JPS6152992B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6152992B2
JPS6152992B2 JP56042867A JP4286781A JPS6152992B2 JP S6152992 B2 JPS6152992 B2 JP S6152992B2 JP 56042867 A JP56042867 A JP 56042867A JP 4286781 A JP4286781 A JP 4286781A JP S6152992 B2 JPS6152992 B2 JP S6152992B2
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JP
Japan
Prior art keywords
transparent conductive
layer
conductive film
type
tin oxide
Prior art date
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Expired
Application number
JP56042867A
Other languages
English (en)
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JPS57157578A (en
Inventor
Yoshihiro Hamakawa
Nobuhiko Fujita
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries 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 Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP56042867A priority Critical patent/JPS57157578A/ja
Publication of JPS57157578A publication Critical patent/JPS57157578A/ja
Publication of JPS6152992B2 publication Critical patent/JPS6152992B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • 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
    • H10F77/10Semiconductor bodies
    • H10F77/16Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/169Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates
    • H10F77/1692Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates the films 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
    • 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

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はアモルフアスシリコン(以下a―Siと
称する)を用いた太陽電池等の光起電力素子に関
する。 従来より、各種半導体材料を使用した光起電力
素子が存在する。この中でシラン(SiH4)ガス等
のシリコン化合物をグロー放電分解することなど
により得られるa―Si半導体は結晶半導体に比べ
て低温工程で製造でき、大面積化が比較的容易で
不純物のドーピングが容易に行なえ、しかも薄膜
で光起電力素子を形成し得るなどの特徴があり、
代替エネルギ源開発の要請に応える材料として着
目されている。 しかし、現在のところa―Si光起電力素子は他
の単結晶(例えばGaAS、Si)半導体材料を使用
した光起電力素子に比べて光を電気エネルギに変
換する効率が低く、従つて製造コストが高いた
め、一般のエネルギ源としては普及されるまでに
至つていない。 第1図は従来のa―Si光起電力素子の構造を示
す断面図であり、1はガラス等の透明基板、2は
酸化インジウム系、酸化錫系などの透明導電膜、
3はa―Si半導体層で、p型a―Si層4、i型a
―Si層5、n型a―Si層6を積層したものであ
り、7はアルミニウムなどの電極、8は太陽光線
である。透明導電膜2は公知の真空蒸着法、イオ
ンプレーテイング法、スパツタ法、CVD法ある
いはスプレー法などによつて得られ、その厚みは
500〜5000Å程度である。a―Si層3は公知のグ
ロー放電分解法、反応性スパツタ法などによつて
得られ、p型a―Si層4はホウ素(B)などをド
ープし、i型a―Si層5は不純物をドープせず、
n型a―Si層6は燐(P)などをドープしてお
り、各々の厚みはp型a―Si層4が50〜200Å、
i型a―Si層5が約5000Å、n型a―Si層6が約
500Åである。電極7はアルミニウムなどを真空
蒸着することによつて作成され、その厚みは0.5
μm〜1μm程度である。 このような構造のa―Si光起電力素子において
その面積が小さい時(0.1cm2程度以下)、および大
きい時(1cm2程度以上)の光電変換効率を、透明
導電膜が酸化錫系(酸化錫に酸化アンチモンなど
をドープすることもあるので酸化錫系と呼ぶ)と
酸化インジウム系(酸化インジウムに酸化錫など
をドープすることもあるので酸化インジウム系と
呼ぶ)である場合について第1表に示す。 透明導電膜のシート抵抗値および550nm(ナノ
メーター)の波長の光に対するガラス基板を含め
た透過率もあわせて第1表に示す。
【表】 第1表に示すごとく、光起電力素子の面積が小
さい時には酸化錫系透明導電膜の方が酸化インジ
ウム系透明導電膜より、シート抵抗が大きいにも
かかわらず、変換効率が高い。一方、光起電力素
子の面積が大きい時には酸化インジウム系の透明
導電膜の方が変換効率が高い。 そこで発明者らはこの現象を次のように解釈し
た。つまり、酸化物透明導電膜は半導体であり、
フエルミレベルも仕事関数も材質によつて異な
り、また他の半導体との界面には材質によつて界
面準位を作ることがある。透明導電膜とa―Si層
とを接合した光起電力素子に於いては本質的に透
明導電膜として酸化インジウム系より酸化錫系透
明導電膜の方がその特性として良いので透明導電
膜のシート抵抗値が問題にならない小面積の光起
電力素子に於いては酸化錫系透明導電膜の方が光
電変換効率が高くなる。ところが光起電力素子の
面積が大きくなると、発生する電流が多くなるの
でシート抵抗が問題となり、シート抵抗値の大き
い酸化錫系の透明導電膜を使用した方が、シート
抵抗値の小さい酸化インジウム系の透明導電膜を
使用するより光起電力素子としての光電変換効率
が悪くなる。 ところが、酸化錫系透明導電膜はシート抵抗値
を小さく、しかも光の透過率を高くすることは困
難である。そこで上記解釈を基に発明者らは、
種々検討した結果、少なくとも透明導電層とa―
Si半導体層とを備えた光起電力素子において透明
導電層が、酸化インジウム系と酸化錫系透明導電
層の2層とからなり酸化錫系透明導電層とa―Si
層が接合している光起電力素子にすれば透明導電
層のシート抵抗も小さくなるため比較的大きい面
積の光起電力素子でも高い光電変換効率を得るこ
とが出来ることを見い出した。従つて本発明の目
的は、比較的面積が大きくとも、高い光電変換効
率を有する、a―Si光起電力素子を提供すること
にある。以下実施例について詳細に説明する。 第2図は本発明によるa―Si太陽電池の1実施
例の構造を示す断面図であり、10はガラスなど
の透明基板、11は酸化インジウム系透明導電
膜、12は酸化錫系透明導電膜、13はa―Si半
導体層で基板側から順次p型a―Si層14、i型
a―Si層15、n型a―Si層16の接合構造でな
りたつており、17はアルミニウムなどの電極、
18は太陽光線を示す。この構造のa―Si光起電
力素子を素子Aと呼ぶ。 素子Aと基本構造的には同じで、ステンレス鋼
などの金属基板上にn型、i型、p型のa―Si
層、酸化錫系透明導電膜、および酸化インジウム
系透明導電膜を順次形成した構造の光起電力素子
を素子Bと呼ぶ。この構造の場合、光は基板の反
対側から入射される。 第3図は本発明によるa―Si光起電力素子の他
の実施例の構造を示す断面図であり、20はガラ
スなどの透明基板、21は酸化インジウム系透明
導電膜、22は酸化錫系透明導電膜、23はa―
Si半導体層で基板側から順次n型a―Si層24、
i型a―Si層25、p型a―Si層26の接合構造
でなりたつており、27はアルミニウムなどの電
極、28は太陽光線を示す。この構造のa―Si光
起電力素子を素子Cと呼ぶ。 素子Cと基本構造的には同じで、ステンレス鋼
などの金属基板上にp型、i型、n型のa―Si層
酸化錫系透明導電膜、および酸化インジウム系透
明導電膜を順次形成した構造の光起電力素子を素
子Dと呼ぶ。この構造の場合、光は基板の反対側
から入射される。 第4図は本発明によるa―Si光起電力素子の他
の実施例の構造を示す断面図であり、30はガラ
スなどの透明基板、31は酸化インジウム系透明
導電膜、32は酸化錫系透明導電膜、33はa―
Si半導体層で基板側から順次i型a―Si層35、
n型a―Si層36の接合構造でなりたつており、
37はアルミニウムなどの電極、38は太陽光線
を示す。この構造のa―Si光起電力素子を素子E
と呼ぶ。 素子A,B,C,DおよびEにおいて酸化錫系
および酸化インジウム系透明導電膜11,12,
21,22,31および32は公知の真空蒸着
法、スパツタ法、イオンレーテイング法、CVD
法あるいはスプレー法などによつて得られ、酸化
錫系透明導電膜12,22および32は酸化アン
チモンを約5重量%ドープしたもので、その厚み
は50〜1500Åとし、酸化インジウム系透明導電膜
11,21および31は酸化錫を約5重量%ドー
プしたもので、その厚みは100Å〜4000Åとし
た。a―Si層13,23,33は公知のグロー放
電分解法、反応性スパツタ法などによつて得ら
れ、p型a―Si層14、26はホウ素(B)など
をドープし、その厚みは50〜300Åで、i型a―
Si層15,25,35は不純物をドープせず、そ
の厚みは3000〜8000Åで、n型a―Si層16,2
4,36は燐(P)などをドープし、その厚みは
100〜1000Åである。電極17,27,37はア
ルミニウムなどを公知の真空蒸着法などで作成さ
れ、その厚みは0.3〜1μm程度である。 このような構造の本発明によるa―Si光起電力
素子A,B,C,D,Eおよびこれら各々の素子
と同じ構造で透明導電膜が酸化インジウム系のみ
である従来の素子F,G,H,I,Jの面積が
各々2cm2の光電変換効率を第2表に示す。透明導
電膜のシート抵抗値および550nmの波長の光に対
するガラス基板を含めた透過率は全て同じものを
使用し、各々シート抵抗が12Ω/□、透過率が85
%である。第2表には、各々の構造の素子につい
て、本発明による光電変換効率が従来のものに比
べて増加した割合も合せて示す。
【表】 第2表に示すごとく、本発明によれば、透明導
電層とa―Si半導体層とを備えた光起電力素子に
おいて、透明導電層が、酸化インジウム系透明導
電層と、酸化錫系透明導電層の積層でなり、酸化
錫系透明導電層とa―Si半導体層が接合した構造
にすることにより光電変換効率が大巾に増加す
る。しかもa―Si半導体層がp―i―n構造の場
合その効果が大きくなり、透明導電膜とp型a―
Si層とが接合した構造の場合、さらにその効果が
大きい。 a―Si半導体層は上述の水素添加a―Siの他、
微結晶アモルフアスSi、あるいは他の元素例えば
弗素、炭素、窒素、ゲルマニウム、錫、酸素、等
を添加したa―Si半導体であつてもよい。 以上の説明は酸化錫系透明導電膜が酸化アンチ
モンを酸化インジウム系透明導電膜が酸化錫を
各々ドープしたものについて述べたが、各々他の
物質をドープしても、あるいは不純物をドープし
なくとも良い。 また、透明導電膜の厚みは限定されるものでは
ないが、可視域での光の透過率は80%以上、シー
ト抵抗値は50Ω/□以下が好ましい。 a―Si層と接合する酸化錫系透明導電膜の厚み
は膜として存在し得る50A゜以上で、酸化インジ
ウム系透明導電膜の厚みはシート低抗値が50Ω/
□以下になる100A゜以上で各々、光の透過率が
極端に減少しない厚みが好ましい。また光源のス
ペペクトル分布およびa―Si光起電力素子の分光
感度特性から得られる有効波長範囲で光起電力素
子に入射する光の反射率が小さくなるように透明
電導層の厚みを設定することにより光起電力素子
の光電変換効率が向上することは云うまでもな
い。 以上詳細に説明したごとく本発明によれば、比
較的面積が大きくとも、光電変換効率の高いa―
Si光起電力素子が得られる。 光電変換効率は基板の表面状態、a―Siの成膜
条件にもよるが光起電力素子の短絡電流、開放電
圧、曲線因子(Fill Factor)の少なくとも一つ
の特性が向上することにより高くなる。また、酸
化インジウム系透明導電層単層を使用した光起電
力素子に比べ、酸化錫系と酸化インジウム系の二
層の透明導電層を使用した方が透明導電層の表面
状態の影響を受けにくく特性が安定している。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のa―Si光起電力素子の構造を示
す断面図であり、第2図、第3図および第4図は
本発明のa―Si光起電力素子の構造を示す断面図
である。 1,10,20,30:ガラス基板、2,1
1,12,22,31,32:透明導電膜、3,
13,23,33:a―Si層、7,17,27,
37:電極、8,18,28,38:太陽光線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 透明導電層とP―i―nアモルフアスシリコ
    ン半導体層とを具備した光起電力素子において、
    透明導電層が酸化インジウム系透明導電層と酸化
    錫系透明導電層の二層からなり、酸化錫系透明導
    電層とアモルフアスシリコン半導体層が接合され
    ていることを特徴とする非晶質硅素薄膜光起電力
    素子。
JP56042867A 1981-03-23 1981-03-23 Active crystalline silicon thin film photovoltaic element Granted JPS57157578A (en)

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