JPH1012902A - 光起電力素子 - Google Patents
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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】
【課題】光電変換特性の高い光起電力素子を提供する。
【解決手段】 ｉ型層と不純物層との間に、不純物層か
らｉ型層へ向かって、光学的バンドギャップが順次減少
すると共に、導電型決定不純物が順次増大するバッファ
層を設ける。
らｉ型層へ向かって、光学的バンドギャップが順次減少
すると共に、導電型決定不純物が順次増大するバッファ
層を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質半導体から
なるｉ層を備えた太陽電池や光センサ等の光起電力素子
の、光電変換特性を向上させる技術に関する。
なるｉ層を備えた太陽電池や光センサ等の光起電力素子
の、光電変換特性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコンに代表される非晶質半導
体は、その光吸収係数が大きく、また光に対する波長感
度が人間の視感度に近いことから、太陽電池や光センサ
等の光起電力素子に利用されている。そして、斯かる光
起電力素子にあっては、より長波長の光を有効に利用す
るために、非晶質シリコンよりも光学的バンドギャップ
の狭い非晶質シリコンゲルマニウムを利用することが検
討されている。
体は、その光吸収係数が大きく、また光に対する波長感
度が人間の視感度に近いことから、太陽電池や光センサ
等の光起電力素子に利用されている。そして、斯かる光
起電力素子にあっては、より長波長の光を有効に利用す
るために、非晶質シリコンよりも光学的バンドギャップ
の狭い非晶質シリコンゲルマニウムを利用することが検
討されている。
【０００３】然し乍ら、斯かる非晶質シリコンゲルマニ
ウムにあっては、その光学的バンドギャップを小さくす
るためにゲルマニウムをシリコンに添加するため、この
添加量の増加に伴いに光電変換特性が次第に劣化すると
いう課題があった。
ウムにあっては、その光学的バンドギャップを小さくす
るためにゲルマニウムをシリコンに添加するため、この
添加量の増加に伴いに光電変換特性が次第に劣化すると
いう課題があった。
【０００４】そこで、斯かる課題を解決するために、例
えば特開昭６４−７１１８２号に開示された構造が検討
されている。
えば特開昭６４−７１１８２号に開示された構造が検討
されている。
【０００５】図６はこの非晶質シリコンゲルマニウムを
用いた光起電力素子中で予測される光学的バンドギャッ
プの構造図を示し、図中ｐ，ｉ，ｎは、夫々ｐ型層，ｉ
型層及びｎ型層を表している。
用いた光起電力素子中で予測される光学的バンドギャッ
プの構造図を示し、図中ｐ，ｉ，ｎは、夫々ｐ型層，ｉ
型層及びｎ型層を表している。
【０００６】同図に示すように、この構造にあっては、
ｉ型層ｉが光学的バンドギャップの小さな第１部分ｉN
を有しており、そしてこの第１部分ｉNからｐ型層ｐ及
びｎ型層ｎへ向けて、光学的バンドギャップが次第に増
大する第２部分ｉW，ｉWを備えている。
ｉ型層ｉが光学的バンドギャップの小さな第１部分ｉN
を有しており、そしてこの第１部分ｉNからｐ型層ｐ及
びｎ型層ｎへ向けて、光学的バンドギャップが次第に増
大する第２部分ｉW，ｉWを備えている。
【０００７】斯かる構造によれば、ｉ型層ｉ中に、該ｉ
層中で生成される電子・ホールの光生成キャリアを分離
する向きの電界が形成されるため、これらの光生成キャ
リアを有効に外部に取り出すことができることとなる。
層中で生成される電子・ホールの光生成キャリアを分離
する向きの電界が形成されるため、これらの光生成キャ
リアを有効に外部に取り出すことができることとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、斯かる構造
を用いても、非晶質シリコンゲルマニウムを用いた太陽
電池の光電変換特性は、未だ十分なものではなかった。
を用いても、非晶質シリコンゲルマニウムを用いた太陽
電池の光電変換特性は、未だ十分なものではなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】斯かる課題を解決するた
めに、本発明光起電力素子は、非晶質半導体からなるｉ
型層と、該ｉ型層よりも光学的バンドギャップの広い不
純物層と、を備えてなる光起電力素子であって、前記不
純物層と前記ｉ型層との間に、前記不純物層からｉ型層
へ向けて、光学的バンドギャップが順次減少すると共に
前記不純物の導電型を決定する導電型決定不純物が順次
増加して含有せしめられたバッファ層を備えたことを特
徴としている。
めに、本発明光起電力素子は、非晶質半導体からなるｉ
型層と、該ｉ型層よりも光学的バンドギャップの広い不
純物層と、を備えてなる光起電力素子であって、前記不
純物層と前記ｉ型層との間に、前記不純物層からｉ型層
へ向けて、光学的バンドギャップが順次減少すると共に
前記不純物の導電型を決定する導電型決定不純物が順次
増加して含有せしめられたバッファ層を備えたことを特
徴としている。
【００１０】また、前記ｉ型層が非晶質シリコンゲルマ
ニウムからなることを特徴としている。
ニウムからなることを特徴としている。
【００１１】そして、前記不純物層がｐ型層であり、前
記バッファ層中におけるｐ型の導電型決定不純物の含有
量が、１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０19ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3の範囲であることを特徴としており、前
記バッファ層中における前記ｉ型層側の導電型決定不純
物の含有量が、前記ｐ型層側での含有量の数倍〜１００
倍程度であることを特徴としている。
記バッファ層中におけるｐ型の導電型決定不純物の含有
量が、１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０19ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3の範囲であることを特徴としており、前
記バッファ層中における前記ｉ型層側の導電型決定不純
物の含有量が、前記ｐ型層側での含有量の数倍〜１００
倍程度であることを特徴としている。
【００１２】或いは、前記不純物層がｎ型層であり、前
記バッファ層中におけるｎ型の導電型決定不純物の含有
量が、１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０19ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3の範囲であることを特徴としており、前
記バッファ層中における前記ｉ型層側の導電型決定不純
物の含有量が、前記ｎ型層側での含有量の数倍〜１００
倍程度であることを特徴としている。
記バッファ層中におけるｎ型の導電型決定不純物の含有
量が、１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０19ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3の範囲であることを特徴としており、前
記バッファ層中における前記ｉ型層側の導電型決定不純
物の含有量が、前記ｎ型層側での含有量の数倍〜１００
倍程度であることを特徴としている。
【００１３】
【実施の形態】本発明の光起電力素子に係わる第１実施
形態を図１を参照して説明する。図１は本実施形態に係
わる光起電力素子の素子構造断面図である。
形態を図１を参照して説明する。図１は本実施形態に係
わる光起電力素子の素子構造断面図である。
【００１４】図中、１はガラス、プラスチック等の透光
性且つ絶縁性を有する基板であり、２は該基板１上にス
パッタ法或いは熱ＣＶＤ法等の方法により形成されたＩ
ＴＯ，ＳｎＯ2等の透光性導電材からなる受光面電極膜
である。そして３ｐ，３ｂ，３ｉ及び３ｎは、夫々該受
光面電極膜２上にプラズマＣＶＤ法を用いて順次形成さ
れた、非晶質シリコンカーバイドからなるｐ型層３ｐ、
バッファ層３ｂ、非晶質シリコンゲルマニウムからなる
ｉ型層３ｉ及び非晶質シリコンからなるｎ型層３ｎであ
る。
性且つ絶縁性を有する基板であり、２は該基板１上にス
パッタ法或いは熱ＣＶＤ法等の方法により形成されたＩ
ＴＯ，ＳｎＯ2等の透光性導電材からなる受光面電極膜
である。そして３ｐ，３ｂ，３ｉ及び３ｎは、夫々該受
光面電極膜２上にプラズマＣＶＤ法を用いて順次形成さ
れた、非晶質シリコンカーバイドからなるｐ型層３ｐ、
バッファ層３ｂ、非晶質シリコンゲルマニウムからなる
ｉ型層３ｉ及び非晶質シリコンからなるｎ型層３ｎであ
る。
【００１５】ここで、前記バッファ層３ｂは、その光学
的バンドギャップがｐ型層３ｐからｉ型層３ｉへ向かっ
て順次減少せしめられており、且つこの減少と対応する
ように、ｐ型の導電型決定不純物であるＢが順次増加し
て添加されている。
的バンドギャップがｐ型層３ｐからｉ型層３ｉへ向かっ
て順次減少せしめられており、且つこの減少と対応する
ように、ｐ型の導電型決定不純物であるＢが順次増加し
て添加されている。
【００１６】そして、４は前記ｎ型層３ｎ上に、スパッ
タ法或いは蒸着法等の方法により形成されたＡｇ，Ａｌ
等の金属膜からなる背面電極膜である。
タ法或いは蒸着法等の方法により形成されたＡｇ，Ａｌ
等の金属膜からなる背面電極膜である。
【００１７】斯かる構成とすることで、本実施形態によ
れば、光照射によりｉ型層３ｉ中での電界強度の勾配を
従来よりも増大することができ、該層３ｉ中で発生した
電子・正孔の光生成キャリアを有効に外部に取り出すこ
とができるので、光電変換特性を向上することができ
る。
れば、光照射によりｉ型層３ｉ中での電界強度の勾配を
従来よりも増大することができ、該層３ｉ中で発生した
電子・正孔の光生成キャリアを有効に外部に取り出すこ
とができるので、光電変換特性を向上することができ
る。
【００１８】表１に、斯かる太陽電池を構成する各非晶
質半導体層の形成条件を示す。ここで、形成方法には通
常のＲＦグロー放電によるプラズマＣＶＤ法を用いてい
る。
質半導体層の形成条件を示す。ここで、形成方法には通
常のＲＦグロー放電によるプラズマＣＶＤ法を用いてい
る。
【００１９】尚、比較例として、バッファ層３ｂに、Ｂ
を添加しないもの（比較例１）及びＢを層厚方向に均一
に添加したもの（比較例２）を形成した。
を添加しないもの（比較例１）及びＢを層厚方向に均一
に添加したもの（比較例２）を形成した。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１に示す通り、本実施形態においては、
まず基板１上に膜厚約１００Åの非晶質シリコンカーバ
イドからなるｐ型層３ｐを形成した後、該ｐ型層３ｐ上
に膜厚約２００Åの非晶質シリコンゲルマニウムからな
るバッファ層３ｂを形成している。この時、ＧｅＨ4ガ
スを０ｓｃｃｍから４０ｓｃｃｍまで漸次増加すること
で、該バッファ層３ｂの光学的バンドギャップを、前記
ｐ型層３ｐからｉ型層３ｉへ向けて順次減少せしめてい
る。尚、この時ＧｅＨ4ガスの増加に伴い同時にＨ2ガス
も増加することで、光学的バンドギャップの減少に伴う
膜特性の低下を抑制している。
まず基板１上に膜厚約１００Åの非晶質シリコンカーバ
イドからなるｐ型層３ｐを形成した後、該ｐ型層３ｐ上
に膜厚約２００Åの非晶質シリコンゲルマニウムからな
るバッファ層３ｂを形成している。この時、ＧｅＨ4ガ
スを０ｓｃｃｍから４０ｓｃｃｍまで漸次増加すること
で、該バッファ層３ｂの光学的バンドギャップを、前記
ｐ型層３ｐからｉ型層３ｉへ向けて順次減少せしめてい
る。尚、この時ＧｅＨ4ガスの増加に伴い同時にＨ2ガス
も増加することで、光学的バンドギャップの減少に伴う
膜特性の低下を抑制している。
【００２２】そして、本実施形態にあっては、バッファ
層３ｂの形成時にＧｅＨ4ガスの増加に伴いＢ2Ｈ6ガス
も漸次増加することで、該層３ｂ中にｐ型の導電型決定
不純物であるボロン（Ｂ）を前記ｐ型層３ｐからｉ型層
３ｉへ向かって漸次増加するように含有せしめている。
ここで、ｐ型の導電型決定不純物はＢに限らずＡｌ，Ｇ
ａ等他の不純物を用いても良い。
層３ｂの形成時にＧｅＨ4ガスの増加に伴いＢ2Ｈ6ガス
も漸次増加することで、該層３ｂ中にｐ型の導電型決定
不純物であるボロン（Ｂ）を前記ｐ型層３ｐからｉ型層
３ｉへ向かって漸次増加するように含有せしめている。
ここで、ｐ型の導電型決定不純物はＢに限らずＡｌ，Ｇ
ａ等他の不純物を用いても良い。
【００２３】これに対し、比較例１ではバッファ層３ｂ
の形成時にＢ2Ｈ6ガスを一切導入せずに形成している。
の形成時にＢ2Ｈ6ガスを一切導入せずに形成している。
【００２４】また、比較例２では、バッファ層３ｂの形
成時にＢ2Ｈ6ガスを一定量で導入し、該層３ｂの全体に
ｐ型の導電型決定不純物であるボロン（Ｂ）を均一に添
加している。
成時にＢ2Ｈ6ガスを一定量で導入し、該層３ｂの全体に
ｐ型の導電型決定不純物であるボロン（Ｂ）を均一に添
加している。
【００２５】そして、いずれの場合に於いてもこのバッ
ファ層３ｂ上に、膜厚約８００Åの非晶質シリコンゲル
マニウムからなるｉ型層３ｉ、及び膜厚約１００Åの非
晶質シリコンからなるｎ型層３ｎを形成した。
ファ層３ｂ上に、膜厚約８００Åの非晶質シリコンゲル
マニウムからなるｉ型層３ｉ、及び膜厚約１００Åの非
晶質シリコンからなるｎ型層３ｎを形成した。
【００２６】表２に、これらの太陽電池の光電変換特性
を示す。尚、測定は波長約６５０ｎｍ以下の光をカット
するＲ６５フィルタを使用して、波長約６５０ｎｍ以上
の光に対する光電変換特性を測定した。
を示す。尚、測定は波長約６５０ｎｍ以下の光をカット
するＲ６５フィルタを使用して、波長約６５０ｎｍ以上
の光に対する光電変換特性を測定した。
【００２７】
【表２】
【００２８】表２から、本実施形態の光起電力素子は、
光電変換特性を表す重要なファクターである曲線因子
（Ｆ．Ｆ．）が他の素子に比べて向上し、最も高い光電
変換効率を有することがわかる。
光電変換特性を表す重要なファクターである曲線因子
（Ｆ．Ｆ．）が他の素子に比べて向上し、最も高い光電
変換効率を有することがわかる。
【００２９】以下に、本実施形態の光起電力素子により
最も高い光電変換効率が得られる理由について、詳細に
述べる 図２は、光起電力装置内において予測されるエネルギー
バンド図を示し、同図（Ａ）が従来の光起電力素子を、
（Ｂ）が本実施形態の光起電力素子を夫々表している。
また、同図においてＥVは価電子帯端を、ＥCは伝導帯端
を、そしてＥFはフェルミ位置を夫々表している。
最も高い光電変換効率が得られる理由について、詳細に
述べる 図２は、光起電力装置内において予測されるエネルギー
バンド図を示し、同図（Ａ）が従来の光起電力素子を、
（Ｂ）が本実施形態の光起電力素子を夫々表している。
また、同図においてＥVは価電子帯端を、ＥCは伝導帯端
を、そしてＥFはフェルミ位置を夫々表している。
【００３０】まず、図２（Ａ）に示した従来の光起電力
素子によれば、ｐ型層３ｐを構成する非晶質シリコンカ
ーバイドとｉ型層３ｉを構成する非晶質シリコンゲルマ
ニウムの光学的バンドギャップの差が大きいために、バ
ッファ層３ｂ中での電界強度の勾配が急峻である。そし
てバッファ層３ｂとｉ型層３ｉとの界面で電界強度の勾
配が急激に変化し、ｉ型層３ｉ中での勾配は緩やかにな
る。
素子によれば、ｐ型層３ｐを構成する非晶質シリコンカ
ーバイドとｉ型層３ｉを構成する非晶質シリコンゲルマ
ニウムの光学的バンドギャップの差が大きいために、バ
ッファ層３ｂ中での電界強度の勾配が急峻である。そし
てバッファ層３ｂとｉ型層３ｉとの界面で電界強度の勾
配が急激に変化し、ｉ型層３ｉ中での勾配は緩やかにな
る。
【００３１】従って、従来の光起電力素子に於いてはｉ
型層３ｉ中での電界強度の勾配が緩やかであるために、
光照射により該ｉ型層３ｉ中で生成された光キャリアが
電界により十分に分離されず、該層３ｉ中で再結合して
しまうため光電変換特性が低下していたのである。
型層３ｉ中での電界強度の勾配が緩やかであるために、
光照射により該ｉ型層３ｉ中で生成された光キャリアが
電界により十分に分離されず、該層３ｉ中で再結合して
しまうため光電変換特性が低下していたのである。
【００３２】特にｉ型層３ｉが非晶質シリコンゲルマニ
ウムからなる場合にあっては、ゲルマニウムを添加する
ことにより生成される欠陥準位が多く、このためこの光
電変換特性の低下は一層顕著であった。
ウムからなる場合にあっては、ゲルマニウムを添加する
ことにより生成される欠陥準位が多く、このためこの光
電変換特性の低下は一層顕著であった。
【００３３】これに対し、図３（Ｂ）に示した本実施形
態の光起電力素子によれば、バッファ層３ｂにＢを添加
することで該層３ｂのフェルミ準位を価電子帯端Ｅｖに
近づけている。従って、従来バッファ層３ｂとｉ型層３
ｉとの界面に集中していた電界が緩和され、ｉ型層３ｉ
中での電界強度の勾配が増大することとなる。このた
め、ｉ型層３ｉ中で発生した光キャリアが再結合せずに
ｐ型層３ｐ或いはｎ型層３ｎに到達することができ、光
電変換特性が向上したものと考えられる。
態の光起電力素子によれば、バッファ層３ｂにＢを添加
することで該層３ｂのフェルミ準位を価電子帯端Ｅｖに
近づけている。従って、従来バッファ層３ｂとｉ型層３
ｉとの界面に集中していた電界が緩和され、ｉ型層３ｉ
中での電界強度の勾配が増大することとなる。このた
め、ｉ型層３ｉ中で発生した光キャリアが再結合せずに
ｐ型層３ｐ或いはｎ型層３ｎに到達することができ、光
電変換特性が向上したものと考えられる。
【００３４】このように、本実施形態の光起電力素子に
よれば、従来バッファ層３ｂとｉ型層３ｉとの界面に集
中していた電界を緩和することで、ｉ型層中での電界強
度の勾配を増大している。
よれば、従来バッファ層３ｂとｉ型層３ｉとの界面に集
中していた電界を緩和することで、ｉ型層中での電界強
度の勾配を増大している。
【００３５】さらに、Ｂの活性化率はａ−Ｓｉ中よりも
ａ−ＳｉＧｅ中の方が低く、しかもＧｅ量が多いほど活
性化率は低くなる。従って、バッファ層３ｂ中にＧｅが
層厚方向に順次増加して添加されている場合には、本実
施形態の如くＧｅ量の増加に対応してＢ量も順次増加し
て添加する必要がある。
ａ−ＳｉＧｅ中の方が低く、しかもＧｅ量が多いほど活
性化率は低くなる。従って、バッファ層３ｂ中にＧｅが
層厚方向に順次増加して添加されている場合には、本実
施形態の如くＧｅ量の増加に対応してＢ量も順次増加し
て添加する必要がある。
【００３６】次に、図３に、バッファ層３ｂに添加する
Ｂの量を変化させて形成した種々の光起電力素子の光電
変換効率を示す。
Ｂの量を変化させて形成した種々の光起電力素子の光電
変換効率を示す。
【００３７】ここで、Ｂの添加はバッファ層３ｂの層厚
方向に順次増加して行っており、図４の横軸はｐ層３ｐ
側、即ちＢの添加量が少ない領域でのＢ濃度を、縦軸は
ｉ層３ｉ側、即ちＢの添加量が多い領域でのＢ濃度を夫
々示している。そして、従来素子よりも高い光電変換効
率が得られた組み合わせを図中に丸印で表した。
方向に順次増加して行っており、図４の横軸はｐ層３ｐ
側、即ちＢの添加量が少ない領域でのＢ濃度を、縦軸は
ｉ層３ｉ側、即ちＢの添加量が多い領域でのＢ濃度を夫
々示している。そして、従来素子よりも高い光電変換効
率が得られた組み合わせを図中に丸印で表した。
【００３８】図３から、Ｂ濃度を１０15ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲とすることで、従
来よりも高い光電変換効率を得られることがわかる。
ｍ3〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲とすることで、従
来よりも高い光電変換効率を得られることがわかる。
【００３９】特に、ｐ層３ｐ側におけるＢ濃度を１０15
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲と
し、ｉ層３ｉ側におけるＢ濃度をｐ層３ｐ側でのそれの
数倍〜１００倍程度とした範囲で従来よりも高い光電変
換効率が得られている。
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲と
し、ｉ層３ｉ側におけるＢ濃度をｐ層３ｐ側でのそれの
数倍〜１００倍程度とした範囲で従来よりも高い光電変
換効率が得られている。
【００４０】次に、本発明光起電力素子の第２実施形態
について図４を参照して説明する。図４は本実施形態に
係わる太陽電池の素子構造断面図である。尚図１に示し
た第１実施形態の光起電力素子と同一の部分には同一の
符号を付している。
について図４を参照して説明する。図４は本実施形態に
係わる太陽電池の素子構造断面図である。尚図１に示し
た第１実施形態の光起電力素子と同一の部分には同一の
符号を付している。
【００４１】同図において、図１に示した第１実施形態
の光起電力素子と異なる点は、ｉ型層３ｉと、ｎ型層３
ｎとの間に第２のバッファ層３ｂ’を設けた点にある。
の光起電力素子と異なる点は、ｉ型層３ｉと、ｎ型層３
ｎとの間に第２のバッファ層３ｂ’を設けた点にある。
【００４２】そして、このバッファ層３ｂ’の光学的バ
ンドギャップは前記ｎ型層３ｎからｉ型層３ｉへ向かっ
て順次減少せしめられており、且つｎ型の導電型決定不
純物であるリン（Ｐ）が、前記光学的バンドギャップの
減少に対応して増加すべく含有せしめられている。尚、
ｎ型の導電型決定不純物としては、Ｐに限らずＡｓ，Ｓ
ｂ或いはＯ、Ｎ等の他の不純物を用いることもできる。
ンドギャップは前記ｎ型層３ｎからｉ型層３ｉへ向かっ
て順次減少せしめられており、且つｎ型の導電型決定不
純物であるリン（Ｐ）が、前記光学的バンドギャップの
減少に対応して増加すべく含有せしめられている。尚、
ｎ型の導電型決定不純物としては、Ｐに限らずＡｓ，Ｓ
ｂ或いはＯ、Ｎ等の他の不純物を用いることもできる。
【００４３】斯かる構成によれば、前述した実施形態１
の場合と同じ理由で、ｉ型層３ｉとｎ型層３ｎとの界面
に集中していた電界を緩和してｉ型層３ｉ中での電界強
度の勾配をさらに増大でき、ｉ型層３ｉ中で生成された
光生成キャリアをより外部に有効に取り出すことがで
き、光電変換特性を向上することができる。
の場合と同じ理由で、ｉ型層３ｉとｎ型層３ｎとの界面
に集中していた電界を緩和してｉ型層３ｉ中での電界強
度の勾配をさらに増大でき、ｉ型層３ｉ中で生成された
光生成キャリアをより外部に有効に取り出すことがで
き、光電変換特性を向上することができる。
【００４４】表３に、斯かる太陽電池を構成する各非晶
質半導体層の形成条件を示す。ここで、形成方法として
は通常のＲＦグロー放電によるプラズマＣＶＤ法を用い
ている。
質半導体層の形成条件を示す。ここで、形成方法として
は通常のＲＦグロー放電によるプラズマＣＶＤ法を用い
ている。
【００４５】尚、比較例、バッファ層３ｂ’にＰを添加
しないもの（比較例３）及びバッファ層３ｂ’の全体に
Ｐを均一に添加したもの（比較例４）もあわせて形成し
た。
しないもの（比較例３）及びバッファ層３ｂ’の全体に
Ｐを均一に添加したもの（比較例４）もあわせて形成し
た。
【００４６】
【表３】
【００４７】本実施形態に於いては、表３に示す通り、
ｉ型層３ｉまでは前述した実施形態１と同様にして形成
している。そして、ｉ型層３ｉ上に、膜厚約２００Åの
非晶質シリコンゲルマニウムからなるバッファ層３ｂ’
を形成する。この時、ＧｅＨ 4ガスを４０ｓｃｃｍから
０ｓｃｃｍまで漸次減少することで、該バッファ層３
ｂ’の光学的バンドギャップを、前記ｉ型層３ｉからｎ
型層３ｎへ向けて順次増大せしめている。尚、この時Ｇ
ｅＨ4ガスの減少に伴いＨ2ガスも減少せしめている。
ｉ型層３ｉまでは前述した実施形態１と同様にして形成
している。そして、ｉ型層３ｉ上に、膜厚約２００Åの
非晶質シリコンゲルマニウムからなるバッファ層３ｂ’
を形成する。この時、ＧｅＨ 4ガスを４０ｓｃｃｍから
０ｓｃｃｍまで漸次減少することで、該バッファ層３
ｂ’の光学的バンドギャップを、前記ｉ型層３ｉからｎ
型層３ｎへ向けて順次増大せしめている。尚、この時Ｇ
ｅＨ4ガスの減少に伴いＨ2ガスも減少せしめている。
【００４８】そして、本実施形態にあっては、バッファ
層３ｂ’の形成時に、ＧｅＨ4ガスの減少に伴いＰＨ3ガ
スも漸次減少することで、該層３ｂ’中にリン（Ｐ）を
前記ｉ型層３ｉからｎ型層３ｎへ向かって漸次減少する
ように含有せしめている。
層３ｂ’の形成時に、ＧｅＨ4ガスの減少に伴いＰＨ3ガ
スも漸次減少することで、該層３ｂ’中にリン（Ｐ）を
前記ｉ型層３ｉからｎ型層３ｎへ向かって漸次減少する
ように含有せしめている。
【００４９】また、比較例３にあっては、バッファ層３
ｂ’の形成時にＰＨ3を導入することなく形成してお
り、比較例４にあっては、バッファ層３ｂ’の形成時に
ＰＨ3ガスを一定量で導入し、該層３ｂ’の全体にＰを
均一に含有せしめている。
ｂ’の形成時にＰＨ3を導入することなく形成してお
り、比較例４にあっては、バッファ層３ｂ’の形成時に
ＰＨ3ガスを一定量で導入し、該層３ｂ’の全体にＰを
均一に含有せしめている。
【００５０】そして、いずれの実施例に於いてもこのバ
ッファ層３ｂ’上に、膜厚約１００Åの非晶質シリコン
からなるｎ型層３ｎを形成した。
ッファ層３ｂ’上に、膜厚約１００Åの非晶質シリコン
からなるｎ型層３ｎを形成した。
【００５１】表４に、本実施形態と比較例の光起電力素
子の光電変換特性を示す。尚測定は前述の場合と同様
に、波長約６５０ｎｍ以下の光をカットするＲ６５フィ
ルタを使用して、波長約６５０ｎｍ以上の光に対する光
電変換特性を測定した。
子の光電変換特性を示す。尚測定は前述の場合と同様
に、波長約６５０ｎｍ以下の光をカットするＲ６５フィ
ルタを使用して、波長約６５０ｎｍ以上の光に対する光
電変換特性を測定した。
【００５２】
【表４】
【００５３】表４から、本実施形態による光起電力素子
が、他の素子に比べ曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が向上し、最
も高い光電変換効率を有することがわかる。
が、他の素子に比べ曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が向上し、最
も高い光電変換効率を有することがわかる。
【００５４】次に、図５に、バッファ層３ｂ’に添加す
るＰの量を変化させて形成した種々の光起電力素子の光
電変換効率を示す。
るＰの量を変化させて形成した種々の光起電力素子の光
電変換効率を示す。
【００５５】ここで、Ｐの添加はバッファ層３ｂ’の層
厚方向に順次減少して行っており、同図の縦軸はｉ型層
３ｉ側、即ちＰの添加量が多い領域でのＰ濃度を、横軸
はｎ層３ｎ側、即ちＰの添加量が少ない領域でのＰ濃度
を夫々示している。そして、従来装置よりも高い光電変
換効率が得られた組み合わせを図中に丸印で表した。
厚方向に順次減少して行っており、同図の縦軸はｉ型層
３ｉ側、即ちＰの添加量が多い領域でのＰ濃度を、横軸
はｎ層３ｎ側、即ちＰの添加量が少ない領域でのＰ濃度
を夫々示している。そして、従来装置よりも高い光電変
換効率が得られた組み合わせを図中に丸印で表した。
【００５６】同図から、Ｐ濃度を１０15ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲とすることで、従
来よりも高い光電変換効率を得られることがわかる。
ｍ3〜１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲とすることで、従
来よりも高い光電変換効率を得られることがわかる。
【００５７】特に、ｎ層３ｎ側におけるＰ濃度が１０15
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲と
し、ｉ層３ｉ側におけるＰ濃度をｎ層３ｐ側でのそれの
数倍〜１００倍程度とした範囲で従来よりも高い光電変
換効率が得られている。
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲と
し、ｉ層３ｉ側におけるＰ濃度をｎ層３ｐ側でのそれの
数倍〜１００倍程度とした範囲で従来よりも高い光電変
換効率が得られている。
【００５８】尚、以上の実施形態に於いてはｉ型層３ｉ
を非晶質シリコンゲルマニウムから構成した光起電力素
子について説明したが、これに限らず本発明は、ｉ型層
３ｉを非晶質シリコン或いは非晶質シリコンカーバイド
等の他の非晶質半導体から構成された光起電力素子につ
いても適用することができる。
を非晶質シリコンゲルマニウムから構成した光起電力素
子について説明したが、これに限らず本発明は、ｉ型層
３ｉを非晶質シリコン或いは非晶質シリコンカーバイド
等の他の非晶質半導体から構成された光起電力素子につ
いても適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ｉ型層
３ｉ中での電界強度の勾配を従来よりも急峻なものとで
きるため、該層３ｉ中での光生成キャリアの再結合を抑
制でき、良好な光電変換効率を有する光起電力素子を提
供することができる。
３ｉ中での電界強度の勾配を従来よりも急峻なものとで
きるため、該層３ｉ中での光生成キャリアの再結合を抑
制でき、良好な光電変換効率を有する光起電力素子を提
供することができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係わる光起電力素子の
素子構造断面図である。
素子構造断面図である。
【図２】第１実施形態の光起電力素子中で予測されるエ
ネルギーバンドの予測図である。
ネルギーバンドの予測図である。
【図３】バッファ層へのＢの添加量と、光電変換特性と
の関係を表す特性図である。
の関係を表す特性図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかんある光起電力素
子の素子構造断面図である。
子の素子構造断面図である。
【図５】第２のバッファ層へのＰの添加量と、光電変換
特性との関係を示す特性図である。
特性との関係を示す特性図である。
【図６】従来の光起電力素子において予測される光学的
バンドギャップの構造図である。
バンドギャップの構造図である。
１…基板、２…受光面電極膜、３ｐ…ｐ型層、３ｉ…ｉ
型層、３ｎ…ｎ型層 ３ｂ，３ｂ’…バッファ層
型層、３ｎ…ｎ型層 ３ｂ，３ｂ’…バッファ層
Claims (6)
- 【請求項１】 非晶質半導体からなるｉ型層と、該ｉ型
層よりも光学的バンドギャップの広い不純物層と、を備
えてなる光起電力素子であって、 前記不純物層と前記ｉ型層との間に、前記不純物層から
ｉ型層へ向けて、光学的バンドギャップが順次減少する
と共に前記不純物の導電型を決定する導電型決定不純物
が順次増加して含有せしめられたバッファ層を備えたこ
とを特徴とする光起電力素子。 - 【請求項２】 前記ｉ型層が非晶質シリコンゲルマニウ
ムからなることを特徴とする請求項１記載の光起電力素
子。 - 【請求項３】 前記不純物層がｐ型層であり、前記バッ
ファ層中におけるｐ型の導電型決定不純物の含有量が、
１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０19ａｔｏｍｓ
／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする請求項１もしく
は２記載の光起電力素子。 - 【請求項４】 前記バッファ層中における前記ｉ型層側
の導電型決定不純物の含有量が、前記ｐ型層側での含有
量の数倍〜１００倍程度であることを特徴とする請求項
３記載の光起電力素子。 - 【請求項５】 前記不純物層がｎ型層であり、前記バッ
ファ層中におけるｎ型の導電型決定不純物の含有量が、
１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０19ａｔｏｍｓ
／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする請求項１もしく
は２記載の光起電力素子。 - 【請求項６】 前記バッファ層中における前記ｉ型層側
の導電型決定不純物の含有量が、前記ｎ型層側での含有
量の数倍〜１００倍程度であることを特徴とする請求項
５記載の光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16600596A JP3291435B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16600596A JP3291435B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 光起電力素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012902A true JPH1012902A (ja) | 1998-01-16 |
| JP3291435B2 JP3291435B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=15823126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16600596A Expired - Fee Related JP3291435B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3291435B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006210558A (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | Toppan Printing Co Ltd | 非単結晶太陽電池およびその製造方法並びに非単結晶太陽電池製造装置 |
-
1996
- 1996-06-26 JP JP16600596A patent/JP3291435B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006210558A (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | Toppan Printing Co Ltd | 非単結晶太陽電池およびその製造方法並びに非単結晶太陽電池製造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3291435B2 (ja) | 2002-06-10 |
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