JPS62101080A - 光起電力素子 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は非晶質半導体膜を用いた光起電力素子に関する
。

（口〉　従来の技術 −・般に非晶質膜中には、引っばり応力（即ち縮もうと
Ｉ゛ろ力）または圧縮応力（即ち伸びようとする力）９
の真性内部応力が貯えられており、例えば非晶質シリコ
ン（以下ａ−５ｉ）中には、５　Ｘ　１０”　Ｎ／ｍ２
８度の圧縮応力が存在することが知られている、 断る真性内部応力の存在により、第４図に示す如く、非
晶質半導体膜（２）が形成されている基板（１）に反り
が生しる。基板（１〉としては、通常、３ｓ厚さ程度の
ガラス板デノ０．３画Ｊワさ程度のステンレス板が用い
られるが、その様な場合、上記反りの量は非常に小さく
、従って、上記反りの発生により、゛ト導体膜中の真性
内部応力は若干緩和されるといえども、それは極めて小
さく、大部分の真性内部応力が残留している。

非晶質半導体膜中に残留する応力は、一般に半導体膜の
電気的性質に悪影響を及ぼす、特に、ａ−５ｉ中の圧縮
応力の存在は、スティプラーロンスキー効果として知ら
れているところの光起電力素子特性の光劣化現象を増大
させる（例えばザ・プロシーディングズ・才ブ・マテリ
アルズ・リサーチ・ンサイアテイ　１９８５スプリング
・ミーティングｔｈｅ　ＰｒｏｃｅＱｄｉｎｇｓ　ｏｆ
　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　５ｏｃｉｃ
ｔｙ　１９８５　Ｓｐｒｉｎｇ　Ｍｅｅｔｉｎｇに掲載
されたＭＡＲＴＩＮＳＴＵＴＺＭＡＮＮ他著の論文ＬＩ
ＧＨＩ−ＩＮＤＵＣＥＤ　ＭＥＴＡＳＴＡＢＬＥ　ＤＥ
ＦＥＣＴＳ　ＩＮ　ａ−５ｉ：Ｈを参照）。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は、この様な光劣化の原因となる非晶質半導体膜
中の良性内部応力の影響をできるだけ無くそうとするも
のである。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明の光起電力素子の特徴は、基板上に非晶質半導体
膜を被着した構造の光起電力素子において、ト記基板が
と記半導体膜の真性内部応力を実質的に緩和することに
ある。

（ホ）作用 本発明によれば、基板自体の作用で非晶質半導体膜中の
真性内部応力の影響が十分小さくなる。

（へ）実施例 本発明実施例をその製造過程を含めて説明する。

第１図Ａ乃至Ｃは本発明の第１の実施例を示す。

第１図Ａの工程で、ステンレス基板＜１０）が準備され
る。第１図Ｂの工程でこの基板（１０）を治具（１１）
（１２）により強制的に下に凸に湾曲させ、この状態で
基板（１０）上に半導体膜（１３）が被着される。

半導体膜（１３）は、Ｐ型、■型、Ｎ型の各ａ−５ｉＪ
！ｉを順次、グロー放電により堆積したものである。こ
のとき、既に述べた様に、半導体膜（１３）中には、伸
びようとする真性内部圧縮応力が生じている。

最終工程として第１図Ｃの工程では、基板（１０）に対
する強制力が解除きれ工基板（１０）は自身の復元力で
平坦な状態に近つき、この状態で半導体膜（１３）上に
透明導電膜（１４）が電子ビーム７７！着され、光起電
力素子が完成する。

従って、基板（１０）に対する上記強制湾曲力を調節し
て、それによる基板の復元力が半導体膜（１３）の真性
内部圧縮力にはマ釣り合う様にすることで、完成した素
子の半導体膜（１３）中に残留する圧縮応力は大きく軽
減きれる。

具体的数値例を示すと、ステンレス基板（１０）の厚み
を０３ｒｒｎ、該基板の強制湾曲時の曲率半径を５．５
ＣＩＴｌ、半導体膜（１３）の形成条件を下表の通りと
し、 以下余白 （基板温度３３０℃） 更に透明導電膜（１４）を基板温度３３０°Ｃで７００
〜１０００人厚さのＩＴＯで形成した場合の光起電力素
子において、基板（１０〉は僅かに下に凸の状態に戻っ
ており、半導体膜（１３）中の残留圧縮応力はｌＸ１０
’Ｎ　／　ｍ　２以下であった。尚上記第１図Ｂの工程
で、従来技術の如く、基板（１０）を強制湾曲すること
なく平坦な状態におき、その他の条件を全て上記実施例
の場合と同様にして光起電力素子を作成したところ、基
板り１０）は若干」二に凸となり、半導体膜（１３）中
の残留圧縮応力は約５Ｘ１０ｅＮ／ｍ２であった。

よって、本発明によれば、基板（１０）の作用で、半導
体膜（１３）中の残留応力が大きく減少することがあき
らかである。本実施例において用いられる基板（１０〉
としては、その他のガラス等も有効である。

第２図に本発明の他の実施例を示す。この実施例の第２
図Ａの工程では、基板（２０）として伸びやすい材質の
ものが使用きれ、その表面に５０００人程度０厚みのア
ルミニウム１！極膜（２１）が被着される。＃！＜第２
図Ｂの工程において、を極膜（２１）上にａ−５ｉ半導
体膜（２２）が形成される。半導体膜（２２）が形成さ
れると、該膜内の真性圧縮応力により、基板〈２０）は
同図に示す如（、第４図と同一方向に反るが、電ｍ膜（
２１）はもちろんのこと、基板（２０）自体も伸びやす
いために、その反りの量は、はとんど半導体膜（２２）
中の真性内部圧縮応力に追随し、よって、半導体膜（２
２）中の残留応力が軽減する。尚、半導体膜（２２）上
には最終的に透明導電膜が被着される。

今、基板（２０）と電極膜〈２１）の各厚さを合計した
実効的な厚きとヤング率を夫々ｔｓ、Ｅｓ、半導体膜（
２２）の真性内部圧縮応力、厚さ、ヤング率を夫々びｉ
、　　ｔｆ、　　Ｅｆとすると、基盤（２０）が反った
状態での半導体膜（２２）中の全応力、即ち残留応力σ
Ｌは、たかだか、 であるので、Ｅｓ−ｔｓ＜Ｅｆ−ｔｆであれば、σｔは
σｉの５０％以下にまで減少する。　ａ−５Ｌを用いた
光起電力素子では、通常、Ｅｆは１０”Ｎ／ｍ２、ｔｆ
は０．７μｍ程度であるため、Ｅｓ−ｔ　ｓ＜　７　Ｘ
１０’Ｎ／ｍであれば上記条件Ｅｓ−ｔ　ｓ＜　Ｅｆ−
ｔ　ｆを満足するが１、これは厚さｔｓ＝１００μｍ以
下のポリイミド系、ポリアミド系、ポリエチレン系の基
板（Ｅｓは約１０９Ｎ／ｍ２）を用いれば実現できる。

尚従来、ボリイ、ミド樹脂を基板とするａ−５ｉ光起電
力素子は存在するが、その場合、基板の厚みと残留応力
との関係には全く考慮が払われておらず、その厚みは約
３００μｍ以上が通常であった。

第３図は本発明の更に他の実施例を示し、この場合、基
板（３０）として、その上に堆積される半導体膜り３１
）の熱膨張率より十分小きい熱膨張率を有する材質のも
のが使用される。即ち、平坦な断る基板上に半導体膜を
形成すると、基板は、その形成時高温に加熱きれ、形成
後室温に戻るため、基板と半導体膜との間の熱膨張率の
差の影響を受けて、図に示す如く、作成された素子は基
板（３０〉側に凸に反る。このとき、基板（３０）の復
元力が半導体膜（３１）に作用するため、半導体膜（３
１）中の真性内部圧縮応力は緩和され、残留応力は減少
する。

より具体的には、基板（３０）として０．５１１Ｊｌき
の平坦なインパール（Ｎｉを約３６％含むＮｉｍ）が用
いられ、その上に約５０００〜７０００人厚さのａ−５
ｉ半導体膜〈３１）が、基板温度２５０°Ｃでのグロー
放電により形成きれた。インパールの熱膨張係数ははマ
零であるのに対し、半導体膜（３１）のそれは５　Ｘ　
１０−’に一’（５０°Ｃ以上）である、この結果、半
導体膜（３１）の真性内部圧縮応力は約２Ｘ１０’Ｎ／
ｍ２である処、半導体膜（３１）中の残留圧縮応力は約
１．０Ｘ１０”Ｎ／ｍ２に減少した。尚、最終的に半導
体膜（３１）上に透明導電膜が被着される。

上記各実施例に」３いて、非晶質半導体膜はａ−５ｉで
形成きれたが、その他の非晶質半導体材料、例えば非晶
質ゲルマニウム等も使用できる。

（ト）　　発明の効果 本発明によれば、非晶質半導体膜中の真性内部応力の影
響が十分緩和され、半導体膜内の残留応力が減少する結
果、光起電力素子の光劣化特性が改善される。又、半導
体膜内の残留応力が減少することは、半導体膜の電気的
特性が向上することに絡がるので、光起電力素子の光電
変換効率自体も改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂ、Ｃは本発明実施例を説明するための製造
工程別側面図、第２図Ａ、Ｂは本発明の池の実施例を説
明するだめの製造工程別側面図、第３図は本発明の更に
他の実施例を示す側面図、第４図は従来例を示す側面図
である。 （１０）（２０）（３０＞・・・基板、（１３）＜２２
）（３１）・・・半導体膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に非晶質半導体膜を被着した構造の光起電
   力素子において、上記基板が上記半導体膜の真性内部応
   力を実質的に緩和することを特徴とする光起電力素子。