DE112010003152T5 - Photoelektrische Umwandlungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung mit einer Passivierungsschicht zu schaffen, die für eine mit einem Wärmeableitungsmechanismus versehene Struktur geeignet ist. Eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung 1 der vorliegenden Erfindung weist eine erste Elektrodenschicht 20, einen einzelnen energieerzeugenden Schichtstoff 22 mit einer n-i-p-Struktur gebildet aus a-Si (amorphem Silizium), und eine zweite Elektrodenschicht 26 aus Al auf, die auf dem energieerzeugenden Schichtstoff 22 über einer Nickelschicht 24 ausgebildet wird. Auf der zweiten Elektrodenschicht 26 wird eine Passivierungsschicht 28 aus einem SiCN enthaltendem Material ausgebildet. Auf der Passivierungsschicht 28 wird eine Wärmesenke 30 (die zum Beispiel aus Al gebildet ist) durch eine Haftschicht 29 angebracht.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung.
  • Hintergrundtechnik:
  • In den letzten Jahren ist vorgeschlagen worden, Sonnenenergie als eine alternative Energie zu nutzen, die Wärme- oder Wasserenergie ersetzt. Deshalb werden die Erwartungen an eine Solarzelle, die aus einem photoelektrischen Umwandlungselement zum Umwandeln der Sonnenenergie in elektrische Energie aufgebaut ist, sehr hoch.
  • In dieser Situation sind verschiedene Typen von Solarzellen oder photoelektrischen Umwandlungselementen wie zum Beispiel Solarzellen oder photoelektrische Umwandlungselemente auf Silizium-, Verbindungs- und organischer Basis vorgeschlagen worden.
  • Ferner wird von den Solarzellen dieser Typen Silizium als das Material für die auf Siliziumbasis hergestellten Solarzellen verwendet, das in einer großen Menge als eine Erdressource vorhanden ist. Deshalb geht man davon aus, dass kein Problem hinsichtlich Ressourcenerschöpfung oder dergleichen verglichen mit den anderen Typen von Solarzellen auf Verbindungs- und organischer Basis auftritt.
  • Von den Solarzellen auf Siliziumbasis kann im Fall einer Siliziumsolarzelle eines amorphen Typs eine Filmdicke eines amorphen Silizium-(a-Si)Films auf 1/100 oder weniger verglichen mit der Solarzelle vom monokristallinen Typ und vom polykristallinen Typ reduziert werden. Deshalb ist der amorphe Typ tatsächlich zum Herstellen eine Solarzelle hoher Leistung und einer großen Fläche bei niedrigen Kosten geeignet.
  • Die Siliziumsolarzelle vom amorphen Typ hat jedoch einen Wirkungsgrad der Energieumwandlung von etwa 6%, was extrem niedrig verglichen mit Solarzellen vom monokristallinen Typ und polykristallinen Typ ist, die einen Wirkungsgrad der Energieumwandlung von etwa 20% aufweisen. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass der Wirkungsgrad der Energieumwandlung der Siliziumsolarzelle vom amorphen Typ mit einer Vergrößerung ihrer Fläche sinkt.
  • Diese Erfinder haben früher in Patentdokument 1 eine Siliziumsolarzelle oder ein photoelektrisches Umwandlungselement vorn amorphen Typ mit einem Wirkungsgrad der Energieumwandlung vorgeschlagen, der 6% übersteigt. Die vorgeschlagene Siliziumsolarzelle oder das vorgeschlagene photoelektrische Umwandlungselement vom amorphen Typ enthält eine erste Elektrodenschicht gebildet aus einer transparenten Elektrode, eine zweite Elektrodenschicht und einen oder eine Mehrzahl von energieerzeugenden Schichtstoffen, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenschicht vorgesehen sind. Der energieerzeugende Schichtstoff hat eine sogenannte n-i-p-Struktur, die eine amorphe Halbleiterschicht vom n-Typ (genau ausgedrückt, amorphe Siliziumschicht vom n-Typ) ausgebildet in Kontakt mit der ersten Elektrodenschicht, eine amorphe Halbleiterschicht vom p-Typ (genau ausgedrückt, amorphe Siliziumschicht vom p-Typ) ausgebildet in Kontakt mit der zweiten Elektrodenschicht, und eine Halbleiterschicht vom i-Typ (Siliziumschicht vom i-Typ) aufweist, die zwischen der amorphen Halbleiterschicht vom n-Typ und der Halbleiterschicht vom p-Typ ausgebildet ist.
  • Zum Erhöhen des Umwandlungswirkungsgrads wird weiter vorgeschlagen, einen lichtemittierenden Schichtstoff einer n-i-p-Struktur zu verwenden, der aus mikrokristallinem Silizium (μC-Si) gebildet wird, welches eine relativ kleine Menge Silizium verbraucht (Patentdokument 2).
  • Ferner wird bei der Solarzelle oder dem photoelektrischen Umwandlungselement vom amorphen Typ, die in Patentdokument 1 beschrieben sind, als die erste Elektrodenschicht, die mit der amorphen Siliziumschicht vom n-Typ als die amorphe Halbleiterschicht vom n-Typ in Kontakt gebracht wird, eine transparente Elektrode eingesetzt, die ZnO vom n+-Typ mit einer niedrigen Energiebarriere verwendet.
  • Dokumente des Stands der Technik:
  • Patentdokumente:
    • Patentdokument 1: JP Patentanmeldung Nr. 2008-315888
    • Patentdokument 2: JP-A-2003-142712
  • Zusammenfassung der Erfindung:
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem:
  • Die Solarzelle oder das photoelektrische Umwandlungselement des amorphen Typs, die in Patentdokument 1 offenbart sind, sind massenherstellbar und können einen Wirkungsgrad der Energieumwandlung von 10% oder mehr erzielen. Ferner wird die Solarzelle oder das photoelektrische Umwandlungselement vom amorphen Typ aus Silizium- und Zinkmaterialien hergestellt, die nicht das Problem von Ressourcenerschöpfung oder dergleichen bergen. Deshalb wird in der Zukunft die Möglichkeit einer großflächigen Produktion der Solarzelle in hohem Umfang erwartet. Im Folgenden wird zur Vereinfachung der Erklärung eine Energieerzeugungsstruktur, die die Solarzelle und/oder das photoelektrische Umwandlungselement enthält, kollektiv als eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung bezeichnet werden.
  • Es wird hier festgestellt, dass die photoelektrische Umwandlungseinrichtung allgemein die Eigenschaft aufweist, dass der Wirkungsgrad der Energieerzeugung mit Anstieg der Temperatur gesenkt wird. Wenn die Temperatur zum Beispiel um 1°C erhöht wird, wird der Wirkungsgrad einer a-Si-Solarzelle um 0,22% gesenkt, während der Wirkungsgrad einer monokristallinen Si-Solarzelle um 0,45% gesenkt wird.
  • Deshalb ist die photoelektrische Umwandlungseinrichtung manchmal auf der Seite einer Elektrodenschicht mit einem Wärmeableitungsmechanismus wie zum Beispiel einer Metallwärmesenke versehen.
  • In diesem Fall ist es erforderlich, die Elektrodenschicht mit einer Passivierungsschicht (Schutzschicht) zu versehen, um Oxidation der Elektrodenschicht, Diffusion eines Elements von einer Halbleiterschicht, elektrische Leitung mit anderen Elementen wie zum Beispiel der Wärmesenke und dergleichen zu verhindern. Die Passivierungsschicht ist nicht nur zum Verhindern der oben genannten Phänomene erforderlich, sondern muss selbst eine Stärke und eine physikalische Eigenschaft aufweisen, die Wärmeableitung nicht behindert.
  • Angesichts der obigen Ausführungen ist die vorliegende Erfindung geschaffen worden. Es ist eine technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung mit einer Passivierungsschicht zu schaffen, die für eine mit einem Wärmeableitungsmechanismus versehene Struktur geeignet ist.
  • Mittel zum Lösen des Problems:
  • Zum Lösen des oben genannten Problems, wird gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, die ein photoelektrisches Umwandlungselement zum Umwandeln der Energie von einfallendem Licht in elektrische Energie, und einen zu dem photoelektrischen Umwandlungselement vorgesehenen Wärmeableitungsteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Umwandlungselement eine Passivierungsschicht vorgesehen in einem Teil aufweist, der mit dem Wärmeableitungsteil in Kontakt gebracht wird und aus einem SiCN enthaltendem Material aufgebaut wird.
  • Einem zweiten Aspekt dieser Erfindung zufolge wird die im ersten Aspekt angeführte photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Umwandlungselement eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und einen oder eine Mehrzahl energieerzeugender Schichtstoffe enthält, die zwischen der ersten und zweiten Elektrodenschicht vorgesehen sind, wobei der energieerzeugende Schichtstoff eine Halbleiterschicht vom p-Typ, eine Halbleiterschicht vom i-Typ ausgebildet in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom p-Typ, und eine Halbleiterschicht vom n-Typ ausgebildet in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom i-Typ enthält, und die Passivierungsschicht zu der zweiten Elektrodenschicht vorgesehen ist.
  • Einem dritten Aspekt dieser Erfindung zufolge wird die in dem zweiten Aspekt angeführte photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenschicht eine transparente Elektrode ist.
  • Einem vierten Aspekt dieser Erfindung zufolge wird die in einem des ersten bis dritten Aspekts angeführte photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht vom i-Typ des energieerzeugenden Schichtstoffs aus einem jeglichen von kristallinem Silizium, mikrokristallinem amorphem Silizium und amorphem Silizium gebildet wird.
  • Einem fünften Aspekt dieser Erfindung zufolge wird die in einem des ersten bis vierten Aspekts angeführte photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenschicht einen Teil aufweist, der mit der Halbleiterschicht vom n-Typ in Kontakt gebracht wird und der ZnO vom n-Typ enthält, wobei die Halbleiterschicht vom n-Typ mit der aus amorphem Silizium gebildeten ersten Elektrodenschicht in Kontakt gebracht wird.
  • Einem sechsten Aspekt dieser Erfindung zufolge wird die in einem des ersten bis fünften Aspekts angeführte photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der zweiten Elektrodenschicht in Kontakt gebrachte Halbleiterschicht vom p-Typ aus amorphem Silizium gebildet wird, wobei die zweite Elektrodenschicht mit einer Schicht versehen ist, die Nickel (Ni) mindestens in einem Teil enthält, der mit der Halbleiterschicht vom p-Typ in Kontakt gebracht wird.
  • Einem siebten Aspekt dieser Erfindung zufolge wird die in einem des ersten bis sechsten Aspekts angeführte photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitungsteil eine Wärmesenke ist, die aus einem Al enthaltenden Material aufgebaut ist.
  • Einem achten Aspekt dieser Erfindung zufolge wird die in einem des ersten bis sieben Aspekts angeführte photoelektrische Umwandlungseinrichtung geschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass das SiCN eine Zusammensetzung aufweist, die Siliziumnitrid (Si3N4) und C enthält, welches diesem in einer Menge von 2 at% bis 40 at% hinzugefügt wird.
  • Auswirkung der Erfindung:
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung mit einer Passivierungsschicht zu schaffen, die für eine mit einem Wärmeableitungsmechanismus versehene Struktur geeignet ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung:
  • 1 ist eine Schnittansicht einer photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 1.
  • 2A ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Herstellungsverfahrens eines photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 2B ist eine Ansicht zum Beschreiben des Herstellungsverfahrens des photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 2C ist eine Ansicht zum Beschreiben des Herstellungsverfahrens des photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 2D ist eine Ansicht zum Beschreiben des Herstellungsverfahrens des photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 2E ist eine Ansicht zum Beschreiben des Herstellungsverfahrens des photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 2F ist eine Ansicht zum Beschreiben des Herstellungsverfahrens des photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 2G ist eine Ansicht zum Beschreiben des Herstellungsverfahrens des photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 2H ist eine Ansicht zum Beschreiben des Herstellungsverfahrens des photoelektrischen Umwandlungselements 10.
  • 3 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen Bedingungen beim Bilden einer Passivierungsschicht 28 und einer physikalischen Eigenschaft der Passivierungsschicht 28 zeigt, die gebildet wurde.
  • Art zur Ausführung der Erfindung:
  • Bezug nehmend auf 1 soll eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die in der Figur dargestellte photoelektrische Umwandlungseinrichtung 1 enthält eine Mehrzahl photoelektrischer Umwandlungselemente 10 und eine Wärmesenke 30, die zu den photoelektrischen Umwandlungselemente 10 als ein Wärmeableitungsteil vorgesehen ist. Durch Verbinden einer Mehrzahl photoelektrischer Umwandlungselemente 10 wird ein Solarzellenmodul aufgebaut. Die dargestellten photoelektrischen Umwandlungselemente 10 werden auf einem Basiselement 100 ausgebildet, das ein Schutzglas 12, ein Glassubstrat 14 angeordnet auf dem Schutzglas 12, und eine Natriumsperrschicht 16 ausgebildet auf dem Glassubstrat 14 umfasst.
  • In diesem Beispiel wird das Glassubstrat 14 aus einem kostengünstigen, Na enthaltendem Sodaglas (Natronglas) gebildet. Zu dem Zweck, Verunreinigung der Elemente aufgrund von Diffusion von Na aus dem Sodaglas zu verhindern, wird die Natriumsperrschicht 16 auf dem Glassubstrat 14 ausgebildet. Die Natriumsperrschicht 16 wird zum Beispiel durch Aufbringen einer Oberflächenglättungs-Beschichtungsflüssigkeit, Trocknen und Sintern gebildet. Wie aus der Figur deutlich wird, ist jedes photoelektrische Umwandlungselement 10 als eine Einheitszelle elektrisch in Reihe mit einem anderen benachbarten photoelektrischen Umwandlungselement (Zelle) auf dem Basiselement 100 verbunden.
  • Spezifisch weist jede photoelektrische Umwandlungseinrichtung 100 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine erste Elektrodenschicht 20, einen einzelnen, aus a-Si (amorphem Silizium) gebildeten energieerzeugenden Schichtstoff 22 mit einer n-i-p-Struktur, eine zweite Elektrodenschicht 26, die auf dem energieerzeugenden Schichtstoff 22 über einer Nickelschicht 24 (Ni enthaltende Schicht) ausgebildet ist und aus einem Al enthaltenden Material aufgebaut ist, und eine Passivierungsschicht 28 auf, die aus einem SiCN enthaltenden Material aufgebaut ist.
  • Die das photoelektrische Umwandlungselement 10 aufbauende erste Elektrodenschicht 20 ist eine transparente Leiterelektrode (Transparent Conductive Oxide (TCO, Transparente, Leitende Oxid-Schicht), und wird aus einer ZnO-Schicht mit einer Filmdicke von 1 μm gebildet (mindestens ein Teil, der mit einer Halbleiterschicht vorn n-Typ in Kontakt gebracht wird, enthält ZnO vom n-Typ). Die erste Elektrodenschicht 20 (ZnO-Schicht) ist eine mit Ga dotierte ZnO-Schicht vom n+-Typ. Die die erste Elektrodenschicht 20 aufbauende ZnO-Schicht vom n+-Typ ist mit Isolierschichten 201 (hier ein SiCN enthaltendes Material) versehen, die in vorgegebenen Abständen ausgebildet sind, und wird Zelle für Zelle unterteilt und sektioniert.
  • Auf der ersten Elektrodenschicht 20 wird eine a-Si-Schicht 221 vom n+-Typ ausgebildet, die einen Teil des energieerzeugenden Schichtstoffs 22 aufbaut. Die a-Si-Schicht 221 vom n+-Typ wird mit der transparenten Elektrode in Kontakt gebracht, die die erste Elektrodenschicht 20 aufbaut. Die dargestellte a-Si-Schicht 221 vom n+-Typ hat eine Filmdicke von 10 nm. Auf der a-Si-Schicht 221 vom n+-Typ werden eine a-Si-Schicht 222 vom i-Typ und eine a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ, die den energieerzeugenden Schichtstoff 22 aufbauen, aufeinanderfolgend ausgebildet. Die a-Si-Schicht 222 vom i-Typ und die a-Si-Schicht 223 vom Typ, die die in der Figur dargestellt sind, haben Filmdicken von 480 nm bzw. 10 nm.
  • In diesem Beispiel werden die a-Si-Schicht 221 vom n+-Typ, die a-Si-Schicht 222 vom i-Typ und die a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ, die den energieerzeugenden Schichtstoff 22 aufbauen, mit Durchkontaktierungslöchern 224 versehen, die an anderen Positionen als denen der Isolierschichten 201 der ersten Elektrodenschicht 20 ausgebildet werden. Jedes der Durchkontaktierungslöcher hat eine Innenwand, die mit einer darauf ausgebildeten SiO2-Schicht 224a versehen ist.
  • Der energieerzeugende Schichtstoff 22 einer n-i-p-Struktur hat eine Dicke von insgesamt 500 nm und hat somit eine Dicke von 1/100 oder weniger verglichen mit einem aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium gebildeten photoelektrischen Umwandlungselement.
  • Als nächstes wird auf der a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ die zweite Elektrodenschicht 26 durch die Nickelschicht 24 ausgebildet (die Nickelschicht 24 wird auf der zweiten Elektrodenschicht 26 mindesten in einem Teil ausgebildet, der mit der a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ in Kontakt gebracht wird).
  • Die zweite Elektrodenschicht 26 wird auch innerhalb jedes Durchkontaktierungslochs 224 (dessen Innenwand durch die SiO2-Schicht 224a isoliert wird) des energieerzeugenden Schichtstoffs 22 ausgebildet. Die zweite Elektrodenschicht 26 innerhalb des Durchkontaktierungslochs 224 wird elektrisch mit der ersten Elektrodenschicht 20 des daneben liegenden photoelektrischen Umwandlungselements verbunden.
  • Ferner wird auf der zweiten Elektrodenschicht 26 die aus SiCN aufgebaute Passivierungsschicht 28 ausgebildet. Ein die Passivierungsschicht 28 bildendes Isoliermaterial (hier SiCN) wird auch in Löchern 225 vergraben, die die zweite Elektrodenschicht 26, die Nickelschicht 24 und die a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ durchqueren, um die a-Si-Schicht 222 vom i-Typ zu erreichen. Auf der Passivierungsschicht 28 wird die Wärmesenke 30 (die zum Beispiel aus einem Al enthaltendem Material gebildet wird) durch eine aus einem Material mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit gebildete Haftschicht 29 angebracht.
  • Die die erste Elektrodenschicht 20 bildende ZnO Schicht vom n+-Typ kann durch Dotieren von Al, In oder dergleichen anstelle von Ga gebildet werden.
  • Hierbei hat SiCN, das ein Material der Passivierungsschicht 28 darstellt, eine Eigenschaft, dass die Wärmeleitfähigkeit verglichen mit anderen Passivierungsschicht wie zum Beispiel SiO2 und dergleichen hervorragend ist. SiO2, das konventionell für die Passivierungsschicht verwendet wird, hat eine Wärmeleitfähigkeit von 1,4 W/m/Kelvin. Im Gegensatz dazu hat SiCN eine überwältigend große Wärmeleitfähigkeit von 70 W/m/Kelvin und kann Wärme wirksam zu der Wärmesenke 30 durch die Haftschicht 29 mit hoher Wärmeleitfähigkeit leiten (in der vorliegenden Ausführungsform ist dies eine Wärmeleitfähigkeit von 25 W/m/Kelvin, die durch Mischen einer Kohlenstoff Nanoröhre mit einem Kunststoff mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit erhalten wird). Deshalb ist es möglich, eine Senkung des Wirkungsgrads von Energieerzeugung aufgrund eines Anstiegs von Wärme in einer Solarzelle zu verhindern.
  • Ferner ist SiCN nur schwer für Wasserstoff passierbar, verglichen mit anderen Passivierungsschichten, die zum Beispiel aus SiO2 oder dergleichen gebildet sind. Deshalb ist es möglich, eine Verschlechterung der Eigenschaften einer Solarzelle aufgrund der Lösung von Wasserstoff von den energieerzeugenden Schichtstoff 22 aufbauendem Silizium zu verhindern (das allgemein wasserstoffterminiert ist). Insbesondere in einem Fall der Verwendung eines a-Si-Films wird Wasserstoff, der nicht abgesättigte Bindungen (dangling bonds) auf einer Oberfläche einer a-Si-Schicht terminiert, bei etwa 300°C abgelöst. Deshalb ist SiCN, das Wasserstofffreisetzung unterdrücken kann, äußerst effektiv.
  • Wie später beschrieben werden soll, kann außerdem die Eigenspannung von SiCN durch Einstellen der Filmbildungsbedingungen im Wesentlichen auf null reduziert werden. Deshalb ist es möglich, durch die Passivierungsschicht verursachtes Abschälen und eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften aufgrund von auf das Element einwirkender Wärmebelastung zu verhindern.
  • Mit dem photoelektrischen Umwandlungselement 10 wurde ein Wirkungsgrad der Energieumwandlung von etwa 20% durch eine einzige Zelle des photoelektrischen Umwandlungselements 10 erhalten. Wenn ein Solarzellenmodul mit einer Größe von 1,15 m × 1,40 m durch Verbinden der photoelektrischen Umwandlungselemente 10 aufgebaut wird, wurde eine elektrische Energie von 307 W erhalten, und der Wirkungsgrad der Energieumwandlung des Moduls betrug 18,9%.
  • Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf die 2A bis 2H ein Herstellungsverfahren des photoelektrischen Umwandlungselements 10 und der in 1 dargestellten photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 1 dargestellt werden. In diesem Beispiel soll ein Fall der Verwendung eines Systems beschrieben werden, in dem Plasmaverarbeitungsgeräte (mit oder ohne eine untere Gasdüse oder eine untere Gasduschenplatte) vom MSEP-(Metal Surface-wave Excited Plasma) Typ, die in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-153379 vorgeschlagen werden, welche vorhergehend von den vorliegenden Erfindern eingereicht wurde, als erste bis achte Plasmaverarbeitungsgeräte verwendet werden, und diese Plasmaverarbeitungsgeräte in einer Cluster-Form angeordnet werden.
  • Wie in 2A gezeigt ist, wird die Natriumsperrschicht 16 mit einer Dicke von 0,2 μm auf dem aus Sodaglas bestehenden Glassubstrat 14 in einer Niederdruckatmosphäre von etwa 5 Torr ausgebildet.
  • Wie in 2B gezeigt ist, wird anschließend das Glassubstrat 14 mit der darauf ausgebildeten Natriumsperrschicht 16 in das erste Plasmaverarbeitungsgerät eingebracht, das mit der unteren Gasdüse oder der untere Gasduschenplatte versehen ist, und eine transparente Elektrode (TCO Schicht) mit einer Dicke von 1 μm wird als die erste Elektrodenschicht 20 ausgebildet. In dem ersten Plasmaverarbeitungsgerät wird die ZnO-Schicht vom n+-Typ durch Dotieren mit Ga ausgebildet. Die Ga-dotierte ZnO-Schicht vom n+-Typ wird wie folgt gebildet. In dem ersten Plasmaverarbeitungsgerät wird ein Gasgemisch aus Kr und O2 von einer oberen Gasdüse in eine Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, und ein Gasgemisch aus Ar, Zn(CH3)2 und Ga(CH3)3 wird aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in das Plasma ausgestoßen, das in einer Kr und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre erzeugt wird. Infolgedessen wird die ZnO-Schicht vom n+-Typ auf der Natriumsperrschicht 16 durch Plasma-CVD (chemical vapour deposition; chemisches Aufdampfen) ausgebildet.
  • Anschließend wird auf der ZnO-Schicht vom n+-Typ (erste Elektrodenschicht 20) ein Fotolack aufgebracht. Danach wird der Fotolack unter Verwendung einer Photolithographietechnik gemustert. Nach Muster des Fotolacks wird das Glassubstrat in das zweite Plasmaverarbeitungsgerät eingebracht, das mit der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte versehen ist. In dem zweiten Plasmaverarbeitungsgerät wird unter Verwendung des gemusterten Fotolacks als eine Maske die ZnO-Schicht vom n+-Typ selektiv geätzt, um in der die erste Elektrodenschicht 20 aufbauenden ZnO-Schicht vom n+-Typ Öffnungen auszubilden, die die Natriumsperrschicht 16 wie in 2C gezeigt erreichen. Das Ätzen in dem zweiten Plasmaverarbeitungsgerät wird durchgeführt, indem ein Ar-Gas aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt wird, und ein aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in die Kammer eingeführtes Gasgemisch aus Ar, Cl2 und HBr in ein Plasma eingeführt wird, das in einer Ar-Atmosphäre erzeugt wird.
  • Das Glassubstrat 14, das mit der die Öffnungen aufweisenden ZnO-Schicht vom n-Typ und dem auf die ZnO-Schicht vom n+-Typ aufgebrachten Fotolack versehen ist, wird zu dem dritten Plasmaverarbeitungsgerät befördert, das keine untere Gasdüse oder untere Gasduschenplatte aufweist. In dem dritten Plasmaverarbeitungsgerät wird der Fotolack durch Veraschen in einer Kr/O2-Plasmaatmosphäre entfernt.
  • Nach Entfernung des Fotolacks wird das Glassubstrat 14, an dem die ZnO-Schicht vom n+-Typ (erste Elektrodenschicht 20) mit den darin ausgebildeten Öffnungen anhaftet, in das vierte Plasmaverarbeitungsgerät eingebracht, das mit der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte versehen ist. In dem vierten Plasmaverarbeitungsgerät wird SiCN als die Isolierschicht 201 zuerst in den Öffnungen und auf einer Oberfläche der ZnO-Schicht vom n+-Typ (erste Elektrodenschicht 20) durch Plasma-CVD ausgebildet. Danach wird SiCN auf der Oberfläche der ZnO-Schicht vom n+-Typ (erste Elektrodenschicht 20) durch Ätzen in demselben vierten Plasmaverarbeitungsgerät entfernt. Infolgedessen wird die Isolierschicht 201 nur in den Öffnungen der ZnO-Schicht vom n+-Typ (erste Elektrodenschicht 20) vergraben. Die Filmausbildung von SiCN in dem vierten Plasmaverarbeitungsgerät wird durchgeführt, indem Xe- und NH3-Gase aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt werden, um ein Plasma zu erzeugen, und ein Gasgemisch aus Ar, SiH4 und SiH(CH3)3 aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in die Kammer eingeführt wird, um Filmausbildung durch CVD durchzuführen. Als nächstes werden in derselben Kammer die eingeführten Gase ausgetauscht. Ein Ar-Gas wird aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, und ein Gasgemisch aus Ar und CF4 wird aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in die Kammer eingebracht, um SiCN auf der Oberfläche der ZnO-Schicht vom n+-Typ (erste Elektrodenschicht 20) durch Ätzen zu entfernen.
  • Anschließend werden in demselben vierten Plasmaverarbeitungsgerät die eingebrachten Gase nacheinander ausgetauscht. Auf diese Weise werden der energieerzeugende Schichtstoff 22 mit einer n-i-p-Struktur und die Nickelschicht 24 durch kontinuierliche CVD gebildet. Wie in 2D gezeigt ist, werden in dem vierten Plasmaverarbeitungsgerät nacheinander die a-Si-Schicht 221 vom n+-Typ, die a-Si-Schicht 222 vom i-Typ, die a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ und die Nickelschicht 24 ausgebildet. im Detail wird in dem vierten Plasmaverarbeitungsgerät ein Gasgemisch aus Ar und H2 aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, und ein Gasgemisch aus Ar, SiH4 und PH3 wird aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in die Kammer eingebracht, um die a-Si-Schicht 221 vom n+-Typ durch Plasma-CVD zu bilden. Als nächstes wird das Gasgemisch aus Ar und H2 kontinuierlich aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, während das Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte von dem Ar-, SiH4- und PH3-Gas gegen ein Ar+SiH4-Gas ausgetauscht wird, welches dann eingebracht wird. Auf diese Weise wird die a-Si-Schicht 222 vom i-Typ gebildet. Weiter wird das Gasgemisch aus Ar und H2 kontinuierlich aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingebracht, um ein Plasma zu erzeugen, während das Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte von dem Ar und SiH4-Gas gegen ein Ar+SiH4 +B2H6-Gas ausgetauscht wird. Auf diese Weise wird die a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ gebildet. Als nächstes wird das Gasgemisch aus Ar und H2 kontinuierlich aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, während das Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte von dem Ar, SiH4, B2H6-Gas gegen ein Gasgemisch aus Ar und Ni ausgetauscht wird. Auf diese Weise wird die Nickelschicht 24 durch CVD gebildet. Wie oben beschrieben ist, werden in demselben Plasmaverarbeitungsgerät vom MSEP-Typ die eingebrachten Gase nacheinander ausgetauscht, so dass die sechs Schichten gebildet und geätzt werden. Deshalb ist es möglich, einen hervorragenden Film mit reduzierten Mängeln zu bilden, und gleichzeitig die Herstellungskosten beträchtlich zu senken.
  • Das Glassubstrat 14 mit der darauf angebrachten Nickelschicht 24 und dem darauf angebrachten energieerzeugenden Schichtstoff 22 wird aus dem vierten Plasmaverarbeitungsgerät in eine Fotolack-Auftragsmaschine (Schlitzbeschichtung) eingebracht und mit einem Fotolack überzogen. Danach wird der Fotolack durch eine Photolithographietechnik gemustert.
  • Nach Mustern des Fotolacks wird das Glassubstrat 14 mit der darauf angebrachten Nickelschicht und dem darauf angebrachten energieerzeugenden Schichtstoff 22 zusammen mit dem gemusterten Fotolack in das fünfte Plasmaverarbeitungsgerät eingebracht, das mit der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte versehen ist. In dem fünften Plasmaverarbeitungsgerät werden die Nickelschicht 24 und der energieerzeugende Schichtstoff 22 selektiv unter Verwendung des Fotolacks als eine Maske geätzt, um die Durchkontaktierungslöcher 224 auszubilden, die wie in 2E gezeigt die erste Elektrodenschicht 20 erreichen. Auf diese Weise werden vier Schichten nacheinander in dem fünften Plasmaverarbeitungsgerät geätzt.
  • Im Detail wird die Nickelschicht 24 geätzt, indem ein Gasgemisch aus Ar und H2 aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt wird, um ein Plasma zu erzeugen, während ein Gasgemisch aus Ar und CH4 aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in das Plasma ausgestoßen wird. Anschließend wird Ar kontinuierlich aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, während Ar+HBr-Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte ausgestoßen wird. Auf diese Weise wird der energieerzeugende Schichtstoff 22, der drei Schichten aus n-i-p aufweist, geätzt.
  • Durch Ätzen in dem fünften Plasmaverarbeitungsgerät wird das Glassubstrat 14 mit den Durchkontaktierungslöchern 224 versehen, die diese Schichten von der Nickelschicht 24 bis zu der ZnO-Schicht vom n+-Typ (erste Elektrodenschicht 20) durchstoßen, um die erste Elektrode 20 zu erreichen. Das Glassubstrat wird aus dem fünften Plasmaverarbeitungsgerät in das oben genannte dritte Plasmaverarbeitungsgerät ohne die untere Gasdüse oder die untere Gasduschenplatte überführt. Anschließend wird der Fotolack durch Veraschen in dem Plasma entfernt, das in der Atmosphäre des Kr/O2-Gases erzeugt wird, welches aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingebracht wird.
  • Das Glassubstrat 14 wird nach Entfernung des Fotolacks in das sechste Plasmaverarbeitungsgerät überführt, das mit der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte versehen ist. Wie in 2F gezeigt ist, wird eine Al-Schicht mit einer Dicke von 1 μm als die zweite Elektrodenschicht 26 auf der Nickelschicht 24 ausgebildet. Die Al-Schicht wird auch in den Durchkontaktierungslöchern 224 ausgebildet. Die Ausbildung der Al-Schicht erfolgt, indem ein Gasgemisch aus Ar und H2 aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt wird, um ein Plasma zu erzeugen, während ein Ar+Al(CH3)3-Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in das in einer Ar/H2-Atmosphäre erzeugte Plasma ausgestoßen wird.
  • Anschließend wird auf der Al-Schicht als die zweite Elektrodenschicht 26 ein Fotolack aufgebracht. Danach wird Mustern durchgeführt. Dann wird das Glassubstrat in das mit der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte versehene siebte Plasmaverarbeitungsgerät eingebracht.
  • In dem siebten Plasmaverarbeitungsgerät wird ein Ar-Gas aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, während ein Ar+Cl2-Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in das in einer Ar-Atmosphäre erzeugte Plasma ausgestoßen wird, um die Al-Schicht zu ätzen. Anschließend wird ein Gasgemisch aus Ar und H2 aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, während ein Ar+CH4-Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte in das in einer Ar/H2-Atmosphäre erzeugte Plasma eingebracht wird, um die Nickelschicht 24 zu ätzen. Als nächstes wird ein Ar-Gas aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, während das Gas aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte gegen ein Ar+HBr-Gas ausgetauscht wird, um die a-Si-Schicht 223 vom p+-Typ und einen Teil der a-Si-Schicht 222 vom i-Typ zu ihrer Mitte zu ätzen. Infolgedessen werden, wie in 2G gezeigt ist, die Löcher 225 ausgebildet, die sich von einer Oberfläche der Al-Schicht (zweite Elektrodenschicht 26) erstrecken und die Mitte der a-Si-Schicht 222 vom i-Typ erreichen. Ferner werden unter Verwendung desselben Plasmaverarbeitungsgeräts vom MSEP-Typ und durch anschließendes Austauschen der Gase die vier Schichten aufeinanderfolgend geätzt. Auf diese Weise wird eine wesentliche Senkung der Verarbeitungszeit und Kosten erreicht.
  • Als nächstes wird das Glassubstrat 14 mit dem darauf angebrachten und in 2G gezeigten Element in das oben genannte Plasmaverarbeitungsgerät ohne die untere Gasdüse oder die untere Gasduschenplatte überführt. Dann wird der Fotolack durch Veraschen durch das Plasma entfernt, das in einer aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingebrachten Atmosphäre aus einem Kr/O2-Gas erzeugt wird.
  • Das Glassubstrat 14, das als die zweite Elektrodenschicht 26 die Al-Schicht enthält, von der der Fotolack entfernt wurde, wird in das achte Plasmaverarbeitungsgerät eingebracht, das mit der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte versehen ist. Anschließend wird ein SiCN-Film durch CVD ausgebildet, um eine Passivierungsschicht 28 auf der Al-Schicht (zweite Elektrodenschicht 26) und in den Löchern 225 zu bilden. Auf diese Weise wird das photoelektrische Umwandlungselement 10 wunschgemäß wie in 2H gezeigt fertig gestellt. Die Filmausbildung von SiCN wird durchgeführt, indem Xe- und NH3-Gase aus der oberen Gasdüse in die Kammer eingeführt werden, um ein Plasma zu erzeugen, und Ar-, SiH4- und SiH(CH3)3-Gase aus der unteren Gasdüse oder der unteren Gasduschenplatte ausgestoßen werden.
  • Es wird an dieser Stelle festgestellt, dass eine Eigenspannung des SiCN-Films zum Beispiel durch Einstellen der Konzentration des SiH(CH3)3-Gases (d. h. durch Einstellen eines C-Gehalts in dem Film) im Wesentlichen auf null reduziert werden kann, wie in 3 gezeigt ist. Hierbei ist als eine Zusammensetzung von SiCN, Siliziumnitrid Si3N4 mit darin enthaltenem C (zu demselben hinzugefügt) in einer etwas kleineren Menge als 10 at% am besten. Es können jedoch 2 at% bis 40 at% hinzugefügt werden.
  • Ferner wird das Glassubstrat 14 auf dem Schutzglas 12 befestigt und die Wärmesenke 30 wird auf der Passivierungsschicht 28 durch die oben beschriebene Haftschicht 29 angebracht. Auf diese Weise wird die photoelektrische Umwandlungseinrichtung 1 fertig gestellt.
  • Wie oben beschrieben ist, wird die photoelektrische Umwandlungseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der Passivierungsschicht 28 versehen, die aus eifern SiCN enthaltenden Material aufgebaut und auf der zweiten Elektrodenschicht 26 auf der Seite der Wärmesenke 30 ausgebildet wird.
  • Das heißt, die photoelektrische Umwandlungseinrichtung 1 weist die Passivierungsschicht auf, die für eine mit einem Wärmeableitungsmechanismus versehene Struktur geeignet ist, und trägt so zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads von Energieerzeugung und der Wetterfestigkeit bei.
  • Industrielle Anwendung:
  • In der vorhergehenden Ausführungsform ist nur der Fall beschrieben worden, in dem der gesamte energieerzeugende Schichtstoff 22 einer n-i-p-Struktur aus den a-Si-Schichten gebildet wird. Die a-Si-Schicht vom i-Typ kann jedoch durch kristallines Silizium oder mikrokristallines amorphes Silizium oder eine monokristalline Si-Schicht ersetzt werden. Zusätzlich können ein oder mehrere energieerzeugende Schichtstoffe auf dem energieerzeugenden Schichtstoff 22 abgelagert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    photoelektrische Umwandlungseinrichtung
    10
    photoelektrisches Umwandlungselement
    12
    Schutzglas
    14
    Glassubstrat
    16
    Natriumsperrfilm
    20
    erste Elektrodenschicht (ZnO-Schicht vom n+-Typ)
    22
    energieerzeugender Schichtstoff
    100
    Basiselement
    221
    a-Si-Schicht vom n+-Typ
    222
    a-Si-Schicht vom i-Typ
    223
    a-Si-Schicht vom p+-Typ
    24
    Nickelschicht (Ni-Schicht)
    26
    zweite Elektrodenschicht (Al-Schicht)
    28
    Passivierungsschicht (SiCN-Schicht)
    201
    Isolierschicht (SiCN-Schicht)
    224
    Durchkontaktierungsloch
    224a
    SiO2-Schicht
    30
    Wärmesenke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2003-142712 A [0010]
    • JP 2008-153379 [0050]

Claims (8)

  1. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung, die Folgendes aufweist: ein photoelektrisches Umwandlungselement zum Umwandeln der Energie von einfallendem Licht in elektrische Energie, und einen zu dem photoelektrischen Umwandlungselement vorgesehenen Wärmeableitungsteil, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Umwandlungselement aufweist: eine Passivierungsschicht vorgesehen in einem Teil, der mit dem Wärmeableitungsteil in Kontakt gebracht ist und aus einem SiCN enthaltendem Material aufgebaut ist.
  2. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrische Umwandlungselement eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und einen oder eine Mehrzahl energieerzeugender Schichtstoffe enthält, die zwischen der ersten und zweiten Elektrodenschicht vorgesehen sind, der energieerzeugende Schichtstoff eine Halbleiterschicht vom p-Typ, eine Halbleiterschicht vom i-Typ ausgebildet in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom p-Typ, und eine Halbleiterschicht vom n-Typ ausgebildet in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom i-Typ enthält, die Passivierungsschicht zu der zweiten Elektrodenschicht vorgesehen ist.
  3. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenschicht eine transparente Elektrode ist.
  4. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht vom i-Typ des energieerzeugenden Schichtstoffs aus einer jeglichen von kristallinem Silizium, mikrokristallinem amorphem Silizium und amorphem Silizium gebildet ist.
  5. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenschicht einen Teil aufweist, der mit der Halbleiterschicht vom n-Typ in Kontakt gebracht ist und der ZnO vom n-Typ enthält, wobei die Halbleiterschicht vom n-Typ mit der aus amorphem Silizium gebildeten ersten Elektrodenschicht in Kontakt gebracht ist.
  6. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der zweiten Elektrodenschicht in Kontakt gebrachte Halbleiterschicht vom p-Typ aus amorphem Silizium gebildet ist, wobei die zweite Elektrodenschicht mit einer Schicht versehen ist, die Nickel (Ni) mindestens in einem Teil enthält, der mit der Halbleiterschicht vom p-Typ in Kontakt gebracht ist.
  7. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitungsteil eine Wärmesenke ist, die aus einem Al enthaltenden Material aufgebaut ist.
  8. Photoelektrische Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das SiCN eine Zusammensetzung aufweist, die Siliziumnitrid (Si3N4) und C enthält, welches diesem in einer Menge von 2 at% bis 40 at% hinzugefügt ist.
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