JPS6050972A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
- Publication number
- JPS6050972A JPS6050972A JP58157975A JP15797583A JPS6050972A JP S6050972 A JPS6050972 A JP S6050972A JP 58157975 A JP58157975 A JP 58157975A JP 15797583 A JP15797583 A JP 15797583A JP S6050972 A JPS6050972 A JP S6050972A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- solar cell
- thin film
- film solar
- solar cells
- 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.)
- Granted
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Classifications
-
- 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
- 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
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は金属基板上にｎ層を基板側としたｐ −ｉ −
ｎ構造を有する半導体薄膜、例えばシランのグロー放電
分解によって形成された非晶質シリコン膜を有する薄膜
太陽電池に関する。
ｎ構造を有する半導体薄膜、例えばシランのグロー放電
分解によって形成された非晶質シリコン膜を有する薄膜
太陽電池に関する。
太陽電池は太陽光或は電灯光を電気エネルギーに変換す
るものとして最近とみに注目されているが、光電変換活
性領域を形成するための半導体層としては、単結晶シリ
コン、多結晶シリコンのほかに非晶質シリコン（以下ａ
−８ｉと記す）が利用されている。第１図にａ−８ｉ膜
を用いた太陽電池の構造の例を示す。第１図においてス
テンレス鋼基板１の上に先ずシラン（８ｉＨ，）にフォ
スフイン（ＰＨ３）を添加したガスをグロー放電法によ
り分解してａ−８ｉ膜の０層２を堆積させ、次いで８ｉ
Ｈ，のみの分解により１層３を、さらにシボラン（Ｂ２
Ｈ６）を添加することにより９層４を全体の２−８ｉ膜
厚が１μｍになる程度に堆積させたものである。９層４
上には蒸着などによって、例えばＩＴＯ（インジウムす
ず酸化物）からなる透明導電膜５が被着され、その上に
格子状の集電金属電極６が設けられている。この太陽電
池に透明導電膜５を通して光７が入射すると光起電力を
生じ、光起電力は基板１と電極６から取り出される。透
明導電膜５は反射防止膜を兼ねるもので、ＩＴＯに限ら
ず５ｎ０２からなってもよくあるいは光を透過できる程
度の厚さの金属薄膜と反射防止膜（Ｓｉｎ。
るものとして最近とみに注目されているが、光電変換活
性領域を形成するための半導体層としては、単結晶シリ
コン、多結晶シリコンのほかに非晶質シリコン（以下ａ
−８ｉと記す）が利用されている。第１図にａ−８ｉ膜
を用いた太陽電池の構造の例を示す。第１図においてス
テンレス鋼基板１の上に先ずシラン（８ｉＨ，）にフォ
スフイン（ＰＨ３）を添加したガスをグロー放電法によ
り分解してａ−８ｉ膜の０層２を堆積させ、次いで８ｉ
Ｈ，のみの分解により１層３を、さらにシボラン（Ｂ２
Ｈ６）を添加することにより９層４を全体の２−８ｉ膜
厚が１μｍになる程度に堆積させたものである。９層４
上には蒸着などによって、例えばＩＴＯ（インジウムす
ず酸化物）からなる透明導電膜５が被着され、その上に
格子状の集電金属電極６が設けられている。この太陽電
池に透明導電膜５を通して光７が入射すると光起電力を
生じ、光起電力は基板１と電極６から取り出される。透
明導電膜５は反射防止膜を兼ねるもので、ＩＴＯに限ら
ず５ｎ０２からなってもよくあるいは光を透過できる程
度の厚さの金属薄膜と反射防止膜（Ｓｉｎ。
８ ｉ層２ 、８ ｉ３Ｎ４ 、 Ｔ １２０ｓなど）
とを重ねた構造でも差支えない。
とを重ねた構造でも差支えない。
本発明はこのようなｐ−１−ｎ構造をもつ薄膜太陽電池
の変換効率をさらに向上させることを目的とする。
の変換効率をさらに向上させることを目的とする。
本発明は、そのような構造をもつ太陽電池のｐ属とｎｉ
の間のｉ層のｐ層に近い側が、例えはほう素を含む反応
ガスのグロー放電分解によりほう素を０．５〜５Ｘ １
０１７原子数／ ｃｒ／ｌを添加した層からなることに
よシ上記の目的を達成するものである。
の間のｉ層のｐ層に近い側が、例えはほう素を含む反応
ガスのグロー放電分解によりほう素を０．５〜５Ｘ １
０１７原子数／ ｃｒ／ｌを添加した層からなることに
よシ上記の目的を達成するものである。
〔発明の実施例〕
本発明による薄膜太陽電池は、例えは第２！Ωような構
造を有し、図から明らかなようにｓ＋＋ｊｌ１吋に示し
た１層３のｐＪ脅４に近い側に２層４ ＋＝ｎ＋ｉｎ゛
族元素（鋒寿イ１１う素）添加量に比して低い゛°献嘔
。
造を有し、図から明らかなようにｓ＋＋ｊｌ１吋に示し
た１層３のｐＪ脅４に近い側に２層４ ＋＝ｎ＋ｉｎ゛
族元素（鋒寿イ１１う素）添加量に比して低い゛°献嘔
。
素賂加量を有する１層８が形成されている。このような
構造を有する太陽電池として、ステンレス・鋼基板１の
上にＰＨ，、／Ｓ １Ｈ４＝１０ ’の比でＰ）１３ガ
スを８ ｓ Ｈ４ガスに混入してグロー放電法により１
層２を堆積し１次いでＳｉＨ，のみの１層３と馬ル／
Ｓ ｉ Ｈ４のガス比を１０−６とした１層８を、ｉ贋
金体の膜厚のなかで１層３と１層８０膜厚をいろいろ変
化させて成長させ、さらにｎの上にＨ２Ｈ，／５ｉＨ４
＝＝１０”の比のガスから２層４を積層して太陽電池を
製作した。なおこの場合１層８の中に取り込まれるほう
素の量は約Ｉ Ｘ １０１７原子数／ Ｃａでへる。各
太陽電池のＡＭ−１（１００ｍ Ｖ、／ ７ の光照射
下での特性金測定した結果を第１表に示す。
構造を有する太陽電池として、ステンレス・鋼基板１の
上にＰＨ，、／Ｓ １Ｈ４＝１０ ’の比でＰ）１３ガ
スを８ ｓ Ｈ４ガスに混入してグロー放電法により１
層２を堆積し１次いでＳｉＨ，のみの１層３と馬ル／
Ｓ ｉ Ｈ４のガス比を１０−６とした１層８を、ｉ贋
金体の膜厚のなかで１層３と１層８０膜厚をいろいろ変
化させて成長させ、さらにｎの上にＨ２Ｈ，／５ｉＨ４
＝＝１０”の比のガスから２層４を積層して太陽電池を
製作した。なおこの場合１層８の中に取り込まれるほう
素の量は約Ｉ Ｘ １０１７原子数／ Ｃａでへる。各
太陽電池のＡＭ−１（１００ｍ Ｖ、／ ７ の光照射
下での特性金測定した結果を第１表に示す。
第 １ 表
第１表から明らかなように、Ｂ、Ｈ，／ＳｉＨ，のガス
比が１０’の時１層膜中の１１う素を添加する領域には
最適値がありｉ贋金体膜厚に対しＳｉＨ，のみの１層３
が３０％、Ｂ＊Ｈｅ／ ８ ＋ Ｈ４の比が１０−６で
形成し７た１層８が７０％のとき太陽電池特性はすぐれ
た特性を有し、変換効率に著しい向上を示した。
比が１０’の時１層膜中の１１う素を添加する領域には
最適値がありｉ贋金体膜厚に対しＳｉＨ，のみの１層３
が３０％、Ｂ＊Ｈｅ／ ８ ＋ Ｈ４の比が１０−６で
形成し７た１層８が７０％のとき太陽電池特性はすぐれ
た特性を有し、変換効率に著しい向上を示した。
第３図にＢ、Ｈ６７Ｓｉ Ｈ，の比をＯ５ｐｐｍ〜５ｐ
ｐｍの範囲で変化させた場合において、ｉ層内のほう素
を添加しない）ｆｆｉ ３の割合によって効率が変化す
る様子を示す。Ｂ２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が２．３．５ｐ
ｐｍの場合には第２表圧示すような最適点が存在するこ
とがわかった。なおり２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が１）１ｋ
ＩＯ’より大きくなった場合は、開放電圧、形÷１因子
が１層８を設けない場合より低くなり、本癲Ｉ明の効果
は得られなかった。
ｐｍの範囲で変化させた場合において、ｉ層内のほう素
を添加しない）ｆｆｉ ３の割合によって効率が変化す
る様子を示す。Ｂ２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が２．３．５ｐ
ｐｍの場合には第２表圧示すような最適点が存在するこ
とがわかった。なおり２Ｈ６／ＳｉＨ，の比が１）１ｋ
ＩＯ’より大きくなった場合は、開放電圧、形÷１因子
が１層８を設けない場合より低くなり、本癲Ｉ明の効果
は得られなかった。
第 ２ 表
これらの特性向上の主な要因は、短絡光電流の増加と形
状因子の改善である。この要因解析するために、太陽電
池の形状因子の波長依存性を調べた。その結果を第４図
に示す。Ｂ、Ｈ，を添加しない太陽電池に比べ、添加し
た太陽電池の形状因子は長波長側でその感度が改善され
ている。第５図（ａ）に示すように、短波長光９の入射
の場合・短絡光電流は入射光側に近いｉ層で発生するキ
ャリアが支配的となり、第５図（ｂｌに示すように長波
長光１０の入射の場合、短絡光電流は基板側に近いｉ層
で発生するキャリアが支配的となる。つまり、ＩＴＯ／
ｐ−１−ｎ／ステンレス基板と形成されたａ−８ｉ太て
１電池において、短波長光の場合は、入射光側近・ＨＩ
ＱＡ 、層で発生したキャリアのうち、正孔はｐ形層Ｉ
ＩＪ＼・ ・ｉ正孔に比べ長い。逆に長波長光の場合は、基板側に
近いｉ層で発生したキャリアのうち正孔はｐ：１゛ 狐層へ、を子はｎ形層の走行するが、正孔の走行：距離
は電子に比べて長い。通常不純物を添加しないａ−８ｉ
膜の電気伝導度の温度依存性からめた活性化エネルギー
は、約０．６５ｅＶであり、弱いｎ形の電気伝導を示す
。このようなｉ層を太陽電池に使用した場合太陽電池の
エネルギーバンドプロファイルは第６図（ａ）の太陽電
池断面模型に対応してその下に示された第６図（ｂ）中
点線５１に示すようになり、ｉ層中の内蔵電界の分布は
、第６図（Ｃ１中点線５２で示すようにｉ層内の電界分
布に均一性がなくなり、ｐ−ｉ界面近傍に強い電界領域
があり、基板側に近いｉ層では弱い電界領域、ｎ−１界
面で強い電界領域という分布になっていると推察される
。従って基板側に近い１層で発生したキャリアのうちｐ
層へと走行する正孔の数は内蔵電界不均一性により再結
合の影響を受け、減少すると思われる。これに対し入射
光側に近いｉ層に微量の■族元素を添加した場合のエネ
ルギーバンドプロファイルは、第６図（１））中実線６
１で示すよＪ’Ｊ推察される。従って基板側に近いｉ層
で発生したキャリアのうちｐ層へと走行する正孔は再結
合の影響が減少し、特性が改善される。第■族元素の添
加量を増加し、さらにその層の膜厚を厚くすると、逆に
入射光側に近い層で発生したキャリアｎ／金属基板の構
造を有する薄膜太陽電池のｉ層を、■族元素を添加しな
い層ばかりでなくｐ層に近い側に設けられた■族元素を
添加した層とから構成することにより、ｉ層内の電界分
布を均一にし、光の入射により発生したキャリアの走行
中における再結合の影響を少なくし、短絡光電流の増加
と形状因子の改善をもたらして変換効率の高い薄膜太陽
電池を得るものである。本発明は薄膜太陽電池の製造装
、置奮特に追加、変更することなく、太陽電池の特性改
善を可能にするのでその効果はすこぶる大きい。
状因子の改善である。この要因解析するために、太陽電
池の形状因子の波長依存性を調べた。その結果を第４図
に示す。Ｂ、Ｈ，を添加しない太陽電池に比べ、添加し
た太陽電池の形状因子は長波長側でその感度が改善され
ている。第５図（ａ）に示すように、短波長光９の入射
の場合・短絡光電流は入射光側に近いｉ層で発生するキ
ャリアが支配的となり、第５図（ｂｌに示すように長波
長光１０の入射の場合、短絡光電流は基板側に近いｉ層
で発生するキャリアが支配的となる。つまり、ＩＴＯ／
ｐ−１−ｎ／ステンレス基板と形成されたａ−８ｉ太て
１電池において、短波長光の場合は、入射光側近・ＨＩ
ＱＡ 、層で発生したキャリアのうち、正孔はｐ形層Ｉ
ＩＪ＼・ ・ｉ正孔に比べ長い。逆に長波長光の場合は、基板側に
近いｉ層で発生したキャリアのうち正孔はｐ：１゛ 狐層へ、を子はｎ形層の走行するが、正孔の走行：距離
は電子に比べて長い。通常不純物を添加しないａ−８ｉ
膜の電気伝導度の温度依存性からめた活性化エネルギー
は、約０．６５ｅＶであり、弱いｎ形の電気伝導を示す
。このようなｉ層を太陽電池に使用した場合太陽電池の
エネルギーバンドプロファイルは第６図（ａ）の太陽電
池断面模型に対応してその下に示された第６図（ｂ）中
点線５１に示すようになり、ｉ層中の内蔵電界の分布は
、第６図（Ｃ１中点線５２で示すようにｉ層内の電界分
布に均一性がなくなり、ｐ−ｉ界面近傍に強い電界領域
があり、基板側に近いｉ層では弱い電界領域、ｎ−１界
面で強い電界領域という分布になっていると推察される
。従って基板側に近い１層で発生したキャリアのうちｐ
層へと走行する正孔の数は内蔵電界不均一性により再結
合の影響を受け、減少すると思われる。これに対し入射
光側に近いｉ層に微量の■族元素を添加した場合のエネ
ルギーバンドプロファイルは、第６図（１））中実線６
１で示すよＪ’Ｊ推察される。従って基板側に近いｉ層
で発生したキャリアのうちｐ層へと走行する正孔は再結
合の影響が減少し、特性が改善される。第■族元素の添
加量を増加し、さらにその層の膜厚を厚くすると、逆に
入射光側に近い層で発生したキャリアｎ／金属基板の構
造を有する薄膜太陽電池のｉ層を、■族元素を添加しな
い層ばかりでなくｐ層に近い側に設けられた■族元素を
添加した層とから構成することにより、ｉ層内の電界分
布を均一にし、光の入射により発生したキャリアの走行
中における再結合の影響を少なくし、短絡光電流の増加
と形状因子の改善をもたらして変換効率の高い薄膜太陽
電池を得るものである。本発明は薄膜太陽電池の製造装
、置奮特に追加、変更することなく、太陽電池の特性改
善を可能にするのでその効果はすこぶる大きい。
第１図は従来の薄膜太陽電池の断面図、第２図は本発明
の一実施例の断面図、第３図は本発明の実施例におりる
ｉ層中のほう素添加の厚さの割合による効率の変化を示
す線図、第４図は本発明の実施例および従来の太陽電池
の形状因子の波長依］肴；曲線図、第５図に＋ｌ 、
（＋）ｌは太陽電池に光が入射した場合のキャリアの振
舞いを示す模式図で、（ａ）は１短波長光、（ｂ）は長
波長ブ０の場合、第６図（ａ）〜（Ｃ１は（ａ）に示す
太陽電池断面模型の位置に対応して、（ｂ）は？（ンド
フロファイル、（Ｃ）は電界分布を示した模表゛図であ
る。 １・・・ステンレス鋼基板、２・ ａ−８ｉ−ｎ層、３
−＝ ａ−８ｉ −ｉ層、４ ・−ａ−８ｉ−ｐ層、５
・・透明導電膜、８・・・はう素添加ａ−８ｉ−ｉ 層
。 時Ｍ午出瀬人 ノ目 旧 裕 部 第４図 ７５図 χ ？６図
の一実施例の断面図、第３図は本発明の実施例におりる
ｉ層中のほう素添加の厚さの割合による効率の変化を示
す線図、第４図は本発明の実施例および従来の太陽電池
の形状因子の波長依］肴；曲線図、第５図に＋ｌ 、
（＋）ｌは太陽電池に光が入射した場合のキャリアの振
舞いを示す模式図で、（ａ）は１短波長光、（ｂ）は長
波長ブ０の場合、第６図（ａ）〜（Ｃ１は（ａ）に示す
太陽電池断面模型の位置に対応して、（ｂ）は？（ンド
フロファイル、（Ｃ）は電界分布を示した模表゛図であ
る。 １・・・ステンレス鋼基板、２・ ａ−８ｉ−ｎ層、３
−＝ ａ−８ｉ −ｉ層、４ ・−ａ−８ｉ−ｐ層、５
・・透明導電膜、８・・・はう素添加ａ−８ｉ−ｉ 層
。 時Ｍ午出瀬人 ノ目 旧 裕 部 第４図 ７５図 χ ？６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）金属基板上にｎ層を基板側にしたｐ−１−ｎ構造を
有する半導体薄膜を有し、ｐ層側からの光の入射による
光起電力を生ずるものにおいて、１層の１層に近い側が
ほう素を０．５ないし５ Ｘ １０１７原子数／ ｃｔ
Ａを添加した層からなることを特徴とする薄膜太陽電池
。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電池において、はう素
を２Ｘ１０１７原子数／ｃｒＩ添加した層の厚さがｉ贋
金体の厚さの３０チであることを特徴とする薄膜太陽電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157975A JPS6050972A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157975A JPS6050972A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 薄膜太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6050972A true JPS6050972A (ja) | 1985-03-22 |
| JPH0586677B2 JPH0586677B2 (ja) | 1993-12-13 |
Family
ID=15661513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58157975A Granted JPS6050972A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6050972A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4692558A (en) * | 1983-05-11 | 1987-09-08 | Chronar Corporation | Counteraction of semiconductor impurity effects |
| JPS62224981A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 非晶質半導体素子 |
| JPH0232569A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | アモルファス太陽電池 |
| US5032884A (en) * | 1985-11-05 | 1991-07-16 | Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor pin device with interlayer or dopant gradient |
| WO2009101925A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Tokyo Electron Limited | 太陽光発電薄膜を基材に直接に形成した太陽電池 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS564287A (en) * | 1979-06-18 | 1981-01-17 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
| JPS56150876A (en) * | 1980-04-24 | 1981-11-21 | Sanyo Electric Co Ltd | Photovoltaic device |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP58157975A patent/JPS6050972A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS564287A (en) * | 1979-06-18 | 1981-01-17 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
| JPS56150876A (en) * | 1980-04-24 | 1981-11-21 | Sanyo Electric Co Ltd | Photovoltaic device |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4692558A (en) * | 1983-05-11 | 1987-09-08 | Chronar Corporation | Counteraction of semiconductor impurity effects |
| US5032884A (en) * | 1985-11-05 | 1991-07-16 | Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor pin device with interlayer or dopant gradient |
| JPS62224981A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 非晶質半導体素子 |
| JPH0232569A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | アモルファス太陽電池 |
| WO2009101925A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Tokyo Electron Limited | 太陽光発電薄膜を基材に直接に形成した太陽電池 |
| JP2009194024A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Taisei Corp | 太陽光発電薄膜を基材に直接形成した太陽電池 |
| US8841545B2 (en) | 2008-02-12 | 2014-09-23 | Tohoku University | Solar cell wherein solar photovolatic thin film is directly formed on base |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0586677B2 (ja) | 1993-12-13 |
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