JPH0794768A - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- JPH0794768A JPH0794768A JP5236618A JP23661893A JPH0794768A JP H0794768 A JPH0794768 A JP H0794768A JP 5236618 A JP5236618 A JP 5236618A JP 23661893 A JP23661893 A JP 23661893A JP H0794768 A JPH0794768 A JP H0794768A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光電変換層内に混入する酸素や窒素の不純物
に因る特性の劣化を抑圧する光起電力装置を提供するこ
とにある。 【構成】 本発明光起電力装置は、ｐｉｎ構造からなる
光電変換層(3)を備え、そのｉ型非晶質半導体層(3i)
は、層内に酸素又は及び窒素を１０18乃至１０21ｃｍ-3
含有すると共に、該ｉ型非晶質半導体層(3i)と上記ｐ型
非晶質半導体層(3p)との界面から、膜厚方向に向かって
５００Å乃至３０００Åの範囲にボロンを０．１乃至１
００ｐｐｍドーピングしたことにある。
に因る特性の劣化を抑圧する光起電力装置を提供するこ
とにある。 【構成】 本発明光起電力装置は、ｐｉｎ構造からなる
光電変換層(3)を備え、そのｉ型非晶質半導体層(3i)
は、層内に酸素又は及び窒素を１０18乃至１０21ｃｍ-3
含有すると共に、該ｉ型非晶質半導体層(3i)と上記ｐ型
非晶質半導体層(3p)との界面から、膜厚方向に向かって
５００Å乃至３０００Åの範囲にボロンを０．１乃至１
００ｐｐｍドーピングしたことにある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質半導体を光電変
換層とする光起電力装置に関する。
換層とする光起電力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、非晶質シリコンに代表される非
晶質半導体から成る光起電力装置では、光電変換層に含
まれる、酸素や窒素などの不純物の量によってその特性
は大きく変動する。
晶質半導体から成る光起電力装置では、光電変換層に含
まれる、酸素や窒素などの不純物の量によってその特性
は大きく変動する。
【０００３】通常、非晶質半導体の膜形成で混入する不
純物は、反応ガスに含まれる不純物も存在するものの、
量産段階において大きな影響を及ぼす不純物は、真空装
置における真空漏れ、所謂リークに基づくものが殆どで
あり、その主となるのが、酸素や窒素である。
純物は、反応ガスに含まれる不純物も存在するものの、
量産段階において大きな影響を及ぼす不純物は、真空装
置における真空漏れ、所謂リークに基づくものが殆どで
あり、その主となるのが、酸素や窒素である。
【０００４】この特性変動をできる限り小さくする方法
として、例えば膜形成装置の初期真空度を高めるための
高性能な真空装置を使用するといった装置面での工夫
や、或いはその光電変換層を構成する真性非晶質半導体
層（以下、ｉ型非晶質半導体層と称する。）内に濃度が
一様となるように導電型決定不純物であるボロンをドー
プすることでその変動を抑制するといった素子構造面で
の工夫がなされている（特公平４−６０３５３号、特公
昭６１−９７８７４号参照）。
として、例えば膜形成装置の初期真空度を高めるための
高性能な真空装置を使用するといった装置面での工夫
や、或いはその光電変換層を構成する真性非晶質半導体
層（以下、ｉ型非晶質半導体層と称する。）内に濃度が
一様となるように導電型決定不純物であるボロンをドー
プすることでその変動を抑制するといった素子構造面で
の工夫がなされている（特公平４−６０３５３号、特公
昭６１−９７８７４号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、真空装置に
よる方法にあっては、多大な設備投資が必要となること
に加えて、真空装置自体の長期に及ぶ使用に因って排気
能力が劣化し、ひいては光起電力装置の特性劣化が生じ
ることと成り、根本的な解決には至らない。
よる方法にあっては、多大な設備投資が必要となること
に加えて、真空装置自体の長期に及ぶ使用に因って排気
能力が劣化し、ひいては光起電力装置の特性劣化が生じ
ることと成り、根本的な解決には至らない。
【０００６】また、ｉ型非晶質半導体層にボロンをドー
プする方法にあっては、このボロンにより酸素や窒素な
どの不純物による影響を抑圧し得るものの、このボロン
自体の影響によりｉ型非晶質半導体層全体の膜質を劣化
させることにもなるため、この膜質劣化と不純物の影響
抑圧との兼ね合いという面で一般にボロンドーピングの
制御は極めて難しい。
プする方法にあっては、このボロンにより酸素や窒素な
どの不純物による影響を抑圧し得るものの、このボロン
自体の影響によりｉ型非晶質半導体層全体の膜質を劣化
させることにもなるため、この膜質劣化と不純物の影響
抑圧との兼ね合いという面で一般にボロンドーピングの
制御は極めて難しい。
【０００７】とりわけ、ｐｉｎ接合を基本構造とする光
電変換層を備えた光起電力装置にあっては、ｉ型非晶質
半導体層に不純物である酸素又は窒素が混入すると、こ
れら不純物はこのｉ型非晶質半導体層中で弱いながらド
ナー準位を形成することとなり、ｐｉｎ接合による内部
電界、特にｐ／ｉ界面近傍における電界の強度を局所的
に大きなものとしてしまい、ｉ型非晶質半導体層内の電
界分布を不均一なものにする。この電界分布の不均一現
象は、光キャリアの外部取り出しの障害となり、光起電
力装置の総合的な特性評価である光電変換効率の低下を
招くことになる。
電変換層を備えた光起電力装置にあっては、ｉ型非晶質
半導体層に不純物である酸素又は窒素が混入すると、こ
れら不純物はこのｉ型非晶質半導体層中で弱いながらド
ナー準位を形成することとなり、ｐｉｎ接合による内部
電界、特にｐ／ｉ界面近傍における電界の強度を局所的
に大きなものとしてしまい、ｉ型非晶質半導体層内の電
界分布を不均一なものにする。この電界分布の不均一現
象は、光キャリアの外部取り出しの障害となり、光起電
力装置の総合的な特性評価である光電変換効率の低下を
招くことになる。
【０００８】そこで、本願発明は、ボロンによって酸素
や窒素の不純物に因る影響を抑圧しつつ、光電変換によ
り得られた光キャリアを十分に収集し得る光起電力装置
を提供するものである。
や窒素の不純物に因る影響を抑圧しつつ、光電変換によ
り得られた光キャリアを十分に収集し得る光起電力装置
を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明光起電力装置は、
ｐｉｎ構造からなる光電変換層を備え、そのｉ型非晶質
半導体層は、層内に酸素又は及び窒素を１０18乃至１０
21ｃｍ-3含有すると共に、該ｉ型非晶質半導体層と上記
ｐ型非晶質半導体層との界面から、膜厚方向に向かって
５００Å乃至３０００Åの範囲にボロンを０．１乃至１
００ｐｐｍドーピングすることにあり、また上記ｉ型非
晶質半導体層を光学バンドギャップの異なる複数からな
る層とし、それら複数の層を光入射側に向かって光学的
バンドギャップが大となるように配置したことにある。
ｐｉｎ構造からなる光電変換層を備え、そのｉ型非晶質
半導体層は、層内に酸素又は及び窒素を１０18乃至１０
21ｃｍ-3含有すると共に、該ｉ型非晶質半導体層と上記
ｐ型非晶質半導体層との界面から、膜厚方向に向かって
５００Å乃至３０００Åの範囲にボロンを０．１乃至１
００ｐｐｍドーピングすることにあり、また上記ｉ型非
晶質半導体層を光学バンドギャップの異なる複数からな
る層とし、それら複数の層を光入射側に向かって光学的
バンドギャップが大となるように配置したことにある。
【００１０】
【作用】本願発明によれば、一定濃度範囲の酸素又は窒
素、或いは酸素及び窒素から成る不純物を含有したｉ型
非晶質半導体層を備えた光起電力装置に、このｉ型非晶
質半導体層とｐ型非晶質半導体層との界面から該ｉ型非
晶質半導体層の膜厚方向に向かって所定の膜厚範囲内に
ボロンを０．１乃至１００ｐｐｍドーピングせしめるこ
とで、それら不純物に因るｐ／ｉ界面付近における局所
的な電界強度の上昇を抑圧することができる。
素、或いは酸素及び窒素から成る不純物を含有したｉ型
非晶質半導体層を備えた光起電力装置に、このｉ型非晶
質半導体層とｐ型非晶質半導体層との界面から該ｉ型非
晶質半導体層の膜厚方向に向かって所定の膜厚範囲内に
ボロンを０．１乃至１００ｐｐｍドーピングせしめるこ
とで、それら不純物に因るｐ／ｉ界面付近における局所
的な電界強度の上昇を抑圧することができる。
【００１１】このことは、ｐｉｎ接合内の内部電界を光
電変換層内全域に亘って、均一なものとすることが可能
となる。
電変換層内全域に亘って、均一なものとすることが可能
となる。
【００１２】また、このｐ／ｉ界面における酸素や窒素
の不純物に因るドナーとしての作用を、アクセプタであ
るボロンにより補償することとなることから、光起電力
装置としての効率が向上するとともに、光劣化の抑圧も
可能となり、光照射によって生じる非晶質半導体内のダ
ングリングボンドの欠陥の影響を軽減し得るものと思わ
れる。
の不純物に因るドナーとしての作用を、アクセプタであ
るボロンにより補償することとなることから、光起電力
装置としての効率が向上するとともに、光劣化の抑圧も
可能となり、光照射によって生じる非晶質半導体内のダ
ングリングボンドの欠陥の影響を軽減し得るものと思わ
れる。
【００１３】
【実施例】図１は、本願発明光起電力装置の第１の実施
例を説明するための素子構造図である。図中の(1)は石
英や、ガラス等からなる透光性基板であり、(2)は透光
性基板(1)の表面に形成された酸化錫や酸化インジュウ
ム、あるいはこれらの混合体からなる透明導電膜、(3)
は透明導電膜(2)上に形成された、ｐ型非晶質半導体層
(3p)とｉ型非晶質半導体層(3i)とｎ型非晶質半導体層(3
n)とからなる光電変換層であって、このｉ型非晶質半導
体層(3i)は更に後述する２つの層から成っている。そし
て(4)はアルミニュウムやクロム等からなる金属電極で
ある。
例を説明するための素子構造図である。図中の(1)は石
英や、ガラス等からなる透光性基板であり、(2)は透光
性基板(1)の表面に形成された酸化錫や酸化インジュウ
ム、あるいはこれらの混合体からなる透明導電膜、(3)
は透明導電膜(2)上に形成された、ｐ型非晶質半導体層
(3p)とｉ型非晶質半導体層(3i)とｎ型非晶質半導体層(3
n)とからなる光電変換層であって、このｉ型非晶質半導
体層(3i)は更に後述する２つの層から成っている。そし
て(4)はアルミニュウムやクロム等からなる金属電極で
ある。
【００１４】本光起電力装置にあっては、透光性基板
(1)を介して光電変換層(3)に入射された光は、この光電
変換層内で吸収され正孔と電子となって、透明導電膜
(2)と金属電極(4)とからそれぞれ外部に取り出されるこ
ととなる。
(1)を介して光電変換層(3)に入射された光は、この光電
変換層内で吸収され正孔と電子となって、透明導電膜
(2)と金属電極(4)とからそれぞれ外部に取り出されるこ
ととなる。
【００１５】本実施例では、プラズマＣＶＤ法により形
成された非晶質シリコンをこの非晶質半導体層(3)とし
て用いており、その具体的な膜形成条件を表１に示す。
成された非晶質シリコンをこの非晶質半導体層(3)とし
て用いており、その具体的な膜形成条件を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】まず、この光電変換層(3)の形成に当って
は、透明導電膜(2)上にｐ型非晶質半導体層(3p)を膜厚
が５０Å〜３００Åの範囲内で形成する。本実施例で
は、非晶質シリコンカーバイドを使用したが、これに限
られず単なるｐ型非晶質シリコン等を使用してもよい。
は、透明導電膜(2)上にｐ型非晶質半導体層(3p)を膜厚
が５０Å〜３００Åの範囲内で形成する。本実施例で
は、非晶質シリコンカーバイドを使用したが、これに限
られず単なるｐ型非晶質シリコン等を使用してもよい。
【００１８】次に、ｉ型非晶質半導体層として、シラン
(SiH4)及び二酸化炭素(CO2)に、ジボラン(B2H6)を混入
させた反応ガスを、同表のｉ層（Ｉ）の条件にて、その
膜厚が５００〜３０００Åの範囲内となるような第１の
ｉ型非晶質半導体層を形成し、引き続いて、上記ジボラ
ン(B2H6)を混合していない反応ガスによって、第２のｉ
型非晶質半導体層（ｉ層（ＩＩ））をｉ型非晶質半導体
層全体として必要とされる残りの膜厚分形成する。その
代表的な膜厚は、１０００〜５０００Åである。
(SiH4)及び二酸化炭素(CO2)に、ジボラン(B2H6)を混入
させた反応ガスを、同表のｉ層（Ｉ）の条件にて、その
膜厚が５００〜３０００Åの範囲内となるような第１の
ｉ型非晶質半導体層を形成し、引き続いて、上記ジボラ
ン(B2H6)を混合していない反応ガスによって、第２のｉ
型非晶質半導体層（ｉ層（ＩＩ））をｉ型非晶質半導体
層全体として必要とされる残りの膜厚分形成する。その
代表的な膜厚は、１０００〜５０００Åである。
【００１９】従って、ｉ型非晶質半導体層(3i)内には、
ｉ層（Ｉ）からｉ層（ＩＩ）に亘って、酸素が混入され
ていると共に、ｉ層（Ｉ）つまりｐ型非晶質半導体層近
傍のｉ型非晶質半導体層においてのみボロンがドーピン
グされることとなる。
ｉ層（Ｉ）からｉ層（ＩＩ）に亘って、酸素が混入され
ていると共に、ｉ層（Ｉ）つまりｐ型非晶質半導体層近
傍のｉ型非晶質半導体層においてのみボロンがドーピン
グされることとなる。
【００２０】また、本実施例では、窒素による影響を明
確に分離するため、装置本体からのリークを極力抑圧し
た条件にて行っている。
確に分離するため、装置本体からのリークを極力抑圧し
た条件にて行っている。
【００２１】尚、本願発明の説明では、ｉ型非晶質半導
体層中の不純物である酸素や窒素を二酸化炭素(CO2)な
どのガスを利用することで意図的に混入させ特性評価を
行っているが、これは最適な不純物濃度範囲等を明確に
把握するためであり、本発明は、これら不純物を真空装
置や膜形成装置などによるリークによって混入した酸素
や窒素を利用した場合であっても、全く同様の効果を奏
するものである。
体層中の不純物である酸素や窒素を二酸化炭素(CO2)な
どのガスを利用することで意図的に混入させ特性評価を
行っているが、これは最適な不純物濃度範囲等を明確に
把握するためであり、本発明は、これら不純物を真空装
置や膜形成装置などによるリークによって混入した酸素
や窒素を利用した場合であっても、全く同様の効果を奏
するものである。
【００２２】図２は、この光起電力装置の光電変換層の
バンドプロファイルを模式的に示したバンド図(a)を示
したものであり、同図には酸素の不純物のみが混入さ
れ、ボロンによるドーピングが行われていないｉ型非晶
質半導体層を用いたことのみを異にする従来の光起電力
装置のそれ(b)をも同様に示している。つまり、本願発
明によれば、同図のように実施例光起電力装置のｉ型非
晶質半導体層ではそのバンドの傾きがほぼ一定となり、
内部電界強度が均一になっているものと考えている。一
方、従来例にあっては、ｉ型非晶質半導体層内のバンド
の傾きがｐ型非晶質半導体層近傍で急峻となり、ｉ型非
晶質半導体層内では内部電界強度が不均一になっている
ものと考えている。
バンドプロファイルを模式的に示したバンド図(a)を示
したものであり、同図には酸素の不純物のみが混入さ
れ、ボロンによるドーピングが行われていないｉ型非晶
質半導体層を用いたことのみを異にする従来の光起電力
装置のそれ(b)をも同様に示している。つまり、本願発
明によれば、同図のように実施例光起電力装置のｉ型非
晶質半導体層ではそのバンドの傾きがほぼ一定となり、
内部電界強度が均一になっているものと考えている。一
方、従来例にあっては、ｉ型非晶質半導体層内のバンド
の傾きがｐ型非晶質半導体層近傍で急峻となり、ｉ型非
晶質半導体層内では内部電界強度が不均一になっている
ものと考えている。
【００２３】次に、本願発明の効果を十分に呈すること
となる、酸素や窒素、更にはボロンの最適濃度範囲等に
ついて説明する。図３は、本願発明におけるｉ型非晶質
半導体層内に含有する酸素濃度と、光電変換効率の関係
を示した特性図である、同図にはｐ型非晶質半導体層と
の界面から１０００Åまでボロン（約１０ｐｐｍ）をド
ーピングした実施例光起電力装置(a)と、ｉ型非晶質半
導体層内に酸素のみを混入するとともに、その層内全域
にボロンをドーピングした従来例光起電力装置(b)との
特性を各々示している。但し、ｉ型非晶質半導体層全体
の膜厚は、約５０００Å一定としている。
となる、酸素や窒素、更にはボロンの最適濃度範囲等に
ついて説明する。図３は、本願発明におけるｉ型非晶質
半導体層内に含有する酸素濃度と、光電変換効率の関係
を示した特性図である、同図にはｐ型非晶質半導体層と
の界面から１０００Åまでボロン（約１０ｐｐｍ）をド
ーピングした実施例光起電力装置(a)と、ｉ型非晶質半
導体層内に酸素のみを混入するとともに、その層内全域
にボロンをドーピングした従来例光起電力装置(b)との
特性を各々示している。但し、ｉ型非晶質半導体層全体
の膜厚は、約５０００Å一定としている。
【００２４】同図によれば、従来例光起電力装置(b)と
比較して、本願発明光起電力装置(a)では、酸素濃度が
１０21cm-3以下の範囲内では、その光電変換効率は極め
て高い値を示すことが分かる。なお、酸素等の不純物を
極力抑圧すること自体による特性向上は明らかであり、
またこれを実現することは、前述したように多大な設備
投資となることから、実用的には、不純物である酸素の
濃度を１０18cm-3以上とすることが好適である。
比較して、本願発明光起電力装置(a)では、酸素濃度が
１０21cm-3以下の範囲内では、その光電変換効率は極め
て高い値を示すことが分かる。なお、酸素等の不純物を
極力抑圧すること自体による特性向上は明らかであり、
またこれを実現することは、前述したように多大な設備
投資となることから、実用的には、不純物である酸素の
濃度を１０18cm-3以上とすることが好適である。
【００２５】次に、図４は、ｉ型非晶質半導体層（膜厚
約５０００Å）中の酸素濃度を約１０20cm-3一定とし、
ｉ型非晶質半導体層内のボロンドーピング（約１０ｐｐ
ｍ）された部分の膜厚を種々変化させた場合の本願発明
光起電力装置の光電変換効率を示す特性図である。
約５０００Å）中の酸素濃度を約１０20cm-3一定とし、
ｉ型非晶質半導体層内のボロンドーピング（約１０ｐｐ
ｍ）された部分の膜厚を種々変化させた場合の本願発明
光起電力装置の光電変換効率を示す特性図である。
【００２６】同図によれば、上記半導体層の膜厚が５０
０Åから３０００Åの範囲内で高い光電変換効率を示す
ことが分かる。これは、５００Åより薄い膜厚の場合に
あっては、酸素によるドナーライクな状態をボロンによ
って補償することが不十分となり、また３０００Åを越
える膜厚であっては、ボロン自体に因るｉ型非晶質半導
体層の膜質劣化が顕著になるためと考えている。
０Åから３０００Åの範囲内で高い光電変換効率を示す
ことが分かる。これは、５００Åより薄い膜厚の場合に
あっては、酸素によるドナーライクな状態をボロンによ
って補償することが不十分となり、また３０００Åを越
える膜厚であっては、ボロン自体に因るｉ型非晶質半導
体層の膜質劣化が顕著になるためと考えている。
【００２７】更に、ｉ型非晶質半導体層におけるボロン
のドーピング濃度について説明する。図５は、ｉ型非晶
質半導体層内の酸素濃度を約１０20cm-3と一定とすると
共に、ボロンがドーピングされたｉ型非晶質半導体層の
膜厚を約１０００Å一定とした場合の、ボロン濃度に対
する光電変換効率の変化を示したものである。これによ
れば、ボロン濃度を０．１乃至１００ｐｐｍドーピング
することで、高い光電変換効率を得ることができてお
り、特に１．０乃至５０ｐｐｍの範囲では最適である。
のドーピング濃度について説明する。図５は、ｉ型非晶
質半導体層内の酸素濃度を約１０20cm-3と一定とすると
共に、ボロンがドーピングされたｉ型非晶質半導体層の
膜厚を約１０００Å一定とした場合の、ボロン濃度に対
する光電変換効率の変化を示したものである。これによ
れば、ボロン濃度を０．１乃至１００ｐｐｍドーピング
することで、高い光電変換効率を得ることができてお
り、特に１．０乃至５０ｐｐｍの範囲では最適である。
【００２８】以上では、実施例として、酸素を不純物と
して説明したが、本発明の効果は、不純物を窒素とした
場合、或いは酸素と窒素を共に不純物として混入せしめ
た場合であっても全く同様の効果を呈することを確認し
ている。但し、酸素と窒素とを共に不純物として考慮す
る場合にあっては、これら不純物のｉ型非晶質半導体層
中における最適な不純物量は、これらの和で１０18乃至
１０21ｃｍ-3の範囲内にあることが必要である。
して説明したが、本発明の効果は、不純物を窒素とした
場合、或いは酸素と窒素を共に不純物として混入せしめ
た場合であっても全く同様の効果を呈することを確認し
ている。但し、酸素と窒素とを共に不純物として考慮す
る場合にあっては、これら不純物のｉ型非晶質半導体層
中における最適な不純物量は、これらの和で１０18乃至
１０21ｃｍ-3の範囲内にあることが必要である。
【００２９】次に、本願発明の第２の実施例を図６に示
す。本実施例の、第１の実施例と異なるところは、ｉ型
非晶質半導体層を光学バンドギャップの異なる複数の層
から成る構成としたことであり、第１の実施例と同一の
部分については、同一の符号を付している。図中の(3i
f)はｉ型非晶質半導体層の光入射側に配置された光学的
バンドギャップの大きな層であり、(3ib)は該層と比較
して小さな光学的バンドギャップを備えた層である。本
実施例にあっては、この光学的バンドギャップの差を反
応ガスに混入せしめたメタンガスによって制御した。特
に、光入射側の光学的バンドギャップを大とするのは、
より多くの光が光電変換層内に入射し得るようにするた
めである。
す。本実施例の、第１の実施例と異なるところは、ｉ型
非晶質半導体層を光学バンドギャップの異なる複数の層
から成る構成としたことであり、第１の実施例と同一の
部分については、同一の符号を付している。図中の(3i
f)はｉ型非晶質半導体層の光入射側に配置された光学的
バンドギャップの大きな層であり、(3ib)は該層と比較
して小さな光学的バンドギャップを備えた層である。本
実施例にあっては、この光学的バンドギャップの差を反
応ガスに混入せしめたメタンガスによって制御した。特
に、光入射側の光学的バンドギャップを大とするのは、
より多くの光が光電変換層内に入射し得るようにするた
めである。
【００３０】斯る構造による本発明光起電力装置にあっ
ては、複数の層からなるｉ型非晶質半導体層の全域に、
酸素又は及び窒素の不純物を混入せしめることとなる。
表２は、本実施例光起電力装置における光電変換層の形
成条件を示すと共に、図７は、本例光起電力装置の光電
変換層のバンド図(a)と、ボロンを混入させないことの
みを異にしている従来例光起電力装置のそれ(b)とを示
した図である。
ては、複数の層からなるｉ型非晶質半導体層の全域に、
酸素又は及び窒素の不純物を混入せしめることとなる。
表２は、本実施例光起電力装置における光電変換層の形
成条件を示すと共に、図７は、本例光起電力装置の光電
変換層のバンド図(a)と、ボロンを混入させないことの
みを異にしている従来例光起電力装置のそれ(b)とを示
した図である。
【００３１】
【表２】
【００３２】同図で示すように、本実施例光起電力装置
では、第１の実施例と同様に、ｉ型非晶質半導体層内に
おけるバンドの傾きが、光学的バンドギャップの異なる
２層を介しているものの、ほぼ一定とあり、ｉ型非晶質
半導体層内の内部電界強度が均一なものにできていると
考えている。
では、第１の実施例と同様に、ｉ型非晶質半導体層内に
おけるバンドの傾きが、光学的バンドギャップの異なる
２層を介しているものの、ほぼ一定とあり、ｉ型非晶質
半導体層内の内部電界強度が均一なものにできていると
考えている。
【００３３】なお、この第２の実施例光起電力装置の場
合にあっては、ｐ／ｉ界面からのボロンドーピング領域
が、光学的バンドギャップを大とするｉ型非晶質半導体
層内の(3if)に留まった素子設計としてもよく、ただ上
記界面から５００Å乃至３０００Åの範囲に含まれれば
よい。また、上記第２の実施例の如く光学バンドギャッ
プを小とするｉ型非晶質半導体層内の(3ib)にまでの広
い領域に亘って上記ボロンドーピング領域としても、や
はり上記範囲の条件を満たす限りは、本願発明の効果が
得られることを確認している。
合にあっては、ｐ／ｉ界面からのボロンドーピング領域
が、光学的バンドギャップを大とするｉ型非晶質半導体
層内の(3if)に留まった素子設計としてもよく、ただ上
記界面から５００Å乃至３０００Åの範囲に含まれれば
よい。また、上記第２の実施例の如く光学バンドギャッ
プを小とするｉ型非晶質半導体層内の(3ib)にまでの広
い領域に亘って上記ボロンドーピング領域としても、や
はり上記範囲の条件を満たす限りは、本願発明の効果が
得られることを確認している。
【００３４】
【表３】
【００３５】表３は、この実施例光起電力装置の初期の
光電変換効率と、ＡＭ−１，１００ｍＷ／ｃｍ2の照射
条件で３１０時間の光照射を施した後の光電変換効率と
をそれぞれ示したものであり、同表には従来例光起電力
装置の場合のそれら特性をも合わせて示している。
光電変換効率と、ＡＭ−１，１００ｍＷ／ｃｍ2の照射
条件で３１０時間の光照射を施した後の光電変換効率と
をそれぞれ示したものであり、同表には従来例光起電力
装置の場合のそれら特性をも合わせて示している。
【００３６】但し、実施例は、ｉ型非晶質半導体層４０
００Åに、酸素を１０21cm-3含有させ、そのうちｉ型非
晶質半導体層内のｐ／ｉ界面から２０００Åまでをボロ
ンドーピングしたものであり、従来例とはｉ型非晶質半
導体層に酸素が５×１０18cm -3含有せしめたものを使用
したものである。
００Åに、酸素を１０21cm-3含有させ、そのうちｉ型非
晶質半導体層内のｐ／ｉ界面から２０００Åまでをボロ
ンドーピングしたものであり、従来例とはｉ型非晶質半
導体層に酸素が５×１０18cm -3含有せしめたものを使用
したものである。
【００３７】これによれば、本願発明では、初期の１
１．０％から光照射後８．０％へと特性の低下が見られ
るものの、従来例光起電力装置にあっては初期は１０．
５％とそもそも低く、且つ光照射後は７．０％と大きく
劣化している。これから、本願発明にあっては、光劣化
を抑圧する作用があり、信頼性の向上が図れていること
がわかる。
１．０％から光照射後８．０％へと特性の低下が見られ
るものの、従来例光起電力装置にあっては初期は１０．
５％とそもそも低く、且つ光照射後は７．０％と大きく
劣化している。これから、本願発明にあっては、光劣化
を抑圧する作用があり、信頼性の向上が図れていること
がわかる。
【００３８】尚、実施例では非晶質半導体としては、プ
ラズマＣＶＤ法による薄膜を使用したが、本願発明はこ
れに限られるものではなく、光ＣＶＤ法やスパッタ法等
による形成によって得られた非晶質半導体を使用しても
よい。
ラズマＣＶＤ法による薄膜を使用したが、本願発明はこ
れに限られるものではなく、光ＣＶＤ法やスパッタ法等
による形成によって得られた非晶質半導体を使用しても
よい。
【００３９】
【発明の効果】本願発明によれば、一定濃度範囲の酸素
又は窒素、或いは酸素及び窒素から成る不純物を含有し
たｉ型非晶質半導体層を備えた光起電力装置に、このｉ
型非晶質半導体層とｐ型非晶質半導体層との界面から、
膜厚方向に向かって所定の膜厚範囲内にボロンを０．１
乃至１００ｐｐｍドーピングせしめることで、ｐｉｎ接
合内の内部電界を光電変換層内全域に亘って、均一なも
のとすることが可能となり、光電変換効率の向上が図れ
る。
又は窒素、或いは酸素及び窒素から成る不純物を含有し
たｉ型非晶質半導体層を備えた光起電力装置に、このｉ
型非晶質半導体層とｐ型非晶質半導体層との界面から、
膜厚方向に向かって所定の膜厚範囲内にボロンを０．１
乃至１００ｐｐｍドーピングせしめることで、ｐｉｎ接
合内の内部電界を光電変換層内全域に亘って、均一なも
のとすることが可能となり、光電変換効率の向上が図れ
る。
【００４０】また、このｐ／ｉ界面における酸素や窒素
の不純物に因るドナーとしての作用を、アクセプタであ
るボロンにより補償することとなることから、光照射に
よって生じる非晶質半導体層内での欠陥の影響を軽減す
るように作用し、光起電力装置の光劣化を抑圧すること
で特性の向上が図れる。
の不純物に因るドナーとしての作用を、アクセプタであ
るボロンにより補償することとなることから、光照射に
よって生じる非晶質半導体層内での欠陥の影響を軽減す
るように作用し、光起電力装置の光劣化を抑圧すること
で特性の向上が図れる。
【図１】本発明光起電力装置の第１の実施例を示す素子
構造断面図である。
構造断面図である。
【図２】第１の実施例光起電力装置の光電変換層内のバ
ンドプロファイルを示すバンド図である。
ンドプロファイルを示すバンド図である。
【図３】実施例光起電力装置のｉ型非晶質半導体層内の
酸素濃度と、光電変換効率との関係を示す特性図であ
る。
酸素濃度と、光電変換効率との関係を示す特性図であ
る。
【図４】実施例光起電力装置のボロンドーピング部の膜
厚と光電変換効率との関係を示す特性図である。
厚と光電変換効率との関係を示す特性図である。
【図５】実施例光起電力装置のボロン濃度に対する光電
変換効率の関係を示す特性図である。
変換効率の関係を示す特性図である。
【図６】本発明第２の実施例光起電力装置を示す素子構
造断面図である。
造断面図である。
【図７】第２の実施例光起電力装置の光電変換層内のバ
ンドプロファイルを示すバンド図である。
ンドプロファイルを示すバンド図である。
(3p)…ｐ型非晶質半導体層 (3i)…ｉ型非
晶質半導体層 (3n)…ｎ型非晶質半導体層
晶質半導体層 (3n)…ｎ型非晶質半導体層
Claims (4)
- 【請求項１】 ｐ型非晶質半導体層とｉ型非晶質半導体
層とｎ型非晶質半導体層とからなる光電変換層を具備す
る光起電力装置に於いて、 上記ｉ型非晶質半導体層は、層内に酸素を１０18乃至１
０21ｃｍ-3含有すると共に、該ｉ型非晶質半導体層と上
記ｐ型非晶質半導体層との界面から該ｉ型非晶質半導体
層の膜厚方向に向かって、５００Å乃至３０００Åの範
囲にボロンを０．１乃至１００ｐｐｍドーピングしてい
ることを特徴とする光起電力装置。 - 【請求項２】 ｐ型非晶質半導体層とｉ型非晶質半導体
層とｎ型非晶質半導体層とからなる光電変換層を具備す
る光起電力装置に於いて、 上記ｉ型非晶質半導体層は、層内に窒素を１０18乃至１
０21ｃｍ-3含有すると共に、該ｉ型非晶質半導体層と上
記ｐ型非晶質半導体層との界面から該ｉ型非晶質半導体
層の膜厚方向に向かって、５００Å乃至３０００Åの範
囲にボロンを０．１乃至１００ｐｐｍドーピングしてい
ることを特徴とする光起電力装置。 - 【請求項３】 ｐ型非晶質半導体層とｉ型非晶質半導体
層とｎ型非晶質半導体層とからなる光電変換層を具備す
る光起電力装置に於いて、 上記ｉ型非晶質半導体層は、層内に窒素及び酸素を１０
18乃至１０21ｃｍ-3含有すると共に、該ｉ型非晶質半導
体層と上記ｐ型非晶質半導体層との界面から、該ｉ型非
晶質半導体層の膜厚方向に向かって、５００Å乃至３０
００Åの範囲にボロンを０．１乃至１００ｐｐｍドーピ
ングしていることを特徴とする光起電力装置。 - 【請求項４】 上記ｉ型非晶質半導体層は、光学バンド
ギャッブの異なる複数の層から成ると共に、これらの層
は光入射側に向かって光学バンドギャップが大となるよ
うに配置したことを特徴とする請求項１乃至３の光起電
力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5236618A JPH0794768A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5236618A JPH0794768A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 光起電力装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794768A true JPH0794768A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=17003312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5236618A Pending JPH0794768A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794768A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6700057B2 (en) * | 2001-06-29 | 2004-03-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Photovoltaic device |
| WO2006038453A1 (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-13 | Kaneka Corporation | 光電変換装置 |
| EP1320134A3 (en) * | 2001-11-29 | 2007-07-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device and manufacturing method thereof |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP5236618A patent/JPH0794768A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6700057B2 (en) * | 2001-06-29 | 2004-03-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Photovoltaic device |
| EP1320134A3 (en) * | 2001-11-29 | 2007-07-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device and manufacturing method thereof |
| WO2006038453A1 (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-13 | Kaneka Corporation | 光電変換装置 |
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