JPH0693519B2 - 非晶質光電変換装置 - Google Patents
非晶質光電変換装置Info
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- JPH0693519B2 JPH0693519B2 JP62233422A JP23342287A JPH0693519B2 JP H0693519 B2 JPH0693519 B2 JP H0693519B2 JP 62233422 A JP62233422 A JP 62233422A JP 23342287 A JP23342287 A JP 23342287A JP H0693519 B2 JPH0693519 B2 JP H0693519B2
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- 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
- H10F10/172—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising multiple PIN junctions, e.g. tandem cells
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- H—ELECTRICITY
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F77/12—Active materials
- H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
- H10F77/1223—Active materials comprising only Group IV materials characterised by the dopants
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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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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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、多段積層形太陽電池のように非晶質半導体薄
膜からなるｐ−ｉ−ｎ構造が接合面に垂直方向に複数重
なっている非晶質光電変換装置に関する。
膜からなるｐ−ｉ−ｎ構造が接合面に垂直方向に複数重
なっている非晶質光電変換装置に関する。
非晶質半導体薄膜，特にシラン系ガスをグロー放電ある
いは紫外光により分解して形成できる非晶質シリコン
（ａ−Si:H）膜を用いた光起電力素子は、太陽電池や各
種光センサに応用されている。このうち、太陽電池に関
しては、実用化を図るため、変換効率の向上や信頼性の
改善を目的とした研究が進められている。高い出力電圧
の太陽電池を得るためにａ−Si:Hのｐ−ｉ−ｎ構造を、
例えば第２図のように積層した２段積層型太陽電池は公
知である。第２図において、透光性基板１の上に透明電
極層2,第一のｐ形層31,第一のｉ層41,第一のｎ形層51,
さらに第二のｐ形層32,第二のｉ層42,第二のｎ形層52,
金属裏面電極層６が積層されている。この場合、互いに
接触する第一のｎ形層51と第二のｐ形層32は微結晶シリ
コン（μＣ−Si:H）とし、接触性を向上させることが行
われている。また透明電極層２の露出面にも正極端子21
が形成されている。
いは紫外光により分解して形成できる非晶質シリコン
（ａ−Si:H）膜を用いた光起電力素子は、太陽電池や各
種光センサに応用されている。このうち、太陽電池に関
しては、実用化を図るため、変換効率の向上や信頼性の
改善を目的とした研究が進められている。高い出力電圧
の太陽電池を得るためにａ−Si:Hのｐ−ｉ−ｎ構造を、
例えば第２図のように積層した２段積層型太陽電池は公
知である。第２図において、透光性基板１の上に透明電
極層2,第一のｐ形層31,第一のｉ層41,第一のｎ形層51,
さらに第二のｐ形層32,第二のｉ層42,第二のｎ形層52,
金属裏面電極層６が積層されている。この場合、互いに
接触する第一のｎ形層51と第二のｐ形層32は微結晶シリ
コン（μＣ−Si:H）とし、接触性を向上させることが行
われている。また透明電極層２の露出面にも正極端子21
が形成されている。
このような太陽電池の第一のｉ層41にくらべて第二のｉ
層42に光学バンド幅の小さい材料を、例えば第一のｉ層
41にａ−Si:H、第二のｉ層42にａ−SiGe:Hを用いると、
太陽光スペクトルの利用効率が向上し、高効率化が期待
できる。さらに、三つあるいはそれ以上のｐ−ｉ−ｎ構
造を積層した多段積層型太陽電池についても研究が進め
られている。
層42に光学バンド幅の小さい材料を、例えば第一のｉ層
41にａ−Si:H、第二のｉ層42にａ−SiGe:Hを用いると、
太陽光スペクトルの利用効率が向上し、高効率化が期待
できる。さらに、三つあるいはそれ以上のｐ−ｉ−ｎ構
造を積層した多段積層型太陽電池についても研究が進め
られている。
ところが、このような多段積層型太陽電池を、長時間高
温状態で放置した場合に、各段の素子の間のｎ形半導体
層とｐ形半導体層間に不純物の拡散が起こり、両層の界
面のオーム性接触特性の劣化が起こり、開放電圧，曲線
因子，変換効率等の太陽電池特性が大幅に低下するとい
う欠点があった。
温状態で放置した場合に、各段の素子の間のｎ形半導体
層とｐ形半導体層間に不純物の拡散が起こり、両層の界
面のオーム性接触特性の劣化が起こり、開放電圧，曲線
因子，変換効率等の太陽電池特性が大幅に低下するとい
う欠点があった。
本発明の目的は、上述の欠点を除き、長時間高温状態で
放置した場合に複数積層されたｐ−ｉ−ｎ構造の光起電
力素子間のｐ層,n層界面のオーム接触特性の劣化に伴う
光電変換特性の低下を起こさない非晶質光電変換装置を
提供することにある。
放置した場合に複数積層されたｐ−ｉ−ｎ構造の光起電
力素子間のｐ層,n層界面のオーム接触特性の劣化に伴う
光電変換特性の低下を起こさない非晶質光電変換装置を
提供することにある。
本発明によれば、上記の目的を達成するために、ｐ層,i
層,n層の薄膜より形成されたｐ−ｉ−ｎ構造を有する光
起電力素子が複数個積層された非晶質光電変換装置であ
って、隣接素子間で互いに接触するｎ層およびｐ層は少
なくともそのｎ層とｐ層との界面を形成する部分が微結
晶シリコンよりなり、他のｐ層,i層,n層は非晶質シリコ
ンよりなるものにおいて、前記微結晶シリコンよりなる
ｐ層のほう素濃度が３×1020〜２×1021原子／cm3であ
るものとする。
層,n層の薄膜より形成されたｐ−ｉ−ｎ構造を有する光
起電力素子が複数個積層された非晶質光電変換装置であ
って、隣接素子間で互いに接触するｎ層およびｐ層は少
なくともそのｎ層とｐ層との界面を形成する部分が微結
晶シリコンよりなり、他のｐ層,i層,n層は非晶質シリコ
ンよりなるものにおいて、前記微結晶シリコンよりなる
ｐ層のほう素濃度が３×1020〜２×1021原子／cm3であ
るものとする。
一つの素子のｐ形μＣ−Si:H層に十分な量のほう素
（Ｂ）があるため、長時間高温状態で放置した場合、隣
接素子のｎ層からりん（Ｐ）などのドナー不純物が拡散
してもオーム性接触特性を劣化させることがない、ま
た、Ｂ濃度の上限を制限することにより、Ｂ濃度が高す
ぎることによる初期特性の低下を防止する。
（Ｂ）があるため、長時間高温状態で放置した場合、隣
接素子のｎ層からりん（Ｐ）などのドナー不純物が拡散
してもオーム性接触特性を劣化させることがない、ま
た、Ｂ濃度の上限を制限することにより、Ｂ濃度が高す
ぎることによる初期特性の低下を防止する。
第１図は本発明の一実施例を示し、第２図と共通の部分
には同一の符号が付されている。透光性のガラス基板１
上にITO,SnO2等の透明導電膜層２が形成され、この上に
順次ｐ形のバンドギャップの大きい非晶質シリコンカー
バイト（ａ−SiC:H）層31,i質ａ−Si:H層41,n形微結晶
シリコン（μＣ−Si:H）層71を形成し、次いでこの上に
Ｂ濃度を３×1020〜２×1021原子／cm3，好ましくは５
×1020〜１×1021原子／cm3の間に調整したｐ形μＣ−S
i:H層82を作製し、さらに順次ｉ質ａ−Si:H層42,n形ａ
−Si:H層52,裏面電極６を作製する。このような非晶質
シリコン太陽電池を50℃と140℃の高温状態で3000時間
の放置試験を行った。また本発明の効果を示すための比
較例としてｐ形μＣ−Si:H82のＢ濃度が１％より少ない
従来の非晶質シリコン太陽電池に対しても同様の放置試
験を行った。第３図と第４図はこの結果の一部で、Ｂ濃
度は○印は７×1020，×印が1.5×1020，□印が1.0×10
20原子／cm3であり、初期変換効率に対する比の規格化
効率の時間に対する変化を示す。第３図に示す放置温度
50℃の場合には、変換効率の変化が観測出来なかった
が、第４図に示す放置温度が140℃の場合には、Ｂ濃度
の低いものほど3000時間後の交換効率の低下がはげしい
ことを示している。第５図は、ｐ形μＣ−Si:H層中のＢ
濃度を変化させた時の破線11で初期変換効率を、実線12
で温度140℃で3000時間放置した後の変換効率を示す。
ｐ形μＣ−Si:H層中のＢ濃度が３×1020〜２×1021原子
／cm3の時は、3000時間後で10％以上の変換効率を示
し、さらにＢ濃度が５×1020〜１×1021原子／cm3の物
は、11％の変換効率を維持出来ることが分かった。Ｂ濃
度が２×1021より大きい物は、逆に初期変換効率の低下
を引き起こすために3000時間後の効率が低くなってしま
う。以上に示したように、Ｂ濃度が３×1020〜２×1021
原子／cm3で作製することにより本実施例の太陽電池
は、140℃,3000時間の高温試験に耐えることが分かっ
た。さらに、本発明では、ｐ形μＣ−Si:HをSiH4，Si2H
6等のシリコンの水素化物から作成した場合にも当ては
まるし、Si2H2F4，SiF4等のシリコンのふっ素化物から
作成した場合にも当てはまる。また界面を形成するｐ層
に微結晶シリコンゲルマニウム膜を適用する場合にも当
てはまる。
には同一の符号が付されている。透光性のガラス基板１
上にITO,SnO2等の透明導電膜層２が形成され、この上に
順次ｐ形のバンドギャップの大きい非晶質シリコンカー
バイト（ａ−SiC:H）層31,i質ａ−Si:H層41,n形微結晶
シリコン（μＣ−Si:H）層71を形成し、次いでこの上に
Ｂ濃度を３×1020〜２×1021原子／cm3，好ましくは５
×1020〜１×1021原子／cm3の間に調整したｐ形μＣ−S
i:H層82を作製し、さらに順次ｉ質ａ−Si:H層42,n形ａ
−Si:H層52,裏面電極６を作製する。このような非晶質
シリコン太陽電池を50℃と140℃の高温状態で3000時間
の放置試験を行った。また本発明の効果を示すための比
較例としてｐ形μＣ−Si:H82のＢ濃度が１％より少ない
従来の非晶質シリコン太陽電池に対しても同様の放置試
験を行った。第３図と第４図はこの結果の一部で、Ｂ濃
度は○印は７×1020，×印が1.5×1020，□印が1.0×10
20原子／cm3であり、初期変換効率に対する比の規格化
効率の時間に対する変化を示す。第３図に示す放置温度
50℃の場合には、変換効率の変化が観測出来なかった
が、第４図に示す放置温度が140℃の場合には、Ｂ濃度
の低いものほど3000時間後の交換効率の低下がはげしい
ことを示している。第５図は、ｐ形μＣ−Si:H層中のＢ
濃度を変化させた時の破線11で初期変換効率を、実線12
で温度140℃で3000時間放置した後の変換効率を示す。
ｐ形μＣ−Si:H層中のＢ濃度が３×1020〜２×1021原子
／cm3の時は、3000時間後で10％以上の変換効率を示
し、さらにＢ濃度が５×1020〜１×1021原子／cm3の物
は、11％の変換効率を維持出来ることが分かった。Ｂ濃
度が２×1021より大きい物は、逆に初期変換効率の低下
を引き起こすために3000時間後の効率が低くなってしま
う。以上に示したように、Ｂ濃度が３×1020〜２×1021
原子／cm3で作製することにより本実施例の太陽電池
は、140℃,3000時間の高温試験に耐えることが分かっ
た。さらに、本発明では、ｐ形μＣ−Si:HをSiH4，Si2H
6等のシリコンの水素化物から作成した場合にも当ては
まるし、Si2H2F4，SiF4等のシリコンのふっ素化物から
作成した場合にも当てはまる。また界面を形成するｐ層
に微結晶シリコンゲルマニウム膜を適用する場合にも当
てはまる。
第６図は、本発明の別の実施例を示すもので、第１図と
異なる点は、第一層素子と第二層素子の界面を形成する
ｐ層が２層構造であって、ｎ層71と界面を形成するｐ形
μＣ−Si:H層82より遠い側にバンドギャップがａ−Si:H
より大きいａ−SiC:Hのｐ層32が形成されていること
で、これにより第二層素子を形成するｐ−ｉ−ｎ接合の
光電変換特性が向上するという特徴がある。
異なる点は、第一層素子と第二層素子の界面を形成する
ｐ層が２層構造であって、ｎ層71と界面を形成するｐ形
μＣ−Si:H層82より遠い側にバンドギャップがａ−Si:H
より大きいａ−SiC:Hのｐ層32が形成されていること
で、これにより第二層素子を形成するｐ−ｉ−ｎ接合の
光電変換特性が向上するという特徴がある。
本発明によれば、上記の構成を採用した結果、ｐ層のほ
う素濃度を限定して初期特性を低下させぬ範囲で多くす
ることにより、高温中に長時間放置した場合にも隣接ｎ
層から拡散してくるドナー原子を十分に補償するため、
素子間のｐ層,n層の接合を十分にオーム性とし、長期使
用に耐える非晶質光電変換装置を得ることができる。
う素濃度を限定して初期特性を低下させぬ範囲で多くす
ることにより、高温中に長時間放置した場合にも隣接ｎ
層から拡散してくるドナー原子を十分に補償するため、
素子間のｐ層,n層の接合を十分にオーム性とし、長期使
用に耐える非晶質光電変換装置を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来装置
の断面図、第３図，第４図は50℃および140℃において
放置した際の規格化効率の変動とｐ層のＢ濃度との関係
を示す線図、第５図は初期変換効率および140℃,3000時
間放置後の変換効率とｐ層とＢ濃度との関係を示す線
図、第６図は本発明の別の実施例の断面図である。 1:ガラス基板、31,32:p形ａ−Si:H層、41,42:i質ａ−S
i:H層、52:n形ａ−Si:H層、71:n形μＣ−Si:H層、82:p
形μＣ−Si:H層。
の断面図、第３図，第４図は50℃および140℃において
放置した際の規格化効率の変動とｐ層のＢ濃度との関係
を示す線図、第５図は初期変換効率および140℃,3000時
間放置後の変換効率とｐ層とＢ濃度との関係を示す線
図、第６図は本発明の別の実施例の断面図である。 1:ガラス基板、31,32:p形ａ−Si:H層、41,42:i質ａ−S
i:H層、52:n形ａ−Si:H層、71:n形μＣ−Si:H層、82:p
形μＣ−Si:H層。
Claims (1)
- 【請求項１】ｐ層,i層,n層の薄膜より形成されたｐ−ｉ
−ｎ構造を有する光起電力素子が複数個積層された非晶
質光電変換装置であって、隣接素子間で互いに接触する
ｎ層およびｐ層は少なくともそのｎ層とｐ層との界面を
形成する部分が微結晶シリコンよりなり、他のｐ層,i
層,n層は非晶質シリコンよりなるものにおいて、前記微
結晶シリコンよりなるｐ層のほう素濃度が３×1020〜２
×1021原子／cm3であることを特徴とする非晶質光電変
換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62233422A JPH0693519B2 (ja) | 1987-09-17 | 1987-09-17 | 非晶質光電変換装置 |
| US07/242,887 US4875944A (en) | 1987-09-17 | 1988-09-09 | Amorphous photoelectric converting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62233422A JPH0693519B2 (ja) | 1987-09-17 | 1987-09-17 | 非晶質光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6476778A JPS6476778A (en) | 1989-03-22 |
| JPH0693519B2 true JPH0693519B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=16954808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62233422A Expired - Fee Related JPH0693519B2 (ja) | 1987-09-17 | 1987-09-17 | 非晶質光電変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4875944A (ja) |
| JP (1) | JPH0693519B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2719036B2 (ja) * | 1990-08-10 | 1998-02-25 | 株式会社富士電機総合研究所 | 非晶質光電変換装置およびその製造方法 |
| US5246506A (en) * | 1991-07-16 | 1993-09-21 | Solarex Corporation | Multijunction photovoltaic device and fabrication method |
| JPH05198795A (ja) * | 1991-08-21 | 1993-08-06 | Ricoh Co Ltd | ＭＩＳ型半導体素子用ＰｏｌｙＳｉゲート電極 |
| JPH05243596A (ja) * | 1992-03-02 | 1993-09-21 | Showa Shell Sekiyu Kk | 積層型太陽電池の製造方法 |
| JP3437386B2 (ja) * | 1996-09-05 | 2003-08-18 | キヤノン株式会社 | 光起電力素子、並びにその製造方法 |
| DE19737561C1 (de) | 1997-08-28 | 1999-04-15 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Mehrfarbensensor |
| US6200825B1 (en) * | 1999-02-26 | 2001-03-13 | Kaneka Corporation | Method of manufacturing silicon based thin film photoelectric conversion device |
| KR101008274B1 (ko) * | 2003-07-24 | 2011-01-14 | 가부시키가이샤 가네카 | 적층형 광전 변환 장치 |
| DE102007033444A1 (de) * | 2007-07-18 | 2009-01-29 | Schott Solar Gmbh | Silizium-Mehrfachsolarzelle und Verfahren zu deren Herstellung |
| US8895842B2 (en) * | 2008-08-29 | 2014-11-25 | Applied Materials, Inc. | High quality TCO-silicon interface contact structure for high efficiency thin film silicon solar cells |
| WO2010117548A2 (en) * | 2009-04-06 | 2010-10-14 | Applied Materials, Inc. | High quality tco-silicon interface contact structure for high efficiency thin film silicon solar cells |
| WO2011011301A2 (en) * | 2009-07-23 | 2011-01-27 | Applied Materials, Inc. | A mixed silicon phase film for high efficiency thin film silicon solar cells |
| WO2011046664A2 (en) * | 2009-10-15 | 2011-04-21 | Applied Materials, Inc. | A barrier layer disposed between a substrate and a transparent conductive oxide layer for thin film silicon solar cells |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58122783A (ja) * | 1982-01-14 | 1983-07-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
| JPS58139478A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-18 | Agency Of Ind Science & Technol | アモルフアス太陽電池 |
| JPS609178A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-18 | Toshiba Corp | 光起電力装置 |
| JPS61104678A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-22 | Mitsubishi Electric Corp | アモルフアス太陽電池 |
| US4609771A (en) * | 1984-11-02 | 1986-09-02 | Sovonics Solar Systems | Tandem junction solar cell devices incorporating improved microcrystalline p-doped semiconductor alloy material |
| JPS62101081A (ja) * | 1985-10-28 | 1987-05-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | タンデム構造太陽電池 |
| US4776894A (en) * | 1986-08-18 | 1988-10-11 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device |
| JPH06317567A (ja) * | 1991-09-10 | 1994-11-15 | Osaka Gas Co Ltd | 超音波探傷装置 |
-
1987
- 1987-09-17 JP JP62233422A patent/JPH0693519B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-09-09 US US07/242,887 patent/US4875944A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4875944A (en) | 1989-10-24 |
| JPS6476778A (en) | 1989-03-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |