JPS6340382A - 非晶質光起電力装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はｐ型半導体層とｎ型半導体層との間にドーピン
グ超格子構造の中間層を介在させた非晶質光起電力装置
に関するものである。

〔従来技術〕

一般にこの種の非晶質光起電力装置においては導電型が
ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に、中間層としてｎ
型半導体層を介在させた構造が採用されている（特開昭
５７−１２６１７５号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで中間層として１型半導体層を介在させる構造は
、ｎ型半導体層のバンドプロファイルが導電帯９価電子
帯ともに平坦であるため光照射によって生成される電子
ｅ、正孔り対の間には空間的な隔たりがなく、再結合し
易く、再結合に伴う光電変換特性の低下、光劣化が生じ
信頼性が低いという問題があった。

このため近時にあっては、中間層に超格子構造を採用し
て電子、正孔を夫々空間的に分能して分布させることが
試みられている。

第４図は中間層にドーピング超格子構造を採用した非晶
質光起電力装置における中間層のハンｉ−プロファイル
であり、導電帯、（西電子帯のエネルギーレベルが超格
子構造の層の周期に従って振動的に変化している。この
ようなドーピング超格子構造内では電子ｅは導電帯の、
また正孔りは価電子帯の夫々エネルギーの低い場所（下
向き、上向きの各くぼみ）に多く分布する結果、電子と
正孔とが空間的、即ち横方向に位置がずれた分離状態と
なる。この電子と正孔との空間的な距離は超格子構造の
周期に依存するが、このような空間的な分離の結果、電
子、正孔の再結合の確率が低減され、光電変換効率の向
上、光劣化の原因となる欠陥の発生が減少する利点があ
る。

しかしその反面において、このような電子、正孔の分離
状態は時間的には長く続かないため、適正な走行性をも
必要とされる。キャリアがくぼみに留まる時間を短くす
るためにはエネルギー差ΔＥを小さくするのがよいが、
ΔＥが小さすぎると既述した如く空間的分離が困難とな
るという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところに電子、正孔の空間的分離が出来、し
かも滞留時間も適切に設定出来て再結合が少なくこれに
伴う光起電力特性の低下、光劣化の低減が図れるように
した非晶質光起電力装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にあっては、超格子構造に光入射側から遠ざかる
に従ってドーピング量が低減するようなドーピングを施
す。　　　゛ 〔作用〕 本発明にあってはこれによってエネルギーバンドのくぼ
みがキャリアの多い光の入射側では深く、これから遠ざ
かってキャリアの少なくなる側では浅くして、電子、正
孔を空間的に分離維持すると共に適正な走行性も得られ
て再結合を抑制し得ることとなる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係る非晶質光起電力装置（以
下本発明装置という）の断面構造図であり、図中１はガ
ラス等にて構成された透光性を有し、且つ絶縁性を備え
た基板、２は透明電極、３は導電型がｐ型の非晶質半導
体層、４は中間層を構成する超格子構造層、８はｎ型非
晶質半導体層、９はｎ型非晶質半導体層、１０は裏面電
極を示している。

本発明装置は、基板１の透明電極２上にｐ型非晶質半導
体層３、超格子構造層４、ｌ型非晶質半導体層８、ｎ型
非晶質半導体層９、裏面電極１ｏをこの順序に例えばグ
ロー放電法、或いは光ＣＶＤ法等にて積層して構成され
ている。

超格子構造層４はｐ″′型非晶質半導体層５、ｎ型非晶
質半導体層６、ｎ−型非晶質半導体層７、ｎ型非晶質半
導体層６をこの順序に積層形成した層を１単位としてこ
れを略１０単位程度反復積層して構成しである。

これら超格子構造を構成するｐ−型、ｉ型、ｎ−型。

及びｉ型の各非晶質半導体層の形成条件は表１に示すと
おりである。

（以下余白） 表　　　１ なお表１中ドーピング比はｎ型非晶質半導体層３につい
てはＣＨ４／ＳｉＨ４：０．１〜０．７χ、Ｂ２Ｈ６／
ＳｉＨ４Ｆ０．１〜０．５χの各原料ガスを、またｎ型
非晶質半導体層８についてはｐＨ３／ＳｉＨ４：１〜２
χの原料ガスを用いて行う。

一方超格子構造層４においては、光入射側、即ち基板１
に最も近く位置するｐ−型非晶質半導体層５にあっては
Ｂ２Ｈ６／ＳｉＨ４の原料ガスを用いて、１００ｐｐ閘
程度のドーピングを施し、また光入射側から最も遠くに
位置するｐ−型非晶質半導体層５にあっては同じ＜　１
ｏｐｐｓ＋程度のドーピングを施し、更に両者の中間に
位置する各ｐ−型非晶質半導体層５に対しては光の入射
側から遠ざかるに従って段階的にドーピング量が減する
ようドーピングを施しである。

他のｎ−型非晶質半導体層６についても同様であり、光
の入射側である基板１に最も近く位置するｎ−型非晶質
半導体層７にあってはＰＨ３／ＳｉＨ４の原料ガスを用
いて１１００ｐｐ程度のドーピング量に設定し、また光
の入射側から最も遠くに位置するｎ−型非晶質半導体層
７にあってはＰＨ３／ＳｉＨ４の原料ガスを用いて１ｏ
ｐｐｍ以下程度のドーピング量となるよう設定し、更に
両者の中間のｎ−型非晶質半導体層７に対しては光入射
側のｎ−型非晶質半導体層７から遠ざかるに従って段階
的にドーピング量を減じたものとしである。

なお上述の実施例にあっては超格子構造層４は・・・ｐ
−ｉ　ｎ−ｉ・・・を一単位としてこれを複数単位反復
積層して構成する場合につき説明したが、何らこれに限
るものではなく、例えば一単位をｉ型非晶質半導体層と
ｎ−型非晶質半導体層とからなる・・・ｉｎ−・・・と
じ、またｐ−型非晶質半導体層とｉ型非晶質半導体層と
からなる・・・ｐｉ　・・・とじこれを夫々反復積層し
て構成することとしてもよい。

またｎ型非晶質半導体層３、ｎ型非晶質半導体層９並び
に各超格子構造層４を構成する各層はアモルファスシリ
コンカーバイド（ａ−５ｉＣ）その他ａ−３ｉ＋　ａ−
３ｉＧｅ、　ａ−ＳｉＮ等にて構成してもよい。

第２図は上述の如くにして得た光起電力装置の超格子構
造層のバンド図であり、超格子構造層４においてはドー
ピング量の多いところはエネルギー差ΔＥが太きく　（
０，６ｅＶ程度）、逆にドーピング量の少ない所ではエ
ネルギー差ΔＥが小さく　（０，３ｅＶ程度）、換言す
れば光の入射側であるキャリアの発生の多い領域ではエ
ネルギー差が大きく、これから遠ざかるに従って小さく
なる結果、キャリアの発生の少ない領域ではエネルギー
差ΔＥは小さくなって、電子、正孔の空間的離隔を確保
する一方、走行性をも高め得ることとなり、再結合の抑
制を図れ、光劣化の防止、光電変換効率の低下を防止し
得ることとなる。

第３図は前述した実施例と従来装置との光電変換効率の
変化との比較試験結果を示すグラフであって、横軸に照
射時間（時間）を、また噌軸に変換効率（％〉をとって
示しである。グラフ中、実線は本発明装置の、また破線
は従来装置の結果を示している。

このグラフから明らかなように本発明装置に依った場合
は従来装置と比較して初期特性が向上していることは勿
論、変換効率の劣化も大幅に改苫されることが解る。

〔効果〕

以上の如く本発明装置にあっては光入射側から遠ざかる
に従ってドーピング量を低く設定した超格子構造を備え
るから導電帯１価電子帯におけるエネルギー差がキャリ
アの多い光入射側で大きく、これから遠ざかるに従って
小さく設定されることとなって、電子、正孔の空間的分
離及び走行性向上により再結合を効果的に抑制すること
が出来て光電変換効率の低下、光劣化の防止が図れるな
ど本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の断面構造図、第２図は本発明装置
における超格子構造層のバンド図、第３図は本発明装置
と従来装置との比較試験結果を示すグラフ、第４図はド
ーピング量を一定とした超格子構造層におけるバンド図
である。 １・・・基板　２・・・透明電極　３・・・ｐ型非晶質
半導体層　４・・・超格子構造層　５・・・ｐ−型非晶
質半導体層　６・・・ｉ型非晶質半導体層　７・・・ｎ
−型非晶質半導体層　８・・・ｎ型非晶質半導体層　９
・・・ｎ型非晶質半導体層　１０・・・裏面電極 特　許　出願人　　三洋電機株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　登　大 軍１図 １２図 第　３図 ■ 第　４回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ドーピング量が光入射側から遠ざかるに従って少な
   くなるようドーピングを施した超格子構造を備えること
   を特徴とする非晶質光起電力装置。 ２、前記超格子構造はａ−ＳｉＣ、ａ−Ｓｉ、ａ−Ｓｉ
   Ｇｅ、ａ−ＳｉＮの少なくとも１層を有する特許請求の
   範囲第１項記載の非晶質光起電力装置。 ３、前記超格子構造はｐ＾−ｉｎ＾−ｉ、ｎ＾−ｉ又は
   ｐ＾−ｉのいずれかを１単位としてこれを反復して積層
   形成されている特許請求の範囲第１項記載の非晶質光起
   電力装置。