[其他]具有多層薄膜迭合的半導體層的薄膜光電電動勢元件

無效

• 申請號: 88101748
• 申請日: 1988-03-28
• 公開（公告）號: CN88101748A
• 公開（公告）日: 1988-10-05
• 發明（設計）人: 中川克已;清水勇
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H01L31/06
• 分類號: H01L31/06;H01L31/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民

本發明涉及一種改進的具有高光電轉換效率的薄膜光電電動勢元件，它可用作太陽能電池或光敏元件。

人們期望太陽能電池成為下一代電源，更具體地說，成為能廣泛設置的電源，這是因為它以取之不盡的太陽光作為其能源，并且對環境影響極小，它甚至能在小尺寸的情況下高效率地工作，而且維護十分方便。人們已提出多種利用太陽能發電的光電電動勢部件。并且不斷聲稱在以Si和GaAs晶體作為其半導體層時，能獲得高于20%的光電轉換效率。然而，由于這些光電電動勢部件至今仍未進入實用階段而成本極高，因此所提供的電力價格不可避免地要高于其它電力發電形式所提供的電力。另一方面，就諸如非晶硅針型元件，肖特基型元件及Cds-CdTe異質結元件之類的薄膜光電電動勢元件而言，可以預計其本身的成本會不斷降低，但其光電轉換效率實際上還未超過10%，而且其安裝所需的費用較高，因而不大可能大幅度地減少電力的價格。人們已提出各種各樣提高薄膜光電電動勢元件的光電轉換效率的方案以期改善上述情況。

一種方案是，薄膜光電電動勢元件的N型和P型薄膜半導體層之一由包含一種雜質的小于等于100埃厚的半導體薄膜和另一種小于等于100埃厚的，包含同一種雜質但濃度不同的半導體薄膜或包含另一種雜質或包含兩種不同雜質相互重迭的半導體薄膜構成。

這種方案將參照圖1進行解釋。圖1是應用上述方案的針型A-Si∶H薄膜光電電動勢元件的剖示圖。圖1中示出了一金屬襯底1，例如具有光潔表面來不銹鋼板，一層利用PH₃形成的50埃厚的N型A-Si∶H膜2，一層不用PH₃形成的50埃厚的A-Si∶H膜3，一層不包含任何雜質的5000埃厚的A-Si∶H膜4，一層利用B₂H₆形成的50埃厚的P型A-Si∶H膜5，一層不用B₂H₆形成的50埃厚的P型A-Si∶H膜6，一層透明的導電層7（例如ITO膜）和一個例如由銀制成的集電器8。

利用這種結構，可使短路電流（Ise）大于圖2所示的常規針型光電電動勢元件的短路電流。這似乎是由于在圖2所示的元件中，n型薄膜半導體層22或P型薄膜半導體層26所吸收的光子幾乎不產生電子空穴，另一方面，在圖1所示的元件中，n型和P型薄膜半導體層的層迭結構能有效地產生電子和空穴。然而即使在圖1所示的元件的情況下，開路電壓（Voc）和占空比（F·F）的改善也是不夠的，而且也不可能顯著地提高光電轉換效率。此外，在上述方案用于加有反向偏壓的光敏元件時，光照電流（相應于二極管的飽和電流）最好盡量小，因為在這種情況下，信比會增加，這可導致擴大光敏元件所需的光強范圍。然而，這種情況還遠沒達到實際要求。

為解決現有薄膜光電電動勢元件中所存在的問題并開發一種光電轉換效率得到改善并可有效地用作太陽能電池、光敏元件或類似元件的令人滿意的薄膜光電電動勢元件，本發明的發明人進行了廣泛的研究。

結果，本發明的發明人最終找到了一種由分別包含1到10原子百分比的氫原子的多層非單晶硅半導體薄膜構成的理想的半導體層，它適于用作光電電動勢元件的半導體層，并且使所得到的光電電動勢元件擺脫了常規光電電動勢元件中存在的上述問題。

因此，本發明的一個目的是提供一種改進的薄膜光電電動勢元件，它在短路電流（Isc），開路電壓（Voc）和填充系數（F·F）方面顯示出令人滿意的效果，并具有高的光電轉換效率，在用作光敏元件時，具有改善的信噪比。

本發明的另一個目的是提供一種改進的薄膜光電電動勢元件，其中至少有一層半導體層是改進的非單晶硅半導體層，它由分別包含1到10原子百分比氫原子的多層非單晶硅薄膜層迭構成，這種元件具有上述效果。

本發明的另一個目的是提供一種制備上述薄膜光電轉換元件的方法。

圖1是根據本發明的針型薄膜光電電動勢元件的剖面圖，該圖同時用于展示常規的針型薄膜光電電動勢元件;

圖2是在N型和P型層中不層迭薄膜半導體層的常規針型薄膜光電電動勢元件的剖面圖;

圖3是根據HR-CVD方法（氫基輔助CVD方法）的薄膜形成裝置解釋性示意圖，這種裝置用于試驗以顯示本發明的效果，并用于制備本發明示例1-3的光電電動勢元件;

圖4特別解釋根據TOF方法的實驗，以說明本發明的效果。

圖5是本發明的肖特基型薄膜光電電動勢元件的剖面圖。

圖6是解釋利用高頻電源的薄膜形成裝置的示意圖，這種裝置用于在示例4中制備元件。