JPS5936836B2 - 非晶質薄膜太陽電池 - Google Patents

非晶質薄膜太陽電池

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JPS5936836B2
JPS5936836B2 JP54066347A JP6634779A JPS5936836B2 JP S5936836 B2 JPS5936836 B2 JP S5936836B2 JP 54066347 A JP54066347 A JP 54066347A JP 6634779 A JP6634779 A JP 6634779A JP S5936836 B2 JPS5936836 B2 JP S5936836B2
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JP
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thin film
solar cell
sihx
film solar
amorphous
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豊 山内
克美 今泉
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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    • 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
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    • 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
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    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、2種類の非晶質半導体材料を組み合せて用い
ることにより特性改善がなされた非晶質薄膜太陽電池を
得るものである。
近年各方面から太陽エネルギーの有効利用の方法が試み
られ、太陽電池においても従来の単結晶半導体を利用し
た装置と更に非晶質半導体を利用した薄膜太陽電池の開
発が盛に試みられている。
非晶質薄膜太陽電池は、半導体基板が比較的簡単な製造
プロセスで得ることができ且つ吸収係数が大きいことか
ら、薄膜化による省資源型、低コスト太陽電池装置とし
て開発が活発に行われている。この種の非晶質薄膜太陽
電池としては、モノシラン(SiH4)ガスのグロー放
電によつて作成されるシリコン及び水素を主たる構成物
とする非晶質半導体(以下a−SiHxと略す)薄膜太
陽電池、及び四フッ化シ9コン(SiF4)ガスのグロ
ー放電によつて作成されるシ9コン及びフッ素を主たる
構成物とする非晶質半導体(以下a−SiFxと略す)
薄膜太陽電池が実用化されている。前者のa−SiHx
を用いた非晶質薄膜太陽電池は、ショットキ構造で光電
変換効率として5.5%が、pin構造で4.5%が得
られ、後者のa−SiF3cを用いた非晶質薄膜太陽電
池についてはショットキ構造でそれ以上の光電変換効率
が得られている。
a−SiHx、及びa−SiFxの物性を表1に、ドー
ピング特性の一例を第1図に示す。a−SiFxは、 ギヤツブ内最小エネルギー準位密度N(E)が1016
cm−3eV−1で、a−SiHxの1017cm−3
eV−1より1桁小さい。
つまBla−SiHxより良質な真性非晶質半導体と言
える。しかし、ドーピング特性をみると、a−SiFx
はフツ素含有のためp型ドープ剤B(ボロン)のドーピ
ング効率が第1図に示すようにa−SiHxに比べて悪
く、p型電気伝導度も10−S〜10−2υ傭−1とa
−SiHxの10−10cm−1より1〜2桁小さい。
つまBa−SiFxltip型非晶質半導体の電気的特
性に訃いて、a−SiHxより劣る。以上の特性により
従来、a−SiFxはp型層を用いないシヨツトキ構造
非晶質薄膜太陽電池の材料として用いられ、a−SiF
xを用いたそれよりも良好な太陽電池特性が得られてい
るが、シヨツトキ構造よりも良産性、安全性のすぐれた
Pn構造あるいはPin構造を構成するには、良質なa
−SiFxOp型が得られないために匍銀されてきた。
これに対し、a−SiHcはa−SiFxに比べて良効
なp型非晶質半導体が得られるが、a−SiHxのみを
用いたPn構造成いはPin構造太陽電池の光電変換効
率は通常の作製法では2.0〜2.5%であり微小面積
セルで最高4.5%であつた。本発明は上記従来装置に
おけるPn構造あるいはPin構造非晶質薄膜太陽電池
の光電変換効率の改良の問題に鑑みてなされたもので、
ギヤツプ内最小エネルギ準位密度がa−SiHxより小
さいa−SiFxから作成されたn型層あるいは不純物
ドーピングをしていない(以下、i型と記す)真性層と
、a−SiFx<7)p型に比べて良質なa一SiHx
から作成されたp型層を組合せて、Pn構造あるいはP
in構造非晶質薄膜太陽電池とし、光 ・電変換効率を
改良するものである。
尚非晶質のa一Sillx.!−a−SiFxとの界面
は両者がSiを主体とする非晶質であるため、単結晶シ
リコンのような格子定数の差にもとづく電気的な悪影響
はない。第2図に本発明によるPin構造非晶質薄膜太
陽電池の具体例を示す。
図に於て1はガラス基板で、この上に1.T.O(In
,O,−SnO,)透明導電膜2を基板温度250〜4
50℃で電子ビーム蒸着により形成する。
次に水素ガスベースに四フツ化シリコンガスSiF4を
60〜95%添加した混合ガス(SiF,/H,)にホ
スフインガス(PH,/H,,lOO〜500vppm
)を更に加えたガスを原料とし、低圧グロー放電(動作
圧力0.2〜10t0rr)によりn+型のa−SiF
x(以下a−SiFO(n+)と記す)層3を100〜
300A形成する。次にホスフインガスを添加しない四
フツ化シリコン混合ガス(SiF4/H,)を原料とし
、同じく低圧グロー放電によりほぼ真性のa−SiFx
(以下a−SiFx(1)と記す)層4を5000〜1
0000λ形成する。次に水素ガスベースにモノシラン
ガス(SiH4)を10%添加した混合ガス(SiH4
/H2)にジボランガス(B,H6/H,)を少量添加
したものを原料とし、低圧グロー放電によりp+型のa
−SiHx(以下a−SiHx(p+)と記す)層5を
約300〜500λ形成する。これらの非晶質膜の形成
は基板温度250〜350℃,圧力0.5〜10t0r
r,ガス流量100〜500CC/分で行い成長速度は
1〜4λ/Secであつた。次にアルミニウム電極6を
電子ビーム蒸着装置により1〜5μmマスク蒸着により
形成する。以上のように構成した1.T.O/a−Si
Fx(n+)/a−SiFx(1)/a−SiHx(p
+)/Al構造の非晶質薄膜太陽電池は、従来のa−S
iHxのみによるPin構造非晶質薄膜太陽電池に比べ
、開放電圧,短絡電流,変換効率ともに良好な特性が得
られた。即ち本発明によつて得られた素子は太陽光AM
O下において、開放電圧0.75V,短絡電流16mA
/D,FF=0.65,光電変換効率=5.6%の特性
を示した。尚a−SiHxのみによるPin構造非晶質
薄膜太陽電池は、i層即ちドーピングを行わずにモノシ
ランガス(SiH4/H2)のみのグロー放電により得
られるa−SiHx(1)が弱いn型であるため、Pi
n構造の内でp層とi層の境界に接合が存在する。
また空乏層はa−SiHx(1)の中で0.2〜0.5
μm程度の幅であるため、a−SiHx(1)中のキヤ
リアの拡散長がかなb短いことを考慮するとPin構造
は受光面側からa−SiHx(p+)/a一SiHx(
1)/a−SiHx(n+)とする必要がある。これに
対し、本発明のa−SiFx(1)を用いたPnあるい
はPin構造非晶質薄膜太陽電池はa−SiFx(1)
がa−SiHx(1)と同様に弱いn型ではあるが、ギ
ヤツプ内最小エネルギー準位密度がa一SiHx(1)
よりも1桁小さく、a−SiHx(1)よりも空乏層が
大きく、a−SiFC.i)中のキヤリアの拡散長もa
−SiHx(1)中のそれよりも数倍長いことから、第
2図に示した具体例のように受光面側からa−RiFx
(n+)/a−SiFx(IVa−SilIx(P+)
としてもよく、またその逆のa−SiHx(p+)/a
一SiFx(1)/a−SiFx(n+)としてもよい
。第3図には受光面側からa−SiHx(p+)/a一
SiFx(1)/a−SiFx(n+)とした非晶質薄
膜太陽電池を示す。この場合、ITO2′とa一SiH
x(p+)5′の間にa−SiFx(n+)7を約10
0A挿入してある。これは、ITO2′とa一SiHx
(p+)5″との直接の接触を避けITOとPinセル
との接触特性を改善するのが目的であり1a−SiHx
(p+)とa−SiFx(n+)との接触はオーミツク
である。以上本発明によれば、従来異なる非晶質半導体
材料として取り扱われていたモノシランから作成された
非晶質半導体薄膜と、四フツ化シリコンから作成された
非晶質半導体薄膜とを、夫々の材料が持つ特性を有効に
利用してPn或いはPin構造の非晶質薄膜太陽電池を
形成することにより1光電変換効率を著しく改善するこ
とができ、低コスト太陽電池装置として太陽エネルギー
の有効利用を大きく進めるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は非晶質半導体のドーピング特性を示す図、第2
図は本発明による一実施例を示す断面図、第3図は本発
明による他の実施例を示す断面図である。 2:透明導伝膜、3:a−SiHxから作成されたp型
層、4:a−SiFxから作成されたi型層、5:a−
SiFxから作成されたn型層、6:電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 pn構造或いはpin構造を基体単位とする非晶質
    薄膜太陽電池において、p型非晶質半導体としてモノシ
    ラン(SiH_4)のグロー放電によつて作成されるシ
    リコン及び水素を主たる構成物とする非晶質半導体材料
    で形成し、n型或いは真性非晶質半導体として四フッ化
    シリコン(SiF_4)のグロー放電によつて作成され
    るシリコン及びフッ素を主たる構成物とする非晶質半導
    体材料で形成することを特徴とする非晶質薄膜太陽電池
    。
JP54066347A 1979-05-28 1979-05-28 非晶質薄膜太陽電池 Expired JPS5936836B2 (ja)

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