JP2889728B2 - Photovoltaic device - Google Patents
Photovoltaic deviceInfo
- Publication number
- JP2889728B2 JP2889728B2 JP3094292A JP9429291A JP2889728B2 JP 2889728 B2 JP2889728 B2 JP 2889728B2 JP 3094292 A JP3094292 A JP 3094292A JP 9429291 A JP9429291 A JP 9429291A JP 2889728 B2 JP2889728 B2 JP 2889728B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- photovoltaic device
- substrate
- uneven shape
- optical band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 73
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 29
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 66
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、表面に凹凸形状を備え
た基板上に形成された半導体薄膜を使用する光起電力装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device using a semiconductor thin film formed on a substrate having an uneven surface.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、非晶質半導体や多結晶半導体など
の薄膜半導体を使用した光起電力装置の開発が活発に進
められている。特にこの非晶質半導体は、結晶系の半導
体と比較して大面積での形成が行い易く、又物性面でも
光に対する感度が大きいことなどがら広く利用されてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, photovoltaic devices using thin film semiconductors such as amorphous semiconductors and polycrystalline semiconductors have been actively developed. In particular, this amorphous semiconductor is widely used because it can be easily formed in a large area as compared with a crystalline semiconductor, and has high light sensitivity in terms of physical properties.
【0003】図4は、非晶質シリコンを使用した従来の
非晶質半導体による光起電力装置の素子構造図である。
図中の(41)は透光性の絶縁基板、(42)は透明導電膜から
なる透明電極で、この膜の表面には凹凸形状が備えられ
ている。(43)はp型の導電性半導体層、(44)は真性の非
晶質シリコンからなるバッファ層、(45)は真性の非晶質
半導体層、(46)はn型の導電性半導体層、(47)は金属膜
からなる裏面電極である。FIG. 4 is a diagram showing the element structure of a conventional amorphous semiconductor photovoltaic device using amorphous silicon.
In the figure, (41) is a light-transmitting insulating substrate, and (42) is a transparent electrode made of a transparent conductive film, and the surface of this film is provided with irregularities. (43) is a p-type conductive semiconductor layer, (44) is a buffer layer made of intrinsic amorphous silicon, (45) is an intrinsic amorphous semiconductor layer, and (46) is an n-type conductive semiconductor layer. And (47) are back electrodes made of a metal film.
【0004】この構造のうち、透明電極(42)に凹凸形状
を備える理由は、絶縁基板(41)側から入射した光をこ
の凹凸によって散乱させ真性非晶質半導体層(45)を通過
する光路長を長くすることにより、外部への光の放出を
減少させるためで、特に長波長光の吸収に有効である。In this structure, the reason why the transparent electrode (42) is provided with an uneven shape is that the light incident from the insulating substrate (41) side is scattered by the unevenness and passes through the intrinsic amorphous semiconductor layer (45). Increasing the length reduces emission of light to the outside, and is particularly effective for absorbing long-wavelength light.
【0005】この機能を有効に作用させるために、この
凹凸形状として、通常1000Å〜5000Å程度の高
さの凹凸が施されており、一般にこの効果は光閉じ込め
効果と称されている。以下でも前述した意味においてこ
の用語を使用するものとする。In order to make this function work effectively, irregularities having a height of about 1000 ° to 5000 ° are usually provided as the irregularities, and this effect is generally called an optical confinement effect. Hereinafter, this term will be used in the meaning described above.
【0006】又、p型の導電性半導体層(43)と真性非晶
質半導体層(45)との間に介在されているバッファ層(44)
は、このp型の導電性半導体層(43)から真性非晶質半導
体層(45)への、該導電性半導体層(43)に含有する導電型
決定不純物の拡散を防止するとともに、これら半導体間
でのキャリア再結合の低減を図るためのものである。A buffer layer (44) interposed between a p-type conductive semiconductor layer (43) and an intrinsic amorphous semiconductor layer (45).
Prevents diffusion of the conductivity-type determining impurities contained in the conductive semiconductor layer (43) from the p-type conductive semiconductor layer (43) to the intrinsic amorphous semiconductor layer (45), and This is intended to reduce carrier recombination between them.
【0007】これら構造はいずれも光起電力装置の光電
変換効率を向上させるために有効に寄与する。All of these structures effectively contribute to improving the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、透明電極に
具備せしめられたこの凹凸形状は、光閉じ込め効果に対
しては有効であるものの、その半面、薄膜半導体からな
る光起電力装置のp型の導電性半導体層は、通常100
Åオーダの薄膜を構成材料としているものであることか
ら、このような凹凸形状を有する表面に均一な薄膜を形
成することは困難で、膜厚のムラが発生する。However, although this uneven shape provided on the transparent electrode is effective for the light confinement effect, on the other hand, on the other hand, the p-type of the photovoltaic device made of a thin film semiconductor is used. The conductive semiconductor layer is usually 100
Since a thin film of the order Å is used as a constituent material, it is difficult to form a uniform thin film on a surface having such an uneven shape, and unevenness in film thickness occurs.
【0009】特に、非晶質シリコンで代表される非晶質
半導体は、熱CVD法などのような表面反応のみによる
形成法でない、プラズマCVD法やスパッタ法、さらに
は電子ビーム蒸着法などによって形成されることから特
に困難である。In particular, an amorphous semiconductor typified by amorphous silicon is formed by a plasma CVD method, a sputtering method, or an electron beam evaporation method instead of a forming method based only on a surface reaction such as a thermal CVD method. It is particularly difficult to be done.
【0010】図5は、この困難さを説明する一例とし
て、凹凸形状を有する透明電極(51)を備えた基板(52)上
に、平行平板電極型の高周波プラズマCVD法によって
非晶質シリコン(53)を形成した場合の膜形成状態を示し
ている。二つの放電電極(54)(55)は互いに平行となるよ
うに配置され、その一方の放電電極(54)にこの基板(52)
が設置されている。このプラズマCVD法によって形成
される膜は、通常その放電電極(54)に対して垂直となる
ような方向に向かって成長する。ところが、その基板の
表面に凹凸形状が具備されている場合にあっては、この
表面の垂直方向と、その放電電極に対して垂直方向とは
異なることとなることから、その膜の形成速度は、その
表面の傾きによって変化してしまう。FIG. 5 shows, as an example for explaining this difficulty, an amorphous silicon (RF) film formed on a substrate (52) having a transparent electrode (51) having an uneven shape by a parallel plate electrode type high-frequency plasma CVD method. 53 shows the state of film formation when 53) is formed. The two discharge electrodes (54) and (55) are arranged so as to be parallel to each other, and one of the discharge electrodes (54) is attached to the substrate (52).
Is installed. The film formed by the plasma CVD method usually grows in a direction perpendicular to the discharge electrode (54). However, when the surface of the substrate has an uneven shape, the vertical direction of the surface is different from the vertical direction of the discharge electrode. , Depending on the inclination of the surface.
【0011】一般にこの凹凸形状の表面と、この放電電
極(54)の表面の垂線とがなす角度(α)が小さくなる程、
その凹凸形状の表面の垂直方向の膜成長速度は遅くな
る。即ち、その角度が90度に近づく程、膜成長速度が
速くなる。In general, the smaller the angle (α) between the irregular surface and the perpendicular of the surface of the discharge electrode (54), the smaller the angle (α).
The film growth rate in the vertical direction on the surface of the uneven shape is reduced. That is, as the angle approaches 90 degrees, the film growth rate increases.
【0012】通常、プラズマCVD法による膜形成で
は、表面段差に対する膜のカバーの程度は良好であると
言われるものの、150Å以下の極薄い膜では不十分な
状態である。電子顕微鏡による測定によれば、α=45
度では、α=90度の場合と比較して、その膜厚は7割
程度しかないことが判っている。Usually, in the film formation by the plasma CVD method, it is said that the degree of covering of the film with respect to the surface step is good, but an extremely thin film of 150 ° or less is insufficient. According to the measurement by an electron microscope, α = 45
It is known that the film thickness is only about 70% as compared with the case where α = 90 degrees.
【0013】従来例の光起電力装置(図4)の場合、斯
様な膜厚のムラによる影響は、この装置の半導体接合を
構成する導電性半導体層(43) (46)及びバッファ層(44)
について顕著に現れる。何故なら、これらは、通常膜厚
が100Å程度に過ぎず、前記凹凸形状の1000〜5
000Åと比較して極めて薄いものであるからである。In the case of the conventional photovoltaic device (FIG. 4), the influence of such unevenness in film thickness is due to the conductive semiconductor layers (43) and (46) and the buffer layer (46) constituting the semiconductor junction of this device. 44)
Appears remarkably about. This is because these usually have a film thickness of only about 100 °, and have
This is because it is extremely thin compared to 000 °.
【0014】特に、前述した従来例光起電力装置の場合
では、膜厚が薄く、且つその凹凸形状を有する表面に直
接被着形成されるp型の導電性半導体層(43)において、
特にその膜厚のムラが発生し易い。In particular, in the case of the above-described conventional photovoltaic device, the p-type conductive semiconductor layer (43) having a small film thickness and directly formed on the surface having the irregularities has the following problems.
In particular, unevenness in the film thickness tends to occur.
【0015】このため、光起電力装置では、従来開放電
圧の低下という特性不良が生じる。この問題について
は、例えば Technical Digest of the International
PVSEC-5,Kyoto,Japan,1990 p.261〜264に記載されてい
る。尤も、これを補償する目的で、このp型の導電性半
導体層(43)の膜厚を厚く形成したとしても このp型の
導電性半導体層(43)による光の吸収が増加してしまい短
絡電流の低下が生じることとなり、根本的な解決になら
ない。[0015] For this reason, in the photovoltaic device, a characteristic defect such as a decrease in the open circuit voltage conventionally occurs. Regarding this issue, for example, the Technical Digest of the International
PVSEC-5, Kyoto, Japan, 1990, pp. 261-264. However, even if the thickness of the p-type conductive semiconductor layer (43) is increased for the purpose of compensating for this, light absorption by the p-type conductive semiconductor layer (43) increases and a short circuit occurs. This results in a decrease in the current, which is not a fundamental solution.
【0016】そこで、本発明光起電力装置は、斯様な凹
凸形状を有する場合の不都合を解消し得る光起電力装置
を提供するものである。Therefore, the photovoltaic device of the present invention is to provide a photovoltaic device which can eliminate the inconvenience of having such an uneven shape.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明光起電力装置の特
徴とするところは、表面に凹凸形状を備えた基板上、又
は、表面に凹凸形状を備えた透明電極を有する基板上に
形成された導電性半導体層及びまたはバッファ用半導体
層が2種類の相異なる光学的禁止帯幅を有する半導体薄
膜による超格子構造からなるとともに、その光学的禁止
帯幅の小さい前記半導体薄膜の膜厚が、前記凹凸形状の
表面上で局所的に変化していることを特徴としたことに
ある。The feature of the photovoltaic device of the present invention is that it is formed on a substrate having a surface having an uneven shape or a substrate having a transparent electrode having a surface having an uneven shape. The conductive semiconductor layer and / or the buffer semiconductor layer have a superlattice structure of semiconductor thin films having two different optical band gaps, and the thickness of the semiconductor thin film having a small optical band gap is: It is characterized in that it locally changes on the surface of the uneven shape.
【0018】[0018]
【作用】本発明では、超格子構造を使用したことによる
量子効果を利用するとともに、その製造方法としては、
前述した凹凸形状による膜厚ムラの発生を利用する。According to the present invention, the quantum effect caused by the use of the superlattice structure is utilized.
The generation of unevenness in film thickness due to the above-mentioned uneven shape is used.
【0019】この超格子構造とは、光学的禁止帯幅が異
なる2種の半導体を薄膜の状態で周期的に重畳形成され
た積層体の構造をいう。この様な積層体にあっては、そ
の光学的禁止帯幅の大きな半導体に挟まれた、該光学的
禁止帯幅の小さな半導体の膜厚が100Å程度以下と薄
くなると、一般に量子効果を呈することが確認されてい
る。通常、この光学的禁止帯幅の小さい方の半導体を井
戸層と称している。This superlattice structure refers to a laminated structure in which two kinds of semiconductors having different optical band gaps are periodically superimposed and formed in a thin film state. Such a laminate generally exhibits a quantum effect when the thickness of a semiconductor having a small optical band gap, which is sandwiched between semiconductors having a large optical band gap, is reduced to about 100 ° or less. Has been confirmed. Usually, the semiconductor having the smaller optical band gap is called a well layer.
【0020】この量子効果とは、その光学的禁止帯幅が
異なる半導体を周期的に重畳形成されたことにより、電
子及び正孔が、井戸層の光学的禁止帯幅の狭い部分に閉
じ込められ、実質的にこの積層体としての光学的禁止帯
幅が変化する現象で、特に、その井戸層の膜厚が薄くな
るほどその積層体としての光学的禁止帯幅が大きくなる
という特徴を有している。斯る技術的事項は、Japanese
Journal of AppliedPhysics Vol.26 No.1,January,198
7,pp.28〜32に詳細に記載されている。The quantum effect means that electrons and holes are confined in a narrow optical bandgap portion of a well layer due to the periodic superposition of semiconductors having different optical bandgap. This is a phenomenon in which the optical bandgap substantially changes as a laminate, and in particular, has a feature that the optical bandgap as the laminate increases as the thickness of the well layer decreases. . Such technical matters are
Journal of AppliedPhysics Vol.26 No.1, January, 198
7, pp. 28-32.
【0021】一方、その凹凸形状を具備した基板上に、
斯様な超格子構造を有する積層体を形成すると、前記角
度αの小さい部分、即ち表面の傾きが急峻な部分では、
前述したように各層の膜厚が薄くなることから、この部
分では局所的に量子効果による光学的禁止帯幅の増加が
顕著に起こる。On the other hand, on a substrate having the uneven shape,
When a laminate having such a superlattice structure is formed, at a portion where the angle α is small, that is, at a portion where the surface inclination is steep,
As described above, since the thickness of each layer is reduced, the optical band gap is significantly increased locally in this portion due to the quantum effect.
【0022】これに対して、角度αが90度に近くなる
と、形成される膜厚は、平坦な表面に形成されるのと同
程度となることから、量子効果による光学的禁止帯幅の
増加の程度は、その角度αの小さい部分に比べて少なく
なる。On the other hand, when the angle α is close to 90 degrees, the film thickness to be formed is almost the same as that formed on a flat surface, so that the optical band gap increases due to the quantum effect. Is smaller than the portion where the angle α is small.
【0023】即ち、その表面の傾きが急峻な部分につい
ては、この超格子構造による積層体を使用しなかったな
らば斯る部分での膜厚の薄さから局所的な開放電圧の低
下が発生するが、本発明による超格子構造によるとその
膜厚の薄さに基づく量子効果の作用により光学的禁止帯
幅の増加が生じ、光起電力装置としての開放電圧の増加
が成し得ることとなる。この光学的禁止帯幅の増加が光
起電力装置の開放電圧の増加として働く理由としては、
この増加によりこの光起電力装置内で発生した光キャリ
ア、特に電子の再結合等による損失を軽減することとな
るためと考えられている。That is, in a portion where the inclination of the surface is steep, if the laminate having the super lattice structure is not used, a local decrease in the open-circuit voltage occurs due to the thin film thickness in such a portion. However, according to the superlattice structure according to the present invention, the effect of the quantum effect based on the thinness of the film thickness causes an increase in the optical band gap, and the open voltage as a photovoltaic device can be increased. Become. The reason that the increase in the optical bandgap acts as an increase in the open-circuit voltage of the photovoltaic device is as follows.
It is considered that this increase reduces the loss due to the recombination of photocarriers, particularly electrons, generated in the photovoltaic device.
【0024】一方、その表面の傾きが急峻でない部分で
は、平坦な表面に膜が形成されるのと同程度の膜厚が得
られることから、従来の平坦な基板上に形成した場合の
光学的禁止帯幅しか得られないこととなる。On the other hand, in a portion where the inclination of the surface is not steep, a film thickness similar to that of a film formed on a flat surface can be obtained. Only the forbidden bandwidth can be obtained.
【0025】従って、表面の傾きのよって変動する光学
的禁止帯幅が、その量子効果の局所的な発生の程度の差
によって制御し得ることとなる。尚、この様な作用につ
いては、前記井戸層の膜厚が、その凹凸形状に沿って局
所的に変化しておればよい。Therefore, the optical bandgap that fluctuates due to the inclination of the surface can be controlled by the difference in the degree of local occurrence of the quantum effect. For such an effect, the thickness of the well layer may be locally changed along the uneven shape.
【0026】[0026]
【実施例】図1は、本発明光起電力装置の第1の実施例
の素子構造断面図である。同図の(1)は、ガラス、石英
などからなる透明絶縁性の基板、(2)はその表面にヘイ
ズ率20%の凹凸形状を備えた酸化錫、酸化インジュウ
ムなどからなる透明電極、(3)は本発明の特徴である超
格子構造を有するp型の導電性半導体層、(4)は非晶質
シリコンカーバイドからなるバッファ用半導体層、(5)
は非晶質シリコンからなる真性の半導体層、(6)はn型
の導電性半導体層、(7)はアルミニュームやチタン、あ
るいはクロムなどからなる裏面電極である。FIG. 1 is a sectional view showing the element structure of a first embodiment of the photovoltaic device of the present invention. In the figure, (1) is a transparent insulating substrate made of glass, quartz, or the like, (2) is a transparent electrode made of tin oxide, indium oxide, or the like having a surface with an uneven shape having a haze ratio of 20%, ) Is a p-type conductive semiconductor layer having a superlattice structure which is a feature of the present invention, (4) is a buffer semiconductor layer made of amorphous silicon carbide, (5)
Is an intrinsic semiconductor layer made of amorphous silicon, (6) is an n-type conductive semiconductor layer, and (7) is a back electrode made of aluminum, titanium, chromium, or the like.
【0027】p型の導電性半導体層(3)以外は従来周知
のものである。このp型の導電性半導体層(3)は、カー
バイドを含有した非晶質シリコンp1と、それを含有し
ない非晶質シリコンp2との2つの半導体層を交互に積
層した超格子構造からなるとともに、これら半導体層は
いずれもがp型半導体層と成るようにボロンが添加され
ている。この2つの半導体層p1,p2の形成条件及び
光学的禁止帯幅については、表1に示す。但し、同表の
光学的禁止帯幅は、平坦な基板上に形成した場合の値を
示し、いずれも単一の層の状態で測定したものである。The components other than the p-type conductive semiconductor layer (3) are conventionally known. The p-type conductive semiconductor layer (3) has a superlattice structure in which two semiconductor layers of amorphous silicon p1 containing carbide and amorphous silicon p2 not containing it are alternately stacked. In each of these semiconductor layers, boron is added so as to form a p-type semiconductor layer. Table 1 shows the conditions for forming the two semiconductor layers p1 and p2 and the optical bandgap. However, the optical bandgap shown in the same table shows a value when formed on a flat substrate, and all are measured in a single layer state.
【0028】[0028]
【表1】 [Table 1]
【0029】また、同表には、以下の説明で使用する半
導体層の形成条件等についても同時に示している。The table also shows conditions for forming the semiconductor layers used in the following description.
【0030】実施例で使用する超格子構造は、表1に示
されたp1及びp2をそれぞれ20Åの膜厚に保った状
態で交互に5層(基板側からp1,p2,p1,p2,
p1)を積層形成したもので、この積層体自体の平坦な
基板上に形成した場合の光学的禁止帯幅は、2.0eV
である。The superlattice structure used in the embodiment is composed of five layers (p1, p2, p1, p2, p2,
p1) is formed by lamination, and the optical band gap when this lamination is formed on a flat substrate is 2.0 eV.
It is.
【0031】因みに、この積層体が凹凸形状の部分で生
じる薄膜状態となった場合を想定して、各層の膜厚が1
4Åと薄くした場合での積層体について評価した結果、
その光学的禁止帯幅は、先の2.0eVよりも大きく
2.1eVの値が得られた。By the way, assuming that the laminated body is in a thin film state formed in the uneven portion, the thickness of each layer is 1
As a result of evaluating the laminate when the thickness was reduced to 4 mm,
The optical band gap was larger than 2.0 eV, and a value of 2.1 eV was obtained.
【0032】その他の層の膜厚は、バッファ層(4)が1
00Å、真性の半導体層(5)が4000Å、n型の半導
体層(6)が300Åで、それぞれ表1に示すb3,iそ
してn層の条件で形成した。The thickness of the other layers is 1 in the buffer layer (4).
The film was formed under the conditions of 00 °, the intrinsic semiconductor layer (5) was 4000 °, and the n-type semiconductor layer (6) was 300 °, with b3, i and n layers shown in Table 1, respectively.
【0033】本例の光起電力装置の光起電力特性を表2
に示す。同表には、比較のために、超格子構造によらな
い導電性半導体層を使用したことのみを異にする光起電
力装置の特性についても示している。この従来の光起電
力装置では、p型の導電性半導体層を表1に示すp3の
層(100Å)を1層だけを使用するとともに、さらに
光学的禁止帯幅が本例の積層体と同じ値、即ち2.0e
Vとなるように形成した。Table 2 shows the photovoltaic characteristics of the photovoltaic device of this example.
Shown in The table also shows, for comparison, the characteristics of the photovoltaic device that differs only in that a conductive semiconductor layer that does not depend on the superlattice structure is used. In this conventional photovoltaic device, the p-type conductive semiconductor layer uses only one p3 layer (100 °) shown in Table 1 and has the same optical band gap as that of the laminate of this example. Value, ie 2.0e
V was formed.
【0034】[0034]
【表2】 [Table 2]
【0035】表2から明らかなように、本例の場合の方
が、開放電圧の点で著しく向上しており、超格子構造の
効果が十分現れていることが判る。As is clear from Table 2, in the case of this example, the open-circuit voltage is remarkably improved, and the effect of the superlattice structure is sufficiently exhibited.
【0036】又、本発明者による実験によれば、平坦な
透明電極上に実施例における超格子構造からなる導電性
半導体層を備えた光起電力装置と、その超格子構造を備
えたこの導電性半導体層と同一の光学的禁止帯幅の値を
有した単一の層からなる導電性半導体層を使用した従来
例光起電力装置との特性をも比較したが、その差は殆ど
なく、本発明の効果が凹凸形状を具備した基板によって
のみ十分な効果を呈するものであることが判った。According to an experiment conducted by the present inventor, a photovoltaic device including a conductive semiconductor layer having a superlattice structure according to the embodiment on a flat transparent electrode, and a photovoltaic device including the superlattice structure, The characteristics of a conventional photovoltaic device using a conductive semiconductor layer composed of a single layer having the same optical band gap value as the conductive semiconductor layer were also compared, but the difference was little. It has been found that the effect of the present invention can exhibit a sufficient effect only by the substrate having the uneven shape.
【0037】次に、第2の実施例光起電力装置を図2に
沿って説明する。同図の符号は、図1と共通する部分に
は同符号を付している。本例と第1の実施例との差異
は、導電性半導体層(23)として、表1のp3の一層
(150Å)を使用し超格子構造としていないのに対し
て、バッファ用半導体層(24)を、表1のb1及びb2
をそれぞれ20Åの膜厚を保った状態で交互に5層(基
板側からb1,b2,b1,b2,b1)積層形成した
超格子構造としていることにある。Next, a photovoltaic device according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that, while the conductive semiconductor layer (23) uses one layer of p3 (150 °) in Table 1 and does not have a superlattice structure, the buffer semiconductor layer (24 ) To b1 and b2 in Table 1.
Have a superlattice structure in which five layers (b1, b2, b1, b2, b1 from the substrate side) are alternately formed while maintaining a film thickness of 20 °.
【0038】本例光起電力装置の光起電力特性を表3に
示す。同表には比較のために、バッファ用半導体層を超
格子構造としない単層を使用した場合の特性についても
示している。この単層としては、表1に記載のb3層
(100Å)を使用した。尚、このb3層の光学的禁止
帯幅は、平坦な基板上に形成した場合の超格子構造を備
えたバッファ用半導体層(24)と同一の値となるように設
計している。Table 3 shows the photovoltaic characteristics of the photovoltaic device of this example. The table also shows, for comparison, the characteristics when a single layer without a superlattice structure is used for the buffer semiconductor layer. As this single layer, a b3 layer (100 °) shown in Table 1 was used. The optical band gap of the b3 layer is designed to have the same value as that of the buffer semiconductor layer (24) having a superlattice structure when formed on a flat substrate.
【0039】[0039]
【表3】 [Table 3]
【0040】表3によれば、本例光起電力装置の特性
は、第1の実施例と同様に開放電圧の向上が確認でき
る。According to Table 3, the characteristics of the photovoltaic device of this example show an improvement in the open-circuit voltage as in the first embodiment.
【0041】次に、本発明光起電力装置の第3の実施例
を図3に示す。本例は、導電性半導体層(3)とバッファ
用半導体層(24)のいずれについても超格子構造を採用し
たものである。これら特徴となる2層の形成条件は、第
1及び第2の実施例のそれと同様にしている。Next, a third embodiment of the photovoltaic device of the present invention is shown in FIG. In this example, both the conductive semiconductor layer (3) and the buffer semiconductor layer (24) adopt a super lattice structure. The conditions for forming these two layers are the same as those in the first and second embodiments.
【0042】本例の光起電力特性を表4に示す。同表か
ら判るように表2に示した第1の実施例の場合と比較し
て開放電圧が高く、一方表3に示した第2の実施例と比
較して短絡電流の増加が確認できる。これは、第1の実
施例では、バッファ用半導体層の膜厚にムラが生じ、こ
れの影響により開放電圧の低下が生じたためと考えられ
る。Table 4 shows the photovoltaic characteristics of this example. As can be seen from the table, the open circuit voltage is higher than in the case of the first embodiment shown in Table 2, while the increase in short-circuit current can be confirmed as compared with the second embodiment shown in Table 3. This is considered to be because in the first embodiment, the thickness of the buffer semiconductor layer was uneven, and the open-circuit voltage was reduced due to the unevenness.
【0043】[0043]
【表4】 [Table 4]
【0044】また、本発明で使用する超格子構造では、
井戸層となる半導体薄膜が、その凹凸形状の表面で局所
的に膜厚が変化することによって有効に特性の向上が図
れる。なぜなら、この井戸層である光学的禁止帯幅の小
さな半導体薄膜が、その凹凸形状に起因して薄い膜が形
成されることによって量子効果が顕著に現れることにな
るからである。In the superlattice structure used in the present invention,
The characteristics can be effectively improved by locally changing the film thickness of the semiconductor thin film serving as the well layer on the uneven surface. This is because the quantum effect is remarkably exhibited when the semiconductor thin film having a small optical band gap, which is the well layer, is formed as a thin film due to its uneven shape.
【0045】また、実施例では、超格子構造を構成する
半導体層として、カーバイドを含有した非晶質シリコン
とそれを含有しない非晶質シリコンを使用して形成した
が、これに限られず、例えば非晶質シリコンゲルマニュ
ームや非晶質シリコンナイトライドなどの光学的禁止帯
幅の異なるものとを組合わせることによって、種々の超
格子構造を形成することができる。In the embodiment, the semiconductor layer constituting the superlattice structure is formed by using amorphous silicon containing carbide and amorphous silicon not containing it. However, the present invention is not limited to this. Various superlattice structures can be formed by combining amorphous silicon germanium and amorphous silicon nitride having different optical band gaps.
【0046】基板に備える凹凸形状は、前述したいずれ
の実施例でも透明電極が有する凹凸形状を利用して形成
していたが、本発明で利用する凹凸形状を備えた基板は
これに限られるものではない。例えば、石英やガラス、
セラミックス等の基板自体の表面を凹凸形状としたもの
を使用してもよい。この場合、この凹凸形状の製作方法
としては、物理的な研磨あるいは化学的なエッチングで
行えばよい。Although the uneven shape provided on the substrate is formed by using the uneven shape of the transparent electrode in any of the above-described embodiments, the substrate provided with the uneven shape used in the present invention is not limited to this. is not. For example, quartz or glass,
A substrate having an uneven surface such as a ceramic substrate may be used. In this case, as a method for manufacturing the uneven shape, physical polishing or chemical etching may be performed.
【0047】[0047]
【発明の効果】本発明光起電力装置によれば、開放電圧
等の向上に基ずく良好な光起電力特性が得られる。According to the photovoltaic device of the present invention, good photovoltaic characteristics can be obtained based on the improvement of the open circuit voltage and the like.
【0048】また、本発明では超格子構造を形成するた
めの薄膜形成が、基板の凹凸形状を利用するものである
ことから、再現性のよい素子形成が可能である。Further, in the present invention, since the formation of the thin film for forming the superlattice structure utilizes the uneven shape of the substrate, it is possible to form the element with good reproducibility.
【0049】さらに、本発明の構造によればその凹凸形
状とする方法が、基板自体によるもの、或るいは基板上
に形成された透明電極等によって具備せしめるものであ
ってもよいことから、素子設計にあってはその自由度が
大きい。Further, according to the structure of the present invention, the method of forming the concavo-convex shape may be based on the substrate itself, or may be provided by a transparent electrode or the like formed on the substrate. The degree of freedom is great in designing.
【図1】本発明光起電力装置の第1の実施例を説明する
素子構造断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an element structure for explaining a first embodiment of a photovoltaic device of the present invention.
【図2】前記光起電力装置の第2の実施例を説明する素
子構造断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an element structure for explaining a second embodiment of the photovoltaic device.
【図3】前記光起電力装置の第3の実施例を説明する素
子構造断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an element structure for explaining a third embodiment of the photovoltaic device.
【図4】従来の光起電力装置の素子構造断面図である。FIG. 4 is a sectional view of an element structure of a conventional photovoltaic device.
【図5】凹凸形状を有する基板上に非晶質シリコンを形
成した場合の膜形成状態を示す模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a film formation state when amorphous silicon is formed on a substrate having an uneven shape.
1──基板 3──導電性半導体層 4──バッファ用半導体層 5──真性の半導体層 1 substrate 3 conductive semiconductor layer 4 buffer semiconductor layer 5 intrinsic semiconductor layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−29374(JP,A) 特開 昭62−209872(JP,A) 特開 昭61−218178(JP,A) 特開 平3−38068(JP,A) 特開 昭63−318170(JP,A) 特開 昭63−2385(JP,A) 特開 昭62−181476(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-29374 (JP, A) JP-A-62-29872 (JP, A) JP-A-61-218178 (JP, A) JP-A-3-29374 38068 (JP, A) JP-A-63-318170 (JP, A) JP-A-63-2385 (JP, A) JP-A-62-181476 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 6 , DB name) H01L 31/04
Claims (2)
る基板上に形成された導電性半導体層及びまたはバッフ
ァ用半導体層が2種類の相異なる光学的禁止帯幅を有す
る半導体薄膜による超格子構造からなるとともに、その
光学的禁止帯幅の小さい前記半導体薄膜の膜厚が、前記
凹凸形状の表面上で局所的に変化していることを特徴と
する光起電力装置。1. A superlattice comprising a semiconductor thin film in which a conductive semiconductor layer and / or a buffer semiconductor layer formed on a substrate having a transparent electrode having an uneven surface has two different optical band gaps. A photovoltaic device having a structure, wherein the thickness of the semiconductor thin film having a small optical band gap locally changes on the surface of the uneven shape.
れた導電性半導体層及びまたはバッファ用半導体層が2
種類の相異なる光学的禁止帯幅を有する半導体薄膜によ
る超格子構造からなるとともに、その光学的禁止帯幅の
小さい前記半導体薄膜の膜厚が、前記凹凸形状の表面上
で局所的に変化していることを特徴とする光起電力装
置。2. The method according to claim 1, wherein the conductive semiconductor layer and / or the buffer semiconductor layer formed on the substrate having an uneven surface has two or more conductive semiconductor layers.
Along with a superlattice structure of semiconductor thin films having different types of optical band gaps, the film thickness of the semiconductor thin film having a small optical band gap locally changes on the surface of the uneven shape. A photovoltaic device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094292A JP2889728B2 (en) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | Photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094292A JP2889728B2 (en) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | Photovoltaic device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324685A JPH04324685A (en) | 1992-11-13 |
| JP2889728B2 true JP2889728B2 (en) | 1999-05-10 |
Family
ID=14106188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094292A Expired - Fee Related JP2889728B2 (en) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | Photovoltaic device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2889728B2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002033497A (en) * | 2000-07-14 | 2002-01-31 | Nihon University | Solar cells and solar panels |
| JP2004335734A (en) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Thin film solar cell |
| JP2004335733A (en) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Thin film solar cell |
| US8957300B2 (en) | 2004-02-20 | 2015-02-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Substrate for photoelectric conversion device, photoelectric conversion device, and stacked photoelectric conversion device |
| JP5109230B2 (en) * | 2005-02-23 | 2012-12-26 | 凸版印刷株式会社 | Non-single crystal solar cell manufacturing method |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP3094292A patent/JP2889728B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04324685A (en) | 1992-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5213628A (en) | Photovoltaic device | |
| US5401336A (en) | Photovoltaic device | |
| US5370747A (en) | Photovoltaic device | |
| US6459034B2 (en) | Multi-junction solar cell | |
| US5705828A (en) | Photovoltaic device | |
| JP3046965B1 (en) | Manufacturing method of amorphous silicon-based thin film photoelectric conversion device | |
| EP1113505A2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US6362097B1 (en) | Collimated sputtering of semiconductor and other films | |
| US5562781A (en) | Amorphous, hydrogenated carbon (a-C:H) photovoltaic cell | |
| US4781765A (en) | Photovoltaic device | |
| US4721535A (en) | Solar cell | |
| US5291036A (en) | Amorphous silicon sensor | |
| JPH11112011A (en) | Method for manufacturing photovoltaic element | |
| JP2001217440A (en) | Hybrid thin-film photoelectric conversion device and translucent laminate used for the device | |
| JP2889728B2 (en) | Photovoltaic device | |
| JP2614561B2 (en) | Photovoltaic element | |
| JP4243046B2 (en) | Photovoltaic element | |
| JPH05275725A (en) | Photovoltaic device and its manufacture | |
| JPH0424878B2 (en) | ||
| EP1515373A2 (en) | Photovoltaic apparatus | |
| JP3197674B2 (en) | Photovoltaic device | |
| JP2001284619A (en) | Phtovoltaic device | |
| JPS6152992B2 (en) | ||
| JP3291435B2 (en) | Photovoltaic element | |
| JP3358164B2 (en) | Method for manufacturing photovoltaic device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |