DE3244626C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein fotovoltaisches Halbleiter­ element, im folgenden auch Fotoelement genannt, des pin-Typs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Halbleiterelement ist aus der US-PS 42 26 898 bekannt. Dabei dient das Fluor in dem amorphen Halbleiterkörper zur Herabsetzung der Anzahl der lokalisierten Zustände in der Energielücke.
Darüber hinaus ist eine Solarzelle mit folgendem Schichtenaufbau bekannt:
  • 1. Auf einem Substrat ist eine dotierte Halbleiterlegierungs­ schicht eines ersten Leitfähigkeitstypus abgeschieden,
  • 2. auf dieser ist ein eigenleitender amorpher Halbleiter­ körper abgeschieden, der
    • a) eine erste in Nachbarschaft zur ersten dotierten Halbleiterlegierungsschicht angeordnete eigenleitende Schicht und in Nachbarschaft zu dieser
    • b) eine zweite eigenleitende Halbleiterschicht aufweist,
  • 3. auf dem eigenleitenden Halbleiterkörper ist eine zweite dotierte Halbleiterlegierungsschicht abgeschieden, welche einen zum Leitfähigkeitstypus der ersten dotierten Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstypus besitzt.
Darüber hinaus ist es bekannt (IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. ED-27, 1980, Seiten 662-670), amorphes Halbleitermaterial auf Siliziumbasis mit Fluor und Wasserstoff zu dotieren, um durch sehr sorgfältige Bemessung der jeweiligen Dotierung den Bandabstand einzustellen.
Amorphe Siliziumlegierungen, die Fluor entweder allein oder mit Wasserstoff enthalten, haben zwar wesentlich verbesserte Charakteristiken für die Anwendung als Fotoelemente im Vergleich zu amorphen Siliziumlegierungen gezeigt, die als die Zustandsdichte verringerndes Element nur Wasserstoff enthalten. Es wurde jedoch beobachtet, daß bei der Abscheidung von fluorhaltigen amorphen Siliziumle­ gierungen auf dotierte amorphe Siliziumlegierungsschichten, z. B. durch die Glimmentladungs-Abscheidung von Siliziumte­ trafluorid und Wasserstoff, geringe Mengen des Materials einschließlich des Dotierstoffs der vorher abgeschiedenen dotierten Schicht entfernt und mit der neuen Legierungs­ schicht wieder abgeschieden werden können. Dies kann zur Bildung einer relativ dünnen Materialzone zwischen der dotierten Schicht und der eigenleitenden Schicht mit einer Mehrzahl Phasen, möglichen Potentialgefällen und einer hohen Zustandsdichte führen, wodurch die elektrischen und Licht­ empfindlichkeits-Eigenschaften der Sperrschicht-Fotoelemen­ te, in denen sie verwendet werden, nachteilig beeinflußt werden können. Es wird angenommen, daß die Ausgangsmateria­ lien für die Silizium-Fluor-Legierung bei der Zersetzung im Glimmentladungs-Plasma zu Ätzmitteln für die vorher abge­ schiedene Schicht werden und kleine Mengen des Materials durch Ätzen abtragen. Dieses Ätzen dauert nur sehr kurze Zeit, bis eine im wesentlichen reine amorphe Silizium-Fluor- Legierung abgeschieden zu werden beginnt, was in der relativ dünnen Zone schädlichen Materials zwischen den beiden Schichten resultiert.
Diese Vorgänge erlangen eine besondere Bedeutung bei der Fertigung von Fotoelementen mit pin-Konfigura­ tion. Solche Fotoelemente verlangen die Abscheidung einer ersten dotierten Schicht, gefolgt von der Abscheidung einer eigenleitenden Schicht. Wenn die überlegenen Charakteristi­ ken amorpher Silizium-Fluor-Legierungen wirklich vollständig erzielt werden sollen, müssen die amorphen eigenleitenden Silizium-Fluor-Wasserstoff-Legierungen ohne Abtragung und erneute Abscheidung des Materials der dotierten Schicht abge­ schieden werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte fotovoltaische Halbleiterelement im Hinblick auf Wirkungsgrad und Kurzschlußstrom zu verbessern.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteran­ sprüchen sind weitere Ausgestaltungen beansprucht.
Mit Hilfe der Erfindung sind sämtliche Vorteile amorpher Silizium- Fluor-Legierungen in einem Sperrschicht-Fotoelement vom pin-Typ realisierbar, ohne daß zwischen der ersten dotierten Schicht und der eigenleitenden Schicht eine schädliche Zone gebildet wird. Ferner können die Fotoelemente nach der Erfindung auch bei Vielfach-Zellenstrukturen mit einer Mehrzahl von Einzelzelleneinheiten vorteilhaft genutzt werden. Ferner sind Bandabstände der eigenleitenden und der dotierten Schichten zur Maximierung ihrer Lichtempfindlichkeitseigenschaften einstellbar.
Bevorzugt enthält die zweite eigenleitende Schicht Silizium und Fluor sowie Wasserstoff.
Die Dicken der ersten und der zweiten eigenleitenden Schicht werden bevorzugt so eingestellt, daß sie an deren jeweiligen Potentialabfälle angepaßt sind; dabei ist die erste eigen­ leitende Schicht im Vergleich zur zweiten eigenleitenden Schicht relativ dünn. Somit wird die Mehrzahl der lichterzeugten Elektron- Loch-Paare in der bevorzugten amorphen Silizium-Fluor-Wasserstoff- Legierung gebildet.
Der Kurzschlußstrom wird weiter dadurch erhöht, daß durch die Glimmentladungs-Zersetzung von Silan ohne Bandabstand-Einstell­ elemente abgeschiedene amorphe Siliziumlegierungen einen schmaleren Bandabstand als amorphe Silizium-Fluor-Legierungen aufweisen, die ohne Bandabstand-Einstellelemente abgeschieden wurden. Somit hat die erste eigenleitende Schicht einen kleineren Bandabstand als die zweite eigenleitende Schicht. Auch können den Legierungen Bandabstand-Einstellelemente zugefügt werden, um die Bandabstände jeder Legierungsschicht einzustellen oder den Bandabstand des gesamten eigenleitenden Körpers so abzustufen, daß der Kurzschlußstrom weiter erhöht wird. Z. B. können dem eigen­ leitenden Legierungskörper während der Abscheidung in aus der US-PS 42 26 898 bekannter Weise den Bandabstand verkleinernde Elemente wie Germanium, Zinn oder Blei und den Bandabstand vergrößernde Elemente wie Kohlen­ stoff oder Stickstoff zugefügt werden.
Die Fotoelemente nach der Erfindung können ferner bei Vielzellen-Fotoelementen, z. B. Tandem-Zellen, eingesetzt werden. Da der Bandabstand der eigenleitenden Schichten einstellbar ist, kann auch hier die Stromerzeugungs-Kapazität jeder Zelle für einen bestimm­ ten verschiedenen Teil des Sonnenlichtspektrums maximiert werden. Somit können auch Vielfachzellen zur Erzeugung von erhöhtem Kurzschlußstrom unter Anwendung der eigenleitenden amorphen Siliziumlegierungen hergestellt werden, ohne daß zwischen der ersten dotierten Schicht und dem eigenleitenden Körper eine schädliche Zone gebildet wird.
p- oder n-Legierungen mit breitem Bandabstand können für die dotierten Schichten eingesetzt werden, und es kann auch ein Rückreflektor vorgesehen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines pin-Fotoelements;
Fig. 2 eine Grafik, die den Potentialverlauf im Raumla­ dungsbereich amorpher Silizium-Wasserstoff- und amorpher Silizium-Fluor-Legierungen zeigt, die zur Einstellung der Dicken der ersten und der zweiten eigenleitenden Schicht zwecks Anpassung ihrer jeweiligen Potentialabfälle einsetzbar sind;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels eines pin-Fotoelements;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels eines pin-Fotoelements mit einem Körper eigenleitender Legierungen, der drei eigenleitende Schichten aufweist; und
Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels einer Vielfach-Solarzelle, die eine Mehrzahl pin-Fotoelemente in Tandem-Konfiguration umfaßt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen pin-Fotoelemente kann die aus der US-PS 42 26 898 bekannte Glimmentladungs-Abscheidungseinrichtung verwendet werden.
Fig. 1 zeigt im Schnitt ein pin-Fotoelement 80, das gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist. Das Fotoelement 80 umfaßt ein Substrat 82, das Glas oder ein biegsames Band aus rostfreiem Stahl oder Aluminium sein kann. Das Substrat 82 hat erwünschte Länge und Breite und eine Dicke von 76,2 µm. Auf das Substrat 82 ist ein Isolierfilm 84 mit einem konventionellen Verfahren wie chemische Abscheidung, Aufdampfen oder Anodisieren im Fall eines Aluminiumsubstrats abgeschieden. Der Film 84, der im Ausführungsbeispiel 5 µm dick ist, kann aus einem Metalloxid bestehen. Im Fall eines Aluminiumsubstrats ist er bevorzugt Aluminiumoxid (Al₂O₃) und im Fall eines Substrats aus rostfreiem Stahl ist er Siliziumdioxid (SiO₂) oder ein anderes geeignetes Glas.
Eine Elektrode 86 ist als eine oder mehrere Schichten auf dem Film 84 abgeschieden und bildet eine Basiselektrode für die Zelle 80. Die Elektrodenschicht bzw. -schichten 86 sind durch Aufdampfen abgeschieden, da dies ein relativ schnelles Abscheidungsverfahren ist. Die Elektrodenschichten sind reflektierende Metallelektroden aus Silber, Molybdän, Aluminium, Chrom, Kupfer oder rostfreiem Stahl, Die reflek­ tierende Elektrode wird bevorzugt, da in einer Solarzelle nichtabsorbiertes Licht, das das Fotoelement durchsetzt, von den Elektrodenschichten 86 reflektiert und von dort wiederum durch das Fotoelement geleitet wird, das dabei mehr Licht­ energie absorbiert, was den Wirkungsgrad des Fotoelements erhöht.
Das Substrat 82 wird dann in die Glimmentladungs-Umgebung eingebracht. Eine erste dotierte amorphe Siliziumlegierungs­ schicht 88 wird auf das Substrat abgeschieden. Die Schicht 88 umfaßt eine p+-Zone 88 a und eine p-Zone 88 b. Die p+-Zone ist so dünn wie möglich im Bereich von 5-15 nm, was ausreicht, um die p+-Zone in guten ohmschen Kontakt mit der Elektrode 86 zu bringen. Die p-Zone 88 b ist 5-50 nm dick und dient der Herstellung eines Potentialgefälles durch das Fotoelement, um dadurch die Aufnahme von lichtinduzier­ ten Elektron-Loch-Paaren als elektrischer Strom zu erleich­ tern.
Ein Körper 90 aus einer eigenleitenden amorphen Siliziumle­ gierung wird anschließend auf die erste dotierte Schicht 88 abgeschieden. Der eigenleitende Körper 90 umfaßt eine erste Schicht 90 a angrenzend an die erste dotierte Schicht 88 und eine zweite Schicht 90 b. Die erste eigenleitende Schicht 90 a ist relativ dünn in der Größenordnung von 50 nm und wird aus einem nichtätzenden Ausgangsmaterial wie Silangas (SiH₄) abgeschieden. Die zweite eigenleitende Schicht 90 b ist relativ dick in der Größenordnung von 450 nm und wird aus Siliziumtetrafluorid und Wasserstoff und/oder Silan abgeschieden. Durch die Anwesenheit der ersten eigenleiten­ den Schicht werden die vom Siliziumtetrafluorid dissoziier­ ten Plasmaspezies nicht dem vorher abgeschiedenen dotierten Material ausgesetzt und somit nicht abgeätzt und wieder abgeschieden. Der Übergang zwischen der ersten dotierten Schicht 88 und dem eigenleitenden Körper weist daher keinen schmalen Bereich schädlichen Materials mit hoher Zustands­ dichte, Potentialgefällen oder Mischphasen auf. Der größte Teil des eigenleitenden Körpers enthält jedoch die amorphe Siliziumlegierung, die mit Fluor kompensiert ist und in der die Mehrzahl der Elektron-Loch-Paare erzeugt wird. Somit wird der Kurzschlußstrom des Fotoelements durch die Kombinationseffekte des scharfen Übergangs zwischen der ersten dotierten Schicht 88 und dem eigenleitenden Körper 90 sowie die Tatsache, daß der Defektelektronen erzeugende Teil hauptsächlich eine amorphe Silizium-Fluor-Legierung ist, gesteigert.
Angrenzend an die zweite eigenleitende Schicht 90 b ist auf dem eigenleitenden Körper 90 eine weitere dotierte Schicht 92 abgeschieden, die in bezug auf die erste dotierte Schicht 88 von entgegengesetzter Leitfähigkeit ist. Sie umfaßt eine n-Leitfähigkeitszone 92 a und eine n+-Leitfähigkeitszone 92 b. Die n-Zone 92 a ist mit einer Dicke zwischen 5 und 50 nm abgeschieden. Die n+-Zone 92 b ist als Kontaktschicht mit einer Dicke zwischen 5 und 15 nm abgeschieden.
Dann wird eine lichtdurchlässige leitfähige Oxidschicht 94 auf die weitere dotierte Schicht 92 abgeschieden. Die Oxidschicht 94 kann durch Aufdampfen abgeschieden sein und kann Indiumzinnoxid (ITO), Cadmiumstannat (Cd₂SnO₄) oder dotiertes Zinnoxid (SnO₂) sein.
Auf die Oberfläche der lichtdurchlässigen leitfähigen Oxidschicht 94 ist eine Gitterelektrode 96 aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit abgeschieden. Das Gitter kann zueinander orthogonale Linien aus leitfähigem Werkstoff aufweisen, die nur einen geringen Teil der Fläche der metallischen Schicht einnehmen, so daß die übrige Fläche der Sonnenenergie ausgesetzt ist. Im Ausführungsbeispiel nimmt das Gitter 96 nur ca. 5-10 % der Gesamtfläche der metallischen Schicht 94 ein. Die Gitterelektrode 96 nimmt gleichmäßig Strom aus der lichtdurchlässigen leitfähigen Oxidschicht 94 auf und gewährleistet einen guten niedrigen Serienwiderstand für das Fotoelement.
Zur Vervollständigung des Fotoelements 80 ist über die Gitterelektrode 96 und die Flächenbereiche der Oxidschicht 94 zwischen den Gitterelektrodenflächen eine Antireflex­ schicht 98 aufgebracht. Die Antireflexschicht 98 hat eine Oberfläche 100, auf die die Sonnenstrahlen einfallen. Die Antireflexschicht 98 hat eine Dicke in der Größenord­ nung der Wellenlänge des maximalen Energiepunkts des Solar­ strahlenspektrums, dividiert durch die vierfache Brechzahl der Antireflexschicht 98. Eine geeignete Antireflex­ schicht 98 ist Zirkonoxid mit einer Dicke von ca. 500 Å und einer Brechzahl 2,1.
Der Kurzschlußstrom des Fotoelements wird ebenfalls erhöht, da die erste und die zweite eigenleitende Schicht 90 a und 90 b unterschiedliche Bandabstände aufweisen. Der Bandabstand der Schicht 90 a, die eine amorphe Silizium-Wasserstoff-Le­ gierung ist, beträgt ca. 1,6-1,7 eV, wogegen der Bandabstand der Schicht 90 b, die eine amorphe Silizium-Fluor-Legierung ist, ca. 1,7-1,8 eV beträgt. Somit ist der Bandabstand der zweiten eigenleitenden Schicht 90 b größer als derjenige der ersten eigenleitenden Schicht 90 a. Dies erlaubt eine wirksa­ mere Nutzung der einfallenden Sonnenenergie zur Erzeugung und Aufnahme von Elektron-Loch-Paaren.
Der Bandabstand der eigenleitenden Schichten 90 a und 90 b kann zur Erzielung spezifischer Lichtempfindlichkeits- Charakteristiken eingestellt werden. Z. B. können eines oder mehrere den Bandabstand verringernde Elemente wie Germanium, Zinn oder Blei in die erste eigenleitende Schicht 90 a eingebaut werden, um deren Bandabstand zu verringern (vgl. z. B. die US-PS 43 42 044). Dies wird z. B. dadurch er­ reicht, daß Germaniumhydridgas (GeH₄) in das Gasgemisch, aus dem die Schicht 90 a abgeschieden wird, eingeleitet wird. Auch können in die zweite eigenleitende Schicht 90 b eines oder mehrere den Bandabstand vergrößernde Elemente wie Stickstoff oder Kohlenstoff eingebaut werden, um den Bandab­ stand zu vergrößern. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß Ammoniakgas (NH₃) oder Methangas (CH₄) in das Gasge­ misch, aus dem die Schicht 90 b abgeschieden wird, eingelei­ tet wird.
Um die Vorteile der neuen und verbesserten Fotoelemente voll zu nutzen, ist es besonders erwünscht, die Dicken der ersten und der zweiten eigenleitenden Schicht 90 a und 90 b so einzustellen, daß ihre jeweiligen Potentialabfälle an ihrer Grenzfläche aneinander angepaßt sind. Dies kann am besten unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert werden, die den Potentialverlauf der amorphen Silizium-Wasserstoff-Legierung und der amorphen Silizium-Fluor-Wasserstoff-Legierung in der Raumladungszone, die durch eine Schottky-Sperrschicht 102 gebildet ist, zeigt.
Die Sperrschichtbreite der amorphen Silizium-Wasserstoff- Legierung ist mit W₁ und die Sperrschichtbreite der amorphen Silizium-Fluor-Legierung ist mit W₂ bezeichnet. Es ist zu beachten, daß bei einer Dicke d₁ der ersten eigenleitenden a-Si:H-Legierungsschicht der resultierende Potentialabfall durch einen Punkt 104 gegeben ist. Die geeignete Dicke der zweiten eigenleitenden a-Si:F-Legie­ rungsschicht wird durch den Schnittpunkt des a-Si:F-Poten­ tialverlaufs mit dem durch den Punkt 104 gegebenen Poten­ tialabfall bestimmt. Dies resultiert in einem Punkt 106. Die Dicke der eigenleitenden a-Si:F-Legierungsschicht muß ausreichend sein, um vom Punkt 106 zum Ende ihrer Sperr­ schichtbreite zu verlaufen. Somit muß die Dicke der zweiten eigenleitenden Schicht d₂ sein, um eine Anpassung an den Potentialabfall der ersten eigenleitenden Legierungsschicht zu erreichen.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Fotoelement 110. Dieses gleicht demjenigen nach Fig. 3, wobei jedoch eine andere Substrat­ konfiguration und eine Umkehrung der p- und n-leitfähigen Schichten vorgesehen sind. Das Substrat 112 des Fotoelements 110 besteht aus Glas oder rostfreiem Stahl und ist mit einer reflektierenden Schicht 114 versehen. Diese kann mit irgendeinem der bereits erwähnten Verfahren abgeschieden sein und besteht aus Silber, Aluminium oder Kupfer.
Auf der reflektierenden Schicht 114 ist eine erste dotierte Schicht 116 abgeschieden, die - wie gezeigt - n+-leitend ist. Die n+-Schicht 116 kann ein den Bandabstand vergrößern­ des Element wie Stickstoff oder Kohlenstoff zur Bildung einer n+-Schicht mit großem Bandabstand enthalten.
Ein eigenleitender Körper 118 ist auf der n+-Schicht 116 abgeschieden und umfaßt wie der eigenleitende Körper 90 des Fotoelements 80 eine erste amorphe eigenleitende Si:H-Legie­ rungsschicht 118 a aus einem nichtätzenden Ausgangsmaterial wie Silan und eine zweite amorphe eigenleitende Legierungs­ schicht 118 b. Die zweite eigenleitende Schicht 118 b ist eine amorphe Silizium-Fluor-Legierung solcher Dicke, daß ihr Potentialabfall an den Potentialabfall der Schicht 118 a angepaßt ist.
Auf dem eigenleitenden Körper 118 ist eine weitere dotierte Schicht 120 mit entgegengesetzter Leitfähigkeit als die erste dotierte Schicht 116 abgeschieden. Somit ist die weitere dotierte Schicht 120 p+-leitend und ist bevorzugt eine p+-Schicht mit großem Bandabstand, in die Kohlenstoff und/oder Stickstoff eingebaut ist.
Das Fotoelement wird durch die Bildung einer lichtdurchläs­ sigen leitfähigen Oxidschicht 122 auf der p+-Schicht 120, einer Gitterelektrode 124 auf der Oxidschicht 122 und einer Antireflexschicht 126 vervollständigt.
Wie im Fall des vorhergehenden Ausführungsbeispiels können die Bandabstände einer oder beider eigenleitender Schichten 118 a und 118 b im Hinblick auf eine bestimmte Lichtempfind­ lichkeits-Charakteristik durch den Einbau von den Bandab­ stand vergrößernden oder verringernden Elementen in die Schichten eingestellt werden. Auch können die p+-Schicht 120 und die n+-Schicht 116 umgekehrt werden, so daß die p+- Schicht an das Substrat und die n+-Schicht an die zweite eigenleitende Schicht 118 b angrenzt.
Alternativ kann der Bandabstand des eigenleitenden Körpers 118 so abgestuft sein, daß er von der Grenzfläche zwischen der ersten dotierten Schicht 116 und der ersten eigenleiten­ den Schicht 118 a zu der weiteren dotierten Schicht 120 hin allmählich größer wird. Z. B. können während der Abscheidung der ersten und der zweiten eigenleitenden Schicht 118 a und 118 b eines oder mehrere den Bandabstand verringernde Elemen­ te wie Germanium, Zinn oder Blei in die Legierungen mit allmählich abnehmender Konzentration eingebaut werden. Z. B. kann Germaniumhydridgas (GeH₄) in die Glimmentladungs-Ab­ scheidungskammer zuerst mit relativ hoher Konzentration und dann während der Abscheidung der eigenleitenden Schichten allmählich abnehmender Konzentration bis zum Wert Null eingeleitet werden. Der resultierende eigenleitende Körper enthält somit ein den Bandabstand verringerndes Element wie Germanium in allmählich geringer werdender Konzentration von der Grenzfläche zwischen der ersten eigenleitenden Schicht 118 a und der ersten dotierten Schicht 116 bis hin zu der weiteren dotierten Schicht 120.
Fig. 4 zeigt, daß zur Bildung des eigenleitenden Körpers jede beliebige Anzahl von eigenleitenden Schichten verwendet werden kann. Ein Fotoelement 130 umfaßt ein Substrat 132 aus einem Metall mit guter Leitfähigkeit, z. B. rostfreiem Stahl. Auf das Substrat ist eine p+-Schicht 134 abgeschie­ den. Ein eigenleitender Körper 136 ist auf der p+-Schicht 134 gebildet, und eine n+-Schicht 138 ist auf den eigenlei­ tenden Körper abgeschieden. Das Fotoelement wird durch eine lichtdurchlässige leitfähige Oxidschicht 140, eine Gitter­ elektrode 142 und eine Antireflexschicht 144 vervollstän­ digt.
Der eigenleitende Körper 136 umfaßt drei eigenleitende amorphe Siliziumlegierungsschichten 136 a, 136 b und 136 c. Die erste eigenleitende Schicht 136 a ist aus einem nichtätzenden Ausgangsmaterial, z. B. Silan, abgeschieden unter Bildung einer a-Si:H-Legierung. Die zweite und die dritte eigenlei­ tende Schicht 136 b und 136 c sind a-Si:F-Legierun­ gen. Die Dicke der eigenleitenden Schichten 136 a, 136 b und 136 c ist so gewählt, daß der Potentialabfall der Schicht 136 b an den Potentialabfall der Schicht 136 a und der Potentialabfall der Schicht 136 c an den Potentialabfall der Schicht 136 b angepaßt ist. Diese Wahl kann in der unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten Weise erfolgen.
Die Bandabstände der drei eigenleitenden Schichten können in der bereits erläuterten Weise eingestellt werden. Bei dem Fotoelement 130, das eine Strahlungsenergie-Einfallfläche 146 aufweist, kann der Bandabstand der dritten Schicht 136 c z. B. durch den Einbau von Stickstoff oder Kohlenstoff in die Schicht 136 c vergrößert werden. Der Bandabstand der zweiten eigenleitenden Schicht 136 b kann entweder deren Eigenleitungs-Bandabstand von ca. 1,9 eV oder durch den Einbau von Germanium, Zinn oder Blei geringfügig verringert sein. Der Bandabstand der ersten eigenleitenden Schicht 136 a kann durch den Einbau größerer Anteile eines oder mehrerer den Bandabstand verringernder Elemente wie Germanium, Zinn oder Blei stärker verringert sein.
Fig. 5 zeigt ein Vielzellen-Fotoelement 150, das in Tandem- bzw. Serienkonfiguration angeordnet ist. Das Fotoelement 150 umfaßt zwei Einzelzelleneinheiten 152 und 154, die hinter­ einander angeordnet sind. Selbstverständlich kann eine Vielzahl von Einzelzelleneinheiten verwendet werden.
Das Fotoelement 150 umfaßt ein Substrat 156 aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit, z. B. rostfreiem Stahl oder Aluminium. Die erste Zelleneinheit 152 umfaßt eine erste dotierte amorphe p+-Siliziumlegierungsschicht 158, die auf dem Substrat 156 abgeschieden ist. Die p+-Schicht kann aus jedem der bereits aufgezählten entsprechenden Ausgangs­ materialien abgeschieden sein.
Auf der p+-Schicht ist ein erster eigenleitender amorpher Siliziumlegierungskörper 160 abgeschieden. Dieser umfaßt eine erste eigenleitende Schicht 160 a und eine zweite eigenleitende Schicht 160 b. Die erste eigenleitende Schicht 160 a ist aus einem nichtätzenden Ausgangsmaterial wie Silan abgeschieden. Die zweite eigenleitende Schicht 160 b ist aus einem davon verschiedenen Ausgangsmaterial abgeschieden und ist eine amorphe Silizium-Fluor-Legierung. Die Dicke der zweiten Schicht 160 b ist so gewählt, daß eine Anpassung des Spannungsabfalls der Schicht 160 b an den Spannungsabfall der Schicht 160 a erzielt wird.
Auf der zweiten eigenleitenden Schicht 160 b ist eine weitere dotierte amorphe Siliziumlegierungsschicht 162 abgeschieden. Ihre Leitfähigkeit ist derjenigen der ersten dotierten Schicht 158 entgegengesetzt, sie ist also eine n+-Schicht.
Die zweite Zelleneinheit 154 ist im wesentlichen identisch ausgebildet und umfaßt eine erste dotierte p+-Schicht 164, einen eigenleitenden Körper 166 mit einer ersten eigenlei­ tenden Schicht 166 a und einer zweiten eigenleitenden Schicht 166 b, deren Spannungsabfälle aneinander angepaßt sind, und eine weitere dotierte n+-Schicht 168. Das Fotoelement 150 wird durch eine lichtdurchlässige leitfähige Oxidschicht 170, eine Gitterelektrode 172 und eine Antireflexschicht 174 vervollständigt.
Wie im Fall des vorher beschriebenen Fotoelements kann die Leitfähigkeit der jeweiligen dotierten Schichten umgekehrt werden. Auch kann die dotierte Schicht 168 dadurch zu einer dotierten Schicht mit breitem Bandabstand gemacht werden, daß eines oder mehrere den Bandabstand vergrößernde Elemente wie Stickstoff oder Kohlenstoff in der erläuterten Weise eingebaut werden.
Die Bandabstände der eigenleitenden Schichten sind so eingestellt, daß der Bandabstand der Schicht 166 b größer als derjenige der Schicht 166 a, der Bandabstand der Schicht 166 a größer als derjenige der Schicht 160 b und der Bandab­ stand der Schicht 160 b größer als derjenige der Schicht 160 a ist. Zu diesem Zweck kann die legierungsbildende Schicht 166 b eines oder mehrere den Bandabstand vergrößernde Elemen­ te wie Stickstoff und Kohlenstoff enthalten. In geringerer Konzentration kann die legierungsbildende Schicht 166 a ebenfalls eines oder mehrere den Bandabstand vergrößernde Elemente enthalten. Die die eigenleitenden Schichten 160 b und 160 a bildenden eigenleitenden Legierungen können eines oder mehrere den Bandabstand verringernde Elemente wie Germanium, Zinn oder Blei enthalten. Die Konzentration der den Bandabstand verringernden Elemente in der legierungsbil­ denden Schicht 160 a ist höher als die Konzentration dieser Elemente in der Legierung der Schicht 160 b. Selbstverständ­ lich kann es bei der Einstellung der Bandabstände der eigenleitenden Schichten 166 b, 166 a, 160 b, 160 a in der genannten Reihenfolge erwünscht sein, eine der eigenleiten­ den Legierungsschichten in der Mitte des Fotoelements, in diesem Fall die Schicht 160 b oder 166 a, nicht einzustellen.
Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, daß jede zweite eigenleitende Schicht jeder Zelleneinheit dicker als ihre entsprechende erste eigenleitende Schicht ist, um eine Anpassung des Potentialabfalls zu erreichen. Ferner ist ersichtlich, daß sowohl die erste als auch die zweite eigenleitende Schicht der Zelleneinheit 154 dünner als die entsprechende erste und zweite Schicht der Zelleneinheit 152 sind. Dadurch kann das gesamte nutzbare Spektrum der Solarenergie zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren genutzt werden.
Es wurde zwar vorstehend eine Serienzellen-Ausführungsform erläutert, die Zelleneinheiten können jedoch auch durch Oxidschichten voneinander getrennt sein, um z. B. eine Stapel-Mehrfachzelle zu bilden. Jede Zelle könnte zwei Auffangelektroden aufweisen, um die Reihenschaltung der Zellen mit externen Zuleitungen zu erleichtern.
Als weitere Alternative, die in bezug auf die bereits beschriebenen Einzelzellen erwähnt wurde, können einer oder mehrere der eigenleitenden Körper der Zelleneinheiten Legierungen mit abgestuften Bandabständen aufweisen. Jedes einzelne oder mehrere der den Bandabstand vergrößernden oder verringernden Elemente kann zu diesem Zweck in die eigenlei­ tenden Legierungen eingebaut werden.
Für jedes der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können die Legierungsschichten - mit Ausnahme der eigenlei­ tenden Legierungsschichten - auch andere als amorphe Schich­ ten, z. B. polykristalline Schichten, sein. (Unter "amorph" wird eine Legierung oder ein Material verstanden, das eine weitreichende Unordnung hat, obwohl es auch einen Nah- oder Zwischenordnungsgrad aufweisen oder sogar einige kristalline Einschlüsse haben kann.)

Claims (8)

1. Fotovoltaisches Halbleiterelement des pin-Typs, mit einer auf einem Substrat abgeschiedenen ersten dotierten Halbleiter­ schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, mit einem auf dieser abgeschiedenen eigenleitenden amorphen Halbleiterkörper, der eine zweite eigenleitende Halbleiterschicht, die durch Glimmentladung in einer Fluor enthaltenden Gasmischung abgeschieden ist, aufweist, und mit einer zweiten, auf den eigenleitenden Halbleiterkörper abgeschiedenen dotierten Halbleiterschicht eines zum ersten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten dotierten Halbleiterschicht (88; 116; 134) und der zweiten eigenleitenden Halbleiterschicht (90b; 118 b; 136 b) eine erste eigenleitende Halbleiterschicht (90 a; 118 a; 136 a) durch Glimmentladung in einer kein Fluor enthaltenden Gasmischung abgeschieden ist.
2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste eigenleitende Halbleiterschicht (90; 118 a 136a) und die zweite eigenleitende Halbleiterschicht (90 b; 118 b; 136 b) unterschiedliche Bandabstände aufweisen.
3. Halbleiterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite eigenleitende Halbleiterschicht (90 b; 118 b; 136 b) einen größeren Bandabstand als die erste eigenleitende Halbleiterschicht (90 a; 118 a; 136 a) aufweist.
4. Halbleiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dotierten Halbleiterschichten (88; 92; 116; 120; 134; 138) und die eigenleitenden amorphen Halbleiterschichten (90 a; 90 b; 118 a; 118 b; 136 a; 136 b) Silizium aufweisen.
5. Halbleiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite eigenleitende Halbleiterschicht (90 a; 118 b; 136 b) aus einer SiF₄ enthaltenden Gasphase abgeschieden ist.
6. Halbleiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste eigenleitende Halbleiterschicht (90 a; 118 a; 136 a) aus einer SiF₄ enthaltenden Gasphase abgeschieden ist.
7. Halbleiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicken der ersten eigenleitenden Halbleiterschicht (90 a; 118 a; 136 a) und der zweiten eigenleitenden Halbleiterschicht (90 b; 118 b; 136 b) relativ zueinander so gewählt sind, daß sich bei Bestrahlung gleiche bzw. an den Grenzflächen derselben aneinander angepaßte Potentialabfälle ergeben.
8. Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der zweiten eigenleitenden Halbleiterschicht (90 b; 118 b; 136 b) größer als die Schichtdicke der ersten eigen­ leitenden Halbleiterschicht (90 a; 118 a; 136 a) gewählt ist.
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