DE3732617A1 - Photoelement - Google Patents

Photoelement

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Description

Die Erfindung betrifft ein Photoelement zum Umwandeln von Lichtenergie in elektrische Energie und insbesondere ein Photoelement, das im wesentlichen aus einer amorphen Halbleiterschicht besteht.
Es ist ein Photoelement bekannt, das hauptsächlich aus einer photoelektrisch aktiven Schicht aus einem hydrogenierten, amorphen Halbleitermaterial, das Silizium enthält, besteht. Ein solches Element kann bei größerer Fläche mit niedrigeren Kosten hergestellt werden und ist somit vorzugsweise für eine große Solarbatterie geeignet. Aus der JP-PA-59-54 274 ist es bekannt, daß der Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung des Photoelements auf hydrogeniertem, amorphem Halbleitermaterial geringer als bei einem Photoelement aus kristallinem Halbleitermaterial ist und nach langer und intensiver Lichtbestrahlung abfällt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Photoelement aus hydrogeniertem, amorphem Halbleitermaterial zu schaffen, das gegenüber dem lichtinduzierten Abfall des Umwandlungswirkungsgrades einen erhöhten Widerstand aufweist, wobei bereits der anfängliche Umwandlungswirkungsgrad verbessert sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Photoelement gelöst, gekennzeichnet durch eine Halbleiterschicht aus hydrogeniertem, amorphem Silizium für die photoelektrische Umwandlung, wobei das Verhältnis der jeweils an zwei Wasserstoffatomen gebundenen Siliziumatome zur Gesamtzahl aller Siliziumatome maximal 1% beträgt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht das Photoelement aus einer Halbleiterschicht aus hydrogeniertem, amorphem Silizium für die photoelektrische Umwandlung, wobei eine Unterschicht an der dem Licht zugewandten Seite vorgesehen ist, wobei der Anteil an jeweils zwei Wasserstoffatome gebundenen Siliziumatome, bezogen auf die Gesamtzahl aller Siliziumatome, in der Unterschicht mindestens 8% und in dem verbleibenden Bereich maximal 1% beträgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ein Verfahren zum Abscheiden einer hydrogenierten, amorphen Siliziumschicht auf einem Substrat aus den Schritten: Einsetzen des Substrats in eine Reaktionskammer, Verringern des Druckes in der Reaktionskammer unter Verwendung einer Evakuierungseinrichtung, Einleiten eines Siliziums enthaltenden Quellengases in die Reaktionskammer, Erzeugen von Radikal enthaltendem Wasserstoff, Einleiten des Radikals in die Reaktionskammer, wobei die hydrogenierte, amorphe Siliziumschicht durch chemische Reaktion des Quellengases mit dem Radikal auf dem Substrat abgeschieden wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht eine Vorrichtung zum Abschneiden einer hydrogenierten, amorphen Siliziumschicht auf einem Substrat aus einer Reaktionskammer, in die das Substrat einzusetzen ist, einer Evakuierungseinrichtung zum Reduzieren des Druckes in der Reaktionskammer, einer Einrichtung zum Einleiten eines Siliziums enthaltenden Quellengases in die Reaktionskammer, einer Einrichtung zum Erzeugen von Radikal enthaltendem Wasserstoff, wobei die hydrogenierte, amorphe Siliziumschicht durch chemische Reaktion des Quellengases mit dem Radikal auf dem Substrat abgeschieden wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Photoelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Schnittdarstellung;
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Dichte der nichtpaarigen Bindung nach dem Bestrahlungstest mit Licht, bezogen auf den Anteil der Si-H₂-Bindung;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des durch den Anfangswert normalisierten Umwandlungs-Wirkungsgrades, bezogen auf die Bestrahlungszeit mit Licht;
Fig. 4 eine Radikal-induzierte CVD (chemische Dampfabscheide)- Einrichtung zur Erzeugung eines Photoelements gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;
Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines Photoelementes gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung im Schnitt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung des Umwandlungs- Wirkungsgrades, bezogen auf die Dicke der i₂-Unterschicht; und
Fig. 7 eine graphische Darstellung des Umwandlungs-Wirkungsgrades, bezogen auf den Anteil der Si-H₂- Bindung in der i₂-Unterschicht.
Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, sind eine dem Licht zugewandte Elektrode 2 aus einer einzigen Schicht oder mehreren übereinanderliegenden Schichten aus TCO (transparent leitfähiges Oxid), wie beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid) und SnO₂, eine Halbleiterschicht 3, die insbesondere aus hydrogeniertem, amorphem Silizium besteht und zur Aufnahme von durch die vordere Elektrode auftreffendem Licht dient, und eine rückwärtige Elektrode 4 aus einer einzelnen Schicht oder mehreren übereinanderliegenden Schichten aus Al, Ti, TCO, etc. in dieser Reihenfolge auf einem Substrat 1 aus einem transparenten Isolator, wie beispielsweise Glas, angeordnet.
Die Halbleiterschicht 3 besteht aus einer p-Schicht 3 p, einer i-Schicht 3 i und einer n-Schicht 3 n, die in dieser Reihenfolge übereinander auf der transparenten vorderen Elektrode 2 aufgebracht sind und dabei einen p-i-n- Übergang bilden. Die p-Schicht 3 p kann aus einem hydrogenierten, amorphen Siliziumcarbid (a-SiC : H) hergestellt sein, das mit einem p-leitenden Dotierungsmittel dotiert ist und einen breiten Energiebandspalt aufweist und als eine sogenannte Fensterschicht wirkt. Die i-Schicht 3 i, die photoelektrisch am aktivsten ist, kann aus einem nichtdotierten hydrogenierten, amorphen Silizium (a-Si : H) hergestellt sein und erzeugt bei Aufnahme von Lichtstrahlung durch die p-Schicht 3 p hauptsächlich Paare von freien Elektronen und positiven Leerstellen als elektrische Ladungsträger. Die n-Schicht 3 n kann aus einem mit einem n-leitenden Dotierungsmittel dotierten a-Si : H hergestellt sein.
Das wesentlichste Merkmal der vorliegenden Ausführungsform beruht in dem Anteil der Siliziumatome, die jeweils an zwei Wasserstoffatome gebunden sind, bezogen auf alle Siliziumatome in der i-Schicht 3 i aus a-Si : H, der maximal 1% betragen soll. Der Anteil der Si-H₂- Bindung kann durch SIMS (sekundäre Ionenmassenspektrometrie) bestimmt werden.
Die Fig. 2 zeigt die Dichte der nichtpaarigen Bindung in der i-Schicht 3 i nach dem Bestrahlungstest mit Licht mit einem Sonnensimulator unter den Strahlungsbedingungen des solaren Spektrums (AM-1) am Äquator mit einer Intensität von 100 mW/cm² für 120 Stunden, bezogen auf den Anteil der Si-H₂-Bindung. Wie aus der Figur zu ersehen ist, hat die Dichte der nichtpaarigen Bindung nach dem Bestrahlungstest eine positive Wechselbeziehung zum Anteil der Si-H₂-Bindung. Weiterhin wurde bei dem Bestrahlungstest herausgefunden, daß die Dichte nichtpaarigen Bindung von einem Ausgangswert von ungefähr 1×10¹⁵-2×10¹⁶ cm-3 nach dem Bestrahlungstest bei einem Anteil von 10% Si-H₂-Bindung auf einen Wert von ungefähr 10¹⁷ cm-3 erhöht worden ist. Ein derartiges Ansteigen der Dichte der nichtpaarigen Bindung führt zu einer Qualitätsverschlechterung der i-Schicht und somit wird der Umwandlungs-Wirkungsgrad durch intensitive Strahlung für einen langen Zeitraum abgesenkt.
In der Fig. 3 sind die Abfallkurven des Umwandlungs- Wirkungsgrades im Verlauf der Zeit bei einer Bestrahlung von AM-1 mit 100 mW/cm² für solche Elemente, wie sie in der Fig. 1 dargestellt sind, gezeigt, die in der jeweiligen i-Schicht 3 i einen unterschiedlichen Anteil von Si-H₂-Bindung aufweisen. Bei dieser Darstellung sind die Abfallkurven durch ihre jeweiligen Anfangswerte des Umwandlungs-Wirkungsgrades normalisiert.
Obwohl die aktive i-Schicht aus a-Si : H durch zahlreiche CVD-Verfahren, ein Zerstäubungsverfahren od. dgl. hergestellt werden kann, wird sie herkömmlicherweise auf kommerzielle Basis durch ein Plasma-CVD-Verfahren mit einer RF (Radiofrequenz)-Glimmentladung hergestellt. Es ist bekannt, daß in einem durch ein solches Plasma- CVD-Verfahren abgeschiedenen a-Si : H Wasserstoff als ein Begrenzungsmittel für die nichtpaarige Bindung in einer Konzentration von ungefähr 10 bis 30 Atomprozent enthalten ist. Der so enthaltene Wasserstoff bildet insbesondere die Si-H-Bindung, Si-H₂-Bindung und/oder Si-H₃- Bindung in der abgeschiedenen i-Schicht und der Anteil der Si-H₂-Bindung liegt dann üblicherweise im Bereich von mehr als 1% bis zu 10 und mehr %.
Wenn gemäß dem Ergebnis des Bestrahlungstestes, und wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, der Anteil der Si-H₂-Bindung maximal 1%, vorzugsweise maximal 0,5% und insbesondere maximal 0,2% beträgt, wird die Dichte der nichtpaarigen Bindung selbst nach lang andauernder Bestrahlung nicht so erhöht, und damit wird der lichtinduzierte Abfall des Umwandlungs-Wirkungsgrades unterdrückt.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine radikalinduzierte- CVD-Einrichtung, die Mikrowellenenergie verwendet und die zum Abscheiden der aktiven i-Schicht 3 i aus a-Si : H mit einem Anteil von maximal 1% Si-H₂- Bindung geeignet ist. Eine Reaktionskammer 10 a ist mit einer Heizeinrichtung 15 zum Aufheizen eines Substrats 1 versehen, und kann durch eine Vakuumpumpe 11 auf ein Hochvakuum evakuiert werden. Die Reaktionskammer 10 a wird über eine Leitung 16 gespeist, die in einer Seitenwand der Kammer mündet und mit einer Gasquelle für Monosilan (SiH₄) oder ein entsprechendes, Silizium enthaltendes Gas, verbunden ist und kann außerdem falls erforderlich mit einem Dotierungsgas gespeist werden. Eine Nebenkammer 10 b ist mit der Reaktionskammer 10 a über eine offene Mündung 12 im Boden der Reaktionskammer 10 a verbunden. Das Wasserstoffgas wird über eine Leitung 17 in die Nebenkammer 10 b geleitet und durch Mikrowellenenergie zur Erzeugung von Wasserstoffradikal erregt. Die Mikrowellenenergie, beispielsweise 2,45 GHz, wird in die Nebenkammer 10 b über eine Wellenführung 14, ausgehend von einer Mikrowellenquelle 13, wie beispielsweise einem Magnetron, eingeleitet. Die in der Nebenkammer 10 b erregten Wasserstoffatome werden durch die Mündung 12 in die Reaktionskammer 10 a abgegeben.
Bei dieser radikalinduzierten-CDV-Einrichtung wird ein Substrat 1 in den oberen Teil der Reaktionskammer 10 a gegenüber der Öffnung 12 eingesetzt und durch die Heizeinrichtung 15 auf eine vorgeschriebene Temperatur aufgeheizt. In der Reaktionskammer 10 a wird das Silizium enthaltende, eingeleitete Quellengas infolge der reaktiven Kollision mit den erregten Wasserstoffatomen zerlegt und dann teilweise als ein Film aus hydrogeniertem, amorphem Halbleitermaterial, wie beispielsweise a-Si : H, auf dem aufgeheizten Substrat 1 niedergeschlagen. Die Abscheidung wird üblicherweise unter Bedingungen, wie einer Substrattemperatur von 150 bis 300°C, einer Mikrowellenenergie von 10-500 W; und einem Reaktionsdruck von 1-10 mTorr durchgeführt. Wenn eine a-Si : H- Schicht abgeschieden ist, wird die Reaktionskammer 10 a mit einem Quellengas SiH₄ mit einer Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 5-20 SCCM (Standard Kubikzentimeter pro Minute) gespeist, und die Nebenkammer 10 b wird mit einem H₂-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 10-50 SCCM gespeist.
Es wird vermutet, daß der verringerte Anteil der Si-H₂- Bindung in der durch das radikalinduzierte-CVD-Verfahren abgeschiedenen Schicht deswegen auftritt, weil der Reaktionsdruck weniger als ¹/₁₀ des bei herkömmlichen Plasma-CVD-Verfahren verwendeten Druckes ist.
Obwohl die aktive i-Schicht 3 i bei der vorstehenden Ausführungsform aus a-Si : H bestehend beschrieben ist, kann sie auch aus einem fluorenthaltenden hydrogenierten, amorphen Silizium (a-Si : H : F), einem hydrogenierten, amorphen Silizium-Germanium (a-SiGe : H), einem fluorenthaltenden hydrogenierten, amorphen Silizium-Germanium (a-SiGe : H : F) od. dgl. bestehen und kann weiterhin eine kleine Menge eines Dotierungsmittels enthalten.
Der Anteil von maximal 1% Si-H₂-Bindung gilt vorzugsweise auch für die p-Schicht 3 p und/oder die n-Schicht 3 n, um den lichtinduzierten Abfall des Umwandlungs-Wirkungsgrades zu unterdrücken.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Photoelementes gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Element entspricht dem in der Fig. 1 gezeigten, mit der Ausnahme, daß die i-Schicht 3 i eine i₁-Unterschicht 3 i₁ auf der dem Licht zugewandten Seite aufweist. Während die verbleibende i₂-Unterschicht 3 i₂ in der i-Schicht 3 i einen Anteil von maximal 1% Si-H₂-Bindung aufweist, hat die i₁-Unterschicht 3 i₁ einen höheren Anteil Si-H₂- Bindung als die i₂-Unterschicht 3 i₂. Eine solche i- Unterschicht kann durch ein herkömmliches Plasma-CVD- Verfahren abgeschieden werden.
Es wurde eine Einrichtung wie in der Fig. 5 verwendet, bei der, obwohl eine i₂-Unterschicht 3 i₂ mit einer Dicke von 5000 Å durch ein radikalinduziertes-CVD- Verfahren abgeschieden worden war, die anderen Schichten und Unterschicht durch das Plasma-CVD-Verfahren unter den in der Tabelle I gezeigten Bedingungen abgeschieden wurden. Der Anteil der Si-H₂-Bindung in der abgeschiedenen i₁- Unterschicht 3 i₁ betrug 12%.
Gleichzeitig wurde auch ein Photoelement hergestellt, dessen gesamte i-Schicht durch das Plasma-CVD-Verfahren ohne irgendwelche Unterschichten mit einer RF-Leistung von 20W abgeschieden; wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Quellengases von SiH₄ 10 SCCM und der Reaktionsdruck 0,1 Torr betrug. Der Anteil Si-H₂-Bindung in der so erzeugten i-Schicht betrug 3%.
Tabelle II zeigt die Leerlaufspannung Voc, den Kurzschlußstrom Isc, den Füllfaktor FF und den Umwandlungs-Wirkungsgrad η in der Einrichtung gemäß Fig. 5 und der herkömmlichen Einrichtung bei einer AM-1-Bestrahlung mit einer Intensität von 100 mW/cm². Wie aus der Tabelle II zu ersehen ist, ist die Einrichtung gemäß Fig. 5, verglichen mit der herkömmlichen Einrichtung, bezüglich der Leerlaufspannung Voc und dem Umwandlungs-Wirkungsgrad η verbessert.
Tabelle II
In der Fig. 6 ist die Beziehung zwischen dem Umwandlungs- Wirkungsgrad η und der Dicke der i-Unterschicht 3 i₁ dargestellt. Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, daß eine i₁-Unterschicht 3 i₁ mit einer Dicke im Bereich von 30-500 Å den Umwandlungs-Wirkungsgrad η verbessert.
Die Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Umwandlungs- Wirkungsgrad η und dem Anteil Si-H₂-Bindung in der i₁- Unterschicht 3 i₁. Wie aus dieser Darstellung zu ersehen ist, ist der Umwandlungs-Wirkungsgrad η dann verbessert, wenn der Anteil Si-H₂-Bindung in der i₁-Unterschicht 3 i₁ mindestens 8% beträgt. Der Anteil Si-H₂-Bindung kann durch Verändern der Strömungsgeschwindigkeit von SiH₄ und/oder des Reaktionsdruckes gesteuert werden.
Obwohl bei der vorstehenden Ausführungsform eine gleichmäßig abgeschiedene i₁-Unterschicht 3 i₁ beschrieben worden ist, kann der Anteil der Si-H₂-Bindung an der Seite benachbart zur p-Schicht 3 p am höchsten sein und langsam zur anderen Seite hin abfallen. Weiterhin können die p-Schicht und die n-Schicht miteinander ausgetauscht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig anhand der Ausführungsbeispiele und der Figuren beschrieben worden ist, bleibt anzumerken, daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung denkbar sind.

Claims (20)

1. Photoelement, gekennzeichnet durch eine Halbleiterschicht (3 i) aus hydrogeniertem, amorphem Silizium für die photoelektrische Umwandlung, in der der Anteil der an jeweils zwei Wasserstoffatome gebundenen Siliziumatome, bezogen auf alle Siliziumatome, maximal 1% beträgt.
2. Photoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht eine i-Schicht (1) vom eigenleitenden Typ ist.
3. Photoelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Halbleiterschicht (3 p oder 3 n) von einem Leitertyp auf der dem Licht zugewandten Seite der i-Schicht (3 i) und eine Halbleiterschicht (3 n oder 3 p) vom jeweils entgegengesetzten Leitertyp auf der anderen Seite der i-Schicht (3 i) angeordnet ist.
4. Photoelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht vom einen Leitertyp aus hydrogeniertem, amorphem Siliziumcarbid und die Schicht vom entgegengesetzten Leitertyp aus hydrogeniertem, amorphem Silizium besteht.
5. Photoelement, gekennzteichnet durch eine Halbleiterschicht (3 i) aus hydrogeniertem, amorphem Silizium für die photoelektrische Umwandlung, mit einer Unterschicht (3 i₁) an ihrer dem Licht zugewandten Seite, wobei der Anteil aller an zwei Wasserstoffatome gebundene Siliziumatome, bezogen auf die Gesamtzahl aller Silizumatome in der Unterschicht (3 i₁) mindestens 8% und im verbleibenden Bereich (3 i₂) maximal 1% beträgt.
6. Photoelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Unterschicht (3 i₁) im Bereich von 30 bis 50 Å liegt.
7. Photoelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Unterschicht (3 i₁) vorzugsweise im Bereich von 70 bis 350 Å liegt.
8. Photoelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (3 i) eine Schicht vom eigenleitenden Typ ist.
9. Photoelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Halbleiterschicht (3 p oder 3 n) vom einen Leitertyp auf der dem Licht zugewandten Seite und auf der anderen Seite der i-Schicht (3 i) eine Halbleiterschicht (3 n oder 3 p) vom entgegengesetzten Leitertyp angeordnet ist.
10. Photoelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht vom einen Leitertyp aus hydrogeniertem, amorphem Siliziumcarbid und die Schicht vom entgegengesetzten Leitertyp aus hydrogeniertem, amorphen Silizium besteht.
11. Verfahren zum Abscheiden einer hydrogenierten, amorphen Siliziumschicht (3 i, 3 i₂) auf einem Substrat, gekennzeichnet durch die Arbeitsschritte:
Einsetzen des Substrats (1) in eine Reaktionskammer (10 a);
Verringern des Druckes in der Reaktionskammer (10 a) unter Verwendung einer Evakuierungseinrichtung (11);
Einleiten eines siliziumhaltigen Quellengases in die Reaktionskammer (10 a);
Erzeugen von radikalenthaltendem Wasserstoff und Einleiten des Radikals in die Reaktionskammer;
wobei die hydrogenierte, amorphe Siliziumschicht (3 i, 3 i₂) durch chemische Reaktion des Quellengases mit dem Radikal auf dem Substrat (1) abgeschieden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Reaktionskammer (10 a) im Bereich von 1 bis 10 Torr liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Radikal durch Mikrowellenenergie erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellengas ein Gas aus der Gruppe SiH₄ und Si₂H₆ ist.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Radikal in die Reaktionskammer (10 a) in Richtung auf das Substrat (1) durch eine Öffnung (12) in der Kammerwand eingeleitet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf einer Temperatur im Bereich von 150-300°C gehalten wird.
17. Einrichtung zum Abscheiden einer hydrogenierten, amorphen Siliziumschicht (3 i, 3 i₂) auf einem Substrat (1), gekennzeichnet durch
eine Reaktionskammer (10 a), in die das Substrat eingesetzt wird;
eine Evakuierungseinrichtung (11) zum Verringern des Druckes in der Reaktionskammer (10 a);
eine Einrichtung (16) zum Einleiten eines Silizium enthaltenden Quellengases;
Einrichtungen (10 b, 13, 14, 17) zum Erzeugen von radikalenthaltendem Wasserstoff; und
eine Einrichtung (12) zum Einleiten des Radikals in die Reaktionskammer (10 a);
wobei die hydrogenierte, amorphe Siliziumschicht (3 i, 3 i₂) auf dem Substrat (1) durch chemische Reaktions des Quellengases mit dem Radikal abgeschieden wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10 b, 13, 14, 17) zum Erzeugen des Radikals eine Einrichtung (13) zum Erzeugen von Mikrowellen enthält.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zum Erzeugen von Mikrowellen ein Magnetron ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (10 a) mit einer Heizeinrichtung (15) zum Aufheizen des Substrats (1) versehen ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4101110A1 (de) * 1990-01-17 1991-07-18 Ricoh Kk Photoleitfaehiges material
US5283207A (en) * 1990-01-17 1994-02-01 Ricoh Company, Ltd. Photoconductive material and photosensor employing the photoconductive material
DE4027236B4 (de) * 1989-08-31 2005-03-31 Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi Verfahren zur Herstellung von Filmen aus amorphem Silicium und einen solchen Film verwendende Photohalbleiter-Vorrichtung
US7943416B2 (en) 2006-09-05 2011-05-17 Q-Cells Se Local heterostructure contacts

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2615327A1 (fr) * 1987-03-27 1988-11-18 Sanyo Electric Co Dispositif photovoltaique
JPS63182551U (de) * 1987-05-15 1988-11-24
JPH01128477A (ja) * 1987-11-12 1989-05-22 Ricoh Co Ltd アモルファスシリコン光センサー
AU632241B2 (en) * 1990-09-06 1992-12-17 Mitsui Toatsu Chemicals Inc. Amorphous silicon solar cell and method for manufacturing the same
US5616932A (en) * 1993-11-22 1997-04-01 Sanyo Electric Co., Ltd. Amorphous silicon germanium film and semiconductor device using the same
IT1272248B (it) * 1994-05-12 1997-06-16 Univ Roma Fotorivelatore a spettro variabile controllato in tensione, per applicazioni di rivelazione e ricostruzione di immagini bidimensionalia colori
KR101295547B1 (ko) * 2009-10-07 2013-08-12 엘지전자 주식회사 박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4376688A (en) * 1981-04-03 1983-03-15 Xerox Corporation Method for producing semiconductor films
EP0122778A2 (de) * 1983-04-15 1984-10-24 Energy Conversion Devices, Inc. Photovoltaische Anordnungen mit schmaler verbotener Zone und mit erhöhter Leerlaufspannung
US4531015A (en) * 1984-04-12 1985-07-23 Atlantic Richfield Company PIN Amorphous silicon solar cell with nitrogen compensation
EP0151754A2 (de) * 1984-02-14 1985-08-21 Energy Conversion Devices, Inc. Verfahren zur Herstellung eines fotoleitfähigen Elementes
DE3441044A1 (de) * 1984-11-09 1986-05-22 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Verfahren zur herstellung von duennschicht-halbleiterelementen, insbesondere solarzellen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4533450A (en) * 1979-12-31 1985-08-06 Exxon Research And Engineering Co. Control of the hydrogen bonding in reactively sputtered amorphous silicon
US4385199A (en) * 1980-12-03 1983-05-24 Yoshihiro Hamakawa Photovoltaic cell having a hetero junction of amorphous silicon carbide and amorphous silicon
IE53485B1 (en) * 1981-02-12 1988-11-23 Energy Conversion Devices Inc Improved photoresponsive amorphous alloys
US4379943A (en) * 1981-12-14 1983-04-12 Energy Conversion Devices, Inc. Current enhanced photovoltaic device
FR2555206B1 (fr) * 1983-11-22 1986-05-09 Thomson Csf Procede de depot de silicium amorphe par decomposition thermique a basse temperature et dispositif de mise en oeuvre du procede
US4637869A (en) * 1984-09-04 1987-01-20 The Standard Oil Company Dual ion beam deposition of amorphous semiconductor films

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4376688A (en) * 1981-04-03 1983-03-15 Xerox Corporation Method for producing semiconductor films
EP0122778A2 (de) * 1983-04-15 1984-10-24 Energy Conversion Devices, Inc. Photovoltaische Anordnungen mit schmaler verbotener Zone und mit erhöhter Leerlaufspannung
EP0151754A2 (de) * 1984-02-14 1985-08-21 Energy Conversion Devices, Inc. Verfahren zur Herstellung eines fotoleitfähigen Elementes
US4531015A (en) * 1984-04-12 1985-07-23 Atlantic Richfield Company PIN Amorphous silicon solar cell with nitrogen compensation
DE3441044A1 (de) * 1984-11-09 1986-05-22 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Verfahren zur herstellung von duennschicht-halbleiterelementen, insbesondere solarzellen

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP-Z: Jap. J. o.Appl.Phys., Vol.24, No.7, 1985, S.495-497 *
US-Z.: Bull. Am. Phys. Soc., Bd. 26, 1981, S. 389 *
US-Z: Appl.Phys. Lett., Vol.48, Nr.24, 16.6.1986, S.1648-1650 *
US-Z: Appl.Phys.Letters, Bd.47,1985, S.860-862 *
US-Z: Appl.Phys.Letters, Bd.48,1986, S.584-586 *
US-Z: J. Appl.Phys., Bd.48, 1977, S.5227-5236 *
US-Z: J. Appl.Phys., Bd.51, 1980, S.2199-2205 *
US-Z: J. Appl.Phys., Bd.55, 1984, S. 560-564 *
US-Z: J. Appl.Phys., Bd.56, 1984, S. 538-542 *
US-Z: J. Appl.Phys., Bd.56, 1984, S.2356-2361 *
US-Z: J.Appl.Phys., Bd.61, 1987, S.381-389 *
US-Z: Phys. Rev. B., Bd.16, 1977, S.3556-3571 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4027236B4 (de) * 1989-08-31 2005-03-31 Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi Verfahren zur Herstellung von Filmen aus amorphem Silicium und einen solchen Film verwendende Photohalbleiter-Vorrichtung
DE4101110A1 (de) * 1990-01-17 1991-07-18 Ricoh Kk Photoleitfaehiges material
US5283207A (en) * 1990-01-17 1994-02-01 Ricoh Company, Ltd. Photoconductive material and photosensor employing the photoconductive material
US7943416B2 (en) 2006-09-05 2011-05-17 Q-Cells Se Local heterostructure contacts

Also Published As

Publication number Publication date
DE3732617C2 (de) 1994-05-05
US4799968A (en) 1989-01-24
FR2604561B1 (fr) 1991-08-30
FR2604561A1 (fr) 1988-04-01

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