JP2869178B2 - 光起電力装置 - Google Patents
光起電力装置Info
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は太陽電池、光センサなどの光起電力装置に関
する。
する。
（ロ） 従来の技術 太陽電池で代表される光起電力装置では、その変換効
率を向上させるために、その構成材料及びその素子構造
に関し各種の工夫がなされている。
率を向上させるために、その構成材料及びその素子構造
に関し各種の工夫がなされている。
例えば前記光起電力装置に光吸収係数の大きい非晶質
シリコンゲルマニュウム膜（以下、ａ−SiGe膜という）
を使用することは、構成材料による前記工夫で、これに
よれば、特に長波長光に対する光吸収を増加させること
が可能となる。
シリコンゲルマニュウム膜（以下、ａ−SiGe膜という）
を使用することは、構成材料による前記工夫で、これに
よれば、特に長波長光に対する光吸収を増加させること
が可能となる。
また、素子構造に関する前記工夫としては、所謂光閉
じ込め効果のための素子構造がある。第５図は、その光
閉じ込め効果を説明するための光起電力装置の素子構造
図で、（51）は基板、（52）は透明導電膜、（53）は光
電変換層で、ｐ型半導体、光活性層としてのｉ型半導
体、及びｎ型半導体を順次重畳形成された積層体からな
り、（54）は金属膜からなる背面電極である。この構造
の特徴とするところは、前記透明導電膜（52）の表面が
凹凸形状となるように形成されていることである。
じ込め効果のための素子構造がある。第５図は、その光
閉じ込め効果を説明するための光起電力装置の素子構造
図で、（51）は基板、（52）は透明導電膜、（53）は光
電変換層で、ｐ型半導体、光活性層としてのｉ型半導
体、及びｎ型半導体を順次重畳形成された積層体からな
り、（54）は金属膜からなる背面電極である。この構造
の特徴とするところは、前記透明導電膜（52）の表面が
凹凸形状となるように形成されていることである。
従って、前記光閉じ込め効果とは、基板（51）側から
前記光電変換層（53）に入射した光を、前記背面電極
（54）と前記凹凸形状を有する前記透明導電膜（52）と
の間で多重反射させることにより、前記光活性層内での
前記光の実効的な走行距離を増加せしめ、前記光の吸収
量を増加することをいう。特に、この効果は、前記光起
電力装置の長波長光の光吸収を増加させるのに有効であ
る。
前記光電変換層（53）に入射した光を、前記背面電極
（54）と前記凹凸形状を有する前記透明導電膜（52）と
の間で多重反射させることにより、前記光活性層内での
前記光の実効的な走行距離を増加せしめ、前記光の吸収
量を増加することをいう。特に、この効果は、前記光起
電力装置の長波長光の光吸収を増加させるのに有効であ
る。
（ハ） 発明が解決しようとする課題 然し乍ら、前記ａ−SiGe膜の使用や、前記光閉じ込め
効果に関しては、幾つかの問題がある。
効果に関しては、幾つかの問題がある。
前記ａ−SiGe膜の使用は、前述の如く光吸収量の増加
により前記光起電力装置の短絡電流の増加を果たし得る
ものの、開放電圧の減少をもたらす。
により前記光起電力装置の短絡電流の増加を果たし得る
ものの、開放電圧の減少をもたらす。
また、前記光閉じ込め効果では、該効果により短絡電
流の増加は実現できるものの、その一方で開放電圧が著
しく減少する問題が生じていた。
流の増加は実現できるものの、その一方で開放電圧が著
しく減少する問題が生じていた。
特に、前記光閉じ込め効果による前記開放電圧の減少
は、前記透明導電膜の表面に形成された凹凸の程度が前
記ｐ型半導体膜の膜厚と比較して非常に大きいものであ
ることから、該ｐ型半導体膜が良好に形成できないこと
に起因している。
は、前記透明導電膜の表面に形成された凹凸の程度が前
記ｐ型半導体膜の膜厚と比較して非常に大きいものであ
ることから、該ｐ型半導体膜が良好に形成できないこと
に起因している。
このような理由により、本発明の光起電力装置の目的
とするところは、前記ａ−SiGe膜を使用することによる
前記短絡電流の増加を計り得るとともに、前記開放電圧
の減少を防止し得る光起電力装置を提供することにあ
る。
とするところは、前記ａ−SiGe膜を使用することによる
前記短絡電流の増加を計り得るとともに、前記開放電圧
の減少を防止し得る光起電力装置を提供することにあ
る。
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明光起電力装置の特徴とするところは、基板上に
ｐ型非晶質半導体膜、ｉ型非晶質半導体膜及びｎ型非晶
質半導体膜を重畳形成されてなる積層体を具備する光起
電力装置に於て、前記ｉ型非晶質半導体膜内の光入射側
近傍に、その表面を凹凸形状とした非晶質シリコンゲル
マニュウム膜、又は島状に形成された非晶質シリコンゲ
ルマニュウム膜を備えたことにある。
ｐ型非晶質半導体膜、ｉ型非晶質半導体膜及びｎ型非晶
質半導体膜を重畳形成されてなる積層体を具備する光起
電力装置に於て、前記ｉ型非晶質半導体膜内の光入射側
近傍に、その表面を凹凸形状とした非晶質シリコンゲル
マニュウム膜、又は島状に形成された非晶質シリコンゲ
ルマニュウム膜を備えたことにある。
（ホ） 作用 本発明光起電力装置では、前記ｉ型非晶質半導体膜内
の光入射側近傍に、その表面を凹凸形状とした前記ａ−
SiGe膜、或るいは、島状に形成されたａ−SiGe膜を介在
させることにより、該ａ−SiGe膜と前記光起電力装置に
おける背面電極との間で前記多重反射が発生し、所謂光
閉じ込め効果が得られる。
の光入射側近傍に、その表面を凹凸形状とした前記ａ−
SiGe膜、或るいは、島状に形成されたａ−SiGe膜を介在
させることにより、該ａ−SiGe膜と前記光起電力装置に
おける背面電極との間で前記多重反射が発生し、所謂光
閉じ込め効果が得られる。
更に、前記ａ−SiGe膜自体を使用することで、光吸収
量の増加も同時に行える。
量の増加も同時に行える。
（へ） 実施例 第１図は本発明光起電力装置を説明するための素子構
造図である。
造図である。
（１）はガラスや透明プラスチックからなる基板、
（２）は基板（１）上に形成されたSnO2膜やITO（Indiu
m Tin Oxide）膜などからなる透明導電膜、（３）は光
電変換層、（４）はアルミニュウムなどからなる金属電
極である。
（２）は基板（１）上に形成されたSnO2膜やITO（Indiu
m Tin Oxide）膜などからなる透明導電膜、（３）は光
電変換層、（４）はアルミニュウムなどからなる金属電
極である。
光電変換層（３）は、本発明光起電力装置の特徴であ
る層を含めて５層からなる。つまり、（3a）はｐ型非晶
質半導体膜で、入射光に含まれる短波長光の吸収を少な
くするために、炭素原子が含有されたｐ型非晶質シリコ
ンカーバイド膜からなる、（3b）及び（3d）はｉ型非晶
質半導体膜で、ｉ型非晶質シリコン膜からなる、（3c）
は本発明光起電力装置の特徴であるｉ型ａ−SiGe膜、更
に（3e）はｎ型非晶質半導体膜で、ｎ型非晶質シリコン
膜である。
る層を含めて５層からなる。つまり、（3a）はｐ型非晶
質半導体膜で、入射光に含まれる短波長光の吸収を少な
くするために、炭素原子が含有されたｐ型非晶質シリコ
ンカーバイド膜からなる、（3b）及び（3d）はｉ型非晶
質半導体膜で、ｉ型非晶質シリコン膜からなる、（3c）
は本発明光起電力装置の特徴であるｉ型ａ−SiGe膜、更
に（3e）はｎ型非晶質半導体膜で、ｎ型非晶質シリコン
膜である。
これにより、本発明光起電力装置では、ｐ型非晶質半
導体膜（3a）、ｉ型非晶質半導体膜（（3b）及び（3
d））及びｎ型非晶質シリコン膜（3e）で積層体を構成
している。尚、（3b）（3c）及び（3d）は、前記光活性
層に相当する。
導体膜（3a）、ｉ型非晶質半導体膜（（3b）及び（3
d））及びｎ型非晶質シリコン膜（3e）で積層体を構成
している。尚、（3b）（3c）及び（3d）は、前記光活性
層に相当する。
前記光起電力装置の中で、ｉ型ａ−SiGe膜（3c）以外
は従来周知のものである。
は従来周知のものである。
前記光起電力装置の製造としては、まず、前記透明導
電膜（２）が形成された基板（１）上に、従来周知のプ
ラズマCVD法によって、ｐ型非晶質半導体膜（3a）、ｉ
型非晶質半導体膜（3b）及びｉ型ａ−SiGe膜（3c）を重
畳形成する。
電膜（２）が形成された基板（１）上に、従来周知のプ
ラズマCVD法によって、ｐ型非晶質半導体膜（3a）、ｉ
型非晶質半導体膜（3b）及びｉ型ａ−SiGe膜（3c）を重
畳形成する。
次に、前記凹凸形状を前記ｉ型ａ−SiGe膜（3c）に具
備せしめるため、従来のフォト・レジスト工程における
エッチング処理を該ｉ型ａ−SiGe膜（3c）に施す。斯る
場合のレジストは、島状のパターン形状となるように形
成する。
備せしめるため、従来のフォト・レジスト工程における
エッチング処理を該ｉ型ａ−SiGe膜（3c）に施す。斯る
場合のレジストは、島状のパターン形状となるように形
成する。
この場合、前記エッチング処理の工程としては、２種
類の態様がある。即ち、一方は、前記レジストに被われ
ていない部分の前記ｉ型ａ−SiGe膜（3c）のエッチング
について、そのエッチングを途中で中止し、前記ｉ型ａ
−SiGe膜（3c）の表面に段差を形成するものである。従
って、前記段差の程度は、前記エッチングの時間等によ
って制御することが可能である。
類の態様がある。即ち、一方は、前記レジストに被われ
ていない部分の前記ｉ型ａ−SiGe膜（3c）のエッチング
について、そのエッチングを途中で中止し、前記ｉ型ａ
−SiGe膜（3c）の表面に段差を形成するものである。従
って、前記段差の程度は、前記エッチングの時間等によ
って制御することが可能である。
他方は、前記レジストによって被われていない部分の
前記ｉ型ａ−SiGe膜（3c）を全てエッチング除去するも
ので、このために、ｉ型ａ−SiGe膜（3c）は、島状の膜
となる。
前記ｉ型ａ−SiGe膜（3c）を全てエッチング除去するも
ので、このために、ｉ型ａ−SiGe膜（3c）は、島状の膜
となる。
同図に示す実施例光起電力装置は、前者の態様の場合
について示し、前記エッチング処理は、従来周知のプラ
ズマエッチング法によって行った。
について示し、前記エッチング処理は、従来周知のプラ
ズマエッチング法によって行った。
前記エッチング工程を経た後、前記ｉ型ａ−SiGe膜
（3c）上に前記プラズマCVD法により、引き続きｉ型非
晶質半導体膜（3d）及びｎ型非晶質半導体膜（3e）を形
成する。最後に、金属膜（４）を従来周知の蒸着法また
はスパッタ法などによって形成した。
（3c）上に前記プラズマCVD法により、引き続きｉ型非
晶質半導体膜（3d）及びｎ型非晶質半導体膜（3e）を形
成する。最後に、金属膜（４）を従来周知の蒸着法また
はスパッタ法などによって形成した。
尚、前記ｉ型ａ−SiGe膜（3c）から見て光入射側近傍
にｉ型非晶質半導体膜（3b）を配置するのは、ｐ型非晶
質半導体膜（3a）と良好な接合を形成するためである。
にｉ型非晶質半導体膜（3b）を配置するのは、ｐ型非晶
質半導体膜（3a）と良好な接合を形成するためである。
前記各非晶質シリコン膜のプラズマCVD法に於る形成
条件を第１表に示す。
条件を第１表に示す。
注）p a−SiCはｐ型非晶質シリコンカーバイド膜,i a−
Siはｉ型非晶質シリコン膜,n a−Siはｎ型非晶質シリコ
ン膜を示す。尚、その他の条件として、基板温度及び放
電電力は、各膜ともに、それぞれ200℃,30Wである。
Siはｉ型非晶質シリコン膜,n a−Siはｎ型非晶質シリコ
ン膜を示す。尚、その他の条件として、基板温度及び放
電電力は、各膜ともに、それぞれ200℃,30Wである。
第２表に、実施例光起電力装置及び従来の光起電力装
置の代表的な電気特性を示す。ここに於る従来の光起電
力装置としては２種類用意した。
置の代表的な電気特性を示す。ここに於る従来の光起電
力装置としては２種類用意した。
一方の従来例１は、前記実施例光起電力装置のｉ型非
晶質半導体膜（3b）及びｉ型ａ−SiGe膜（3c）に替え
て、その表面に凹凸形状を具備していないｉ型ａ−SiGe
膜を具えた構造の光起電力装置である。他方の従来例２
は、前記実施例光起電力装置のｉ型非晶質半導体膜（3
b）、ｉ型ａ−SiGe膜（3c）及びｉ型非晶質半導体膜（3
d）に替えて、5000Åのｉ型非晶質シリコン膜のみを使
用したものである。
晶質半導体膜（3b）及びｉ型ａ−SiGe膜（3c）に替え
て、その表面に凹凸形状を具備していないｉ型ａ−SiGe
膜を具えた構造の光起電力装置である。他方の従来例２
は、前記実施例光起電力装置のｉ型非晶質半導体膜（3
b）、ｉ型ａ−SiGe膜（3c）及びｉ型非晶質半導体膜（3
d）に替えて、5000Åのｉ型非晶質シリコン膜のみを使
用したものである。
注）照射条件;AM−1,100mW/cm2 第２表に示されているように、前記実施例光起電力装
置では、従来例１と比較して短絡電流においてはやや劣
るものの、開放電圧については15％の増加が確認できて
おり、従来のａ−SiGe膜を使用した場合における前記開
放電圧の低下は十分に防止し得ている。また実施例光起
電力装置では先述の短絡電流の減損が発生しているが、
従来例２の光起電力装置と比較しても明らかな如く、本
発明光起電力装置では、12％以上の短絡電流向上を達成
しており前記ａ−SiGe膜に因る光吸収量の増加をはたせ
ていることが判る。
置では、従来例１と比較して短絡電流においてはやや劣
るものの、開放電圧については15％の増加が確認できて
おり、従来のａ−SiGe膜を使用した場合における前記開
放電圧の低下は十分に防止し得ている。また実施例光起
電力装置では先述の短絡電流の減損が発生しているが、
従来例２の光起電力装置と比較しても明らかな如く、本
発明光起電力装置では、12％以上の短絡電流向上を達成
しており前記ａ−SiGe膜に因る光吸収量の増加をはたせ
ていることが判る。
第２図は、本発明光起電力装置において、前記ｉ型ａ
−SiGe膜の前記凹凸形状に基づく凸部と凹部との段差、
即ち、前記実施例での前記エッチング深さと、前記電気
特性のうちの変換効率との関係について示している。斯
る場合の条件として、前記凸部の前記ｉ型ａ−SiGe膜の
膜厚は、3000Åと一定にしている。
−SiGe膜の前記凹凸形状に基づく凸部と凹部との段差、
即ち、前記実施例での前記エッチング深さと、前記電気
特性のうちの変換効率との関係について示している。斯
る場合の条件として、前記凸部の前記ｉ型ａ−SiGe膜の
膜厚は、3000Åと一定にしている。
同図の如く前記段差は500Å以上とすることにより、
前記凹凸形状の効果が顕著となる。その上限値として
は、3000Å以下とすることが好ましい。この理由は、30
00Åを越える前記段差とすると、光起電力装置としての
リーク電流が増加し変換効率の低下が起こるためであ
る。
前記凹凸形状の効果が顕著となる。その上限値として
は、3000Å以下とすることが好ましい。この理由は、30
00Åを越える前記段差とすると、光起電力装置としての
リーク電流が増加し変換効率の低下が起こるためであ
る。
第３図は実施例光起電力装置の前記ｉ型ａ−SiGe膜の
膜厚を変化させた場合の変換効率の変化を示している。
前記段差は1500Åで一定とした。同図から明らかなよう
に、前記変換効率は、4000Å近傍で最大値を示してい
る。これは、ｉ型ａ−SiGe膜の膜厚が大きくなり過ぎる
と前記変換効率に影響する開放電圧及び曲率因子がとも
に低下することに起因している。
膜厚を変化させた場合の変換効率の変化を示している。
前記段差は1500Åで一定とした。同図から明らかなよう
に、前記変換効率は、4000Å近傍で最大値を示してい
る。これは、ｉ型ａ−SiGe膜の膜厚が大きくなり過ぎる
と前記変換効率に影響する開放電圧及び曲率因子がとも
に低下することに起因している。
従って、本発明光起電力装置に因れば、前記ｉ型ａ−
SiGe膜は好適には2000〜5000Åであり、最適には3000〜
4000Åである。
SiGe膜は好適には2000〜5000Åであり、最適には3000〜
4000Åである。
次に、前記凹凸形状に於る各凸部間の距離と前記変換
効率の関係について第４図に示す。斯る場合の条件とし
ては、前記凸部の前記ｉ型ａ−SiGe膜の前記膜厚を3000
Åとし、また前記段差は1500Åとした。
効率の関係について第４図に示す。斯る場合の条件とし
ては、前記凸部の前記ｉ型ａ−SiGe膜の前記膜厚を3000
Åとし、また前記段差は1500Åとした。
同図から判るように、前記距離を10μｍ以上に大きく
すると、前記変換効率が緩やかに減少する。この減少
は、特に短絡電流の減少に基づくもので、前記光閉じ込
め効果が漸減していることによる。
すると、前記変換効率が緩やかに減少する。この減少
は、特に短絡電流の減少に基づくもので、前記光閉じ込
め効果が漸減していることによる。
本発明光起電力装置は、実施例の如く１つの積層体に
よってのみ光電変換層が構成されているものに限るもの
ではなく、例えば、前記積層体を複数個、該積層体が直
列接続となる様に積層形成された構造を有する光起電力
装置に於ても同様の効果を呈する。斯る構造を有する光
起電力装置にあっては、それら積層体のうちの１つに本
発明の特徴であるところのｉ型ａ−SiGe膜を採用すれば
よい。特に、この場合、前記ｉ型ａ−SiGe間を備えた積
層体が長波長光に大きな感度を有することから、該積層
体は、前記直列接続では光入射側より遠方となる位置に
配置されることが好適である。
よってのみ光電変換層が構成されているものに限るもの
ではなく、例えば、前記積層体を複数個、該積層体が直
列接続となる様に積層形成された構造を有する光起電力
装置に於ても同様の効果を呈する。斯る構造を有する光
起電力装置にあっては、それら積層体のうちの１つに本
発明の特徴であるところのｉ型ａ−SiGe膜を採用すれば
よい。特に、この場合、前記ｉ型ａ−SiGe間を備えた積
層体が長波長光に大きな感度を有することから、該積層
体は、前記直列接続では光入射側より遠方となる位置に
配置されることが好適である。
（ト） 発明の効果 本発明光起電力装置によれば、ａ−SiGe膜の使用によ
る従来の開放電圧の低下を防止し得るとともに、前記光
閉じ込め効果による短絡電流の向上を計りうる。
る従来の開放電圧の低下を防止し得るとともに、前記光
閉じ込め効果による短絡電流の向上を計りうる。
第１図は本発明光起電力装置の素子構造断面図、第２図
はエッチング深さと変換効率との関係を示す特性図、第
３図はａ−SiGe膜の膜厚に対する変換効率との関係を示
す特性図、第４図は前記凹凸形状に於る各凸部間の距離
と変換効率の関係を示す特性図、第５図は従来光起電力
装置の素子構造断面図である。
はエッチング深さと変換効率との関係を示す特性図、第
３図はａ−SiGe膜の膜厚に対する変換効率との関係を示
す特性図、第４図は前記凹凸形状に於る各凸部間の距離
と変換効率の関係を示す特性図、第５図は従来光起電力
装置の素子構造断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−90983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−152672（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】基板上にｐ型非晶質半導体膜、ｉ型非晶質
半導体膜及びｎ型非晶質半導体膜を重畳形成されてなる
積層体を具備する光起電力装置に於て、前記ｉ型非晶質
半導体膜内の光入射側近傍に、その表面を凹凸形状とし
た非晶質シリコンゲルマニュウム膜、又は島状に形成さ
れた非晶質シリコンゲルマニュウム膜を備えたことを特
徴とする光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2298513A JP2869178B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2298513A JP2869178B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04170074A JPH04170074A (ja) | 1992-06-17 |
| JP2869178B2 true JP2869178B2 (ja) | 1999-03-10 |
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ID=17860695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2298513A Expired - Fee Related JP2869178B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2869178B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111276525B (zh) * | 2020-02-13 | 2023-07-25 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示屏及其制备方法和显示装置 |
-
1990
- 1990-11-01 JP JP2298513A patent/JP2869178B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04170074A (ja) | 1992-06-17 |
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