JPS60246682A - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents

光電変換素子およびその製造方法

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JPS60246682A
JPS60246682A JP59101682A JP10168284A JPS60246682A JP S60246682 A JPS60246682 A JP S60246682A JP 59101682 A JP59101682 A JP 59101682A JP 10168284 A JP10168284 A JP 10168284A JP S60246682 A JPS60246682 A JP S60246682A
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JP
Japan
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semiconductor film
photoelectric conversion
sih4
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conversion element
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JP59101682A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Suzuki
浩幸 鈴木
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Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/10—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass the devices comprising amorphous semiconductor material
    • H10F71/103—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass the devices comprising amorphous semiconductor material including only Group IV materials
    • 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
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing 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〕 本発明は半導体素子およびその製造方法に関する。
〔発明の背景〕
従来の光電変換素子等に使われている非晶質シリコンを
含む微結晶質半導体膜は、その形成時に、単にモノシラ
ン(SiH,)の水素(H2)による希釈率を少し大き
くし、かつプラズマ放電電力密度を高くすることによっ
て得られるとされているが、このようにして得られた非
晶質シリコンを含む微結晶質半導体膜は、シリコン微結
晶の粒径が90Å以下となり、その結晶粒が非常に小さ
いので半導体膜の電気伝導性が悪くなる。すなわち、半
導体膜の電気抵抗が大となるから電流が流れにくくなり
、したがって光電変換素子としての電流電正特性が劣る
結果になる。また、シリコン微結晶の粒径が小さいと光
の透過性も悪くなることから、光の収集効率が低下する
という欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、特
に電気伝導性および光の透過性の優れた微結晶質半導体
膜からなる光電変換素子とその製造方法を提供するにあ
る。
(発明の概要〕 本発明は、非晶質シリコンおよび微結晶質シリコンを含
む微結晶質半導体膜からなる光電変換素子において、微
結晶質半導体膜中の微結晶シリコン粒径を100人〜3
50人となし、がっ微結晶質半導体膜中の微結晶シリコ
ンの存在率を50容積%以上とすることによって、半導
体膜の電気伝導性を良くし光電流を流れ易くして、光電
変換素子としての電流電圧特性を改善すると同時に、微
結晶シリコンの粒径ならびに存在率を上記の範囲に限定
することによって、光の透過性をも向上させて光の収集
効率の改善をはかった光電変換素子である。
そして本発明は、非晶質シリコンおよび微結晶質シリコ
ンを含む微結晶質半導体膜からなる光電変換素子におい
て、微結晶質半導体膜に、N形あるいはP形不純物をド
ーピングして、これを光電変換素子のN形あるいはP形
微結晶質半導体膜として用いることができる電気伝導性
ならびに光の透過性のすぐれた光電変換素子である。
さらに本発明は、プラズマCV D (Chemica
lVapor Deposition)法によって、非
晶質シリコンおよび微結晶質シリコンを含む微結晶質半
導体膜からなる光電変換素子を製造する場合において、
微結晶質半導体膜の形成時に使用するモノシラン(Si
H,)ガスと水素(H2)ガスとの混合比(S I H
4/ Hz )を1/15〜1150に、極めてH2リ
ッチな雰囲気となし、かつプラズマ放電電力密度を0.
06w/car−1,Ow/cdという低い値に調整し
て、電気伝導性ならびに光の透過性のよい微結晶質半導
体膜からなる光電変換素子を製造する方法である。
本発明の光電変換素子における微結晶質半導体膜中のシ
リコン微結晶の粒径は、100人未満では微結晶半導体
膜の電気伝導性が悪く、抵抗が大きくなって光電流が流
れにくくなり、光電変換素子としての電流電圧特性が低
下すると同時に光の透過性も劣り、また、シリコン微結
晶の粒径を350人を超える大きさにしても、半導体膜
の電気伝導性ならびに光の透過性は改善されないので、
シリコン微結晶の粒径の範囲は100人〜350人が好
ましい。さらに、高電気伝導性および光の透過性の大き
な微結晶質半導体膜を得るためには、シリコン微結晶の
粒径は200人〜300人の範囲がより好ましい。
一方、微結晶質半導体膜中のシリコン微結晶存在率は、
該存在率が大きければ大きいほど電気伝導性は上昇し、
かつ光の透過性も良くなるが、シリコン微結晶の存在率
が50容積%未滴になると、電気伝導性ならびに光の透
過性が極端に低下するので、微結晶存在率は50容積%
以上が好ましい。
そして、より高い電気伝導性および光の透過性を得るた
めの、より好ましい微結晶存在率は60容積%以上であ
る。
次に、微結晶質半導体膜の形成時に使用するモノシラン
(SiH4)ガスと水素(H2)ガスの混合比(S j
H4/ H2)は1/15以上、1150以Fが好まし
く、その混合ガス比が1/15未満であると半導体膜中
に微結晶シリコンが形成され難く、1150以上では半
導体膜の形成に時間がかかり過ぎるので実用的でなく、
またこれ以上11□ガスを増加させても電気伝導性およ
び光の透過性のすぐれた微結晶シリコン膜が得られない
。半導体膜中の微結晶シリコンの性状および膜の成長時
間からいって、より好ましい混合ガス比は1/15〜1
/30の範囲である。
なお、微結晶質半導体膜の形成時のプラズマ放電電力密
度であるが、0.06w/ad未満では膜の成長速度が
遅く、1.0w/ajを超えると水素イオン濃度が増加
して微結晶シリコンが形成され難いので、0.06w/
aJ〜1.Ow/aJの範囲が好ましい。
そして、膜の成長速度および良質の微結晶質半導体膜を
得るための、よりペターなプラズマ放電電力密度範囲は
0.06w/al”0.5w/aJである。
〔発明の実施例〕
以下に本発明にういて、実施例に基づきさらに詳細に説
明すると共に、比較例をあげて本発明の効果を明確にす
る。
(実施例1) 第1図は本発明による光電変換素子の概略の構造を示す
断面図である。図から明らかなごとく、ガラス基4&1
にインジウム(In)とtJl(Sn)の酸化物を蒸着
源として、周知の電子ビーム蒸着法によって膜厚700
人の透明導電体膜2aを形成し、その上にモノシラン(
SiH,)とP形ドーピングガスであるジボラン(B、
Hr、)およびメタン(CH4)の混合ガスを使って、
周知のプラズマCVD法によって膜厚100人のP形半
導体膜3aを、SiH,を使ってプラズマCVD法によ
り膜厚5000人の工形半導体膜4aを順に形成し、そ
の上にS i H4とH2とN形ドーピングガスである
ホスフィン(PH3)の混合ガスを使って、プラズマC
VD法により、膜の成長時間を調節して、膜厚300人
のN形像結晶質半導体膜5aを形成した。
この場合のSiH4とH2ガスの混合比(SiH4/H
2)は1/30で、プラズマ放電電力密度は0.】w/
dであった。また、このN形像結晶質半導体膜中のシリ
コン微結晶粒径は200人であり、シリコン微結晶の存
在率は80容積%であった、なお、ここでN形像結晶質
半導体膜は、非晶質シリコンと微結晶シリコンとの混和
であって、シリコン微結晶の存在率とは微結晶質半導体
膜中に占めるシリコン微結晶の容積%である。
次に、上記のN形像結晶質半導体膜5aの上に、電子ビ
ーム蒸着法により膜厚l−のアルミニウム(晟)膜を形
成した後に、透明導電体112aと層膜6に銀ペースト
で銅線をつなぎ起電力をとりだした。この時の光はガラ
ス基板1側から入射した。
第1表は、本実施例1によって製造した非晶質シリコン
との混相であるN形像結晶質半導体膜と100%アモル
ファスシリコンであるN形弁晶質半導体膜(比較例])
およびシリコン微結晶を含むN形弁晶質半導体膜(比較
例2)の性状および光電変換素子としての性能を比較し
たものである。
第1表 第1表から明らかなごとく、本発明の実施例1によって
製造したN形像結晶質半導体膜を用いた光電変換素子は
、100%アモルファスシリコンであるN形弁晶質半導
体膜を使用した光電変換素子(比較例1)に比べて、短
絡電流密度において約7.7%、光電変換効率において
約11,6%増加している。また、微結晶を含むN形弁
晶質シリコン膜を用いた光電変換素子(比較例2)と比
較しても、短絡電流密度において約7.7%、光電変換
効率において約1O12%増加している。
(実施例2) 第2図は本発明による他の実施例である光電変換素子の
概略構造を示す断面図で、ステンレス基板9上に、Si
H4とP形ドーピングガスであるB2H,との混合ガス
を使って、プラズマCVD法によって膜厚200 Aの
P形半導体膜3bを形成し、その上にT形半導体膜4b
、N形像結晶質半導体膜5bそして透明導電体膜2bを
順に形成した。
膜厚および形成方法は、N形像結晶質半導体膜5bの膜
厚が100人であることを除いて他はすべて実施例1と
同じである。最後にステンレス基板9と透明導電体膜2
bに銀ペーストで銅線をつなぎ起電力をとりだすように
した。この時の光は透明導電体l1I2b側から入射し
た。
第2表は、本実施例2によって製造した非晶質シリコン
との混相であるN形像結晶質半導体膜と100%アモル
ファスシリコンであるN形弁晶質半導体III(比較例
3)およびシリコン微結晶を含むN形弁晶質半導体膜(
比較例4)の性状および光電変換素子としての性能を比
較したものである。
第2表に示すとおり、本実施例2によって製造したN形
像結晶質半導体膜を用いた光電変換素子は、100%ア
モルファスシリコンであるN形弁晶質半導体膜を使用し
た光電変換素子(比較例3)に比べて、短絡電流密度に
おいて約13%、光電変換効率において約13%増加し
ている。また、微結晶を含むN形非晶質シリコン膜を用
いた光電変換素子(比較例4)と比較しても、短絡電流
密度において約8.9%、光電変換効率において約9.
0%増加している。
第2表 〔発明の効果〕 以上詳細に説明したごとく本発明によれば、プラズマC
VD@によって光電変換素子を製造する場合に1反応ガ
スであるモノシラン(SiH,)と水素(H2)の混合
比およびプラズマ放電電力密度を特定するだけで、電気
伝導性および光の透過性がすぐれた微結晶質の半導体膜
の製造が可能である。すなわち、電気伝導性は、従来の
非晶質半導体膜および微結晶を含んだ非晶質半導体膜の
導電率1O−4〜10−3Ω″10″1から10Ω−1
国−1オーダに大幅に高くなり、また光の透過性は可視
領域で光吸収係数が、従来の非晶質または微結晶を含ん
だ非晶質半導体膜に比べて1/2程度に減少するから光
の透過性は著しく改善される。
したがって、本発明による微結晶質半導体膜を用いた光
電変換素子は、電流電圧特性にすぐれ、かつエネルギー
変換効率が高く、産業上のメリットは大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光電変換素子の概略の構造を示す
断面図、第2図は本発明の他の実施例である光電変換素
子の概略の構造を示す断面図である。 1・・・ガラス基板 2a、2b・・・透明導電体膜 3a、3 b−P形半導体膜 4a、4 b 1形半導体膜 5a、5b ・N形像結晶質半導体膜 6・・・All膜 7a、7b ・正電極 8a、8b 負電極 9・・ステンレス基板 代理人弁理士 中村 純之助 9p1 間 第2図 1 力゛ラス薯4反 4a I@半算休体 5bN彫#θ湯シV手各んト曖 6 Aノ線 7q正電市版 7b正電1セ 8q負f極 8bi電禾シ 9 ス千ンしス製反

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非晶質シリコンおよび微結晶質シリコンを含む微
    結晶質半導体膜からなる光電変換素子において、上記半
    導体膜中の微結晶シリコン粒径を100人〜350人と
    なし、かつ該半導体膜中の微結晶シリコンの存在率を5
    0容積%以上とすることを特徴とする光電変換素子。
  2. (2)半導体膜に、N形あるいはP形不純物をド−ピン
    グし、これを光電変換素子のN形あるいはP形半導体膜
    として用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の光電変換素子。
  3. (3)プラズマCVD法によって、非晶質シリコンおよ
    び微結晶質シリコンを含む微結晶質半導体膜からなる光
    電変換素子を製造する場合において、上記半導体膜の形
    成時に使用するモノシラン(SiH4)と水素(H2)
    ガスとの混合比(S jH4/H2)を1/15〜11
    50となし、かつプラズマ放電電力密度を0.06w/
    cJ−1,Ow/aJとして半導体膜を形成させること
    を特徴とする光電変換素子の製造方法。
JP59101682A 1984-05-22 1984-05-22 光電変換素子およびその製造方法 Pending JPS60246682A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01125874A (ja) * 1987-11-10 1989-05-18 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01125874A (ja) * 1987-11-10 1989-05-18 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置

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