189B2
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- silicon
- silicon semiconductor
- film
- solar cell
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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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はヘテロ接合を有する太陽電池に係わ
り、特に、高効率太陽電池の構造に関するもので
ある。
り、特に、高効率太陽電池の構造に関するもので
ある。
従来、太陽電池の構造は、第２図に示した
n+pp+型の構造（あるいはp+nn+型）が用いられ
ている。第２図で、１はｐ形半導体層、２はpn
接合形成のためのn+形半導体層、３はp+形半導
体層、４はn+形半導体層表面パツシベーシヨン
膜（SiO2膜）、５は反射防止膜、６は表面グリツ
ド電極、７は裏面電極である。
n+pp+型の構造（あるいはp+nn+型）が用いられ
ている。第２図で、１はｐ形半導体層、２はpn
接合形成のためのn+形半導体層、３はp+形半導
体層、４はn+形半導体層表面パツシベーシヨン
膜（SiO2膜）、５は反射防止膜、６は表面グリツ
ド電極、７は裏面電極である。
かかる従来の太陽電池の変換効率は、最近表面
パツシベーシヨン膜４の導入により18〜19％と著
しく増加したが、20％以上の効率は得られておら
ず、理論効率よりかなり低いのが現状である。そ
の原因は、太陽電池内部での光生成キヤリヤの損
失機構が充分に明らかになつていないことによ
る。しかし、最近の太陽電池では、表面のテクス
チヤーエツチングや多層反射防止膜の採用による
無反射化および高品質結晶の使用で、短絡電流は
著しく増加している。したがつて今後の効率向上
の課題は、開放電圧の向上にある。開放電圧の向
上のためには、n+形半導体層の内部及び表面で
の光生成キヤリヤの損失を防止することが重要で
ある。
パツシベーシヨン膜４の導入により18〜19％と著
しく増加したが、20％以上の効率は得られておら
ず、理論効率よりかなり低いのが現状である。そ
の原因は、太陽電池内部での光生成キヤリヤの損
失機構が充分に明らかになつていないことによ
る。しかし、最近の太陽電池では、表面のテクス
チヤーエツチングや多層反射防止膜の採用による
無反射化および高品質結晶の使用で、短絡電流は
著しく増加している。したがつて今後の効率向上
の課題は、開放電圧の向上にある。開放電圧の向
上のためには、n+形半導体層の内部及び表面で
の光生成キヤリヤの損失を防止することが重要で
ある。
また従来の光電変換デバイスにヘテロ接合を導
入した例としては、非晶質SiC半導体層と結晶Si
半導体層の組合わせ（佐々木他、エクステンデツ
ド アブストラクト オブ コンフアレンスオン
ソリツド ステート デバイス アンド マテ
リアル（第17回）、1985年、第385頁（K.Sasaki
et al、Extended Abstract of 17th Conference
on Solid Stare Devices and Materials、1985、
p.385）参照）や、金属−絶縁膜−Si半導体層に
よる、いわゆるMIS（Metal−Insulater
Semiconductor）型（グリーン他、アイ・イー・
イー・イー・レター、第EDL−４巻、第７号、
1983年、第225頁（M.Green et al、IEEE
Electron Devices Letters、Vol.EDL−４、No.
４、1983、p.255）参照）が知られている。
入した例としては、非晶質SiC半導体層と結晶Si
半導体層の組合わせ（佐々木他、エクステンデツ
ド アブストラクト オブ コンフアレンスオン
ソリツド ステート デバイス アンド マテ
リアル（第17回）、1985年、第385頁（K.Sasaki
et al、Extended Abstract of 17th Conference
on Solid Stare Devices and Materials、1985、
p.385）参照）や、金属−絶縁膜−Si半導体層に
よる、いわゆるMIS（Metal−Insulater
Semiconductor）型（グリーン他、アイ・イー・
イー・イー・レター、第EDL−４巻、第７号、
1983年、第225頁（M.Green et al、IEEE
Electron Devices Letters、Vol.EDL−４、No.
４、1983、p.255）参照）が知られている。
上記従来技術においては、電極と半導体層との
界面で光生成した少数キヤリアの表面再結合速度
がほぼ106cm／ｓと大きいため、開放電圧が低い。
また、全く結晶構造が異なる材料によるpn接合
を用いることによる接合の電気的および結晶学的
不安定性がある。
界面で光生成した少数キヤリアの表面再結合速度
がほぼ106cm／ｓと大きいため、開放電圧が低い。
また、全く結晶構造が異なる材料によるpn接合
を用いることによる接合の電気的および結晶学的
不安定性がある。
本発明の目的は、かかる従来の問題点、すなわ
ち、電極とn+形半導体層界面での少数キヤリヤ
の損失を防止し、かつ、接合の結晶学的安定化を
はかることにより、安定で開放電圧の高い太陽電
池を提供することにある。
ち、電極とn+形半導体層界面での少数キヤリヤ
の損失を防止し、かつ、接合の結晶学的安定化を
はかることにより、安定で開放電圧の高い太陽電
池を提供することにある。
上記目的は、従来の太陽電池を構成するn+p又
はpp+型接合にシリコンと炭素を主たる構成元素
とする非単結晶半導体層によりヘテロ接合を付加
することによつて、少数キヤリヤの表面再結合速
度を減少させて達成される。
はpp+型接合にシリコンと炭素を主たる構成元素
とする非単結晶半導体層によりヘテロ接合を付加
することによつて、少数キヤリヤの表面再結合速
度を減少させて達成される。
基本的構成を示すと次の通りである。
即ち、シリコン半導体による接合を有する太陽
電池において、その光入射側に接合して、該側の
シリコン半導体と同一導電型のシリコンと炭素を
主な構成元素とする非単結晶半導体層を形成する
ことを特徴とするものである。ここで、非単結晶
半導体層とは非晶質体、多結晶体および非晶質と
微結晶体の混相系等の形態を含むものであ。これ
らの形態で所期の目的を達成することが出来る
が、実用上、非晶質体が最も有用である。
電池において、その光入射側に接合して、該側の
シリコン半導体と同一導電型のシリコンと炭素を
主な構成元素とする非単結晶半導体層を形成する
ことを特徴とするものである。ここで、非単結晶
半導体層とは非晶質体、多結晶体および非晶質と
微結晶体の混相系等の形態を含むものであ。これ
らの形態で所期の目的を達成することが出来る
が、実用上、非晶質体が最も有用である。
更に接合の安定性は、第１図に示すように、シ
リコンによるn+p又はpp+接合（もしくは、図示
とは逆導電型のp+n又はnn+接合）の一方に新た
に半導体層を接触して形成し、そこに新たな
n+n+又はp+p+型のヘテロ接合を設けることによ
り達成される。かかるn+半導体層はp+半導体層
１３として、非単結晶のSiXC1-X半導体層が適し
ている。この半導体はＣを含むため、Siより禁制
帯幅が広くかつｘ値を変えることにより禁制帯幅
の大きさを任意の値に制御できるため、適当なヘ
テロ接合を形成し易いからである。また、SiX
C1-X層の作製法としてシラン一炭化水素系反応ガ
スのプラズマ化学蒸着法を使用すると、生成した
半導体膜は水素(H)を含む非晶質膜となる。この非
晶質膜に含有するＨ原子が内在する欠陥を修復
し、この膜のヘテロ接合界面はさらに良好とな
る。
リコンによるn+p又はpp+接合（もしくは、図示
とは逆導電型のp+n又はnn+接合）の一方に新た
に半導体層を接触して形成し、そこに新たな
n+n+又はp+p+型のヘテロ接合を設けることによ
り達成される。かかるn+半導体層はp+半導体層
１３として、非単結晶のSiXC1-X半導体層が適し
ている。この半導体はＣを含むため、Siより禁制
帯幅が広くかつｘ値を変えることにより禁制帯幅
の大きさを任意の値に制御できるため、適当なヘ
テロ接合を形成し易いからである。また、SiX
C1-X層の作製法としてシラン一炭化水素系反応ガ
スのプラズマ化学蒸着法を使用すると、生成した
半導体膜は水素(H)を含む非晶質膜となる。この非
晶質膜に含有するＨ原子が内在する欠陥を修復
し、この膜のヘテロ接合界面はさらに良好とな
る。
この水素を含む非晶質炭化けい素（非晶質
SiC：Ｈ）膜と結晶ｉ膜のヘテロ接合の利点を第
３図に示したバンド構造図を用いて説明する。こ
の図では、結晶Siのnp接合の上に形成された非
晶質SiC：Ｈ膜のバンド構造が示されている。非
晶質SiC：Ｈ半導体層１３の電子親和度は3.92eV
で、結晶Si膜１１の4.05eVと類似しているため、
それらのn+n+ヘテロ接合のハンド構造ではその
界面に正孔に対する障壁が形成される。この障壁
の存在により、n+形結晶半導体（n+−Si）層１
１で光励起により生成された少数キヤリヤ（正
孔）が該n+−Si層１１からｐ形半導体（ｐ−Si）
層１０へ移動し、有効なキヤリヤとして取出され
ることとなるとともにヘテロ接合による前記障壁
層の段差により、開放電圧が増大する。
SiC：Ｈ）膜と結晶ｉ膜のヘテロ接合の利点を第
３図に示したバンド構造図を用いて説明する。こ
の図では、結晶Siのnp接合の上に形成された非
晶質SiC：Ｈ膜のバンド構造が示されている。非
晶質SiC：Ｈ半導体層１３の電子親和度は3.92eV
で、結晶Si膜１１の4.05eVと類似しているため、
それらのn+n+ヘテロ接合のハンド構造ではその
界面に正孔に対する障壁が形成される。この障壁
の存在により、n+形結晶半導体（n+−Si）層１
１で光励起により生成された少数キヤリヤ（正
孔）が該n+−Si層１１からｐ形半導体（ｐ−Si）
層１０へ移動し、有効なキヤリヤとして取出され
ることとなるとともにヘテロ接合による前記障壁
層の段差により、開放電圧が増大する。
また、n+−ａ−SiCとn+−Siのn+n+型ヘテロ接
合界面には通常界面準位が存在するが、 SiC膜をプラズマCVD法の低温プロセスを用い
れば膜中に水素が存在しバルク及び界面中の欠陥
又は界面準位を低減できる。
合界面には通常界面準位が存在するが、 SiC膜をプラズマCVD法の低温プロセスを用い
れば膜中に水素が存在しバルク及び界面中の欠陥
又は界面準位を低減できる。
又、プラズマCVD法で作製したSiC膜は通常非
晶質膜であり、その比抵抗は102〜104Ω・cmと高
い。この比抵抗を低下せしめるためには、H2を
過剰に添加したプラズマ雰囲気で微結晶化した
SiC膜を作製すればよい。又、非晶質膜の熱処理
によつても微結晶化することができる。また、エ
キシマレーザーを用いて非晶質SiC膜をアニール
すれば10-1Ω・cm程度の著しく低い抵抗値の微結
晶膜を得ることができる。
晶質膜であり、その比抵抗は102〜104Ω・cmと高
い。この比抵抗を低下せしめるためには、H2を
過剰に添加したプラズマ雰囲気で微結晶化した
SiC膜を作製すればよい。又、非晶質膜の熱処理
によつても微結晶化することができる。また、エ
キシマレーザーを用いて非晶質SiC膜をアニール
すれば10-1Ω・cm程度の著しく低い抵抗値の微結
晶膜を得ることができる。
以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明
する。先ず、構成を述べると、半導体層１０，１
１および１２は、それぞれ主として光電変換を行
うｐ形半導体層、n+形半導体層およびp+形半導
体層である。電極１５および１６はn+形層上の
表面グリツド電極および裏面電極である。半導体
層１３は本発明に係わる正孔注入防止半導体層
で、半導体層１４は電子注入防止層である。
する。先ず、構成を述べると、半導体層１０，１
１および１２は、それぞれ主として光電変換を行
うｐ形半導体層、n+形半導体層およびp+形半導
体層である。電極１５および１６はn+形層上の
表面グリツド電極および裏面電極である。半導体
層１３は本発明に係わる正孔注入防止半導体層
で、半導体層１４は電子注入防止層である。
次に製造工程に従つて説明する。
ｐ形ウエハ１０の表面にPOCl3拡散法によりn+
層１１を形成した後、裏面のn+層を除去する。
この裏面に硼素１３イオン打込みアニール又は
Al蒸着アロイ法によりp+層１２を形成する。n+
層１１のｐ濃度は従来より低い1019cm-3とする。
その後、乾燥酸素中において、850℃でn+層１１
の熱酸化を行い、約100Åの厚さの酸化膜１７を
形成し、続いて反射防止膜１８を蒸着した。次に
ホトリソグラフイにより層１７および１８を貫ぬ
くグリツド状開孔部を設け、この中に非晶質n+
形SiC層１３を形成した。該非晶質SiC層１３の
形成にはプラズマ化学蒸着法を用いた。この方法
では、反応ガスとしてSiH4−CH4の混合ガスを
用い数Torrの低真空下で13MHzの高周波電界を
印加した。またSiC層をｎ形層とするために、反
応ガス系にPH3を添加した。次に、本実施例にお
いては裏面にもSiC層１４を形成したが、この場
合にはB2H6を添加し、基板温度を250°〜400℃と
してｎ形SiC層の形成法と同様な方法を用いてｐ
形SiC層を形成したところ、約102Ω・cmの比抵抗
を得た。ｎ形SiC層の膜厚は10〜1000Åとした。
最後に周知のホトリソグラフイ法を適用して電極
１５および１６を形成し太陽電池を作製した。こ
の太陽電池の逆方向飽和電流密度は10-13〜
10-14A／cm2となり開放電圧を従来の0.6Vから
0.7Vに向上させることができた。
層１１を形成した後、裏面のn+層を除去する。
この裏面に硼素１３イオン打込みアニール又は
Al蒸着アロイ法によりp+層１２を形成する。n+
層１１のｐ濃度は従来より低い1019cm-3とする。
その後、乾燥酸素中において、850℃でn+層１１
の熱酸化を行い、約100Åの厚さの酸化膜１７を
形成し、続いて反射防止膜１８を蒸着した。次に
ホトリソグラフイにより層１７および１８を貫ぬ
くグリツド状開孔部を設け、この中に非晶質n+
形SiC層１３を形成した。該非晶質SiC層１３の
形成にはプラズマ化学蒸着法を用いた。この方法
では、反応ガスとしてSiH4−CH4の混合ガスを
用い数Torrの低真空下で13MHzの高周波電界を
印加した。またSiC層をｎ形層とするために、反
応ガス系にPH3を添加した。次に、本実施例にお
いては裏面にもSiC層１４を形成したが、この場
合にはB2H6を添加し、基板温度を250°〜400℃と
してｎ形SiC層の形成法と同様な方法を用いてｐ
形SiC層を形成したところ、約102Ω・cmの比抵抗
を得た。ｎ形SiC層の膜厚は10〜1000Åとした。
最後に周知のホトリソグラフイ法を適用して電極
１５および１６を形成し太陽電池を作製した。こ
の太陽電池の逆方向飽和電流密度は10-13〜
10-14A／cm2となり開放電圧を従来の0.6Vから
0.7Vに向上させることができた。
また、該非晶質SiC層の比抵抗低減のため、プ
ラズマCVD条件の改良による膜の微結晶化を行
うと抵抗を102〜１Ω・cmにすることができ、し
たがつて太陽電池の内部抵抗の低減をはかること
ができる。更に、比抵抗を低減する必要がある場
合には、エキシマレーザーなどを用いて膜の短時
間アニールを行なえば良い。
ラズマCVD条件の改良による膜の微結晶化を行
うと抵抗を102〜１Ω・cmにすることができ、し
たがつて太陽電池の内部抵抗の低減をはかること
ができる。更に、比抵抗を低減する必要がある場
合には、エキシマレーザーなどを用いて膜の短時
間アニールを行なえば良い。
本発明による太陽電池は開放電圧が高く、かつ
再現性よく製造できるので、高性能かつ安価な太
陽電池を容易に提供し得る効果がある。
再現性よく製造できるので、高性能かつ安価な太
陽電池を容易に提供し得る効果がある。
第１図は、本発明の構成および実施例を示す
図、第２図は、従来技術を示す図、および第３図
は、本発明の作用を説明するための図である。 符号の説明、１，１０……ｐ形半導体層、２，
１１，１３……n+半導体層、３，１２……p+形
半導体層、４，１７……パツシベーシヨン膜、
５，１８……反射防止膜、６，７，１５，１６…
…電極。
図、第２図は、従来技術を示す図、および第３図
は、本発明の作用を説明するための図である。 符号の説明、１，１０……ｐ形半導体層、２，
１１，１３……n+半導体層、３，１２……p+形
半導体層、４，１７……パツシベーシヨン膜、
５，１８……反射防止膜、６，７，１５，１６…
…電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１のシリコン半導体層と第２のシリコン半
導体層からなる接合を有する太陽電池において、
上記第１のシリコン半導体層の上記第２のシリコ
ン半導体層とは反対側の面に接して形成された、
シリコンと炭素とを主な構成元素とする第１の非
単結晶質半導体層および上記第１のシリコン半導
体層表面のバツシベーシヨン膜と、該第１の非単
結晶質半導体層および該パツシベーシヨン膜から
なる面上に少なくとも上記第１の非単結晶質半導
体層に接して部分的に形成された電極を有し、上
記第１のシリコン半導体層と上記第１の非単結晶
質半導体層とは同一導電型であることを特徴とす
る太陽電池。 ２ 上記第１の非単結晶質半導体層は、さらに水
素を含有して成る特許請求の範囲第１項記載の太
陽電池。 ３ 上記第２のシリコン半導体層の電極と上記第
２のシリコン半導体層との間に、上記第２のシリ
コン半導体層に接してその全面に形成された、シ
リコンと炭素とを主な構成元素とする第２の非単
結晶質半導体層を有し、上記第２のシリコン半導
体層と上記第２の非単結晶質半導体層とは同一導
電型である特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の太陽電池。 ４ 上記第１および第２の非単結晶質半導体層は
微結晶化されている特許請求の範囲第１項乃至第
３項のいずれか一項に記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61065620A JPS62224089A (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61065620A JPS62224089A (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62224089A JPS62224089A (ja) | 1987-10-02 |
| JPH0575189B2 true JPH0575189B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=13292250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61065620A Granted JPS62224089A (ja) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62224089A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2813712B2 (ja) * | 1989-05-10 | 1998-10-22 | 工業技術院長 | 光電変換素子 |
| US8481357B2 (en) | 2008-03-08 | 2013-07-09 | Crystal Solar Incorporated | Thin film solar cell with ceramic handling layer |
| US8030119B2 (en) | 2008-03-08 | 2011-10-04 | Crystal Solar, Inc. | Integrated method and system for manufacturing monolithic panels of crystalline solar cells |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5136086A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-26 | Sharp Kk | |
| JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
| JPS5810871A (ja) * | 1981-07-13 | 1983-01-21 | Agency Of Ind Science & Technol | アモルフアス太陽電池 |
-
1986
- 1986-03-26 JP JP61065620A patent/JPS62224089A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62224089A (ja) | 1987-10-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |