JPH07105513B2 - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
- Publication number
- JPH07105513B2 JPH07105513B2 JP61228797A JP22879786A JPH07105513B2 JP H07105513 B2 JPH07105513 B2 JP H07105513B2 JP 61228797 A JP61228797 A JP 61228797A JP 22879786 A JP22879786 A JP 22879786A JP H07105513 B2 JPH07105513 B2 JP H07105513B2
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- JP
- Japan
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- nitrogen
- semiconductor film
- back electrode
- amorphous silicon
- 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
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は太陽光等の光照射を受けると起電力を発生する
光起電力装置に関する。
光起電力装置に関する。
（ロ） 従来の技術 この種光起電力装置に於いてSiH4、Si2H6、SiF4等のシ
リコン化合物ガスを原料ガスとして得られる非晶質シリ
コンを主体としたものが現存する。斯る非晶質シリコン
を主体とした光起電力装置は、太陽光発電に要求される
大面積化と低コスト化を可能とする利点を備える反面、
経時的な光電変換効率の劣化が著しい。
リコン化合物ガスを原料ガスとして得られる非晶質シリ
コンを主体としたものが現存する。斯る非晶質シリコン
を主体とした光起電力装置は、太陽光発電に要求される
大面積化と低コスト化を可能とする利点を備える反面、
経時的な光電変換効率の劣化が著しい。
光電変換効率の経時劣化は、強い光照射による光劣化
と、高温状態による熱劣化の２種類が存在することが知
られている（日経マイクロデバイス、1986％２月号第81
頁〜第93頁参照）。
と、高温状態による熱劣化の２種類が存在することが知
られている（日経マイクロデバイス、1986％２月号第81
頁〜第93頁参照）。
（ハ） 発明が解決しようとする問題点 本発明は斯る光電変換効率の経時劣化の内、高温状態に
よる熱劣化を解決しようとするものである。
よる熱劣化を解決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 本発明は上記問題点を解決するために、少なくとも１つ
の半導体接合を備える半導体膜と、該半導体膜の光入射
側に設けられた受光面電極と、上記半導体膜の背面側に
設けられた背面電極と、からなる光起電力装置であつ
て、上記半導体膜は非晶質シリコンを主体とすると共
に、上記背面電極と接する側の不純物層はその不純物層
内に平均含有率1at.％〜20at.％の窒素を含み、且つ上
記窒素含有率は背面電極側が高いｎ型層であることを特
徴とする。
の半導体接合を備える半導体膜と、該半導体膜の光入射
側に設けられた受光面電極と、上記半導体膜の背面側に
設けられた背面電極と、からなる光起電力装置であつ
て、上記半導体膜は非晶質シリコンを主体とすると共
に、上記背面電極と接する側の不純物層はその不純物層
内に平均含有率1at.％〜20at.％の窒素を含み、且つ上
記窒素含有率は背面電極側が高いｎ型層であることを特
徴とする。
（ホ） 作用 上述の如く窒素の平均含有率が1at.％〜20at.％のｎ型
層を背面電極と接する側の不純物層として用いることに
よつて、斯るｎ型層は背面電極構成元素を高温状態に於
ける拡散を阻止する。
層を背面電極と接する側の不純物層として用いることに
よつて、斯るｎ型層は背面電極構成元素を高温状態に於
ける拡散を阻止する。
（ヘ） 実施例 第１図は本発明光於電力装置の一実施例を示し、（１）
はガラス等の透光性且つ絶縁性の基板、（２）はITOやS
nO2に代表される透光性導電酸化物（TCO）の単層或いは
積層構造の受光面電極、（３）は該受光面電極（２）を
通過した光の照射を受ける非晶質シリコンを主体とする
半導体膜、（４）は該半導体膜（３）の背面側に設けら
れた金属或いはTCO/金属の背面電極である。上記半導体
膜（３）は１つのpin接合を形成すべく、光入射側であ
る受光面電極（２）と接して窓層として作用するワイド
バンドギヤップ材料の非晶質シリコンカーバイドのｐ型
層（3p）と、該ｐ型層（3p）を透過した光の照射を受け
ると主として電子及び正孔の光キヤリアを発生する非晶
質シリコンのノンドープ（ｉ型）層（3i）と、一端面が
トンドープ層（3i）と接し他端面が背面電極（４）と接
する窒素の平均含有率が1at.％〜20at.％の非晶質シリ
コンナイトライドのｎ型層（3n）と、からなつている。
斯るpin接合を備える非晶質シリコンを主体として半導
体膜（３）は、例えば13.56MHzの高周波電源によるプラ
ズマCVD法により得られる。代表的な反応条件及び各膜
の膜厚は以下の通りである。
はガラス等の透光性且つ絶縁性の基板、（２）はITOやS
nO2に代表される透光性導電酸化物（TCO）の単層或いは
積層構造の受光面電極、（３）は該受光面電極（２）を
通過した光の照射を受ける非晶質シリコンを主体とする
半導体膜、（４）は該半導体膜（３）の背面側に設けら
れた金属或いはTCO/金属の背面電極である。上記半導体
膜（３）は１つのpin接合を形成すべく、光入射側であ
る受光面電極（２）と接して窓層として作用するワイド
バンドギヤップ材料の非晶質シリコンカーバイドのｐ型
層（3p）と、該ｐ型層（3p）を透過した光の照射を受け
ると主として電子及び正孔の光キヤリアを発生する非晶
質シリコンのノンドープ（ｉ型）層（3i）と、一端面が
トンドープ層（3i）と接し他端面が背面電極（４）と接
する窒素の平均含有率が1at.％〜20at.％の非晶質シリ
コンナイトライドのｎ型層（3n）と、からなつている。
斯るpin接合を備える非晶質シリコンを主体として半導
体膜（３）は、例えば13.56MHzの高周波電源によるプラ
ズマCVD法により得られる。代表的な反応条件及び各膜
の膜厚は以下の通りである。
共通反応条件 基板温度:200〜300℃ 高周波パワー:10〜50W 反応圧力:0.1〜0.5torr 而して、本発明の特徴は、Al、Ag、Au、TCO/Ag、Al/Ti
等の単層或いは積層構造からなる背面電極（４）と接す
る側の不純物層として、その不純物層の総合膜厚中に平
均含有率1at.％〜20at.％の窒素を含むｎ型層（3n）を
用いたところにある。第２図は本発明光起電力装置と従
来の光起電力装置の150℃の高温状態に於ける光電変換
効率の経時変化、即ち熱劣化特性を調べたものである。
本発明及び従来の光起電力装置の構造は第１図に示した
如く一つのpin接合を備えた非晶質シリコンを主体とす
る半導体膜（３）を、TCOの受光面電極（２）とAlの背
面電極（４）で挾んだものであり、Alの背面電極（４）
と接するｎ型層（3n）として本発明装置は窒素含有率10
at.％の非晶質シリコンナイトライドを用い、従来装置
は窒素を含まない非晶質シリコンを使用した以外は同一
構成とした。そして、光電変換効率はそれぞれ初期値を
１として規格化した。斯る測定の結果、10時間経過に於
ける光電変換効率の劣化率は本発明装置にあつては10％
以下であつたのに対し、従来装置では約70％低下した。
従つて、非晶質シリコンナイトライドは非晶質シリコン
に較べ熱劣化に極めて有効的であることが判明した。即
ち、熱劣化の主たる要因は背面電極（４）の構成元素が
高温状態に置かれたために半導体膜（３）中を拡散し、
遂には受光面電極（２）に到達して部分的な短絡を形成
することにある。
等の単層或いは積層構造からなる背面電極（４）と接す
る側の不純物層として、その不純物層の総合膜厚中に平
均含有率1at.％〜20at.％の窒素を含むｎ型層（3n）を
用いたところにある。第２図は本発明光起電力装置と従
来の光起電力装置の150℃の高温状態に於ける光電変換
効率の経時変化、即ち熱劣化特性を調べたものである。
本発明及び従来の光起電力装置の構造は第１図に示した
如く一つのpin接合を備えた非晶質シリコンを主体とす
る半導体膜（３）を、TCOの受光面電極（２）とAlの背
面電極（４）で挾んだものであり、Alの背面電極（４）
と接するｎ型層（3n）として本発明装置は窒素含有率10
at.％の非晶質シリコンナイトライドを用い、従来装置
は窒素を含まない非晶質シリコンを使用した以外は同一
構成とした。そして、光電変換効率はそれぞれ初期値を
１として規格化した。斯る測定の結果、10時間経過に於
ける光電変換効率の劣化率は本発明装置にあつては10％
以下であつたのに対し、従来装置では約70％低下した。
従つて、非晶質シリコンナイトライドは非晶質シリコン
に較べ熱劣化に極めて有効的であることが判明した。即
ち、熱劣化の主たる要因は背面電極（４）の構成元素が
高温状態に置かれたために半導体膜（３）中を拡散し、
遂には受光面電極（２）に到達して部分的な短絡を形成
することにある。
ところで、本発明装置のｎ型層（3n）は上述の如く非晶
質シリコンナイトライドからなり、その膜中にはシリコ
ン（Si）と窒素（Ｎ）との結合（Si−Ｎ）があり、一
方、従来装置のｎ型層は非晶質シリコンであるためにSi
−Ｎの結合は存在せず、Si同士の結合（Si−Si）であ
る。このSi−Ｎ結合と、Si−Si結合とをその結合力につ
いて比較した場合、Si−Ｎ結合が勝ることが知られてい
る。即ち、従来装置に於ける背面電極（４）の構成元素
の拡散は、上記Si−Si結合の結合力が弱いために発生
し、その結果光電変換効率の低下を招いていたのに対
し、本発明装置に於けるSi−Ｎの結合力は強く拡散が阻
止される結果、光電変換効率の熱劣化が殆ど発生しなか
つたものと考えられる。
質シリコンナイトライドからなり、その膜中にはシリコ
ン（Si）と窒素（Ｎ）との結合（Si−Ｎ）があり、一
方、従来装置のｎ型層は非晶質シリコンであるためにSi
−Ｎの結合は存在せず、Si同士の結合（Si−Si）であ
る。このSi−Ｎ結合と、Si−Si結合とをその結合力につ
いて比較した場合、Si−Ｎ結合が勝ることが知られてい
る。即ち、従来装置に於ける背面電極（４）の構成元素
の拡散は、上記Si−Si結合の結合力が弱いために発生
し、その結果光電変換効率の低下を招いていたのに対
し、本発明装置に於けるSi−Ｎの結合力は強く拡散が阻
止される結果、光電変換効率の熱劣化が殆ど発生しなか
つたものと考えられる。
この様にｎ型層（3n）に窒素を含有せしめることにより
背面電極（４）の構成元素の高温状態に於ける拡散を阻
止し、光電変換効率の熱劣化に対して有効的であること
が判明した。然し、斯るｎ型層（3n）への窒素含有は熱
劣化に対して有効的である反面、多量に含有せしめる
と、直列抵抗成分の増大や、ノンドープ層（3i）との界
面特性の低下をもたらすために初期の光電変換効率の低
下を招く。即ち、熱劣化を防止するために多量の窒素を
含有せしめても、光電変換効率の初期値が低ければ仕方
がない。第３図は斯る窒素含有量と150℃10時間経過後
の光電変換効率との関係について調べたものである。窒
素含有量0at.％は従来装置の光電変換効率である。即
ち、窒素含有量が少ないときは熱劣化率が大きく、窒素
含有量が多くなると熱劣化率は殆んどゼロに近づくもの
の初期値が低いために、窒素含有量にして20at.％を越
えると従来装置の光電変換効率を下回つた。従つて、熱
劣化後の光電変換効率に於いて従来装置を上回つたのは
窒素含有量が1at.％〜20at.％の範囲であつた。
背面電極（４）の構成元素の高温状態に於ける拡散を阻
止し、光電変換効率の熱劣化に対して有効的であること
が判明した。然し、斯るｎ型層（3n）への窒素含有は熱
劣化に対して有効的である反面、多量に含有せしめる
と、直列抵抗成分の増大や、ノンドープ層（3i）との界
面特性の低下をもたらすために初期の光電変換効率の低
下を招く。即ち、熱劣化を防止するために多量の窒素を
含有せしめても、光電変換効率の初期値が低ければ仕方
がない。第３図は斯る窒素含有量と150℃10時間経過後
の光電変換効率との関係について調べたものである。窒
素含有量0at.％は従来装置の光電変換効率である。即
ち、窒素含有量が少ないときは熱劣化率が大きく、窒素
含有量が多くなると熱劣化率は殆んどゼロに近づくもの
の初期値が低いために、窒素含有量にして20at.％を越
えると従来装置の光電変換効率を下回つた。従つて、熱
劣化後の光電変換効率に於いて従来装置を上回つたのは
窒素含有量が1at.％〜20at.％の範囲であつた。
第４図（ａ）〜第４図（ｄ）はｎ型層（3n）内に於ける
窒素の分布を示したものである。即ち、本発明装置に於
ける窒素の分布はｎ型層（3n）の厚み全体に亘つて均一
である必要はなく、第４図（ａ）のようにノンドープ層
（3i）との界面をBi/nとしたとき、該Bi/nがゼロで背面
電極（４）に向つて漸次高く背面電極（４）との界面Bn
/mで最高となつても良いし、また第４図（ｂ）のように
膜の途中まで窒素を含まず背面電極（４）側にのみ窒素
を含んでも良い。更に、第４図（ｃ）及び第４図（ｄ）
の如く、膜中心が高濃度となるべく、ガウス分布した
り、矩形分布したりしても良い。ただ、何れの窒素分布
があつても、ｎ型層（3n）全体に含まれる窒素の含有率
が平均1at.％〜20at.％となるように設定されている。
窒素の分布を示したものである。即ち、本発明装置に於
ける窒素の分布はｎ型層（3n）の厚み全体に亘つて均一
である必要はなく、第４図（ａ）のようにノンドープ層
（3i）との界面をBi/nとしたとき、該Bi/nがゼロで背面
電極（４）に向つて漸次高く背面電極（４）との界面Bn
/mで最高となつても良いし、また第４図（ｂ）のように
膜の途中まで窒素を含まず背面電極（４）側にのみ窒素
を含んでも良い。更に、第４図（ｃ）及び第４図（ｄ）
の如く、膜中心が高濃度となるべく、ガウス分布した
り、矩形分布したりしても良い。ただ、何れの窒素分布
があつても、ｎ型層（3n）全体に含まれる窒素の含有率
が平均1at.％〜20at.％となるように設定されている。
特に、本願発明では、ｎ型層における窒素の分布状態と
しては、均一、不均一のいずれであってもよい。即ち、
窒素の含有率が同じであれば、ｎ層中に含まれる金属の
拡散を阻止するSi−Ｎ係合の含有率が等しくなるため、
金属に対する拡散防止の効果は窒素の分布状態によらず
同様に発揮することとなる。但し、金属の拡散は、背面
電極側からの拡散が多いことから、窒素含有率は背面電
極側を高くすることがより好適である。
しては、均一、不均一のいずれであってもよい。即ち、
窒素の含有率が同じであれば、ｎ層中に含まれる金属の
拡散を阻止するSi−Ｎ係合の含有率が等しくなるため、
金属に対する拡散防止の効果は窒素の分布状態によらず
同様に発揮することとなる。但し、金属の拡散は、背面
電極側からの拡散が多いことから、窒素含有率は背面電
極側を高くすることがより好適である。
以上の説明では、半導体膜（３）は一つの半導体接合を
備えていたが、複数の半導体接合を備えた所謂タンデム
構造にも本発明は適用できる。その場合、最終段の半導
体接合に於ける背面電極と接する側の不純物層として、
窒素の平均含有率1at.％〜20at.％のｎ型非晶質シリコ
ンナイトライドを用いれば良い。
備えていたが、複数の半導体接合を備えた所謂タンデム
構造にも本発明は適用できる。その場合、最終段の半導
体接合に於ける背面電極と接する側の不純物層として、
窒素の平均含有率1at.％〜20at.％のｎ型非晶質シリコ
ンナイトライドを用いれば良い。
尚、背面電極と接する側の不純物層としてｎ型の非晶質
シリコンナイトライドを用いる構造自体は特開昭57−13
6377号公報に開示されているものの、斯る公開公報は非
晶質シリコンナイトライドがワイドバンドギヤップ材料
であることに着目して、窓層、即ち受光面電極と接する
側の不純物層として用いることを目的としたものであ
り、本発明のように熱劣化に対する有効性については何
の記載もなく、また示唆も与えていない。更に、背面側
不純物層として用いたときの窒素の含有率については何
ら言及されておらず、従つて本発明と全く別異なもので
ある。
シリコンナイトライドを用いる構造自体は特開昭57−13
6377号公報に開示されているものの、斯る公開公報は非
晶質シリコンナイトライドがワイドバンドギヤップ材料
であることに着目して、窓層、即ち受光面電極と接する
側の不純物層として用いることを目的としたものであ
り、本発明のように熱劣化に対する有効性については何
の記載もなく、また示唆も与えていない。更に、背面側
不純物層として用いたときの窒素の含有率については何
ら言及されておらず、従つて本発明と全く別異なもので
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、窒
素の平均含有率が1at.％〜20at.％のｎ型層を背面電極
と接する側の不純物層として用いることによつて、斯る
ｎ型層は背面電極構成元素の高温状態に於ける拡散を阻
止するので、背面電極構成元素の拡散を主たる要因とす
る光電変換効率の熱劣化を抑圧することができる。
素の平均含有率が1at.％〜20at.％のｎ型層を背面電極
と接する側の不純物層として用いることによつて、斯る
ｎ型層は背面電極構成元素の高温状態に於ける拡散を阻
止するので、背面電極構成元素の拡散を主たる要因とす
る光電変換効率の熱劣化を抑圧することができる。
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図は本発明装置と従来装置に於ける光電変換
効率の熱劣化による経時変化を示す曲線図、第３図は熱
劣化後の光電変換効率と窒素含有率との関係を示す曲線
図、第４図（ａ）乃至第４図（ｄ）は各々ｎ型層中に於
ける窒素濃度分布図、 である。 （２）……受光面電極、（３）……半導体膜、（3n）…
…ｎ型層、（４）……背面電極。
面図、第２図は本発明装置と従来装置に於ける光電変換
効率の熱劣化による経時変化を示す曲線図、第３図は熱
劣化後の光電変換効率と窒素含有率との関係を示す曲線
図、第４図（ａ）乃至第４図（ｄ）は各々ｎ型層中に於
ける窒素濃度分布図、 である。 （２）……受光面電極、（３）……半導体膜、（3n）…
…ｎ型層、（４）……背面電極。
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも１つの半導体接合を備える半導
体膜と、該半導体膜の光入射側に設けられた受光面電極
と、上記半導体膜の背面側に設けられた背面電極と、か
らなる光起電力装置であつて、上記半導体膜は非晶質シ
リコンを主体とすると共に、上記背面電極と接する側の
不純物層はその不純物層内に平均含有率1at.％〜20at.
％の窒素を含み、且つ上記窒素含有率は背面電極側が高
いｎ型層であることを特徴とした光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228797A JPH07105513B2 (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228797A JPH07105513B2 (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6384074A JPS6384074A (ja) | 1988-04-14 |
| JPH07105513B2 true JPH07105513B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=16882004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61228797A Expired - Lifetime JPH07105513B2 (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105513B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4560245B2 (ja) * | 2001-06-29 | 2010-10-13 | キヤノン株式会社 | 光起電力素子 |
| DE102005013537A1 (de) | 2004-03-24 | 2005-10-20 | Sharp Kk | Fotoelektrischer Wandler und Herstellverfahren für einen solchen |
| JP2009158667A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| JP2010140935A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置及びその製造方法 |
| JP4864077B2 (ja) * | 2008-12-22 | 2012-01-25 | シャープ株式会社 | 光電変換装置およびその製造方法 |
| JP4864078B2 (ja) * | 2008-12-22 | 2012-01-25 | シャープ株式会社 | 光電変換装置およびその製造方法 |
| JP2010225735A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Mitsubishi Electric Corp | フォトセンサー及びその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57136377A (en) * | 1981-02-17 | 1982-08-23 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | Amorphous silicon nitride/amorphous silicon heterojunction photoelectric element |
-
1986
- 1986-09-26 JP JP61228797A patent/JPH07105513B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6384074A (ja) | 1988-04-14 |
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