JPH09102623A - 光起電力素子 - Google Patents

光起電力素子

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JPH09102623A
JPH09102623A JP7256243A JP25624395A JPH09102623A JP H09102623 A JPH09102623 A JP H09102623A JP 7256243 A JP7256243 A JP 7256243A JP 25624395 A JP25624395 A JP 25624395A JP H09102623 A JPH09102623 A JP H09102623A
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photovoltaic element
film
buffer layer
carbon film
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Masaki Shima
正樹 島
Koji Endo
浩二 遠藤
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、シリコン半導体薄膜との整合性
がよく且つ屈折率の小さい材料を背面電極とシリコン半
導体薄膜との間に介在させて、光電変換効率の向上を図
るものである。 【解決手段】 この発明は、光照射により光起電力を発
生するシリコンを主成分とする半導体層3、4、5を備
え、受光面に相対する背面に背面電極7が設けられた光
起電力素子であって、半導体層5と背面電極7との間
に、ノンドープのダイヤモンド炭素膜6を介在させたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池等の光
起電力素子に関する。
【0002】
【従来の技術】クリーンなエネルギーとして、太陽光発
電が注目されている。その中でも特に非晶質シリコン半
導体薄膜を用いた光起電力素子は、大面積化、低コスト
化が図れることから注目されている。
【0003】一般に、この種の光起電力素子は、受光面
となるガラス基板上に、透明電極、内部にpinの半導
体接合を有する非晶質シリコン半導体薄膜、及び背面電
極を積層して形成されている。
【0004】ところで、上記の光起電力素子は、比較的
薄い非晶質シリコン半導体薄膜で形成されるために、受
光面と相対する背面電極に銀、アルミニウム等の反射率
の高い材料を使うことで、半導体薄膜との屈折率の差に
よって生じる両者の界面での反射を用いて、実質的に光
の入射強度を強めることにより光電変換効率を向上させ
ている。
【0005】しかしながら、銀、アルミニウム等の反射
率の高い金属材料は、シリコン半導体薄膜と界面で合金
層を形成し、金属材料が持つ反射特性が悪くなるという
問題があった。
【0006】そこで、上記問題を解決するために、シリ
コン半導体薄膜と背面電極との間に透明導電膜を介在さ
せることで、両者の合金化を防止する方法が提案されて
いる(例えば、特公昭60−41878号 IPC:H
01L 31/04参照。)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た方法では、シリコン半導体薄膜と透明導電膜とで、そ
の構造が大きく異なる。このため、両者の整合性が悪
く、良好な界面特性を得ることが困難であり、太陽電池
特性を低下させる要因になるなどの問題があった。
【0008】また、シリコン半導体薄膜と背面電極との
間に介在させる膜としては、できるだけ屈折率が小さい
方がよく、透明導電膜に代わる材料が切望されていた。
【0009】この発明は、上述した従来の問題点を解決
するためになされたものにして、シリコン半導体薄膜と
の整合性がよく且つ屈折率の小さい材料を背面電極とシ
リコン半導体薄膜との間に介在させて、光電変換効率の
向上を図るものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、光照射によ
り光起電力を発生する半導体層を備え、受光面に相対す
る背面に背面電極が設けられた光起電力素子であって、
前記半導体層と背面電極との間に、周期律表の4族元素
またはその合金で構成される透光性緩衝層を介在させた
ことを特徴とする。
【0011】前記透光性緩衝層は、光波長500nmに
おける屈折率が2以下にすると良い。
【0012】介在させる透光性緩衝層が光波長500n
mにおける屈折率が2以下であれば、従来の背面電極よ
りも更に高い反射率を得ることができるので、光起電力
素子の短絡電流ひいては光電変換効率を向上させること
ができる。
【0013】また、この発明は、前記半導体層を、シリ
コンを主成分とする半導体膜で形成することができる。
【0014】透光性緩衝層を、シリコンと同じ周期律表
4族元素である元素またはその合金で構成することによ
り、透光性緩衝層がシリコンを主成分とする半導体層と
非常に類似した構造を有することになる。そのため、従
来用いられているITOやSnO2等の金属酸化物から
なる透明導電膜に比べて、シリコンを主成分とする半導
体層との整合性が非常によく、両者間の界面特性が良好
になり、光起電力素子の特性が改善される。
【0015】前記透光性緩衝層として、ノンドープのダ
イヤモンド様炭素膜を用いると良い。
【0016】そして、前記ダイヤモンド様炭素膜の膜中
水素の割合が10%以上70%以下に制御すると良い。
【0017】ダイヤモンド様炭素膜は、シリコンと同じ
周期律表4族元素である炭素を主成分とするため、シリ
コンを主成分とする半導体層とは非常に類似した構造を
持っており、シリコンを主成分とする半導体層との整合
性が非常によく、両者間の界面特性が良好になり、光起
電力素子の特性が改善される。
【0018】また、この発明は、前記半導体層が化合物
半導体膜のものでも適用できる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き図面を参照して説明する。図1は、この発明の第1の
実施の形態の光起電力素子を示す断面図である。
【0020】図1に示すように、この発明における光起
電力素子は、ガラス基板1上に膜厚6000オングスト
ロームのSnO2からなる透明電極2が設けられてい
る。この透明電極2は半導体薄膜の側に微小な凹凸が形
成されている。この透明電極2上に膜厚100オングス
トロームのp型非晶質シリコンカーバイト(a−Si
C)層3、膜厚2500オングストロームのi型非晶質
シリコン(a−Si)層4、膜厚300オングストロー
ムのn型非晶質シリコン層5、膜厚700オングストロ
ームの透光性緩衝層としてのノンドープのダイヤモンド
様炭素膜6、銀(Ag)等の高反射材料からなる背面電
極7とが順次積層形成されている。そして、光はガラス
基板1側から入射する。
【0021】上記したp型a−SiC層3、i型a−S
i層4、n型a−Si層5、ノンドープのダイヤモンド
様炭素膜6はそれぞれグロー放電プラズマCVD法で形
成した。p型a−SiC層3、i型a−Si層4、n型
a−Si層5の形成条件を表1に示し、透光性緩衝層と
してのノンドープのダイヤモンド様炭素膜6の形成条件
を表2に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】ノンドープのダイヤモンド様炭素膜6の屈
折率は、表2のすべてのパラメータに依存するが、この
実施の形態においては、特にRFパワーに強く依存し、
RFパワーが大きくなるほど膜の屈折率は増加した。表
3に波長500nmにおけるノンドープのダイヤモンド
様炭素膜6の屈折率と導電率との関係を示す。また、光
電変換効率は、ノンドープのダイヤモンド様炭素膜6の
屈折率によって、表4のように変化した。尚、屈折率は
自記分光器を用いて測定した。
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】
【0027】表3よりノンドープのダイヤモンド様炭素
膜6は、屈折率が小さくなるほど導電率も小さくなって
いるが、導電率の減少は1桁程度である。また、ノンド
ープのダイヤモンド様炭素膜6の膜厚は700オングス
トローム程度の膜厚であり、屈折率が小さいノンドープ
のダイヤモンド様炭素膜を用いても光起電力素子の電流
取り出しの損失の影響は少ない。
【0028】上記した表4より、屈折率の小さいダイヤ
モンド様炭素膜を用いるほど、光電変換効率が向上する
ことが分かり、屈折率が2以下の場合には10%以上の
光電変換効率が得られた。すなわち、介在させるダイヤ
モンド様炭素膜が光波長500nmにおける屈折率が2
以下であれば、従来の背面電極よりも更に高い反射率を
得ることができるので、光起電力素子の短絡電流ひいて
は光電変換効率を向上させることができる。
【0029】また、この実施の形態において、主に基板
温度変化により、ノンドープのダイヤモンド様炭素膜6
中の水素量も変化させて、光電変換効率との関係を調べ
た。表5にその関係を示す。尚、膜中水素量はSIMS
により測定した。
【0030】
【表5】
【0031】表5から明らかなように、ノンドープのダ
イヤモンド様炭素膜6の膜中水素量が10at%以上7
0at%以下の場合には、良好な変換効率が得られた。
【0032】上記した実施の形態においては、半導体層
として、非晶質シリコン系半導体膜を用いた光起電力素
子について説明したが、半導体層として、微結晶シリコ
ンまたは結晶系シリコン半導体膜を用いた光起電力素子
にもこの発明を適用することができる。
【0033】また、シリコンを主成分とする半導体層5
と背面電極7との間に介在させる透光性緩衝層として、
ここでは、ノンドープのダイヤモンド様炭素膜を用いた
が、炭素以外の他の4族元素、また例えば、炭素量の多
い非晶質カーボンゲルマニウムなどそれらの合金で構成
される層であっても良い。
【0034】次に、この発明の第2の実施の形態につき
説明する。図2は、この発明の第2の実施の形態の光起
電力素子を示す断面図である。この第2の実施の形態は
図1に示した実施の形態とはその形成順序が逆であるい
わゆる逆タイプ構造である。
【0035】図2に示すように、Ag等の背面電極基板
10上に膜厚700オングストロームの透光性緩衝層と
してのノンドープのダイヤモンド様炭素膜11が設けら
れ、このダイヤモンド様炭素膜11上に、膜厚400オ
ングストロームのn型a−Si層12、膜厚2500オ
ングストロームのi型a−Si層膜13、膜厚100オ
ングストロームのp型a−SiC層14、膜厚700オ
ングストロームのITOからなる透明電極15が、順次
積層形成されている。さらに、透明電極15上には金属
集電極16が設けられている。そして、光は透明電極1
5側から入射する。
【0036】この実施の形態においても、ノンドープの
ダイヤモンド様炭素膜11は図1の実施例と同様の方法
で形成した。
【0037】この実施の形態における光電変換効率とノ
ンドープのダイヤモンド様炭素膜11の光波長500n
mにおける屈折率の関係を表6に示す。
【0038】
【表6】
【0039】図2に示す逆タイプ構造においては、ノン
ドープ様炭素膜挿入による背面側界面特性の向上の効果
のみならず、ダイヤモンド様炭素膜がプラズマ耐性、耐
化学性等に優れているため、光起電力素子形成方法の自
由度が大幅に改善されるので、光電変換効率がより一層
改善される。
【0040】次に、この発明の第3の実施の形態につき
説明する。図3は、この発明の第3の実施の形態の光起
電力素子を示す断面図である。この第3の実施の形態
は、半導体層として化合物半導体を用いたものである。
【0041】図3に示すように、ガラス基板20上に膜
厚8000オングストロームのMoからなる背面電極2
1が設けられ、この背面電極21上に、透光性緩衝層と
して膜厚900オングストロームのノンドープのダイヤ
モンド様炭素膜22、膜厚〜3μmのCIS(CuIn
Se2)層23、膜厚200オングストロームのCdS
層24、膜厚3000オングストロームのZnOからな
る透明電極25が、順次積層形成されている。そして、
光は透明電極25側から入射する。
【0042】この実施の形態においても、ノンドープの
ダイヤモンド様炭素膜22は図1の実施例と同様の方法
で形成した。
【0043】この実施の形態においても、ノンドープの
ダイヤモンド様炭素膜を半導体層と背面電極との間に介
在させたことによる背面側の界面特性の向上の効果が見
られ、且つ、ダイヤモンド様炭素膜の優れた耐化学性等
により、光起電力素子形成方法の自由度が大幅に改善さ
れるので、光電変換効率が改善される。また、この実施
の形態においても、介在させるダイヤモンド様炭素膜が
光波長500nmにおける屈折率が2以下であれば、従
来の背面電極よりも更に高い反射率を得ることができる
ので、光起電力素子の短絡電流ひいては光電変換効率を
向上させることができる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、透光
性緩衝層を、シリコンと同じ周期律表4族元素である元
素またはその合金で構成することにより、透光性緩衝層
がシリコンを主成分とする半導体層と非常に類似した構
造を有することになる。そのため、従来用いられている
ITOやSnO2等の金属酸化物からなる透明導電膜に
比べて、シリコンを主成分とする半導体層との整合性が
非常によく、両者間の界面特性が良好になり、光起電力
素子の特性が改善される。
【0045】また、介在させる透光性緩衝層が光波長5
00nmにおける屈折率が2以下であれば、従来の背面
電極よりも更に高い反射率を得ることができるので、光
起電力素子の短絡電流ひいては光電変換効率を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態の光起電力素子を
示す断面図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態の光起電力素子を
示す断面図である。
【図3】この発明の第3の実施の形態の光起電力素子を
示す断面図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 透明電極 3 p型a−SiC層 4 i型a−Si層 5 n型a−Si層 6 ノンドープのダイヤモンド様炭素膜(透光性緩衝
層) 7 背面電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光照射により光起電力を発生する半導体
    層を備え、受光面に相対する背面に背面電極が設けられ
    た光起電力素子であって、前記半導体層と背面電極との
    間に、周期律表の4族元素またはその合金で構成される
    透光性緩衝層を介在させたことを特徴とする光起電力素
    子。
  2. 【請求項2】 前記半導体層はシリコンを主成分とする
    半導体膜で形成されていることを特徴とする請求項1に
    記載の光起電力素子。
  3. 【請求項3】 前記半導体層は化合物半導体膜で形成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の光起電力素
    子。
  4. 【請求項4】 前記透光性緩衝層は、光波長500nm
    における屈折率が2以下であることを特徴とする請求項
    1に記載の光起電力素子。
  5. 【請求項5】 前記透光性緩衝層は、ダイヤモンド様炭
    素膜であることを特徴とする請求項1に記載の光起電力
    素子。
  6. 【請求項6】 前記ダイヤモンド様炭素膜の膜中水素の
    割合が10%以上70%以下であることを特徴とする請
    求項5に記載の光起電力素子。
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