JPS6155268B2 - - Google Patents

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JPS6155268B2
JPS6155268B2 JP56056369A JP5636981A JPS6155268B2 JP S6155268 B2 JPS6155268 B2 JP S6155268B2 JP 56056369 A JP56056369 A JP 56056369A JP 5636981 A JP5636981 A JP 5636981A JP S6155268 B2 JPS6155268 B2 JP S6155268B2
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silicon
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JP56056369A
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Jon Hooberu Harorudo
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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
    • H10F10/19Photovoltaic cells having multiple potential barriers of different types, e.g. tandem cells having both PN and PIN junctions
    • HELECTRICITY
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    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/18Photovoltaic cells having only Schottky potential barriers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の技術的領域は、太陽エネルギーを電気
エネルギーに変換する装置に関するものである。
太陽エネルギーのスペクトラムは種々のエネルギ
ーの光子を提供するため、直列(tandem)式の
太陽電池または太陽セルとして知られる装置が開
発されている。この場合、太陽光線は太陽セルの
いくつかの領域を直列に通過し、それぞれの別々
の領域が特定のエネルギーレベルの光子を効率的
に電気的エネルギー変換するように構成される。
直列式の太陽セルは、通常、異なつたエネルギ
ー・ギヤツプの領域を持つように構成され、大き
なエネルギー・ギヤツプの領域は光入射側の表面
近くに設けられ小さなエネルギー・ギヤツプの領
域は低エネルギー光子がより深いところへ入つて
ゆくために装置の内部深くに配される。
異なるバンドギヤツプの物質を異なつた領域に
用いた直列太陽セル構造は既に提案されており、
このような構造は例えば米国特許第4179702号及
び第4017332号などに示されている。さらに、上
部層には、より高いエネルギー・ギヤツプを示す
多結晶半導体物質を、下部層には、より低いエネ
ルギー・ギヤツプを示す単結晶半導体物質を使用
して構成された直列太陽セル構造もつくられてい
る。しかしながらこれまでは、このような構造の
効率及び回路性能はその構造の光伝達特性や電気
的特性によつて制限されていた。さらに、直列構
造の中の別々の太陽セル領域を電気的に直列に接
続するためには、光線を減衰させないようなやり
方でそれぞれの領域にオーム接点を形成するため
の何らかの手段を設ける必要がある。オーム接続
を形成する手段としては、一般的にはトンネル接
合が広く行なわれている。例えば、“13th IEEE
Photovoltaic Specialists Conference”の第886
頁には、n+/p+ GaAsトンネル接合によつて連
結されたp/nGaAs太陽セルおよびp/nGe太陽
セルから成る直列構造が示されている。
本発明の光電変換器は2つの光応答性接合を有
する直列式の光電池セルであつて、インジウム・
すず酸化物(InSnO)などの光学的に透明な層に
よつて分離された、広いバンドギヤツプを有する
上側の非晶質光応答性物質層と狭いバンドギヤツ
プを有する下側の結晶質物質層とで構成されてお
り、透明層は結晶質物質に対して整流性接触をを
形成し非晶質物質に対してオーム接触を形成す
る。
本発明は太陽セルの効率を低下させる2つの基
本的要素、すなわち、変換するのに不充分なエネ
ルギーの光子による損失及び過剰なエネルギーの
光子による損失を減少させるのに適した構造を提
供するものである。
広いバンドギヤツプを有する上側非晶質半導体
と低いバンドギヤツプを有する下側結晶質半導体
との間にインジウム・すず酸化物のような透明導
体を介在させた本発明の構造によれば、従来のよ
うにトンネルp/n接合を設けるという面倒な技
術を用いることなく経済的に好適な結果を得るこ
とができる。
本発明によると、結晶質物質は、樹枝状あるい
はリボンタイプの物質を使用するか、あるいは異
質の基板に蒸着することによつて満足的に得られ
ることがわかつた。非晶質の半導体物質は、スパ
ツタリング、蒸着、プラズマ付着及び低温気相成
長などの被覆技術によつて形成できる。本発明に
よる、非晶質結晶質のきわめて効率的なセルは、
結晶質基板と非晶質表面層との間に光学的に透明
な電気的接続層を提供するインジウム・すず酸化
物の光学的特性を使用することによつて得られ
る。インジウム・すず酸化物は次のような特性を
有している、すなわち、非晶質物質とオーム接触
を形成し、p型結晶質物質とp/n接合あるい
は、n型結晶質物質とオーム接触を形成する。
第1図を参照すると、基板1は結晶質p型シリ
コンであり、その上には、基板1と光応答性p/
n接合3を形成するインジウム・すず酸化物の中
間層2が設けられている。インジウム・すず酸化
物層2の上には非晶質のSi層4が付着される。イ
ンジウム・すず酸化物層2の付近の非晶質Si層4
の領域5はn型にドープされており、非晶質Si層
4の残りの部分6は真性半導体領域である。イン
ジウム・すず酸化物層2は非晶質Si領域4と界面
7でオーム接触している。可視光に対してほとん
ど透明なうすい金属フイルム8は、界面9におい
て、非晶質Si層4の真性領域6と光応答性シヨツ
キー・バリアを構成する。電極10及び11も設
けられ、これはその両端に出力電圧を発生する。
反射防止層12は、表面13からの光学的反射損
失を最小にするために設けられている。
下部電極11は長い波長の光線を反射させてシ
リコンに戻し発電効率を高める反射層としても働
く。
動作において、第1図の装置は、矢印で示され
るように上部から表面13に太陽エネルギーを受
取るが、非晶質物質層4がより高いエネルギー・
ギヤツプを有しているので、より高いエネルギー
の光子が非晶質層4で吸収される。より低いエネ
ルギーの光子は非晶質層4を通過し、またインジ
ウム・すず酸化物の光学的特性によつてたいして
減衰されないから、これらの光子は小さなバンド
ギヤツプの結晶質物質層1によつて吸収される。
直列構造において通常生じる電気的な損失は、界
面7において非晶質層5とオーム接触し結晶質p
型シリコン層1とp/n接合3を形成しているイ
ンジウム・すず酸化物の電気的特性によつて最小
化される。インジウム・すず酸化物2は、n電導
型シリコンとオーム接触を構成する特性をも有す
る。この特性は、結晶質シリコン層1への拡散な
どにより特定の形式の光応答性p/n接合を設け
ることが望まれる。場合に好都合なものであり、
その場合、インジウム・すず酸化物によれば、結
晶質領域1および非晶質領域5の両方に対してオ
ーム接触を提供する。
本発明によると、結晶質シリコン物質は種々の
プロセスによつて周知のリボンなどの大面積形状
に引上げることができるため、面積の広い受光構
造を経済的に与えることができる。インジウム・
すず酸化物という物質がシリコン物質に対し、優
れた太陽エネルギー結合のための光学的および電
気的特性を有していることが発見された。結晶質
シリコン半導体物質1がp導電型である場合、イ
ンジウム・すず酸化物はp/n接合を構成する。
p/n接合がすでに行われている場合には、イン
ジウム・すず酸化物はn導電型領域および非晶質
シリコンとオーム接触を構成する。インジウム・
すず酸化物と近似の特性を有する他の透明な導電
性物質も本発明の原理に従つて使用し得る。例え
ば、すず酸化物もまた透明電導体であり、n型結
晶質Siと良好な整流接合を構成する。また、光応
答性の非晶質Si構造はn+−i−シヨツトキー・バ
リアではなく、n+−i−p+の構造にできる。
透明な半導電性物質は通過する光子を減衰させ
ないという優れた光学的特性を有する。非晶質シ
リコンは、結晶質シリコンよりも広いバンドギヤ
ツプを有しており、それ自体付着による形成に適
している。非晶質シリコンは、用いられる付着工
程によつて1.6から2電子ボルトのバンドギヤツ
プを示す、それに対し、結晶質シリコンは(多結
晶であると単結晶であるにかかわらず)1.1電子
ボルト近くのバンドギヤツプを示す。本発明の構
造は、装置当りそれぞれ7−9%程度の効率で、
全体で14−18%の効率を与える。
次に、第1図の装置の製造工程について説明す
る。先ず、第1段階として、第1図に1で示され
ているリボンシリコンのような結晶質シリコンが
用意される。リボンシリコン1は、1016近くのド
ープ密度を有するp導電型のものである。第2段
階ではリボンシリコンと接触してインジウム・す
ず酸化物が形成される。この工程では、インジウ
ム・すず酸化物は大きな面積に経済的に形成でき
るように蒸着によつて設けられる。第1図の層2
を形成する蒸着されたインジウム・すず酸化物は
第1図のp/n接合3を構成する。次の工程で
は、非晶質シリコン層4がインジウム・すず酸化
物層2の上に形成される。非晶質シリコン4は第
1図のようにn型ドープ領域5及び真性領域6を
有する。非晶質シリコンは、よく知られているプ
ラズマ付着によつて広い領域に層として良好に形
成できる。インジウム・すず酸化物層2は、非晶
質シリコン層のドープ領域5とオーム接触を行つ
ている。次の工程では、うすい金属フイルム8
が、非晶質層4の光吸収表面上に例えば蒸着によ
つて形成され、シヨツトキー・バリア9を形成す
る。次の工程では、オーム接点10及び11がマ
スクを通した蒸着などの方法によつて金属フイル
ム8や結晶質物質1に形成される。最後に、
TiO2などの反射防止層12が金属層8の上にス
プレー付着あるいは蒸着される。
すず酸化物、すず・アンチモン酸化物、カドミ
ウムすず酸塩、あるいは亜鉛酸化物などの他の透
明な導電性物質も、インジウム・すず酸化物の代
替物となりうること及び第1図の非晶質シリコン
において要素5,4及び9として示されている
n-iシヨツトキー・バリアの代わりにp−i−n
の構造も使用しうることは理解されよう。Ge,
GaSb,GaInAsあるいはInPなどの他の結晶質物
質は、結晶質シリコンの代替物となりうる。これ
らの物質は、多結晶あるいは単結晶のものであ
る。あるいは、経済的な結晶質Siとして、リボン
シリコン、異なる基板上のうすいシリコン多結晶
フイルムあるいはカステイングした多結晶シリコ
ンが使用されうる。
透明導電層の厚みは、結晶質層、透明導電層、
非晶質シリコン層夫々の屈折率の違いのため直列
構造の光学的特性に影響するということにもさら
に注意しなければならない。透明導電層の厚み
は、非晶質Siのバンドギヤツプ波長と結晶質物質
バンドギヤツプ波長の間の波長において界面3か
らの光学的反射を最小にするように選択されるべ
きである。光学的効率を正確に予測するにはコン
ピユータによる分析が必要であるが、近似値は1/
4波長の原理の使用によつて得られる。0.7μmと
1.1μmの間の波長で反射を最小にするために
は、およそ2ぐらいの屈折率を有する透明導電層
は、下式1で示されるような厚みを持つべきであ
る。
式1:t〓λ/4n〓0.2500μm/2〓0.1250
μm λは波長 nは屈折率 いくぶん厚みが増しても(0.2μm)あるいは
厚みが0.01μmと小さくなつても、非晶質Si/透
明な導電層/結晶質基板のサンドイツチ構造の光
学的空洞性のため許容しうる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の構造を示した概略図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の光応答性接合を形成するための結晶質
    半導体基板層と、 インジウム・すず酸化物、すず酸化物、すず・
    アンチモン酸化物、カドミウム・すず酸塩および
    亜鉛酸化物よりなる群から選択された物質で形成
    された、前記結晶質半導体基板層上に設けられた
    光学的に透明な導電層と、 前記導電層上に設けられた非晶質シリコン受光
    層と、 前記受光層に対して形成された第2の光応答性
    接合と、 を有する光電変換装置。
JP5636981A 1980-06-20 1981-04-16 Photoelectric converter Granted JPS5713778A (en)

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JPS5713778A JPS5713778A (en) 1982-01-23
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