JPS62181476A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS62181476A JPS62181476A JP61021990A JP2199086A JPS62181476A JP S62181476 A JPS62181476 A JP S62181476A JP 61021990 A JP61021990 A JP 61021990A JP 2199086 A JP2199086 A JP 2199086A JP S62181476 A JPS62181476 A JP S62181476A
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- Japan
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- 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
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (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、光学的禁止帯幅の異なる2種の半導体層によ
り構成されるヘテロ接合を含む半導体装置に関する。
り構成されるヘテロ接合を含む半導体装置に関する。
非晶質シリコン(以下a−81と記す)は曖几た光4電
性を有し、太陽電池、光センナ、感光体、イメージセン
サなどの光電変換素子そして光導電膜積層型固体撮像素
子に応用されている。
性を有し、太陽電池、光センナ、感光体、イメージセン
サなどの光電変換素子そして光導電膜積層型固体撮像素
子に応用されている。
これらの光電変換素子においては、短波長光に対する感
度(青感度)を向上させる目的で、入射光側に水素化非
晶質シリコンカーバイド(以下a−8iC:Hと記す)
と水素化非晶質シリコン(以下a−Si:’tIと記す
)のヘテロ接合a −8iC:H/ a−81:Hが設
けらノtている。場合が多い。
度(青感度)を向上させる目的で、入射光側に水素化非
晶質シリコンカーバイド(以下a−8iC:Hと記す)
と水素化非晶質シリコン(以下a−Si:’tIと記す
)のヘテロ接合a −8iC:H/ a−81:Hが設
けらノtている。場合が多い。
しかしながら、炭素の共有結合半径は0.77X、シリ
コンのそれは1.17Aであるために、上d己ヘテロ接
合界面には格子不整合に起因する欠陥準位が多数発生し
、光励起キャリアの再結合による青感度の低下を招いて
いた。
コンのそれは1.17Aであるために、上d己ヘテロ接
合界面には格子不整合に起因する欠陥準位が多数発生し
、光励起キャリアの再結合による青感度の低下を招いて
いた。
この問題を解決するために、上記ヘテロ接合界面に、両
生導体層の化学的組成の中間にある半導体層を介在させ
る方法が考案された(特開昭6O−50973)。第3
図に、この構造の一例を示す、導電性基板11の上にa
−8i:H(On層12.a−8i:Hの1層13を積
層し、その上にヘテロ接合を形成するp型のa−8iC
:Hの窓層14を積層する前に、xMの原料ガスである
モノシランおよびその誘導体ガス中にa−8ie :、
Hの炭素源となる炭化水素を短時間導入することにより
a−stc:)fとa−3t:)Iの中間層15が形成
される。16は透明導電膜、17は金属集1に電極であ
る。中間層15を設けることにより、格子不整合により
歪は緩和され、光電変換素子のリーク■イ5流防止と考
1感度向上が実現される。
生導体層の化学的組成の中間にある半導体層を介在させ
る方法が考案された(特開昭6O−50973)。第3
図に、この構造の一例を示す、導電性基板11の上にa
−8i:H(On層12.a−8i:Hの1層13を積
層し、その上にヘテロ接合を形成するp型のa−8iC
:Hの窓層14を積層する前に、xMの原料ガスである
モノシランおよびその誘導体ガス中にa−8ie :、
Hの炭素源となる炭化水素を短時間導入することにより
a−stc:)fとa−3t:)Iの中間層15が形成
される。16は透明導電膜、17は金属集1に電極であ
る。中間層15を設けることにより、格子不整合により
歪は緩和され、光電変換素子のリーク■イ5流防止と考
1感度向上が実現される。
しかしながら、化学的組成の中間1鳥15をヘテロ接合
に介在させた光電変換素子は、光応答速度が中間層15
を設けない場合よりは遅くなるという問題が発生してい
た。これは、中1!f11W L 5が比較的高抵抗層
であり、また光導電性が劣るためlこ、光励起キャリア
の中間1−15における走行性が悪いということに起因
すると考えられる。ここで走行性とは、モビリティ−と
ライフタイムの積を意味する。光応答速度が遅いと、イ
メージセンチや固体撮像素子のような高速光応答性能を
要求されるデバイスでは致命的な問題となる。特に、
a −81を光導電層に用いた光導電膜積層型固体撮
像素子の残像特性を劣らせる一因になっていた。
に介在させた光電変換素子は、光応答速度が中間層15
を設けない場合よりは遅くなるという問題が発生してい
た。これは、中1!f11W L 5が比較的高抵抗層
であり、また光導電性が劣るためlこ、光励起キャリア
の中間1−15における走行性が悪いということに起因
すると考えられる。ここで走行性とは、モビリティ−と
ライフタイムの積を意味する。光応答速度が遅いと、イ
メージセンチや固体撮像素子のような高速光応答性能を
要求されるデバイスでは致命的な問題となる。特に、
a −81を光導電層に用いた光導電膜積層型固体撮
像素子の残像特性を劣らせる一因になっていた。
従って、ヘテロ接合の格子不整合性を緩和しかつ光励起
キャリアの十分な走行性を満足し光応答速度を遅くしな
いような中間層の構造が、イメージセンサや光導電膜積
層型固体撮像素子において求められている。
キャリアの十分な走行性を満足し光応答速度を遅くしな
いような中間層の構造が、イメージセンサや光導電膜積
層型固体撮像素子において求められている。
この発明は上述した従来装置の欠点を改良したもので、
ヘテロ接合界面の格子不整合性を緩和しかつヘテロ接合
界面I−での光励起をヤリアの走行性を改善することに
より、青感度を向上させると同時に光応答速度を速くす
ることのできる光電変換素子などの半導体装置を提供す
ることを目的とする。
ヘテロ接合界面の格子不整合性を緩和しかつヘテロ接合
界面I−での光励起をヤリアの走行性を改善することに
より、青感度を向上させると同時に光応答速度を速くす
ることのできる光電変換素子などの半導体装置を提供す
ることを目的とする。
本発明は、光学的禁止帯幅の異なる2種の半導体層より
構成されるヘテロ接合界面に、夫々電子。
構成されるヘテロ接合界面に、夫々電子。
正孔の走行性が(&れている互いに光学的禁止帯幅の異
なる半導体層を交互に積層させた超薄膜積層型半導体層
を介在させるように(1り成したものである。
なる半導体層を交互に積層させた超薄膜積層型半導体層
を介在させるように(1り成したものである。
本発明によれば、ヘテロ接合の格子不整合性が緩和され
るとともに接合界面層における光励起Φヤリアの走行性
が改善される効果がある。
るとともに接合界面層における光励起Φヤリアの走行性
が改善される効果がある。
本発明を光導電膜積層型固体撮像素子の光電変換素子部
に応用した実施例を図面を用いて詳細に説明する。
に応用した実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第1図に、本発明による光電変負素子部の構造断面模式
図を示す。21は、金属の第2電極であり、電荷結合素
子(CCD)の蓄積ダイオードとコンタクトする金属の
第1電極と電気的に接続される。
図を示す。21は、金属の第2電極であり、電荷結合素
子(CCD)の蓄積ダイオードとコンタクトする金属の
第1電極と電気的に接続される。
上記21の上に、i壓のa−stc:aあるいはn型の
a−stc:H,n型のa−8iC:Hの22を積層し
7、七の上に主たる光電流の生成部であるl型のa −
8iC:H層の23が積層される。
a−stc:H,n型のa−8iC:Hの22を積層し
7、七の上に主たる光電流の生成部であるl型のa −
8iC:H層の23が積層される。
更にその上に、1型a−8iC:Hの241と1型a−
8iC:Hの242により構成される単位償屓膜が2周
期以上積層された超薄膜積層型半導体層24が形成され
ている。その後p型のa−8I C’ H25、透明導
電膜26そして端子電極27が形成される。
8iC:Hの242により構成される単位償屓膜が2周
期以上積層された超薄膜積層型半導体層24が形成され
ている。その後p型のa−8I C’ H25、透明導
電膜26そして端子電極27が形成される。
a−3tは、モノ7ランおよび高次シランを原料ガスと
したグロー放電分解により形成され、a −8IC:B
Iを形成する場合はメタン、アセチレンおよびエチレン
などの炭化水素をグロー放電中に導入すれば良い。p型
およびn型a−3iは、グロー放電中に、夫々、ジボラ
ンおよびホスフィンナトのドーピングガスを添加すれば
良い。なお、 a −8iはグロー放電分解に依らな
くとも、光励起プロセスによる分解過程を利用して成膜
することもできる。
したグロー放電分解により形成され、a −8IC:B
Iを形成する場合はメタン、アセチレンおよびエチレン
などの炭化水素をグロー放電中に導入すれば良い。p型
およびn型a−3iは、グロー放電中に、夫々、ジボラ
ンおよびホスフィンナトのドーピングガスを添加すれば
良い。なお、 a −8iはグロー放電分解に依らな
くとも、光励起プロセスによる分解過程を利用して成膜
することもできる。
25のp a −8iC: Hと23の1a−3t:H
のヘテロ接合界面における格子不整合性が検相される程
度は、241の1a−8IC:H層膜厚diと242の
1a−8i:H層j換厚d2に依存し、また単位積層膜
の周期数mに依存する。格子不整合性を緩和するのに必
要なdl+d2そしてmの最適値は241層と242層
の形成条件により異なるが、およそd、とd2は5X〜
100Xの範囲内、mは2〜20の範囲内にあれば有効
でろり、格子不整合性の緩和に伴う光励起キャリアの界
面再結合抑制と再結合電流抑制による暗電流低下が認め
られた。その結果、従来構造(第3図)に劣らない青感
度などの特性向上が達成できた。上記のdlとd2は、
薄すぎると格子不整合性を緩和するに至らず、一方厚く
なりすぎると逆に241層と242層のヘテロ接合性が
強くなり、歪による欠陥準位を、1″tl加させる結果
VCなる。同様に周期数mが大きくなりすぎると、界面
欠陥準位の増加による特性の劣化が認められた。dl
、d2そしてmが上記範囲内の適正値にある場合に限っ
て、p a−3iC:H/ i a −8i :Hヘテ
ロ接合界面の歪Vi、24の超薄膜積層型半導体層に吸
収され、緩和される効果がある。勿論、超薄膜積層型半
導体層24の膜厚が厚くなりすぎると高抵抗層を形成す
るることになり、特性を落とすことになるので、24の
膜厚は全体として4000X以内に設定する必要がある
。
のヘテロ接合界面における格子不整合性が検相される程
度は、241の1a−8IC:H層膜厚diと242の
1a−8i:H層j換厚d2に依存し、また単位積層膜
の周期数mに依存する。格子不整合性を緩和するのに必
要なdl+d2そしてmの最適値は241層と242層
の形成条件により異なるが、およそd、とd2は5X〜
100Xの範囲内、mは2〜20の範囲内にあれば有効
でろり、格子不整合性の緩和に伴う光励起キャリアの界
面再結合抑制と再結合電流抑制による暗電流低下が認め
られた。その結果、従来構造(第3図)に劣らない青感
度などの特性向上が達成できた。上記のdlとd2は、
薄すぎると格子不整合性を緩和するに至らず、一方厚く
なりすぎると逆に241層と242層のヘテロ接合性が
強くなり、歪による欠陥準位を、1″tl加させる結果
VCなる。同様に周期数mが大きくなりすぎると、界面
欠陥準位の増加による特性の劣化が認められた。dl
、d2そしてmが上記範囲内の適正値にある場合に限っ
て、p a−3iC:H/ i a −8i :Hヘテ
ロ接合界面の歪Vi、24の超薄膜積層型半導体層に吸
収され、緩和される効果がある。勿論、超薄膜積層型半
導体層24の膜厚が厚くなりすぎると高抵抗層を形成す
るることになり、特性を落とすことになるので、24の
膜厚は全体として4000X以内に設定する必要がある
。
次に、光応答性の改善に関して説明する。
第3図の従来構造では、中間層15がa−8iC:H層
のみにより形成されていたため、電子と正孔のうち、特
に正孔の中間層15vcおける走行性が悪くなり、光応
答速度の低下を招いていた。
のみにより形成されていたため、電子と正孔のうち、特
に正孔の中間層15vcおける走行性が悪くなり、光応
答速度の低下を招いていた。
本発明においては電子と正孔の走行性に優れている1a
−81:H層242と正孔よりも電子の走行性に優れて
いる。1a−3iC:H層241の超薄膜積層構造によ
り中間層24が形成されているので1両層の特長が相乗
されて、中間層24において、電子の走行性を劣化させ
ることなく正孔の走行性を従来より改善することができ
、光応答時間を短くすることができる。
−81:H層242と正孔よりも電子の走行性に優れて
いる。1a−3iC:H層241の超薄膜積層構造によ
り中間層24が形成されているので1両層の特長が相乗
されて、中間層24において、電子の走行性を劣化させ
ることなく正孔の走行性を従来より改善することができ
、光応答時間を短くすることができる。
第2図に光電変換素子部における周期数mをパラメータ
にした光応答時間を示す。この測定においては、中間層
24の膜厚を50A〜400A の範囲内にある値に固
定しs dlとd2の膜厚値を等しくした。光電変換
膜には一1vの逆バイアス直圧を印加した状態で、緑色
LEDをパルス状に照射し、光を遮断した場合の立ち下
がり信号電流が光照射時の信号電流のlOチに達するの
に要する時間を光応答時間として測定した。
にした光応答時間を示す。この測定においては、中間層
24の膜厚を50A〜400A の範囲内にある値に固
定しs dlとd2の膜厚値を等しくした。光電変換
膜には一1vの逆バイアス直圧を印加した状態で、緑色
LEDをパルス状に照射し、光を遮断した場合の立ち下
がり信号電流が光照射時の信号電流のlOチに達するの
に要する時間を光応答時間として測定した。
第2図に示されるように、本実施例に従えば従来構造(
第3図)mは光応答時間を短くし得ることが確認された
。実際に、本実施例を用いた光導電膜積層型固体撮像素
子の残像特性は、従来構造の場合に比較して大きく改善
された。
第3図)mは光応答時間を短くし得ることが確認された
。実際に、本実施例を用いた光導電膜積層型固体撮像素
子の残像特性は、従来構造の場合に比較して大きく改善
された。
f/I ;’Rtlff i沓RJ ’Nl5LX仕W
cハ中flJI b 9A if b mイー光励起キ
ャリアの走行性が改善される理由のひとつに、光学的禁
止帯幅が異なる241層と242層の接合界面において
局所電界が発生し、光励起キャリアがその電界により加
速され、キャリア平均速度が増加する点も挙げられる。
cハ中flJI b 9A if b mイー光励起キ
ャリアの走行性が改善される理由のひとつに、光学的禁
止帯幅が異なる241層と242層の接合界面において
局所電界が発生し、光励起キャリアがその電界により加
速され、キャリア平均速度が増加する点も挙げられる。
本実施例の中間層24における光学的禁止帯幅は、1a
−8iC:H層241が1.9 eV〜2.8 eV
(Eg 1と記す)でおるように形成したが、上記のキ
ャリア平均速度を増加させる意味からもsEgxとEg
2を異ならせる必要がある。
−8iC:H層241が1.9 eV〜2.8 eV
(Eg 1と記す)でおるように形成したが、上記のキ
ャリア平均速度を増加させる意味からもsEgxとEg
2を異ならせる必要がある。
超薄膜積層を半導体層24を構成するEgxとEgzの
異なった241層と242層の組み合わせには、本実施
例の他、第1表に示す組み合わせも特性向上に有効であ
る。
異なった241層と242層の組み合わせには、本実施
例の他、第1表に示す組み合わせも特性向上に有効であ
る。
以下余白
第1表
1i1表において、24.層と242層がa −8iC
:Hで形成される場合には、ブロー放電中に導入する炭
化水素の世を調節して、光学的禁止帯幅EgxとEgz
を異ならせることができる。
:Hで形成される場合には、ブロー放電中に導入する炭
化水素の世を調節して、光学的禁止帯幅EgxとEgz
を異ならせることができる。
なお、超薄膜積層型半導体層240単位積層膜である2
41層と242層の膜厚d1およびdzs光学的禁止帯
幅EglおよびEg2はすべての周期で同一である必要
はなく、各周期で異なった値を有しても良いことは言う
までもない。
41層と242層の膜厚d1およびdzs光学的禁止帯
幅EglおよびEg2はすべての周期で同一である必要
はなく、各周期で異なった値を有しても良いことは言う
までもない。
また、本発明では、ドーパントの不純物濃度が1×10
(cIrL )以下の場合には、i型層とみなすこと
ができる。
(cIrL )以下の場合には、i型層とみなすこと
ができる。
以上、a−8iC:H/ a −6t :Hヘテロ接合
の場合について説明してきたが、他のヘテロ接合すなわ
ち窒化膜を用いたヘテロ接合例えばa−8iN:H/a
−3i:Hあるいはシリコン・ゲルマニウム合金膜を
用いたヘテロ接合、例えばa −8iC:H/ a−8
i :HiC本発明を適用しても同様な効果が得られる
。a−8iN:H/a St:Hヘテロ接合の場合に
は、241層と242の少くとも1層がa−8kN:H
で形成され、a−8iC:H/ a −8t :Ge:
Hヘテロ接合の場合には、24、層と242層の少くと
も1層がa−8iC:Hで形成されていれば良い。
の場合について説明してきたが、他のヘテロ接合すなわ
ち窒化膜を用いたヘテロ接合例えばa−8iN:H/a
−3i:Hあるいはシリコン・ゲルマニウム合金膜を
用いたヘテロ接合、例えばa −8iC:H/ a−8
i :HiC本発明を適用しても同様な効果が得られる
。a−8iN:H/a St:Hヘテロ接合の場合に
は、241層と242の少くとも1層がa−8kN:H
で形成され、a−8iC:H/ a −8t :Ge:
Hヘテロ接合の場合には、24、層と242層の少くと
も1層がa−8iC:Hで形成されていれば良い。
第1図は本発明により光電変換素子部の構造断面模式図
、第2図は単位積層膜の周期I!!Lmをパラメータと
した光応答時間の図、i3図は従来の光電変換素子部の
断面図である。 25.23・・・ヘテロ接合形成層 24・・・超薄膜積層型半導体層 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 1 図 第 3 図
、第2図は単位積層膜の周期I!!Lmをパラメータと
した光応答時間の図、i3図は従来の光電変換素子部の
断面図である。 25.23・・・ヘテロ接合形成層 24・・・超薄膜積層型半導体層 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 1 図 第 3 図
Claims (6)
- (1)光学的禁止帯幅が異なる2種の半導体層より構成
されるヘテロ接合において、該ヘテロ接合を形成する2
種の半導体層間に互いに光学的禁止帯幅の異なる半導体
層を交互に積層させて形成される超薄膜積層型半導体層
が介在することを特徴とする半導体装置。 - (2)ヘテロ接合の構成層と超薄膜積層型半導体層が非
晶質シリコンを母体とする半導体より成っていることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 - (3)ヘテロ接合が、水素化非晶質シリコンカーバイト
と水素化非晶質シリコンより構成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 - (4)超薄膜積層型半導体層が、水素化非晶質シリコン
カーバイトと水素化非晶質シリコンより構成されている
特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 - (5)光電変換素子であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の半導体装置。 - (6)光導電膜積層型固体撮像素子であることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61021990A JP2577347B2 (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | イメ−ジセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61021990A JP2577347B2 (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | イメ−ジセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62181476A true JPS62181476A (ja) | 1987-08-08 |
| JP2577347B2 JP2577347B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=12070460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61021990A Expired - Fee Related JP2577347B2 (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | イメ−ジセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2577347B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004335734A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜太陽電池 |
| JP2004335733A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜太陽電池 |
| WO2009011338A1 (ja) * | 2007-07-18 | 2009-01-22 | Omron Corporation | 太陽電池 |
| JP2017022175A (ja) * | 2015-07-07 | 2017-01-26 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Citations (2)
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| JPS60100485A (ja) * | 1983-10-06 | 1985-06-04 | エクソン リサ−チ アンド エンジニアリング カンパニ− | 半導体装置 |
| JPS62159475A (ja) * | 1986-01-08 | 1987-07-15 | Hitachi Ltd | アモルフアスSi太陽電池 |
-
1986
- 1986-02-05 JP JP61021990A patent/JP2577347B2/ja not_active Expired - Fee Related
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