JPS5864070A - フツ素を含むアモルフアスシリコン太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフッ素を含むアモルファスシリコン太陽電池に
関する。トリである。

シラン（Ｓｔａ４）のプラズマ分解法で得られるアモル
ファスシリコンは、Ｗ、ＩＣ，８ｐ・ａｒ等によって、
ＰＨ，＋Ｂ、ｉｔ・でドープする事により、その伝導度
を大きく変える事ができることが発見され（１９７６年
）、Ｄ、　１．０ａｒｌｓｏｎ　等によってアモルファ
スシリコンを用いた太陽電池が試作（１９７６年）され
て以来注目を集め、アモルファスシリコン薄膜太陽電池
の効率を改善する研究示活発に行なわれている〇シラン
のプラズマ分解で得られるアモルファスシリコンは耐熱
性に間聴があシ、又５ｔｒａｅｂｌθｒ−Ｔｌｒｏｎａ
ｋｉ効来が太陽電池の特性低下の原因になり得るという
脱がｓｂ、Ｂ、　Ｒ，０ｖａｈｉｎａｋｙは８１１Ｆ、
のグロー放電分解で得られるフッ素を含んだアモルファ
スシリコン（ａ−８１：Ｆ：Ｈ）は耐熱性があシ、８ｔ
ｒａｅｂｌｅｒ−Ｗｒｏｎｓｋｉ効来が小さいと報告す
ると異に、その後Ｍ工８型のａ−８１：Ｆ：Ｈの太陽電
池を製作して６．６−の効率が得られた旨を報告してい
る。

しかしながら、このＭＩＢ型太陽電池の構造はＭｏ／ｎ
ｆＪｉ　ａ−８１：Ｆ：Ｈ／　ｉＪｉ　ａ−８１：ＩＦ
：Ｈ／　Ｎｂ１Ｏｓ／Ｐｄ−ムＵであつ５．　Ｗｂ、Ｏ
ｓの厚みが３０ムと小さいものであったため、再現性に
乏しく、又製作工程が複雑で工業的生産に適していなか
った。

これに対し、一般的にｐ−１−ｎ型の構造社、製作工程
が単純で工業生産に適しているものの、８１Ｆ４のグロ
ー放電分解で得られるａ−１３１：ＩＦ：Ｈを用いたｐ
−１−ｎ型太陽電池の効率は、ＥｌｉＨ，のグロー放電
分解で得られるａ−８ｉ　二Ｈ等を用いたｐ−１−ｎ太
陽電池に比べて効率の低い点が問題であった。

本発明者らは８１）４のグロー放電分解で得られるｐ−
１−ｎ型太陽電池の効率を改善する為に鋭意研究した結
果、ａ−８１：Ｆ：Ｈを用い７ｊｐｉｎ型太陽電池にお
けるｐ−１界面に水素化したアモルファスシリコンの真
性層を設ける事によす効率の大巾な改善が可能であるこ
とを見出し、本発明を完成させたものである。以下にそ
の詳細を説明する。

本発明に用いるフッ素を含むアモルファスシリコン（以
下ａ−８ｉ：Ｆ：Ｈと記述する）Ｆｉ７ツ化シジシラン
ｔＦ、）若しくはその誘導体、及び／又はこれとシラン
（８１Ｈ４）若しくはその誘導体との混合物を、必４ｋ
Ｋよシ、水素又社水素で希釈したアルゴン、ヘリウム等
の不活性ガスと混合し、容量結合法又は訪導結合法によ
る高周波グロー分解又は直流グロー放電分解することＫ
よシ得られる。

本発明は、このａ−８ｉ：Ｆ：Ｈを１層（真性層）に用
いる種類のｐ−１−ｎ型太陽電池に関するものである〇
第１図はこの種の従来品の構造を示し、■はステンレス
又はモリブデン等の基板、■はｎ型のａ−８１：Ｈ又は
ａ−８１，’Ｆ：Ｈ，■は真性ａ−８ｉ：ＩＦ：Ｈ，■
はｐ型のａ−８１：Ｈ又ｔｊａ−８１：Ｆ：Ｈ１■は工
ＴＯ又は５ｎ０１等の透明電極である。この構造の太陽
電池では開放電圧Ｖｏａが０．３ｖｏ１ｔｓと小さく、
また短絡電流Ｊｓｃも゛３ｍム／傷１と小さいために１
効率ダは０．４５１６程度でしか遅かった。その理由は
、次の如く考えられる０すなわち、８ｉＦ、のグロー放
電分解には水累源としてＨ！又は８１Ｈ４が必要である
が、この為不可避的にグロー放電分解によってＨＩＦが
発生する０このＩＩＰは、Ｓｌの強いエツチング剤であ
る為に、基板上に堆積し九ａ−８１：Ｆ：）Ｉをエツチ
ングしてしまう０従って、基板上に堆積したａ−８１：
Ｆ：１層の表面は欠陥が多く接合界面でのキャリヤーの
再結合が多くなっているために１効率が悪くなると推定
される０ 第２図は本発明の長実施例の構造を示すものである。こ
＼に、■ｌｄｎ型のアモルファス半導体、■紘真性のａ
−８１：Ｈ１■紘真性のａ−８１：ＩＩ：Ｆ、■はｐ型
のアモルフ、アス半導体、■は基板、■は透明電極であ
る。真性ａ−８１：Ｈ層■は、シラン（Ｂ　ｉ、Ｈ，）
又はボリシラン（８１ｎＨｇｎ＋ｔ　）を、必要により
水素又は不活性ガスで希釈して、グロー放電分解して得
られるものであり、その厚みは約３０ム以上必要である
。もつとも、この真性ａ−８１：Ｈの厚みがあまヤ大き
くなるとセルの耐熱性に問題を生じる可能性があるので
、１０００ム以下にするのが好ましい。

又このａ−８１：Ｈ層■を得る方法としては、一旦、真
性ａ−８１：Ｆ：１層を堆積した後に、該層を水素プラ
ズマで７ニールしてもよい。また真性ａ−ｆｉｉ：Ｈ：
Ｐ層■とｎ型アモルファス半導体層■との間にも、この
真性ａ−８１：Ｈをつけてもよい。

ｎ型層及びｐ型層に用いるアモルファス半導体としては
シラン又はその誘導体から得られるａ−ａｔ　：ｉｌ。

フッ化シラン又はその誘導体から得られるａ−８１：？
：Ｈ。

シラン又は７ツ化シランとハイドロカーボンから得られ
る水素化又はフッ素化されたアモルファスシリコンカー
バイド（以下それぞれａ−８１０：Ｈ。

ａ−８１Ｃ：Ｆ：Ｈと記す）シラン又は７ツ化クランと
アンモニア、又はヒドラジン又はチッ素のグロー放電分
解で得られる水素化あるいはフッ素化されたアモルファ
スシリコンナイトライド（以下それぞれａ−８１Ｎ：Ｈ
，ａ−Ｅｌｉｌｉ：ＩＦ：Ｈと記す）又社シラン、ハイ
ドロカーボン、アンモニア等から得られる水素化又はフ
ッ素化されたアモルファスシリコンカーボンナイトライ
ド（以下ａ−８１ＯＮ：１１．　ａ−ＥＩｉＣＮ：Ｆ：
Ｈと記す）が用いられる。特に光の入射する側のｐ型層
４ＣＦｉｎ−８１０：ＩＩ、　ａ−８１０：ＩＰ：Ｈ％
ａ−８１Ｎ：Ｅ。

ａ−８１Ｎ：Ｆ：Ｈ，ａ−８１ＯＮ：Ｈ，ａ−８１（３
Ｎ：Ｆ：Ｈが好ましいＯｎ型層もこれらのアモルファス
半導体が耐薬品性にすぐれＨ？（Ｃ強いので好ましいＯ
ｎ型アモルフ１ス半導体層■の厚みａｌｏｏ〜５００ム
が通常用いられ、真性ａ−１３１：Ｆ：Ｈ層■の厚みは
２０００Ａ〜１００００ムである。ｐ型アモルファス半
導体層■よい。

又第２図にお轄るｎ型層■とｐ型層■を置き換えて屯太
陽電池として十分に機能する。但し、この場合にＬ１真
性ａ−８１：？：Ｈ層■と、これＫ１１ｉｌ接するｐｆ
Ｊ層との間に真性ａ−８１：Ｈ層を約３０ｉ〜１０００
ムつける必要がある。

第３図は本発明の別動様の実施例を示し、■はガラス等
の透明基板０は工Ｔ　Ｏ、＠　ｌ＝ｔ　ｆ？ｎｏ１で［
株］■は透明電極として機能するものである。■はｐ型
のアモルファス半導体、■は真性ａ−８ｉ：Ｈ，■は真
性ａ−Ｅｌｉ：Ｐ：Ｈ，■はｎ型のアモルファス半導体
、＠はアルミ、モリブデン等の電極である。

このようにガラス等の透明基板上に堆積する場合には、
透明ｔ＆が工Ｔｏ［株］だけではａ−８１ニア：Ｈを堆
積する際にエツチングされるので、ＳｎＪをｐ型のアモ
ルファス半導体層■としては、ａ−Ｅｌｉｅ：Ｈ。

ａ−８１Ｎ：ＨＸ　　ａ−８１０：Ｆ：ＨＳ　　ａ−８
ｉＮ：ＩＦ：Ｈ，ａ−８１σａ二ｍ。

ａ−８１ＯＮ：ＩＦ：Ｈが特に好ましい。何故ならばｐ
型のアモルファス半導体層としてａ−８１：Ｈ４）ａ−
Ｅｌｉ　：Ｆ：Ｈを用いる場合には、その後ＪＣａ−Ｂ
１：Ｆ：ＩＩ層■を堆積するときに発生するＴＩＦでエ
ツチングされやすいからである。０社真性のａ−８１：
Ｈで厚みは３０Ａ〜１０００ム、■は真性ａ−，Ｓｉ：
Ｆ：Ｈ，■はｎ型のアモルファス半導体層であってａ−
’８１：ＴＩＸａ−８１：Ｆ：Ｈ。

ａ−８１Ｃ：Ｈ，％ａ−８１０：Ｆ：Ｈ，ａ−８ｉＮ：
Ｈ，ａ−８ｉｎ：ＩＦ：Ｈ。

ａ−８１ＣＮ：）Ｉ、　ａ−１ＯＮ：ＩＦ二Ｈ等が用い
られる。

これらのアモルファス半導体を堆積させるためのプラズ
マ分解は通常、２００℃から４００℃の基板温度で行な
われる。またｎ型又Ｕｐ型の制御は、ｐ型にはアルミ、
ボーン等の周期率表筒■族の元素を、ｎ型にはリン、ヒ
素等の周期率表、第マ族の元素を、それらの水素化物あ
るいはフッ素化物として、反応ガス中忙混合してグロー
放電分解するか、それらの元素をイオンインブランチ−
シロンする仁とにより行う。

叙上説明の如く、本発明ではｐ−１−ｎ型アモルファス
シリコン系太陽電池において、１層を複層構造とし、第
１の１層として真性ａ−８１：１Ｐ：Ｉｌｉを用いると
共に１第２の１層としてｐ−１の界面に真性ａ−８１：
Ｈ層を約３０ム〜１０００ムつけることを特徴とし、従
来のａ−８１：ＩＦ：Ｈの単層を１層とする太陽電池に
比べて大巾なる効率の改善が達成できたものである。

次に、この画期的な効率改善効果について、実施例を用
いて説明する〇 実施例 内径１１ｃ＠の石英反応管を用い１３．５６ＭＨｚの高
周波でグロー放電分解する。所要の各アモルファス半導
体は下記のガス組成でグロー放電分解して基板上に堆積
させた０又基板温度は２７０℃で固定した０ ａ−８ｉ　：Ｅ　　　（１０％　８ｉＨａ　／　Ｈｚ）
ａ−１３１二Ｆ、’Ｈ（ＳｉＨ４／　ＨＳ　＝６　）ａ
−８ｉＯ：Ｈ（口、／８１Ｈ，＝２）ａ−８１Ｎ　：Ｈ
（ＭＨ，／　ＳｉＨ４：０．３　）ａ−８ｉＯＮ：Ｈ（
ｍ＠　二（コクヨ［、：　８１．＝０．　２　：　５　
：　１）実施例として第２図の構造のものを、対照例と
して第１図の構造のものを用いた。基板■はいずれ４、
ＢＳ　（ステンレススチール）である。透明電極■はい
ずれも工ＴＯを電子ビーム蒸着した。ｐ型層■及び■の
厚みはいずれ４１００ム、真性ａ−８１：Ｆ：Ｈ０゛ゝ 層■の厚みはいずれも４０００Ａ、ｎ型層■及び■の厚
みはいずれも５００ムである。本発明に特−有の真性ａ
−９ｉ：Ｈ層（第２の１層）の厚みは５００ムとした０
尚、ｐ型アモルファス半導体は、Ｂａ１ｌ＠をドーピン
グして得たもので、堆積した膜中のボロン撫度が匹ずれ
の場合も約０．１ａｔｏｍ　％となるようにし良。また
ｎ型アモルファ、ス半導体はＰＨ，をドーピングして得
たもので、堆積した膜中のリン濃度はいずれの場合も約
０．５ａｔｏｍ　％である。得られた各種の太陽電池に
ついて、ＡＭ−１ソーラーシェミレータ−（１００ｍＷ
／ｃｍりで、Ｔ−ｖ％性を求め、これを第１表に示す如
く短絡電１ｅｔ；Ｊａａ　（ｍム／♂）、開放電圧Ｔｏ
ｅ　（ｖｏｌｔｓ）　、曲線因子ＦＦ　（−）、変換効
率ダ■で記述した。

（１２頁に続く） この第１表によって明らかな如く、対照例はいずれもＪ
ｅｅが格段に小さく、またＶｏｃも０．２　ｖｏ１ｔｓ
以下と小さいので、ｐ−１−ｎ接合の拡散電位が充分形
成されていないことが判かる０又対照例は、ＩＰＸＰも
小さい為にηａＯ，２％以下と極めて小さい。これに対
し、本発明の実施例では、ｖｏｃが０．６７　ｖｏ１ｔ
θ以上あｌＪｅ＋ｃ、７Ｆとも大きな値を示し、ｐ型ア
モルファス半導体層と真性ａ−８ｉ：Ｆ：Ｈの層（第１
の１層）との間に真性ａ−８ｉ：Ｈの層（第２の１層）
をわずか５００ムつけるだけでダが大巾に増加すること
が判かる０特Ｋｐ層に光学的禁止帯巾の大きいａ−８１
０：Ｈ，ａ−８１Ｎ　：　ＩＩ、　ａ−８１０１：ｉｌ
等を用いる事によシとの効果社さらに顕著になるもので
ある。

エテＯ／ｐ型ａ−８１０：Ｈ／ｉ型ａ−８１：Ｈ／ｉ型
ａ−８１’ｙＦ、”Ｈ／ｎ型ａ８１　：Ｆ　：Ｈ／　８
　Ｂのタイプの太陽電池において、ｉ　ｆｉｌ　ａ−８
１：Ｈの層（第２の１層）の厚みを変え九時の太陽電池
特性を第２表に示す。

（１４真に続く） この第２表かられかるようｋわずか５ｏムの真性ａ−８
ｉ：Ｈ層（第２の１層）をつけるだけでも大「図るη、
向上効果がある。このａ−８１：Ｈ層の厚みが１０００
ムを越えた場合でも、大きなダを示すことに変わりはな
いが、　ａ−８１：Ｈ層（第２の１層）があｔｂ厚くな
ると、ａ−８１：Ｆ：Ｈ層（第１の１層）本来の耐熱性
が生かされない傾向があるので、ａ−８１：Ｈ層は１０
００ム以下１の厚みにすることが望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のｐ−１−ｎ型太陽電池の構造を示す略本
断面図、第２図及び第３因は本発明の実施例の構造を示
す略本断面図である０ 特許出願人　鐘淵化学工業株式会社 代理人弁理士内田敏彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉ　　ｐ−１−ｎ型のアモルファスシリコン系太陽電池
   の１層に７フ化シラン（８１Ｆ、）若しくはその誘゛導
   体と水素、又はフッ化シラン若しくはその誘導体とシラ
   ン若しくはその誘導体のグｌ二′放電分解で得られる真
   性ａ−８１・：ＩＰ：Ｈを用いる太陽゛電池において、
   ｐ層と前記１層と０閘に、シラン若しくはその誘導体か
   らグロー、放電分解して得られる真性ａ−８１：Ｈの層
   又１ｉａ−８１：ＩＦ：Ｈを水素プラズマアニールして
   得られるａ−８１：Ｉｆの層から成る第２の１層を設け
   る事を特徴とするアモルファスシリコン太陽を池。 ２　前記真性ａ−８１：Ｈの層の厚みが約３０ムから１
   ０００ムであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のアモルファスシリコン太陽電池０ ３　前記ｐ層又はｎ層のアモルファス半導体のうち少な
   くとも光が入射する側の層がａ−８１０−：Ｈ。 ａ−８ｉ（！：Ｆ：Ｈ，ａ−８１Ｎ：Ｈ，ｈ＝Ｂ”ＬＭ
   ：Ｆ：Ｂ、　ａ−８１ＯＮ：Ｈｌａ−８１ＯＮ：Ｆ：）
   ｌから選ばれるアモルファス半導体から成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１または第２項に記載のアモル
   ファスシリコン太陽電池。 ４　前記ｐ−１−ｎ型太陽電池を構成子るアモルファス
   半導体が、ガラス等の透明基板に１　工ＴＯと５０ム上
   に堆積されている仁とを特徴とする特許請求の範囲第１
   １第２又は第３項に記載のアモルファスシリコン太ｏｔ
   池。