DE3431603A1

DE3431603A1 - Photoelektrischer wandler

Info

Publication number: DE3431603A1
Application number: DE19843431603
Authority: DE
Inventors: Yutaka Ibaraki Hayashi; Hideyo Takasaki Gunma Iida; Toshio Gunma Mishuku
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1983-08-29
Filing date: 1984-08-28
Publication date: 1985-03-14
Anticipated expiration: 2004-08-29
Also published as: JPH0680837B2; FR2551267A1; FR2551267B1; US4644091A; DE3431603C2; IT1179083B; JPS6049679A; IT8467858A0; IT8467858A1

Description

Photoelektrischer Wandler

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Wandler des Dünnfilmtyps und ist insbesondere auf einen photoelektrischen Wandler des Dünnfilmtyps gerichtet, der es ermöglicht, die optischen Wege zur Verbesserung seiner optischen Absorptionseigenschaften zu verlängern.

Zur Verbesserung des Wandlungswirkungsgrades eines photoelektrischen Wandlers, beispielsweise in Form einer Solarbatterie oder dergl., ist es notwendig, daß ein Halbleitermaterial zum Bewirken der photoelektrischen Wandlung einen großen optischen Absorptionskoeffizienten hat und daß ein Ladungsträger (positives Defektelektron), der durch die Absorption optischer Energie erzeugt wird, eine lange Lebensdauer hat, dessen Beweglichkeit oder Diffusionslänge groß ist. Bisher war es üblich, zur Minimierung der Reflexion des einfallenden Lichtes auf der Oberfläche des Wandlers einen die Reflexion vermindernden Film anzubringen oder die Oberfläche auf der das Licht aufnehmenden Seite·des Halbleitersubstrats als eine unebene Fläche auszubilden. Insbesondere ist bisher in der Praxis wurde eine derartige Solarbatterie des Typs, der die Reflexion vermindert, verwendet worden, bei der die Oberfläche aus einer Ebene eines Siliziumsubstrats (100) besteht, die mit unzähligen pyramidenförmigen Vorsprüngen durch eine sog. Selektionsätztechnik unter Verwendung einer alkalischen Lösung ausgebildet ist.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Teils eines herkömmliehen photoelektrischen Wandlers des Typs, der die Reflexion vermindert und als Solarzelle oder Solarbatterie verwendet wird. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Halbleitersubstrat, das Bezugszeichen 20 eine einen Anschluß bildende Schicht und das Bezugszeichen 30 eine Anzahl von vorstehenden Abschnitten einer unebenen, lichtaufnehmenden Oberfläche davon. Pfeilmarkierungen deuten die Einfalls- und Reflexionspfade des Lichtes an.

Im allgemeinen ist ein photoelektrischer Wandler des Dünnfilmtyps, wie beispielsweise eine amorphe Solarbatterie, ein optischer Dünnfilmsensor oder dergl., hinsichtlich der Beweglichkeit und der Lebensdauer gering einzustufen. Dementsprechend kann selbst dann, wenn beispielsweise die Filmdicke des Halbleiters, der eine Solarzelle darstellt, über das notwendige Maß hinaus zum Zwecke einer Verbesserung der optischen Absorptionseigenschaften erhöht wird, dessen photoelektrische Wandlungsrate im Verhältnis zu der elektrisehen Ausgangsleistung nicht erhöht werden. Eine wirksame Erhöhung der Filmdicke des Halbleiters entspricht am besten einer solchen auf ungefähr das zeifache einer Ladungsträgerlebensdauer-Laufstrecke (eine Diffusionslänge + eingebautes elektrisches Feld χ Mobilität χ Lebensdauer). Wenn die Erhöhung der Dicke mehr als dieses Maß ausmacht, ergibt sich eine Verringerung der Ausgangsleistung.

Dementsprechend ist es eine Kernfrage der Auslegung des Wandleraufbaus, wie der optische Pfad in dem DUnnfilm zu verlängern ist, um den Wandlerwirkungsgrad erhöhen zu können.

Die zuvor erläuterte unebene Oberflächenausbildung der das Licht aufnehmenden Seite scheint ideal zum Verhindern der Reflexion einfallenden Lichtes zu sein, jedoch bestehen Nachteile dahingehend, daß die unebene Oberfläche besonders empfindlich in bezug auf Ablagerung von Staub ist und daß sie während der Benutzung des Wandlers über eine langen Zeitraum verschlissen wird, was zu einer merklichen Verschlechterung seiner Eigenschaften führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen photoelektrischen Wandler des Dünnfilmtyps zu schaffen, der die genannte Verschlechterung seiner Eigenschaften, wie sie durch Ablagerung von Staub oder durch Verschleiß, wie zuvor ausgeführt, verursacht wird, nicht aufweist und einen Aufbau hat, der den optischen Weg in einem Halbleiterdünnfilm ver-

längert.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen photoelektrischen Wandler gelöst, der durch zumindest ein lichtdurchlässiges Substrat, das eine verhältnismäßig flache Oberfläche, die auf dessen lichtempfangender Seite vorgesehen ist, und eine unebene Oberfläche, die auf dessen anderer Seite vorgesehen ist, hat, sowie durch eine photoelektrische Wandlerschicht, die auf der unebenen Oberfläche vorgesehen ist, gekennzeichnet ist.

Mit dem erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandler kann die optische Weglänge erhöht werden, um so eine Verbesserung der optischen Absorptionseigenschaft und demzufolge des photoelektrischen Wandlungswirkungsgrades zu erreichen. Zusätzlich kann eine Verschlechterung der Eigenschaften bezüglich der Ablagerung von Staub oder des Verschleißes der Oberfläche der photoelektrischen Wandlerschicht verhindert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 zeigt, wie bereits erläutert, eine Schnittansicht eines Teils eines herkömmlichen photoelektrischen Wandlers des Typs, der die Reflexion herabsetzt.

Fig..2 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für die vorliegende Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht mit einem Beispiel für den Weg des einfallenden Lichtes in dem erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandler zur Verdeutlichung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips.

Fig. 4 zeigt.eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen photoelektrisohen Wandlers zur Verdeutlichung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 40 eine photoelektrische Wandlerschicht, und das Bezugszeichen 100 bezeichnet ein lichtdurchlässiges Substrat. Das lichtdurchlässige Substrat hat eine lichtaufnehmende Oberfläche 120, die mit einem darauf ausgebildeten refexionsmindernden Film 110 versehen ist, der im Hinblick auf den Brechungsindex näher bei demjenigen von Luft als das Substrat 100 liegt. Das lichtdurchlässige Substrat hat auf seiner der lichtaufnehmenden Oberfläche 120 abgewandten Seite eine unebene Oberfläche 140, die aus unzähligen vorstehenden Abschnitten besteht, und kann eine Glasplatte, ein Plastikfilm oder dergl. sein. Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung kann nicht nur durch lichtdurchlässiges Substrat, das für das menschliche Auge durchsichtig ist, sondern auch durch ein lichtduchlässiges Substrat gelöst werden, das aus einem Aufbau oder Material derart besteht, daß es Licht einer beliebigen Wellenlänge, das in elektrische Energie umgesetzt werden kann, gestattet, hindurchzutreten.

Im einfachsten Fall hat der Wandler gemäß der Erfindung einen Aufbau derart, daß die photoelektrische Wandlerschicht 40 aus einer einzigen Halbleiterschicht besteht, die in einem vorbestimmten Bereich mit einer Elektrode versehen ist. Dies ist derjenige Typ von photoelektrischem Wandler, der die Änderung der photoelektrische Leitung in Abhängigkeit von dem einfallenden Licht ausnutzt, wie beispielsweise eine photoleitende Zelle oder dergl.. Im Falle einer amorphen Silizium-Solarbatterie hat indessen deren photoelektrische Wandlerschicht typischerweise einen Mehrschichtenaufbau, der, wie in Fig. 2 gezeigt, aus einer lichtdurchlässigen, leitenden Schicht 42, einer Halbleiterschicht 43, die aus drei Lagen, nämlich einer amorphen p-Lage 43a, einer amorphen Siliziumlage 43b ohne Zusatz von irgendeiner Verunreinigungssubstanz und einer amorphen η-Lage 43c zusammengesetzt ist, sowie einer rückleitenden Elektrodenschicht 44 besteht. Desweiteren kann die Halbleiterschicht 43 ein Mehrlagenaufbau des sog. Tandemtyps oder "Stift, Stift

"-Typs sein, der aus unterschiedlichen Arten von amorphen Lagen aus einem amorphen Siliziumkarbid, einem amorphen Siliziumnitrid, einem amorphen Siliziumgermanium oder dergl. besteht. Die lichtdurchlässige, leitende Schicht 42 muß nicht grundsätzlich eine solche sein, die für das menschliche Auge durchsichtig ist. Es kann ausreichend sein, daß sie derart beschaffen ist, daß Licht der tatsächlich vorliegenden Wellenlänge gestattet ist, hindurchzutreten. Daher wird in der vorliegenden Anmeldung der Ausdruck "eine lichtdurchlässige, leitende Schicht" benutzt,, um jede der zuvor genannten Arten einzubeziehen. Für die rückleitende Elektrodenschicht 44 wird ein leitender Dünnfilm, insbesondere ein metallischer Dünnfilm, verwendet, jedoch können Modifikationen derart in Betracht gezogen werden, daß eine zweite lichtdurchlässige, leitende Schchit 44a zwischen dem metallischen Dünnfilm 44b und der Halbleiterschicht 43 angeordnet ist, so daß die Relexionsrate an der hinteren Oberfläche verbessert werden kann und zusätzlich eine Begrenzung Scheitelwinkels eines vorstehenden Abschnitts freizügiger gehandhabt werden kann, wie dies im einzelnen im folgenden erläutert wird.

Wie zuvor ausgeführt, liegt der Erfindung in der Hauptsache die Aufgabe zugrunde, den photoelektrischen Wandlungswirkungsgrad durch Verlängern des optischen Weges für das einfallende Licht zu verbessern. Im folgenden wird eine Erläuterung insbesondere bezüglich einer dreieckigen Form des vorstehenden Abschnittes gegeben, die wirksam für eine Verlängerung des optischen Weges ist.

".

Fig. 3 zeigt ein Beispiel des Weges für Licht, das auf den erfindungsgemäßen Wandler trifft, wobei der Scheitelwinkel 2 θ eines vorstehenden Abschnitts des lichtdurchlässigen •Substrats 100 90° beträgt. In vorliegenden Fall enthält die photoelektrische Wandlerschicht 40 mehrere Lagen, die unterschiedliche Brechungsindizes haben, kann jedoch als eine einzige Schicht betrachtet werden, die einen einzigen Bre-

-10-chungsindex hat.

In dieser Figur sind gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 2 für Teile oder Elemente, die mit den in Fig. 2 gezeigten korrespondieren, verwendet.

Licht, das eine verhältnismäßig große Wellenlänge hat und das lichtdurchlässige Substrat 100 durchdringt, fällt auf die Dhotoelektrische Wandlerschicht 40, wird jedoch nicht vollständig in der Halbleiterschicht 43 der photoelektrischen Wandlerschicht 40 absorbiert, wird an der rückwärtigen Oberfläche der photoelektrischen Wandlerschicht 40 oder an der Schnittstelle zwischen der Wandlerschicht 40 und der rückleitenden Elektrodenschicht 44 reflektiert und kehrt zu dem lichtdurchlässigen Substrat 100 zurück. Im vorliegenden Fall kann, wenn das lichtdurchlässige Substrat 100 so ausgebildet ist, daß es bewirkt, daß das rückeilende Licht wieder auf die photoelektrische Wandlerschicht 40 trifft,-der photoelektrische Wandlungswirkungsgrad in bezug auf ein langwelliges Licht merklich verbessert werden. Durch zahlreiche Versuche wurde herausgefunden, daß ein Scheitelwinkel 2 θ des vorstehenden Abschnitts 130, der dem rückeilenden Licht gestattet, wieder auf die photoelektrische Wandlerschicht 40 aufzutreffen, 90 oder weniger beträgt.

Nachdem das Licht dazu gebracht worden ist, senkrecht auf die lichtaufnehmende Oberfläche 120 des lichtdurchlässigen Substrats 100 zu treffen, dann dieses zu durcheilen, auf die photoelektrische Wandlerschicht 40 zu treffen, an der rückseitigen Oberfläche davon reflektiert zu werden und dann wieder zu dem Substrat 100 zurückzukehren, wird das rückkehrende Licht veranlaßt, parallel zu der lichtaufnehmenden Oberfläche 120 des Substrats 100 unter der Bedingung zu verlaufen, daß der Scheitelwinkel 2 θ des vorstehenden Ab-Schnitts des Substrats 100 90° beträgt, oder es wird veranlaßt, nach unten unter der Bedingung, daßder Scheitelwinkel 2 θ davon kleiner als 90° ist, zu laufen. Demzufolge wird das

rückkehrende Licht in dem vorstehenden Abschnitt 130 veranlaßt, wieder auf die photoelektrische Wandlerschicht 40 zu treffen, so daß ein verlängerter optischer Weg (3) in der Wandlerschicht 40 erzielt wird.
5

Im vorliegenden Fall kann nahezu der gleiche Verlängerungseffekt für den optischen Weg durch eine Dreieckspyramidenform, eine Satteldachform derart, daß sich die Satteldachformen, gegenseitig durchschneiden, oder eine Kegelform der vorstehenden Abschnitte erzielt werden. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß nahezu der gleiche Effekt erzielt werden kann, solange der Scheitelwinkel 2 θ jedes der vorstehenden Abschnitte 90° oder weniger beträgt, selbst dann, wenn die Vorsprünge der unebenen Oberfläche des Substrats unterschiedliche individuelle Höhen haben.

Im folgenden wird ein spezielles Beispiel zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wandlers beschrieben.

Es wird eine Glasplatte mit einer unebenen Oberfläche, die eine Anzahl der zuvor genannten satteldachförmigen vorstehenden Abschnitte enthält, hergestellt, und es wird ein Zinnoxidfilm mit 2000 Ä Dicke durch chemische Aufdampfung bei 400 C Substrattemperatur darauf ausgebildet, wobei SnCl.

und Wasserdampf benutzt wird, und zusätzlich werden durch eine S tr ömungsent ladungsauf spaltung von Monosiliziumalkyl (unter Verwendung eines Gases derart, daß 0.5% B₂H_ß im Verhältnis zu dem Monosiliziumalkyl zugefügt ist), eine amorphe p-Siliziumlage mit 100 Λ Dicke, eine amorphe Siliziumlage mit 5000 Λ Dicke ohne Zustaz irgendeiner Verunreinigungssubstanz und eine amorphe n-Siliziumlage mit 300 Λ Dicke (unter Verwendung eines Gases derart, daß 1% PH„ im Verhältnis zu dem Monosiliziumalkyl zugesetzt ist) bei einer Glühtemperatur von 250°C darauf ausgebildet.Zusätzlich wird eine Nickelschicht mit ungefähr 5000 Ä Dicke darauf durch einen Vakuumaufdamfpungsprozeß ausgebildet, wodurch ein photoelektrischer· Wandler >',<\';ehoffen wird, der /.ur Vcrwn

dung als eine amorphe Silizium-Solarzelle geeignet ist. Es wurde durch vergleichende Untersuchung herausgefunden, daß der Wandlungswirkungsgrad dieser Solarzelle für Licht mit einer Wellenlänge von 700 - 800 nm um ungefähr 50% verglichen mit einem ähnlichen Wandler, der den gleichen Aufbau wie zuvor beschrieben mit der Ausnahme hat, daß die Glasplatte keine unebene Oberfläche hat, in dem Fall, in dem der Scheitelwinkel jedes der vorstehenden Abschnitte davon 90 oder weniger beträgt, ohne Rücksicht auf irgendeine .Änderung in der Höhe des vorstehenden Abschnitts gesteigert ist.

Wenn der photoelektrische Wandler so. hergestellt wird, daß der Scheitelwinkel 2 θ des vorstehenden Abschnitts 90 oder weniger beträgt, wie dies zuvor erläutert wurde, kann die Ergiebigkeit desselben durch Abrunden der Scheitelpunkte der vorstehenden Abschnitte verbessert werden. Indessen ist es in Anbetracht der Tatsache, daß ein Aufdamfpungsprozeß benutzt wird, vorzuziehen, daß der Scheitelwinkel des vorstehenden Abschnitts ein stumpfer Winkel ist.

Allerdings ist in dem Fall, in dem der Scheitelwinkel ein stumpfer Winkel ist, keine Sicherheit dafür gegebenen, daß dieser alle Strahlen des Lichtes, das durch die Reflexion des Lichtes, das auf die photoelektrische Wandlerschiht 40 auftrifft, zurückkehrt, veranlaßt, in die photoelektrische Wandlerschicht 40 einzutreten. Wenn die Höhe h des vorstehenden Abschnitts mit einem stumpfen Winkel, der in Fig. 4 gezeigt ist, größer als eine vorbestimmte Höhe h ist, verliert das Licht, das zu dem lichtduchlässigen Substrat 100 zurückkehrt, die Möglichkeit, wieder in die photoelektrische Wandlerschicht 40 einzutreten. Dementsprechend wird, wenn die Höhe h vergrößert wird, die Anzahl solcher Lichtstrahlen, wie zuvor ausgeführt, erhöht.

Dies ist leicht verständlich, wenn, wie in Fig. 4 gezeigt, ein vorstehender Abschnitt, der eine größere Höhe H als die vorbestimmte Höhe h hat, wie dies durch gestrichelte Linien

angedeutet ist, angenommen wird. Es wird ein Vergleich mit einem solchen Weg der Lichtstrahlen angestellt, die auf eine Seitenkante des vorstehenden Abschnitts 130 auftreffen, der die vorbestimmte Höhe h hat, so daß das auftreffende Licht veranlaßt wird, in die photoelektrische Wandlerschicht 40 über optische Wege ^) und (2) für einfallendes und reflektiertes Licht zu laufen und zu dem lichtdurchlässigen Substrat 100 zurückzukehren, wonach das rückgekehrte Licht wieder in die Wandlerschicht 40 eintritt, um den verlängerten optischen Lichtweg (3) in der Wandlerschicht 40 zu erzielen. Dementsprechend muß in dem Fall, in dem der Scheitelwinkel 2 θ ein stumpfer Winkel ist, die Höhe h des vorstehenden Abschnitts proportional unter einem vorbestimmten Wert liegen, und nur unter dieser Bedingung können alle der auftreffenden Lichtstrahlen, die zu dem Substrat 100 zurückkehren, veranlaßt werden, wieder in die Wandlerschicht 40 einzutreten, so daß der optische Weg in der photoelektrischen Wandlerschicht 40 langer als der optische Weg (l) + (2) werden kann.

Dieser vorbestimmte Wert der höhe h kann durch die folgende Formel (1) erhalten werden:

(x-y) cos θ ₊ f_{( } cos} y_ )tan. (180° -26 )

i-J

L cos θ J 2 tan

Dabei sind

χ = ^d2

tan θ

ⁿ1 ⁿ1

cos θ cos θ

y = d_o — + d₃

Hierbei sind d_o , d_o d. und η-, n_o, n_o ..... η. Dicken

c. O 1 1 d. O 1

und Brechungsindizes der jeweiligen Schichten, wie der lichtdurchlässigen, leitenden Schicht 42, der Halbleiterschicht 43 und anderer Schichten in der photoelektrischen Wandlerschicht 40. Außerdem ist n₁ der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Substrats 100.

Damit das einfallende Licht an dem vorstehenden Abschnitt des stumpfen Winkels gebrochen werden kann, muß die Basis des vorstehenden Abschnitts oberhalb von λ/4 η., liegen (wobei hier λ die Wellenlänge des Lichts in. Luft ist), und dementsprechend muß die Höhe h des vorstehenden Abschnitts oberhalb von λ/(8 η. tan θ ) liegen. 20

In dem Falle einer derartigen speziellen amorphen Silizium-Solarbatterie, die das lichtdurchlässige Substrat 100, das aus Glas hergestellt ist, und die zuvor genannten jeweiligen Lagen oder Schichten der zuvor genannten Dicken, die wie zuvor erläutert hergestellt sind, enthält, liegt, wenn der Scheitelwinkel 2 θ des vorstehenden Abschnitts 120° beträgt, die obere Grenze der Höhe davon bei ungefähr 0.35 ym. Wenn indessen die lichtdurchlässige, leitende Schicht 44a zwischen der Halbleiterschicht 43 und der rückleitenden Elektrodenschicht 44 angeordnet ist, kann die obere Grenze der Höhe davon freizügiger bemessen werden. Beispielsweise kann, wenn ein Indiumoxidfilm mit einer Dicke von 3000 Ä dazwischen angeordnet ist, die obere Grenze davon auf 0.58 ym erhöht werden.
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Wenn die Filmdicke der photoelektrischen Wandlerschicht 40 so groß ist oder die Höhe des vorstehenden Abschnitts so

gering ist, daß der optische Weg (2) nicht in den vorstehenen Abschnitt 130 hinein sondern unter dem vorstehenden Abschnitt verläuft, kann der optische Weg (2), d. h. der des reflektierten Lichtstrahls, der in die photoelektrische Wandlerschicht 40 eintritt, kein verlängerter sein.

Wenn die Unebenheit der rückwärtigen Oberfläche der photoelektrischen Wandlerschicht 40 kleiner gemacht wird, wird alles in die Wandlerschicht 40 einfallende Licht reflektiert und in der Wandlerschicht 40 durch deren rückwärtige Oberfläche vereinigt. Als Ergebnis kann die Lichtabsorption in der Wandlerschicht 40 stark erhöht werden, und dementsprechend kann der photoelektrische Wandlungswirkungsgrad in starkem Maße verbessert werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung wurde wie folgt ausgeführt:

Es wurde ein Glassubstrat ("Corning"-Glas Nr. 7059) von 0.5 mm Dicke mit einem Schleifmittel aus Aluminiumpartikeln geschliffen, deren Durchmesser unterhalb von 1 ym liegt, und danach wurden die Scheitelpunkte der vorstehenden Abschnitte, die auf diese Weise darauf ausgebildet wurden, mit einer ätzenden Lösung abgerundet, die durch Verdünnen von Flußsäure mit reinem Wasser hergestellt wurde. Die Oberfläche wurde durch ein Elektronenmikroskop betrachtet, und es wurde als Ergebnis herausgefunden, daß die Höhen der vorstehenden Abschnitte in dem Bereich von 0.1 - 1 pm, die Basen der vorstehenden Abschnitte (eine Seite der quadratischen Böden der pyramidenförmigen vorstehenden Abschnitte) in dem Bereich von 0.1 - 1 ym und die Scheitelwinkel der vorstehenden Abschnitte in dem Bereich von ungefähr 60 - 120° lagen. Alle der vorstehenden Abschnitte enthielten 15% solcher mit spitzem Scheitelwinkel in dem Bereich von 60° bis 90° und 85% solcher mit einem stumpfen Scheitelwinkel in dem Bereich von oberhalb 90° bis 120°, und unter diesen waren die vorstehenden Abschnitte mit dem zuvor genannten stumpfen Winkel

0.1 - 0.5 μπι hoch.

Eine Lösung, die durch Auslaugen von SnCl₄.5HpO und SbCl₄ in Alkohol hergestellt wurde, wurde auf zwei wie zuvor ausgeführt hergestellte Glassubstrate, und ein Glassubstrat, das nicht mit dem Schleifmittel geschliffen wurde, gesprüht, und es wurde ein Zinnoxidfilm mit 1500 Ä Dicke bei einer Substrattemperatur von 400⁰C darauf aufgebracht. Dann wurde eine amorphe Siliziumschicht auf jedes dieser drei Substrate in einem Paralleltyp-Glühentladungs-Zerlegungsapparat aufgebracht. Dabei wurde eine p-Lage unter einer Bedingung derart, daß der Prozentsatz von BpHg/SiH₄ 0.5% betrug und das Verhältnis von SiH₄CCH₄ 7:3 war, unter Benutzung eines Rohmaterialgases 10% SiH₄, verdünnt mit Wasserstoff, und 1000 Teilen pro Million von BpH_g, verdünnt mit CH₄ und Wasserstoff, erzeugt. Danach wurde eine Si-Lage aus 10% SiH₄, verdünnt mit Wasserstoff, und eine η-Lage unter einer Bedingung derart, daß der Prozentsatz von PH„/SiH₄ 0.5% betrug, unter Benutzung eines Rohmaterialgases mit 1000 Teilen pro Million PH„, verdünnt mit Wasserstoff, aufgebracht.

Die Filmdicken der jeweiligen Lagen, die auf diese Weise gewonnen wurden, betrugen 100 Ä , 5000 Ä u. 300·^ . Im vorliegenden Fall betrug die Temperatur jedes Substrats 250 C, und die elektrische Leistungsdichte der Glühentladung betrug 0.1W/cm².

Von diesen drei Substraten, die wie zuvor beschrieben hergestellt wurden, wurden zwei Substrate (ein Substrat, das dem Schleifvorgang unterzogen wurde, und ein Substrat, das keinem SchleifVorgang unterzogen wurde) so weiterbehandelt, daß ein Film aus Indiumoxid (enthaltend 5% Zinn) von 3000·^ Dicke auf jedem dieser beiden Substrate durch einen Elektronen-Auf dampfungsprozeß gebildet wurde. Zusätzlich wurden diese beiden Substrate und das verbliebene Substrat so weiterbehandelt, daß ein Ag-FiIm von ungefähr 1 Mikron Dicke darauf durch einen Aufdampfungsprozeß ausgebildet wurde, um

die jeweiligen Wandler herzustellen. Diese Wandler - jeder

von ihnen 2 mm groß - wurden gemessen, wodurch die folgenden charakteristischen Eigenschaften zu gewonnen wurden. Das Licht, das für die Messungen benutzt wurde, war ein künstli-

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ches Sonnenlicht mit 100 mW/cm Lichdichte, das ein sog.

AMI-Spektrum hat.

10	Wandler 1	Xurzschluß- strom 2 (mA/cm )	Leerlauf spannung (V)	Krümmungs faktor	Wandlungs wirkungsgrad (%)
15	Wandler 2	19.6	0.82	0.60	9.6
	Wandler 3	17.8	0.82	0.60	8.7
	14.2	0.85	0.61	7.3

Der Wandler 3 ist derart beschaffen, daß dessen Glassubstrat keine unebene Oberfläche hat. Der Wandler 1 und der Wandler 2 sind derart beschaffen, daß deren Glassubstrat unebene Oberflächen haben. Ferner ist der Wandler 1 derart bescnaffen, daß die lichtdurchlässige, leitende Schicht aus dem zuvor erläuterten Indiumoxid zwischen der amorphen Sil?.7iumlage und der Silberelektrode angeordnet ist. Auf diese Weise ist in jedem der Fälle der Wandler 1 und 2 der optische Weg für langwelliges Licht stark bei den vorstehenden Abschnitten, von denen die Scheitelwinkel spitze Winkel sind, und bei den vorstehenden Abschnitten, deren Scheitelwinkel stumpfe Winkel sind, die jedoch eine kleine Höhe haben, verlängert, so daß eine Erhöhung des Kurzschlußstroms erreicht werden kann. In diesem Fall ist, da der Wandler 1 mit der zweiten lichtdurchlässigen, leitenden Schicht versehen ist, der Kurzschlußstrom höher als der des Wandlers Das Querschnittsprofil der unebenen Oberflächen des Glas-

Substrats jedes der Wandler 1 u. 2 wurde durch das Elektronenmikroskop betrachtet, und es wurde dabei herausgefunden, daß die Höhen und die Scheitelwinkel von nahezu allen der vorstehenden Abschnitte der Formel (1) genügen. 5

Daher kann die vorliegende Erfindung verschiedene Wirkungen, wie sie im folgenden beschrieben werden, erzielen, aufgrund derer ein photoelektrischer Wandler hergestellt werden kann, der einen hohen Wandlungswirkungsgrad hat, einen stabilen Betrieb gewährleistet und einen niedrigen Herstellungspreis aufweist.

Es ergeben sich folgende Vorteile:

(a) Da eine Oberfläche des lichtdurchlässigen Substrats, die auf der der lichtaufnehmenden Oberfläche abgewandten Seite liegt, als eine unebene Oberfläche ausgebildet ist, kann diese.unebene Oberfläche dazu dienen - wobei verhindert wird, daß sich Staub auf der photoelektrischen Wandlerschicht absetzt und daß diese verschlissen oder beschädigt wird - , den Lichtweg für Licht, das in die Wandlerschicht eintritt, zu verlängern, so daß ein photoelektrischer Wandler erzielt werden kann, der einen hohen Wandlungswirkungsgrad aufweist.

(b) Da der Scheitelwinkel des vorstehenden Abschnitts der unebenen Oberfläche des Substrats 90° oder kleiner gemacht wird, kann ein verlängerter optischer Weg in der photoelektrischen Wandlerschicht erzielt werden, und es kann ein höherer photoelektrischer Wandlungswirkungsgrad erreicht werden.

(c) Da der Scheitelwinkel des vorstehenden Abschnitts als stumpfer Winkel ausgebildet ist und gleichzeitig die Höhe des vorstehenden Abschnitts unter einen bestimmten Wert, der durch die zuvor angegebenen Formel (1) gewonnen wird, gelegt ist, können die Verlängerungen aller Strahlen

—_i_ j **—

des Lichtes, das in die Wandlerschicht eintritt, sichergestellt werden. Zusätzlich kann, wenn der stumpfe Scheitelwinkel des vorstehenden Abschnitts größer gemacht wird, das Ausbilden der rückseitigen Oberfläche der photoelektrischen Wandlerschicht leichter durchgeführt werden. Gleichzeitig kann die Reflexion des Lichtes an der rückseitigen Oberfläche der photoelektrischen Wandlerschicht erhöht werden, und es kann der Betrag des reflektierten Lichtes, das auf die Wandlerschicht beschränkt ist, ohne Verlust nach außen erhöht werden, so daß die optische Absorption in der Wandlerschicht erhöht werden kann.

(d) Durch Anordnung der lichtdurchlässigen, leitenden Schicht zwischen der Halbleiterschicht und der rückseitigen Elektrodenschicht kann die Reflexionsrate an der rückseitigen Oberfläche der photoelektrischen lichtdurchlässigen Schicht erhöht werden, und die obere Grenze der Höhe des vorspringenden Abschnitts kann freizügiger bemessen werden, was dazu führt, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen Wandlers erleichert wird. Zusätzlich kann eine wechselseitige Diffusion oder ein Durchlegieren bei einer hohen Temperatur zwischen der rückwärtigen leitenden Elektrodenschicht (im Falle von Metall) und der Halbleiterschicht verhindert werden.

(e) Das Ausbilden der unebenen Oberfläche des lichtdurchlässigen Substrats ist einfach, und sogar dann, wenn die Filmdicke der Halbleiterschicht kleiner gemacht wird, um eine Verschlechterung der Lichtleitung des amorphen Dünnfilms des photoelektrischen Wandlers klein zu halten, wird der photoelektrische Wandlungswirkungsgrad nicht herabgesetzt.

Claims

THE PRESIDENT OF KOGYO GIJ.UTSUIN
1-3-1, Kasumigaseki, Chiyoda-ku

Tokyo / Japan

Ansprüche:

ίΐΛ Photoelektrischer Wandler, gekennzeichnet durch zumindest ein lichtdurchlässiges Substrat (100), das 5 eine verhältnismäßig flache Oberfläche, die auf dessen lichtempfangender Seite vorgesehen ist, und eine unebene Oberfläche (140), die auf dessen anderer Seite vorgesehen ist, hat, sowie durch eine photoelektrische Wandlerschicht (40), die auf der unebenen Oberfläche (140.) vorgesehen ist..
2. Photoelektrischer V/andler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das lichtdurchlässige Substrat (100) ein Glassubstrat ist.

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3. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die photoelektrische Wandlerschicht (40) zumindest eine lichtdurchlässige, leitende

Schicht (42), eine Halbleiterschicht (43) und eine rückleitende Elektrodenschicht (44) enthält.
4. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 3, dadurch g e 5kennzeichnet , daß die rückleitende Elektrodenschicht (44) aus einer zweiten lichtdurchlässigen, leitenden Schicht (44a) und einer leitenden Schicht (44b) besteht .
5. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die unebene Oberfläche (140) eine große Anzahl von vorstehenden Abschnitten (130) enthält und daß jeder der vorstehenden Abschnitte (130) derart ausgebildet ist, daß er eine Dreieckspyramidenform, eine Satteldachform oder eine Kegelform hat.
6. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die photoelektrische Wandlerschicht (40) eine im wesentlichen gleichförmige Dicke aufweist.
7. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der vorstehende Abschnitt (130) der unebenen Oberfläche (140) einen Scheitelwinkel von 90° oder weniger aufweist.
8. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der vorstehende Abschnitt (130) der unebenen Oberfläche (140) einen Scheitelwinkel 2 θ von über SO aufweist und daß die Höhe h des vorstehenden Abschnitts (130) unter

(x-y) cos θ , f, ν _cos6+ y )tan (180° -26 )

2 I- cos θ J 2 tan θ

beträgt, wobei dann, wenn der Brechungsindex der betreffenden Schichten der ohotoelektrischen Wandlerschicht (40) und

deren Dicke n_o, n„ n. bzw. d_o, d_o d. sind

und der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Substrats (100) n. ist,

d₉ + d_ + + d.

X =

tan θ

und 10

V. cos θ

ⁿ1

ir- ^cose ^x

25 sind.
9. Photoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe h des vorstehenden Abschnitts (130) der unebenen Oberfläche (140) oberhalb Von

8 η tan θ
liegt.
10. Photoelektrischer Wandler nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet , daß die Höhe h des vorstehenden Abschnitts (130) und die Länge seiner Basis jeweils 0.1 - 1.0 Mikron sind.