JPH0722633A - 高電圧アモルファス半導体／アモルファスシリコン・ヘテロ接合半導体装置 - Google Patents
高電圧アモルファス半導体／アモルファスシリコン・ヘテロ接合半導体装置Info
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- JPH0722633A JPH0722633A JP3164044A JP16404491A JPH0722633A JP H0722633 A JPH0722633 A JP H0722633A JP 3164044 A JP3164044 A JP 3164044A JP 16404491 A JP16404491 A JP 16404491A JP H0722633 A JPH0722633 A JP H0722633A
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- amorphous silicon
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- amorphous
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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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】光学的バンドギャップＥｇ．ｏｐｔが約１．８
５ｅＶ〜約２．３０ｅＶの範囲内にあり、かつ２０℃に
おける電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）−１以上の
アモルファスシリコンカーバイドを、ｐ又はｎ型の少な
くとも光照射する側に用い、かつｐ−ｉ−ｎ接合の拡散
電位Ｖｄが約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ−ｉ−ｎア
モルファスシリコン系半導体装置。 【効果】短絡電流Ｊｓｃと開放電圧Ｖｏｃに著しい改良
効果が得られる。
５ｅＶ〜約２．３０ｅＶの範囲内にあり、かつ２０℃に
おける電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）−１以上の
アモルファスシリコンカーバイドを、ｐ又はｎ型の少な
くとも光照射する側に用い、かつｐ−ｉ−ｎ接合の拡散
電位Ｖｄが約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ−ｉ−ｎア
モルファスシリコン系半導体装置。 【効果】短絡電流Ｊｓｃと開放電圧Ｖｏｃに著しい改良
効果が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファス半導体／
アモルファスシリコンヘテロ接合半導体装置に関する。
アモルファスシリコンヘテロ接合半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその解決課題】シラン（ＳｉＨ４）のプ
ラズマ分解法で得られるアモルファスシリコンは、Ｗ．
Ｅ．Ｓｐｅａｒ等によって、ＰＨ３やＢ２Ｈ６でドープ
する事により、その伝導度を大きく変える事が出来るこ
とが発見され（１９７６年）、Ｄ．Ｅ．Ｃａｒｌｓｏｎ
等によってアモルファスシリコンを用いた太陽電池が試
作（１９７６年）されて以来注目を集め、アモルファス
シリコン薄膜太陽電池の効率を改善する研究が活発に行
われている。
ラズマ分解法で得られるアモルファスシリコンは、Ｗ．
Ｅ．Ｓｐｅａｒ等によって、ＰＨ３やＢ２Ｈ６でドープ
する事により、その伝導度を大きく変える事が出来るこ
とが発見され（１９７６年）、Ｄ．Ｅ．Ｃａｒｌｓｏｎ
等によってアモルファスシリコンを用いた太陽電池が試
作（１９７６年）されて以来注目を集め、アモルファス
シリコン薄膜太陽電池の効率を改善する研究が活発に行
われている。
【０００３】これまでの研究により、アモルファスシリ
コン薄膜光電素子の構造としてはショットキーバリヤー
型、ｐｉｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型があり、そのう
ち前三者が高効率太陽電池として有望視されている。す
なわちショットキーバリヤー型で５．５％（Ｄ．Ｅ．カ
ールソン他、１９７７年）、ＭＩＳ型で４．８％（Ｊ．
Ｉ．Ｂ．ウイルソン他、１９７８年）、ｐｉｎ型で４．
５％（浜川圭弘 １９７８年）の変換効率が達成されて
いる。
コン薄膜光電素子の構造としてはショットキーバリヤー
型、ｐｉｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型があり、そのう
ち前三者が高効率太陽電池として有望視されている。す
なわちショットキーバリヤー型で５．５％（Ｄ．Ｅ．カ
ールソン他、１９７７年）、ＭＩＳ型で４．８％（Ｊ．
Ｉ．Ｂ．ウイルソン他、１９７８年）、ｐｉｎ型で４．
５％（浜川圭弘 １９７８年）の変換効率が達成されて
いる。
【０００４】ｐｉｎジャンクション型太陽電池の場合、
Ｐ型又はｎ型アモルファスシリコンではキャリヤーの寿
命が短かく、有効なキャリヤーにならず、また光の吸収
係数がｉ層に比べて大きい事からｐ層での光の吸収ロス
が大きい点に問題があった。
Ｐ型又はｎ型アモルファスシリコンではキャリヤーの寿
命が短かく、有効なキャリヤーにならず、また光の吸収
係数がｉ層に比べて大きい事からｐ層での光の吸収ロス
が大きい点に問題があった。
【０００５】このような欠点を改良する為にインバーテ
イドｐｉｎ型の光電素子が提案されている。すなわちｎ
型アモルファスシリコン側から光を照射する素子であ
る。この素子はｐ型に比べると光の吸収係数が比較的小
さい為にやや有利と考えられる。しかしこのｎ型アモル
ファスシリコンでも光の吸収ロスがある点ではｐ型と変
りない。
イドｐｉｎ型の光電素子が提案されている。すなわちｎ
型アモルファスシリコン側から光を照射する素子であ
る。この素子はｐ型に比べると光の吸収係数が比較的小
さい為にやや有利と考えられる。しかしこのｎ型アモル
ファスシリコンでも光の吸収ロスがある点ではｐ型と変
りない。
【０００６】更にこのｐ層又はｎ層における光の吸収ロ
スを少なくする方法として、ｐ層又はｎ層にアモルファ
スシリコンよりも光学的エネルギーバンドギャップ（Ｅ
ｇ）の大なる半導体を用いるという考え方がある。半導
体はその光学的エネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）より
も大きいエネルギーを有する光のみを吸収するので、Ｅ
ｇ大なる半導体は光入射側のｐ層又はｎ層材料（窓材
料）として有用である。そして米国特許第４，１０９，
２７１号には、Ｅｇ≒２．２〜３．２ｅＶのａ−ＳｉＣ
をｐ層又はｎ層に用いるｐｉｎ接合素子が示されてい
る。しかし、ここで用いられているａ−ＳｉＣは電導度
（σ）が極めて低いため、ｐ層又はｎ層がａ−Ｓｉであ
る場合よりも低いものとなっている。
スを少なくする方法として、ｐ層又はｎ層にアモルファ
スシリコンよりも光学的エネルギーバンドギャップ（Ｅ
ｇ）の大なる半導体を用いるという考え方がある。半導
体はその光学的エネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）より
も大きいエネルギーを有する光のみを吸収するので、Ｅ
ｇ大なる半導体は光入射側のｐ層又はｎ層材料（窓材
料）として有用である。そして米国特許第４，１０９，
２７１号には、Ｅｇ≒２．２〜３．２ｅＶのａ−ＳｉＣ
をｐ層又はｎ層に用いるｐｉｎ接合素子が示されてい
る。しかし、ここで用いられているａ−ＳｉＣは電導度
（σ）が極めて低いため、ｐ層又はｎ層がａ−Ｓｉであ
る場合よりも低いものとなっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】これに対し、本発明者ら
は、ａ−ＳｉＣが製造条件により価電子制御可能である
ことを発見し、この価電子制御を適切に行うことによっ
て、その電気伝導度を１０−８（Ω・ｃｍ）−１以上に
成し得ることを確認すると共に、電気伝導度を１０−８
（Ω・ｃｍ）−１以上にしたａ−ＳｉＣをｐｉｎ接合素
子のｐ層又はｎ層の少なくとも一方に用いることにより
高効率の光起電力素子が得られることを見出し、先の出
願において開示した（特開昭５７−１２６１７５号公報
参照）。
は、ａ−ＳｉＣが製造条件により価電子制御可能である
ことを発見し、この価電子制御を適切に行うことによっ
て、その電気伝導度を１０−８（Ω・ｃｍ）−１以上に
成し得ることを確認すると共に、電気伝導度を１０−８
（Ω・ｃｍ）−１以上にしたａ−ＳｉＣをｐｉｎ接合素
子のｐ層又はｎ層の少なくとも一方に用いることにより
高効率の光起電力素子が得られることを見出し、先の出
願において開示した（特開昭５７−１２６１７５号公報
参照）。
【０００８】本発明者らは、更に、高効率、高電圧のｐ
ｉｎ型素子を得る為に鋭意研究した結果、光学的バンド
ギャップが約１．８５ｅＶ以上でありかつ２０℃におけ
る電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）−１以上であ
り、かつｐ−ｉ−ｎ接合した場合の拡散電位Ｖｄが約
１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ型又はｎ型アモルファス
シリコンを主体とするアモルファスシリコンカーバイド
のドープ薄膜を、ｐｉｎ接合素子のｐ又はｎ層の少なく
とも一方に用いることにより短絡電流と開放電圧を大幅
に改善できることを見い出し、本発明を完成させた。以
下にその詳細を説明する。
ｉｎ型素子を得る為に鋭意研究した結果、光学的バンド
ギャップが約１．８５ｅＶ以上でありかつ２０℃におけ
る電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）−１以上であ
り、かつｐ−ｉ−ｎ接合した場合の拡散電位Ｖｄが約
１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ型又はｎ型アモルファス
シリコンを主体とするアモルファスシリコンカーバイド
のドープ薄膜を、ｐｉｎ接合素子のｐ又はｎ層の少なく
とも一方に用いることにより短絡電流と開放電圧を大幅
に改善できることを見い出し、本発明を完成させた。以
下にその詳細を説明する。
【０００９】
【実施例】本発明のアモルファスシリコンは、シラン
（ＳｉＨ４）又はその誘導体又はフッ化シラン又はその
誘導体、又はこれらの混合物と、水素又は水素で希釈し
たアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとの混合ガスを、
容量結合法又は誘導結合法による高周波グロー分解又は
直流グロー放電分解することにより得られる。混合ガス
中のシランの濃度は、通常０．５〜５０％、好ましくは
１〜２０％である。
（ＳｉＨ４）又はその誘導体又はフッ化シラン又はその
誘導体、又はこれらの混合物と、水素又は水素で希釈し
たアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとの混合ガスを、
容量結合法又は誘導結合法による高周波グロー分解又は
直流グロー放電分解することにより得られる。混合ガス
中のシランの濃度は、通常０．５〜５０％、好ましくは
１〜２０％である。
【００１０】基板の温度は２００〜３００℃が好まし
く、透明電極（ＩＴＯ，ＳｎＯ２等）を蒸着したガラス
や高分子フィルム、金属等、太陽電池の構成に必要なあ
らゆる基板が含まれる。
く、透明電極（ＩＴＯ，ＳｎＯ２等）を蒸着したガラス
や高分子フィルム、金属等、太陽電池の構成に必要なあ
らゆる基板が含まれる。
【００１１】太陽電池の基本構成は、図１の（ａ），
（ｂ）代表例が示される。（ａ）はｐ側から光を照射す
るタイプで、例えばガラス−透明電極−ｐ−ｉ−ｎ一Ａ
ｌの構成、（ｂ）はｎ側から光を照射するタイプで、例
えばステンレス−ｐ−ｉ−ｎ−透明電極の構成である。
その他、ｐ層と透明電極の間に薄い絶縁層をつけたり、
薄い金属層をつけた構造でもよい。要はｐ−ｉ−ｎ接合
を基本とするものであればいかなる構成でもよい。
（ｂ）代表例が示される。（ａ）はｐ側から光を照射す
るタイプで、例えばガラス−透明電極−ｐ−ｉ−ｎ一Ａ
ｌの構成、（ｂ）はｎ側から光を照射するタイプで、例
えばステンレス−ｐ−ｉ−ｎ−透明電極の構成である。
その他、ｐ層と透明電極の間に薄い絶縁層をつけたり、
薄い金属層をつけた構造でもよい。要はｐ−ｉ−ｎ接合
を基本とするものであればいかなる構成でもよい。
【００１２】シラン若しくはその誘導体、又はフッ化シ
ラン若しくはその誘導体、又はこれらの混合物のグロー
放電分解で得られる約１０−７秒以上のキャリヤー寿命
で約１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１以下の局在準位密度およ
び１０−３ｃｍ２／Ｖ以上の易動度をもつ真性アモルフ
ァスシリコン（以下、ｉ型ａ−Ｓｉという）をｉ層とし
て、ｐ型とｎ型ドープ半導体で接合したｐｉｎ接合構造
にするわけであるが、本発明ではｐ層又はｎ層の少なく
とも一方、すなわち少なくとも光を照射する側に、光学
的バンドギャップが約１．８５ｅＶ以上でありかつ２０
℃における電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）−１以
上であり、かつｐ−ｉ−ｎ接合した場合の拡散電位Ｖｄ
が約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ型又はｎ型アモルフ
ァス半導体を用いることを特徴とする。ｐ層とｎ層の両
方に用いてもよい。又本発明のアモルファス半導体を用
いないドープ層は、上記ｉ型ａ−Ｓｉをｐ型で用いる場
合は周期率表ＩＩＩ族の元素でドープし、ｎ型で用いる
場合は周期率表Ｖ族の元素でドープすればよい。
ラン若しくはその誘導体、又はこれらの混合物のグロー
放電分解で得られる約１０−７秒以上のキャリヤー寿命
で約１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１以下の局在準位密度およ
び１０−３ｃｍ２／Ｖ以上の易動度をもつ真性アモルフ
ァスシリコン（以下、ｉ型ａ−Ｓｉという）をｉ層とし
て、ｐ型とｎ型ドープ半導体で接合したｐｉｎ接合構造
にするわけであるが、本発明ではｐ層又はｎ層の少なく
とも一方、すなわち少なくとも光を照射する側に、光学
的バンドギャップが約１．８５ｅＶ以上でありかつ２０
℃における電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）−１以
上であり、かつｐ−ｉ−ｎ接合した場合の拡散電位Ｖｄ
が約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ型又はｎ型アモルフ
ァス半導体を用いることを特徴とする。ｐ層とｎ層の両
方に用いてもよい。又本発明のアモルファス半導体を用
いないドープ層は、上記ｉ型ａ−Ｓｉをｐ型で用いる場
合は周期率表ＩＩＩ族の元素でドープし、ｎ型で用いる
場合は周期率表Ｖ族の元素でドープすればよい。
【００１３】本発明のアモルファス半導体は、一般式ａ
−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘ等で例示されるアモルファスシリ
コンカーバイド等がある。これらはシリコンの水素又は
フッ素化合物と炭素の水素又はフッ素化合物をグロー放
電分解して得られる。その詳細は、本出願人が先に出願
した特許出願、すなわちａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘについ
ては特願昭５６−０１２３１３号に記載している。要は
光学的バンドギャップが約１．８５ｅＶ以上でありかつ
２０℃における電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）
−１以上であり、かつｐ−ｉ−ｎ接合した場合の拡散電
位Ｖｄが約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ型又はｎ型ア
モルファス半導体を満すものであればいかなるものであ
ってもよい。
−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘ等で例示されるアモルファスシリ
コンカーバイド等がある。これらはシリコンの水素又は
フッ素化合物と炭素の水素又はフッ素化合物をグロー放
電分解して得られる。その詳細は、本出願人が先に出願
した特許出願、すなわちａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘについ
ては特願昭５６−０１２３１３号に記載している。要は
光学的バンドギャップが約１．８５ｅＶ以上でありかつ
２０℃における電気伝導度が約１０−８（Ω・ｃｍ）
−１以上であり、かつｐ−ｉ−ｎ接合した場合の拡散電
位Ｖｄが約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるｐ型又はｎ型ア
モルファス半導体を満すものであればいかなるものであ
ってもよい。
【００１４】これらのアモルファス半導体は光学的バン
ドギャップが大きく、そのために、ｐ−ｉ−ｎ接合半導
体装置の窓材料として用いると短絡電流Ｊｓｃの増加は
当然考えられるが、いずれの場合も非常に大きな開放電
圧Ｖｏｃを示す。本発明の半導体装置において図２に示
すバンドプロファイルの拡散電位Ｖｄとその素子の開放
電圧に相関のある事を見い出した。本発明の場合Ｖｄは
約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるが、この関係は光照射す
る側のアモルファス半導体の種類に関係なくほぼ同一の
傾向を示している。この拡散電位は光照射する側のアモ
ルファス半導体の光学的バンドギャップＥｇ・ｏｐｔか
らｐ，ｎドープ層のフェルミレベルＥｆの差を差し引く
ことによって得られる。すなわち図２に示すように、ｎ
側の伝導帯のエネルギーレベルをＥｃｎ，ｐ側の価電子
帯のエネルギーレベルをＥｖｐとして、電気伝導度の温
度依存性から活性化エネルギーΔＥｐとΔＥｎが求めら
れる。ｐ型の場合ΔＥｐ＝Ｅｆ−Ｅｖｐ，ｎ型の場合Δ
Ｅｎ＝Ｅｃｎ−ＥｆでｅＶｄ＝Ｅｇ・ｏｐｔ−（ΔＥｐ
＋ΔＥｎ）である。ｎ側から光照射する場合も同様にｎ
型アモルファス半導体の光学的バンドギャップＥｇ・ｏ
ｐｔからｐ，ｎのフェルミレベルＥｆの差を差し引いて
求められる。
ドギャップが大きく、そのために、ｐ−ｉ−ｎ接合半導
体装置の窓材料として用いると短絡電流Ｊｓｃの増加は
当然考えられるが、いずれの場合も非常に大きな開放電
圧Ｖｏｃを示す。本発明の半導体装置において図２に示
すバンドプロファイルの拡散電位Ｖｄとその素子の開放
電圧に相関のある事を見い出した。本発明の場合Ｖｄは
約１．１ｖｏｌｔｓ以上であるが、この関係は光照射す
る側のアモルファス半導体の種類に関係なくほぼ同一の
傾向を示している。この拡散電位は光照射する側のアモ
ルファス半導体の光学的バンドギャップＥｇ・ｏｐｔか
らｐ，ｎドープ層のフェルミレベルＥｆの差を差し引く
ことによって得られる。すなわち図２に示すように、ｎ
側の伝導帯のエネルギーレベルをＥｃｎ，ｐ側の価電子
帯のエネルギーレベルをＥｖｐとして、電気伝導度の温
度依存性から活性化エネルギーΔＥｐとΔＥｎが求めら
れる。ｐ型の場合ΔＥｐ＝Ｅｆ−Ｅｖｐ，ｎ型の場合Δ
Ｅｎ＝Ｅｃｎ−ＥｆでｅＶｄ＝Ｅｇ・ｏｐｔ−（ΔＥｐ
＋ΔＥｎ）である。ｎ側から光照射する場合も同様にｎ
型アモルファス半導体の光学的バンドギャップＥｇ・ｏ
ｐｔからｐ，ｎのフェルミレベルＥｆの差を差し引いて
求められる。
【００１５】本発明の場合Ｅｇ・ｏｐｔが約１．８５ｅ
Ｖ以上でかつＶｄが約１．１ｖｏｌｔｓ以上である。こ
のような条件を満たすアモルファス半導体を用いたヘテ
ロ接合半導体装置はＪｓｃとＶｏｃが著しく改善され
る。
Ｖ以上でかつＶｄが約１．１ｖｏｌｔｓ以上である。こ
のような条件を満たすアモルファス半導体を用いたヘテ
ロ接合半導体装置はＪｓｃとＶｏｃが著しく改善され
る。
【００１６】本発明ではさらに室温での電気伝導度が１
０−８（Ω・ｃｍ）−１以上としているが、これ以下で
あるとフイルファクターＦＦが小さくなり変換効率が実
用的でなくなるからである。
０−８（Ω・ｃｍ）−１以上としているが、これ以下で
あるとフイルファクターＦＦが小さくなり変換効率が実
用的でなくなるからである。
【００１７】本発明のヘテロ接合光電素子について以下
に具体的に説明すると、次の通りである。代表的な構造
は透明電極／ｐ型アモルファス半導体／ｉ型ａ−Ｓｉ／
ｎ型ａ−Ｓｉ／電極の構造で、透明電極側から光を照射
する。透明電極はＩＴＯやＳｎＯ２特にＳｎＯ２が好ま
しく、ガラス基板にあらかじめ蒸着して用いたりｐ型ア
モルファス半導体上に直接蒸着してもよい。光を照射す
る側のｐ型アモルファス半導体層の厚みは約３０Åから
３００Å好ましくは５０Åから２００Å、ｉ型ａ−Ｓｉ
層の厚みは本発明の場合限定されないが約２５００〜１
００００Åが用いられる。ｎ型ａ−Ｓｉ層はオーミック
コンタクトをとるための層で厚みは限定されないが約１
５０Å〜６００Åが用いられる。又このｎ型ａ−Ｓｉの
代わりに本発明のｎ型アモルファス半導体を用いてもよ
い。
に具体的に説明すると、次の通りである。代表的な構造
は透明電極／ｐ型アモルファス半導体／ｉ型ａ−Ｓｉ／
ｎ型ａ−Ｓｉ／電極の構造で、透明電極側から光を照射
する。透明電極はＩＴＯやＳｎＯ２特にＳｎＯ２が好ま
しく、ガラス基板にあらかじめ蒸着して用いたりｐ型ア
モルファス半導体上に直接蒸着してもよい。光を照射す
る側のｐ型アモルファス半導体層の厚みは約３０Åから
３００Å好ましくは５０Åから２００Å、ｉ型ａ−Ｓｉ
層の厚みは本発明の場合限定されないが約２５００〜１
００００Åが用いられる。ｎ型ａ−Ｓｉ層はオーミック
コンタクトをとるための層で厚みは限定されないが約１
５０Å〜６００Åが用いられる。又このｎ型ａ−Ｓｉの
代わりに本発明のｎ型アモルファス半導体を用いてもよ
い。
【００１８】もう１つの代表的な構造は透明電極／ｎ型
アモルファス半導体／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｐ型ａ−Ｓｉ／電
極の構造で、透明電極側から光を照射する。光を照射す
る側のｎ型アモルファス半導体の厚みは約３０Åから３
００Å好ましくは５０Å〜２００Å、ｉ型ａ−Ｓｉ層の
厚みは限定されないが約２５００〜１００００Åが通常
用いられる。ｐ型ａ−Ｓｉ層の厚みは限定されないが約
１５０Å〜６００Åが用いられる。又このｐ型ａ−Ｓｉ
の代わりに本発明のｐ型アモルファス半導体を用いても
良い。透明電極の素材及び蒸着法については前同様であ
る。
アモルファス半導体／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｐ型ａ−Ｓｉ／電
極の構造で、透明電極側から光を照射する。光を照射す
る側のｎ型アモルファス半導体の厚みは約３０Åから３
００Å好ましくは５０Å〜２００Å、ｉ型ａ−Ｓｉ層の
厚みは限定されないが約２５００〜１００００Åが通常
用いられる。ｐ型ａ−Ｓｉ層の厚みは限定されないが約
１５０Å〜６００Åが用いられる。又このｐ型ａ−Ｓｉ
の代わりに本発明のｐ型アモルファス半導体を用いても
良い。透明電極の素材及び蒸着法については前同様であ
る。
【００１９】
【発明の効果】次に実施例により本発明の効果について
説明する。内径１１ｃｍの石英反応管を用い１４．５６
ＭＨｚの高周波でグロー放電分解を行う。ｉ型ａ−Ｓｉ
は、水素で希釈したシランを２〜１０Ｔｏｒｒでグロー
放電分解して得られる。ｎ型ａ−Ｓｉは水素で希釈した
シランとフォスフィン（ｐＨ３）（ＰＨ３／ＳｉＨ４＝
０．５モル％）を同様にグロー放電分解して得られる。
Ｐ型ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘは水素で希釈したシラン、
メタン（ＣＨ４）、ジボラン（Ｂ／（Ｓｉ＋Ｃ）＝０．
１ａｔｏｍ％）を同様にグロー放電分解して得られる。
ここでａ−Ｓｉ（ ｌ−ｘ）Ｃｘは、グロー放電時のガス
組成を変量してそのアトミックフラクションｘが０．７
５〜０．０５になるようにした。
説明する。内径１１ｃｍの石英反応管を用い１４．５６
ＭＨｚの高周波でグロー放電分解を行う。ｉ型ａ−Ｓｉ
は、水素で希釈したシランを２〜１０Ｔｏｒｒでグロー
放電分解して得られる。ｎ型ａ−Ｓｉは水素で希釈した
シランとフォスフィン（ｐＨ３）（ＰＨ３／ＳｉＨ４＝
０．５モル％）を同様にグロー放電分解して得られる。
Ｐ型ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘは水素で希釈したシラン、
メタン（ＣＨ４）、ジボラン（Ｂ／（Ｓｉ＋Ｃ）＝０．
１ａｔｏｍ％）を同様にグロー放電分解して得られる。
ここでａ−Ｓｉ（ ｌ−ｘ）Ｃｘは、グロー放電時のガス
組成を変量してそのアトミックフラクションｘが０．７
５〜０．０５になるようにした。
【００２０】太陽電池の構成は、２５Ω／□のＳｎＯ２
薄膜のついたガラス基板のＳｎＯ２面に、ｐ型ａ−Ｓｉ
（１−ｘ）Ｃｘ，ｉ型ａ−Ｓｉ，ｎ型ａ−Ｓｉの順に堆
積し、最後に３．３ｍｍ２のアルミニウムを蒸着してＡ
Ｍ−１（１００ｍＷ／ｃｍ２）のソーラーシュミレータ
ーで太陽電池特性を調べた。グロー放電時の基板温度は
２５０℃で行った。又、ｉ層は５０００Å、ｎ層は５０
０Å、ｐ型ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘ層の厚みは１３５Å
である。ｐ型ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘの膜組成による太
陽電池特性を表に示すと、次のようである。
薄膜のついたガラス基板のＳｎＯ２面に、ｐ型ａ−Ｓｉ
（１−ｘ）Ｃｘ，ｉ型ａ−Ｓｉ，ｎ型ａ−Ｓｉの順に堆
積し、最後に３．３ｍｍ２のアルミニウムを蒸着してＡ
Ｍ−１（１００ｍＷ／ｃｍ２）のソーラーシュミレータ
ーで太陽電池特性を調べた。グロー放電時の基板温度は
２５０℃で行った。又、ｉ層は５０００Å、ｎ層は５０
０Å、ｐ型ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘ層の厚みは１３５Å
である。ｐ型ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘの膜組成による太
陽電池特性を表に示すと、次のようである。
【００２１】
【表１】
【００２２】この表から判るように、短絡電流Ｊｓｃと
開放電圧Ｖｏｃに著しい改良効果が得られる。これらの
ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘの光学的バンドギャップＥｇ・
ｏｐｔは、表に示すようにａ−Ｓｉよりも大きな値を示
しているので、これらのアモルファス半導体を窓材料に
すればＪｓｃの増加は当然期待される。ところがＪｓｃ
だけでなくＶｏｃも著しく改良されるという予想外の結
果により、変換効率ηが大巾に改良されている。この理
由を明らかにするため、十分に価電子制御された本発明
のアモルファス半導体の拡散電位Ｖｄと開放電圧Ｖｏｃ
の関係を調べてみると図３に示すように、アモルファス
半導体の種類にかかわらず同一直線にプロットされる事
が判った。すなわちＶｄの増加とともにＶｏｃは直線的
に増加する。この事は、光学的バンドギャップの大きな
アモルファス半導体を十分に価電子制御してｐ−ｉ−ｎ
接合半導体装置の窓材料にすれば、拡散電位の増加によ
ってＶｏｃも改良される事を示している。
開放電圧Ｖｏｃに著しい改良効果が得られる。これらの
ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘの光学的バンドギャップＥｇ・
ｏｐｔは、表に示すようにａ−Ｓｉよりも大きな値を示
しているので、これらのアモルファス半導体を窓材料に
すればＪｓｃの増加は当然期待される。ところがＪｓｃ
だけでなくＶｏｃも著しく改良されるという予想外の結
果により、変換効率ηが大巾に改良されている。この理
由を明らかにするため、十分に価電子制御された本発明
のアモルファス半導体の拡散電位Ｖｄと開放電圧Ｖｏｃ
の関係を調べてみると図３に示すように、アモルファス
半導体の種類にかかわらず同一直線にプロットされる事
が判った。すなわちＶｄの増加とともにＶｏｃは直線的
に増加する。この事は、光学的バンドギャップの大きな
アモルファス半導体を十分に価電子制御してｐ−ｉ−ｎ
接合半導体装置の窓材料にすれば、拡散電位の増加によ
ってＶｏｃも改良される事を示している。
【００２３】以上示したように、Ｅｇ・ｏｐｔが約１．
８５ｅＶ以上でｐ−ｉ−ｎ接合の拡散電位Ｖｄが１．１
Ｖｏｌｔ以上になるアモルファス半導体を窓材料とした
ヘテロ接合半導体装置はＪｓｃだけでなくＶｏｃも著し
く改良される事を見い出し、その効果は、アモルファス
半導体の種類に依存しないという驚くべきものである。
これらの結果はｎ型のアモルファス半導体から光照射し
ても全く同じである。
８５ｅＶ以上でｐ−ｉ−ｎ接合の拡散電位Ｖｄが１．１
Ｖｏｌｔ以上になるアモルファス半導体を窓材料とした
ヘテロ接合半導体装置はＪｓｃだけでなくＶｏｃも著し
く改良される事を見い出し、その効果は、アモルファス
半導体の種類に依存しないという驚くべきものである。
これらの結果はｎ型のアモルファス半導体から光照射し
ても全く同じである。
【図１】図（ａ）はｐ層側から光を照射するタイプの光
電素子を示す構造図、図（ｂ）はｎ層側から光を照射す
るタイプを示す構造図である。
電素子を示す構造図、図（ｂ）はｎ層側から光を照射す
るタイプを示す構造図である。
【図２】本発明に係るヘテロｐ−ｉ−ｎ接合半導体装置
のエネルギーバンドプロファイルである。
のエネルギーバンドプロファイルである。
【図３】ｐ型のアモルファス半導体を窓側にした場合の
拡散電位Ｖｄと開放電圧の関係を示すグラフである。
拡散電位Ｖｄと開放電圧の関係を示すグラフである。
１ ガラス ２ 透明電極 ３ ｐ型アモルファス半導体 ４ ｉ型ａ−Ｓｉ半導体 ５ ｎ型半導体（例えばｎ型ａ−Ｓｉ半導体） ６ 電極 ７ 電極基板 ８ Ｐ型ａ−Ｓｉ半導体 ９ ｉ型ａ−Ｓｉ半導体 １０ ｎ型アモルファス半導体 １１ 透明電極
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｐ−ｉ−ｎ接合アモルファスシリコン系
半導体装置において、ｐ又はｎ型の少なくとも光照射す
る側のアモルファス半導体は、光学的バンドギャップＥ
ｇ．ｏｐｔが約１．８５ｅＶ〜約２．３０ｅＶの範囲内
にあり、かつ２０℃における電気伝導度が約１０
−８（Ω・ｃｍ）−１以上のアモルファスシリコンカー
バイドであり、かつｐ−ｉ−ｎ接合の拡散電位Ｖｄが約
１．１ｖｏｌｔｓ以上であることを特徴とするｐ−ｉ−
ｎアモルファスシリコン系半導体装置。 - 【請求項２】 前記光照射する側のアモルファスシリコ
ンカーバイドは、一般式ａ−Ｓｉ（１−ｘ）Ｃｘで表さ
れ、且つ、０．０５＜ｘ＜０．８であることを特徴とす
る請求項１に記載のｐ−ｉ−ｎアモルファスシリコン系
半導体装置。 - 【請求項３】 前記光照射する側のアモルファスシリコ
ンカーバイドは、光学的バンドギャップＥｇ．ｏｐｔが
約１．８５ｅＶ〜約２．１０ｅＶであることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のｐ−ｉ−ｎアモルファスシリ
コン系半導体装置。 - 【請求項４】 前記光照射する側のアモルファスシリコ
ンカーバイドは、ｐ型であることを特徴とする請求項２
又は３に記載のｐ−ｉ−ｎアモルファスシリコン系半導
体装置。 - 【請求項５】 前記光照射する側のアモルファスシリコ
ンカーバイドは、ｎ型であることを特徴とする請求項２
又は３に記載のｐ−ｉ−ｎアモルファスシリコン系半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3164044A JPH0722633A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 高電圧アモルファス半導体／アモルファスシリコン・ヘテロ接合半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3164044A JPH0722633A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 高電圧アモルファス半導体／アモルファスシリコン・ヘテロ接合半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56066689A Division JPS57181176A (en) | 1981-01-29 | 1981-04-30 | High voltage amorphous semiconductor/amorphous silicon hetero junction photosensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722633A true JPH0722633A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=15785739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3164044A Pending JPH0722633A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 高電圧アモルファス半導体／アモルファスシリコン・ヘテロ接合半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722633A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57181176A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-08 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | High voltage amorphous semiconductor/amorphous silicon hetero junction photosensor |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP3164044A patent/JPH0722633A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57181176A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-08 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | High voltage amorphous semiconductor/amorphous silicon hetero junction photosensor |
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