JPS60240167A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

Info

Publication number
JPS60240167A
JPS60240167A JP59097318A JP9731884A JPS60240167A JP S60240167 A JPS60240167 A JP S60240167A JP 59097318 A JP59097318 A JP 59097318A JP 9731884 A JP9731884 A JP 9731884A JP S60240167 A JPS60240167 A JP S60240167A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
photoelectric conversion
semiconductor layer
type semiconductor
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59097318A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP59097318A priority Critical patent/JPS60240167A/ja
Publication of JPS60240167A publication Critical patent/JPS60240167A/ja
Priority to US07/303,995 priority patent/US4950614A/en
Priority to US07/336,550 priority patent/US4954856A/en
Priority to US07/536,474 priority patent/US5045482A/en
Priority to US08/310,375 priority patent/US5478777A/en
Priority to US08/527,345 priority patent/US5580820A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H10F71/128Annealing
    • 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
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
    • H10F77/244Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

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】 「産業上の利用分野」 本発明は光電変換装置特に太陽電池、フォトセンサ、蛍
光灯電池等に用いられるPINタンデム型非単結晶半導
体装置に関するものである。
「従来の技術1 アモルファス半導体を用いてタンデム型光電変換装置に
PINPIN接合を有し、一方の■型半導体装置の光学
的エネルギバンド中として1.7〜1.8eVを有する
a−3i:H(水素が添加されたアモルファス半導体)
及び他方のI型半導体の光学的エネルギバンド中として
1.4〜1.6eVを有するa−3ixGe+−x(0
<X<1)とする構造が知られている。
かかる構造に用いるa−3ixGe1−x(0<X<1
) (以下シリコン・ゲルマニューム化合物ともいう)
は、高価な反応性気体であるゲルマン(GeH4)と、
シラン(SiH4)とのプラズマ気相反応によって任意
の化学量論比を有する材料を作ることができる。そして
この特性は、ゲルマニュームを増加するにつれて光学的
Egを下げることが可能であるが、しかし他方、電気特
性のキャリアの移動度は急速に低下してしまった。
このためかかるEgを異ならせるタンデム型セルの5i
xGe+−x(0<X4)を用いるアモルファス半導体
装置においては根本的大問題が存在してしまった。
その結果、光学的な光電変換が行われる波長領域を大き
くさせ得るタンデム型セルにその光励起されたキャリア
が再結合して消滅してしまうため外に取り出すことが非
効率的であり、結果として変換効率の向上につながらな
かった。
「発明が解決しようとする問題点」 本発明はEgとして1.4〜1.6eVを有する非単結
晶半導体としてその電気特性においてアモルファス珪素
を用いるに比べてより高い(従来は低5>)移動度を有
する水素またはハロゲン元素が添加されている多結晶ま
たは単結晶を含む結晶化度の助長された半導体材料(以
下多結晶半導体材料とし)う)を用いたことにある。さ
らにこの材料にゲルマニュームのごとく地球上の主成分
でなし)希少価値の材料を用いないことにある。
r問題を解決する手段」 本発明はかかる問題を解決するため、アモルファスを含
む非単結晶半導体特に不純物(酸素、窒素、炭素、リン
またはホウ素等の不純物)のそれぞれがが1原子%以下
しか含有しなし)、かつ水素またはハロゲン元素が再中
心中和用およびエネルギバンド巾増加用に添加された半
導体(珪素)を用いる第1のPIN接合と、この■型半
導体とは同一主成分材料であって強光照射アニール、即
ちL^(炭酸ガスレーザ、YAGレーザまたはエキシマ
レーザによるアニールまたは水銀灯、可視光)10ゲン
ランプ等の強光照射によるアニールを含む)によりその
半導体を多結晶化または結晶化度を助長し、かつ水素ま
たはハロゲン元素の含有量を減少させた第2のPIN接
合のI型半導体層とを有せしめたことである。
本発明に用いる多結晶半導体は基板として50〜500
μもの厚さを有する多結晶基板でなく、0.1〜10μ
の厚さの薄膜アモルファス半導体を形成した後、被膜に
損傷(スパッタ)を与えない強光アニールにより結晶化
を助長した多結晶半導体を用いたことにある。
特にこの光アニールにより結晶化を助長する方法はすで
に形成されている被膜にプラズマ処理のごとき被膜の損
傷を与えるプロセスを有していない。また熱アニールの
ごと<700〜900℃で結晶化をさせる場合にはそれ
以前の350〜450℃の低い温度で水素またはハロゲ
ン元素が完全に放出され再結合中心を発生してしまうが
、かかるプラズマアニールおよび熱アニールのプロセス
でない方式を採用したことが本発明をディバイスレベル
にまで完成された大きな特長である。
「作用」 その結果、従来より公知の第1、第2の半導体もともに
珪素(水素またはハロゲン元素を含む)とし、材料的化
学的量論比の違いによるタンデム構造即ちStと5ix
Ge、−Xによるタンデム構造ではなく、材料は同一で
あってモホロジ的(結晶構造的)に異ならせるタンデム
構造即ち一方はアモルファス、他方は多結晶というごと
きの結晶化度の違いを1型半導体層に有せしめることに
よりEgに0.15eV以上の差を有せしめることに成
功した。
以下にその実施例により本発明を説明する。
「実施例1」 第1図にその対応した図面を示す。
基板として厚さ1.1mmのガラス基板(1)を用いた
。この上面に酸化スズ透光性導電膜が第1の電極(2)
として形成されている。この上面にプラズ?CVIl法
によりP型半導体(SixC,−、O<X<1 平均厚
さ100〜200人)(3)−水素が添加されたI型珪
素半導体(厚さ2000) (ホウ素、酸素等の不純物
はそれぞれ1原子%以下)(4) −N型微結晶半導体
(5)(厚さ400人)による第1のPiN接合の非単
結晶半導体(11)、さらにこの上面に、P型半導体S
ixC1−x (0<X4 厚さ1〜200 人)(6
)−水素が添加されたI型珪素半導体(厚さ6000人
)(7) −N型徽結晶珪素半導体(8)による第2の
PIN接合に非単結晶半導体(12)を積層してPIN
PIN接合に形成した。
この工程の後、超高圧水銀灯(出力5に―)の600n
m以上の波長光をフィルタでカントし、250〜600
nmの波長として照射した。この照射光はシリンドリカ
ル石英レンズにより集光し、中3mm長さ10cmのス
リット状の強光として被照射面に受光させ、この受光下
をXテーブルに配設した照射光を操作(速度5cm/分
〜50cm/分)した。基板温度は室温〜400℃例え
ば210℃とした。すると第2のP、IN接合をする半
導体はN型微結晶半導体の結晶性を有し、I型半導体内
に柱状(カラムナ状)に結晶化層を成長させることがで
きた。この結晶化はP型半導体が炭素を含むSiχC1
−X (0<X<1)であるためここでブロックされた
結果として第1のPIN接合のI型半導体層はアモルフ
ァス構造が主体的であったため水素を10〜20原子χ
含み、光学的エネルギハンド巾が1.7〜1.8eVを
有していた。しかし他方、第2のPIN接合のI型半導
体は多結晶構造を主体としており、その光学的Egとし
て1.4〜1.6eVを有せしめることができ、そのB
gの差は0.15〜0.4eνを有していた。対応した
エネルギバンド巾の一例を第1図(B)に示す 作製された光電変換装置(面積1.05cm”)は以下
の通りである。
開放電圧 1.56V 短絡電流 11mA/cm2 曲線因子 62χ 変換効率 10.64χ 実施例2 第2図が対応した図面である。
基板として厚さ100μのステンレス(1)を用いた。
この上面にP型半導体5ixC+−x (0<X4)(
厚さ200人)(3)−水素または弗素が添加された珪
素を主成分とするアモルファス構造を主体とする■型半
導体(厚さ0.6μ)(4)−N型微結晶半導体(厚さ
300人)(5)による第1のPIN接合を有する非単
結晶半導体(11)を実施例1と同様に形成した。この
後、この第1のPIN接合の半導体(11)に対し強光
アニールを実施例1と同様にして行い、I型半導体層の
結晶化を助長させ電気的特性を変化させた。この時基板
の温度は300℃とし水素の(含有水素3〜7原子χと
推定される)脱ガス化をして光学的Egとしてi、4〜
1.6eνを得た。
さらにこの後、この表面をバッファHF(IPを水で1
/10に希釈した)で洗浄し、このN型半導体面上にP
型5ix(+−x (0<X4)半導体(6)7I型の
水素または弗素が添加された同一半導体材料(ここでは
珪素)半導体(厚さ2000人)(7)−N型徽結晶珪
素半導体(厚さ300人)(8)の第2のPIN接合の
半導体(12)を形成した。この時のPIN接合の■型
半導体は水素が約20原子χも添加されたアモルファス
的になるため、光学的Egは1.8eVを有し対応した
エネルギバンド図を第2図(B)に示すが、第1の1型
半導体層とはその差が0.4eVを有していた。
さらにその上面にITOを電子ビーム蒸着法で形成した
得られた光電変換装置(面積1.05cm”)の特性は
ITO側より光照射以下の通りである。
開放電圧 1.47V 短絡電流 12.3m八へcm2 曲線囚子 6エχ 変換効率 11.03χ 「効果J この発明は上記の問題を解決するためのものであり、と
もに珪素を主成分としてゲルマニューム、スズ、酸素、
炭素等の不純物は1原子%であるように努めた。その結
果、同一材料でモホロジ的に異ならせるハイブリッド構
造のタンデム構成とすることにより第1、第2の半導体
間の光学的εgが0.15〜0 、4eVも異なり、そ
の厚さは10μ以下、一般にはO01〜1μの薄膜の厚
さを有する2つの1型半導体層を含むPINFIN接合
のタンデム型光電変換装置を作ることできた。
さらにこのタンデム型接合をP’INPTN・・・・P
INとすることにより、三重構造またはそれ以上とする
ことが可能となった。
本発明は薄膜半導体であってホモロジ的な変化によりE
gを可変するため、材料の作製に微妙さが伴ったり、ま
た高価なゲルマン(GeH4)をその結果として用いる
必要がないという特徴を有する。
加えて強光アニールにより多結晶化特に電流の流れと同
一方向に結晶粒径が成長する柱状(ガラムナ)が形成さ
れる多結晶半導体を他方の狭いEgの半導体に有せしめ
たタンデム構造であることが電流を多量に取り出すこと
ができた大きな理由である。
加えて光照射側の1層は1つのPIN接合の時の1層の
厚さの0.5〜1μに比べてそれぞれが0.2)0.4
 μと薄いため、光照射による空乏層中の低下に伴う劣
化を防ぐことができるという他の特長をも有する。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明のタンデム型光電変換装置の縦
断面図(^)およびエネルギハンド図(B)を示す。 特許出願人 株式全半導体エネルギー研究所 (Aン (0) X2(支)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板または基板上の第1の電極と、少なくとも2つ
    のPIN接合を有する非単結晶半導体と、該半導体上に
    第2の電極とを有し、前記PIN接合における第1の夏
    型半導体層と第2の夏型半導体層とは同一半導体材料を
    主成分とし、エネルギバンド中が少なくとも0.15e
    V以上の差を有し、前記小さいエネルギバンド中を有す
    る半導体は前記大きいエネルギバンド中を有する半導体
    に比べて結晶性を大きく有し、かつ、または水素または
    ハロゲン元素の含有量を少なく有することを特徴とする
    光電変換装置。 2、特許請求の範囲第1項において、第1の夏型半導体
    層と同一主成分材料よりなる水素または弗素が添加され
    、また他の不純物は1原子%以下しか含有しない珪素を
    主成分とした半導体により第2の夏型半導体層が設けら
    れたことを特徴とする光電変換装置。
JP59097318A 1984-05-15 1984-05-15 光電変換装置 Pending JPS60240167A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59097318A JPS60240167A (ja) 1984-05-15 1984-05-15 光電変換装置
US07/303,995 US4950614A (en) 1984-05-15 1989-01-30 Method of making a tandem type semiconductor photoelectric conversion device
US07/336,550 US4954856A (en) 1984-05-15 1989-04-10 Semiconductor photoelectric conversion device and method of making the same
US07/536,474 US5045482A (en) 1984-05-15 1990-06-12 Method of making a tandem PIN semiconductor photoelectric conversion device
US08/310,375 US5478777A (en) 1984-05-15 1994-09-22 Method of making a semiconductor photoelectric conversion device having a crystalline I-type layer
US08/527,345 US5580820A (en) 1984-05-15 1995-09-12 Method of forming a semiconductor material having a substantially I-type crystalline layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59097318A JPS60240167A (ja) 1984-05-15 1984-05-15 光電変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60240167A true JPS60240167A (ja) 1985-11-29

Family

ID=14189132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59097318A Pending JPS60240167A (ja) 1984-05-15 1984-05-15 光電変換装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60240167A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847669A (en) * 1985-12-17 1989-07-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Tandem photoelectric conversion device
JP2012191188A (ja) * 2011-02-21 2012-10-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置
RU2509392C2 (ru) * 2008-08-01 2014-03-10 Тел Солар Аг Способ изготовления структуры фотоэлектрического элемента

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5681981A (en) * 1979-09-21 1981-07-04 Messerschmitt Boelkow Blohm Semiconductor forming element for converting light to electric energy
JPS5799729A (en) * 1981-10-20 1982-06-21 Shunpei Yamazaki Manufacture of semi-amorphous semiconductor
JPS58116779A (ja) * 1981-12-29 1983-07-12 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JPS58139478A (ja) * 1982-02-15 1983-08-18 Agency Of Ind Science & Technol アモルフアス太陽電池
JPS58171869A (ja) * 1982-04-02 1983-10-08 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5681981A (en) * 1979-09-21 1981-07-04 Messerschmitt Boelkow Blohm Semiconductor forming element for converting light to electric energy
JPS5799729A (en) * 1981-10-20 1982-06-21 Shunpei Yamazaki Manufacture of semi-amorphous semiconductor
JPS58116779A (ja) * 1981-12-29 1983-07-12 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JPS58139478A (ja) * 1982-02-15 1983-08-18 Agency Of Ind Science & Technol アモルフアス太陽電池
JPS58171869A (ja) * 1982-04-02 1983-10-08 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847669A (en) * 1985-12-17 1989-07-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Tandem photoelectric conversion device
RU2509392C2 (ru) * 2008-08-01 2014-03-10 Тел Солар Аг Способ изготовления структуры фотоэлектрического элемента
JP2012191188A (ja) * 2011-02-21 2012-10-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5285651B2 (ja) 太陽電池の製造方法
US4433202A (en) Thin film solar cell
US5700333A (en) Thin-film photoelectric conversion device and a method of manufacturing the same
JPWO2001069690A1 (ja) 光エネルギー変換装置
EP0656664B1 (en) Polycrystalline silicon photoelectric transducer and process for its production
US4451838A (en) Semiconductor photoelectric conversion device
JPH04130671A (ja) 光起電力装置
US20060213550A1 (en) Thin-film photoelectric conversion device and a method of manufacturing the same
KR20180045587A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP4197193B2 (ja) 光電変換装置の製造方法
US5279686A (en) Solar cell and method for producing the same
JP2003152205A (ja) 光電変換素子及びその製造方法
JPS60240167A (ja) 光電変換装置
JPS59175170A (ja) タンデム型太陽電池
US7038238B1 (en) Semiconductor device having a non-single crystalline semiconductor layer
JP2002261305A (ja) 薄膜多結晶シリコン太陽電池及びその製造方法
JP2005159320A (ja) 太陽電池及び太陽電池の製造方法
JPH0525187B2 (ja)
JPS6143871B2 (ja)
JP3091882B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPS60240168A (ja) 光電変換装置の作製方法
JPS62209871A (ja) 光起電力装置の製造方法
JPH05206492A (ja) 光電変換装置
JP3347747B2 (ja) 光電変換装置の作製方法
JPH0262482B2 (ja)