JPH06101575B2 - 光起電力装置 - Google Patents

光起電力装置

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JPH06101575B2
JPH06101575B2 JP61194504A JP19450486A JPH06101575B2 JP H06101575 B2 JPH06101575 B2 JP H06101575B2 JP 61194504 A JP61194504 A JP 61194504A JP 19450486 A JP19450486 A JP 19450486A JP H06101575 B2 JPH06101575 B2 JP H06101575B2
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amorphous silicon
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金雄 渡邉
行雄 中嶋
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • 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】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は複数個の単位発電素子を積層した光起電力装置
に関する。
(ロ) 従来の技術 特開昭55-125680号公報等に開示された如く、pin、pn-n
+等の半導体接合を有する単位発電素子を2重、3重或
いはそれ以上に多重に積層せしめた所謂タンデム構造の
光起電力装置は既に知られている。この様なタンデム構
造の光起電力装置は光入射側から見て前段の単位発電素
子に於いて発電に寄与することなく透過した光を、後段
の単位発電素子に於いて吸収することができトータル的
な光電変換効率を上昇せしめることができる。また各単
位発電素子の上記i型層やn-型層のように光入射がある
と主として光キャリアを発生する光活性層の光学的禁止
帯幅(Egopt)を調整すれば各単位発電素子に於ける感
光ピーク波長をシフトせしめることができ、より一層の
光電変換効率の上昇が図れる。
上記光活性層で発生した電子及び正孔の光キャリアは、
該光活性層を挾むp型層及びn型層が作る接合電界に引
かれて、電子はn型層に向って移動すると共に、正孔は
p型層に向って移動して集電され外部に取り出される。
従って、単位発電素子にあっては実際に発電に寄与する
i型層やn-型層のように不純物が全くドーブされていな
いか、僅かにドーブされた光活性層のみならず上記接合
電界を形成するための不純物層が不可欠な存在である。
然し乍ら、この様に接合電界を形成するために不可欠な
不純物層と光活性層と同じく光入射経路に介在せしめら
れる結果、斯る不純物層に於ける光吸収が多くなると光
活性層への光到達率が減少し、光電変換効率の大幅な低
下を招く。
特開昭57-95677号公報、特開昭57-104276号公報及び特
開昭57-136377号公報には、一つの単位発電素子からな
る光起電力装置に於いて、光活性層の光入射側前方に配
置される不純物層、所謂窓層を光活性層より光学的禁止
帯幅Egoptの広いアモルファスシリコンカーバイド、ア
モルファスシリコンナイトライドのワイドバンドギャッ
プ材料によって構成することにより、斯る窓層に於ける
光吸収の低減を図る技術が開示されている。
従って、斯るワイドバンドギャップ材料の光吸収の低減
作用を、タンデム構造に於いて発電に殆ど寄与しない接
合電界形成用の不純物層に適用すれば当該不純物層に於
ける光吸収を可及的に減少させ、光電変換効率の上昇を
図ることができる。
一方、アモルファスシリコンを主体とする光起電力装置
に於いて、長時間強い光が照射せしめられると、その光
電変換効率が低下することが知られており、近年光電変
換効率を上昇せしめるための研究と、経時劣化の低減の
ための研究とが並行して行なわれている。即ち、初期の
光電変換効率の上昇が達成できたとしても、経時劣化が
著しければ光電変換効率の上昇は相殺され、逆に長時間
経過後には従来構造の光電変換効率を下回ることも発生
する。
(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明光起、電力装置は上述の如く複数個の単位発電素
子を積層した所謂タンデム構造に於いて、発電に殆ど寄
与しない接合電界形成用の不純物層に於ける光吸収をワ
イドバンドギャップ材料を使用することにより、可及的
に減少させると共に、経時劣化を抑圧しようとするもの
である。
(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明光起電力装置は上記問題点を解決するために、相
隣り合う単位発電素子の接触界面に配置される不純物層
として、p型のアモルファスシリコンオキシナイトライ
ドと、n型のアモルファスシリコンカーバイドとを用い
たことを特徴とする。
(ホ) 作用 上述の如くp型のアモルファスシリコンオキシナイトラ
イドとn型のアモルファスシリコンカーバイドのワイド
バンドギャップ材料を相隣り合う単位発電素子の接触界
面に配置することによって、当該アモルファスシリコン
オキシナイトライドとアモルファスシリコンカーバイド
の各層は前段の単位発電素子に於ける光活性層で吸収さ
れなかった入射光を後段の単位発電素子に透過させると
共に、経時劣化に対しても有効に作用する。
(ヘ) 実施例 第1図は本発明光起電力装置の基本構造を示す模式的断
面図で、ガラス等の透光性且つ絶縁性の基板(1)の一
方の主面にITO、SnO2等に代表される透光性導電酸化物
(TCO)の受光面電極(2)を形成した後、夫々が単独
で実質的に発電素子として機能する第1及び第2の単位
発電素子(SC1)(SC2)が第1の単位発電素子(SC1)
を上記受光面電極(2)と接した状態で順次積層されて
いる。そして、第2の単位発電素子(SC2)の露出面で
ある光入射方向から見て背面に、Al、Ag、Al/Ti、Al/Ti
Ag、TCO/Ag、TCO/Al、TCO/Al/Ti等の単層乃至三層構造
の背面電極(3)が結合されるている。
上記第1・第2の単位発電素子(SC1)(SC2)の各々
は、アモルファスシリコン(a−Si)を主体とし、Si
H4、SiF4、SiH4+SiF4、Si2H6等のシリコン化合物ガス
を主原料ガスとし、適宜p型、n型の価電子制御用のB2
H6、PH3等の不純物ガスや、ワイドバンドギャップ用のC
H4、C2H6、C2H2、NH3、NO等のワイドバンドギャップ用
ガスを添加した原料ガスによるプラズマ分解や低圧水銀
ランプを使用した光分解等により形成される。そして、
各単位発電素子(SC1)(SC2)は、上記価電子制御用の
不純物ガスを全く含まない状態で形成されたノンドーブ
なi型層か、僅かに不純物を含んだスライトリィドーブ
な層からなる光活性層(41)(42)と、該光活性層
(41)(42)で形成された光キャリアの移動を促進する
接合電界を発生させるべく当該光活性層(41)(42)を
挾んだp型或いはn型の不純物層(5d11)(5d12)、
(5d21)(5d22)と、からなり、光入射側から見て、pi
n/pin或いはnip/nipのタンデム構造を備えている。
而して、本発明の特徴は互いに相隣り合う第1・第2の
単位発電素子(SC1)(SC2)のn/p或いはp/n接触界面に
配置される不純物層(5d12)(5d21)として、数種のワ
イドバンドギャップ材料の組合せの内から、n型のアモ
ルファスシリコンカーバイド(a−Si1-XCX)と、p型
のアモルファスシリコンオキシナイトライド(a−Si
1-2XNXOX)との組合せを選択したところにある。
下記第1表は光起電力装置の基本特性(初期値)である
開放電圧Voc(V)、短絡電流Isc(mA)、フィルファク
タFF(%)、光電変換効率η(%)につき本発明構造の
実施例と従来構造の比較例とを赤道直下の太陽光線(AM
−1)を擬似的に照射する照射強度100mW/cm2のソーラ
シュミレータを用いて測定した実測値をまとめたもので
ある。
斯る測定に供せられた光起電力装置は何れも光入射側か
ら見て、ガラス基板(1)/TCO受光面電極(2)/pin接
合型第1単位発電素子(SC1)/pin接合型第2単位発電
素子(SC2)/Al背面電極(3)のタンデム構造であり、
第1単位発電素子(SC1)と第2単位発電素子(SC2)と
の接触界面には、第1単位発電素子(SC1)の不純物層
(5d12)はn型であり、第2単位発電素子(SC2)のそ
れ(5d21)はp型が夫々配置された。そして、接触界面
を構成する第1単位発電素子(SC1)の不純物層(5
d12)と第2単位発電素子(SC2)の不純物層(5d21)の
組成のみを可変とし、他の構成要素は実施例及び比較例
ともに共通仕様とした。第1・第2の単位発電素子(SC
1)(SC2)は特開昭56-114387号公報に開示された、当
該アモルファスシリコンを主体とする単位発電素子(SC
1)(SC2)の製造方法として一般的な三室分離式プラズ
マCVD法を用いて製造した。本実施例に於けるプラズマC
VD条件を第2表に記すと共に、斯るCVD条件により製造
された構造を第3表に示す。
共通条件 電源:13.56MHz高周波電源 SiH4ガス流量:5〜10(SCCM) ガス圧力:0.3〜0.5(Torr) 一方、比較対象となった比較例1は、実施例に於ける第
2単位発電素子(SC2)のa−Si0.9N0.05O0.05の界面
不純物層(5d21)に代って第1単位発電素子(SC1)の
不純物層(5d11)や(5d12)と同じa−Si0.9C0.1を用
いた構成にあり、また比較例2は実施例に於けるa−Si
0.9C0.1のn型界面不純物層(5d12)やa−Si0.9N
0.05O0.05のp型界面不純物層(5d21)に代ってa−Si
0.9N0.1を用いた構成にある。斯る構成の異なる接合界
面の構成を第4表にまとめて示す。
尚、各実施例乃至比較例のa−Si1-2XNxOx、a−Si1-XN
X、a−Si1-XCXは光学的禁止帯幅Egoptがa−Siよりワ
イドな約2.0(eV)になるべくSiに対するN、Oまたは
Cの含有量が上述の如く調整されている。
この様に第1・第2単位発電素子(SC1)(SC2)の接合
界面の不純物層(5d12)(5d21)として同じ光学的禁止
帯幅Egoptを持つa−Si1-XCX、a−Si1-XNXにより構成
する場合、同一材料より構成するよりもn型層としてa
−Si1-XCXを用いると共にp型層としてa−Si1-2XNXOX
を用いた時に光起電力装置に於ける基本特性の改善が見
られた。
一方、上記構成に於ける実施例及び比較例につき経時劣
化について測定した。劣化試験は、赤道直下の太陽光線
の光強度100mW/cm2の5倍の強度である500mW/cm2のAM−
1光を5時間照射したときの光電変換効率を測定し初期
値に対する劣化率を求める光劣化試験と、200℃50時間
経過後の光電変換効率の初期値に対する劣化率を求める
熱劣化試験とを夫々個別に施した。その結果が第5表に
示してある。
この様に本発明実施例は比較例1、2に比して光起電力
装置の基本特性のみならず光及び/または熱による経時
劣化についても優れていることが判明した。
第2図は本発明実施例と比較例1の第1単位発電素子
(SC1)に於けるn型界面不純物層(5d12)のカーボン
含有量(x)と光電変換効率(η)の関係をx=0、0.
02、0.03、0.05、0.1、0.2、0.3、0.5の各々につき調査
したものである。斯る測定に於いては第2単位発電素子
(SC2)のp型界面不純物層(5d21)として、第4表記
載の如く本実施例がa−Si0.9N0.05O0.05、比較例1
がa−Si0.9C0.1の固定比率の膜を用いた。この測定結
果からn型界面不純物層(5d12)に於けるカーボン含有
量(x)を可変しても、同一の含有量にあってはp型界
面不純物層(5d21)としてa−Si1-2XNXOXを用いた本発
明実施例の光電変換効率(η)がa−Si1-XCXを用いる
比較例1を上回ることが判る。
一方、本発明実施例と比較例1の第2単位発電素子(SC
2)のp型界面不純物層(5d21)の窒素及び酸素含有量
(x)及びカーボン含有量(x)と光電変換効率(η)
の関係が第3図に示されている。斯る測定にあっては第
1単位発電素子(SC1)のn型界面不純物層(5d12)と
して、第4表記載の如く本実施例及び比較例1ともにa
−Si0.9C0.1の固定比率の膜を共通に用いた。この測定
結果からp型界面不純物層(5d21)に於ける窒素及び酸
素含有量(x)を可変しても、斯る含有量に於けるEgop
tがほぼ等しくなるカーボン含有量(x)にあってはp
型界面不純物層(5d21)としてa−Si1-2XNXOXを用いた
本発明実施例の光電変換効率(η)がa−Si1-XCXを用
いる比較例1を上回ることが確認された。
尚、上記実施例にあっては2個の単位発電素子のタンデ
ム構造について説明したが3個或いはそれ以上のタンデ
ム構造に本発明は適用可能である。
(ト) 発明の効果 本発明光起電力装置は以上の説明から明らかな如く、相
隣り合う単位発電素子の接触界面に配置されるn型のア
モルファスシリコンカーバイドとp型のアモルファスシ
リコンオキシナイトライドの各不純物層は前段の単位発
電素子に於ける光活性層で吸収されなかった入射光を後
段の単位発電素子に透過させると共に経時劣化に対して
も有効に作用するので、発電に殆ど寄与しない接合電界
形成用の不純物層に於ける光吸収を可及的に減少させる
ことができ、経時劣化の抑圧と相侯って光電変換効率の
上昇を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明光起電力装置の一実施例を示す模式的断
面図、第2図は本発明実施例と比較例1のn型界面不純
物層(a−Si1-XCX)に於けるカーボン含有量と光電変
換効率との関係を示す特性図、第3図は本発明実施例と
比較例1のp型界面不純物層(a−Si1-2XNXOX:a−Si
1-XCX)に於ける窒素及び酸素含有量またはカーボン含
有量と光電変換効率との関係を示す特性図、である。 (1)……基板、(2)……受光面電極、(3)……背
面電極、(41)(42)……光活性層、(5d11)(5d12)
(5d21)(5d22)……不純物層、(SC1)……第1単位
発電素子、(SC2)……第2単位発電素子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アモルファスシリコンを主体とする単位発
    電素子を複数個積層した光起電力装置であって、相隣り
    合う単位発電素子の接触界面に配置される不純物層とし
    て、p型のアモルファスシリコンオキシナイトライド
    と、n型のアモルファスシリコンカーバイドとを用いた
    ことを特徴とする光起電力装置。
JP61194504A 1986-08-18 1986-08-20 光起電力装置 Expired - Lifetime JPH06101575B2 (ja)

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JP61194504A JPH06101575B2 (ja) 1986-08-20 1986-08-20 光起電力装置
US07/084,947 US4776894A (en) 1986-08-18 1987-08-13 Photovoltaic device
FR878711691A FR2602913B1 (fr) 1986-08-18 1987-08-18 Dispositif photovoltaique

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JPS6350075A JPS6350075A (ja) 1988-03-02
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