JP2642673B2 - Photovoltaic device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、p,i,n型の非晶質半導体を備えた光起電力
装置に関する。The present invention relates to a photovoltaic device including a p, i, n-type amorphous semiconductor.
（ロ） 従来の技術 現在、一般に用いられている半導体膜は、シリコンを
母体とするものであり、これにボロンを添加することに
よつてｐ型とし、またリンを添加することによつてｎ型
としている。(B) Conventional technology At present, a semiconductor film generally used has a base material of silicon, and becomes a p-type by adding boron and an n-type by adding phosphorus. Type.
このようなｐ型やｎ型のシリコン膜、特に非晶質シリ
コンに代表される非晶質半導体間を用いた光起電力装置
がある。斯かる光起電力装置は、膜面に平行なpin接合
を形成するp,i,n型の非晶質半導体膜が、光入射側であ
るｐ型層側の透明電極と、背面側であるｎ型層側のアル
ミニウム等の金属電極との間に挟持された構造である。There is a photovoltaic device using such a p-type or n-type silicon film, particularly an amorphous semiconductor represented by amorphous silicon. In such a photovoltaic device, the p, i, n-type amorphous semiconductor film forming a pin junction parallel to the film surface is a transparent electrode on the p-type layer side which is a light incident side, and a back side. This is a structure sandwiched between a metal electrode such as aluminum on the n-type layer side.
更に、特開昭55−125680号公報等には、pin接合を形
成するp,i,n型の非晶質半導体膜を有した単位発電素子
を２重、３重あるいはそれ以上に積層したタンデム構造
の光起電力装置が示されている。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-125680 discloses a tandem in which unit power generation elements having p, i, n-type amorphous semiconductor films forming pin junctions are stacked in two, three or more layers. A photovoltaic device of the structure is shown.
これら光起電力装置においては、金属電極の成分が半
導体中に熱拡散したり、タンデム構造の相隣接する単位
発電素子の隣接部における一方の単位発電素子のｐ型の
非晶質半導体膜と、他方の発電素子のｎ型の非晶質半導
体膜との間でその構成物質であるボロンやリンが相互拡
散することにより、出力特性劣化が生じる（日経マイク
ロデバイス、1980年２月号第81頁乃至第93頁参照）。In these photovoltaic devices, the component of the metal electrode is thermally diffused into the semiconductor, or the p-type amorphous semiconductor film of one of the unit power generation elements in the adjacent portion of the adjacent unit power generation element having a tandem structure; Degradation of output characteristics occurs due to the interdiffusion of boron or phosphorus as a constituent material between the n-type amorphous semiconductor film of the other power generation element (Nikkei Micro Devices, February 1980, p. 81). To page 93).
（ハ） 発明が隔決しようとする課題 本発明は上述の如き熱拡散や相互拡散を抑制し、出力
特性の劣化を防止することにある。(C) Problems to be solved by the invention The present invention is to suppress the thermal diffusion and the mutual diffusion as described above, and to prevent the output characteristics from deteriorating.
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明の光起電力装置は、p,i,n型の非晶質半導体膜
が、透明電極と金属電極との間に挟持されてなる光起電
力装置であって、前記金属電極と接して設けられる前記
ｎ型の非晶質半導体膜が、１〜30atm％の水素及び500pp
m〜5atm％のシリコンを含むボロンからなることを特徴
としている。(D) Means for Solving the Problems A photovoltaic device of the present invention is a photovoltaic device in which a p, i, n-type amorphous semiconductor film is sandwiched between a transparent electrode and a metal electrode. Wherein the n-type amorphous semiconductor film provided in contact with the metal electrode comprises 1 to 30 atm% of hydrogen and 500 pp
It is characterized by being made of boron containing m to 5 atm% of silicon.
更に、p,i,n型の非晶質半導体膜を有した単位発電素
子を複数個積層してなる光起電力装置であって、相隣接
する前記単位発電素子の隣接部における、一方の単位発
電素子のｎ型の非晶質半導体膜が、１〜30atm％の水素
及び500ppm〜5atm％のシリコンを含むボロンからなるこ
とを特徴としている。Further, a photovoltaic device formed by stacking a plurality of unit power generation elements having p, i, n-type amorphous semiconductor film, one unit in an adjacent portion of the adjacent unit power generation elements The n-type amorphous semiconductor film of the power generation element is made of boron containing 1 to 30 atm% of hydrogen and 500 ppm to 5 atm% of silicon.
（ホ） 作用 ボロンは原子間の結合力が強く、シリコンと比較して
機械的にも強い。このため、本発明の、ボロンから構成
されたｎ型の非晶質半導体膜は、金属電極の成分の熱拡
散を防ぎ、またｐ型の非晶質半導体膜との間で生じる相
互拡散を防ぐ。また、斯るｎ型の非晶質半導体膜とｐ型
の非晶質半導体膜との間で例え相互拡散が生じたとして
も、それらは共にシリコンとボロンであり、互いに大き
な悪影響はない。(E) Action Boron has a strong bond between atoms and is mechanically stronger than silicon. For this reason, the n-type amorphous semiconductor film made of boron of the present invention prevents thermal diffusion of the components of the metal electrode and also prevents mutual diffusion occurring with the p-type amorphous semiconductor film. . Further, even if mutual diffusion occurs between the n-type amorphous semiconductor film and the p-type amorphous semiconductor film, they are both silicon and boron, and do not have a significant adverse effect on each other.
（ヘ） 実 施 例 本発明光起電力装置の特徴であるｎ型の非晶質半導体
膜は、１〜30atm％の水素（Ｈ）及び500ppm〜5atm％の
シリコン（Si）を含むボロンからなる。尚、このｎ型の
非晶質半導体膜は微結晶状態を含むものであっても良
い。この膜は容量結合型グロー放電法を用いて以下の条
件により形成される。(F) Embodiment The n-type amorphous semiconductor film which is a feature of the photovoltaic device of the present invention is made of boron containing 1 to 30 atm% of hydrogen (H) and 500 ppm to 5 atm% of silicon (Si). . Note that the n-type amorphous semiconductor film may include a microcrystalline state. This film is formed using the capacitively coupled glow discharge method under the following conditions.
B2H6ガス流量:1〜200SCCM H2ガス（希釈ガス）流量:1〜200SCCM SiH4ガス流量:B2H6ガス流量の50ppm〜10％ RFパワー:10〜200mw/cm2 反応圧力:1〜2000mTorr 基板温度:40〜350℃ 斯る条件により形成されたアモルフアスボロン（ａ−
Ｂ）の膜特性を第１図乃至第３図に示す。第１図はａ−
Ｂ中のＨ濃度と光学的バンドギヤツプとの関係を示し、
第２図は光学的バンドギヤツプと導電率との関係を示
す。また、第３図は光学的バンドギヤツプが1.8eVの時
でのａ−Ｂ中のSi濃度と導電率との関係を示す。B 2 H 6 gas flow rate: 1 to 200 SCCM H 2 gas (diluent gas) flow rate: 1 to 200 SCCM SiH 4 gas flow rate: 50 ppm to 10% of B 2 H 6 gas flow rate RF power: 10 to 200 mw / cm 2 Reaction pressure: 1 to 2000 mTorr Substrate temperature: 40 to 350 ° C. Amorphous asboron formed under such conditions (a-
The film characteristics of B) are shown in FIG. 1 to FIG. FIG. 1 shows a-
The relationship between the H concentration in B and the optical band gap is shown,
FIG. 2 shows the relationship between the optical bandgap and the electrical conductivity. FIG. 3 shows the relationship between the Si concentration in aB and the electrical conductivity when the optical band gap is 1.8 eV.
第１図及び第２図から見て、Ｈ濃度が1atm％より低い
領域では、光学的バンドギヤツプが0.9eV以下と非常に
小さく好ましくない。一方、Ｈ濃度が30atm％より高い
領域では、光学的バンドギヤツプが2.0eV以上と大きく
なるが、この場合、導電率が10-14Ω-1cm-1より大き
く、絶縁性が強くなつてしまう。従つて、Ｈ濃度は１〜
30atm％が好ましい。1 and 2, in the region where the H concentration is lower than 1 atm%, the optical bandgap is extremely small at 0.9 eV or less, which is not preferable. On the other hand, in a region where the H concentration is higher than 30 atm%, the optical bandgap is as large as 2.0 eV or more. In this case, the conductivity is higher than 10 −14 Ω −1 cm −1 , and the insulating property is increased. Therefore, the H concentration is 1 to
30 atm% is preferred.
更に、第３図からすると、Si濃度が500ppm〜5atm％の
範囲で、10-8Ω-1cm-1以上の良好な導電率が得られるこ
ととなる。Further, according to FIG. 3, a good conductivity of 10 −8 Ω −1 cm −1 or more can be obtained when the Si concentration is in the range of 500 ppm to 5 atm%.
従って、膜中のＨ濃度及びSi濃度を、夫々１〜30atm
％及び500ppm〜5atm％の範囲とすることで、ｎ型の非晶
質半導体膜として充分な光学的バンドギャップと導電率
とが得られる。Therefore, the H concentration and the Si concentration in the film are respectively set to 1 to 30 atm.
% And a range of 500 ppm to 5 atm%, a sufficient optical band gap and conductivity as an n-type amorphous semiconductor film can be obtained.
第４図は本発明の第１の実施例である光起電力装置を
示す断面図である。（１）はガラス、耐熱プラスチツク
等から成る透明基盤、（２）はIn2O3、SnO2、ITO（In2O
3＋SnO2）等の透光性導電酸化物から成る透明電極、
（３）はボロンをドープしたｐ型のアモルフアスシリコ
ンカーバイト（ａ−Si−Ｃ）から成るｐ型層、（４）は
アモルフアスシリコン（ａ−Si）から成るｉ型層、
（５）は上述した本発明のアモルフアスボロン（ａ−
Ｂ）から成るｎ型層、（６）はAlから成る金属電極であ
る。FIG. 4 is a sectional view showing a photovoltaic device according to a first embodiment of the present invention. (1) Transparent substrate made of glass, heat-resistant plastic, etc., (2) In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In 2 O
3 + SnO 2 ) or other transparent electrode made of a transparent conductive oxide,
(3) a p-type amorphous silicon carbide (a-Si-C) layer doped with boron, (4) an i-type layer composed of amorphous silicon (a-Si),
(5) is the above-mentioned amorphosbolone (a-
An n-type layer made of B), and (6) is a metal electrode made of Al.
斯る構造の光起電力装置の特性について測定するべ
く、以下の第１表に示す条件で光起電力装置を作成し
た。In order to measure the characteristics of the photovoltaic device having such a structure, a photovoltaic device was prepared under the conditions shown in Table 1 below.
更に、この光起電力装置との比較のために、上述の如
きａ−Ｂから成るｎ型層（５）に代えて、従来のリンを
ドープしたシリコンから成るｎ′型層を有する第１の従
来例としての光起電力装置を以下の第２表に示す条件で
作成した。なお、ｐ型層（３）及びｉ型層（４）につい
ては、上述の場合と全く同じである。 Further, for comparison with this photovoltaic device, a first device having an n'-type layer made of conventional phosphorus-doped silicon instead of the n-type layer (5) made of aB as described above is used. A photovoltaic device as a conventional example was prepared under the conditions shown in Table 2 below. Note that the p-type layer (3) and the i-type layer (4) are exactly the same as those described above.
こうして作成した２つの光起電力装置に対し、100℃
の高温状態で400時間保持した後の特性変化を測定し
た。その結果を第３表に示す。なお、同表の値は、夫々
初期値を１として特性変化を示したものである。 100 ° C for the two photovoltaic devices created in this way
The characteristic change after holding for 400 hours in a high temperature state was measured. Table 3 shows the results. The values in the table show the characteristic changes with the initial value being set to 1.
この表から明らかなように、本実施例によれば、従来
例に比して特性の劣化を抑制することができる。 As is clear from this table, according to the present embodiment, deterioration of characteristics can be suppressed as compared with the conventional example.
これは、本発明の特徴であるボロンから構成されたｎ
型の非晶質半導体膜により、金属電極の成分の熱拡散が
抑制されたことに因るものと推察される。This is because n is composed of boron, which is a feature of the present invention.
It is presumed that the thermal diffusion of the components of the metal electrode was suppressed by the type amorphous semiconductor film.
第５図は本発明の第２の実施例であるタンデム型光起
電力装置を示す断面図である。（10）は透明基板（11）
は透明電極、（12）はａ−SiCから成るp1型層、（13）
はａ−Siから成るi1型層、（14）はａ−Ｂから成るn1型
層、（15）はａ−SiCから成るp2型層、（16）はａ−Si
から成るi2型層、（17）はａ−Ｂから成るn2型層、（1
8）はAlから成る金属電極である。FIG. 5 is a sectional view showing a tandem photovoltaic device according to a second embodiment of the present invention. (10) is a transparent substrate (11)
Transparent electrodes (12) p 1 type layer composed of a-SiC is (13)
I 1 type layer made of a-Si are (14) n 1 type layer composed of a-B, (15) is p 2 type layer composed of a-SiC, (16) the a-Si
I 2 type layer made of, (17) n 2 type layer composed of a-B, (1
8) is a metal electrode made of Al.
斯る構造の光起電力装置を第４表に示す条件で作製し
た。A photovoltaic device having such a structure was manufactured under the conditions shown in Table 4.
また、斯る実施例との比較のために、n1型層（14）及
びn2型層（17）の夫々に代えて、リンドープのシリコン
から成るｎ′１型層及びｎ′２型層を有する２の従来例
としての光起電力装置を以下の第５表に示す条件で作成
した。なお、その他の各層は第２の実施例と同じであ
る。 Further, for comparison with斯Ru Example, n type 1 layer (14) and n 2 type layer (17) in place of the respective, n composed of silicon doped with phosphorus 'type 1 layer and n' 2 type layer The following two conventional photovoltaic devices having the following were prepared under the conditions shown in Table 5 below. The other layers are the same as in the second embodiment.
こうして作成した２つのタンデム型光起電力装置に対
し、100℃の高温状態で400時間保持した後の特性変化を
測定した。その結果を第６表に示す。なお、同表の値
は、夫々初期値を１として特性変化を示したものであ
る。 With respect to the two tandem-type photovoltaic devices thus prepared, the characteristic change after being maintained at a high temperature of 100 ° C. for 400 hours was measured. Table 6 shows the results. The values in the table show the characteristic changes with the initial value being set to 1.
タンデム型光起電力装置においても、従来例に比して
特性劣化を抑制することができる。 Also in the tandem type photovoltaic device, characteristic deterioration can be suppressed as compared with the conventional example.
これは、ｎ型の非晶質半導体膜をボロンから構成した
ことにより、隣接するｐ型の非晶質半導体膜との間での
相互拡散を防止でき、また、例え相互拡散が生じたとし
ても、拡散するのはシリコンとボロンであるので、大き
な悪影響が生じることがないことに因るもの、と推察さ
れる。This is because, since the n-type amorphous semiconductor film is made of boron, mutual diffusion with the adjacent p-type amorphous semiconductor film can be prevented, and even if mutual diffusion occurs, It is presumed that silicon and boron are diffused, so that no significant adverse effect occurs.
（ト） 発明の効果 本発明によれば、金属電極と接して設けられるｎ型の
非晶質半導体膜を、所定濃度の水素及びSiを含むボロン
から構成したので、金属電極の成分が非晶質半導体膜中
に熱拡散することにより生じる光起電力装置の出力特性
劣化を防止でき、出力特性の安定した光起電力装置を得
ることができるものである。(G) Effects of the Invention According to the present invention, the n-type amorphous semiconductor film provided in contact with the metal electrode is made of boron containing a predetermined concentration of hydrogen and Si. It is possible to prevent the output characteristics of the photovoltaic device from deteriorating due to thermal diffusion into the high quality semiconductor film, and to obtain a photovoltaic device with stable output characteristics.
加えて、本発明によれば、相隣接する単位発電素子の
隣接部における、一方の単位発電素子ｎ型の非晶質半導
体膜を、所定濃度の水素及びSiを含むボロンから構成し
たので、他方の発電素子のｐ型の非晶質半導体膜との間
での相互拡散を防止でき、また、例え相互拡散が生じた
としても、拡散するのは共にシリコンとボロンであるた
め、互いに大きな影響がありません。従って、上記相互
拡散により生じる光起電力装置の特性劣化を防止でき、
出力特性の安定した光起電力装置を得ることが可能とな
る。In addition, according to the present invention, in the adjacent portion of the adjacent unitary power generation elements, one of the unitary power generation elements n-type amorphous semiconductor film is made of boron containing a predetermined concentration of hydrogen and Si. Inter-diffusion with the p-type amorphous semiconductor film of the power generation element described above, and even if interdiffusion occurs, silicon and boron are both diffused. There is none. Therefore, the characteristic deterioration of the photovoltaic device caused by the mutual diffusion can be prevented,
A photovoltaic device having stable output characteristics can be obtained.
第１図乃至第５図は本発明に係り、第１図は水素濃度と
光学的バンドギヤツプとの関係を示す特性図、第２図は
光学的バンドギヤツプと導電率との関係を示す特性図、
第３図はシリコン濃度と導電率との関係を示す特性図、
第４図及び第５図は光起電力装置を示す断面図である。 （３）……ｐ型層、（４）……ｉ型層、（５）……ｎ型
層、（12）……P1型層、（13）……i1型層、（14）……
n1型層、（17）……n2型層。1 to 5 relate to the present invention, FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the hydrogen concentration and the optical bandgap, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the optical bandgap and the conductivity,
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between silicon concentration and electric conductivity,
4 and 5 are sectional views showing the photovoltaic device. (3) ...... p-type layer, (4) ...... i-type layer, (5) ...... n-type layer, (12) ...... P 1 type layer, (13) ...... i 1 type layer, (14) ......
n 1 type layer, (17) ... n 2 type layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−159862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−148423（ＪＰ，Ａ) 米国特許4330182（ＵＳ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-63-159862 (JP, A) JP-A-58-148423 (JP, A) US Patent 4,330,182 (US, A)
Claims (2)
金属電極との間に挟持されてなる光起電力装置であっ
て、 前記金属電極と接して設けられる前記ｎ型の非晶質半導
体膜が、１〜30atm％の水素及び500ppm〜5atm％のシリ
コンを含むボロンからなることを特徴とする光起電力装
置。1. A photovoltaic device comprising a p, i, n-type amorphous semiconductor film sandwiched between a transparent electrode and a metal electrode, wherein the n, n-type amorphous semiconductor film is provided in contact with the metal electrode. A photovoltaic device, wherein the amorphous semiconductor film of the type comprises boron containing 1 to 30 atm% of hydrogen and 500 ppm to 5 atm% of silicon.
電素子を複数個積層してなる光起電力装置であって、 相隣接する前記単位発電素子の隣接部における、一方の
単位発電素子のｎ型の非晶質半導体膜が、１〜30atm％
の水素及び500ppm〜5atm％のシリコンを含むボロンから
なることを特徴とする光起電力装置。2. A photovoltaic device comprising a stack of a plurality of unit power generation elements having p, i, n-type amorphous semiconductor films, wherein: The n-type amorphous semiconductor film of one unitary power generation element has 1 to 30 atm%
A photovoltaic device comprising: hydrogen and boron containing 500 ppm to 5 atm% of silicon.
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|---|---|---|---|
| JP63169302A JP2642673B2 (en) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | Photovoltaic device |
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| JPH0218970A JPH0218970A (en) | 1990-01-23 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4330182A (en) | 1977-12-05 | 1982-05-18 | Plasma Physics Corporation | Method of forming semiconducting materials and barriers |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4758487A (en) * | 1986-11-24 | 1988-07-19 | Xerox Corporation | Electrostatographic imaging members with amorphous boron |
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1988
- 1988-07-07 JP JP63169302A patent/JP2642673B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4330182A (en) | 1977-12-05 | 1982-05-18 | Plasma Physics Corporation | Method of forming semiconducting materials and barriers |
| US4330182B1 (en) | 1977-12-05 | 1999-09-07 | Plasma Physics Corp | Method of forming semiconducting materials and barriers |
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| JPH0218970A (en) | 1990-01-23 |
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