光电元件制造技术

提供一种由硅基非单晶半导体构成、设置含有至少一个ｐ／ｎ型接合的发电层的光电元件，上述发电层的ｐ／ｎ型接合部界面中具有氮浓度成为最大的峰值，而且该氮浓度为１×１０＃＋［１８］原子／厘米＃＋［３］～１×１０＃＋［２０］原子／厘米＃＋［３］。这种光电元件的光电转换效率高且可靠性高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由硅基非单晶半导体材料构成的光电元件。更详细地说，涉及光电转换效率高而且可靠性高的光电元件。由上述无定形材料构成的光电元件，特别是无定形太阳能电池，提高光电转换效率是一重要的课题。作为解决该课题的方法，在美国专利2,949,498号说明书中公开了使用多层层压单位元件结构的太阳能电池的所谓串联电池。该串联电池，层压不同带宽的元件，通过高效率地吸收太阳光线光谱的各部分来提高转换效率，将位于该顶层下面的所谓底层的带隙设置成比位于层压元件的光入射侧的所谓顶层的带隙还要狭窄。另外，也在研究在上述顶层和底层之间设置中间层的3层串联电池(以下称为三层电池)。另外，为了容易收集由入射光生成的电子-空穴对中扩散距离短的空穴，在透明电极侧即光入射侧配置p层，提高光的总收集效率，多数介于p层和n层间实质上纯的半导体(以后写为i型层)。还有，利用所谓微晶硅所具有的高导电性和在短波长区域内小的吸收系数的这一物性，通过在光入射侧的p层中使用微晶硅，改善短路电流(Jsc)。另外，由于微晶硅与无定形硅相比为宽禁带，杂质添加效率高，光电元件内的内部电场变大。还报道了其结果改善了开路电压(Voc)、提高了光电转换效率(“Enhancement of open circuit voltage in high efficiency amorphoussilicon alloy solar cells”S.Guha，J.Yang，P.Nath andM.HackAppl.Phys.Lett.，49(1986)218)。然而，在这些光电元件中，稳定并控制p层和n层接合部位的界面特性较难，连接方式和杂质量的改变导致发生串联电阻增加，和随之而来的IV特性降低等，成为特性改变的原因。本专利技术的光电元件，特征在于，在具有由硅基非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件彼此p/n型接合并层压得到的光电元件中，在上述p/n型接合的界面上，具有氮浓度成为最大的峰值，而且该峰值的氮浓度(峰值氮浓度)为1×1018原子/厘米3～1×1020原子/厘米3。采用附图对本专利技术进行详细说明，但是本专利技术的光电元件并不受其任何限定。附图说明图1是表示适用于本专利技术光电元件的pin型无定形太阳能电池的示意图。图1是光从图的上部入射结构的太阳能电池，图中100表示太阳能电池主体，110表示底层，111表示中间层，112表示顶层，101表示基片，102表示下部电极，103、113、123表示n型半导体层，104、114、124表示i型半导体层，105、115、125表示p型半导体层，106表示上部电极，107表示集电电极。(基片)半导体层是约1μm高度的薄膜，因此可在作为支撑体的适当的基片上堆积。作为这样的基片101，可以是单结晶体或非单结晶体，还有它们可以是导电性物质，另外也可以是电绝缘性物质。还有，它们可以是透光性的，另外也可以是非透光性的，但是优选变形少、具有所希望强度的物质。具体可列举的是Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb等金属或它们的合金，例如黄铜、不锈钢等薄板及其复合体，以及聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯、醋酸纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂等耐热性合成树脂的薄膜或薄片或者这些与玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、金属纤维等的复合体，以及在这些金属的薄板、树脂薄片等表面上将不同材料的金属薄膜和/或SiO2、Si3N4、Al2O3、AlN等绝缘性薄膜通过溅射法、蒸镀法、镀金属法等进行表面涂层处理得到的物质和玻璃、陶瓷等。在使用上述基片作为太阳能电池用的基片的情况下，优选使用带状基片作为基片。在带状基片具有金属等的导电性的情况下，也可以作为直接流出电流用的电极，在是合成树脂等电绝缘性的情况下，优选在形成堆积膜侧的表面上预先将Al、Ag、Pt、Au、Ni、Ti、Mo、W、Fe、V、Cr、Cu、不锈钢、黄铜、镍铬、SnO2、In2O3、ZnO、ITO等所谓的金属单质或合金以及透明导电性氧化物(TCO)用镀金属、蒸镀、溅射等方法进行表面处理，形成流出电流用的电极。不用说，即使上述带状基片是金属等导电性物质，为了提高长波长光在基片表面上的反射率、防止基片材料和堆积膜之间构成元素的相互扩散，也可以在形成上述基片上的堆积膜的一侧设置不同的金属层等。另外，作为上述基片的表面性，既可以是所谓的平滑面，也可以是微小的凹凸面。在使用微小的凹凸面的情况下，其凹凸形状是球状、圆锥状、角锥状等，而且通过使得最大高度(Rmax)优选为50nm乃至500nm，在该表面上的光反射变成漫反射，造成在该表面上的反射光的光程增大。基片的形状，根据用途可以是平滑表面或凹凸表面的板状、长带状、圆筒状等，其厚度，按照可以形成希望形状的光电元件来适当决定，但是从基片的制造和操作、机械的强度等方面来看，通常为10μm以上。在本专利技术的光电元件中，根据该元件的结构形状选择使用适当的电极。作为那些电极，可以列举的是下部电极、上部电极(透明电极)、集电电极(但是，这里所述的上部电极表示在光的入射侧所设置的，下部电极表示隔着半导体层与上部电极相对设置的。)。下面针对这些电极进行详细说明。(下部电极)作为在本专利技术中使用的下部电极102，在基片101和n型半导体层103之间设置。但是，在基片101为导电性的情况下，该基片可以兼作下部电极。然而，即使基片101为导电性，在薄片电阻值高的情况下，作为流出电流用的低电阻的电极，或者为了提高基片面上的反射率并且有效利用入射光，也可以设置电极102。作为电极材料，可列举的是Ag、Au、Pt、Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Zn、Mo、W等金属或者这些的合金，采用真空蒸镀、电子束蒸镀、溅射等形成这些金属的薄膜。另外，必须考虑形成的金属薄膜不成为相对光电元件输出的电阻成分。在下部电极102和n型半导体层103之间，图中没有表示，但是也可以设置导电性氧化锌等扩散防止层。作为该扩散防止层的效果，可列举的是不仅防止构成下部电极102的金属元素向n型半导体层中扩散，而且防止在具有若干电阻值并且夹持半导体层设置的下部电极102和透明电极106之间由针孔等缺陷造成的短路，以及将由薄膜产生多重干涉而把入射光封闭在光电元件内等的效果。(上部电极(透明电极))作为本专利技术中使用的透明电极106，为了在半导体层内有效地吸收来自太阳或白色荧光灯等的光，光的透过率优选为85％以上，另外为了在电上不变成对于光电元件输出的电阻成分，薄片的电阻值优选为300Ω/□以下。作为具备这样特性的材料，可以列举的是SnO2、In2O3、ZnO、CdO、CdSnO4、ITO(In2O3+SnO2)等金属氧化物和将Au、Al、Cu等金属制成极其薄的半透明状膜的金属薄膜等。由于透明电极106是在图1中p型半导体层125层上层压，优选选择相互密合性良好的物质。作为这些的制造方法，可以使用电阻加热蒸镀法、电子束加热蒸镀法、溅射法、喷射法等，根据要求适当选择。(集电电极)本专利技术中使用的集电电极107，为了降低透明电极106的表面电阻值而设置在透明电极106上。作为电极材料，可以列举的是Ag、Cr、Ni、Al、Ag、Au、Ti、Pt、Cu、Mo、W等金属或其本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电元件，是具有由硅基非单晶半导体材料构成的ｐｎ或ｐｉｎ结构的多个单位元件彼此ｐ／ｎ型接合并层压得到的光电元件，特征在于，在上述ｐ／ｎ型接合的接合界面上，氮浓度具有最大峰值，而且该峰值氮浓度为１×１０↑［１８］原子／厘米↑［３］～１×１０↑［２０］原子／厘米↑［３］。

【技术特征摘要】
JP 2001-6-29 200155/20011.光电元件，是具有由硅基非单晶半导体材料构成的pn或pin结构的多个单位元件彼此p/n型接合并层压得到的光电元件，特征在于，在上述p/n型接合的接合界面上，氮浓度具有最大峰值，而且该峰值氮浓度为1×1018原子/厘米3～1×1020原子/厘米3。2.权利要求1中所述的光电元件，特征在于，上述p/n型接合中的n层含有n型杂质，上述峰值氮浓度为该n型杂质浓度的5％以下。3.权利要求2中所述的光电元件，特征在于，n型杂质是磷元素。4.权利要求1中所述的光电元件，特征在于，上述p/n型接合中p层含有p型杂质，上述峰值氮浓度为该p型杂质浓度的5％以下。5.权利要求4中所述的光电元件，特...

【专利技术属性】
技术研发人员：保野笃司，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]