JPS6325515B2 - - Google Patents

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JPS6325515B2
JPS6325515B2 JP54144290A JP14429079A JPS6325515B2 JP S6325515 B2 JPS6325515 B2 JP S6325515B2 JP 54144290 A JP54144290 A JP 54144290A JP 14429079 A JP14429079 A JP 14429079A JP S6325515 B2 JPS6325515 B2 JP S6325515B2
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barrier
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Emiiru Kaaruson Debitsuto
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RCA Corp
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    • 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
    • H10F10/172—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising multiple PIN junctions, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
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    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/12—Photovoltaic cells having only metal-insulator-semiconductor [MIS] 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

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は無定形（アモルフアス）珪素太陽電
池、特にシヨツトキ装置のような整流性金属接合
無定形珪素構体に関する。
無定形珪素太陽電池のような光起電力装置は太
陽輻射を有用な電気エネルギに変換することがで
きる。
このエネルギ変換は太陽電池の分野では光起電
力効果として公知の結果として起る。太陽輻射が
太陽電池に入射し、無定形珪素によつて吸収され
ることによつて電子と正孔とが発生し、この電子
と正孔とが太陽電池のシヨツトキ障壁のような整
流接合による内蔵電界によつて分離される。金属
（シヨツトキ障壁）とＮ型半導体基板との接合で
発生した電子は半導体基板に向つて流れ、そこで
収集される。この電子と正孔との分離により電流
が発生する。
無定形珪素シヨツトキ障壁太陽電池はPIN型無
定形珪素太陽電池よりも電流は大きいが電圧は低
い。米国特許第4163677号明細書には仕事関数の
大きいシヨツトキ障壁金属に隣接して薄い高濃度
ドープp+層を有するシヨツトキ障壁無定形珪素
太陽電池が開示され、特開昭54−25187号明細書
には無定形珪素基板と高仕事関数シヨツトキ障壁
金属との間に薄い絶縁領域を有する無定形珪素太
陽電池が開示されている。薄い高濃度ドープした
p+層または薄い絶縁領域の何れかを有する太陽
電池は従来の高仕事関数金属無定形珪素シヨツト
キ障壁太陽電池よりも開路電圧が高いが、この太
陽電池の開路電圧の高さは中でも無定形珪素基板
とシヨツトキ障壁金属との間の障壁の高さに依存
するので、短絡電流のような太陽電池の他の特性
を低下させずにこの障壁をより高くして開路電圧
を更に高くすることが望ましい。
この発明の無定形珪素太陽電池は、諸特性を低
下させずに開路電圧を高めるという上記の要望に
答え得るもので、無定形珪素の一導電型領域と同
じく真性型領域とシヨツトキ障壁金属層とを重畳
してなる無定形珪素シヨツトキ障壁太陽電池の基
本的な構造に、高濃度にドープした薄いP+型領
域とこのP+型領域に接する薄い絶縁層とを付加
重畳して成る。この薄い高濃度ドープP+型領域
と薄い絶縁層とは相共働して、従来の無定形珪素
MIS太陽電池およびシヨツトキ障壁金属に隣接し
て高濃度ドープしたP+型領域を有する無定形珪
素シヨツトキ障壁またはシヨツトキ障壁太陽電池
よりも、その太陽電池の障壁接合の高さと開路電
圧とを増す。
図においてこの発明のシヨツトキ障壁水素添加
無定形珪素太陽電池は１０で示され、以後太陽電
池１０と呼ぶ。太陽電池１０に入射する太陽輻射
１００は太陽電池の各層すなわち各領域の入射表
面に対する基準点である。太陽電池１０は導電率
が高くかつ水素添加無定形珪素基板１４へオーム
接触のできる材料の基板１２を有する。適当な基
板材料としてはアルミニウム、クロム、ステンレ
ス鋼、ニオブ、タンタル、鉄、モリブデン、チタ
ン、ガラス上に導電性酸化インジウム錫を設けた
もの等がある。
水素添加無定形珪素基板１４は米国特許第
4064521号、特開昭53−42693号、特開昭52−
122471号および米国特許第4142195号の各明細書
に開示されているようにグロー放電によつて作ら
れる。
グロー放電法として公知の被着法では例えば５
mmHg以下の比較的低い圧力のガス中で放電が行
なわれる。放電用電源は高周波電源、交流電源、
直流陰極放電または直流近接放電の何れかとする
ことができる。直流近接放電とは基板を陰極スク
リーン電極に近接して配置する直流放電のことで
ある。直流近接放電では電源の負端子をスクリー
ン陰極に接続し、正端子を陽極として働く別の電
極に接続する。直流近接放電に適する条件は温度
が約250〜350℃、圧力が約0.20〜0.75mmHg、電流
密度が約0.20〜0.50ｍＡ／cm2である。
水素添加無定形珪素材料は、構造に長距離に亘
る秩序性のある周期性をもたないものである。フ
イジカ・スターツス・ソリデイ（Phys.Stat.Sol.）
1977年第A41巻第81頁のバルナ（A.Barna）の論
文に述べられているように、短距離の秩序性の周
期性は10Å以下である。この材料の性質はアプラ
イド・フイジク・レターズ（Appl.Phys.Lett.）
1977年第31巻第450頁のパンコフ（Pankove）お
よびカールソン（Carlson）の論文に述べられて
いるように含有する水素の濃度に関係する。
無定形珪素の被着温度が高過ぎる、すなわち約
400℃以上であるか、または被着後高温度すなわ
ち約400℃以上で焼鈍すると、その装置の性能は
恐らくその薄膜からの水素の外方拡散によつて低
下する。
水素添加無定形珪素基板は導電率の異なる３つ
の領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃから成る。基板に
隣接してその上に被着された領域１４ａは燐や砒
素のような適当な導電度変更剤またはアンチモ
ン、ビスマス、セシウム、ナトリウム等の材料が
ドープされてN+型に形成されている。N+型領域
１４ａは導電性基板１２へのオーム接触を与えて
いる。領域１４ａの厚さは約100〜500Åが好まし
いが、基板１２の表面が粗ければ約1μ程度まで
厚くすることもできる。
N+型領域１４ａの被着後その系からドーピン
グガスを排気し、珪素、水素を含む雰囲気内で被
着を継続して水素添加真性無定形珪素の領域１４
ｂを被着する。被着系内に導電度変更剤を導入せ
ずにグロー放電を行なつて形成した水素添加真性
無定形珪素は僅かにＮ型になる。領域１４ｂの厚
さは約0.2〜1μで、約0.4μが好ましい。領域１４
ｂの厚さは零バイアスで光照射によつて太陽電池
内で空間電荷が発生する領域の幅とその装置の正
孔の拡散長との和に等しくなるようにすべきであ
る。
構体１４はP+型領域１４ｃを厚さ約200Å好ま
しくは約50〜100Åに被着して完成する。適当な
Ｐ型導電度変更剤には硼素、アルミニウム等があ
る。グロー放電装置内のＰ型導電度変更剤の濃度
はシランまたはハロゲンを含む珪素化合物雰囲気
で約0.001〜1.0％とするが、グロー放電雰囲気の
体積比で約0.10％が好ましい。上記Ｐ型ドープ剤
濃度によりドーピング濃度約５×1018〜５×1020
原子／cm3のＰ型領域が形成される。P+型領域の
濃度と厚さはシヨツトキ障壁金属が上記P+型領
域１４Ｃを充分にイオン化するよう調節する。も
しこの領域が厚すぎると、この領域はシヨツトキ
障壁金属によつて完全にイオン化されず、そのた
め太陽電池１０は厚いＰ型領域における再結合の
ため短絡電流が小さな通常のPIN型太陽電池と同
様の動作をすることによつて不都合である。ま
た、逆に薄すぎると接合の障壁高さを増すことが
できず、従つて高い開路電圧が得られなくなる。
上記シヨツトキ障壁金属層１８の被着前に上記
のP+型領域１４ｃの上に厚さ約１ないし５ナノ
メートルの薄い絶縁層１６を形成する。この薄い
絶縁層１６はSi3N4、SiO2等の蒸着、スパツタリ
ングまたはグロー放電または領域１４を含む基板
１２の空気中における温度約300〜350℃時間約10
〜30分間の熱酸化により被着することができる。
この薄い絶縁層は薄い高濃度ドープのP+型領域
に接触したときその層中に電子の流れが生じない
ように構成すべきである。これは上記層の成長ま
たは被着中にその層へドープして絶縁層に負電荷
を付与することによつてできる。
太陽電池１０がN+型層に仕事関数の低い金属
を接触させたシヨツトキ障壁装置ならば、その絶
縁層はシヨツトキ障壁に向う正孔の流れを阻止す
る必要がある。これは絶縁層に僅かな正電荷を付
与するか、その層内の帯域構造をその層を電子が
トンネル効果で通過するのを助長するかまたは妨
げることもなく、しかも正孔の移送するようにす
ることにより達せられる。
上記絶縁層１６上に太陽輻射に対して少くとも
半透明で導電率の高い金属のシヨツトキ障壁金属
層１８を蒸着その他の適当な手段によつて厚さ約
50Åに被着する。
領域１４ｃがP+導電型であればシヨツトキ障
壁金属層１８は金、パラジウム、白金、イリジウ
ム、ロジウム等のような仕事関数の大きい、すな
わち4.5eV以上の金属とすべきである。
シヨツトキ障壁被着後その太陽電池を水素、窒
素またはそれらの混合雰囲気内で約150〜250℃で
数分ないし１時間焼鈍する。またこの太陽電池は
シヨツトキ障壁被着前に約400℃以下の温度で焼
鈍することもできる。
シヨツトキ障壁金属層１８には導電性のよい材
料の金属格子状電極２０がオーム接触している。
この格子電極２０に入射する太陽輻射は構体１４
から反射されるので、格子は金属層１８の表面の
小面積すなわち約５〜10％を占めるにすぎない。
格子電極の機能は金属層１８からの電流を均一に
収集することである。またこの格子電極によつて
太陽電池１０の低い直列抵抗が保証される。太陽
電池を小型にするときは格子の構体も縮小する必
要がある。
小型の太陽電池ではその作動中に発生する電流
を引出すには、反射防止被膜を兼ねる面抵抗約10
Ω／平方の透明導電性酸化層２２で充分である。
この透明導電性酸化層２２は反射防止被膜として
働き、格子状電極２０の働きもする。透明導電酸
化物は酸化錫、酸化インジウム錫、錫酸カドミウ
ム等から成る群より選択することができる。
以上仕事関数の大きいシヨツトキ障壁珪素太陽
電池１０について説明したが、基板１２をP+型
領域１４ａにオーム接触し得る材料群から選んだ
仕事関数の小さいシヨツトキ障壁珪素太陽電池も
同様である。この場合領域１４ｃはドープしたＮ
型とし、鉛、アルミニウム、バリウム、ビスマ
ス、モリブデン等の仕事関数の低い金属層１８に
接触させる。
次にこの発明を例によつて説明するが、これは
この発明がその説明の細部に限定されることを意
味せず、太陽電池の分野の当業者に自明の改変も
この発明の技術的範囲内にある。
例 １ 厚さ約１mmのモリブデン板を圧力約0.6mmHgの
アルゴン50％水素50％の混合気体中で約300℃で
約４分間直流グロー放電してスパツタ浄化し、こ
の浄化表面に水素添加無定形珪素のN+型層をホ
スフイン（PH3）とシランを約２×10-3：１の比
で含む圧力約0.45mmHgの雰囲気中において温度
約340℃に保つことによつて被着した。被着は陰
極スクリーンと基板との間隔を５mmとし、陰極ス
クリーンにおける電流密度を約0.25ｍＡ／cm2とし
て直流近接放電によつて行つたところ約30秒間で
厚さ約600Åの層が得られた。
器内を排気し、純粋のシランを導入して被着を
さらに約７分間継続し、厚さ1μの真性水素添加
無定形珪素層を被着した。被着中の電流密度は温
度約310℃圧力約0.7mmHgにおいて約0.5ｍＡ／cm2
であつた。
次にシラン雰囲気内にジボラン（B2H6）をジ
ボランとシランの比が５×10-4：１となるように
加えてP+領域を形成した。このP+領域被着中の
温度は300℃、系の圧力は0.32mmHgとした。電流
密度は約0.1A／cm2であつた。厚さ約200ÅのP+領
域の被着に約10秒を必要とした。
然る後この被覆基板を空気中において350℃で
約15分間加熱してその領域に厚さ約30Åの絶縁層
を形成した。
この絶縁層の上に厚さ約50Åの白金層を蒸着し
てシヨツトキ障壁を形成した。この50Åの白金層
の上にさらに400Åの白金層を蒸着し、さらにそ
の上に厚さ1μのアルミニウム層を格子状に蒸着
して格子電極を形成した。
最後にこの装置をホーミングガス（窒素80％水
素20％）中において200℃で約15分間焼鈍した。
比較例 ２〜４ 例２〜４は例１にならつて行つたが、例２は絶
縁層またはP+型領域をもたない標準的な白金シ
ヨツトキ障壁無定形珪素太陽電池であり、例３は
シヨツトキ障壁金属（白金）と無定形珪素基板と
の間に熱酸化層を備えたシヨツトキ障壁装置
（MIS）であり、例４は仕事関数の大きい金属
（白金）と真性の水素添加無定形珪素領域との間
に薄いP+型領域を有するシヨツトキ障壁無定形
珪素太陽電池である。
第１表はこの発明の例１の装置および例２〜４
の装置の開路電圧（Voc）と短絡電流（Jcs）と
の比較を示す。
第１表 例 Voc（ｍＶ） Jsc（ｍＡ／cm2） １ 715−725 2.00−2.75 ２ 485−525 3.00−4.50 ３ 635−670 2.75−3.50 ４ 630−670 2.00−2.75 このデータから、白金と水素添加無定形珪素基
板との間に熱酸化領域を挿入するか、または真性
の水素添加無定形珪素と白金層との間に高濃度に
ドープした薄いP+型領域を挿入すると、その太
陽電池の開路電圧は通常の白金シヨツトキ障壁よ
り大きくなることがわかる。更に予想外のことで
あつたが、高濃度にドープした薄いP+領域と薄
い熱酸化層との両方を有する本発明装置の開路電
圧は薄い絶縁層を備えた装置または薄いP+領域
を備えた装置よりも上昇した。その装置の短絡電
流は通常のシヨツトキ障壁装置よりも僅かに小さ
いが、薄い絶縁層と薄いP+型領域とが最適値よ
りもわずかに厚かつたと考えられる。これらの層
の厚さを調節すると、例１の装置の短絡電流は例
２と同様な通常の白金シヨツトキ障壁装置の短絡
電流と同程度にまで増加する。
【図面の簡単な説明】
図はシヨツトキ障壁金属と水素添加無定形珪素
基板の真性領域およびN+型領域との間に薄い絶
縁層と高濃度にドープした薄いP+型領域とを有
する無定形珪素太陽電池をの構造を示す模型的断
面図である。 １０……太陽電池、１２……金属基板、１４…
…水素添加無定形珪素、１４ａ……N+型領域、
１４ｂ……真性領域、１４ｃ……P+型領域、１
６……絶縁層、１８……シヨツトキ障壁金属層、
２０……格子状金属電極、２２……透明導電性酸
化層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 導電性基板と、この基板に電気的に接触した
    １つの導電型の水素添加無定形珪素の第１の領域
    とその領域に隣接した真性型水素添加無定形珪素
    の第２の領域と上記第１の領域とは逆の導電型で
    上記第２の領域に隣接した第３の領域とを有し、
    上記第３の領域の厚さとその導電率変更剤の濃度
    がその領域がシヨツトキ障壁金属によつて充分に
    イオン化されるよう選択されている水素添加無定
    形珪素の本体と、上記水素添加無定形珪素の第３
    の領域に隣接してその上に被着された電気的絶縁
    材料層と、その絶縁層に隣接していてこの絶縁層
    と太陽輻射が入射するシヨツトキ障壁を形成する
    金属層と、上記シヨツトキ障壁に電気的に接触す
    る手段とを含むことを特徴とする無定形珪素太陽
    電池。
JP14429079A 1979-03-12 1979-11-06 Amorphous silicon solar battery Granted JPS55121687A (en)

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US06/019,585 US4200473A (en) 1979-03-12 1979-03-12 Amorphous silicon Schottky barrier solar cells incorporating a thin insulating layer and a thin doped layer

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Publication Number Publication Date
JPS55121687A JPS55121687A (en) 1980-09-18
JPS6325515B2 true JPS6325515B2 (ja) 1988-05-25

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JP (1) JPS55121687A (ja)
DE (1) DE2944913A1 (ja)
FR (1) FR2451637B1 (ja)
GB (1) GB2044529B (ja)
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