JPS60211987A - 多層構造シリコン太陽電池 - Google Patents

多層構造シリコン太陽電池

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JPS60211987A
JPS60211987A JP59067635A JP6763584A JPS60211987A JP S60211987 A JPS60211987 A JP S60211987A JP 59067635 A JP59067635 A JP 59067635A JP 6763584 A JP6763584 A JP 6763584A JP S60211987 A JPS60211987 A JP S60211987A
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solar cell
junction
silicon solar
layers
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JP59067635A
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Haruo Ito
晴夫 伊藤
Shinichi Muramatsu
信一 村松
Juichi Shimada
嶋田 寿一
Sunao Matsubara
松原 直
Nobuo Nakamura
信夫 中村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • H10F10/172Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising multiple PIN junctions, e.g. tandem cells
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/10Manufacture or treatment of devices covered by this subclass the devices comprising amorphous semiconductor material
    • H10F71/103Manufacture or treatment of devices covered by this subclass the devices comprising amorphous semiconductor material including only Group IV materials
    • YGENERAL 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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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は多層構造(タンデム構造)シリコン太陽電池に
係り、特に、光電変換特性の秀れた多層構造シリコン太
陽電池に関する。
〔発明の背景〕
従来の多層構造アモルファスシリコン太陽電池は第1図
に示すA g / T i / I ’r○/n1pn
a−8i :H/i a Si o、e GEIo、4
 :H/Pa−8i : H/SUS構造あるいは第2
図に示すA g/T i/ I To/n1pnipn
 a−8i : H/ 1a−sin、6Geo、a 
: H/p a−3i0.、Geo、4:H/SUS構
造であり、非常に薄い(80〜150人)2層とn層が
直接接していたため、i (1)/ p n層 i (
U)構造においてn層が1(1)と、P層がi (II
)層と部分的に接触したりして、太陽電池の光電変換特
性は曲線因子(FF)が0.60と悪く変換効率は8.
6%に止まっていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的はpinpin接合を含む多層構造(アモ
ルファス)シリコン太陽電池において、n層と2層の間
に金属、酸化物あるいはシリサイド等の中間層を設ける
ことにより、光電変換特性の秀れた(アモルファス)シ
リコン太陽電池を提供することにある。
〔発明の概要〕
現在、アモルファスシリボン太陽電池の変換効率は、最
高10.7%で報告されている。これは、単層構造太陽
電池で得られたもので、理論変換効率12.5〜15%
に対する達成率が高い。他方、多層構造太陽電池の理論
変換効率は20%以上であるのに対し実験的に得られて
いる最高値は8.6%である。
多層構造アモルファスシリコン太陽電池の問題点のひと
つは、2層とn層が直接接している点にあると考えられ
る。アモルファス半導体では、禁制帯内に局在準位密度
が大きく、特別に不純物濃度を高くしなくとも、pn接
合はきわめて漏洩電流の大きい接合となる。しかし−P
r n層においては光によりキャリアを発生しないため
、できるだけ薄くして光吸収量を小さくする必要があり
、通常80〜130人としている。この様に薄いと、1
(1)/pn/1(II)構造においてn層と1(I)
層および2層と1(II)層が部分的に接触している可
能性があり、このことが1(I)p接合とnl(n)接
合の接合特性を悪くし、太陽電池を低くしていると考え
られる。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、9層とn層の間に、金属、酸化物、弗化物、窒化
物のうち少なくとも一考あるいは、これらのいずれかの
ひとつとアモルファスシリコンの反応した層を介在させ
ることにより、上記1(I)p接合およびnl(II)
接合の接合特性を良くし、さらに高効率の太陽電池を与
えるものである。
上記9層とn層の間に介在させる物質に必要な条件とし
て光吸収が少なく、pおよびn層と障壁を形成しないこ
とが要求される。また、アモルファスシリコン膜形成時
にアモルファスシリコン層と反応することはあっても、
反応がi層まで及んではならない。したがって、金属の
例としてはCr + M o + W r T r +
 V + Z r + N b y T a 。
Hf * N iおよびCuが挙げられ、これらのシリ
サイドあるいは、これらの金属とアモルファスシリコン
層と反応した層であっても良い。さらに、IT○(In
dium Tin 0xide) 、S i O2等の
透光性導電体層あるいは、Ta20r、、S i 09
Sin2等の酸化物、Ca F2 + M g F2等
のフッ化物層あるいは、これらとアモルファスシリコン
層との混晶であっても良い。
さらに、多層構造を構成する接合としては、上記のアモ
ルファスシリコンによるpin接合に限らず、結晶Si
による” P r n” pp+接合、a−8iと結晶
Siによるnp接合、さらに、ショットキーまたは金属
−絶縁物一半導体接合であっても良い。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
実施例1 ここでは、まず、SnO,を中間層として用いた場合に
ついて述べる。第3図の如<SUS基板1上に、プラズ
マCVD (Che+++1cal VaporD e
position )法で、基板温度230℃にてB 
2 HsガスとS i Haガスとを混合(混合比B 
2 Hs / S I H2≧0.5層%)したガスを
用いて、Bを含んだ水素化非晶質シリコン(2層)2を
、次に、SiH4ガスとG e H,ガスを混合したガ
スを用いて、a−8i o、、Ge 04: H(i層
)3を、さらにその上にPH,ガスとSiH4ガスとを
混合(混合比PH,/SiH4≧0.5V%)したガス
を用いてPを含んだ水素化非晶質シリコン(n層)4を
順次形成する。各層の膜厚は例えば2層300人、1層
5000人、n層100人程度で良い。次にその上全面
に、基板温度100〜250℃の範囲内で真空蒸着法に
てsbドープ5nO220を100人の厚さ形成する。
しかる後、さらに、水素化非晶質シリコンを2層5.1
層6、n層7の順に形成する。各層の厚さは、9層75
人、1層1800人、n層80人程度とする。
最後に全面にI To (Indium Tin 0x
ide ) 8を1800人の厚さ形成し、集電電極と
して、Ti9/Ag1O二層電極を形成する。該太陽電
池の光電変換特性は、擬似太陽光100mW/CJj照
射下で。
曲線因子0.65、変換効率8.9%であり、np接合
間に中間層を有してない従来の二層構造太陽電池(曲線
因子: 0.58、変換効率=7.7%)に比べ秀れた
値を示した。
実施例2 ここでは、Sn○2とOrを中間層として用いた三層構
造太陽電池について述べる。第4図の如く、上記実施例
1と同様にSUS基板1上に、p層(a−8i :H)
 11. i層(a−SiGe:H)12、n層(a−
8i : H) 13を順次250人。
5000人、80人程度の厚さ形成する。この上にsb
ドープSn○221を70人形成後、2層14.1層1
5.n層16(いずれもa−8i二H)を70人、 2
500人、75人程度の厚さ形成する。この上に厚さ2
0人のCr22を真空蒸着法で形成後、さらに2層17
.i層18,0層19(いずれもa−8i:H)を70
人、 1300人。
75人程度の厚さ形成する。最後に全面にITO8を1
800人の厚さ、さらに集電電極としてT i 9/ 
A g 10二層電極を形成する。該太陽電池の特性は
、擬似太陽光100 m W/ cn?照射下で、変換
効率9.3%を示した。np接合間に中間層を有しない
従来の三層構造太陽電池に比べ特に曲線因子が秀れてい
た。
実施例3 第5図の如く、P型多結晶St基板23上にn層(a−
3i : H) 24、Cr層25を形成後さらに2層
26.1層27.9層28のa−8t:H膜とIT○膜
29を設け、Si基板の裏面にAQ30を蒸着した。
本実施例によれば、従来のCr層ない太陽電池の曲線因
子が0.651であるのに対し、0.70の曲線因子が
得られた。このため変換効率13%を達成することがで
きた。
実施例4 第6図の如く、p型車結晶Si基板23表面に拡散法(
あるいはイオン打込み法)によりn +層31裏面にP
゛層32を形成後、Tii層3を設け、さらに2層26
.1層27.9層28のa−8i:H膜とITO膜29
を形成し、Si基板の裏面にTi33およびAg34を
蒸着した。
本実施例によれば、開放電圧1.5 volt、曲線因
子0.750変換効率14.5%を得た。通常の結晶S
i太陽電池と比較し、高いVoc、同等の変換効率が得
られた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、多層構造(アモルファス)シリコン太
陽電池中のip接合およびpi接合の接合特性を良くす
ることができるので、太陽電池の変換効率を向上させる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は二層構造太陽電池の従来例を示す断面構造図、
第2図は三層構造太陽電池の従来例を示す断面構造図、
第3図は本発明の実施例iの二層構造太陽電池を示す断
面図、第4図は本発明の実施例2の三層構造太陽電池を
示す断面図である。 第5図は本発明の実施例3、第6図は本発明の実施例4
の二層構造太陽電池を示す断面図である。 1・・・SUS基板、2,5,11,14,17゜26
−p層(a−8i : H) 、 3.12−i層(a
 5xGe: H)、6+ 15+ 18+ 27・・
・を層(a−8i、:H) 、4.7.13.16.1
9゜24.28−n層(a−3’i : H) 、8.
29−透明電極(ITO)、9,33.34・・・Ti
、10.35−Ag、20.2l−8nO2,22゜■
 I 図 冨 3 図 右5図 罵6図 第1頁の続き 0発 明 者 中 村 信 夫 国分寺市東恋り央研究
所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 、 pinpn接合構造あるいはpinpinpi
    n接合構造のごとく、少なくとも1つ以上のpn、pi
    n、ショットキーまたは金属−絶縁物一半導体接合を有
    する多層接合構造において、オーミック接触を必要とす
    る層の間に、透光性物質を有することを特徴とする多層
    構造シリコン太陽電池。 2、特許請求の範囲第1項における透光性物質が、金属
    薄膜、酸化物、弗化物、窒化物の少なくとも一考から成
    ることを特徴とする多層構造シリコン太陽電池。 3、特許請求の範囲第1項における透光性物質が、金属
    、酸化物、弗化物、窒化物の少なくとも一考とシリコン
    が反応し形成した物質であることを特徴とする多層構造
    シリコン太陽電池。
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