DE4019209A1 - Fotoelektrische vorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Fotoelektrische vorrichtung und verfahren zu deren herstellung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Vorrich­ tung, die vorteilhaft für Solarzellen, Fotosensoren, Fest­ körper-Bildaufnahmevorrichtungen und dergleichen zu verwen­ den ist, und insbesondere auf eine fotoelektrische Vorrich­ tung in geschichteter Ausführung, die einen guten Energieum­ setzungswirkungsgrad hat. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen dieser Vorrichtung.
In vielerlei Einrichtungen und Geräten werden fotoelektri­ sche bzw. fotovoltaische Vorrichtungen in Form von Solarzel­ len als Antriebsenergiequelle und Fotosensoren als Lichtauf­ nahmevorrichtung verwendet.
Fotoelektrische Vorrichtungen wie Solarzellen haben als funktionellen Teil einen pn-Übergang oder einen pin-Über­ gang, wobei als ein diese übergänge bildender Halbleiter im allgemeinen Silicium verwendet wird. Hinsichtlich des Wir­ kungsgrads bei der Umsetzung von Lichtenergie in EMK ist Einkristall-Silicium vorzuziehen, während hinsichtlich der Herstellung großer Flächen und der Herstellung unter gerin­ gen Kosten die Verwendung von amorphem Silicium vorteilhaft ist.
In den letzten Jahren wurde die Verwendung von polykristal­ linem Silicium untersucht, um geringe Herstellungskosten wie bei dem amorphen Silicium und einen hohen Energieumsetzungs­ wirkungsgrad wie mit dem Einkristall-Silicium zu erreichen. Bei den bisher vorgeschlagenen Verfahren wird ein leicht herzustellender Block aus polykristallinem Silicium zu Platten zerschnitten, wobei es aber schwierig ist, eine Dicke von weniger als 0,3 mm zu erreichen und den elektri­ schen Widerstand bei der Abnahme der Foto-EMK niedrig zu halten. Da ferner eine von einem Polykristall-Block abge­ schnittene Platte für die Verwendung als fotoelektrische Vorrichtung beispielsweise präzise poliert wird, muß die Platte in einem gewissen Ausmaß mechanische Festigkeit haben. Daher kann die Dicke nicht derart verringert werden, daß eine ausreichende Lichtabsorption und eine wirksame bzw. wirtschaftliche Nutzung des Materials erreicht wird.
Zum Bilden einer fotoelektrischen Vorrichtung mit einem guten Wirkungsgrad muß deren Halbleiterschicht, die durch Lichtbestrahlung Foto-Ladungsträger erzeugt, vorzugsweise ausreichend dick für die Lichtabsorption sein, während sie aber zugleich dünn gestaltet werden sollte, um einen niedri­ gen Widerstand der ganzen Vorrichtung und eine wirtschaftli­ che Nutzung des Materials zu erzielen. D.h., für einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Herstellungskosten ist eine aus­ reichende Verringerung der Dicke erforderlich.
Im Hinblick darauf wurden Versuche unternommen, unter Anwen­ dung eines Dünnfilmformungsverfahrens wie der chemischen Aufdampfung bzw. des CVD-Verfahrens einen polykristallinen Dünnfilm zu erzeugen, jedoch war die Kristallkorngröße höchstens einige 100 Mikrometer und der Energieumsetzungs­ wirkungsgrad war selbst im Vergleich zu dem Verfahren nie­ drig, bei dem ein Block aus polykristallinem Silicium zer­ schnitten wurde.
Es wurden ferner Versuche unternommen, die Kristallkornab­ messungen durch Bestrahlen eines nach dem CVD-Verfahren hergestellten Dünnfilms aus polykristallinem Silicium mit Laserlicht zu vergrößern, um dadurch ein Schmelzen und eine Rekristallisation herbeizuführen, jedoch wurde dabei die Herstellung zu zufriedenstellend niedrigen Kosten nicht erreicht und eine gleichmäßige Produktion war schwierig.
Diese Gegebenheiten treffen nicht nur für Silicium zu, sondern auch für zusammengesetzte Halbleiter.
Infolgedessen wurde in der JP-OS 63-1 82 872 eine Solarzelle in dünner Ausführung mit einer ausreichend großen Korngröße und einem guten Energieumsetzungswirkungsgrad vorgeschlagen, d.h., eine Solarzelle mit einer im wesentlichen einkristal­ linen Schicht aus einem Halbleiter eines ersten Leitfähig­ keitstyps, die an einem Substrat auf einem Fremdmaterial gebildet wird, das eine Kristallkernbildungsdichte zeigt, die ausreichend höher als diejenige des Materials der Sub­ stratoberfläche ist, und das eine Fläche hat, die ausrei­ chend klein ist, nur einen einzigen Kern zu bilden, von dem weg ein Einzelkristall wächst, und mit einer im wesentlichen einkristallinen Schicht aus einem Halbleiter eines zweiten Leitfähigkeitstyps.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer solchen Solarzelle gemäß der Beschreibung in der genannten JP-OS mit einem Subtrat 11, Fremdmaterialien 12, einkristallinen Schichten 13 mit beispielsweise p-Leitfähigkeit, einkristal­ linen Schichten 14 mit beispielsweise i-Leitfähigkeit und einkristallinen Schichten 15 mit beispielsweise n-Leitfähig­ keit.
Diese Solarzelle wird unter Anwendung des selektiven Einkri­ stall-Züchtungsverfahrens hergestellt. Bei dem selektiven Einkristall-Züchtungsverfahren wird das selektive Wachsen eines Kristalls an einem Substrat dadurch erreicht, daß die Unterschiede zwischen Materialien hinsichtlich der die Kernbildung bei der Dünnfilmformung beeinflussenden Parame­ ter wie der Oberflächenenergie, des Haftungsfaktors, des Ablösungsfaktors, der Oberflächendiffusionsgeschwindigkeit und dergleichen. D.h., bei dem Verfahren wird ein Einkri­ stall auf einer Kernbildungsfläche gezüchtet, die eine Kernbildungsdichte hat, die ausreichend höher als diejenige einer Fläche ohne Kernbildung (mit geringer Kernbildungs­ dichte) ist, auf die die Kernbildungsfläche aufgebracht ist, und die eine Fläche hat, die so klein ist, daß nur ein einziger Kristallkern entsteht, von dem weg ein Einkristall wächst. Bei diesem Verfahren wächst kein Kristall von der kernbildungsfreien Fläche weg, während nur von der Kernbil­ dungsfläche weg ein Einkristall wächst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene bekannte Verfahren weiter zu entwickeln und insbesondere eine fotoelektrische Vorrichtung mit einem guten Energieumsetzungswirkungsgrad, die das Herstellen von großen Flächen zu geringen Kosten ermöglicht, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen.
Ferner soll mit der Erfindung ein Verfahren zum selektiven Formen einer fotoelektrischen Vorrichtung in geschichteter Ausführung mit einem guten Energieumsetzungswirkungsgrad an einer gewünschten Stelle an einem Substrat sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte fotoelektrische Vorrichtung geschaffen werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der fotoelektrischen Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. dem Herstellungsver­ fahren hierfür gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Solarzelle nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 bis 5 sind schematische Darstellungen von fotoelektrischen Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen.
Die Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht der foto­ elektrischen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel.
Die in Fig. 2 gezeigte fotoelektrische Vorrichtung hat ein Unterlagenmaterial 1 mit einer elektrisch leitenden Oberflä­ che und einer darauf gebildeten Isolierschicht 3 mit Öffnun­ gen, das ein Substrat bildet, ein erstes fotoelektrisches Element mit an den Öffnungen angebrachten Einkristallschich­ ten 4 eines ersten Leitfähigkeitstyps, die Einkristall­ schichten 4 überdeckenden Einkristallschichten 5 zum wir­ kungsvollen Erzeugen von Foto-Ladungsträgern durch Fotobe­ strahlung und einer die Einkristallschichten 5 überdeckenden Schicht 6 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, ein zweites fotoelektrisches Element mit einer amorphen Schicht 7 des ersten Leitfähigkeitstyps, einer amorphen Schicht 8 mit i- Leitfähigkeit und einer amorphen Schicht 9 des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht 10.
Es besteht bei dem Ausführungsbeispiel jedoch keine Ein­ schränkung auf diesen Aufbau, so daß vielmehr die Oberfläche der Isolierschicht (Isolierfläche) in der gleichen Ebene wie die leitende Fläche liegen kann.
Zu dem Unterlagenmaterial 1 mit der elektrisch leitenden Oberfläche zählen Metalle wie rostfreier Stahl oder derglei­ chen sowie Isoliermaterial wie Aluminiumoxid, Glas oder dergleichen, das an der Oberfläche durch Bedampfen oder eine andere Behandlung elektrisch leitfähig gemacht ist.
Die Isolierschicht 3 der Vorrichtung gemäß dem Ausführungs­ beispiel besteht aus Isoliermaterial wie Siliciumoxid (SiOx), Siliciumoxid-Nitrid (SiOxNy) oder dergleichen.
Die Größe der Öffnungen, in der Isolierschicht 3 beträgt maximal nicht mehr als 4µm, vorzugsweise nicht mehr als 2µm und insbesondere am günstigsten nicht mehr als 1µm, so daß mit guter Selektivität Einkristalle erhalten werden, wenn gemäß Fig. 2 die an den Öffnungen freiliegende Oberflä­ che des Unterlagenmaterials 1 als Kernbildungsflächen 2 benutzt wird und die Oberfläche der Isolierschicht 3 eine kernbildungsfreie Fläche bildet, während die Größe der Öffnungen nicht mehr als 30µm, vorzugsweise 1 bis 20µm und am günstigsten 2 bis 10µm beträgt, um mit guter Selektivi­ tät Einkristallschichten zu formen, wenn gemäß Fig. 3 auf der an den Öffnungen freiliegenden Fläche des Unterlagenma­ terials 1 Kernbildungsflächen bzw. Kristallkeime 2a aus einem andersartigen Material gebildet werden und die an den Öffnungen freiliegende Oberfläche des Unterlagenmaterials 1 sowie die Oberfläche der Isolierschicht 3 als kernbildungs­ freie Fläche benutzt wird. Die Abmessungen des als Kernbil­ dungsfläche bzw. Kristallkeim 2a aufgebrachten andersartigen Materials bzw. Fremdmaterials sind kleiner als der Durchmes­ ser der Öffnungen, vorzugsweise 4µm oder kleiner, besser 2 µm oder kleiner und optimal 1µm oder kleiner, um mit guter Selektivität Einkristalle zu formen und einen guten elektri­ schen Kontakt mit dem Unterlagenmaterial zu erzielen.
Zum Bilden von Einkristallschichten mit guter Selektivität soll die Kernbildungsdichte an den Kernbildungsflächen 2 bzw. 2a vorzugsweise nicht weniger als 102mal, besser nicht weniger als 103mal so groß wie diejenige an der kernbil­ dungsfreien Fläche sein.
Die Isolierschicht 3 kann dadurch gebildet werden, daß zuerst in einem Filmauftrageverfahren wie dem CVD-Verfahren, durch Aufsprühen oder dergleichen auf die Oberfläche des Unterlagenmaterials 1 eine Isolierschicht aufgebracht wird und dann in dieser ein Fotolackmuster gebildet wird und durch eine Ätzbehandlung wie beispielsweise durch reaktive Ionenätzung (RIE) oder dergleichen kleine, vom Fotolack nicht maskierte Teile mit Abmessungen von beispielsweise 1 µm×1µm abgetragen werden, um die Oberfläche des Unterla­ genmaterials 1 in geeigneten Abständen von beispielsweise 10 µm×10µm freizulegen.
Zum wirkungsvollen Ableiten der EMK aus dem ersten fotoelek­ trischen Element haben die Einkristallschichten 4 des ersten Leitfähigkeitstyps vorzugsweise p-, p⁺-, n- oder n⁺-Leitfä­ higkeit. Zum Erhalten einer guten elektrischen Verbindung (ohmschen Verbindung) mit dem Unterlagenmaterial 1 ist p⁺- oder n⁺-Leitfähigkeit mit starker Dotierung vorzuziehen.
Die Abmessungen der Einkristallschichten 4 sind vorzugsweise größer als die Abmessungen der Öffnungen, besser 1 bis 5µm und am günstigsten 1,5 bis 4µm, um das Entstehen von Leck­ strömen zu unterdrücken und einen guten Kontakt mit dem Unterlagenmaterial zu erzielen.
Die Einkristallschichten 5 sind Einkristallzonen, die für das Erzeugen von Foto-Ladungsträgern durch das auf das erste fotoelektrische Element fallende Licht geeignet sind und die Vorzugsweise p-, p⁻, i-, n- oder n⁻-Leitfähigkeit haben. Die Dicke der Einkristallschichten 5 beträgt 10 bis 50µm und vorzugsweise 20 bis 50µm, um die Foto-Ladungsträger wirkungsvoll zu erzeugen und den fotoelektrischen Wandler­ wirkungsgrad des fotoelektrischen Elements zu erhöhen.
Die Schicht 6 des zweiten Leitfähigkeitstyps ist polykri­ stallin, monokristallin, amorph oder mikrokristallin (als Verteilung von feinen Kristallen mit Korngrößen von 3 bis 50 nm in einer amorphen Matrix) und hat vorzugsweise die zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzte Leitfähigkeit, nämlich p-, p⁺-, n- oder n⁺-Leitfähigkeit.
Die Einkristallschichten 5 sind mit der Schicht 6 überdeckt. In dem ersten fotoelektrischen Element haben die zum wir­ kungsvollen Erzeugen der Foto-Ladungsträger dienenden Ein­ kristallschichten 5 keine Korngrenzen, so daß daher kaum eine Rekombination der Foto-Ladungsträger auftritt. D.h., über die ersten Foto-Ladungsträger kann die fotoelektrische Kraft bzw. EMK wirkungsvoll abgenommen werden.
Wenn als Schicht 6 ein polykristallines Material verwendet wird, werden Kornbegrenzungszustände an der Seite der Majo­ ritätsladungsträger im Bandabstand, nämlich unterhalb des Fermi-Pegels bei n-Leitfähigkeit oder oberhalb des Fermi- Pegels bei p-Leitfähigkeit gebildet, so daß an den Kristall­ grenzen keine wesentliche Rekombination auftritt.
Ferner ist es dann, wenn für die Schicht 6 ein polykristal­ lines Material verwendet wird, zum Verhindern eines höheren Widerstands der Schicht 6 besonders vorteilhaft, eine poly­ kristalline Struktur ohne Kristallgrenzen in der Richtung des Stromdurchlasses zwischen dem zweiten fotoelektrischen Element und der Einkristallzone des ersten fotoelektrischen Elements zu bilden, beispielsweise eine Säulenstruktur.
Die Dicke der Schicht 6 des zweiten Leitfähigkeitstyps beträgt vorzugsweise 0,1 bis 1,0µm und günstiger 0,2 bis 0,5µm, um die Foto-EMK nutzvoll abnehmen zu können.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das erste fotoelektrische Element eine Schichtung aus drei Schichten, nämlich den Einkristallschichten 4, den Einkristallschichten 5 und der Schicht 6.
Das zweite fotoelektrische Element ist derart auf das erste fotoelektrische Element aufgebracht, daß es dieses über­ deckt. Das zweite fotoelektrische Element enthält die amor­ phe Schicht 7 des ersten Leitfähigkeitstyps, nämlich mit p⁺-, p-, p--, n⁺-, n- oder n--Leitfähigkeit, die amorphe Schicht 8 mit i-Leitfähigkeit bzw. Eigenleitfähigkeit und die amorphe Schicht 9 des zweiten Leitfähigkeitstyps, näm­ lich mit zur ersten Leitfähigkeit entgegengesetzter Leitfä­ higkeit, d.h., n⁺-, n-, n -, p⁺-, p- oder p--Leitfähigkeit.
Als Material für das zweite fotoelektrische Element kann nicht nur amorphes Material, sondern auch mikrokristallines Material verwendet werden, in welchem kleinste Kristalle mit Korngrößen von 3 bis 50 nm in einer amorphen Matrix verteilt sind. Ferner kann für die Schichten 7 und 9 des ersten bzw. zweiten Leitfähigkeitstyps in dem zweiten fotoelektrischen Element polykristallines Material verwendet werden. Bei­ spielsweise kann durch Verwenden eines mikrokristallinen Materials mit geringer Absorption von Licht kurzer Wellen­ länge in der Schicht 9 des zweiten Leitfähigkeitstyps an der Lichteinfallseite das Licht kurzer Wellenlänge stärker in die zum Erzeugen von Foto-Ladungsträgern geeignete amorphe Schicht 8 mit i-Leitfähigkeit eingeleitet werden, so daß damit der Lichtenergie-Nutzungsgrad erhöht werden kann. Ferner kann durch Verwenden eines mikrokristallinen Mate­ rials mit hoher elektrischer Leitfähigkeit in der Schicht 7 des ersten Leitfähigkeitstyps an der der Lichteinfallseite entgegengesetzten Seite der Innenwiderstand des zweiten fotoelektrischen Elements verringert werden, so daß damit die Leerlaufspannung und der Kurzschlußstrom erhöht werden können.
Die Dicke der amorphen Schicht 7 beträgt 5 bis 10 nm, vor­ zugsweise 5 bis 7 nm. Die Dicke der amorphen Schicht 8 beträgt vorzugsweise 300 bis 600 nm, vorteilhaft 400 bis 500 nm.
Die Dicke der amorphen Schicht 9 beträgt 10 bis 50 nm, vorzugsweise 20 bis 30 nm.
Das erste und das zweite fotoelektrische Element werden auf diese Weise aufeinanderfolgend auf das Substrat aufgebracht, wonach dann an der Lichteinfallseite die lichtdurchlässige Leitschicht 10 als obere Elektrode für das Abnehmen der Foto-EMK gebildet wird.
Die obere Elektrode 10 ist eine lichtdurchlässige Leiter­ schicht mit einer Dicke von 0,4 bis 1 um aus Indiumzinnoxid ITO, SnO2, ZnO oder dergleichen. Die lichtdurchlässige Leiterschicht wird auf die Lichteinfallseite der Schicht 9 aufgebracht. Ferner kann auf die lichtdurchlässige Leiter­ schicht eine Sammelelektrode in Kammform, Netzform, Gitter­ form oder dergleichen aufgebracht werden.
In der erfindungsgemäß gestalteten fotoelektrischen Vorrich­ tung können Einkristalle, die Eigenformen haben und die von Fazetten umgeben sind, als einkristalline Schichtzonen der fotoelektrischen Vorrichtung benutzt werden und es kann durch die Nutzung einer Textur bzw. Gewebestruktur das einfallende Licht wirkungsvoll genutzt werden, so daß auf diese Weise der Umsetzungswirkungsgrad erhöht ist. Ferner steht die auf dem fotoelektrischen Element an der dem Sub­ strat abgewandten Seite aufgebrachte obere Elektrode 10 mit dem fotoelektrischen Element auf einer großen Fläche in Kontakt, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen der oberen Elektrode und dem fotoelektrischen Element verringert ist.
Ein Ausführungsbeispiel für die in Fig. 2 gezeigte fotoelek­ trische Vorrichtung wird nachstehend näher erläutert.
Das Unterlagenmaterial 1 ist ein elektrisch leitendes Mate­ rial wie rostfreier Stahl und dient als Gegenelektrode bzw. untere Elektrode. Auf dem Unterlagenmaterial 1 ist die Isolierschicht aus SiO2 gebildet.
Die Einkristallschichten 4 des ersten Leitfähigkeitstyps sind monokristalline Si-Schichten mit p⁺-Leitfähigkeit, während die Einkristallschichten 5 monokristalline Si- Schichten mit p-Leitfähigkeit sind. Die Schicht 6 des zwei­ ten Leitfähigkeitstyps ist eine polykristalline Si-Schicht mit n⁺-Leitfähigkeit. Das erste fotoelektrische Element besteht aus diesen drei Schichten.
Die monokristallinen Si-Schichten 4 und 5 werden durch selektive Monokristall-Züchtung gebildet. D.h., die Einkri­ stallschichten 4 und 5 werden beispielsweise durch Aufdamp­ fungs-Kristallzüchtung geformt, wobei diejenige Fläche des Unterlagenmaterials 1, die durch die Isolierschicht 3 hin­ durch freigelegt ist und die klein genug ist, nur einen einzigen Kristallkern entstehen zu lassen, von dem weg durch die Kristallzüchtungsprozedur ein Einkristall wächst, als eine Kernbildungsfläche benutzt wird, während die Oberfläche der SiO2-Schicht 3 als Fläche ohne Kernbildung dient.
Die amorphen Schichten 7, 8 und 9 sind jeweils eine amorphe Si:H-Schicht mit p-Leitfähigkeit, eine amorphe Si:H-Schicht mit i-Leitfähigkeit bzw. eine amorphe Si:H-Schicht mit n- Leitfähigkeit. Das zweite fotoelektrische Element besteht aus diesen drei Schichten. Die amorphen Schichten 7, 8 und 9 können Halogenatome enthalten.
Auf die amorphe Schicht 9 ist die obere Elektrode 10 aus zinnhaltigem Indiumoxid bzw. ITO aufgebracht.
Im vorstehenden wurde ein Ausführungsbeispiel der fotoelek­ trischen Vorrichtung beschrieben, jedoch besteht keine Einschränkung auf nur dieses Ausführungsbeispiel.
Beispielsweise kann das erste fotoelektrische Element allein oder mehrfach in der Vorrichtung vorgesehen sein. Wenn die fotoelektrische Vorrichtung als Stromquelle von Solarzellen oder dergleichen verwendet wird, wobei insbesondere eine größere Fläche erforderlich ist, wird eine Vielzahl von ersten fotoelektrischen Elementen gebildet, um eine foto­ elektrische Vorrichtung mit einem höheren Wirkungsgrad zu erhalten, die einer größeren Fläche angepaßt sein kann.
Wenn diese fotoelektrische Vorrichtung mit einer Vielzahl erster fotoelektrischer Elemente in Solarzellen benutzt wird, ist es anzustreben, die ersten fotoelektrischen Ele­ mente gleichmäßig anzuordnen, um zwischen den Elementen Abweichungen hinsichtlich des Stroms und der Spannung zu verringern. Vorteilhafte Beispiele für die gleichmäßige Anordnung sind Anordnungen der ersten fotoelektrischen Elemente in ausgeprägt symmetrischen Lagen wie in einem Rechteckgitter (mit vier symmetrischen Stellen), einem Wabengitter (mit sechs symmetrischen Stellen) oder derglei­ chen.
Bei der Verwendung der fotoelektrischen Vorrichtung in Solarzellen betragen die Abmessungen der Einkristallzone vorzugsweise 5 bis 300µm oder noch günstiger 10 bis 100µm, und die Zwischenabstände zwischen den Einkristallzonen 0,1 bis 10µm, vorzugsweise 0,3 bis 5µm und optimal 0,5 bis 3 um, um einen hohen Umsetzungswirkungsgrad zu erhalten.
Ein Projektionsflächenverhältnis (Sk/Sa) bei der Projektion der Einkristallzone des ersten fotoelektrischen Elements auf das zweite fotoelektrische Element an der Lichtaufnahmeflä­ che einer Solarzelle in der Richtung von der Lichteinfall­ fläche zu dem Substrat hin beträgt vorzugsweise 0,5 bis 1,0, noch günstiger 0,7 bis 1,0 und optimal 0,9 bis 1,0.
Wenn die beschriebenen fotoelektrischen Vorrichtungen im Lichtempfangsteil eines Sensors wie eines langen Zeilensen­ sors oder dergleichen eingesetzt werden, können die Vorrich­ tungen entsprechend einem Muster von Bildelementen in er­ wünschten Abständen von Sensor-Bildelementen angeordnet werden, wobei die fotoelektrischen Vorrichtungen an dem Lichtempfangsteil des Sensors derart angeordnet werden können, daß an jedem Bildelement ein einziges fotoelektri­ sches Element oder eine Vielzahl hiervon angebracht ist. Bei dem Anbringen einer Vielzahl fotoelektrischer Elemente betragen die Abmessungen der Einkristallzone 5 bis 100µm und die Zwischenabstände zwischen den Einkristallzonen 0,1 bis 10µm, um die Empfindlichkeit je Bildelement zu erhöhen und Abweichungen zwischen den Bildelementen des Sensors zu verringern.
Wenn in der fotoelektrischen Vorrichtung eine Vielzahl erster fotoelektrischer Elemente vorgesehen ist, erhält die Einkristallzone vorzugsweise Abmessungen von 6 bis 310µm oder noch vorteilhafter Abmessungen von 10 bis 100µm.
Bei der beschriebenen fotoelektrischen Vorrichtung wird die Einkristallzone des ersten fotoelektrischen Elements durch Anwenden eines selektiven Kristallzüchtungsverfahrens, bei­ spielsweise eines Gasphasen-Prozesses wie des chemischen Aufdampfverfahrens bzw. CVD-Verfahrens einschließlich des Hochtemperatur-CVD-Verfahrens, eines Plasma-CVD-Verfahrens, eines Foto-CVD-Verfahrens oder dergleichen oder eines physi­ kalischen Aufdampfverfahrens einschließlich eines Bedamp­ fungsverfahrens, eines Aufsprühverfahrens oder dergleichen an einem Substrat gebildet, das gemäß der vorangehenden Erläuterung eine kernbildungsfreie Fläche und eine Kernbil­ dungsfläche hat, welche eine höhere Kernbildungsdichte als die kernbildungsfreie Fläche hat und so klein ist, daß nur ein einziger Kristallkern entsteht, von dem weg bei der Kristallzüchtung ein Einkristall wächst.
Ein Beispiel für die Gasphasen-Kristallzüchtung ist ein Hochtemperatur-CVD-Prozeß, mit dem beispielsweise Si-Ein­ kristalle auf einer SiO2-Fläche als Fläche ohne Kernbildung und einer Edelstahlfläche als Kernbildungsfläche unter Bedingungen wie einer Substrattemperatur von ungefähr 700 bis ungefähr 1100°C bei einem Reaktionsdruck von z.B. 13 Pa bis 66 kPs, vorzugsweise 13,3 bis 27 kPs (0,1 bis 500 bzw. 100 bis 200 Torr mit einer geeigneten Kombination aus einem Reaktionsgas wie gasförmi­ gen, das Kristallmaterial enthaltenden Rohmaterialien, z.B. SiH2Cl2, SiCl4, SiCl3, SiHCl3, SiF4, SiH4 oder dergleichen, einem Ätzgas wie einem Wasserstoffatome enthaltendem Gas, z.B. HCl oder dergleichen und einem Verdünnungsgas wie H2 oder dergleichen gebildet werden.
Ferner können zum Steuern des Leitfähigkeitstyps als Dotier­ gas Gase benutzt werden, die in Dotieratome umsetzbare Atome enthalten, wie beispielsweise PH3, B2H6 oder dergleichen.
Gemäß einem Beispiel für die Kristallzüchtung einer Einkri­ stallschicht 4 mit p⁺-Leitfähigkeit und einer Einkristall­ schicht 5 mit p-Leitfähigkeit bei dem vorangehend beschrie­ benen Ausführungsbeispiel werden die Schichten 4 und 5 aufeinanderfolgend durch selektive Einkristallzüchtung unter Verwendung eines Gemisches aus SiH2Cl2 + HCl + H2 in einem Strömungsdurchsatzverhältnis von 1,2 : 1,4 : 100 als zusammen mit B2H6 als Dotiergas einzuleitende Gase bei einer Sub­ strattemperatur von 900°C und einem Druck von 20 kPa geformt, wobei die Konzentration des Dotiergases auf geeig­ nete Weise geändert wird.
Die Prozeduren für das Formen der anderen Schichten als derjenigen in der Einkristallzone, nämlich beispielsweise der amorphen Schichten sind übliche Prozesse für das Bilden amorpher fotoelektrischer Elemente wie ein Plasma-CVD- Prozeß, ein Aufsprühprozeß oder dergleichen.
Zum Bilden einer polykristallinen Halbleiterschicht muß die Kristallzüchtung unter derartigen Bedingungen vorgenommen werden, daß an der Oberfläche des mit den Einkristallschich­ ten 4 und 5 versehenen Substrats leicht Kristallkerne ent­ stehen, beispielsweise dadurch, daß gegenüber der vorange­ hend beschriebenen selektiven Kristallzüchtung der Mi­ schungsanteil des die als Kristallmaterial wirkenden Atome enthaltenden Gases erhöht wird oder der Mischungsanteil des Ätzgases gesenkt wird, um auch an der Isolierschicht Kri­ stallkerne zu erzeugen und die Einkristallschicht 5 und die Isolierschicht zu überdecken, daß die Substrattemperatur gesenkt wird, um die Rückverdampfung und Diffusion der adsorbierten Atome zu unterdrücken, oder daß eine Kombinati­ on dieser Maßnahmen angewandt wird.
Bei diesem Verfahren zum Herstellen einer fotoelektrischen Vorrichtung können fotoelektrische Elemente an erwünschten Stellen auf dem Substrat gebildet werden, so daß daher der Freiheitsgrad hinsichtlich der Auslegung von Solarzellen, Sensoren oder dergleichen erweitert ist, und es können erste und zweite fotoelektrische Elemente übereinandergeschichtet werden. D.h., es ergibt sich erfindungsgemäß eine fotoelek­ trische Vorrichtung mit einer hohen Fotoenergienutzung bei der fotoelektrischen Umsetzung und einem hohen Umsetzungs­ wirkungsgrad.
In der fotoelektrischen Vorrichtung, die in Fig. 2 als ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sind die benachbarten Einkristallzonen des ersten fotoelektrischen Elements nicht miteinander in Berührung, so daß daher die Einkristall­ schicht 5, die zum Erzeugen der Ladungsträger in dem ersten fotoelektrischen Element dient, keine Korngrenzen bzw. Kristallgrenzen als Ursache für das Entstehen eines Kri­ stallgrenzpegels hat, der eine Rekombination der Ladungsträ­ ger ergeben würde. D.h., das erste fotoelektrische Element selbst hat einen hohen Energieumsetzungswirkungsgrad. Ferner befindet sich in der Zone zwischen den ersten fotoelektri­ schen Elementen das zweite fotoelektrische Element mit den amorphen Halbleiterschichten 7 bis 9, so daß auch in dieser Zone das einfallende Licht fotoelektrisch zu elektrischer Energie umgesetzt werden kann. Auf diese Weise wird in der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein hoher Gesamtwirkungsgrad der Energieumsetzung erzielt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Unterlagenmaterial 1 der leicht preisgünstig erhältliche rostfreie Stahl verwendet, während als zweites fotoelektri­ sches Element die amorphen Halbleiterschichten benutzt werden. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung mit größerer Fläche und geringerem Kostenaufwand erzielt.
Die Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht der foto­ elektrischen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel, wobei gleiche Teile wie in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind zwischen der Schicht 9 und der Elektrode 10 der Vorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel eine amorphe SixC1 x:H-Schicht 7′ mit p-Leitfähigkeit, eine amorphe SixC1 x:H-Schicht 8′ mit i-Leitfähigkeit und eine amorphe SixC1-x:H-Schicht 9′ mit n-Leitfähigkeit gebildet, wobei 0 < x ≦ 1 gilt und die amorphen Schichten 7′, 8′ und 9′ Halogenatome enthalten können.
Die Dicke der amorphen Schicht 7′ beträgt vorzugsweise 5 bis 10 nm, vorteilhafter 5 bis 7 nm. Die Dicke der amorphen Schicht 8′ beträgt vorzugsweise 200 bis 400 nm, günstiger 250 bis 350 nm. Die Dicke der amorphen Schicht 9′ beträgt vorzugsweise 10 bis 50 nm, besser 20 bis 30 nm. Diese Schichten können in einem Gasphasenverfahren, beispielsweise einem Hochfrequenzplasma-CVD-Verfahren, einem Gleichstrom­ plasma-CVD-Verfahren oder einem Aufsprühverfahren geformt werden, wobei als Rohmaterialgas ein Gemisch aus silicium­ haltigem Gas wie SiH4, Si2H6 oder dergleichen und einem die Kohlenstoffatome enthaltendem Gas wie CH4, C2H6 oder der­ gleichen benutzt werden kann und als Dotiergas ein Gas hinzugefügt wird, das ein Element der Gruppe III des peri­ odischen Systems wie B2H6 oder der Gruppe V des periodischen Systems wie PH3 enthält.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist außer dem Schich­ tenaufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein drittes fotoelektrisches Element aus den amorphen Halbleiterschich­ ten 7′, 8′ und 9′ mit einem breiteren Bandabstand gebildet, so daß daher die Energie des Lichts kurzer Wellenlänge wirkungsvoll umgesetzt werden kann. D.h., der Gesamtwir­ kungsgrad der Energieumwandlung ist weiter erhöht.
Die amorphen Schichten 7′ und 9′ des dritten fotoelektri­ schen Elements können aus einem mikrokristallinem Material bestehen. Ferner besteht hinsichtlich der Materialien des zweiten und dritten fotoelektrischen Elements keine Ein­ schränkung auf das Si-System oder das Si-C-System, so daß statt dessen auch andere Halbleitermaterialien wie Si-Ge, Si-N oder dergleichen verwendet werden können. Hinsichtlich des Materials für die Einkristallzone des ersten fotoelek­ trischen Elements besteht keine Einschränkung auf allein das Si-System, sondern es kann auch irgendein anderes kristalli­ nes Halbleitermaterial wie Ge, InP, GaAs oder dergleichen verwendet werden.
Die Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht der foto­ elektrischen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbei­ spiel, wobei gleiche Teile wie in Fig. 2 und 4 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist auf die Oberfläche des Unterlagenmaterials 1 eine Isolierschicht aus SiO2 unter Freilassung von verhältnismäßig großen Flächen der Oberflä­ che des Unterlagenmaterials aufgebracht, während an den Mittelpunkten der einzelnen freigelassenen Flächen sehr kleine S-Einkristall-Schichten 2a gebildet sind und die Si- Einkristallschicht 4 auf großer Fläche mit dem Unterlagenma­ terial 1 in Kontakt ist. Dieses sind die Aufbau-Unterschiede des dritten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Aus­ führungsbeispiel.
Die Einkristallschicht 2a kann durch die vorangehend be­ schriebene Kristallzüchtungsbehandlung unter Verwendung eines Materials, das beispielsweise wie Siliciumnitrid oder dergleichen eine höhere Kernbildungsdichte hat als das Unterlagenmaterial 1, mit Zusammensetzungsänderungen durch Silicium-Ionenimplantation als Kernbildungsfläche oder durch Aufbringen von polykristallinem oder amorphem Halbleiterma­ terial als Kristallisationskeim, der klein genug ist, um durch Wärmebehandlung zu einem einzigen Körper zusammenzu­ backen, auf das Unterlagenmaterial in den Öffnungen und darauffolgende Wärmebehandlung bei einer niedrigeren Tempe­ ratur unterhalb des Schmelzpunkts des Kristallisationskeims für dessen Zusammenwachsen zu einem einzigen Körper geformt werden.
Die selektive Einkristallzüchtung zum Bilden der Einkri­ stallschicht 4 und der Einkristallschicht 5 wird durch Nutzung der freiliegenden Fläche der sehr kleinen Si-Schicht 2a als Kernbildungsfläche und der freiliegenden Fläche des Unterlagenmaterials 1, das eine geringere Kernbildungsdichte hat als die sehr kleine Si-Schicht, sowie der Oberfläche der SiO2-Schicht als Flächen ohne Kernbildung ausgeführt, wobei die Schicht 4 derart geformt wird, daß sie die freiliegende Oberfläche des Unterlagenmaterials 1 überdeckt. Die Schicht 4 kann derart geformt werden, daß sie sich über die freilie­ gende Oberfläche des Unterlagenmaterials 1 hinaus auf die SiO2-Schicht 3 erstreckt. Die auf das Bilden der Schicht 5 folgenden Schritte werden auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Schicht 4 mit dem Unterlagenmaterial auf einer größeren Fläche in Berüh­ rung, so daß daher der Reihenwiderstand und die Ladungsträ­ ger-Rekombination verringert werden können und der Energie­ umsetzungswirkungsgrad erhöht werden kann.
Beispiel 1
Gemäß Fig. 2 wurde auf ein elektrisch leitendes Unterlagen­ material 1 aus rostfreiem Stahl eine SiO2-Schicht 3 in einer Dicke von 150 nm gebildet. Die SiO2-Schicht wurder derart gebildet, daß zuerst die ganze Oberfläche des Unterlagenma­ terials 1 mit einer SiO2-Schicht überzogen wurde, darauffol­ gend auf dieser Schicht ein Fotolackmuster gebildet wurde und durch Abtragen von Teilflächen der SiO2-Schicht im Mikrometer-Format (1µm×1µm) in geeigneten Abständen (10 µm×10µm) durch reaktive Ionenätzung (RIE) Teilbereiche der Oberfläche des Unterlagenmaterials 1 freigelegt wurden.
Gemäß einem Verfahren zur selektiven Einkristallzüchtung wurden die Einkristallschichten 4 und 5 geformt. D.h., es wurden in einem Dampfphasenverfahren Kristalle gezüchtet, wobei die Fläche der nach dem teilweisen Abtragen der vor­ stehend genannten SiO2-Schicht 3 entstehenden freiliegenden Teilbereiche des Unterlagenmaterials als Kernbildungsfläche benutzt wurde und die Oberfläche der SiO2-Schicht 3 als Fläche ohne Kernbildung diente, an der die Kernbildungsdich­ te niedriger als an der Kernbildungsfläche war. Die Schich­ ten 4 und 5 wurden aufeinanderfolgend in einem Einkristall- Formungsverfahren aufgebracht, bei dem ein Gasgemisch aus SiH2Cl2 + HCl + H2 (in einem Strömungsdurchsatzverhältnis von 1,2 : 1,4 : 100) und B2H6 als Dotiergas bei einer Tempe­ ratur von 900°C und einem Druck von 20 kPa unter Änderung des Gemischanteils des Dotiergases verwendet wurde. Der Durchmesser der Schichten 5 betrug 8µm. Die vorangehend genannte Schicht 6 aus polykristallinem Si wurde in einem CVD-Verfahren unter den gleichen Bedingungen wie bei dieser Kristallzüchtung mit der Ausnahme gebildet, daß kein HCl eingeleitet wurde und als Dotiergas PH3 benutzt wurde, wobei die Schicht 6 derart geformt wurde, daß sie die freiliegen­ den Flächen der Schichten 5 und die Oberfläche der SiO2- Schicht 3 überdeckte.
Die Schichten 7, 8 und 9 wurden jeweils als amorphe p-Si:H- Schicht, als i-Si:H-Schicht bzw. als amorphe n-Si:H-Schicht gebildet, wodurch das zweite fotoelektrische Element geformt wurde. Diese Schichten wurden auf der Schicht 6 in einem Hochfrequenzplasma-CVD-Verfahren unter folgenden Bedingungen gebildet:
In ein Hochfrequenzplasma-CVD-Gerät wurden SiH4 (mit 10 Norm-cm3/min), H2 (mit 10 Norm-cm3/min) und mit Wasserstoff auf 1% Konzentration verdünntes Diboran (1% B2H6/H2) (mit Norm-cm3/min) eingeleitet, wobei der Druck in der Reaktions­ kammer auf 66 Pa gehalten wurde. Die amorphe p-Si:H- Schicht 7 wurde in einer Dicke von 30 nm unter Erzeugung von Plasma durch elektrische Leistung mit der Hochfrequenz 13,56 MHz gebildet, wobei das Unterlagenmaterial auf 250°C gehal­ ten wurde. Dann wurde nur das Einleiten von 1% B2H6/H2 abgebrochen, um die amorphe i-Si:H-Schicht 8 in einer Dicke von 400 nm zu bilden. Danach wurde zum Bilden der amorphen n-Si:H-Schicht 9 in einer Dicke von 5 nm in die Reaktions­ kammer zusammen mit SiH4 (mit 10 Norm-cm3/min) und H2 (mit 10 Norm-cm3/min) mit Wasserstoff zu einer Konzentration von 1% verdünntes Phosphin (1% PH3/H2) (mit 1 Norm-cm3/min) eingeleitet, wobei der Druck auf 66 Pa gehalten wurde.
Die obere Elektrode 10 war eine lichtdurchlässige elektrisch leitende Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO) mit einer Dicke von 1µm. Die Schicht wurde auf die Lichteinfallseite der Schicht 9 aufgebracht.
Bei der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel diente das Unter­ lagenmaterial als Gegenelektrode.
In der fotoelektrischen Vorrichtung gemäß diesem Beispiel entstanden keine Korngrenzen bzw. Kristallgrenzen, da die benachbarten Einkristallschichten des ersten fotoelektri­ schen Elements miteinander nicht in Berührung kamen. Infol­ gedessen zeigte das erste fotoelektrische Element allein einen hohen Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung. Außerdem waren in den Bereichen zwischen den ersten fotoelektrischen Elementen die zweiten fotoelektrischen Elemente aus den amorphen Halbleiterschichten 7, 8 und 9 angeordnet. Daher wurde auch in diesen Bereichen das einfallende Licht foto­ elektrisch in elektrische Energie umgesetzt. Infolgedessen wurde bei der Energieumsetzung mit der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel insgesamt ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Darüber hinaus konnte eine Vorrichtung mit großer Fläche unter verringerten Herstellungskosten erzielt werden, da als Unterlagenmaterial 1 rostfreier Stahl verwendet wurde und die zweiten fotoelektrischen Elemente aus amorphen Halblei­ terschichten gebildet waren.
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel wurden zwischen der Schicht 9 und der Elektrode 10 der Vorrichtung gemäß Beispiel 1 entsprechend Fig. 4 amorphe SixC1 x:H-Schichten 7′ mit p-Leitfähigkeit, 8′ mit i-Leitfähigkeit und 9′ mit n-Leitfähigkeit mit 0 < x ≦ 1 gebildet.
Diese Schichten 7′, 8′ und 9′ wurden in einem Hochfrequenz­ plasma-CVD-Verfahren, einem Gleichstromplasma-CVD-Verfahren oder dergleichen geformt. Bei dem Formen wurde als Ausgangs­ materialgas ein Gasgemisch aus die Siliciumatome enthalten­ dem SiH4 und die Kohlenstoffatome enthaltendem CH4 verwen­ det. Als Dotiergase für das Bilden der p-Halbleiterschicht und der n-Halbleiterschicht wurde jeweils ein Material wie B2H6 mit einem Element der Gruppe III des periodischen Systems bzw. ein Material wie PH3 mit einem Element der Gruppe V verwendet.
Im einzelnen wurden in ein Hochfrequenzplasma-CVD-Gerät SiH4 (mit 7 Norm-cm3/min), CH4 (mit 3 Norm-cm3/min), H2 (mit 10 Norm-cm3/min) und 1% B2H6/H2 (mit 1 Norm-cm3/min) eingelei­ tet, wobei der Druck in der Reaktionskammer auf 66 Pa gehalten wurde. Durch Erzeugen von Plasma mit elektrischer Hochfrequenzleistung mit der Frequenz 13,56 MHz wurde die Schicht 7′ aus dem amorphen SixC1 x:H mit p-Leitfähigkeit in einer Dicke von 30 nm aufgebracht, wobei das Unterlagenmate­ rial auf 300°C gehalten wurde. Dann wurde zum Bilden der Schicht 8′ aus dem amorphen SixC1-x:H mit der Eigenleitfä­ higkeit bzw. i-Leitfähigkeit in einer Dicke von 400 nm lediglich das Einleiten von 1% B2H6/H2 unterbrochen. Danach wurde zum Bilden der Schicht 9′ aus dem amorphen SixC1-x:H mit n-Leitfähigkeit in einer Dicke von 5 nm 1% PH3/H2 (mit 1 Norm-cm3/min) zusammen mit SiH4 (mit 7 Norm-cm3/min), CH4 (mit 3 Norm-cm3/min) und H2 (mit 10 Norm-cm3/min) in die Reaktionskammer geleitet, wobei der Druck auf 66 Pa gehalten wurde.
Bei der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel 2 konnte mit den amorphen Halbleiterschichten 7′, 8′ und 9′ mit größeren Energiebandabständen eine weitere Verbesserung des Gesamt­ wirkungsgrads bei der Energieumwandlung durch das wirkungs­ volle Umsetzen des Lichts kürzerer Wellenlänge erreicht werden, welches mit den amorphen Halbleiterschichten 7, 8 und 9 der Vorrichtung gemäß Beispiel 1 nicht nutzvoll umge­ setzt werden konnte.
Beispiel 3
Bei diesem Beispiel wurde gemäß Fig. 3 bei dem Aufbringen der SiO2-Schicht 3 auf die Oberfläche des Unterlagenmate­ rials 1 eine größere Fläche an Teilbereichen von dem SiO2 freigelassen und es wurden an den Mittelpunkten der von SiO2 freien Teilbereiche durch Kondensation der Kristallisations­ keime mikroskopisch kleine Einkristall-Si-Schichten 2a gebildet, während die Si-Einkristallschichten 4 auf einer größeren Fläche mit dem Unterlagenmaterial 1 in Kontakt gebracht wurden. Bei dem Bilden der Schichten 4 und 5 trat ein von den sehr kleinen Si-Schichten 2a ausgehendes selek­ tives Einkristallwachstum auf, wobei die freiliegende Ober­ fläche des Unterlagenmaterials 1 und die freiliegende Ober­ fläche der SiO2-Schicht als Flächen ohne Kernbildung dien­ ten. Die Schichten 4 wurden derart geformt, daß sie die freiliegende Oberfläche des Unterlagenmaterials 1 vollstän­ dig überdeckten. Das Bilden der Schicht 5 und die nachfol­ genden Prozesse wurden auf die gleiche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel 1 ausgeführt.
Da in der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel 3 die Schichten 4 auf einer großen Fläche mit dem Unterlagenmaterial 1 in Kontakt waren, waren der Serienwiderstand und die Ladungs­ träger-Rekombination verringert, wodurch der Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung erhöht war.
Beispiel 4
Eine fotoelektrische Vorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 5 wurde auf die gleiche Weise wie die Vorrichtung gemäß Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß auf das Bilden der Einkristallschichten 4 und 5 folgend polykristalline n⁺-Schichten 6 des ersten fotoelektrischen Elements gemäß Fig. 2 gebildet wurden. Die Einkristall-Schichten 6 nach Fig. 5 wurden dadurch gebildet, daß ein Gasgemisch aus SiH2Cl2 + HCl + H2 in einem Strömungsdurchsatzverhältnis von 1,2 : 1,4 : 100 zusammen mit 1% PH3/H2 in einem Strömungs­ durchsatzanteil von 0,2 in bezug auf SiH2Cl2 bei einer Temperatur von 900°C und einem Druck von 20 kPa eingelei­ tet wurde.
Die als dieses Beispiel 4 hergestellte fotoelektrische Vorrichtung zeigte wegen der größeren Einkristallzone einen höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu der Vorrichtung gemäß Beispiel 1, wobei durch die Einwirkung von Kristallgrenzen verursachte Unterschiede der Eigenschaften der ersten foto­ elektrischen Elemente verhindert waren, so daß die Ausgangs­ leistung genau der Intensität des einfallenden Lichts ent­ sprochen hat.
Es wird eine fotoelektrische Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer fotoelektrischen Vorrichtung beschrie­ ben, die ein Substrat mit einer Vielzahl von leitenden Flächen, welche von einer isolierenden Fläche umgeben sind, eine Vielzahl von die leitenden Flächen überdeckenden ersten fotoelektrischen Elementen mit Einkristall-Schichtzonen und ein die ersten fotoelektrischen Elemente überdeckendes zweites fotoelektrisches Element aufweist. Die Einkristall- Schichtzonen sind voneinander getrennt ausgebildet.

Claims (9)

1. Fotoelektrische Vorrichtung, gekennzeichnet durch
ein Substrat (1) mit einer Vielzahl leitender Flächen (2), die von einer isolierenden Fläche (3) umgeben sind,
eine Vielzahl erster fotoelektrischer Elemente (4 bis 6) mit Einkristall-Schichtzonen (4, 5), die die leitenden Flächen überdecken, und
ein zweites fotoelektrisches Element (7 bis 9), das die ersten fotoelektrischen Elemente überdeckt,
wobei die Einkristall-Schichtzonen voneinander getrennt ausgebildet sind.
2. Fotoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite fotoelektrische Element (7 bis 9) ein amorphes Material enthält.
3. Fotoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite fotoelektrische Element (7 bis 9) eine Schichtzone aus einem mikrokristalli­ nem Material hat.
4. Fotoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbildungsdichte der leitenden Flächen (2) größer als die Kernbildungsdichte der isolierenden Fläche (3) ist und daß die leitenden Flä­ chen einen Durchmesser von 4µm oder weniger haben.
5. Fotoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die leitenden Flächen jeweils ein Material (2a) mit einem Durchmesser von 4µm oder weniger aufgebracht ist, das eine Kernbildungsdichte hat, die größer als diejenige der leitenden Flächen und der isolierenden Fläche (3) ist.
6. Verfahren zum Herstellen einer fotoelektrischen Vorrich­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß
an einem Substrat mit einer Fläche ohne Kernbildung und mit einer Vielzahl von Kernbildungsflächen, die eine höhere Kernbildungsdichte als die Fläche ohne Kernbildung haben und die eine Größe haben, die ausreichend klein ist, nur einen einzigen Kern entstehen zu lassen, von dem weg ein Einkri­ stall wächst, eine Kristallzüchtung durch Dampfablagerung ausgeführt wird,
eine Vielzahl von ersten fotoelektrischen Elementen mit jeweils einer Einkristall-Schichtzone derart gebildet wird, daß die Einkristall-Schichtzonen jeweils voneinander ge­ trennt sind, und
ein zweites fotoelektrisches Element gebildet wird, das die ersten fotoelektrischen Elemente überdeckt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbildungsflächen durch die Oberfläche eines Unterla­ genmaterials gebildet werden und die Fläche ohne Kernbildung die Oberfläche einer Isolierschicht ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche ohne Kernbildung durch die Oberfläche eines Unterlagenmaterials und die Oberfläche einer Isolierschicht gebildet ist, während die Kernbildungsflächen jeweils durch die Oberfläche eines Materials mit einer Kernbildungsdichte gebildet sind, die höher als diejenige der Fläche ohne Kernbildung ist.
9. Fotoelektrische Vorrichtung, die nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 hergestellt ist.
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