JPH0636432B2 - 光電変換半導体装置 - Google Patents
光電変換半導体装置Info
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- JPH0636432B2 JPH0636432B2 JP59055178A JP5517884A JPH0636432B2 JP H0636432 B2 JPH0636432 B2 JP H0636432B2 JP 59055178 A JP59055178 A JP 59055178A JP 5517884 A JP5517884 A JP 5517884A JP H0636432 B2 JPH0636432 B2 JP H0636432B2
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- JP
- Japan
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- substrate
- photoelectric conversion
- semiconductor
- semiconductor device
- semiconductor layer
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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
- 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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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、非単結晶半導体層中にPN接合、PIN接合、シ
ョットキ接合を少なくともひとつ設けた光電変換装置
（フォトセル、太陽電池、また蛍光灯電池）に関し、特
に、ガラス窓または屋根の一部の凹凸表面を構成した形
で、民生用または一般家庭用の発電設備の一部とした光
電変換装置およびその製法に関する。
ョットキ接合を少なくともひとつ設けた光電変換装置
（フォトセル、太陽電池、また蛍光灯電池）に関し、特
に、ガラス窓または屋根の一部の凹凸表面を構成した形
で、民生用または一般家庭用の発電設備の一部とした光
電変換装置およびその製法に関する。
従来、光電変換装置を電燈の傘などの民生用または一般
家庭用に適用して発電設備の一部としたものはある。ま
た、凹面もしくは凸面に、光電変換半導体を設けた装置
も従来からある。さらに、水素またはハロゲン元素が添
加された非単結晶半導体層を形成する技術は開発されて
いる。
家庭用に適用して発電設備の一部としたものはある。ま
た、凹面もしくは凸面に、光電変換半導体を設けた装置
も従来からある。さらに、水素またはハロゲン元素が添
加された非単結晶半導体層を形成する技術は開発されて
いる。
しかし、ガラス窓または屋根のデコレーションの凹凸の
表面、特に凹面のへこみの部分に対して、水素またはハ
ロゲン元素が添加された非単結晶半導体層を均質な厚さ
に設けることが不可能とされたいた。 しかしかかる不可能さは半導体被膜の製造方法に大きく
起因していることがわかった。即ち、従来、常圧の気相
法で形成せんとした場合は、キャリアガスを反応性気体
に比べ100〜10000倍の量を流していた。この為、不活性
気体であるキャリアガスが反応生成物の凹部での付着を
逆に妨げていた。 かかる事実に基づき、キャリアガスをまったく用いぬ、
また実質的に用いぬ程度とした反応系の利用が開発され
た。この代表的なものが減圧気相法である。 しかし、減圧気相法は、単に反応管内を減圧下としたこ
とのみを特徴としている。このため減圧の程度を強く1m
mHg程度とすると、反応生成物の基板上への被膜化が著
しく少なくなる。
表面、特に凹面のへこみの部分に対して、水素またはハ
ロゲン元素が添加された非単結晶半導体層を均質な厚さ
に設けることが不可能とされたいた。 しかしかかる不可能さは半導体被膜の製造方法に大きく
起因していることがわかった。即ち、従来、常圧の気相
法で形成せんとした場合は、キャリアガスを反応性気体
に比べ100〜10000倍の量を流していた。この為、不活性
気体であるキャリアガスが反応生成物の凹部での付着を
逆に妨げていた。 かかる事実に基づき、キャリアガスをまったく用いぬ、
また実質的に用いぬ程度とした反応系の利用が開発され
た。この代表的なものが減圧気相法である。 しかし、減圧気相法は、単に反応管内を減圧下としたこ
とのみを特徴としている。このため減圧の程度を強く1m
mHg程度とすると、反応生成物の基板上への被膜化が著
しく少なくなる。
本発明の目的は、ガラス窓または屋根の比較的小さな凹
凸の表面に対して均質な厚さに設けられた、水素または
ハロゲン元素が添加された光電変換非単結晶半導体装置
を提供することである。
凸の表面に対して均質な厚さに設けられた、水素または
ハロゲン元素が添加された光電変換非単結晶半導体装置
を提供することである。
本発明の光電変換半導体装置は、高低差が少なくとも１
０μｍ以上であって相連続す凹面と凸面を構成するガラ
ス窓材または屋根材において、前記相連続す凹面と凸面
を基板として、その上に、水素またはハロゲン元素が添
加された非単結晶半導体層を実質的に均一な厚さに形成
してある。
０μｍ以上であって相連続す凹面と凸面を構成するガラ
ス窓材または屋根材において、前記相連続す凹面と凸面
を基板として、その上に、水素またはハロゲン元素が添
加された非単結晶半導体層を実質的に均一な厚さに形成
してある。
本発明における光電変換素子において、凹凸表面を持つ
基板とは、いわゆる集積回路エレクトロニクスに見られ
る１μｍ以下、特に0.1〜0.5μｍの表面荒さではなく、
少なくとも10μｍ以上好ましくは1mm以上の比較的小さ
な凹凸を意味する。 一方、ガラス窓や屋根の材料には、比較的緩やかな凹凸
を有するものがあるが、この場合には半導体被膜の形成
が実質的に平らな部分に形成されることになるので、本
発明の対象ではない。 すなわち、本発明は、従来均一な被膜形成が困難であっ
た比較的小さな凹凸を有するガラス窓材や屋根材を基板
とする。 言い換えると、本発明は、肉眼で十分見分けがつく程度
の大きさの凹凸をガラス窓材や屋根材に設け、かかる剛
性（固い）または弾力性を有する可曲性基板の内面また
は外表面に光電変換半導体層を均一の厚さに設けたもの
である。 さらに、凹凸表面の任意の形状に光電変換素子を形成す
るために、半導体層（被膜）は非単結晶半導体で作製さ
れる。何故ならば、かかる非単結晶半導体は多少の局部
応力を加えても、信頼性の異常な低下またはストレス敏
感性を示さないという特徴があるからである。 水素またはハロゲン元素が添加されるのは、非単結晶半
導体光電変換装置の半導体特性を強くするためで、水素
またハロゲン元素を0.1〜200モル（原子）％半導体被膜
中に添加すればよい。 本発明でいう均一な厚さとは膜厚のばらつきが一般に±
5%以内であり、電気的特性が被膜の不均一さを考慮しな
くてよい程度であることを意味する。 本発明では、キャリアガスを実質的に用いない減圧気相
法を利用し、反応生成物の基板上への被膜化の減少を防
止するために、反応容器内の圧力を０．０１〜１０torr
とした。 すなわち、本発明では、反応容器内の圧力を０．０１〜
１０torrとし、反応容器内は実質的に反応性気体のみ、
またはそれと添加物のみとした。 半導体被膜での半導体特性を強めるために、水素または
ハロゲン元素を０．１〜２００モル（原子）％を半導体
被膜中に添加した。
基板とは、いわゆる集積回路エレクトロニクスに見られ
る１μｍ以下、特に0.1〜0.5μｍの表面荒さではなく、
少なくとも10μｍ以上好ましくは1mm以上の比較的小さ
な凹凸を意味する。 一方、ガラス窓や屋根の材料には、比較的緩やかな凹凸
を有するものがあるが、この場合には半導体被膜の形成
が実質的に平らな部分に形成されることになるので、本
発明の対象ではない。 すなわち、本発明は、従来均一な被膜形成が困難であっ
た比較的小さな凹凸を有するガラス窓材や屋根材を基板
とする。 言い換えると、本発明は、肉眼で十分見分けがつく程度
の大きさの凹凸をガラス窓材や屋根材に設け、かかる剛
性（固い）または弾力性を有する可曲性基板の内面また
は外表面に光電変換半導体層を均一の厚さに設けたもの
である。 さらに、凹凸表面の任意の形状に光電変換素子を形成す
るために、半導体層（被膜）は非単結晶半導体で作製さ
れる。何故ならば、かかる非単結晶半導体は多少の局部
応力を加えても、信頼性の異常な低下またはストレス敏
感性を示さないという特徴があるからである。 水素またはハロゲン元素が添加されるのは、非単結晶半
導体光電変換装置の半導体特性を強くするためで、水素
またハロゲン元素を0.1〜200モル（原子）％半導体被膜
中に添加すればよい。 本発明でいう均一な厚さとは膜厚のばらつきが一般に±
5%以内であり、電気的特性が被膜の不均一さを考慮しな
くてよい程度であることを意味する。 本発明では、キャリアガスを実質的に用いない減圧気相
法を利用し、反応生成物の基板上への被膜化の減少を防
止するために、反応容器内の圧力を０．０１〜１０torr
とした。 すなわち、本発明では、反応容器内の圧力を０．０１〜
１０torrとし、反応容器内は実質的に反応性気体のみ、
またはそれと添加物のみとした。 半導体被膜での半導体特性を強めるために、水素または
ハロゲン元素を０．１〜２００モル（原子）％を半導体
被膜中に添加した。
以下に、本発明の実施例を図面に従って説明する。 第１図（Ａ）（Ｂ）はフォトセルまたは太陽電池に用い
る場合の動作原理を示したものである。 即ち第１図（Ａ）は、非単結晶半導体層（１）の形成に
際し、透光性基板例えばガラス、サファイヤ（３）上に
導電性被膜（２）例えば酸化スズ（SnO2）ITOを形成
し、さらにこの上側に半導体層（１）を形成したもので
ある。この半導体層はMIN（金属−真性半導体−Ｎ型半
導体）のショットキ接合の構造であっても、PIN(P型半
導体−真性半導体−Ｎ型半導体）接合構造またはPN接合
であっても、さらにまたはこれらを多重にした接合であ
ってもよい。それは本発明の目的を満たし、かつ高い光
−電気変換効率（η）が得られ、また製造のしやすさと
の兼ね合いで決めればよい。 さらに第１図（Ａ）はこの半導体層（１）の上側に電極
（４）を設けている。光は（５）で左側より入射させて
いる。 かかるセルまたは電池にあっては、第３図のガラス窓ま
たは屋根の一部の形状を考えた時、従来得られていた平
坦電池は必ずしも好ましい形であるとはいえない。コー
ナー部分が有るからである。この点、第１図（Ａ）の構
造の光電変換装置は非単結晶半導体を使用しているので
適合性がある。 第１図（Ｂ）は、基板（３）上に下側電極（２）、半導
体層（１），上側透明電極（６），上側補助電極（４）
を設けている。上側補助電極はクシ型、魚骨型等をさせ
ることにより光の吸収と電気的導電率の向上を計った。 第１図（Ａ）および（Ｂ）の半導体層の構造は、本発明
人の出願による特開昭55−13938号及び特開昭55−13939
号に記載されたものと同様である。 本発明の光電変換非単結晶半導体装置の作製は、反応容
器内の応力を0.1〜10torrとし、加えて容器内は実質的
に反応性気体のみ、またはそれと添加物のみとするのが
よい。 第２図は本発明の少なくとも一部が凹凸状をした基板に
非単結晶半導体層を設けた光電変換半導体装置の作製方
法を実施するための装置である。図面に従ってその実施
例を説明する。 図面において凹凸型をした基板(21)はホルダー(22)上に
設置され、かつ不要部を(23)により遮蔽している。この
基板を反応炉(24)内に設置した。反応性気体は(28)のシ
ランのごとき珪化物気体、(29)はメタンの如き炭化物気
体、(30)はジボランのごときＰ型の導電型を呈し得る不
純物、(31)はフォスヒン、アルシンのごときＮ型の導電
性を呈する不純物を導入する。(35)は反応の前後に反応
炉内をパージする不活性気体である。 これらは入り口(27)よりマイクロ波を用いた励起系（エ
キサイタ）(26)を経て反応炉(24)に導入される。 マイクロ波は１〜10GHz例えば2.46GHzの周波数を用い、
反応性気体の化学的活性化、分解または反応させ、プラ
ズマ状態を呈している。 珪素中に炭素が混入し炭化珪素Si×Cl-x(0≦Ｘ＜１)が
形成された場合は、エネルギギャップは1.5eVより大き
く1.7〜3.5eVの間の任意の値をｘの値を変えることによ
り得ることができる。 反応性気体はかかるエキサイタにて励起、分解または反
応するため、反応炉内では被形成面は必ずしも平坦であ
る必要がないことが実験的にわかった。 さらにこのエキサイタ(26)、反応炉(24)は0.1〜10torr
に減圧され、活性状態の反応生成物は１〜10MHzの周波
数の高周波エネルギ(25)によりさらに活性になって凹凸
状の基板面に付着し被膜化する。減圧の程度は真空ポン
プ(34)とその前段のニードルバルブ(33)により一定圧力
に設定することは可能である。 反応性気体は珪化物としてシランを用いたが、ジクロー
ルシラン（SiH2 Cl2）、トリクロールシラン（SiHC
l3）、四塩化珪素（SiCl4）であってもよく、炭化物と
してメタン（CH4）のみではなくプロパン（C3 H8）等そ
の他の炭化水素であってもよい。またこの炭化物を用い
なくても、このかわりに窒化物としてアンモニア（N
H3）、ヒドラジン（N2 H4）を用いてもよい。 パージ用の不活性気体は一般に価格面より安価な窒素を
用いたが、半導体層を基板上に形成してしまった後、さ
らにこの半導体中に活性水素を添加することにより半導
体層中の不対結合手を中和、除去するためにこの(35)よ
り水素（H2）を導入してもよい。かくのごとき水素の誘
導アニールにより半導体層中には10〜50原子％の水素が
添加できた。この水素の代わりにハロゲン元素を添加し
ても不対結合手の中和・除去に効果があった。 この誘導アニールの温度は珪素にあっては250℃以下、
炭化珪素にあっては350℃以下であることが好ましく、
これらの温度以上では添加された水素が再放出され、Si
-H結合、C-H結合がとれてしまう傾向があった。 反応炉中の基板温度は室温〜350℃を用いた。もちろん
室温〜500℃であってもよい。しかし基板に対する温度
制御が材料制限をもたらすため室温〜300℃が実用的に
好ましかった。 反応生成物は反応炉内の圧力との関係で決められるが、
被膜の厚さはそれ以上の厚い層にまで均質に形成するこ
とができた。半導体被膜の成長速度は、10Å／分〜１μ
ｍ／分であり、それは圧力が0.01〜10torrと変えること
により、またエキサイタのマイクロ波エネルギまたは反
応炉の高周波エネルギを調節することにより実施でき
た。 本発明の光電変換半導体装置は以下の大きなプロセス上
の特徴を見いだした故に成就できたものである。 即ち、第１に反応炉が減圧であるため、反応性気体また
は反応生成物の平均自由工程が大きく、そのため10μ
ｍ、１mmという比較的小さい凹凸表面の凹部の内部にま
でも十分に飛翔し得ること、また反応炉に前置してエキ
サイタを設けたため、反応性気体が互いに完全に混合
し、化学量論的に均質な反応生成物ができること。 第２にその反応性気体またはエネルギ的にきわめて高く
励起された状態であるため、基板が10μｍ、１mmという
比較的小さい凹凸状表面を有していてもあらゆる部分の
表面に均一に被膜化すること。 第３に基板そのものを抵抗加熱等で加熱させるため、基
板の表面の温度に対しての被膜化の温度は鈍感であり、
かつ基板の温度が室温〜200℃または350℃であるため、
基板の各部の表面の温度が不均一になりにくく、その結
果、被膜の膜厚の不均一さを助長しない。 第４に第２図は横型反応炉で示したが、これは縦型であ
っても、または基板を移動し得る可動式の連続炉であっ
ても作製可能である。さらに、反応性気体の入り口側に
被膜が多量に形成され、その裏面には少しも形成させな
いことが可能である。 以上のごとく、減圧気相法またはプラズマ気相法は、反
応炉中の圧力により反応炉内にグロー放電が発生しグロ
ー放電法ということもできる。 第３図は本発明の光電変換半導体装置の実施例であり、
(43)より光が照射されている。 第３図は基板(41)の−主面の高低差(44)が１０μｍ以上
例えば1mm以上を有している。この凹凸の表面に半導体
層(42)を形成させたものである。 以下に本発明の光電変換半導体装置の具体例を示し、本
発明の内容を補完する。 具体例１ 基板としてガラス（厚さ1.1mm）を用い、その上面には1
mmの高低差を有し、凹部、凸部の巾は1mmである。その
縦断面図は第３図に示され、その拡大図を第４図に示
す。 この上面にスパッタ法でITOを形成せしめ、さらに第２
図に示したプラズマ気相反応装置によりPIN接合を有す
る水素が添加された非単結晶半導体を形成した。 即ち、Ｐ型の非単結晶半導体は炭化珪素（厚さ150Å）
を形成して、さらにその上面にＩ型珪素半導体をキャリ
アガスをまったく用いず100%の濃度のシランを用いた。
平均膜厚は0.7μｍとした。 さらにＮ型の非単結晶半導体はPH3／SiH4＝1%として500
Åの平均厚さに積層した。裏面電極はアルミニュームと
した。非単結晶半導体の形成における反応条件は、基板
温度210℃、高周波出力3.50MHz、圧力0.1torr、被膜成
長速度90A／分である。得られた特性は、開放電圧0.6
V、短絡電流20μＡ、曲線因子0.48、変換効率3.7%であ
った。 具体例２ 第４図において、凹凸表面に形成される被膜の均一度調
査用のモニタ基板(41)に対し、具体例１のプロセス条件
にて光電変換半導体膜を形成した。 基板は凹凸の高低差(14)は1mm、凹部、凸部は全て1mmと
した。かかる基板上に前記した非単結晶珪素を形成して
被膜の均一性を調べた。その結果は以下の如くである。 凸部の表面(11)0.8μｍ 凹部の表面(13)0.7μｍ 凹凸の側面(12)0.6μｍ この値は従来のキャリアガスを多量に用いた方法におい
ては 凸部の表面 1.0〜1.1μｍ 凹部の表面 0.6〜0.7μｍ 凹凸の側面 0.1〜0.5μｍ と特に大きくばらついてしまったことに較べると著しく
進歩特性を有する。そのため初めて具体例１に示した如
き光電変換装置の特性を得ることができた。 本発明の光電変換装置において基板はガラス、セラミッ
クス、金属板等の固い材料であるものがその代表的な例
である。しかしポリイミド樹脂等の可曲性基板であって
もよいことはいうまでもない。また弾力性を有する基板
であってもよい。 なお本発明で意味する非単結晶半導体材料は単に珪素、
炭化珪素のみではなく、その他の化合物半導体であって
もよい。 本発明の光電変換素子または発光素子は、ガラス窓また
は屋根の比較的小さな凹凸表面の一部または全部に直接
形成した非単結晶半導体の層で、100Vの商用電圧源より
1.5〜6Vの所定の低電圧をトランスを用いずに発生させ
ることができた。
る場合の動作原理を示したものである。 即ち第１図（Ａ）は、非単結晶半導体層（１）の形成に
際し、透光性基板例えばガラス、サファイヤ（３）上に
導電性被膜（２）例えば酸化スズ（SnO2）ITOを形成
し、さらにこの上側に半導体層（１）を形成したもので
ある。この半導体層はMIN（金属−真性半導体−Ｎ型半
導体）のショットキ接合の構造であっても、PIN(P型半
導体−真性半導体−Ｎ型半導体）接合構造またはPN接合
であっても、さらにまたはこれらを多重にした接合であ
ってもよい。それは本発明の目的を満たし、かつ高い光
−電気変換効率（η）が得られ、また製造のしやすさと
の兼ね合いで決めればよい。 さらに第１図（Ａ）はこの半導体層（１）の上側に電極
（４）を設けている。光は（５）で左側より入射させて
いる。 かかるセルまたは電池にあっては、第３図のガラス窓ま
たは屋根の一部の形状を考えた時、従来得られていた平
坦電池は必ずしも好ましい形であるとはいえない。コー
ナー部分が有るからである。この点、第１図（Ａ）の構
造の光電変換装置は非単結晶半導体を使用しているので
適合性がある。 第１図（Ｂ）は、基板（３）上に下側電極（２）、半導
体層（１），上側透明電極（６），上側補助電極（４）
を設けている。上側補助電極はクシ型、魚骨型等をさせ
ることにより光の吸収と電気的導電率の向上を計った。 第１図（Ａ）および（Ｂ）の半導体層の構造は、本発明
人の出願による特開昭55−13938号及び特開昭55−13939
号に記載されたものと同様である。 本発明の光電変換非単結晶半導体装置の作製は、反応容
器内の応力を0.1〜10torrとし、加えて容器内は実質的
に反応性気体のみ、またはそれと添加物のみとするのが
よい。 第２図は本発明の少なくとも一部が凹凸状をした基板に
非単結晶半導体層を設けた光電変換半導体装置の作製方
法を実施するための装置である。図面に従ってその実施
例を説明する。 図面において凹凸型をした基板(21)はホルダー(22)上に
設置され、かつ不要部を(23)により遮蔽している。この
基板を反応炉(24)内に設置した。反応性気体は(28)のシ
ランのごとき珪化物気体、(29)はメタンの如き炭化物気
体、(30)はジボランのごときＰ型の導電型を呈し得る不
純物、(31)はフォスヒン、アルシンのごときＮ型の導電
性を呈する不純物を導入する。(35)は反応の前後に反応
炉内をパージする不活性気体である。 これらは入り口(27)よりマイクロ波を用いた励起系（エ
キサイタ）(26)を経て反応炉(24)に導入される。 マイクロ波は１〜10GHz例えば2.46GHzの周波数を用い、
反応性気体の化学的活性化、分解または反応させ、プラ
ズマ状態を呈している。 珪素中に炭素が混入し炭化珪素Si×Cl-x(0≦Ｘ＜１)が
形成された場合は、エネルギギャップは1.5eVより大き
く1.7〜3.5eVの間の任意の値をｘの値を変えることによ
り得ることができる。 反応性気体はかかるエキサイタにて励起、分解または反
応するため、反応炉内では被形成面は必ずしも平坦であ
る必要がないことが実験的にわかった。 さらにこのエキサイタ(26)、反応炉(24)は0.1〜10torr
に減圧され、活性状態の反応生成物は１〜10MHzの周波
数の高周波エネルギ(25)によりさらに活性になって凹凸
状の基板面に付着し被膜化する。減圧の程度は真空ポン
プ(34)とその前段のニードルバルブ(33)により一定圧力
に設定することは可能である。 反応性気体は珪化物としてシランを用いたが、ジクロー
ルシラン（SiH2 Cl2）、トリクロールシラン（SiHC
l3）、四塩化珪素（SiCl4）であってもよく、炭化物と
してメタン（CH4）のみではなくプロパン（C3 H8）等そ
の他の炭化水素であってもよい。またこの炭化物を用い
なくても、このかわりに窒化物としてアンモニア（N
H3）、ヒドラジン（N2 H4）を用いてもよい。 パージ用の不活性気体は一般に価格面より安価な窒素を
用いたが、半導体層を基板上に形成してしまった後、さ
らにこの半導体中に活性水素を添加することにより半導
体層中の不対結合手を中和、除去するためにこの(35)よ
り水素（H2）を導入してもよい。かくのごとき水素の誘
導アニールにより半導体層中には10〜50原子％の水素が
添加できた。この水素の代わりにハロゲン元素を添加し
ても不対結合手の中和・除去に効果があった。 この誘導アニールの温度は珪素にあっては250℃以下、
炭化珪素にあっては350℃以下であることが好ましく、
これらの温度以上では添加された水素が再放出され、Si
-H結合、C-H結合がとれてしまう傾向があった。 反応炉中の基板温度は室温〜350℃を用いた。もちろん
室温〜500℃であってもよい。しかし基板に対する温度
制御が材料制限をもたらすため室温〜300℃が実用的に
好ましかった。 反応生成物は反応炉内の圧力との関係で決められるが、
被膜の厚さはそれ以上の厚い層にまで均質に形成するこ
とができた。半導体被膜の成長速度は、10Å／分〜１μ
ｍ／分であり、それは圧力が0.01〜10torrと変えること
により、またエキサイタのマイクロ波エネルギまたは反
応炉の高周波エネルギを調節することにより実施でき
た。 本発明の光電変換半導体装置は以下の大きなプロセス上
の特徴を見いだした故に成就できたものである。 即ち、第１に反応炉が減圧であるため、反応性気体また
は反応生成物の平均自由工程が大きく、そのため10μ
ｍ、１mmという比較的小さい凹凸表面の凹部の内部にま
でも十分に飛翔し得ること、また反応炉に前置してエキ
サイタを設けたため、反応性気体が互いに完全に混合
し、化学量論的に均質な反応生成物ができること。 第２にその反応性気体またはエネルギ的にきわめて高く
励起された状態であるため、基板が10μｍ、１mmという
比較的小さい凹凸状表面を有していてもあらゆる部分の
表面に均一に被膜化すること。 第３に基板そのものを抵抗加熱等で加熱させるため、基
板の表面の温度に対しての被膜化の温度は鈍感であり、
かつ基板の温度が室温〜200℃または350℃であるため、
基板の各部の表面の温度が不均一になりにくく、その結
果、被膜の膜厚の不均一さを助長しない。 第４に第２図は横型反応炉で示したが、これは縦型であ
っても、または基板を移動し得る可動式の連続炉であっ
ても作製可能である。さらに、反応性気体の入り口側に
被膜が多量に形成され、その裏面には少しも形成させな
いことが可能である。 以上のごとく、減圧気相法またはプラズマ気相法は、反
応炉中の圧力により反応炉内にグロー放電が発生しグロ
ー放電法ということもできる。 第３図は本発明の光電変換半導体装置の実施例であり、
(43)より光が照射されている。 第３図は基板(41)の−主面の高低差(44)が１０μｍ以上
例えば1mm以上を有している。この凹凸の表面に半導体
層(42)を形成させたものである。 以下に本発明の光電変換半導体装置の具体例を示し、本
発明の内容を補完する。 具体例１ 基板としてガラス（厚さ1.1mm）を用い、その上面には1
mmの高低差を有し、凹部、凸部の巾は1mmである。その
縦断面図は第３図に示され、その拡大図を第４図に示
す。 この上面にスパッタ法でITOを形成せしめ、さらに第２
図に示したプラズマ気相反応装置によりPIN接合を有す
る水素が添加された非単結晶半導体を形成した。 即ち、Ｐ型の非単結晶半導体は炭化珪素（厚さ150Å）
を形成して、さらにその上面にＩ型珪素半導体をキャリ
アガスをまったく用いず100%の濃度のシランを用いた。
平均膜厚は0.7μｍとした。 さらにＮ型の非単結晶半導体はPH3／SiH4＝1%として500
Åの平均厚さに積層した。裏面電極はアルミニュームと
した。非単結晶半導体の形成における反応条件は、基板
温度210℃、高周波出力3.50MHz、圧力0.1torr、被膜成
長速度90A／分である。得られた特性は、開放電圧0.6
V、短絡電流20μＡ、曲線因子0.48、変換効率3.7%であ
った。 具体例２ 第４図において、凹凸表面に形成される被膜の均一度調
査用のモニタ基板(41)に対し、具体例１のプロセス条件
にて光電変換半導体膜を形成した。 基板は凹凸の高低差(14)は1mm、凹部、凸部は全て1mmと
した。かかる基板上に前記した非単結晶珪素を形成して
被膜の均一性を調べた。その結果は以下の如くである。 凸部の表面(11)0.8μｍ 凹部の表面(13)0.7μｍ 凹凸の側面(12)0.6μｍ この値は従来のキャリアガスを多量に用いた方法におい
ては 凸部の表面 1.0〜1.1μｍ 凹部の表面 0.6〜0.7μｍ 凹凸の側面 0.1〜0.5μｍ と特に大きくばらついてしまったことに較べると著しく
進歩特性を有する。そのため初めて具体例１に示した如
き光電変換装置の特性を得ることができた。 本発明の光電変換装置において基板はガラス、セラミッ
クス、金属板等の固い材料であるものがその代表的な例
である。しかしポリイミド樹脂等の可曲性基板であって
もよいことはいうまでもない。また弾力性を有する基板
であってもよい。 なお本発明で意味する非単結晶半導体材料は単に珪素、
炭化珪素のみではなく、その他の化合物半導体であって
もよい。 本発明の光電変換素子または発光素子は、ガラス窓また
は屋根の比較的小さな凹凸表面の一部または全部に直接
形成した非単結晶半導体の層で、100Vの商用電圧源より
1.5〜6Vの所定の低電圧をトランスを用いずに発生させ
ることができた。
本発明の光電変換半導体装置は、１０μｍ、１mmのよう
な比較的小さい凹凸のあるガラス窓または屋根にも密着
して均一な厚さに設けられたものであり、このようなフ
ォトセル、太陽電池、螢光灯電池は、ガラス窓または屋
根の材料自体を基板として、すなわち、任意の態動素子
または受動素子を構成しうる物体として、利用したので
あって、工業的にもきわめて大きな応用を開くものであ
る。
な比較的小さい凹凸のあるガラス窓または屋根にも密着
して均一な厚さに設けられたものであり、このようなフ
ォトセル、太陽電池、螢光灯電池は、ガラス窓または屋
根の材料自体を基板として、すなわち、任意の態動素子
または受動素子を構成しうる物体として、利用したので
あって、工業的にもきわめて大きな応用を開くものであ
る。
第１図（Ａ），（Ｂ）は、本発明を実施するための光電
変換非単結晶半導体の実施例の側面図である。 第２図は本発明の半導体装置の作製方法を示す反応系装
置の概略断面図である。 第３図および第４図は本発明の光電変換半導体装置の実
施例を示す部分断面図である。
変換非単結晶半導体の実施例の側面図である。 第２図は本発明の半導体装置の作製方法を示す反応系装
置の概略断面図である。 第３図および第４図は本発明の光電変換半導体装置の実
施例を示す部分断面図である。
Claims (2)
- 【請求項１】高低差が少なくとも１０μｍ以上であって
相連続する凹面と凸面を構成するガラス窓材または屋根
材において、前記相連続する凹面と凸表面を基板とし
て、その上に、水素またはハロゲン元素が添加された非
単結晶半導体層を形成した実質的に均一な厚さの光電変
換半導体装置。 - 【請求項２】基板は剛性または弾力性を有するものであ
って、基板の内側または外面にPN接合、PIN接合または
ショットキ接合を有する非単結晶半導体層を設けたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光電変換半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59055178A JPH0636432B2 (ja) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | 光電変換半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59055178A JPH0636432B2 (ja) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | 光電変換半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2217479A Division JPS55115376A (en) | 1979-02-26 | 1979-02-26 | Semiconductor device and manufacturing thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6057679A JPS6057679A (ja) | 1985-04-03 |
| JPH0636432B2 true JPH0636432B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=12991466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59055178A Expired - Lifetime JPH0636432B2 (ja) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | 光電変換半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636432B2 (ja) |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5337718A (en) * | 1976-09-21 | 1978-04-07 | Asahi Glass Co Ltd | Laminated glass with heating wire incorporated therein |
| US4196438A (en) * | 1976-09-29 | 1980-04-01 | Rca Corporation | Article and device having an amorphous silicon containing a halogen and method of fabrication |
| JPS54242A (en) * | 1977-03-12 | 1979-01-05 | Kato Kaken Yuugen | Method of recovering solar energy |
| US4177473A (en) * | 1977-05-18 | 1979-12-04 | Energy Conversion Devices, Inc. | Amorphous semiconductor member and method of making the same |
| JPS5931657B2 (ja) * | 1977-07-02 | 1984-08-03 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 住宅用換気装置 |
| US4117506A (en) * | 1977-07-28 | 1978-09-26 | Rca Corporation | Amorphous silicon photovoltaic device having an insulating layer |
| JPS5429990A (en) * | 1977-08-10 | 1979-03-06 | Nippon Soken | Automotive solar battery |
| JPS55115376A (en) * | 1979-02-26 | 1980-09-05 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device and manufacturing thereof |
| JPS56152276A (en) * | 1980-04-25 | 1981-11-25 | Teijin Ltd | Solar cell made of amorphous silicon thin film |
-
1984
- 1984-03-21 JP JP59055178A patent/JPH0636432B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6057679A (ja) | 1985-04-03 |
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