JPH07312435A - Photovoltaic device - Google Patents

Photovoltaic device

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JPH07312435A
JPH07312435A JP6127035A JP12703594A JPH07312435A JP H07312435 A JPH07312435 A JP H07312435A JP 6127035 A JP6127035 A JP 6127035A JP 12703594 A JP12703594 A JP 12703594A JP H07312435 A JPH07312435 A JP H07312435A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
microcrystalline silicon
photovoltaic device
photovoltaic
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Application number
JP6127035A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Sano
景一 佐野
Yoichiro Aya
洋一郎 綾
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the deterioration of electric junction characteristics on the junction interface of a photoelectric conversion layer and a transparent electrode, and the decrease of quantity of light reflected by a rear electrode, suitably scatter an incident light in a photovoltaic device, effectively use the scattered light for photoelectric conversion, and obtain a photovoltaic device excellent in conversion efficiency. CONSTITUTION:A photovoltaic device has a structure formed by laminating a semiconductor layer 21 (24) of one conductivity type, a photovoltaic type semiconductor layer 22, and a semiconductor layer 24 (21) of the other conductivity type. In a photovoltaic device having a structure wherein a semiconductor layer of one conductivity type and a semiconductor layer of the other conductivity type are laminated between at least the photovoltaic type semiconductor layer and the semiconductor layer of either conductivity type, a layer 23a of fine crystal silicon or fine crystal silicon compound which contain oxygen is formed between the semiconductor layer of one conductivity type and the semiconductor layer of the other conductivity type.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、太陽光等の光エネル
ギーを電気エネルギーに変換する光起電力装置に係り、
特に、入射された光を効率よく散乱させて変換効率を向
上させるようになった光起電力装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device for converting light energy such as sunlight into electric energy,
In particular, the present invention relates to a photovoltaic device that efficiently scatters incident light to improve conversion efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、太陽光等の光エネルギーを電
気エネルギーに変換する光起電力装置としては、様々な
構造のものが知られており、また上記のように光エネル
ギーを電気エネルギーに変換する光電変換材料について
も、非晶質の半導体を用いたものや、結晶系の半導体を
用いたものが知られていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a photovoltaic device for converting light energy such as sunlight into electric energy, various structures have been known, and as described above, light energy is converted into electric energy. As the photoelectric conversion material to be used, one using an amorphous semiconductor and one using a crystalline semiconductor have been known.

【0003】ここで、上記の光電変換材料に非晶質の半
導体を用いた光起電力装置においては、一般に図1の
(A)に示すように、光エネルギーを電気エネルギーに
変換させる光電変換層1として、n型の半導体層1aと
i型の光発電型半導体層1bとp型の半導体層1cとを
積層させた構造のものが用いられており、また光電変換
材料に光発電能力のある結晶系の半導体を用いた光起電
力装置においては、上記の光電変換層1として、一般に
同図の(B)に示すように、n型の半導体層1aとp型
の半導体層1cとを積層させた構造のものが用いられて
いた。
Here, in a photovoltaic device using an amorphous semiconductor as the above-mentioned photoelectric conversion material, generally, as shown in FIG. 1A, a photoelectric conversion layer for converting light energy into electric energy. 1 has a structure in which an n-type semiconductor layer 1a, an i-type photovoltaic power generation semiconductor layer 1b, and a p-type semiconductor layer 1c are stacked, and the photoelectric conversion material has a photovoltaic power generation capability. In a photovoltaic device using a crystalline semiconductor, an n-type semiconductor layer 1a and a p-type semiconductor layer 1c are generally laminated as the photoelectric conversion layer 1 as shown in FIG. The one with the allowed structure was used.

【0004】そして、これらの光起電力装置において
は、同図に示すように、一般に上記の光電変換層1にお
ける一方の面にITO等の透光性導電膜からなる透明電
極2を設けると共に、この透明電極2と反対の面に銀等
の高反射性金属で構成された背面電極3を設け、光を上
記の透明電極2側から入射させて光電変換層1に導くと
共に、このように入射された光を背面電極3において反
射させて再度光電変換層1に導くようにし、上記の入射
光及び反射光により光電変換層1において光電変換を行
うようにしていた。
In these photovoltaic devices, as shown in the figure, in general, a transparent electrode 2 made of a transparent conductive film such as ITO is provided on one surface of the photoelectric conversion layer 1 and A back electrode 3 made of a highly reflective metal such as silver is provided on the surface opposite to the transparent electrode 2 so that light is incident from the transparent electrode 2 side to be guided to the photoelectric conversion layer 1 and is incident in this manner. The reflected light is reflected by the back electrode 3 and guided to the photoelectric conversion layer 1 again, and photoelectric conversion is performed in the photoelectric conversion layer 1 by the incident light and the reflected light.

【0005】また、従来においては、上記のような光起
電力装置において、光電変換層1における変換効率を高
めるため、図2に示すように、上記の透明電極2と光電
変換層1とが接合する界面を凹凸形状に形成し、入射さ
れる光をこの凹凸形状になった界面において散乱させて
光電変換層1における光の光路長を長くし、入射された
光を光電変換層1内において有効に利用するようにした
ものや、図3に示すように、背面電極3と光電変換層1
との間に透明導電膜4を設け、背面電極3と光電変換層
1とが接合する界面において光電変換層1が合金化して
反射率等が低下するのを防止するようにしたものが開発
された。
Further, conventionally, in the above photovoltaic device, in order to enhance the conversion efficiency in the photoelectric conversion layer 1, as shown in FIG. 2, the transparent electrode 2 and the photoelectric conversion layer 1 are bonded to each other. The interface is formed in an uneven shape, and incident light is scattered at the interface having the uneven shape to increase the optical path length of light in the photoelectric conversion layer 1, and the incident light is effectively used in the photoelectric conversion layer 1. Or a back electrode 3 and a photoelectric conversion layer 1 as shown in FIG.
A transparent conductive film 4 is provided between the back electrode 3 and the photoelectric conversion layer 1 to prevent the photoelectric conversion layer 1 from being alloyed at the interface where the back electrode 3 and the photoelectric conversion layer 1 are joined to reduce the reflectance and the like. It was

【0006】ここで、上記のように透明電極2と光電変
換層1とが接合する界面を凹凸形状に形成した場合、上
記のように光電変換層1内における光の光路長が伸びて
キャリアの発生が多くなるが、光電変換層1と透明電極
2との接合界面における電気的な接合特性が低下し、こ
れによって光起電力装置における曲線因子F.F.が悪
くなり、変換効率が低下するという問題があった。
Here, when the interface where the transparent electrode 2 and the photoelectric conversion layer 1 are joined is formed in a concavo-convex shape as described above, the optical path length of light in the photoelectric conversion layer 1 is extended as described above and carrier However, the electrical junction characteristics at the junction interface between the photoelectric conversion layer 1 and the transparent electrode 2 are deteriorated, which causes the fill factor F.I. F. However, there was a problem that the conversion efficiency deteriorated.

【0007】また、背面電極3と光電変換層1との間に
透明導電膜4を設けた場合、入射された光の一部がこの
透明導電膜4に吸収されてしまい、背面電極3において
反射される光の量が低下し、これによって光起電力装置
における変換効率が低下するという問題があった。
When the transparent conductive film 4 is provided between the back electrode 3 and the photoelectric conversion layer 1, a part of the incident light is absorbed by the transparent conductive film 4 and reflected by the back electrode 3. There is a problem in that the amount of emitted light is reduced, which reduces the conversion efficiency of the photovoltaic device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、太陽光等
の光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力装
置における上記のような様々な問題を解決することを課
題とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned various problems in a photovoltaic device that converts light energy such as sunlight into electric energy.

【0009】すなわち、この発明においては、上記の光
起電力装置において、透明電極と光電変換層とが接合す
る界面を凹凸形状に形成した光起電力装置のように光電
変換層と透明電極との接合界面における電気的な接合特
性が低下したり、また背面電極と光電変換層との間に透
明導電膜を設けた光起電力装置のように背面電極におい
て反射される光の量が低下したりするということがな
く、入射された光が光起電力装置内においてうまく散乱
されて、この光が有効に光電変換に利用され、変換効率
のよい光起電力装置が得られるようにすることを課題と
するものである。
That is, according to the present invention, in the above-mentioned photovoltaic device, the photoelectric conversion layer and the transparent electrode are formed like the photovoltaic device in which the interface where the transparent electrode and the photoelectric conversion layer are joined is formed in an uneven shape. The electrical junction characteristics at the junction interface may be reduced, and the amount of light reflected at the back electrode may be reduced, such as in a photovoltaic device in which a transparent conductive film is provided between the back electrode and the photoelectric conversion layer. The problem is that the incident light is well scattered in the photovoltaic device, and this light is effectively used for photoelectric conversion, so that a photovoltaic device with good conversion efficiency can be obtained. It is what

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明においては、上
記のような課題を解決するため、一導電型半導体層と光
発電型半導体層と他導電型半導体層とが積層された構造
を有する光起電力装置の場合には、少なくとも上記の光
発電型半導体層と何れか一方の導電型半導体層との間に
酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化合物の
層を設けるようにしたのである。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, an optical device having a structure in which one conductive type semiconductor layer, a photovoltaic type semiconductor layer and another conductive type semiconductor layer are laminated. In the case of an electromotive force device, a layer of microcrystalline silicon containing oxygen or a microcrystalline silicon compound is provided at least between the photovoltaic type semiconductor layer and one of the conductive type semiconductor layers.

【0011】また、一導電型半導体層と他導電型半導体
層とが積層された構造を有する光起電力装置の場合に
は、上記の一導電型半導体層と他導電型半導体層との間
に酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化合物
の層を設けるようにしたのである。
Further, in the case of a photovoltaic device having a structure in which one conductive type semiconductor layer and another conductive type semiconductor layer are stacked, between the one conductive type semiconductor layer and the other conductive type semiconductor layer. A layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen is provided.

【0012】また、上記の各光起電力装置において、上
記のように酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコ
ン化合物の層を設ける場合、好ましくは、酸素が原子数
で3〜30%含有された微結晶シリコン又は微結晶シリ
コン化合物の層を設けるようにした。
In each of the above photovoltaic devices, when a layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen is provided as described above, oxygen is preferably contained in an amount of 3 to 30% by atom number. A layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound was provided.

【0013】[0013]

【作用】この発明における上記の各光起電力装置におい
ては、上記のように少なくとも光発電型半導体層と何れ
か一方の導電型半導体層との間や、一導電型半導体層と
他導電型半導体層との間に、酸素を含む微結晶シリコン
又は微結晶シリコン化合物の層を設けるようにしたた
め、このように酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シ
リコン化合物の層に光が導かれると、この光がこの酸素
を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化合物の層に
おける結晶部と非結晶部との界面で散乱されるようにな
り、これにより光発電能力のある半導体層内を通る光の
光路長が増加し、光が有効に光電変換に利用されるよう
になる。
In each of the above-mentioned photovoltaic devices according to the present invention, as described above, at least between the photovoltaic type semiconductor layer and any one conductive type semiconductor layer, or one conductive type semiconductor layer and another conductive type semiconductor layer. Since a layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen is provided between the layer and the layer, when light is guided to the layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen in this manner, this light Becomes scattered at the interface between the crystalline part and the amorphous part in the layer of the microcrystalline silicon or the microcrystalline silicon compound containing oxygen, whereby the optical path length of light passing through the semiconductor layer having the photovoltaic power generation capability is As a result, light is effectively used for photoelectric conversion.

【0014】また、上記のように光が酸素を含む微結晶
シリコン又は微結晶シリコン化合物の層に導かれた場
合、この層において光の一部が吸収されるが、このよう
に酸素が含まれる微結晶シリコン又は微結晶シリコン化
合物の層においては、この光によってキャリアが多少発
生し、吸収された光が無駄に消費されるということがな
く、光電変換に有効に利用されるようになる。
When light is guided to a layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen as described above, part of the light is absorbed in this layer, but oxygen is contained in this way. In the layer of the microcrystalline silicon or the microcrystalline silicon compound, some of the carriers are not generated by this light and the absorbed light is not wasted, so that the light can be effectively used for photoelectric conversion.

【0015】[0015]

【実施例】以下、この発明の実施例に係る光起電力装置
を添付図面に基づいて具体的に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A photovoltaic device according to an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.

【0016】(実施例1)この実施例における光起電力
装置においては、図4に示すように、ガラスで構成され
た絶縁性の透明基板10上に膜厚が6000Åになった
SnO2 の透明電極11を設け、この透明電極11上に
光電変換層20を設けるようにした。
(Embodiment 1) In the photovoltaic device according to this embodiment, as shown in FIG. 4, a transparent SnO 2 film having a thickness of 6000 Å is formed on an insulating transparent substrate 10 made of glass. The electrode 11 was provided, and the photoelectric conversion layer 20 was provided on the transparent electrode 11.

【0017】ここで、光電変換層20を設けるにあた
り、この実施例においては、プラズマCVD法により、
膜厚が100Åになったp型の非晶質水素化シリコンカ
ーバイドからなるp型半導体層21と、膜厚が3000
Åになったi型の非晶質水素化シリコンからなる光発電
型半導体層22と、膜厚が1000Åになった酸素を含
むi型の微結晶シリコン層23aと、膜厚が100Åに
なったn型の非晶質の水素化シリコンからなるn型半導
体層24とを積層させた。
Here, in providing the photoelectric conversion layer 20, in this embodiment, by the plasma CVD method,
A p-type semiconductor layer 21 made of p-type amorphous hydrogenated silicon carbide having a film thickness of 100Å, and a film thickness of 3000
A photovoltaic power generation semiconductor layer 22 made of Å i-type amorphous hydrogenated silicon, an i-type microcrystalline silicon layer 23a containing oxygen having a film thickness of 1000 Å, and a film thickness of 100 Å An n-type semiconductor layer 24 made of n-type amorphous silicon hydride was laminated.

【0018】また、上記の酸素を含むi型の微結晶シリ
コン層23aをプラズマCVD法によって形成するにあ
たっては、原料ガスにSiH4 ,H2 の他にCO2 を用
い、このCO2 ガスの流量を制御して、この微結晶シリ
コン層23aに含有される酸素の量を調整するようにし
た。
When the i-type microcrystalline silicon layer 23a containing oxygen is formed by the plasma CVD method, CO 2 is used as the source gas in addition to SiH 4 and H 2 , and the flow rate of this CO 2 gas is Is controlled to adjust the amount of oxygen contained in the microcrystalline silicon layer 23a.

【0019】そして、上記のようにして設けた光電変換
層20の上にアルミニウムで構成された高反射性の背面
電極12を設けて、この実施例の光起電力装置を得た。
Then, a highly reflective back electrode 12 made of aluminum was provided on the photoelectric conversion layer 20 provided as described above to obtain a photovoltaic device of this example.

【0020】そして、この実施例の光起電力装置におい
ては、上記の透明基板10側から光を入射させるように
した。このように、透明基板10側から光を上記の光発
電型半導体層22に入射させると、この入射された光に
より光発電型半導体層22においてキャリアが発生し、
またこの光発電型半導体層22を通過した光が微結晶シ
リコン層23aにおいて散乱されて背面電極12で反射
され、このように反射された光がさらに微結晶シリコン
層23aで散乱されて光発電型半導体層22に導かれ、
再度この反射光により光発電型半導体層22においてキ
ャリアが発生した。
In the photovoltaic device of this embodiment, light is made incident from the transparent substrate 10 side. As described above, when light is incident on the photovoltaic type semiconductor layer 22 from the transparent substrate 10 side, carriers are generated in the photovoltaic type semiconductor layer 22 by the incident light,
Further, the light passing through the photovoltaic type semiconductor layer 22 is scattered by the microcrystalline silicon layer 23a and reflected by the back electrode 12, and the light thus reflected is further scattered by the microcrystalline silicon layer 23a and is photovoltaic type. Guided to the semiconductor layer 22,
The reflected light again generated carriers in the photovoltaic power generation semiconductor layer 22.

【0021】ここで、この実施例の光起電力装置におい
ては、上記のように反射光が微結晶シリコン層23aで
散乱されて光発電型半導体層22に導かれるため、この
光発電型半導体層22内における反射光の光路長が長く
なって多くのキャリアが発生し、これによりこの光起電
力装置における変換効率が向上した。
In the photovoltaic device of this embodiment, the reflected light is scattered by the microcrystalline silicon layer 23a and guided to the photovoltaic power generation semiconductor layer 22 as described above. The optical path length of the reflected light in 22 becomes long and many carriers are generated, which improves the conversion efficiency in this photovoltaic device.

【0022】次に、上記の光起電力装置において、微結
晶シリコン層23aの形成に使用した原料ガスのCO2
の量を制御して、微結晶シリコン層23aに含有させる
酸素の量を調整し、微結晶シリコン層23aに含有させ
る酸素の量が光起電力装置の変換効率にどのような影響
を及ぼすかを調べた。
Next, in the above photovoltaic device, the source gas of CO 2 used for forming the microcrystalline silicon layer 23a was used.
Is controlled to adjust the amount of oxygen contained in the microcrystalline silicon layer 23a, and how the amount of oxygen contained in the microcrystalline silicon layer 23a affects the conversion efficiency of the photovoltaic device. Examined.

【0023】ここで、微結晶シリコン層23aを形成す
るにあたっては、上記のようにプラズマCVD法によ
り、基板温度を150℃,圧力を27Pa,RFパワー
を50mW/cm2 にし、原料ガスとして、SiH4
10sccm,H2 を500sccmのガス流量で供給
すると共に、CO2 を0〜5sccmのガス流量の範囲
で調整して供給し、微結晶シリコン層23aに含まれる
酸素量(atomic%)が下記の表1に示すようにな
った実験例1〜5の各光起電力装置と、微結晶シリコン
層23aを設けない実験例6の光起電力装置とを製造し
た。なお、各微結晶シリコン層23aに含まれる酸素量
はSIMSで測定した。
Here, in forming the microcrystalline silicon layer 23a, the substrate temperature is 150 ° C., the pressure is 27 Pa, the RF power is 50 mW / cm 2 by the plasma CVD method as described above, and SiH is used as a source gas. 4 is supplied at a gas flow rate of 10 sccm and H 2 at 500 sccm, and CO 2 is adjusted and supplied at a gas flow rate of 0 to 5 sccm, and the amount of oxygen (atomic%) contained in the microcrystalline silicon layer 23a is as follows. The photovoltaic devices of Experimental Examples 1 to 5 as shown in Table 1 and the photovoltaic device of Experimental Example 6 in which the microcrystalline silicon layer 23a was not provided were manufactured. The amount of oxygen contained in each microcrystalline silicon layer 23a was measured by SIMS.

【0024】そして、上記の実験例1〜6の各光起電力
装置に対して、それぞれ上記のように透明基板10側か
ら光を入射させ、各光起電力装置における変換効率を測
定し、その結果を下記の表1に示した。
Then, the above-mentioned photovoltaic devices of Experimental Examples 1 to 6 were made to enter light from the transparent substrate 10 side as described above, and the conversion efficiency in each photovoltaic device was measured. The results are shown in Table 1 below.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】この結果、微結晶シリコン層23aに酸素
を3〜30atomic%の範囲で含有させた実験例2
〜4における光起電力装置が、微結晶シリコン層23a
に酸素を含有させなかった実験例1の光起電力装置や、
微結晶シリコン層23aに酸素を50atomic%含
有させた実験例5の光起電力装置や、微結晶シリコン層
23aを設けなかった実験例6の光起電力装置に比べて
変換効率が高くなっており、微結晶シリコン層23aに
含有させる酸素の量を3〜30atomic%に調整す
ることが好ましいということが分かった。
As a result, Experimental Example 2 in which the microcrystalline silicon layer 23a was made to contain oxygen in the range of 3 to 30 atomic%
4 to the microcrystalline silicon layer 23a.
The photovoltaic device of Experimental Example 1 in which oxygen was not contained in the
The conversion efficiency is higher than that of the photovoltaic device of Experimental Example 5 in which the microcrystalline silicon layer 23a contains 50 atomic% of oxygen and the photovoltaic device of Experimental Example 6 in which the microcrystalline silicon layer 23a is not provided. It was found that it is preferable to adjust the amount of oxygen contained in the microcrystalline silicon layer 23a to 3 to 30 atomic%.

【0027】このように微結晶シリコン層23aに含有
させる酸素の量によって光起電力装置における変換効率
が変化する原因は明確ではないが、この発明者等の実験
的考察によると、微結晶シリコン層23aに適当量の酸
素を含有させることにより、微結晶シリコン層23a中
における非晶質層と結晶層との界面における欠陥が減少
し、この微結晶シリコン層23aがある程度の光電変換
機能を果たすようになり、この微結晶シリコン層23a
において吸収された光によりある程度キャリアが発生す
るようになるためであると考えられる。
Although it is not clear why the conversion efficiency of the photovoltaic device changes depending on the amount of oxygen contained in the microcrystalline silicon layer 23a, according to the experimental consideration by the present inventors, the microcrystalline silicon layer By containing an appropriate amount of oxygen in 23a, defects in the interface between the amorphous layer and the crystal layer in the microcrystalline silicon layer 23a are reduced, and the microcrystalline silicon layer 23a performs a photoelectric conversion function to some extent. And this microcrystalline silicon layer 23a
It is considered that this is because carriers are generated to some extent by the light absorbed in.

【0028】なお、上記の実施例1における光起電力装
置においては、微結晶シリコン層23aの上に非晶質の
n型半導体層24を設けるようにしたが、このn型半導
体層24をn型の微結晶シリコン等の微結晶半導体で形
成するようにしてもよい。
Although the amorphous n-type semiconductor layer 24 is provided on the microcrystalline silicon layer 23a in the photovoltaic device according to the first embodiment, the n-type semiconductor layer 24 is replaced by the n-type semiconductor layer 24. It may be made of a microcrystalline semiconductor such as microcrystalline silicon of a mold.

【0029】このようにn型半導体層24をn型の微結
晶半導体で形成すると、このn型の微結晶半導体におけ
る光電特性が一般に非晶質のものよりも良いため、より
変換効率のよい光起電力装置が得られるようになった。
また、n型半導体層24を微結晶半導体で形成する場
合、一般に製造上の理由から、その膜厚が通常200Å
程度以上になるが、上記のように微結晶半導体を微結晶
シリコン層23aの上に設けるようにすると、その膜厚
を200Å以下にすることができ、n型半導体層24を
微結晶半導体で形成した場合においても、その膜厚を薄
くすることができ、n型半導体層24における光のロス
を少なくすることができた。
When the n-type semiconductor layer 24 is formed of an n-type microcrystalline semiconductor as described above, photoelectric conversion characteristics of the n-type microcrystalline semiconductor are generally better than those of an amorphous semiconductor, so that light having higher conversion efficiency can be obtained. An electromotive device is now available.
In addition, when the n-type semiconductor layer 24 is formed of a microcrystalline semiconductor, the film thickness thereof is usually 200Å because of manufacturing reasons.
If the microcrystalline semiconductor is provided on the microcrystalline silicon layer 23a as described above, the film thickness can be 200 Å or less, and the n-type semiconductor layer 24 is formed of the microcrystalline semiconductor. Even in such a case, the film thickness can be reduced and the light loss in the n-type semiconductor layer 24 can be reduced.

【0030】また、上記の実施例1における光起電力装
置においては、酸素を含む微結晶シリコン層23aを、
光の反射側における光発電型半導体層22とn型半導体
層24との間に設けるようにしたが、図5に示すよう
に、この微結晶シリコン層23aを光の入射側における
p型半導体層21と光発電型半導体層22との間に設け
るようにしてもよい。なお、このようにした場合には、
上記のように透明基板10側から入射された光がこの微
結晶シリコン層23aで散乱されて光発電型半導体層2
2に送り込まれるようになり、光発電型半導体層22内
における入射光の光路長が長くなって、この光発電型半
導体層22において発生するキャリアが多くなり、これ
により上記の場合と同様にこの光起電力装置における変
換効率が向上した。
In the photovoltaic device according to the first embodiment, the microcrystalline silicon layer 23a containing oxygen is
Although it is arranged between the photovoltaic type semiconductor layer 22 and the n-type semiconductor layer 24 on the light reflection side, as shown in FIG. 5, the microcrystalline silicon layer 23a is provided on the light incidence side of the p-type semiconductor layer. It may be provided between 21 and the photovoltaic type semiconductor layer 22. If you do this,
As described above, the light incident from the transparent substrate 10 side is scattered by the microcrystalline silicon layer 23a, and the photovoltaic type semiconductor layer 2
2 and the optical path length of the incident light in the photovoltaic power generation semiconductor layer 22 becomes long, and the number of carriers generated in the photovoltaic power generation semiconductor layer 22 increases. Improved conversion efficiency in photovoltaic devices.

【0031】(実施例2)この実施例における光起電力
装置においては、図6に示すように、ステンレス基板1
3の表面に銀で膜厚が2000Åになった電極14を設
け、この電極14の上に膜厚が500ÅになったITO
の透明導電膜15を設けた。
(Embodiment 2) In the photovoltaic device according to this embodiment, as shown in FIG.
An electrode 14 made of silver having a film thickness of 2000 Å is provided on the surface of No. 3, and an ITO film having a film thickness of 500 Å is formed on the electrode 14.
Transparent conductive film 15 was provided.

【0032】次に、上記の透明導電膜15上に、膜厚が
200Åになったn型の非晶質水素化シリコンからなる
第1のn型半導体層24aと、酸素を15atomic
%含むi型の微結晶シリコンゲルマニウム層23bと、
膜厚が1000Åになったi型の微結晶水素化シリコン
ゲルマニウムからなる第1の光発電型半導体層22a
と、膜厚が100Åになったp型の非晶質水素化シリコ
ンからなる第1のp型半導体層21aと、膜厚が100
Åになったn型の非晶質水素化シリコンからなる第2の
n型半導体層24bと、膜厚が1500Åになったi型
の非晶質水素化シリコン層からなる第2の光発電型半導
体層22bと、膜厚が100Åになったp型の非晶質水
素化シリコンからなる第2のp型半導体層21bとを順
々に積層させて光電変換層20を形成した。
Next, on the transparent conductive film 15 described above, a first n-type semiconductor layer 24a made of n-type amorphous silicon hydride having a film thickness of 200 Å and oxygen of 15 atomic are formed.
% Of the i-type microcrystalline silicon germanium layer 23b,
First photovoltaic type semiconductor layer 22a made of i-type microcrystalline silicon germanium hydride having a film thickness of 1000Å
And a first p-type semiconductor layer 21a made of p-type amorphous silicon hydride having a film thickness of 100Å, and a film thickness of 100
A second photovoltaic type including an n-type amorphous hydrogenated silicon layer 24b made of Å and an i-type amorphous hydrogenated silicon layer having a film thickness of 1500Å The photoelectric conversion layer 20 was formed by sequentially stacking the semiconductor layer 22b and the second p-type semiconductor layer 21b made of p-type amorphous hydrogenated silicon having a film thickness of 100 Å.

【0033】なお、上記の酸素を含むi型の微結晶シリ
コンゲルマニウム層23bを形成するにあたっては、上
記実施例1における微結晶シリコン層23aを形成する
際に使用した原料ガスにさらにGeH4 のガスを加える
ようにした。
When forming the i-type microcrystalline silicon germanium layer 23b containing oxygen, the source gas used for forming the microcrystalline silicon layer 23a in Example 1 was further supplemented with GeH 4 gas. Was added.

【0034】次いで、上記のように形成された光電変換
層20上に膜厚が500ÅになったITOの透明電極1
6を設け、さらにこの透明電極16の上に銀やアルミニ
ウム等の導電性材料で構成された櫛歯電極17を設け
て、この実施例の光起電力装置を得た。
Next, the transparent electrode 1 of ITO having a film thickness of 500 Å is formed on the photoelectric conversion layer 20 formed as described above.
6, and a comb-tooth electrode 17 made of a conductive material such as silver or aluminum was further provided on the transparent electrode 16 to obtain a photovoltaic device of this example.

【0035】そして、この実施例における光起電力装置
においては、上記の透明電極16側から光を入射させる
ようにした。
In the photovoltaic device according to this embodiment, light is made incident from the transparent electrode 16 side.

【0036】このように透明電極16側から光を入射さ
せると、この入射された光により上記の第2及び第1の
各光発電型半導体層22b,22aにおいてそれぞれキ
ャリアが発生し、またこれらの光発電型半導体層22
b,22aを通過した光が、前記の微結晶シリコンゲル
マニウム層23bにおいて散乱されてその下の電極14
で反射され、このように反射された光が再度微結晶シリ
コンゲルマニウム層23bで散乱されて、前記の第1及
び第2の光発電型半導体層22a,22bに導かれ、こ
の反射光により各光発電型半導体層22a,22bにお
いて再度キャリアが発生した。
When light is incident from the transparent electrode 16 side in this manner, carriers are generated in the second and first photovoltaic power generation semiconductor layers 22b and 22a, respectively, by the incident light, and these light are also generated. Photovoltaic semiconductor layer 22
The light that has passed through b and 22a is scattered by the microcrystalline silicon germanium layer 23b and the electrode 14 thereunder is scattered.
The light thus reflected is again scattered by the microcrystalline silicon germanium layer 23b and guided to the first and second photovoltaic power generation type semiconductor layers 22a and 22b. Carriers are generated again in the power generation type semiconductor layers 22a and 22b.

【0037】ここで、この実施例における光起電力装置
においても、上記実施例1の場合と同様に、反射された
光が微結晶シリコンゲルマニウム層23bで散乱されて
各光発電型半導体層22a,22bに導かれるため、各
光発電型半導体層22a,22b内における反射光の光
路長が長くなって多くのキャリアが発生するようにな
り、これにより上記実施例1の場合と同様にこの光起電
力装置における変換効率が向上した。
Here, also in the photovoltaic device of this embodiment, as in the case of the first embodiment, the reflected light is scattered by the microcrystalline silicon germanium layer 23b, and each photovoltaic type semiconductor layer 22a, 22b, the optical path length of the reflected light in each of the photovoltaic type semiconductor layers 22a and 22b becomes long and many carriers are generated. As a result, as in the case of the first embodiment, the photo-generated light is generated. The conversion efficiency in the power device is improved.

【0038】次に、上記の光起電力装置において、微結
晶シリコンゲルマニウム層23bを形成する条件を変更
させ、その膜厚が下記の表2に示すような膜厚になった
実験例7〜12の光起電力装置を得た。
Next, in the above photovoltaic device, the conditions for forming the microcrystalline silicon germanium layer 23b were changed, and the film thicknesses thereof were as shown in Table 2 below. Experimental Examples 7 to 12 To obtain a photovoltaic device.

【0039】そして、上記の各実験例の光起電力装置に
対して、それぞれ上記のように透明電極16側から光を
入射させて、各光起電力装置における変換効率を測定
し、微結晶シリコンゲルマニウム層23bの膜厚が光起
電力装置の変換効率にどのような影響を及ぼすかを調
べ、その結果を下記の表2に示した。
Then, light was made incident on the photovoltaic device of each of the above experimental examples from the side of the transparent electrode 16 as described above, and the conversion efficiency in each photovoltaic device was measured to obtain microcrystalline silicon. The effect of the film thickness of the germanium layer 23b on the conversion efficiency of the photovoltaic device was investigated, and the results are shown in Table 2 below.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】この結果、微結晶シリコンゲルマニウム層
23bの膜厚が200〜2000Åの範囲になった実験
例9〜11の光起電力装置が、微結晶シリコンゲルマニ
ウム層23bを設けなかった実験例7の光起電力装置や
上記の膜厚が100Åになった実験例8の光起電力装置
や上記の膜厚が5000Åになった実験例12の光起電
力装置に比べて変換効率が高くなっていた。これは、微
結晶シリコンゲルマニウム層23bの膜厚が薄いと、こ
の微結晶シリコンゲルマニウム層23bによる光散乱の
効果が十分に現れない一方、この微結晶シリコンゲルマ
ニウム層23bの膜厚が厚すぎると、微結晶シリコンゲ
ルマニウム層23bにおける光の吸収によるロスが増加
するためであると考えられる。
As a result, the photovoltaic devices of Experimental Examples 9 to 11 in which the film thickness of the microcrystalline silicon germanium layer 23b was in the range of 200 to 2000Å were found in Experimental Example 7 in which the microcrystalline silicon germanium layer 23b was not provided. The conversion efficiency was higher than that of the photovoltaic device and the photovoltaic device of Experimental Example 8 in which the film thickness was 100 Å and the photovoltaic device of Experimental Example 12 in which the film thickness was 5000 Å. . This is because when the film thickness of the microcrystalline silicon germanium layer 23b is thin, the effect of light scattering by the microcrystalline silicon germanium layer 23b does not sufficiently appear, while when the film thickness of the microcrystalline silicon germanium layer 23b is too thick, It is considered that this is because the loss due to the absorption of light in the microcrystalline silicon germanium layer 23b increases.

【0042】このため、前記の酸素を含む微結晶シリコ
ン層23aや微結晶シリコンゲルマニウム等の微結晶シ
リコン化合物層23bを設ける場合、一般にその膜厚を
200Å〜2000Åの範囲にすることが好ましいとい
うことが分かった。
Therefore, when the microcrystalline silicon layer 23a containing oxygen and the microcrystalline silicon compound layer 23b such as microcrystalline silicon germanium are provided, it is generally preferable that the film thickness thereof be in the range of 200Å to 2000Å. I understood.

【0043】なお、上記の各実施例における光起電力装
置においては、酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シ
リコン化合物の層23を光発電型半導体層22とn型
(又はp型)の半導体層24(又は21)との間に設け
るようにしたが、結晶系半導体のように光発電能力のあ
る半導体を使用する場合には、図7に示すように、酸素
を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化合物の層2
3をp型半導体層21とn型半導体層24との間に設け
るようにする。
In the photovoltaic device in each of the above embodiments, the layer 23 of oxygen-containing microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound is used as the photovoltaic type semiconductor layer 22 and the n-type (or p-type) semiconductor layer. 24 (or 21), but when a semiconductor having a photovoltaic capacity such as a crystalline semiconductor is used, as shown in FIG. 7, microcrystalline silicon or microcrystals containing oxygen are used. Silicon compound layer 2
3 is provided between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 24.

【0044】また、上記のようにp型半導体層21とn
型半導体層24との間に酸素を含む微結晶シリコン又は
微結晶シリコン化合物の層23を設ける場合、p型或は
n型のいずれか一方の半導体層21或いは24が発電能
力のある半導体で構成されていればよい。
As described above, the p-type semiconductor layer 21 and n
When the layer 23 of oxygen-containing microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound is provided between the semiconductor layer 24 and the type semiconductor layer 24, either the p-type or the n-type semiconductor layer 21 or 24 is composed of a semiconductor having a power generation capability. It should have been done.

【0045】例えば、図8の(A)に示すように、光を
反射させる背面電極12側に発電能力のない非晶質のp
型(n型)の半導体層21(24)を設け、この半導体
層21(24)と発電能力のある結晶系のn型(p型)
の半導体層24(21)との間に酸素を含む微結晶シリ
コン又は微結晶シリコン化合物の層23を設けるように
したり、同図の(B)に示すように、光を反射させる背
面電極12側に発電能力のある結晶系のn型(p型)の
半導体層24(21)を設け、この半導体層24(2
1)と発電能力のない非晶質のp型(n型)の半導体層
21(24)との間に酸素を含む微結晶シリコン又は微
結晶シリコン化合物の層23を設けるようにしてもよ
い。
For example, as shown in FIG. 8A, an amorphous p having no power generation capacity is provided on the side of the back electrode 12 which reflects light.
(N-type) semiconductor layer 21 (24) is provided, and this semiconductor layer 21 (24) is a crystalline n-type (p-type) capable of generating power.
The layer 23 of oxygen-containing microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound is provided between the semiconductor layer 24 (21) and the semiconductor layer 24 (21), or, as shown in FIG. Is provided with a crystalline n-type (p-type) semiconductor layer 24 (21) capable of generating electricity.
A layer 23 of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen may be provided between 1) and the amorphous p-type (n-type) semiconductor layer 21 (24) having no power generation capability.

【0046】なお、図8の(A)に示す場合において
は、入射された光により発電能力のある結晶系の半導体
層24(21)においてキャリアが発生し、この半導体
層24(21)を通過した光が上記の微結晶シリコン又
は微結晶シリコン化合物の層23で散乱されて背面電極
12で反射され、このように反射された光が再度微結晶
シリコン又は微結晶シリコン化合物の層23で散乱され
て前記の発電能力のある結晶系の半導体層24(21)
に導かれるようになり、この散乱された光によってキャ
リアが発生するようになる。また、同図の(B)に示す
場合においては、入射された光が上記の微結晶シリコン
又は微結晶シリコン化合物の層23で散乱されて前記の
発電能力のある結晶系の半導体層24(21)に入射さ
れ、このように散乱された光によってキャリアが発生す
るようになる。
In the case shown in FIG. 8A, the incident light causes carriers to be generated in the crystalline semiconductor layer 24 (21) having a power generation ability and passes through the semiconductor layer 24 (21). The reflected light is scattered by the layer 23 of the above-mentioned microcrystalline silicon or the microcrystalline silicon compound and is reflected by the back electrode 12, and the light thus reflected is again scattered by the layer 23 of the microcrystalline silicon or the microcrystalline silicon compound. The crystalline semiconductor layer 24 (21) having the above-mentioned power generation ability
Then, carriers are generated by the scattered light. Further, in the case shown in (B) of the figure, the incident light is scattered by the layer 23 of the above-mentioned microcrystalline silicon or the microcrystalline silicon compound, and the crystalline semiconductor layer 24 (21) having the above-mentioned power generation capability. ), The carriers are generated by the light thus scattered.

【0047】このように、図8の(A),(B)に示す
場合においても、微結晶シリコン又は微結晶シリコン化
合物の層23で散乱された光が発電能力のある結晶系の
半導体層24(21)に導かれ、この発電能力のある結
晶系の半導体層24(21)内における光の光路長が長
くなって多くのキャリアが発生するようになり、これに
より上記の各実施例の場合と同様にこの光起電力装置に
おける変換効率が向上した。
As described above, also in the cases shown in FIGS. 8A and 8B, the light scattered by the layer 23 of microcrystalline silicon or the microcrystalline silicon compound has a crystalline semiconductor layer 24 capable of generating electricity. Guided by (21), the optical path length of light in the crystalline semiconductor layer 24 (21) having the power generation ability becomes long, and many carriers are generated. As a result, in the case of each of the above embodiments Similarly, the conversion efficiency in this photovoltaic device was improved.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上詳述したように、この発明における
光起電力装置においては、少なくとも光発電型半導体層
と一導電型或は他導電型の何れか一方の導電型半導体層
との間や、一導電型半導体層と他導電型半導体層との間
に、酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化合
物の層を設け、光をこの酸素を含む微結晶シリコン又は
微結晶シリコン化合物の層において散乱させて光発電能
力のある半導体層に光を導くようにしたため、この半導
体層内を通る光の光路長が長くなって多くのキャリアが
発生するようになり、このように光が有効に利用されて
この光起電力装置における変換効率が向上した。
As described above in detail, in the photovoltaic device according to the present invention, at least between the photovoltaic type semiconductor layer and the one conductive type semiconductor layer or the other conductive type semiconductor layer, or , A layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen is provided between the one-conductivity-type semiconductor layer and the other-conductivity-type semiconductor layer, and light is applied to the layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen. Since the light is scattered and guided to the semiconductor layer having a photovoltaic power generation, the optical path length of the light passing through this semiconductor layer becomes long, and many carriers are generated. As a result, the conversion efficiency of this photovoltaic device is improved.

【0049】また、この発明における光起電力装置にお
いては、上記のように酸素を含む微結晶シリコン又は微
結晶シリコン化合物の層において光を散乱させる場合、
この層において光の一部が吸収されるが、このように吸
収された光によりこの層においても多少のキャリアが発
生し、吸収された光が無駄に消費されることなく光電変
換に利用され、変換効率が向上した。
Further, in the photovoltaic device according to the present invention, when light is scattered in the layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen as described above,
Part of the light is absorbed in this layer, but some of the carriers are also generated in this layer due to the absorbed light, and the absorbed light is used for photoelectric conversion without wasted consumption, Improved conversion efficiency.

【0050】この結果、この発明における光起電力装置
においては、光発電能力のある半導体層に導く光を散乱
させるために、従来の光起電力装置のように透明電極と
光電変換層とが接合する界面を凹凸形状に形成する必要
がなく、光電変換層と透明電極との接合界面における電
気的な接合特性が低下して曲線因子F.F.が低下する
ということがなく、また背面電極と光電変換層との間に
透明導電膜を設けた従来の光起電力装置のように、光の
一部がこの透明導電膜で吸収されて光電変換層に反射さ
れる光の量が低下するということもなく、従来の各光起
電力装置より光を有効に利用して変換効率を向上させる
ことができた。
As a result, in the photovoltaic device according to the present invention, in order to scatter the light guided to the semiconductor layer having a photovoltaic power generation capability, the transparent electrode and the photoelectric conversion layer are bonded to each other as in the conventional photovoltaic device. It is not necessary to form the interface to be formed into a concavo-convex shape, and the electrical bonding characteristic at the bonding interface between the photoelectric conversion layer and the transparent electrode is deteriorated, and the fill factor F. F. Does not decrease, and part of the light is absorbed by this transparent conductive film as in the conventional photovoltaic device in which a transparent conductive film is provided between the back electrode and the photoelectric conversion layer. It was possible to improve the conversion efficiency by effectively utilizing the light as compared with the conventional photovoltaic devices without reducing the amount of light reflected by the layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】光電変換層の一方の面に透明電極を、反対の面
に背面電極を設けた従来の光起電力装置の概略断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional photovoltaic device in which a transparent electrode is provided on one surface of a photoelectric conversion layer and a back electrode is provided on the opposite surface.

【図2】透明電極と光電変換層とが接合する界面を凹凸
形状にした従来の光起電力装置の概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional photovoltaic device in which an interface where a transparent electrode and a photoelectric conversion layer are joined has an uneven shape.

【図3】背面電極と光電変換層との間に透明導電膜を設
けた従来の光起電力装置の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional photovoltaic device in which a transparent conductive film is provided between a back electrode and a photoelectric conversion layer.

【図4】この発明の実施例1で示した光起電力装置の概
略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of the photovoltaic device shown in Embodiment 1 of the present invention.

【図5】この発明の実施例1で示した光起電力装置にお
いて、酸素を含む微結晶シリコン層を設ける位置を変更
させた変更例に係る光起電力装置の概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a photovoltaic device according to a modified example of the photovoltaic device shown in the first embodiment of the present invention in which the position where the microcrystalline silicon layer containing oxygen is provided is changed.

【図6】この発明の実施例2で示した光起電力装置の概
略断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of the photovoltaic device shown in Embodiment 2 of the present invention.

【図7】この発明の光起電力装置において、光発電能力
のある半導体を用い、一導電型半導体層と他導電型半導
体層との間に酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シリ
コン化合物の層を設けた例の概略断面図である。
FIG. 7 is a layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing oxygen between a semiconductor layer of one conductivity type and a semiconductor layer of another conductivity type using a semiconductor having a photovoltaic power generation in the photovoltaic device of the present invention. It is a schematic sectional drawing of the example which provided.

【図8】この発明において、一導電型半導体層と他導電
型半導体層のいずれか一方に光発電能力のある半導体を
用い、一導電型半導体層と他導電型半導体層との間に酸
素を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化合物の層
を設けた光起電力装置の例を示した概略断面図である。
In the present invention, a semiconductor having a photovoltaic capacity is used for one of the one conductivity type semiconductor layer and the other conductivity type semiconductor layer, and oxygen is provided between the one conductivity type semiconductor layer and the other conductivity type semiconductor layer. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic device provided with a layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound containing the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21,21a p型半導体層 22,22a 光発電型半導体層 23 酸素を含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化
合物の層 23a 酸素を含む微結晶シリコン層 23b 酸素を含む微結晶シリコンゲルマニウム層 24,24a n型半導体層
21,21a p-type semiconductor layer 22,22a photovoltaic type semiconductor layer 23 layer of microcrystalline silicon or microcrystalline silicon compound containing oxygen 23a microcrystalline silicon layer containing oxygen 23b microcrystalline silicon germanium layer containing oxygen 24,24an Type semiconductor layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型半導体層と光発電型半導体層と
他導電型半導体層とが積層された構造を有する光起電力
装置において、少なくとも上記の光発電型半導体層と何
れか一方の導電型半導体層との間に酸素を含む微結晶シ
リコン又は微結晶シリコン化合物の層を設けたことを特
徴とする光起電力装置。
1. A photovoltaic device having a structure in which one conductive type semiconductor layer, a photovoltaic type semiconductor layer, and another conductive type semiconductor layer are laminated, wherein at least one of the photovoltaic type semiconductor layer and the conductive type A photovoltaic device, wherein a layer of microcrystalline silicon containing oxygen or a microcrystalline silicon compound is provided between the type semiconductor layer and the semiconductor layer.
【請求項2】 一導電型半導体層と他導電型半導体層と
が積層された構造を有する光起電力装置において、上記
の一導電型半導体層と他導電型半導体層との間に酸素を
含む微結晶シリコン又は微結晶シリコン化合物の層を設
けたことを特徴とする光起電力装置。
2. A photovoltaic device having a structure in which one conductive type semiconductor layer and another conductive type semiconductor layer are stacked, wherein oxygen is contained between the one conductive type semiconductor layer and the other conductive type semiconductor layer. A photovoltaic device provided with a layer of microcrystalline silicon or a microcrystalline silicon compound.
【請求項3】 請求項1又は2に記載した光起電力装置
において、上記の微結晶シリコン又は微結晶シリコン化
合物の層に酸素を原子数で3〜30%含有させたことを
特徴とする光起電力装置。
3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the layer of the microcrystalline silicon or the microcrystalline silicon compound contains 3 to 30% of oxygen in atomic number. Electromotive force device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002083984A (en) * 2000-09-08 2002-03-22 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Solar battery and its manufacturing method

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