JPH0525187B2 - - Google Patents

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JPH0525187B2
JPH0525187B2 JP59097320A JP9732084A JPH0525187B2 JP H0525187 B2 JPH0525187 B2 JP H0525187B2 JP 59097320 A JP59097320 A JP 59097320A JP 9732084 A JP9732084 A JP 9732084A JP H0525187 B2 JPH0525187 B2 JP H0525187B2
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Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明は光電変換装置特に太陽電池、フオトセ
ンサ、蛍光灯電池等に用いられるPINタンデム型
非単結晶半導体装置の作製方法に関するものであ
る。
『従来の技術』 アモルフアス半導体を用いてタンデム型光電変
換装置にPINPIN接合を有し、一方のI型半導体
の光学的エネルギバンド巾として1.7〜1.8eVを有
するa−Si:H(水素が添加されたアモルフアス
半導体)及び他方のI型半導体の光学的エネルギ
バンド巾として1.4〜1.6eVを有するa−SixGe1-x
(0<X<1)とする構造が知られている。
しかしかかる構造におけるa−SixGe1-x(0<
X<1)(以下シリコン・ゲルマニユーム化合物
ともいう)は高価な反応性気体であるゲルマン
(GeH4)とシラン(SiH4)とのプラズマ気相反
応によつて任意の化学量比を有する材料を作るこ
とができる。そしてこの特性は、ゲルマニユーム
を増加するにつれて光学的Egを下げることが可
能であるが、しかし他方、電気特性のキヤリアの
移動度は急速に低下してしまつた。
このためかかるEgを異ならせるタンデム型セ
ルのSixGe1-x(0<X<1)を用いるアモルフア
ス半導体装置においては根本的大問題が存在して
しまつた。
その結果、光学的な光電変換が行われる波長領
域を大きくさせ得るタンデム型セルはその光励起
されたキヤリアが再結合して消滅しまうため外に
取り出すことが非効率的であり、結果として効率
の向上につながらなかつた。
『発明が解決しようとする問題点』 本発明は、Egとして1.4〜1.6eVを有する非単
結晶半導体として、その電気特性においてアモル
フアス珪素を用いるに比べて、より高い(従来の
SixGe1-xは低い)移動度を有する水素またはハ
ロゲン元素が添加されている多結晶または半導体
を含む結晶化度の助長をさせた半導体(以下多結
晶半導体材料という)を用いたことにある。さら
にこの材料にゲルマニユームのごとく地球上の主
成分でない希少価値の材料を用いないことにあ
る。
『問題を解決する手段』 本発明はかかる問題を解決するため、アモルフ
アスを含む非単結晶半導体特に不純物(酸素、窒
素、炭素、リンまたはホウ素等の不純物)のそれ
ぞれ1原子%以下しか含有しない、かつ水素また
はハロゲン元素が再結合中心中和用およびエネル
ギバンド巾増加用に添加された半導体(珪素)を
用いる第1および第2のPIN接合と、この第2の
PIN接合を構成するI型半導体またはI型半導体
とその上のPまたはN型半導体に対し強光照射ア
ニール即ちLA(炭酸ガスレーザ、YAGレーザま
たはエキシマレーザによるアニールまたは水銀灯
等の強光照射によるアニールを含む)によりその
半導体を多結晶化または結晶化度を助長し、かつ
水素またはハロゲン元素の含有量を減少させた第
2のPIN接合のI型半導体層とを有せしめたこと
である。
この時この強光アニールにより第1のPIN接合
までが強光アニールされないよう光の波長は0.6μ
以下を用いた。加えて第2のPIN接合のI型半導
体下のPまたはN型半導体はSixC1-x(0<X<1
一般にはX≒0.2)を用い、I型半導体の結晶化
がその下側にまで成長していくことをブロツキン
グした。
本発明に用いる多結晶半導体も、基板としての
50〜500μもの厚さを有する多結晶基板でなく、
基板はガラス等の異種材料を用い半導体は0.1〜
10μの厚さの薄膜アモルフアス半導体を形成した
後、被膜に損傷(スパツタ)を与えない強光アニ
ールにより結晶化を助長した多結晶半導体を用い
たことにある。
特にこの光アニールにより結晶化を助長する方
法はすでに形成されている被膜にプラズマ処理の
ごとき被膜の損傷を与えるプロセスを有していな
い。また熱アニールのごとく700〜900℃で結晶化
をさせる場合はそれ以前の350〜450℃の低い温度
で水素またはハロゲン元素が完全に放出され再結
合中心を発生してしまうがかかるプラズマアニー
ルまたは熱アニールのプロセスでない方式を採用
したことが本発明方法をデイバイスレベルにまで
完成された大きな特長である。
『作 用』 その結果、従来より公知の第1、第2の半導体
もともに珪素(水素またはハロゲン元素を含む)
とし、材料的化学的量論比の違いによるタンデム
構造即ちSiとSixGe1-xによるタンデム構造では
なく材料は同一であつてモホロジ的(結晶構造
的)に異ならせるタンデム構造即ち一方はアモル
フアス、他方は多結晶というごときの結晶化度の
違いをI型半導体層に有せしめることによりEg
に0.15eV以上の差を有せしめることに成功した。
以下にその実施例により本発明を説明する。
実施例 1 第1図にその対応した図面を示す。
基板として厚さ1.1mmのガラス基板1を用いた。
この上面に酸化スズ透光性導電膜が第1の電極2
として形成されている。この上面にプラズマ
CVD法によりP型半導体(SixC1-x0<X<1平
均厚さ100〜200Å)3−水素が添加されたI型珪
素半導体(厚さ2000)(ホウ素、酸素等の不純物
はそれぞれ1原子%以下)4−N型微結晶半導体
5(厚さ400Å)による第1のPIN接合の非単結
晶半導体11、さらにこの上面に、P型半導体
SixC1-x(0<X<1厚さ1〜200Å)6−水素が
添加されたI型珪素半導体(厚さ6000Å)7−N
型微結晶珪素半導体8による第2のPIN接合に非
単結晶半導体12を積層してPINPIN接合に形成
した。
この工程の後、超高圧水銀灯(出力5KW)の
600nm以上の波長光をフイルタでカツトし、250
〜600nmの波長として照射した。この照射光はシ
リンドリカル石英レンズにより集光し、巾3mm長
さ10cmのスリツト状の強光として被照射面に受光
させ、この受光下をXテーブルに配設した照射光
を操作(速度5cm/分〜50cm/分)した。基板温
度は室温〜400℃例えば210℃とした。すると第2
のPIN接合をする半導体はN型微結晶半導体の結
晶性を有し、I型半導体内に柱状(カラムナ状)
に結晶化層を成長させることができた。この結晶
化はP型半導体が炭素を含むSixC1-x(0<X<
1)であるためここでブロツクされた。
結果として第1のPIN接合のI型半導体層はア
モルフアス構造が主体的であつたため水素を10〜
20原子%含み、光学的エネルギバンド巾が1.7〜
1.8eVを有していた。しかし他方、第2のPIN接
合のI型半導体は多結晶構造を主体としており、
その光学的Egとして1.4〜1.6eVを有せしめるこ
とができ、そのEgの差は0.15〜0.4eV例えば
0.3eVを有していた。対応したエネルギバンド巾
の一例を第1図Bに示す 作製された光電変換装置(面積1.05cm2)の特性
は、以下の通りである。
開放電圧 1.56V 短絡電流 11mA/cm2 曲線因子 62% 変換効率 10.64% 実施例 2 第2図にその対応した図面を示す。
基板として厚さ1.1mmのガラス基板1を用いた。
この上面に、酸化スズ透光性導電膜が第1の電極
2として形成されている。この上面に実施例1と
同様に、プラズマCVD法によりP型半導体
(SixC1-x0<X<1平均厚さ100〜200Å)3−水
素が添加されたI型珪素半導体(厚さ3000Å)
(ホウ素、酸素等の不純物はそれぞれ1原子%以
下)4−N型微結晶半導体5(厚さ400Å)によ
る第1のPIN接合の非単結晶半導体11を形成し
て、この表面をバツフアHF(HFを水で10倍に希
釈)により酸化物を除去した。この後真空蒸着法
により基板の温度を200℃としてクロムを約20Å
の厚さに形成し、かつ真空中の熱アニールを行つ
た。するとこのクロムは珪素と反応し、クロムシ
リサイドという非酸化性透光性導電膜(バツフア
CTF20)とすることができた このCTFはこ
の上のP型半導体と下のN型半導体とのオーム接
触性を有せしめ、かつ被膜作製の際互いの半導体
の混合を防止し、かつ透過光が下側の半導体層に
充分透過するため理想的であつた。さらにこのバ
ツフアCTF導体表面上にP型半導体SixC1-x(0
<X<1厚さ100Å)6―水素が添加されたI型
珪素半導体(厚さ6000Å)7−N型微結晶珪素半
導体8による第2のPIN接合に非単結晶半導体1
2を積層してPINPIN接合に形成した。
この工程の後、実施例1と同様に超高圧水銀灯
(出力5KW)を照射してI型半導体内に柱状(カ
ラムナ状)に結晶化層を成長させることができ
た。この結晶化はP型半導体が炭素を含む
SixC1-x(0<X<1)であるためここでブロツク
された。もちろんバツフアCTFもブロツク層と
してさらに有効に作用した。
結果として第1のPIN接合のI型半導体層はア
モルフアス構造が主体的であつたため水素を10〜
20原子%含み、光学的エネルギバンド巾が1.7〜
1.8eVを有していた。しかし他方、第2のPIN接
合のI型半導体は多結晶構造を主体としており、
その光学的Egとして1.4〜1.6eVを有せしめるこ
とができ、そのEgの差は0.3eVを有していた。対
応したエネルギバンド巾の一例を第2図Bに示
す。
作製された光電変換装置(面積1.05cm2)の特性
は、以下の通りである。
開放電圧 1.64V 短絡電流 11.3mA/cm2 曲線因子 64% 変換効率 11.86% 『効 果』 この発明は上記の問題を解決するためのもので
あり、前記第1および第2のPIN接合を形成する
I型半導体層は、珪素を主成分としてゲルマニユ
ーム、スズ、酸素、炭素等の不純物はそれぞれ1
原子%であるように努めた。その結果、同一材料
でモホロジ的に異ならせるハイブリツド構造のタ
ンデム構成とすることにより第1、第2の半導体
間の光学的Egが0.15〜0.4eVも異なり、ともにそ
の厚さは10μ以下、一般には0.1〜1μの薄膜の厚さ
を有する2つのI型半導体層を含むPINPIN接合
またはPIN(CTF)PIN接合のタンデム型光電変
換装置を作ることができた。
さらにこのタンデム型接合をPINPIN……PIN
とすることにより、三重構造またはそれ以上とす
ることが可能となつた。
本発明は薄膜半導体であつてモホロジ的な変化
によりEgを可変するため、材料の作製に微妙さ
が伴つたり、また高価なゲルマン(GeH4)をそ
の結果として用いる必要がないという特徴を有す
る。
加えて強光アニールにより多結晶化特に電流の
流れと同一方向に結晶粒径が成長する柱状(カラ
ムナ)が形成される多結晶半導体を他方の狭い
Egの半導体にも有せしめたタンデム構造である
ことが電気を多量に取り出すことができた大きな
理由である。
加えて光照射側のI層は1つのPIN接合の時の
I層の厚さの0.5〜1μに比べてそれぞれが0.2〜
0.4μと薄いため、光照射による空乏層巾の低下に
伴う劣化を防ぐことができるという他の特長をも
有する。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明のタンデム型光電変換
装置の縦断面図Aおよびエネルギバンド図Bを示
す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上の第1の電極上にNまたはP型の半導
    体と、水素またはハロゲン元素を含有する第1の
    I型の真性または実質的に真性の珪素半導体と、
    該半導体上のPまたはN型半導体とを形成する工
    程と、該半導体上または該半導体上の透光性オー
    ム接触用電極上にNまたはP型の半導体と、水素
    またはハロゲン元素を含有する第2のI型の真性
    または実質的に真性のアモルフアス半導体を形成
    する工程と、該半導体のI型半導体またはI型半
    導体上のPまたはN型半導体を形成した後強光を
    照射して第2のPIN接合のI型半導体を結晶化せ
    しめる工程とを有することを特徴とする光電変換
    装置の作製方法。 2 特許請求の範囲第1項において、第2のPIN
    接合を有するI型半導体下のP型またはN型の非
    単結晶半導体はSixC1-x(0<X<1)により形成
    されたことを特徴とする光電変換装置の作製方
    法。 3 特許請求の範囲第1項において、透光性オー
    ム接触用電極は金属の珪化物からなることを特徴
    とする光電変換装置の作製方法。
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US07/321,056 US4971919A (en) 1984-05-15 1989-03-09 Semiconductor photoelectric conversion device and method of making the same
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