JPH0597413A - アモルフアス多元系半導体および該半導体を用いた素子 - Google Patents
アモルフアス多元系半導体および該半導体を用いた素子Info
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- JPH0597413A JPH0597413A JP3198726A JP19872691A JPH0597413A JP H0597413 A JPH0597413 A JP H0597413A JP 3198726 A JP3198726 A JP 3198726A JP 19872691 A JP19872691 A JP 19872691A JP H0597413 A JPH0597413 A JP H0597413A
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- 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
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
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- Glass Compositions (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる元素の群から選ばれ
た１種以上の元素と、Ｈ並びにハロゲンよりなる元素の
群から選ばれた１種以上の元素、及びＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ
よりなる元素の群から選ばれた１種以上の元素とからな
る半導体の一部又は全部が微結晶化しており、周期律表
第 III族もしくは第Ｖ族の元素でドーピングされたこと
を特徴とするｐ型またはｎ型半導体、およびそれを用い
た素子。 【効果】 本発明の半導体を太陽電池に応用すると、広
い波長の太陽光を有効に利用できるとともに、微結晶シ
リコンの使用により抵抗成分が小さくなるのでキヤリヤ
ーが有効に収集され光電変換効率が向上する。
た１種以上の元素と、Ｈ並びにハロゲンよりなる元素の
群から選ばれた１種以上の元素、及びＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ
よりなる元素の群から選ばれた１種以上の元素とからな
る半導体の一部又は全部が微結晶化しており、周期律表
第 III族もしくは第Ｖ族の元素でドーピングされたこと
を特徴とするｐ型またはｎ型半導体、およびそれを用い
た素子。 【効果】 本発明の半導体を太陽電池に応用すると、広
い波長の太陽光を有効に利用できるとともに、微結晶シ
リコンの使用により抵抗成分が小さくなるのでキヤリヤ
ーが有効に収集され光電変換効率が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアモルフアス多元系半導
体及びそれを用いた素子に関する。
体及びそれを用いた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池や光検出器のような光電素子及
び装置は太陽光線を直接電気エネルギに変換することが
できるが、この種装置の最大の問題として、他の電気エ
ネルギ発生手段と比較して発電費用が極めて大きいこと
が言われている。その主な原因は、装置の主体を構成す
る半導体材料の利用効率が低いこと、更には斯る材料を
製造するに要するエネルギが多いことにある。
び装置は太陽光線を直接電気エネルギに変換することが
できるが、この種装置の最大の問題として、他の電気エ
ネルギ発生手段と比較して発電費用が極めて大きいこと
が言われている。その主な原因は、装置の主体を構成す
る半導体材料の利用効率が低いこと、更には斯る材料を
製造するに要するエネルギが多いことにある。
【０００３】最近この欠点を解決する可能性のある技術
として、上記半導体材料に非晶質シリコンを使用するこ
とが提案された。即ち、非晶質シリコンはシランやフロ
ルシリコンなどのシリコン化合物雰囲気中でのグロー放
電によつて安価かつ大量に形成することができ、その場
合の非晶質シリコン（以下ＧＤ−ａＳｉと略記する）で
は、禁止帯の幅中の平均局在状態密度が１０17cm-3以下
と小さく、結晶シリコンと同じ様にｐ型、ｎ型の不純物
制御が可能となるのである。
として、上記半導体材料に非晶質シリコンを使用するこ
とが提案された。即ち、非晶質シリコンはシランやフロ
ルシリコンなどのシリコン化合物雰囲気中でのグロー放
電によつて安価かつ大量に形成することができ、その場
合の非晶質シリコン（以下ＧＤ−ａＳｉと略記する）で
は、禁止帯の幅中の平均局在状態密度が１０17cm-3以下
と小さく、結晶シリコンと同じ様にｐ型、ｎ型の不純物
制御が可能となるのである。
【０００４】ＧＤ−ａＳｉを用いた典型的な従来の太陽
電池は、可視光を透過するガラス基板上に透明電極を形
成し、該透明電極上にＧＤ−ａＳｉのｐ型層、ＧＤ−ａ
Ｓｉのノンドープ（不純物無添加）層及びＧＤ−ａＳｉ
のｎ型層を順次形成し該ｎ型層上にオーミツクコンタク
ト用電極を設けてなるものである。
電池は、可視光を透過するガラス基板上に透明電極を形
成し、該透明電極上にＧＤ−ａＳｉのｐ型層、ＧＤ−ａ
Ｓｉのノンドープ（不純物無添加）層及びＧＤ−ａＳｉ
のｎ型層を順次形成し該ｎ型層上にオーミツクコンタク
ト用電極を設けてなるものである。
【０００５】上記太陽電池において、ガラス基板及び透
明電極を介して光がＧＤ−ａＳｉからなるｐ型層、ノン
ドープ層及びｎ型層に入ると、主にノンドープ層におい
て自由状態の電子及び／又は正孔が発生し、これらは上
記各層の作るｐｉｎ接合電界により引かれて移動した後
透明電極やオーミツクコンタクト用電極に集められ両電
極間に電圧が発生する。
明電極を介して光がＧＤ−ａＳｉからなるｐ型層、ノン
ドープ層及びｎ型層に入ると、主にノンドープ層におい
て自由状態の電子及び／又は正孔が発生し、これらは上
記各層の作るｐｉｎ接合電界により引かれて移動した後
透明電極やオーミツクコンタクト用電極に集められ両電
極間に電圧が発生する。
【０００６】ところが、以下に述べる理由によつて、エ
ネルギー変換効率は制約を受けており、各方面でこれら
の改善を目指して活発な研究が行われている。 (1) 光の入射側のドーピング層（上記の場合はｐ層）で
吸収された光は有効なキヤリアーにならず、ロスとな
る。 (2) 有効なキヤリアーを発生するノンドープ層のエネル
ギーギヤツプが約１．８ｅＶであり、長波長の光を利用
できない。 (3) 光の入射側と反対の層のドーピング層（上記の場合
はｎ層）で吸収された光もロスとなり、裏面電極で反射
され、ノンドープ層に導入される光が少なくなる。 (4) 上記の一例とは別に、広い波長範囲の太陽スペクト
ルを有効に利用する為、多層構造の太陽電池が提案され
ているが、それぞれの層に適したアモルフアス材料は一
部しか見い出されていない。 (5) アモルフアス材料の特徴はクリスタルに比べ高い抵
抗を示し、これが光電変換素子のキヤリヤー収集効率を
下げる結果となっている。即ち、ｐ層あるいはｎ層が抵
抗層として働くのである。
ネルギー変換効率は制約を受けており、各方面でこれら
の改善を目指して活発な研究が行われている。 (1) 光の入射側のドーピング層（上記の場合はｐ層）で
吸収された光は有効なキヤリアーにならず、ロスとな
る。 (2) 有効なキヤリアーを発生するノンドープ層のエネル
ギーギヤツプが約１．８ｅＶであり、長波長の光を利用
できない。 (3) 光の入射側と反対の層のドーピング層（上記の場合
はｎ層）で吸収された光もロスとなり、裏面電極で反射
され、ノンドープ層に導入される光が少なくなる。 (4) 上記の一例とは別に、広い波長範囲の太陽スペクト
ルを有効に利用する為、多層構造の太陽電池が提案され
ているが、それぞれの層に適したアモルフアス材料は一
部しか見い出されていない。 (5) アモルフアス材料の特徴はクリスタルに比べ高い抵
抗を示し、これが光電変換素子のキヤリヤー収集効率を
下げる結果となっている。即ち、ｐ層あるいはｎ層が抵
抗層として働くのである。
【０００７】特に上記(1) の理由によつて小さな短絡電
流（Jsc)しか得られず、さらに付随的な現象ではある
が、開放電圧（Voc)も０．８ボルトと低い値しか示さな
かつた。これに対して本発明者等は、特願昭５６−１２
３１３号、特願昭５６−２２６９０号、特願昭５６−６
６６８９号に示すようなワイドギヤツプでｐ又はｎ型に
価電子制御できる非晶質半導体を発明し、さらに非晶質
シリコンとヘテロ接合ｐｉｎを形成することにより大き
いＪｓｃとＶｏｃが得られることを見い出した。
流（Jsc)しか得られず、さらに付随的な現象ではある
が、開放電圧（Voc)も０．８ボルトと低い値しか示さな
かつた。これに対して本発明者等は、特願昭５６−１２
３１３号、特願昭５６−２２６９０号、特願昭５６−６
６６８９号に示すようなワイドギヤツプでｐ又はｎ型に
価電子制御できる非晶質半導体を発明し、さらに非晶質
シリコンとヘテロ接合ｐｉｎを形成することにより大き
いＪｓｃとＶｏｃが得られることを見い出した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記 (1)〜
(5) のすべての問題を解決し、またはそれらの要請を満
足させ得る非晶質材料の開発を主眼に鋭意研究を進めた
結果、本発明を完成するに至つた。即ち、本発明は、
Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる元素の群から選ばれた１種以上
の元素と、Ｈ並びにハロゲンよりなる元素の群から選ば
れた１種以上の元素、及びＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎよりなる元
素の群から選ばれた１種以上の元素とからなる半導体の
一部又は全部が微結晶化しており、周期律表第 III族も
しくは第Ｖ族の元素でドーピングされたことを特徴とす
るｐ型またはｎ型半導体、および該半導体を用いた半導
体素子を内容とする。
(5) のすべての問題を解決し、またはそれらの要請を満
足させ得る非晶質材料の開発を主眼に鋭意研究を進めた
結果、本発明を完成するに至つた。即ち、本発明は、
Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる元素の群から選ばれた１種以上
の元素と、Ｈ並びにハロゲンよりなる元素の群から選ば
れた１種以上の元素、及びＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎよりなる元
素の群から選ばれた１種以上の元素とからなる半導体の
一部又は全部が微結晶化しており、周期律表第 III族も
しくは第Ｖ族の元素でドーピングされたことを特徴とす
るｐ型またはｎ型半導体、および該半導体を用いた半導
体素子を内容とする。
【０００９】以下に、その詳細を説明する。本発明に用
いる微結晶あるいはアモルフアス多元系半導体はＣ、
Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲン、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから適宜
組み合わされたガス状の或はガス化せしめた化合物をグ
ロー放電分解することによつて得られる。また、Ｃ、
Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲン、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから適宜
組み合わされた固体化合物をターゲツトとして、スパツ
タするか、もしくはＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲンから
適宜組み合わされた気体の存在下で前記ターゲツトをス
パツタすることによつても得られる。前記グロー放電法
及びスパツタ法を実施する際の基板温度については特に
制限はないが、通常２００℃〜４５０℃が用いられる。
いる微結晶あるいはアモルフアス多元系半導体はＣ、
Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲン、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから適宜
組み合わされたガス状の或はガス化せしめた化合物をグ
ロー放電分解することによつて得られる。また、Ｃ、
Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲン、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから適宜
組み合わされた固体化合物をターゲツトとして、スパツ
タするか、もしくはＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲンから
適宜組み合わされた気体の存在下で前記ターゲツトをス
パツタすることによつても得られる。前記グロー放電法
及びスパツタ法を実施する際の基板温度については特に
制限はないが、通常２００℃〜４５０℃が用いられる。
【００１０】本発明に用いる微結晶あるいはアモルフア
ス多元系半導体中に含まれるＳｉの量は５０原子％以上
が好ましく、さらに好ましくはＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる
元素の群から選ばれたすべての元素の合計量が半導体中
で３０原子％以下含まれるのが良い。さらに好ましく
は、半導体中に含まれるＨとハロゲンの合計量が、約１
原子％から約４０原子％の範囲で含まれるのが良い。ま
た、ハロゲンの中ではフツ素が最も好ましい元素であ
る。
ス多元系半導体中に含まれるＳｉの量は５０原子％以上
が好ましく、さらに好ましくはＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる
元素の群から選ばれたすべての元素の合計量が半導体中
で３０原子％以下含まれるのが良い。さらに好ましく
は、半導体中に含まれるＨとハロゲンの合計量が、約１
原子％から約４０原子％の範囲で含まれるのが良い。ま
た、ハロゲンの中ではフツ素が最も好ましい元素であ
る。
【００１１】ドーピングする場合は、製膜時に III族の
元素の化合物例えばＢ2 Ｈ6 、又はＶ族の元素の化合物
例えばＰＨ3等を添加するか、或は製膜後イオンインプ
ランテーシヨン法を用いることができる。そのドープ量
は２０℃に於ける暗伝動度が１０-8（Ω・cm）-1以上と
なるよう、さらに太陽電池として用いるべく接合を形成
した場合、その拡散電位が所望の値になるよう選ばれ
る。
元素の化合物例えばＢ2 Ｈ6 、又はＶ族の元素の化合物
例えばＰＨ3等を添加するか、或は製膜後イオンインプ
ランテーシヨン法を用いることができる。そのドープ量
は２０℃に於ける暗伝動度が１０-8（Ω・cm）-1以上と
なるよう、さらに太陽電池として用いるべく接合を形成
した場合、その拡散電位が所望の値になるよう選ばれ
る。
【００１２】以下、上記微結晶多元系半導体を太陽電池
に適用した場合について説明する。アモルフアス多元系
半導体あるいは微結晶多元系半導体はそのエネルギー・
ギヤツプをかなり任意に選ぶことができるから、アモル
フアス太陽電池のそれぞれの層に適した組成を有する材
料が使用できる。
に適用した場合について説明する。アモルフアス多元系
半導体あるいは微結晶多元系半導体はそのエネルギー・
ギヤツプをかなり任意に選ぶことができるから、アモル
フアス太陽電池のそれぞれの層に適した組成を有する材
料が使用できる。
【００１３】ドーピング層としてはエネルギー・ギヤツ
プの大きな材料が適しており、特に光の入射側に用いら
れる窓材料の光学的バンドギヤツプ（Ｅｇ・ｏｐｔ）は
１．８５ｅＶ以上が好ましい。また、有効なキヤリヤー
を発生し得るノンドープ層のＥｇ・ｏｐｔはそのＥｇ・
ｏｐｔが単一の値を有する場合、小さい方が好ましい。
しかし、さらに好ましくはノンドープ層のＥｇ・ｏｐｔ
が光の入射側では２ｅＶ或はそれ以上と大きな値を有
し、光の入射側と反対の方向に向かつて小さくなり、最
終的には１ｅＶ程度になるのが最も良い。このような概
念に基づいて考案された太陽電池として、グレーデツド
型、（マルチ）スタツクド型或はタンデム型と呼ばれる
多層構造の太陽電池があるが、本発明の半導体はこれら
のどの層に対しても充分満足し得る材料を提供すること
ができる。従つて、アモルフアス多元系半導体あるいは
微結晶多元系半導体を上記太陽電池に適用することによ
つて、広い波長範囲を有する太陽スペクトルを有効に利
用することが可能となる。また、このような複雑な構造
の太陽電池でなくても、一般的な構造を有する、例えば
ｐｉｎ型の太陽電池のそれぞれの層に対して微結晶ある
いはアモルフアス多元系半導体を用いるだけで、従来よ
りも改善された性能を得ることができる。また、これら
の太陽電池に於て、少なくとも１つの接合についてはそ
の拡散電位が１．１ボルト以上になるようにするのが好
ましく、また、少なくとも１つのドーピング層、好まし
くは光の入射側のドーピング層の厚みは約３０〜３００
Åであるのが好ましい。また、ノンドープ層のＥｇ・ｏ
ｐｔを小さくする目的には、多元系半導体の中でも、特
にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎよりなる元素の群から選ばれた１種
以上の元素とＨ、Ｆよりなる元素の群から選ばれた１種
以上の元素とからなる真性半導体あるいは微結晶半導体
を用いるのが好ましいが、 III族の元素で補償して実質
的に真性にしてもよい。
プの大きな材料が適しており、特に光の入射側に用いら
れる窓材料の光学的バンドギヤツプ（Ｅｇ・ｏｐｔ）は
１．８５ｅＶ以上が好ましい。また、有効なキヤリヤー
を発生し得るノンドープ層のＥｇ・ｏｐｔはそのＥｇ・
ｏｐｔが単一の値を有する場合、小さい方が好ましい。
しかし、さらに好ましくはノンドープ層のＥｇ・ｏｐｔ
が光の入射側では２ｅＶ或はそれ以上と大きな値を有
し、光の入射側と反対の方向に向かつて小さくなり、最
終的には１ｅＶ程度になるのが最も良い。このような概
念に基づいて考案された太陽電池として、グレーデツド
型、（マルチ）スタツクド型或はタンデム型と呼ばれる
多層構造の太陽電池があるが、本発明の半導体はこれら
のどの層に対しても充分満足し得る材料を提供すること
ができる。従つて、アモルフアス多元系半導体あるいは
微結晶多元系半導体を上記太陽電池に適用することによ
つて、広い波長範囲を有する太陽スペクトルを有効に利
用することが可能となる。また、このような複雑な構造
の太陽電池でなくても、一般的な構造を有する、例えば
ｐｉｎ型の太陽電池のそれぞれの層に対して微結晶ある
いはアモルフアス多元系半導体を用いるだけで、従来よ
りも改善された性能を得ることができる。また、これら
の太陽電池に於て、少なくとも１つの接合についてはそ
の拡散電位が１．１ボルト以上になるようにするのが好
ましく、また、少なくとも１つのドーピング層、好まし
くは光の入射側のドーピング層の厚みは約３０〜３００
Åであるのが好ましい。また、ノンドープ層のＥｇ・ｏ
ｐｔを小さくする目的には、多元系半導体の中でも、特
にＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎよりなる元素の群から選ばれた１種
以上の元素とＨ、Ｆよりなる元素の群から選ばれた１種
以上の元素とからなる真性半導体あるいは微結晶半導体
を用いるのが好ましいが、 III族の元素で補償して実質
的に真性にしてもよい。
【００１４】以下、ｎｉｐ型のグレーデツド構造太陽電
池を一例として具体的に本発明を説明するが、本発明の
半導体素子はこの構造に限定使用されるものではない。
池を一例として具体的に本発明を説明するが、本発明の
半導体素子はこの構造に限定使用されるものではない。
【００１５】この構造の代表的なものの一つは透明電極
／ｎ型微結晶半導体／ｉ型アモルフアス半導体／ｐ型微
結晶半導体／電極／絶縁膜／金属箔の構造で、透明電極
側から光を照射する。光を照射する側のｎ型アモルフア
ス半導体の厚みは約３０Åから３００Å、好ましくは５
０Å〜２００Å、ｉ層の厚みは限定されないが約１００
０Å〜１００００Åが通常用いられる。ｐ層の厚みは限
定されないが約１００Å〜６００Åが用いられる。透明
電極はＩＴＯやＳｎＯ2 特にＩＴＯが好ましく、ｎ型微
結晶半導体上に直接蒸着して得られる。又ＩＴＯとｎ型
微結晶半導体の界面に３０〜５００ÅのＳｎＯ2 をつけ
ると更に好ましい。
／ｎ型微結晶半導体／ｉ型アモルフアス半導体／ｐ型微
結晶半導体／電極／絶縁膜／金属箔の構造で、透明電極
側から光を照射する。光を照射する側のｎ型アモルフア
ス半導体の厚みは約３０Åから３００Å、好ましくは５
０Å〜２００Å、ｉ層の厚みは限定されないが約１００
０Å〜１００００Åが通常用いられる。ｐ層の厚みは限
定されないが約１００Å〜６００Åが用いられる。透明
電極はＩＴＯやＳｎＯ2 特にＩＴＯが好ましく、ｎ型微
結晶半導体上に直接蒸着して得られる。又ＩＴＯとｎ型
微結晶半導体の界面に３０〜５００ÅのＳｎＯ2 をつけ
ると更に好ましい。
【００１６】ｎ型微結晶半導体はＥｇ・ｏｐｔが１．８
５ｅＶ以上が好ましく、特にＳｉを主体として、これに
Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲンを添加したものが好まし
い。さらに好ましくは、光の入射側程Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、
Ｈ、ハロゲンの添加量を多くし、ｉ層に向かつて漸次
Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓの添加量を減少させるのが良い。
５ｅＶ以上が好ましく、特にＳｉを主体として、これに
Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｈ、ハロゲンを添加したものが好まし
い。さらに好ましくは、光の入射側程Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、
Ｈ、ハロゲンの添加量を多くし、ｉ層に向かつて漸次
Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓの添加量を減少させるのが良い。
【００１７】ｉ型アモルフアス半導体は光の入射側から
ｉ層の厚みの約１／３から半分程度まではＳｉにＨやハ
ロゲンを添加した半導体が好ましく、残りのｉ層はこれ
にＧｅやＳｎを添加し、しかもその添加量をｐ層側に向
かつてだんだん高め、最終的にはそのＥｇ・ｏｐｔを１
ｅＶ程度にするのが好ましい。
ｉ層の厚みの約１／３から半分程度まではＳｉにＨやハ
ロゲンを添加した半導体が好ましく、残りのｉ層はこれ
にＧｅやＳｎを添加し、しかもその添加量をｐ層側に向
かつてだんだん高め、最終的にはそのＥｇ・ｏｐｔを１
ｅＶ程度にするのが好ましい。
【００１８】ｐ型アモルフアス半導体は、裏面電極から
の反射光を有効に利用する為にも比較的Ｅｇ・ｏｐｔの
大きな材料が好ましい。
の反射光を有効に利用する為にも比較的Ｅｇ・ｏｐｔの
大きな材料が好ましい。
【００１９】基板は、太陽電池に一般的に使用されてい
る透明電極付きガラス基板、ステンレス等の金属基板、
ポリイミド等の耐熱性高分子フイルムを使用できる。ま
た、アルミニウム、銅、鉄、ニツケル、ステンレス等の
金属箔又はこれに耐熱性高分子或はＳｉＯ1 、Ｓｉ
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、アモルフアス又は結晶性のＳｉ
(1-X) Ｃ(X) 、Ｓｉ(1-y) Ｎｙ、Ｓｉ(1-X-y) Ｃ(X) Ｎ
(y) 等又はその水素及び／又はハロゲン化物等の絶縁性
物質をコーテイングした基板も使用できる。特に、発電
区域を複数に分割し、その各々を並列或は直列に接続す
る場合は、絶縁性基板を用いる必要があり、この目的に
添つた基板としてはガラス、又は耐熱性高分子フイル
ム、更には金属箔上に前記絶縁性物質をコーテイングし
た基板が好ましく、この上に電極をパターン化して形成
した基板を用いて、これに半導体を形成すればよい。
る透明電極付きガラス基板、ステンレス等の金属基板、
ポリイミド等の耐熱性高分子フイルムを使用できる。ま
た、アルミニウム、銅、鉄、ニツケル、ステンレス等の
金属箔又はこれに耐熱性高分子或はＳｉＯ1 、Ｓｉ
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、アモルフアス又は結晶性のＳｉ
(1-X) Ｃ(X) 、Ｓｉ(1-y) Ｎｙ、Ｓｉ(1-X-y) Ｃ(X) Ｎ
(y) 等又はその水素及び／又はハロゲン化物等の絶縁性
物質をコーテイングした基板も使用できる。特に、発電
区域を複数に分割し、その各々を並列或は直列に接続す
る場合は、絶縁性基板を用いる必要があり、この目的に
添つた基板としてはガラス、又は耐熱性高分子フイル
ム、更には金属箔上に前記絶縁性物質をコーテイングし
た基板が好ましく、この上に電極をパターン化して形成
した基板を用いて、これに半導体を形成すればよい。
【００２０】金属箔上に絶縁性物質をコーテイングする
場合、この絶縁性薄膜の電気伝導度は約１０-7（Ω・c
m）-1以下が好ましい。また、金属箔の厚みは特に制限
はないが、５μｍ〜２mmが好ましく、特に５０μｍ〜１
mmが好ましい。絶縁膜の厚みも金属箔を絶縁できればよ
いので任意であるが、通常１０００Åから２０μｍ程度
の範囲で用いられる。
場合、この絶縁性薄膜の電気伝導度は約１０-7（Ω・c
m）-1以下が好ましい。また、金属箔の厚みは特に制限
はないが、５μｍ〜２mmが好ましく、特に５０μｍ〜１
mmが好ましい。絶縁膜の厚みも金属箔を絶縁できればよ
いので任意であるが、通常１０００Åから２０μｍ程度
の範囲で用いられる。
【００２１】図１乃至図３に本発明実施例としての光起
電力装置を示すが、１１は金属箔、１２は絶縁膜で１
３、１４、１５は該絶縁基板上に膜状に形成された第
１、第２、第３の発電区域である。
電力装置を示すが、１１は金属箔、１２は絶縁膜で１
３、１４、１５は該絶縁基板上に膜状に形成された第
１、第２、第３の発電区域である。
【００２２】該発電区域の各々はアモルファスあるいは
多元系半導体層１６と該層を挟んで対向する第１電極１
７及び第２電極１８から構成されている。半導体層１６
は図示していないが例えば基板側から順次堆積されたｐ
層、ノンドープ層（ｉ層）及びｎ層の半導体層からな
り、斯る半導体層１６は第１〜第３の発電区域に連続し
て延びている。
多元系半導体層１６と該層を挟んで対向する第１電極１
７及び第２電極１８から構成されている。半導体層１６
は図示していないが例えば基板側から順次堆積されたｐ
層、ノンドープ層（ｉ層）及びｎ層の半導体層からな
り、斯る半導体層１６は第１〜第３の発電区域に連続し
て延びている。
【００２３】第１電極１７はｐ層とオーミツク接触する
金属又は酸化錫、酸化インジウム、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3
＋ｘＳｎＯ2 ，ｘ≦０．１）などで構成することができ
るが、ＩＴＯの上に５０〜５００ÅのＳｎＯ2 をつけた
ものが特に好ましい。第２電極１８は透明な酸化錫Ｉｎ
2 Ｏ3 ，ＩＴＯ又はＳｎＯ2 の上にＩＴＯをつけた電極
などで構成される。第１〜第３発電区域１３〜１５の夫
々の第１電極１７及び第２電極１８は基板１２上におい
て夫々の発電区域の外へ延びる延長部１９及び２０を有
し、第１発電区域１３の第２電極１８の延長部２０と第
２発電区域１４の第１電極１７の延長部１９とが、又第
２発電区域１４の第２電極１８の延長部２０と第３発電
区域１５の第１電極１７の延長部１９とが夫々互いに重
畳して電気的に接続されている。又第１発電区域１３の
第１電極１７の延長部１９には第２電極１８と同材料か
らなる接続部２１が重畳被着されている。なお、２１は
なくてもよい。
金属又は酸化錫、酸化インジウム、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3
＋ｘＳｎＯ2 ，ｘ≦０．１）などで構成することができ
るが、ＩＴＯの上に５０〜５００ÅのＳｎＯ2 をつけた
ものが特に好ましい。第２電極１８は透明な酸化錫Ｉｎ
2 Ｏ3 ，ＩＴＯ又はＳｎＯ2 の上にＩＴＯをつけた電極
などで構成される。第１〜第３発電区域１３〜１５の夫
々の第１電極１７及び第２電極１８は基板１２上におい
て夫々の発電区域の外へ延びる延長部１９及び２０を有
し、第１発電区域１３の第２電極１８の延長部２０と第
２発電区域１４の第１電極１７の延長部１９とが、又第
２発電区域１４の第２電極１８の延長部２０と第３発電
区域１５の第１電極１７の延長部１９とが夫々互いに重
畳して電気的に接続されている。又第１発電区域１３の
第１電極１７の延長部１９には第２電極１８と同材料か
らなる接続部２１が重畳被着されている。なお、２１は
なくてもよい。
【００２４】上記装置の製造方法を簡単に説明すると、
その第１工程で基板（１１＋１２）上に延長部１９を含
んだ第１電極１７の各々が選択エツチング手法又は選択
スパツタ又は蒸着付着手法により形成され、第２工程で
第１〜第３発電区域に連続して半導体層１６が形成され
る。
その第１工程で基板（１１＋１２）上に延長部１９を含
んだ第１電極１７の各々が選択エツチング手法又は選択
スパツタ又は蒸着付着手法により形成され、第２工程で
第１〜第３発電区域に連続して半導体層１６が形成され
る。
【００２５】このとき、該層は上記延長部１９、２０に
存在してはならないので、基板７上全面に上記半導体層
を形成した後、選択エツチング手法により不要部を除去
するか、あるいは不要部を覆うマスクを用いることによ
り所望部のみに上記半導体層が形成される。続く最終工
程において延長部２０を含む第２電極１８及び接続部２
１が選択スパツタ又は蒸着手法などにより形成される。
本実施例装置において、第２電極１８を介して光が半導
体層１６に入ると、第１〜第３発電区域１３〜１５の夫
々において起電圧が生じ、各区域の第１、第２電極１
７、１８はその延長部において交互に接続されているの
で各区域の起電圧は直列的に相加され、第１発電区域１
３に連なる接続部２１を＋極、第３発電区域１５の第２
電極１８に連なる延長部２０を−極として両極の間に上
記の如く相加された電圧が発生する。
存在してはならないので、基板７上全面に上記半導体層
を形成した後、選択エツチング手法により不要部を除去
するか、あるいは不要部を覆うマスクを用いることによ
り所望部のみに上記半導体層が形成される。続く最終工
程において延長部２０を含む第２電極１８及び接続部２
１が選択スパツタ又は蒸着手法などにより形成される。
本実施例装置において、第２電極１８を介して光が半導
体層１６に入ると、第１〜第３発電区域１３〜１５の夫
々において起電圧が生じ、各区域の第１、第２電極１
７、１８はその延長部において交互に接続されているの
で各区域の起電圧は直列的に相加され、第１発電区域１
３に連なる接続部２１を＋極、第３発電区域１５の第２
電極１８に連なる延長部２０を−極として両極の間に上
記の如く相加された電圧が発生する。
【００２６】又上記装置において、各発電区域の隣接間
隔が小さいと、隣り合う区域の第１電極１７どうし、あ
るいは第２電極１８どうしの間で直接電流が流れる現
象、即ち漏れ電流の発生が認められるが半導体層１６の
光照射時の抵抗値が数〜数十ＭΩであることを考慮する
と、上記隣接間隔を１μｍ以上に設定することにより、
上記漏れ電流の影響は実質的に問題とならない。必要に
より半導体層１６を各発電区域に分離して形成し、裏面
電極と隣接する受光側電極とを直列に接続してもよい。
又実用に供する場合には第２電極側から密着包囲する透
明な高分子絶縁膜又は、ＳｉＯ2 ，ａ−ＳｉＣ，ａ−Ｓ
ｉＮ，ａ−ＳｉＣＮ等の透明な絶縁膜を設けて保護する
のがよい。当然のことながら透光性基板で実施すること
も良い。
隔が小さいと、隣り合う区域の第１電極１７どうし、あ
るいは第２電極１８どうしの間で直接電流が流れる現
象、即ち漏れ電流の発生が認められるが半導体層１６の
光照射時の抵抗値が数〜数十ＭΩであることを考慮する
と、上記隣接間隔を１μｍ以上に設定することにより、
上記漏れ電流の影響は実質的に問題とならない。必要に
より半導体層１６を各発電区域に分離して形成し、裏面
電極と隣接する受光側電極とを直列に接続してもよい。
又実用に供する場合には第２電極側から密着包囲する透
明な高分子絶縁膜又は、ＳｉＯ2 ，ａ−ＳｉＣ，ａ−Ｓ
ｉＮ，ａ−ＳｉＣＮ等の透明な絶縁膜を設けて保護する
のがよい。当然のことながら透光性基板で実施すること
も良い。
【００２７】以上の説明より明らかな如く、本発明の構
造によれば、微結晶あるいはアモルフアス多元系半導体
を用い、同一基板上にて複数の発電区域を直列接続した
ものであつて、可撓性で小型にしてかつ任意の高電圧を
発生する装置が得られ、従来のガラス基板と同じ方法で
作ることができるのは金属箔を絶縁した基板を用いたが
故に実現されたものであり、その製造に際しても従来の
製造工程とほとんど変わるところなく簡単な膜形成工程
のみで製造することができ、量産的にも極めて優れたも
のである。
造によれば、微結晶あるいはアモルフアス多元系半導体
を用い、同一基板上にて複数の発電区域を直列接続した
ものであつて、可撓性で小型にしてかつ任意の高電圧を
発生する装置が得られ、従来のガラス基板と同じ方法で
作ることができるのは金属箔を絶縁した基板を用いたが
故に実現されたものであり、その製造に際しても従来の
製造工程とほとんど変わるところなく簡単な膜形成工程
のみで製造することができ、量産的にも極めて優れたも
のである。
【００２８】なお、このような太陽電池は蛍光灯下で作
動させる電池として小型の電子装置に組み込むことがで
きるが、ＡＭ−１ １００ｍｗ／cm2 のような強い光の
下で使用される場合もあり、このような場合、通常保護
回路を必要とするが絶縁膜１２としてアモルフアスシリ
コンのような光照射時の電気伝導度の大きな材料を用い
れば、蛍光灯下では電気伝導度が小さいのでリークは少
ないが、屋外光のように強い光が当たると電気伝導度が
大きくなり、光電流がリークして保護回路の役割をする
ので好ましい。さらに、グロー放電分解によつて本発明
に用いるアモルフアス多元系半導体を製造する場合、ｒ
ｆ電界と少なくとも部分的には直交した領域を有する磁
界を備えている装置を用いて、製膜速度の増大と膜質の
向上を図ることができる。
動させる電池として小型の電子装置に組み込むことがで
きるが、ＡＭ−１ １００ｍｗ／cm2 のような強い光の
下で使用される場合もあり、このような場合、通常保護
回路を必要とするが絶縁膜１２としてアモルフアスシリ
コンのような光照射時の電気伝導度の大きな材料を用い
れば、蛍光灯下では電気伝導度が小さいのでリークは少
ないが、屋外光のように強い光が当たると電気伝導度が
大きくなり、光電流がリークして保護回路の役割をする
ので好ましい。さらに、グロー放電分解によつて本発明
に用いるアモルフアス多元系半導体を製造する場合、ｒ
ｆ電界と少なくとも部分的には直交した領域を有する磁
界を備えている装置を用いて、製膜速度の増大と膜質の
向上を図ることができる。
【００２９】
【発明の効果】叙上の通り、本発明の半導体を太陽電池
に応用した場合広い波長範囲を有する太陽スペクトルを
有効に利用できる。またアモルフアス材料に代えて、微
結晶シリコンのｐ型またはｎ型材料を用いることにより
抵抗成分が小さくなり、従って光電変換素子の内部で発
生したキヤリヤーが有効に収集されることとなる。また
微結晶シリコンの量を多くすると光の透過率を増大させ
ることも可能であり、光活性層への入射光量が増大し、
光電変換素子の効率を向上させることができる。
に応用した場合広い波長範囲を有する太陽スペクトルを
有効に利用できる。またアモルフアス材料に代えて、微
結晶シリコンのｐ型またはｎ型材料を用いることにより
抵抗成分が小さくなり、従って光電変換素子の内部で発
生したキヤリヤーが有効に収集されることとなる。また
微結晶シリコンの量を多くすると光の透過率を増大させ
ることも可能であり、光活性層への入射光量が増大し、
光電変換素子の効率を向上させることができる。
【図１】実施例を示す側面図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図１におけるＣ−Ｃ断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０１Ｇ 17/00 7202−4Ｇ 19/00 7202−4Ｇ Ｃ０３Ｃ 8/14 6971−4Ｇ Ｈ０１Ｌ 21/31 8518−4Ｍ 31/04 // Ｂ０１Ｊ 19/08 Ｚ 6345−4Ｇ
Claims (16)
- 【請求項１】 Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる元素の群から選
ばれた１種以上の元素と、Ｈ並びにハロゲンよりなる元
素の群から選ばれた１種以上の元素、及びＳｉ、Ｇｅ、
Ｓｎよりなる元素の群から選ばれた１種以上の元素とか
らなる半導体の一部または全部が微結晶化しており、周
期律表第 III族もしくは第Ｖ族の元素でドーピングされ
たことを特徴とするｐ型またはｎ型半導体。 - 【請求項２】 ハロゲンがＦであることを特徴とする請
求項１記載の半導体。 - 【請求項３】 Ｓｉの組成が５０原子％以上であること
を特徴とする請求項１又は２記載の半導体。 - 【請求項４】 Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる元素の群から選
ばれたすべての元素の合計が約３０原子％以下であるこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体。 - 【請求項５】 ＳｉとＣ、Ｎ、Ｏ、Ｓよりなる元素の群
から選ばれたすべての元素との合計が６０原子％以上９
９原子％以下であることを特徴とする請求項３又は４記
載の半導体。 - 【請求項６】 ２０℃に於る暗伝導度が１０-8（Ω・c
m）-1以上であることを特徴とする請求項１乃至５記載
の半導体。 - 【請求項７】 Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎよりなる元素の群から
選ばれた１種以上の元素と、Ｈ、Ｆよりなる元素の群か
ら選ばれた１種以上の元素とからなる真性半導体をｉ層
とする半導体素子において、ドーピング層の構成要素で
あることを特徴とする請求項１乃至６記載の半導体素
子。 - 【請求項８】 ドーピング層のうちの少なくとも１つの
層は、その光学的バンドギヤツプＥｇ・ｏｐｔが１．８
５ｅＶ以上であり、かつ少なくとも１つの接合の拡散電
位が１．１ボルト以上であることを特徴とする請求項７
記載の半導体素子。 - 【請求項９】 ドーピング層のうちの少なくとも１つの
層の厚みが約３０〜３０００Åであることを特徴とする
請求項８記載の半導体素子。 - 【請求項１０】 前記半導体素子の構造がｐｉｎ型また
はその積層型であることを特徴とする請求項７または８
記載の半導体素子。 - 【請求項１１】 前記半導体素子が電気絶縁性基板の上
に形成された複数の発電区域を有し、該区域の集電手段
は各区域に於る光起電力が直列関係になるように互いに
電気的に接続されてなることを特徴とする請求項７乃至
１０記載の半導体素子。 - 【請求項１２】 前記複数の半導体素子が、金属箔上に
形成した電気絶縁性基板の上に薄膜で形成されているこ
とを特徴とする請求項１１記載の半導体素子。 - 【請求項１３】 前記電気絶縁性薄膜が耐熱性高分子、
又はＳｉＯ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、又はアモルフアス
若しくは結晶性のＳｉ(1-X) Ｃ(X) 、Ｓｉ
(1-y) Ｎ(y) 、Ｓｉ(1-X-y) Ｃz Ｎy 又はアモルフアス
シリコンから選ばれることを特徴とする請求項１２記載
の半導体素子。 - 【請求項１４】 前記半導体素子の少なくとも一方の側
には透明な電極を設けたことを特徴とする請求項７乃至
１３記載の半導体素子。 - 【請求項１５】 前記透明な電極がＩＴＯ若しくはＳｎ
Ｏ2 又はＩＴＯとアモルフアス層との界面に約３０〜５
００ÅのＳｎＯ2 を設けたＩＴＯ−ＳｎＯ2 複合電極で
あることを特徴とする請求項１４記載の半導体素子。 - 【請求項１６】 前記アモルフアス多元系半導体がｒｆ
電界と少なくとも部分的には直交した領域を有する磁界
を備えている装置を用いて、グロー放電分解を行なうこ
とによつて製造されることを特徴とする請求項７乃至１
５記載の半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3198726A JPH0597413A (ja) | 1982-11-01 | 1991-07-12 | アモルフアス多元系半導体および該半導体を用いた素子 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57192032A JPS5983916A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | アモルフアス多元系半導体 |
| JP3198726A JPH0597413A (ja) | 1982-11-01 | 1991-07-12 | アモルフアス多元系半導体および該半導体を用いた素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57192032A Division JPS5983916A (ja) | 1982-11-01 | 1982-11-01 | アモルフアス多元系半導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0597413A true JPH0597413A (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=26507053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3198726A Pending JPH0597413A (ja) | 1982-11-01 | 1991-07-12 | アモルフアス多元系半導体および該半導体を用いた素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0597413A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4408791A1 (de) * | 1993-03-16 | 1994-09-22 | Fuji Electric Co Ltd | Verfahren zur Herstellung eines Siliciumoxidhalbleiterfilms |
| JP2011514011A (ja) * | 2008-03-10 | 2011-04-28 | カリソーラー インコーポレイテッド | 低級原材料に基づく結晶シリコンを用いた太陽電池および製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5681925A (en) * | 1979-10-13 | 1981-07-04 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Method of manufacturing semiconductor forming element made of amorphous silicon for converting light into electric energy and device for executing same |
| JPS5726429A (en) * | 1981-04-30 | 1982-02-12 | Shunpei Yamazaki | Semiamorphous semiconductor |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP3198726A patent/JPH0597413A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5681925A (en) * | 1979-10-13 | 1981-07-04 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Method of manufacturing semiconductor forming element made of amorphous silicon for converting light into electric energy and device for executing same |
| JPS5726429A (en) * | 1981-04-30 | 1982-02-12 | Shunpei Yamazaki | Semiamorphous semiconductor |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4408791A1 (de) * | 1993-03-16 | 1994-09-22 | Fuji Electric Co Ltd | Verfahren zur Herstellung eines Siliciumoxidhalbleiterfilms |
| DE4408791B4 (de) * | 1993-03-16 | 2006-10-19 | Fuji Electric Co., Ltd., Kawasaki | Verfahren zur Herstellung eines Siliciumoxidhalbleiterfilms |
| JP2011514011A (ja) * | 2008-03-10 | 2011-04-28 | カリソーラー インコーポレイテッド | 低級原材料に基づく結晶シリコンを用いた太陽電池および製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970311 |