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JP2826232B2 - Amorphous solar cell - Google Patents
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JP2826232B2 - Amorphous solar cell - Google Patents

Amorphous solar cell

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JP2826232B2
JP2826232B2 JP4164622A JP16462292A JP2826232B2 JP 2826232 B2 JP2826232 B2 JP 2826232B2 JP 4164622 A JP4164622 A JP 4164622A JP 16462292 A JP16462292 A JP 16462292A JP 2826232 B2 JP2826232 B2 JP 2826232B2
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学 伊藤
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は非晶質太陽電池に関す
る。
The present invention relates to an amorphous solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年アモルファスシリコンおよびその合
金材料を主たる原料とした非晶質太陽電池の効率改善を
図るため、i層のバンドギャップにプロファイルが設け
られた太陽電池が提案されている。このような方法は例
えば特開平01ー71182に開示されている。バンドギャップ
プロファイル技術とは図3に示すように、i層中のバン
ドギャプを連続的に変化させ、p層、n層側両端ではバン
ドギャップが広く、受光面側であるp層よりにバンドギ
ャップの最も狭い部分が設けられた、つづみ型のバンド
ギャップ構造にすることである。例えばa-SiC、a-SiGe
等の材料においてその組成比を変えることにより形成す
ることができる。このような構造にすることによって、
3種類の効果により特性が改善される。まず受光面側、
すなわちp層側におけるキャリア発生を多くし、ホール
の収集を容易にする。次に低品質膜をp層側に、高品質
膜をn層側に配置することにより、ホールの輸送特性を
改善する。最後に内部電界がバンドギャップの傾斜によ
り強化されるため、キャリアの収集が改善される。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to improve the efficiency of an amorphous solar cell using amorphous silicon and its alloy material as a main raw material, a solar cell having a band gap in an i-layer has been proposed. Such a method is disclosed in, for example, JP-A-01-71182. As shown in FIG. 3, the band gap profile technique changes the band gap in the i layer continuously, the band gap is wider at both ends of the p layer and the n layer, and the band gap is wider than that of the p layer on the light receiving surface side. This is to form a continuous band gap structure in which the narrowest portion is provided. For example, a-SiC, a-SiGe
It can be formed by changing the composition ratio of such materials. With such a structure,
The characteristics are improved by three kinds of effects. First, on the light-receiving side,
That is, generation of carriers on the p-layer side is increased, and collection of holes is facilitated. Next, by placing a low-quality film on the p-layer side and a high-quality film on the n-layer side, hole transport characteristics are improved. Finally, carrier collection is improved because the internal electric field is enhanced by the bandgap slope.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このようなバンドギャ
ッププロファイル技術を用いてもその特性改善には限界
がある。
Even if such a bandgap profile technique is used, there is a limit to the improvement of its characteristics.

【0004】バンドギャッププロファイルを用いた太陽
電池の特性の向上を図る方法の1つとして、最小バンド
ギャップを低下させ、i層全体のバンドギャップを狭く
して光の吸収量を増加させ、短絡電流の向上を図る方法
がある。このような方法でバンドギャップを減少させる
と、それに従って短絡電流は増加するが、所定のバンド
ギャップ以下にすると曲線因子の低下により、短絡電流
は低下し始める。またバンドギャップの減少とともに開
放電圧も低下する。太陽電池の特性を向上させるために
は、曲線因子や開放電圧の低下を招かずに、短絡電流の
みを向上させることが必要である。例えばa-SiGe膜をi
層に用いたバンドギャッププロファイル太陽電池では、
その最小部分のバンドギャップは1.4eV程度が限界であ
った。
[0004] One of the methods for improving the characteristics of a solar cell using a bandgap profile is to reduce the minimum bandgap, narrow the bandgap of the entire i-layer, increase the light absorption, and reduce the short-circuit current. There is a method that aims to improve. When the band gap is reduced in such a manner, the short-circuit current increases accordingly, but when the band gap is reduced below a predetermined band gap, the short-circuit current starts to decrease due to a decrease in the fill factor. In addition, the open circuit voltage decreases as the band gap decreases. In order to improve the characteristics of the solar cell, it is necessary to improve only the short-circuit current without lowering the fill factor and the open circuit voltage. For example, a-SiGe film
In the bandgap profile solar cell used for the layer,
The band gap of the minimum part was limited to about 1.4 eV.

【0005】次に信頼性を向上させるためにはできる限
りP層側でキャリア生成を多くすることが効果的であ
る。即ち、収集し難いホールの生成領域を受光面側、つ
まりp層側に近づけることにより、p層に向かって走行す
るホールの走行距離を短くすることができるからであ
る。そのために従来はバンドギャップ最小部分をp層側
に近づけるという手段を用いてきた。しかしそれによっ
て信頼性は向上するが、開放電圧は低下し、効率も低下
するという欠点があった。例えばa-SiGe膜をi層に用い
た太陽電池では、バンドギャップ最小部分がp層側から4
0nm程度で効率が最大となる最適値となるが、信頼性を
向上させるために、さらにp層側に近づけると開放電圧
が低下するという欠点があった。この信頼性向上に関し
ては、特願平02ー408745に記載されている。
Next, in order to improve the reliability, it is effective to increase the generation of carriers on the P layer side as much as possible. That is, by making the generation region of holes that are difficult to collect closer to the light receiving surface side, that is, closer to the p layer side, the traveling distance of the hole traveling toward the p layer can be shortened. For this purpose, a means has been conventionally used in which the minimum band gap portion is brought closer to the p-layer side. However, although this improves reliability, it has the drawback that the open-circuit voltage decreases and the efficiency also decreases. For example, in a solar cell using an a-SiGe film for the i-layer, the minimum band gap is 4 from the p-layer side.
The optimum value at which the efficiency becomes maximum is about 0 nm, but there is a drawback that the open-circuit voltage decreases when the distance is further closer to the p-layer side in order to improve reliability. This improvement in reliability is described in Japanese Patent Application No. 02-408745.

【0006】本発明の目的はバンドギャッププロファイ
ル構造の欠点を改善して、短絡電流および信頼性をさら
に向上させる構造を提供するものである。
It is an object of the present invention to improve the shortcoming and reliability of a bandgap profile structure by improving the shortcomings of the bandgap profile structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のアモルファスシ
リコンおよびその合金材料を主たる原料とし、i層にバ
ンドギャッププロファイルを用いた、pin構造を有する
非晶質太陽電池は高光吸収層をp層側から80nm以内のi層
中に設けたことを特徴とする。ここで高光吸収層とはバ
ンドギャップがその周囲のi層のバンドギャップよりも
狭く、所定の厚さを持つi型の層のことである。
An amorphous solar cell having a pin structure using the amorphous silicon of the present invention and its alloy material as main raw materials and using a bandgap profile for an i-layer has a high light absorption layer on the p-layer side. Characterized by being provided in an i-layer within 80 nm from. Here, the high light absorption layer is an i-type layer having a predetermined thickness and a band gap smaller than that of the surrounding i layer.

【0008】[0008]

【作用】このような構造では、高光吸収層がp層側近傍
に存在するため、p層側に向かって走行するホールが収
集され易くなる。ここでホールの収集を重視しているの
は、ホールの輸送特性が電子よりも劣っているからであ
る。即ち、ホールの収集を改善すれば、i層中における
キャリアの再結合を減少させることができ、曲線因子を
改善することができるからである。このようにバンドギ
ャップが狭く光吸収の多い膜を、所定の膜厚でP層側近
傍に形成することによって、光吸収量が多くなり、短絡
電流が向上する。一方、この高光吸収層はi層全域のバ
ンドギャップを低下させる代わりに、高光吸収層でのみ
吸収量を増加させるため、曲線因子および開放電圧の低
下が抑止される。
In such a structure, since the high light absorption layer exists near the p-layer side, holes traveling toward the p-layer side are easily collected. Here, the importance of collecting holes is emphasized because the hole has inferior transport properties to electrons. That is, if the collection of holes is improved, the recombination of carriers in the i-layer can be reduced, and the fill factor can be improved. By forming a film having a narrow band gap and a large amount of light absorption in the vicinity of the P layer side with a predetermined film thickness, the amount of light absorption is increased and the short-circuit current is improved. On the other hand, this high light absorption layer increases the amount of absorption only in the high light absorption layer instead of lowering the band gap of the entire i-layer, so that the fill factor and the open circuit voltage are suppressed from decreasing.

【0009】高光吸収層をP層側から80nm以内に形成す
ることにより、収集し難いホールの生成領域を従来より
もp層側に近づけることになり、p層に向かって走行する
ホールの走行距離が短くなり、信頼性が向上する。
By forming the high light-absorbing layer within 80 nm from the P layer side, the region where holes are difficult to collect can be made closer to the p layer side than before, and the traveling distance of the hole traveling toward the p layer can be increased. And the reliability is improved.

【0010】[0010]

【実施例】以下実施例によって本発明を具体的に説明す
る。本発明の一例である単層型a-SiGe素子に関する実施
例を示す。実施例の単層型a-SiGe素子の構造概略図を図
1に、バンドギャップ構造の概略図を図2に示す。まず
実施例の単層型a-SiGe素子の構造について述べる。ステ
ンレス基板1上にTi層2を50nm、Ag層3を100nm、ZnO層
4を100nm、アモルファスシリコンn層5を100nm、アモ
ルファスシリコンゲルマニュウムi層6を250nm、アモル
ファスシリコンゲルマニュウムi層6中に高光吸収層7
を2nm、アモルファスシリコンカーボンp層8を10nm、透
明導電膜9としてITOを60nm、金属集電極10としてAl
を600nmを順次積層した構造である。実施例において基
板1は特にステンレスに限られるものではなく、ガラス
等の基板を用いても作成できる。またガラス等の透光性
基板を用いた場合には透光性基板側から光を入射する構
造にしてもよい。Ti層2は基板との密着性を改善するた
めに用いている。Ag層3は裏面における光の反射層とし
て用いているが、反射率が高い他の金属で代用すること
も可能である。またその表面は凹凸構造であることが望
ましい。即ち、凹凸構造にすることにより、裏面で反射
した光は散乱され、膜中における光の光路長が伸びるた
め、光の吸収が多くなるからである。ZnO層4を挿入し
ていることも、光の散乱を一層大きくする効果があるか
らである。アモルファス層はnipという順序で積層され
ているが、透光性基板側を用いた場合にはpinという順
序になる。いずれの場合にもこのように、光入射側はp
層であることが望ましい。透明導電膜9はITOに限らずS
nO2、ZnOを用いることが可能である。金属集電極10は
Al以外でもよいが、電気伝導の良い金属のほうが望まし
い。
The present invention will be specifically described below with reference to examples. An example relating to a single-layer type a-SiGe element which is an example of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view of the structure of a single-layer a-SiGe element of the embodiment, and FIG. 2 is a schematic view of a band gap structure. First, the structure of the single-layer a-SiGe device of the embodiment will be described. On the stainless steel substrate 1, a Ti layer 2 of 50 nm, an Ag layer 3 of 100 nm, a ZnO layer 4 of 100 nm, an amorphous silicon n layer 5 of 100 nm, an amorphous silicon germanium i layer 6 of 250 nm, and high light absorption in the amorphous silicon germanium i layer 6 Layer 7
2 nm, amorphous silicon carbon p-layer 8 at 10 nm, ITO as transparent conductive film 9 at 60 nm, and metal collector electrode 10 as Al.
Are sequentially laminated in a thickness of 600 nm. In the embodiment, the substrate 1 is not particularly limited to stainless steel, but can be formed using a substrate such as glass. When a light-transmitting substrate such as glass is used, a structure in which light is incident from the light-transmitting substrate side may be employed. The Ti layer 2 is used for improving the adhesion to the substrate. Although the Ag layer 3 is used as a light reflection layer on the back surface, another metal having a high reflectance can be used instead. It is desirable that the surface has an uneven structure. That is, the light reflected by the back surface is scattered by the uneven structure, and the optical path length of the light in the film is extended, so that the light absorption increases. This is because the insertion of the ZnO layer 4 also has the effect of further increasing light scattering. The amorphous layers are stacked in the order of nip, but when the light-transmitting substrate side is used, the order is pin. In each case, the light incident side is p
Preferably, it is a layer. The transparent conductive film 9 is not limited to ITO,
It is possible to use nO 2 and ZnO. The metal collecting electrode 10
Other than Al, a metal having good electric conductivity is preferable.

【0011】次に実施例の素子のアモルファスシリコン
ゲルマニュウムi層6について述べる。実施例の素子に
おいては短絡電流を向上させるために、受光面側である
p層側のi層端より15nmの位置からバンドギャップ1.34e
V、幅2nmの高光吸収層7を設けている。この領域以外の
バンドギャップ構造は図3に示した従来のバンドギャッ
ププロファイル構造と同一である。p層側とn層側のバン
ドギャップは1.75eV、バンドギャッププロファイルの高
光吸収層7を除く極小部分12は1.42eV受光面側である
アモルファスシリコンカーボンp層8から40nmの位置に
あり、i層膜厚11は250nmである。高光吸収層7の両端
はバンドギャッププロファイルとなめらかに接続された
構造となっている。
Next, the amorphous silicon germanium i-layer 6 of the device of the embodiment will be described. In the device of the embodiment, on the light-receiving surface side to improve the short-circuit current
Band gap 1.34e from the position 15nm from the end of the i layer on the p layer side
A high light absorption layer 7 having a width of 2 nm and a width of 2 nm is provided. The band gap structure other than this region is the same as the conventional band gap profile structure shown in FIG. The band gap on the p-layer side and the n-layer side is 1.75 eV, and the minimum portion 12 excluding the high light absorption layer 7 in the band gap profile is located at 40 nm from the amorphous silicon carbon p-layer 8 on the light-receiving surface side of 1.42 eV. The film thickness 11 is 250 nm. Both ends of the high light absorption layer 7 are structured to be smoothly connected to a band gap profile.

【0012】高光吸収層の位置は本実施例ではp層側のi
層端より15nmの位置としているが、以下にその理由を説
明する。この高光吸収層により信頼性を改善するために
は、p層側のi層端より80nm以内に設けることが必要であ
る。これは図3記載のバンドギャップ構造の最小バンド
ギャップ位置を80nm以内に設ければ、信頼性が向上する
という図5に示す実験事実から間接的に導かれる。図5
はAM1,100mW/cm2のうち660nm以上の長波長光下におけ
る、均一なバンドギャップ素子とバンドギャッププロフ
ァイル素子の初期特性○及び光劣化後の特性●を比較し
たものである。バンドギャップ最小部分の位置がp層
側、即ち、0nmに近づくに従い、光劣化前後の特性はい
ずれも短絡電流がやや増加し、開放電圧は単調に減少
し、曲線因子は10nmで最大となる。その結果、最大出力
は10~40nmで最大値となっている。光劣化後の最大出力
において、均一バンドギャップ素子とほぼ同等な特性が
得られるバンドギャップ最小部分の位置が80nmであるた
め、これよりp層側に設けなければならないことは明ら
かである。このような傾向となるのは、光吸収がp層近
傍で増加するにつれて、ホールの収集が容易になるから
である。この効果は高光吸収層に関してもまったく同様
である。従って高光吸収層を設けた場合においてもp層
から80nm以内、望ましくは40nm以内に設けることが必要
である。またこのとき図2におけるバンドギャップの極
小部分はp層から80nm以内、望ましくは40nm以内に設け
ることが必要である。ただし図3記載の従来のバンドギ
ャッププロファイル構造では、バンドギャップ最小部分
の位置をp層側に近づけるほど、開放電圧はそれに対応
して次第に低下するのに対し、高光吸収層を用いる場合
には、幅が2nm程度ならばp層側に近接しすぎない限り
は、開放電圧は低下しない。従ってバンドギャップ最小
部分の位置を40nm程度にし、高光吸収層はさらにp層側
に近づけて形成することが望ましいと考えられる。また
図5においてバンドギャップ最小部分の位置が0nm、即
ち、p層に接している場合には光劣化前後の最大出力が
大きく低下しているが、これはp/i界面に膜質の低いも
のが接しているため、界面における再結合が増加したた
めと考えられる。そのため高光吸収層もp層に接するこ
とは望ましくない。
In the present embodiment, the position of the high light absorption layer is i on the p layer side.
The position is 15 nm from the end of the layer. The reason will be described below. In order to improve the reliability by this high light absorption layer, it is necessary to provide it within 80 nm from the end of the i layer on the p layer side. This is indirectly derived from the experimental fact shown in FIG. 5 that if the minimum band gap position of the band gap structure shown in FIG. 3 is provided within 80 nm, the reliability is improved. FIG.
Is a comparison of the initial characteristics の and the characteristics 光 after light degradation of a uniform bandgap element and a bandgap profile element under long-wavelength light of 660 nm or more in AM 1,100 mW / cm 2 . As the position of the bandgap minimum part approaches the p-layer side, that is, approaches 0 nm, the short-circuit current slightly increases, the open-circuit voltage decreases monotonically, and the fill factor reaches its maximum at 10 nm before and after photodegradation. As a result, the maximum output has a maximum value at 10 to 40 nm. At the maximum output after photo-deterioration, the position of the minimum bandgap at which characteristics almost equivalent to those of the uniform bandgap element can be obtained is 80 nm, and it is clear that the bandgap must be provided on the p-layer side. The reason for this tendency is that collection of holes becomes easier as the light absorption increases near the p-layer. This effect is exactly the same for the high light absorption layer. Therefore, even when the high light absorption layer is provided, it is necessary to provide the high light absorption layer within 80 nm, preferably within 40 nm from the p layer. At this time, the minimum part of the band gap in FIG. 2 needs to be provided within 80 nm, preferably within 40 nm from the p-layer. However, in the conventional bandgap profile structure shown in FIG. 3, as the position of the bandgap minimum portion approaches the p-layer side, the open-circuit voltage gradually decreases correspondingly. If the width is about 2 nm, the open-circuit voltage does not decrease unless it is too close to the p-layer side. Therefore, it is considered desirable to set the position of the band gap minimum portion to about 40 nm and to form the high light absorption layer further closer to the p layer side. Further, in FIG. 5, when the position of the band gap minimum portion is 0 nm, that is, when the band gap is in contact with the p layer, the maximum output before and after light degradation is greatly reduced. It is considered that recombination at the interface increased due to the contact. Therefore, it is not desirable that the high light absorption layer is in contact with the p layer.

【0013】高光吸収層の幅に関しては本実施例では2n
m程度が効率の最適値であることがわかるが、これ以上
の膜厚で用いることができないということを意味してい
る訳ではない。例えば積層素子の下部素子として用いる
場合には、開放電圧や曲線因子が多少低下しても短絡電
流を増加させた方が、積層素子の効率が高くなる場合が
ある。しかし逆に2nm以下にすれば短絡電流が低下する
だけで利点はない。即ち、高光吸収層の幅は効率が最大
となる幅かそれ以上であることが望ましい。具体的に
は、1nmから5nmの範囲で選択すれば良い。
The width of the high light absorption layer is 2n in this embodiment.
It can be seen that about m is the optimum value of the efficiency, but this does not mean that it cannot be used with a film thickness larger than that. For example, when used as a lower element of a stacked element, increasing the short-circuit current may increase the efficiency of the stacked element even if the open-circuit voltage and fill factor are slightly reduced. On the other hand, if the thickness is set to 2 nm or less, there is no advantage, only the short-circuit current decreases. That is, it is desirable that the width of the high light absorption layer is equal to or greater than the width at which the efficiency is maximized. Specifically, it may be selected in a range of 1 nm to 5 nm.

【0014】高光吸収層の値に関しては本実施例では1.
34eVとしているが、それ以上のバンドギャップでも支障
はない。ただし光吸収量が減少するため効率としては低
下する。従ってギャップを大きくした場合、本実施例の
場合と同等以上の特性を得るためには、複数の高光吸収
層を設けることが必要となる。また本実施例のバンドギ
ャップ以下であれば、光吸収量は増加するが、膜質は低
下するため、生成されたキャリアは収集されにくくな
る。そのため高光吸収層の幅を減少させる必要が生じ
る。
In this embodiment, the value of the high light absorption layer is 1.
Although it is set to 34 eV, there is no problem with a band gap larger than that. However, the efficiency decreases because the amount of light absorption decreases. Therefore, when the gap is increased, it is necessary to provide a plurality of high light absorption layers in order to obtain characteristics equal to or higher than those of the present embodiment. If the band gap is equal to or less than the band gap of this embodiment, the amount of light absorption increases, but the quality of the film deteriorates, so that it is difficult to collect generated carriers. Therefore, it is necessary to reduce the width of the high light absorption layer.

【0015】このように本発明のパラメータとしては、
高光吸収層のp層側からの位置、幅、バンドギャップの
値、その数等があり、最適値を求めるためには各パラメ
ータの最適化が必要である。しかし図3記載の従来素子
よりも良好な特性を得ることは比較的容易である。
As described above, the parameters of the present invention include:
There are the position of the high light absorption layer from the p-layer side, the width, the value of the band gap, the number thereof, and the like. Optimization of each parameter is necessary to obtain the optimum value. However, it is relatively easy to obtain better characteristics than the conventional device shown in FIG.

【0016】次に実施例の製造方法を示す。まずステン
レス基板1上に電子ビーム蒸着によりTi層2を50nm形成
する。その後Ag層3を基板温度350℃で100nm蒸着するこ
とにより凹凸をつける。その上にZnO層4を100nm形成す
る。このようにして形成した基板上にアモルファスシリ
コンn層5、アモルファスシリコンゲルマニュウムi層
6、アモルファスシリコンカーボンp層8をプラズマC
VD法により順次積層する。アモルファス層の形成条件
としては、RFパワーは10W、圧力は0.1〜0.3Torrであ
り、ガス流量条件は表1に示した。
Next, the manufacturing method of the embodiment will be described. First, a Ti layer 2 is formed to a thickness of 50 nm on a stainless steel substrate 1 by electron beam evaporation. After that, the Ag layer 3 is deposited at 100 ° C. at a substrate temperature of 350 ° C. to form irregularities. A ZnO layer 4 is formed thereon to a thickness of 100 nm. On the substrate thus formed, an amorphous silicon n layer 5, an amorphous silicon germanium i layer 6, and an amorphous silicon carbon p layer 8 were formed by plasma C
The layers are sequentially laminated by the VD method. As the conditions for forming the amorphous layer, the RF power was 10 W, the pressure was 0.1 to 0.3 Torr, and the gas flow conditions were as shown in Table 1.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】アモルファスシリコンn層5を100nm形成し
た後、アモルファスシリコンゲルマニュウムi層6を形
成する。このとき、図2のようなバンドギャップ構造に
なるようにGeH4ガスとSiH4ガスの流量比を制御すること
により形成する。アモルファスシリコンn層5側からバ
ンドギャップ極小部分12までは、SiH4ガス流量を一定
の5sccm、GeH4ガス流量を0から1.2sccmまで増加させ
て、バンドギャップが直線的に変化するようにプロファ
イルを形成する。この極小部分までの膜厚は210nmであ
る。次にGeH4ガス流量を1.2から0sccmにバンドギャップ
が直線的に変化するように減少させて40nmの厚さでプロ
ファイルを形成するが、極小部分から23nm離れた部分に
挿入する形で高光吸収層7を形成する。高光吸収層7は
GeH4ガス流量を一定の1.6sccmにして2nm形成する。この
とき放電を停止せずに連続形成するため、厚さ0.2nm程
度の、GeH4ガス流量が急速に変化する過渡領域が、高光
吸収層7の両端に形成されている。この高光吸収層7の
形成が終わると、再びバンドギャップが直線的に変化す
る、元のプロファイルに復帰するように、GeH4ガス流量
を減少させる。そして高光吸収層7の終端から15nm、Ge
H4ガス流量を0まで減少させて形成する。このようにし
て形成されたアモルファスシリコンゲルマニュウムi層
6の上にアモルファスシリコンカーボンp層8を10nm形
成する。その後、マグネトロンスパッタリング法で透明
導電膜9であるITOを60nm、電子ビーム蒸着法でAl10
の集電極を600nm形成する。
After forming the amorphous silicon n layer 5 to 100 nm, an amorphous silicon germanium i layer 6 is formed. At this time, it is formed by controlling the flow ratio of the GeH 4 gas and the SiH 4 gas so as to form a band gap structure as shown in FIG. From the amorphous silicon n-layer 5 side to the band gap minimum portion 12, the profile is set so that the band gap changes linearly by increasing the SiH 4 gas flow rate to 5 sccm and the GeH 4 gas flow rate from 0 to 1.2 sccm. Form. The film thickness up to this minimum portion is 210 nm. Next, the GeH 4 gas flow rate is reduced from 1.2 sccm to 0 sccm so that the band gap changes linearly, and a profile is formed with a thickness of 40 nm. 7 is formed. The high light absorbing layer 7
The GeH 4 gas flow rate is set at a constant 1.6 sccm to form 2 nm. At this time, in order to form continuously without stopping the discharge, a transient region having a thickness of about 0.2 nm where the GeH 4 gas flow rate changes rapidly is formed at both ends of the high light absorption layer 7. When the formation of the high light absorption layer 7 is completed, the flow rate of the GeH 4 gas is reduced so that the bandgap changes linearly again and returns to the original profile. Then, 15 nm from the end of the high light absorption layer 7 and Ge
It is formed by reducing the H 4 gas flow rate to zero. An amorphous silicon carbon p layer 8 is formed to a thickness of 10 nm on the amorphous silicon germanium i layer 6 thus formed. Thereafter, 60 nm of ITO, which is a transparent conductive film 9, is formed by magnetron sputtering, and Al10 is formed by electron beam evaporation.
Is formed to a thickness of 600 nm.

【0019】このようにして形成された実施例の素子と
図3記載の従来素子の特性比較を示す。図4はp/i界面
から高光吸収層端までの距離を15nmとして、高光吸収層
7の膜厚を変化させて、AM1,100mW/cm2のうち660nm以上
の長波長光下における初期特性○および光劣化後の特性
△を示したものである。従来素子は高光吸収層7が0nm
の場合である。初期特性は高光吸収層7を設けた素子の
方が高い短絡電流を示しており、高光吸収層7の厚さの
増加に伴って増加する傾向となっている。これは光吸収
の増加とよく一致する傾向である。開放電圧は高光吸収
層7の厚さの増加に伴って低下する傾向がある。しかし
厚さが2nmでは開放電圧は従来素子とまったく同じ値と
なっており、この程度の膜厚であれば影響を与えないこ
とがわかる。曲線因子は高光吸収層7の厚さの増加に伴
って低下する傾向がある。しかし曲線因子においても、
厚さが2nm程度であれば、従来素子とほぼ同等である。
その結果、最大出力は高光吸収層7の膜厚が2nmの素子
において最大値をとり、3、4nmでは従来素子と同等の値
となっている。
A comparison of the characteristics between the device of the embodiment thus formed and the conventional device shown in FIG. 3 is shown. FIG. 4 shows that the distance from the p / i interface to the end of the high light absorption layer is 15 nm, and the thickness of the high light absorption layer 7 is changed to obtain an initial characteristic under long wavelength light of 660 nm or more of 1,100 mW / cm 2 of AM. And the characteristic △ after light degradation. The conventional device has a high light absorption layer 7 of 0 nm.
Is the case. In the initial characteristics, the element provided with the high light absorption layer 7 shows a higher short circuit current, and tends to increase as the thickness of the high light absorption layer 7 increases. This tends to coincide well with the increase in light absorption. The open circuit voltage tends to decrease as the thickness of the high light absorption layer 7 increases. However, when the thickness is 2 nm, the open-circuit voltage is exactly the same value as that of the conventional device, and it can be seen that there is no effect if the film thickness is about this level. The fill factor tends to decrease as the thickness of the high light absorption layer 7 increases. But also in the fill factor,
If the thickness is about 2 nm, it is almost the same as the conventional device.
As a result, the maximum output takes the maximum value in the device in which the film thickness of the high light absorption layer 7 is 2 nm, and has the same value as in the conventional device at 3 and 4 nm.

【0020】AM1.5,100mW/cm2光下で200時間の光照射
を行った後では、高光吸収層7を設けた素子では、従来
素子と比較して曲線因子の低下が少なく、初期特性にお
いては最も高い値を示していた従来素子が、光劣化後の
特性△では最も低い値となっている。また光劣化後の最
大出力においては、高光吸収層7を設けた素子ではいず
れの膜厚においてもほぼ同等の値となっており、従来素
子と比較して約25%大きい値となった。このように高光
吸収層7を設けた素子においては、初期特性のみなら
ず、光照射に対する信頼性においても大きく特性が改善
された。
After the light irradiation for 200 hours under the light of AM 1.5 and 100 mW / cm 2, the element provided with the high light-absorbing layer 7 has less decrease in the fill factor than the conventional element, and the initial characteristics Of the conventional device, which had the highest value in the above, has the lowest value in the characteristic の after light degradation. In addition, the maximum output after light degradation was almost the same at any film thickness in the element provided with the high light absorption layer 7, and was about 25% larger than that of the conventional element. In the device provided with the high light absorption layer 7 as described above, not only the initial characteristics but also the characteristics were significantly improved in the reliability against light irradiation.

【0021】この実施例では高光吸収層7が一層の場合
を例にとって示したが、更に光吸収を増加させるために
複数層の高光吸収層7を形成してもよい。
In this embodiment, the case where the number of the high light absorption layers 7 is one is shown as an example, but a plurality of high light absorption layers 7 may be formed in order to further increase the light absorption.

【0022】また本発明において示した図1のバンドギ
ャップ構造のような井戸型ではなく、バンドギャップに
傾斜をもたせた形状であってもよい。
Further, instead of the well type such as the band gap structure shown in FIG. 1 shown in the present invention, a shape having an inclined band gap may be used.

【0023】さらに本発明は単層型太陽電池に限られる
ものではなく、2層および3層積層型太陽電池に対して
も適用可能である。
Further, the present invention is not limited to a single-layer solar cell, but is also applicable to two-layer and three-layer solar cells.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように本発明により太陽電池の効
率および信頼性を向上することができる。
As described above, according to the present invention, the efficiency and reliability of a solar cell can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明実施例の非晶質太陽電池の素子構造を説
明する構造概略図である。
FIG. 1 is a schematic structural diagram illustrating an element structure of an amorphous solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明実施例の非晶質太陽電池のバンドギャッ
プ構造を説明する概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a band gap structure of an amorphous solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図3】従来の非晶質太陽電池のバンドギャップ構造を
説明する概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a band gap structure of a conventional amorphous solar cell.

【図4】本発明実施例の非晶質太陽電池の初期特性およ
び光劣化後の特性を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating initial characteristics and characteristics after light degradation of an amorphous solar cell according to an example of the present invention.

【図5】バンドギャップ最小部分の位置と素子特性との
相関を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a correlation between a position of a minimum band gap portion and element characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステンレス基板 2 Ti層 3 Ag層 4 ZnO層 5 アモルファスシリコンn層 6 アモルファスシリコンゲルマニュウムi層 7 高光吸収層 8 アモルファスシリコンカーボンp層 9 透明導電膜 10 金属集電極 11 i層膜厚 12 バンドギャップ極小部分 Reference Signs List 1 stainless steel substrate 2 Ti layer 3 Ag layer 4 ZnO layer 5 amorphous silicon n layer 6 amorphous silicon germanium i layer 7 high light absorption layer 8 amorphous silicon carbon p layer 9 transparent conductive film 10 metal collecting electrode 11 i layer thickness 12 band gap minimum part

フロントページの続き (72)発明者 山本 義宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 千田 純 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 野元 克彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−215083(JP,A) 特開 平3−208376(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04Continued on the front page (72) Inventor Yoshihiro Yamamoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Jun Junda 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi Osaka Prefecture Inside Sharp Corporation (72 ) Inventor Katsuhiko Nomoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (56) References JP-A-58-215083 (JP, A) JP-A-3-208376 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 31/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アモルファスシリコンおよびその合金材
料を主たる原料とし、i層にバンドギャッププロファイ
ルを設けた、pin構造を有する非晶質太陽電池におい
て、高光吸収層をp層側から80nm以内のi層中に設けたこ
とを特徴とする非晶質太陽電池。
An amorphous solar cell having a pin structure in which amorphous silicon and its alloy material are used as main raw materials and a band gap profile is provided in an i layer, wherein a high light absorption layer is formed in an i layer within 80 nm from the p layer side. An amorphous solar cell, provided therein.
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