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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für eine Lichtenergie-Konversionsvorrichtung.
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Hintergrund-Stand der Technik
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Als
eine Technik zur Umwandlung einer voreingestellten Energiequelle
in elektrische Energie und zum Auffangen der so umgewandelten elektrischen
Energie werden routinemäßig thermische
Energieerzeugung und Kernenergieerzeugung verwendet. In der thermischen
Energieerzeugung werden fossile Brennstoffe, wie Kohle oder Petroleum,
verbrannt, um Energie zu erzeugen, die über mechanische Energie in
elektrische Energie umgewandelt wird. In einem Kernkraftwerk wird
nuklearer Brennstoff verwendet, um eine Kernspaltung zu erzeugen, und
die so erzeugte Kernenergie wird in elektrische Energie umgewandelt.
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Jedoch
liegen bei der thermischen Energieerzeugung derartige Probleme vor,
wie globale Erwärmung
aufgrund des bei der Verbrennung des fossilen Brennstoffs erzeugten
Kohlendioxids. Andererseits ist die Kernenergieerzeugung andauernd
von einem Problem begleitet, wie Umweltverschmutzung durch Radioaktivität, erzeugt
bei der Reaktion der Kernspaltung, sowie nachteiligen Effekten auf
die Gesundheit des Menschen.
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Das
heißt,
wenn die elektrische Energie durch Verwertung der oben beschriebenen
Energieerzeugungstechnik erhalten werden soll, ist dies mit der
Wirkung auf die Umwelt verbunden, mit der Folge, dass die anhaltende
Abhängigkeit
von fossilem Brennstoff und der Kernenergie ein schwerwiegendes
Problem darstellt.
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Währenddessen
haben Solarzellen als photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen
zum Umwandeln des Sonnenlichts in elektrische Energie das Sonnenlicht
als Energiequelle, so dass diese eine weniger nachteilige Wirkung
auf die globale Umwelt haben, so dass zu erwarten ist, dass diese
als Zukunftsenergieerzeugungsvorrichtungen intensiver verwendet
werden.
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Zuerst
wird die Effizienz der Solarzelle, die als vielversprechend für eine Energieerzeugungsvorrichtung
der nächsten
Generation angesehen wird, anhand von 1 erläutert. Die
Solarzelle ist eine Vorrichtung zum Umwandeln von einfallender optischer
Energie bzw. Licht in elektrische Energie. Im gängigen technischen Niveau geht
ein Hauptteil des einfallenden Lichts im Laufe des Umwandlungsverfahrens
von Lichtenergie zu elektrischer Energie und beim Abgreifen der
elektrischen Energie verloren. Unter den Verlusten an Lichtener gie,
die auf die Solarzelle auftrifft, gibt es Quantenverlust, Verlust
aufgrund von Träger-Rekombination, Oberflächen-Reflexionsverlust,
Absorption durch die Dotierungsschicht und Verlust aufgrund serieller
Widerstände.
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Das
Verhältnis
der optischen Energie, die auf die Solarzelle auftrifft, zur verwendbaren
elektrischen Energie der auftreffenden optischen Energie, entsprechend
der auftreffenden optischen Energie minus den obigen Verlusten,
wird als die effektive Effizienz der Solarzelle bezeichnet. Es ist
eine allgemeine Aufgabe bei der Herstellung von Solarzellen, wie
die effektive Effizienz der Solarzelle erhöht werden kann.
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Währenddessen
ist die grundlegende Struktur der Solarzelle eine Diode mit einer
Kathode und einer Anode bei einem Übergang von Halbleitern vorn
p- und n-Typ. Wenn Licht auf diesen Halbleiter fällt, wird ein Elektronen-positives
Lochpaar pro Photon in einem höheren
Niveau als der Bandlücke
des Halbleiters erzeugt. Das Elektron und das positive Loch werden
voneinander durch das elektrische Feld des pn-Übergangs isoliert, und werden
jeweils zum Halbleiter vom n-Typ und zum Halbleiter vom p-Typ gezogen,
so dass eine elektrische Spannung (photoelektromotorische Kraft) über beide
Elektroden erzeugt wird. Wenn die Kathode und die Anode miteinander
verbunden werden, wird elektrischer Strom erzeugt.
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Abgesehen
von der oben erwähnten
Solarzelle vom p-n-Typ mit dem pn-Übergang, gibt es ebenfalls
eine Struktur vom p-i-n-Typ, umfassend eine i-Schicht eines intrinsischen
Halbleiterbereichs, der zwischen Halbleiterschichten vom p-Typ und
vom n-Typ sandwichartig eingeschoben ist. Die Solarzelle mit der
Struktur vom p-i-n-Typ ist hinsichtlich der Breite größer als
die Halbleiterschicht vom p-Typ oder die Halbleiterschicht vom n-Typ.
Durch die i-Schicht, die als Depletionsbereich arbeitet, ist die
Solarzelle mit der Struktur vom p-i-n-Typ dazu in der Lage, auf
die Solarzelle einfallende Photonen zu absorbieren, um so viele
Elektronen-positive Lochpaare wie möglich zu erzeugen, genauso
wie die Lichtreaktion zu beschleunigen. Die oben erwähnte i-Schicht
wird zu einer optisch aktiven Schicht der Solarzelle vom p-i-n-Typ.
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2 zeigt
ein Energiebanddiagramm im Falle eines Kurzschließens der
Anschlüsse
der Solarzelle vom p-i-n-Typ. Das Fermi-Niveau Ef in der Halbleiterschicht
vom p-Typ liegt geringfügig
oberhalb des oberen Endes des Valenzelektronenbandes, wobei die
positiven Löcher
die Hauptträger
und die Elektronen die Nebenträger
darstellen. Andererseits befindet sich das Fermi-Niveau Ef in der
Halbleiterschicht vom n-Typ geringfügig unterhalb des Leitungsbands,
wobei die Elektronen die Hauptträger und
die positiven Löcher
die Nebenträger
darstellen. Die i-Schicht, die einen Übergang der Halbleiterschicht
vom p-Typ und der Halbleiterschicht vom n-Typ darstellt, bildet
eine Potentialbarriere.
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Das
Material, das die Solarzelle bildet, ist im Allgemeinen Silicium.
Die Solarzelle, die aus Silicium gebildet wird, wird grob klassifiziert
in eine kristalline Solarzelle, gebildet aus einer einzelnen Kristallsolarzelle
oder polykristallinem Silicium, sowie eine amorphe Silicium-Solarzelle.
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Die
kristalline Silicium-Solarzelle, die bisher den Haupttrend darstellte,
die höhere
Energie bei gängigem
technischen Niveau aufweist als die amorphe Silicium-Solarzelle,
unterliegt dem Problem, dass, da das Kristallwuchsverfahren energie-
und zeitaufwendig ist, die Solarzelle schwierig in Massenproduktion
herzustellen ist, während
diese hohe Herstellungskosten aufweist.
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Umgekehrt
ist die amorphe Silicium-Solarzelle schlechter in der Umwandlungseffizienz
auf dem gängigen
technischen Niveau als die kristalline Silicium-Solarzelle, jedoch
ist sie hinsichtlich der optischen Absorption besser, derart, dass
die Dicke der Solarzelle, die für
eine photoelektrische Umwandlung erforderlich ist, 1/100 von derjenigen
der kristallinen Silicium-Solarzelle sein kann, und daher kann die
Solarzelle durch Abscheiden einer Schicht geringerer Dicke aufgebaut
sein. Darüber
hinaus kann das Substratmaterial der amorphen Silicium-Solarzelle
aus einer großen
Vielzahl von Materialien, wie Glas, rostfreiem Stahl oder Kunststofffilm
auf Polyimid-Basis, ausgewählt
werden, so dass die amorphe Silicium-Solarzelle derartige Vorzüge aufweist,
dass sie hinsichtlich der Herstellungstoleranz größere Abweichungen
ermöglicht
und in einer größeren Fläche vorliegen
kann. Da zusätzlich
die amorphe Silicium-Solarzelle hinsichtlich der Herstellungskosten
gegenüber
der kristallinen Silicium-Solarzelle reduziert werden kann, wird
erwartet, dass diese in Zukunft in weiten Anwendungsbereichen von
Verwendung von Zuhause bis zu Energieerzeugungsanlagen in großem Maßstab eingesetzt
wird.
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Die
Solarzelle als die kleinste Einheit der amorphen Silicium-Solarzelle
kann hergestellt werden als Ergebnis einer Entwicklung der CVD-(chemische
Dampfabscheidungs-)-Technik
durch sequentielle Abscheidung dünner
Halbleiterfilme mit jeglicher gewünschter Zusammensetzung oder
Dicke. Im Allgemeinen werden ein dünner Film aus phosphorhaltigem
amorphem Silicium vom n-Typ, das nachfolgend abgekürzt wird
als a-Si:H, ein verunreinigungsfreier a-Si:H-Dünnfilm vom i-Typ und ein borhaltiger a-Si:H-Typ
vom p-Typ sequentiell auf einem Substrat, wie einem Glassubstrat,
abgeschieden, um eine Solarzelle zu bilden. Diese Solarzelle hat
einen Potentialgradienten von ihrer Oberfläche, die das einfallende Licht
aufnimmt, in Richtung ihrer rückwärtigen Fläche. Es
sollte angemerkt werden, dass a-Si:H einen hydrierten amorphen Silicium-Dünnfilm darstellt, in
dem Wasserstoff bei der Bildung des Silicium-Dünnfilms abgefangen wurde. Indem
Wasserstoff im amorphen Silicium abgefangen wird, kann der Lichtabsorptionskoeffizient
im Bereich des sichtbaren Lichts erhöht werden, um den Lichtabsorptionskoeffizienten
im Bereich des sichtbaren Lichts zu verbessern. Die Umwandlungseffizienz
der Solarzelle kann durch Einsetzen dieser Art von Material als Batteriematerial
verbessert werden.
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Wenn
jedoch das oben erwähnte
a-Si:H nur zur Herstellung der Solarzelle verwendet wird, kann das
Licht mit der Wellenlänge
von nicht weniger als 800 nm kaum verwendet werden, weil die Bandlücke von
a-Si:H in der Größenordnung
von 1,75 eV liegt.
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Somit
wurde eine derartige Solarzelle vorgeschlagen, in der der Potentialgradient
durch Verunreinigungen erzeugt wird, und zwei oder mehr Halbleitermaterialien
mit verschiedenen Bandlücken
in Überlagerung
abgeschieden werden, um effiziente photoelektrische Umwandlung der
Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen bereitzustellen.
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Die
Solarzelle mit der oben beschriebenen Struktur, bezeichnet als Zelle
vom Heteroübergangs-Typ,
wurde im Hinblick auf die Tatsache vorgeschlagen, dass die Zelle
Licht unterhalb der Energie der Bandlücke des Halbleitermaterials,
das die Solarzelle bildet, photoelektrisch nicht umwandeln kann, und
je größer die
Bandlücke
des Halbleitermaterials ist, desto höher ist die Spannung, die durch
photoelektrische Umwandlung erhalten werden kann. Mit der Solarzelle
vom Heteroübergangs-Typ
wird die photoelektrische Umwandlungseffizienz durch Bereitstellen
einer Vielzahl von Halbleiterschichten mit Bandlükken, entsprechend der einfallenden
Lichtenergie, verbessert.
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Die
Solarzelle vom Heteroübergangs-Typ zielt
auf die Verwirklichung effektiver Lichtverwendung durch Einsetzen
von z.B. amorphem Silicium-Germanium ab, nachfolgend bezeichnet
als a-SiGe:H. Jedoch hat dieses a-SiGe:H den Nachteil, dass dieses,
obwohl es signifikantere Absorption gegenüber Licht längerer Wellenlänge zeigt,
und daher in der Lage ist, den Kurzschlußstrom zu vergrößern, ein
in-Gap-Level zeigt, gebildet in einer Lücke, über derjenigen des a-Si:H,
was den Kurvenfaktor absenkt, und die Umwandlungseffizienz verringert.
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Dieses
Problem wird angegangen durch Variierung der Zusammensetzung von
a-SiGe:H und von
a-Si:H, um hierdurch die Bandlücke
kontinuierlich zu variieren.
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Mit
diesem Verfahren kann, je enger der Minimumswertebereich der Bandlücke der
i-Schicht zur Halbleiterschicht vom p-Typ, als der Lichteinfallsseite,
ist, um so mehr die optische Beeinträchtigung verringert werden,
um die Vorrichtungszuverlässigkeit zu
verbessern. Dies liegt aufgrund der Tatsache vor, dass, je größer die
Verteilung der optischen Absorption in Nachbarschaft zur Halbleiterschicht
vom p-Typ ist, umso höher
wird das Maß der
Ansammlung der positiven Löcher.
Jedoch entsteht ein Problem dahingehend, dass, wenn der kleinste
Wertebereich der Bandlücke
in Nachbarschaft der Halbleiterschicht vom p-Typ gebildet wird,
die Bandlücke
der i-Schicht in Nachbarschaft zur Halbleiterschicht vom p-Typ kleiner
wird, um den Spannungswert weiter abzusenken. Zusätzlich wird
in diesem Verfahren, in dem die Bandlücke der i-Schicht abnimmt,
um die optische Absorption zu erhöhen, der Kurvenfaktor mit der Bandlücke der
i-Schicht um etwa 1,4 eV oder weniger vergrößert, wodurch sich Begrenzungen
hinsichtlich der Verbesserung der Umwandlungseffizienz trotz zunehmender
lichtoptischer Absorption ergeben.
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Es
wurde ebenfalls ein Verfahren zur Bereitstellung einer amorphen
Siliciumcarbid-(a-SiC:H)-Schicht
mit einer weiten Lücke
in der Größenordnung
von 2,1 eV in einer Grenzfläche
zwischen der Halbleiterschicht vom p-Typ und der i-Schicht vorgeschlagen.
Jedoch unterliegt dieses Verfahren dem Problem, dass, da es nicht
möglich ist,
eine a-SiC:H-Schicht einer hohen Filmqualität zu bilden, die optische Verschlechterung
vergrößert wird,
was zu verschlechterter Lochbewegung nach Lichtbestrahlung führen kann.
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Währenddessen
ist es notwendig, um die Solarzelle für verschiedenartige Verwendungen
anzupassen, auf den Bedarf nach geringerem Gewicht des Produkts,
verbessern Produktivität,
Einfachheit der Verarbeitung der gekrümmten Flächen und die Kostenreduktion
zu reagieren.
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Der
Hauptteil der niedrigschmelzenden Materialien oder Kunststoffmaterialien
kann bei geringeren Temperaturen in eine gewünschte Form geschmolzen werden,
so dass die Bearbeitungskosten vorteilhafterweise verringert werden
können.
Darüber
hinaus hat ein Kunststoffmaterial den Vorzug, dass es nicht schwer
ist und weniger leicht reißt.
Daher ist es erwünscht,
niedrigschmelzendes Material oder Kunststoffmaterial als Substrat
für die
Solarzelle zu verwenden. Wenn das Kunststoffmaterial, insbesondere
ein Kunststoff für
einen allgemeinen Zweck, wie Polyesterfilm, als Substrat vorliegt,
wird es möglich,
die Produktivität
signifikant unter Verwendung eines Herstellungssystems vom Walzen-zu-Walzen-Typ, das ein längliches
Substrat einsetzt, zu verbessern.
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Da
jedoch die Wärmewiderstandstemperatur des
Kunststoffs für
allgemeine Zwecke im Allgemeinen bei 200°C oder weniger liegt, ist es
notwendig, ein Niedertemperatur-Filmbildungsverfahren
zu verwenden, und die Filmbildung für eine hohe Filmqualität im Niedertemperatur-Filmbildungsverfahren
zu verwirklichen.
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Wenn
derartige Materialien, wie Si, Si1-xGex, Ge oder Si1-xCx, einem Filmbildungsverfahren bei einer
Substrattemperatur von 200°C
oder weniger unterzogen werden, wird der resultierende Film in der Regel
amorph. Im amorphen Film gibt es eine große Anzahl von Elementen, die
als Kerne zur Rekombination von Nebenträgern, wie dem lokalen Energieniveau
in der Energiebandlücke,
mit der Trägerlänge dienen,
die kürzer
ist als diejenige in einem Einkristallfilm oder einem polykristallinen
Film.
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Wenn
daher ein a-Si:H-Film, ein a-Si1-xGex:H-Film und ein a-Ge:H-Film oder ein a-Si1-xCx:H-Film, dotiert mit einer Verunreinigung,
wie einem Film, der eine Halbleiterschicht vom p- oder n-Typ wurde,
indem er mit Bor oder Phosphor dotiert ist, als Halbleiterschicht
vom p-Typ und/oder als Halbleiterschicht vom n-Typ in der Solarzelle
vom p-i-n-Typ verwendet wird, wobei die Umwandlungseffizienz aufgrund
des geringeren Dunkelstrom-Verhältnisses
verringert wird, wodurch ein Hindernis für die Herstellung einer Solarzelle
von hoher Qualität bei
geringeren Temperaturen vorliegt. Wenn daher diese Materialien verwen det
werden, muss das Dunkelstrom-Verhältnis 1 × 10–3 S/cm
oder weniger sein, und darüber
hinaus ist erforderlich, dass es nicht weniger als 1 × 10–2 S/cm
ist.
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Weiterhin
nimmt die Lichtabsorption in der Solarzelle vom p-i-n-Typ in der
Halbleiterschicht vom p-Typ oder in der Halbleiterschicht vom n-Typ
an der Verbesserung der Effizienz (sogenannte Totzone) nicht teil.
Der a-Si1-xGex:H-Film,
ein a-Ge:H-Film oder ein a-Si1-xCx:H-Film, dotiert mit einer Verunreinigung, ist
hinsichtlich der Dotierungseffizienz unzureichend, so dass der Film
dazu neigt, depletiert zu werden. Wenn der a-Si1-xGex:H-Film,
ein a-Ge:H-Film oder ein a-Si1-xCx:H-Film verwendet wird, muss die Filmdicke in
mehr oder weniger großem
Ausmaß größer sein, um
Depletion zu verhindern. Somit wird in dieser Art von Solarzelle,
in der die Halbleiterschicht vom p-Typ und die Halbleiterschicht
vom n-Typ in der
Filmdicke zunimmt, die Lichtabsorption in diesen Schichten erhöht, um die
Verbesserung der Umwandlungseffizienz zu behindern.
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Somit
wurde in der Solarzelle auf Basis von amorphem Silicium vom p-i-n-Typ
eine derartige Technik vorgeschlagen, in der nur die Halbleiterschicht
vom p-Typ mit einer Verunreinigung dotiert, und die i-Schicht kristallisiert
wird, um den Wert des Lichtabsorptionskoeffizienten als einen Index
für die Einfachheit
der optischen Absorption zu verringern, und die Umwandlungseffizienz
zu verbessern.
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Beispielsweise
werden in der japanischen Patentveröffentlichung H-6-5780 die Halbleiterschicht
vom p-Typ und die Halbleiterschicht vom n-Typ des hydrierten amorphen
Siliciums mit einem Excimer-Laser bestrahlt, wohingegen in der offengelegten
japanischen Veröffentlichung
S-63-133578 die Halbleiterschicht vom p-Typ und die Halbleiterschicht vom
n-Typ des hydrierten amorphen Siliciums mit dem YAG-Laser zum Härten bestrahlt
werden, wodurch die Halbleiterschicht vom p-Typ und die Halbleiterschicht
vom n-Typ kristallisieren.
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Jedoch
sollte der Laser eine Energiestärke haben,
die ausreichend ist, um das hydrierte amorphe Silicium, das direkt
auf der Filmoberfläche
bestrahlt wird, zu kristallisieren, wobei der a-Si:H-Film unter
dem Druck von extrahiertem ausgefälltem Wasserstoff innerhalb
des Films ausfließt,
während
Wasserstoff, der unter der Poly-Si-Schicht passiviert wird, ebenfalls
extrahiert wird, um Filme schlechter optischer Eigenschaften mit
einer großen
Anzahl an baumelnden Bindungen zu erzeugen. 3 zeigt
den Zustand des hydrierten amorphen Siliciumfilms vor und nach Bestrahlung
des Excimer-Lasers (ELA) der zuvor erwähnten Intensität.
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Es
kann aus 3 ersehen werden, dass Wasserstoff
innerhalb des hydrierten amorphen Siliciumfilms als Ergebnis der
Laserbestrahlung ausgestoßen
wird. Sollte Wasserstoff von innerhalb des Films ausgestoßen werden,
wird der Film zerstört.
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Insbesondere
in einem Film, der bei geringeren Temperaturen hergestellt wird,
gibt es viele Fälle, wo
eine große
Menge an Wasserstoff zwischen den Si-Netzwerken enthalten ist. Um
eine Ablation, resultierend aus der plötzlichen Erwärmung, und
resultierende Explosion von Wasserstoff zu vermeiden, ist der Vorgang
einer sogenannten Wasserstoffextraktion durch Erhöhen der
Temperatur auf etwa 400°C
in einem Ofen erforderlich. 4 zeigt
die Art und Weise, in der ein Film durch Bestrahlung mit einem Excimer-Laser
(ELA) auf den Film, aus dem Wasserstoff wie oben beschrieben extrahiert
wird, kristallisiert wird.
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Im
Allgemeinen beruht der Hauptdefekt des amorphen Halbleitermaterials,
in dem den aufbauenden Atomen Regularität fehlt, in den baumelnden Bindungen
der aufbauenden Atome, die nicht gebunden werden. Die baumelnde
Bindungsdichte, die die Anzahl der baumelnden Bindungen pro Einheitsvolumen
angibt, ist ein Maß des
photovoltaischen Effekts, derart, dass, wenn die baumelnde Bindungsdichte hoch
ist, der Lichtabsorptionskoeffizient größer wird. Wenn die Anzahl der
baumelnden Bindungen des amorphen Siliciums zunimmt, wird die baumelnde Bindungsdichte
natürlicherweise
erhöht,
mit der Folge, dass der Lichtabsorptionskoeffizient des hydrierten
amorphen Siliciumfilms, der mit dem Laserlicht bestrahlt wird, ansteigt.
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Sollte
nur die Dotierungsschicht des hydrierten amorphen Siliciums durch
Härten
mittels Laserbestrahlung kristallisiert werden, ist es nicht möglich, eine
Solarzelle vom p-i-n-Typ
mit einem polykristallinen Dotierungsfilm höherer Qualität mit nur
einer kleinen Anzahl baumelnder Bindungen zu bilden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung einer optischen Energie- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung vom
Dünnfilm-Typ
mit einer hohen Umwandlungseffizienz bereitzustellen.
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Die
GB-A-2 030 766 offenbart eine Laserbehandlung einer Schicht aus
amorphem Material, abgeschieden auf einem nicht-kristallinen amorphen Substrat,
um die Eignung des Materials zur Verwendung in Solarzellen zu verbessern.
Diese bezieht sich insbesondere auf ein Rekristallisieren oder Härten des
amorphen Materials.
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Die
Patent Abstracts of Japan, Bd. 013, Nr. 078 (E-718), 22. Februar
1998 (1998-02-22),
und
JP 63 258 508078
A zeigen eine amorphe photoelektrische Umwandlungsvorrichtung,
umfassend eine erste Schicht vom n-Typ und eine zweite Schicht vom p-Typ
und eine Schicht vom i-Typ, sandwichartig zwischen den beiden vorangehenden
Schichten vorliegend. Kristallkörner
sind im amorphen Material enthalten, das die Schicht vom p-Typ und
die Schicht vom n-Typ aufbaut, worin der Durchmesser der Kristallkörner, die
in den inneren Regionen hiervon enthalten sind, größer ist
als entlang der Regionen, die die Grenzschichten mit der Schicht
vom i-Typ bilden.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung einer
optischen Energiekonversions- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung
durch Bilden einer ersten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht
auf einem Substrat, wobei die erste mit Verunreinigung dotierte
Halbleiterschicht eine aus einem Wasserstoff-enthaltenden amorphen Halbleitermaterial
besteht, Bilden einer optisch aktiven Schicht auf der ersten mit
Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht, wobei die optisch aktive Schicht
aus einem Wasserstoff enthaltenden amorphen Halbleitermaterial besteht,
Bilden einer zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht
auf der optisch aktiven Schicht, wobei die zweite mit Verunreinigung
dotierte Halbleiterschicht aus einem amorphen Halbleitermaterial
besteht, das mit einer zweiten Verunreinigung gemischt ist und das
eine geringere Wasserstoffkonzentration aufweist als die optisch
aktive Schicht, sowie Bestrahlen mit Laerlicht des Substrats nach
Bilden der zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht
und Kristallisieren der zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
die Effizienz einer Solarzelle.
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2 veranschaulicht
ein Banddiagramm einer Solarzelle vom p-i-n-Typ.
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3 veranschaulicht
die Art und Weise, in der ein Film durch Wasserstoff bei Bestrahlung
mit einem Excimer-Laser zerstört
wird.
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4 veranschaulicht
die Art und Weise, in der ein Film durch Wasserstoff bei Bestrahlung
mit einem Niedertemperatur-Excimer-Laser zerstört wird.
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5 ist
eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Struktur einer
Solarzelle, die die vorliegende Erfindung verkörpert.
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6 veranschaulicht
ein erstes Solarzellen-Modell, verwendet in Simulationsberechnungen für die Umwandlungseffizienz.
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7 veranschaulicht
ein zweites Solarzellen-Modell, verwendet in Simulationsberechnungen für die Umwandlungseffizienz.
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8 veranschaulicht
ein drittes Solarzellen-Modell, verwendet in Simulationsberechnungen für die Umwandlungseffizienz.
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9 ist
eine Darstellung, die die Ergebnisse der Simulationsberechnungen
für die
Umwandlungseffizienz, die ein Solarzellen-Modell einsetzt, zeigt.
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10 ist
eine Darstellung, die die Ergebnisse der Messung der UV-Reflexion
einer Solarzelle zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert.
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11 ist
eine Darstellung, die die Ergebnisse der Messung der FTIR-Messung
der in 10 gezeigten Solarzelle zeigt.
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12 ist
eine erste Querschnittsansicht der in 10 gezeigten
Solarzelle, dargestellt als Bild durch ein TEM.
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13 ist
eine zweite Querschnittsansicht der in 10 gezeigten
Solarzelle, dargestellt als Bild durch ein TEM.
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14 zeigt
die Ergebnisse der Messung durch SIMS der in 10 gezeigten
Solarzelle.
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15 ist
eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer spezifizierten
Struktur der in 10 gezeigten Solarzelle.
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16 ist
eine erste Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer spezifizierten
Struktur einer herkömmlichen
Solarzelle.
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17 ist
eine zweite Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer spezifizierten
Struktur einer herkömmlichen
Solarzelle.
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Beste Ausführungsform zur Durchführung der
Erfindung
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen wird die beste Ausführungsform zur Durchführung der
vorliegenden Erfindung im Einzelnen erläutert.
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Eine
Solarzelle 10 wird nachfolgend erläutert. Die Solarzelle 10 ist
im Querschnitt in
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5 gezeigt.
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Die
Solarzelle 10 enthält
ein Kunststoffsubstrat 1. Unter den Materialien des Kunststoffsubstrats gibt
es beispielsweise Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat
oder Polycarbonate, Polyester, wie Polypropylen, Polyolefine, wie
Polypropylen, Polyphenylensulfide, wie Polypropylensulfid, Polyamide,
aromatische Polyamide, Polyetherketone, Polyimide, Acrylharze und
PMMA. Insbesondere sind Kunststoffe für allgemeine Zwecke, wie Polyethylenterephthalat,
Acetat, Polyphenylensulfide, Polycarbonate, Polyethersulfon, Polystyrol,
Nylon, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Acrylsäureharze und PMMA bevorzugt.
Wenn ein filmförmiges
Kunststoffsubstrat verwendet wird, wird das Kunststoffmaterial im
Hinblick auf die mechanische Stabilität und Festigkeit bevorzugt
biaxial gestreckt.
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Auf
dem Kunststoffsubstrat 1 wird eine Elektrodenschicht 2 unter
Verwendung einer Sputtervorrichtung gebildet. Die Elektrodenschicht 2 ist
ein transparenter elektrisch leitender Film oder eine Metallelektrode.
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Als
transparenter elektrisch-leitender Film werden Oxide von hoher Transparenz
und geringem Widerstand, wie ITO, Zinnoxid, Fluor-dotiertes Zinnoxid,
Zinkoxid-Aluminiumoxid, verwendet. Wenn ITO verwendet wird, beträgt die Dotierungsmenge
des Zinnoxids bevorzugt 2 bis 20 Gew.-%.
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Die
Metalle der Metallelektroden können
beispielsweise Ag, Cr, Mo, Ta oder Al sein.
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Zwischen
der Elektrodenschicht 2 und dem Kunststoffsubstrat 1 wird
bevorzugt eine Haftschicht 3 zum Verbessern der Haftung
der Elektrodenschicht 2 und des Kunststoffsubstrats 1 aneinander
vorgesehen. Als Kleber, der die Haftschicht 3 bildet, ist
ein Acrylkleber, ein Kleber auf Siliconbasis oder ein Kleber auf
EVA-Harz-Basis bevorzugt.
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Die
Elektrodenschicht 2 kann eine laminierte Struktur sein,
aufgebaut aus transparenten elektrisch-leitenden Filmen und Metallelektroden,
wie einer laminierten Struktur, aufgebaut aus ZnO/Al, ZnO/Ag, ZnO/Cr,
ITO/Al, ITO/Ag oder ITO/Cr. Mit der Schichtstruktur der transparenten
elektrisch-leitenden Filme und Metallelektroden verhindert die Elektrodenschicht 2 Metalldiffusion,
um eine hohe elektrische Leitfähigkeit
zu erreichen.
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Auf
der rückwärtigen Fläche des
Kunststoffsubstrats 1, d.h. auf der Fläche des Kunststoffsubstrats 1,
gegenüberliegend
zur Oberfläche,
die die Elektrodenschicht 2 trägt, kann eine rückwärtige Oberflächensperrschicht
(nicht gezeigt) gebildet werden. Diese rückwärtige Oberflächensperrschicht
ist dazu in der Lage, die Feuchtigkeitsabsorption des Kunststoffsubstrats 1 zu
unterdrücken,
und hierdurch zu verhindern, dass das Kunststoffsubstrat 1 deformiert
wird, wenn die Solarzelle 10 Atmosphärendruck aus dem Vakuumgefäß der Sputtervorrichtung
oder während
des Herstellungsverfahrens der Solarzelle ausgesetzt wird. Diese
rückwärtige Oberflächensperrschicht
kann aus Siliciumoxid gebildet sein.
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Eine
Barriereschicht 4 kann ebenfalls zwischen dem Kunststoffsubstrat 1 und
der Elektrodenschicht 2 gebildet werden. Ähnlich zur
rückwärtigen Oberflächensperrschicht
kann die Barriereschicht 4 aus Siliciumoxid gebildet werden.
Die Barriereschicht 4 arbeitet in einem derartigen Fall
als eine Schutzschicht.
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Auf
der oberen Fläche
der Elektrodenschicht 2 werden voreingestellte Verunreinigungen
dotiert, um die amorphen Filme auf Si-Basis zu bilden, wie einen
a-Si:H-Film, einen a-Si1-xGex:H-Film,
einen a-Ge:H-Film oder einen a-Si1-xCx:H-Film. Als die Filmbildungsvorrichtung
wird eine Sputtervorrichtung verwendet. Bei der Filmbildung wird
die Substrattemperatur auf nicht mehr als 200°C eingestellt, für die es für das Kunststoffsubstrat
nicht wahrscheinlich ist, dass es beschädigt wird, bevorzugt auf nicht
mehr als 150°C.
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Der
amorphe Film auf Si-Basis, abgeschieden auf der oberen Oberfläche der
Elektrodenschicht 2, wird unter Verwendung eines Excimer-Lasers (ELA)
polykristallisiert, um Mikrokristalle zu bilden, um eine Dotierungsschicht 5 aus
beispielsweise Poly-Si, Poly-Si1-xGe1-x, Poly-Ge
oder Poly-Si1-xCx zu
bilden.
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Als
Excimer-Laser wird beispielsweise ein ArF-Excimer-Laser, ein XeF-Excimer-Laser, ein XeCl-Excimer-Laser
oder ein KrF-Excimer-Laser verwendet. Die Bestrahlungsenergie und
die Bestrahlungszeit des Excimer-Lasers werden so ausgewählt, dass
die Temperatur des Kunststoffsubstrats bei 200°C oder weniger und bevorzugt
bei 150°C
oder weniger aufrechterhalten wird. Durch Einstellen der Energie
des bestrahlenden Excimer-Lasers ist es möglich, einen Film zu bilden,
der hinsichtlich der Dicke außerordentlich
dünn ist,
und der hinsichtlich der Dotierungseffizienz höher ist.
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Es
wurde sichergestellt, dass der Kristallisationsfaktor eines Films
mit der Energie des bestrahlenden Excimer-Lasers variiert wird,
derart, dass, wenn der Film nicht vollständig kristallisiert, sondern mikrokristallisiert
wird, es eine Anzahl baumelnder Bindungen gibt, die im Film erzeugt
werden, jedoch, wenn der hydrierte Film daraufhin gebildet wird,
tritt Passivierung auf, so dass der Film in einen hydrierten mikrokristallisierten
Film umge wandelt wird (japanische Patentanmeldung H-11-334978, hinterlegt
am 25. November 1999 von Akio Machida, Gosign D.P., Takashi Noguchi
und Setsuo Usui).
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Dann
wird ein amorpher Film 6, der ein a-Si:H-Film, ein a-Si1-xGex:H-Film, ein
a-Ge:H-Film oder
ein a-Si1-xCx:H-Film
oder ein Schichtfilm hiervon ist, unter Verwendung einer PE-CVD-Vorrichtung oder
einer Sputtervorrichtung gebildet. Wenn der Dotierungsfilm 5 einen
niedrigen Kristallisationsfaktor aufweist, derart, dass der Dotierungsfilm 5 mikrokristallisiert
ist, wird die amorphe Schicht 6 gleichzeitig, wenn der
Dotierungsfilm 5 hydriert wird, gebildet.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der amorphen Schicht 6 wird ein amorpher Film auf Si-Basis ohne Wasserstoff
unter Verwendung einer Sputtervorrichtung gebildet.
-
Der
amorphe Film auf Si-Basis, gebildet auf einer oberen Oberfläche der
amorphen Schicht 6 wird unter Verwendung eines Excimer-Lasers
kristallisiert, um eine Dotierungsschicht 7 zu bilden,
wie Poly-Si, Poly-Si1-xGex,
Poly-Ge oder Poly-Si1-xCx.
-
Durch
Bilden der Dotierungsschicht 7 in einer derartigen Art
und Weise, dass die Wasserstoffkonzentration der Dotierungsschicht 7 niedriger
ist als diejenige der amorphen Schicht 6, oder in einer
derartigen Art und Weise, dass der Wasserstoffgehalt Null ist, kann
die Dotierungsschicht 7 ohne Schädigung durch den restlichen
Wasserstoff gleichzeitig zur Kristallisation bei Bestrahlung mit
dem Excimer-Laser gebildet werden.
-
Wie
in 5 gezeigt, wird die Dotierungsschicht 7 als
Folge der Bestrahlung mit dem Excimer-Laser global kristallisiert,
so dass die Dotierungsschicht 7 eine polykristalline Schicht
wird, in der die durchschnittliche Kristallgröße der Kristalle schrittweise
in einer Richtung von der Oberfläche
in Richtung des Kunststoffsubstrats 1 abnimmt.
-
Die
polykristalline Schicht, die durch das Laserlicht kristallisiert
wird, wird aufgrund der Passivierung mit dem restlichen Wasserstoff,
der geringfügig aus
der a-Si:H-Schicht der amorphen Schicht 6 extrahiert wird,
gebildet. Somit weist die Dotierungsschicht 7 befriedigende
optische Eigenschaften mit nur einer kleinen Zahl an baumelnden
Bindungen auf.
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Währenddessen
ist es wohlbekannt, dass die Wasserstoffkonzentration im amorphen
Siliciumfilm im Allgemeinen die Eigenschaften des amorphen Siliciumfilms
signifikant beeinflusst (z.B. Paulo V. Santos und Warren B. Jackson;
Physical Review B, 46, 1992, S. 4595), und dass ein amorpher Siliciumfilm
mit befriedigenden Eigenschaften für eine Wasserstoffkonzentration
von 1 bis 30% erhalten werden kann (5 × 1020 Atome/cm3 bis 1,5 × 1022 Atome/cm3) oder bevorzugt 5 bis 25% (2,5 × 1021 Atome/cm3 bis 1,25 × 1022 Atome/cm3) (siehe
K. Zellama, L. Chahed, P. Sladek, M.L. Theye, J.H. von Baradeleben und
P. Rocai Cabrrocas; Physical Review B, 53, 1996, S. 3804).
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Wenn
für eine
Mikrokristallschicht mit einer Kristallgröße von 1 nm das Volumenaufnahmeverhältnis der
Kristalle (Kristallisationsverhältnis)
von Kristallen etwa 80% beträgt,
beträgt
die Dichte des kristallinen Siliciums 5 × 1022 (1/cm3), wobei von einer mikro kristallinen Schicht
mit einer amorphen Domäne
mit der Wasserstoffkonzentration von etwa 5% angenommen wird, dass
sie in diesem Bereich liegt, und voreingestellte Berechnungen wurden
durchgeführt,
wobei theoretisch zu ersehen ist, dass, wenn die mikrokristalline
Grenzfläche
vollständig
passiviert wird, und Wasserstoff mit der Wasserstoffkonzentration
in der Größenordnung
von 5% in der amorphen Domäne
vorliegt, vorausgesetzt, dass Wasserstoff in der Größenordnung
von 6,3 × 1020 (1/cm3) vorliegt. Wenn
daher die Charakteristika der mikrokristallinen Domäne berücksichtigt
werden, ist es erwünscht, dass
die amorphe Schicht 6 Wasserstoff in der Größenordnung
von mindestens 5 × 1020 Atome/cm3 enthält, sogar
nach Bestrahlung mit dem Energiestrahl des Excimer-Lasers.
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Daher
muss die Wasserstoffkonzentration der Dotierungsschicht 7 geringer
sein als diejenige in der amorphen Schicht 6, und wird
daher auf 5 × 1020 Atome/cm3 oder
weniger eingestellt.
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Auf
der oberen Oberfläche
der Dotierungsschicht 7 wird eine Elektrodenschicht 8 gebildet,
die ein transparenter elektrisch-leitender Film ist. Für den transparenten
elektrisch-leitenden Film werden Oxide von hoher Transparenz und
geringem elektrischen Widerstand, wie ITO, Zinnoxid, Fluor-dotiertes Zinnoxid,
Zinkoxid-Aluminiumoxid, verwendet. Wenn ITO verwendet wird, ist
die Dotierungsmenge von 2 bis 20 Gew.-% erwünscht.
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In
dieser Art und Weise wird die Solarzelle 10, bestehend
aus einer Schichtstruktur, hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird
die Dotierungsschicht 7 polykristallisiert, mit der Kristallkorngröße, die
schrittweise von der Oberfläche
der Dotierungsschicht 7 in Richtung des Kunststoffsubstrats 1 kleiner
wird. Als diese Dotierungsschicht 7 können andere Halbleiterfilme
auf Si-Basis, wie a-Si1-xOx,
a-Si1-xNx, SiAl,
SiGa, SiS oder SiSn, ebenfalls verwendet werden.
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Mit
der Solarzelle 10, die wie oben beschrieben hergestellt
wird, kann ein kristalliner Film mit einer hohen Dotierungseffizienz
ohne thermische Schädigung
des Kunststoffsubstrats 1 erreicht werden. Das Ergebnis
ist, dass, da die Dotierungsschichten 5 und 7 der
Solarzelle 10 hohe elektrische Leitfähigkeit zeigen, das Fermi-Niveau
zum Valenzband oder zum Leitungsband angenähert werden kann, jeweils mit
der Dotierungsschicht der Halbleiterschicht vom p-Typ oder der Halbleiterschicht
vom n-Typ, wodurch die Umwandlungseffizienz verbessert wird.
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Andererseits
kann mit dem Film, der mit dem Laser kristallisiert wird, ein derartiger
Film mit einer hohen Dotierungseffizienz im Gegensatz zu dem Film
erzeugt werden, der mit dem herkömmlichen Verfahren
erhalten wird, bestehend aus der Überprüfung der Wasserstoffmenge zum
Zeitpunkt der Filmbildung und Bilden des Films nur nach und nach,
so dass es möglich
ist, den Gradienten des Potentials aus der lichtaufnehmenden Oberfläche zur
rückwärtigen Fläche mit
einer Halbleiterschicht vom p-Typ und einer Halbleiterschicht vom
n-Typ geringerer Dicke aufrechtzuerhalten, um die Kristallinität von SiC zu
verbessern, das mit dem System aus dem Stand der Technik schwierig
zu kristallisieren ist.
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Die
Tatsache, dass die Umwandlungseffizienz durch Herstellung der Solarzelle 10 verbessert werden
kann, kann durch Simulationsberechnungen bestätigt werden.
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Beispielsweise
können
die Simulationsberechnungen der Umwandlungseffizienz unter Verwendung
eines Solarzellen-Modells, aufgebaut wie in den 6 bis 8 gezeigt,
durchgeführt
werden.
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Das
Solarzellen-Modell, das in 6 gezeigt ist,
ist ein derartiges Modell mit einer Struktur aus p+a-Si:H/a-Si:H/n+a-Si:H,
und das in seiner Gesamtheit durch einen amorphen Siliciumfilm gebildet
wird.
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Das
Solarzellen-Modell, das in 7 gezeigt ist,
ist ein derartiges Modell mit einer Struktur aus p+µc-Si:H/a-Si:H/n+µc-Si:H,
und in dem die Halbleiterschichten vom p- und n-Typ als Dotierungsschichten
mikrokristallisiert sind.
-
Das
Solarzellen-Modell, das in 8 gezeigt ist,
ist ein derartiges Modell mit einer Struktur aus p+µc-SiC:H/a-Si:H/n+µc-Si:H,
und in dem die Halbleiterschichten vom p- und n-Typ als Dotierungsschichten
mikrokristallsiert sind.
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Bei
Durchführung
der Simulationsberechnungen wurde angenommen, dass das Sonnenlicht aus
AM1.0 von der Halbleiterschicht vom p-Typ bestrahlt wurde, basierend
auf dem Verfahren der Berechnungen von Nakamura et al. (Nakamura
et al.; Proc. 4th EC PVSEC, Stresa, 10.-14. Mai 1982). Der Absorptionskoeffizient
des mikrokristallisierten Films wurde basierend auf dem Absorptionskoeffizienten des
kristallinen Siliciums berechnet.
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9 zeigt
die Ergebnisse von Simulationsberechnungen. Es kann aus 9 ersehen
werden, dass die Umwandlungseffizienz Eff eines Solarzellen-Modells
mit der Struktur p+a-Si:H/a-Si:H/n+a-Si:H 7,8% beträgt, während diejenige
eines Solarzellen-Modells mit der Struktur p+µc-Si:H/a-Si:H/n+µc-Si:H
13,2% beträgt.
Es kann somit ersehen werden, dass die Umwandlungseffizienz des
Solarzellen-Modells, in dem die Halbleiterschichten vom p-Typ und n-Typ mikrokristallisiert sind,
um einen Faktor von etwa 1,7 höher
liegt als derjenige des Solarzellen-Modells, in dem die Halbleiterschichten
vom p-Typ und n-Typ und die i-Schicht mikrokristallisiert
sind.
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Andererseits
beträgt
die Umwandlungseffizienz Eff des Solarzellen-Modells, in dem die
Halbleiterschicht vom p-Typ aus SiC gebildet wird, und in der die
Halbleiterschichten vom p-Typ und n-Typ mikrokristallisiert sind,
14,4%, was um einen Faktor von etwa 1,8 höher liegt als diejenige des
Solarzellen-Modells, in dem die Halbleiterschichten vom p-Typ und n-Typ
und die i-Schicht mikrokristallisiert sind.
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Es
sollte angemerkt werden, dass Nakamura et al. das obige für die Solarzelle
mit der oben beschriebenen Heteroübergangs-Typ-Struktur durch dasselbe
Berechnungsverfah ren belegten, und dass die Umwandlungseffizienz
durch Kombinieren der Solarzelle vom Hetero-Typ mit der Dotierungsschicht der
vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden kann.
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Die
kristallinen Eigenschaften und die Art und Weise der Kristallisation
der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10, genauso
wie die Charakteristika der Solarzelle 10, können ohne
weiteres im Detail aus 10 bestätigt werden, die die Beziehung
zwischen der Kristallisationsgeschwindigkeit und der Oberflächenreflexion
zeigt, wie gefunden durch die Messung der UV-Reflexionsmessung,
die Licht von 200 nm einsetzt, und aus 11, die
die gemessenen Ergebnisse der positiven FTIR-Reflexion zeigt.
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Die
Ergebnisse der in 10 gezeigten UV-Reflexion werden
nachfolgend erläutert.
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Die
abnehmende Reflexion auf der Filmoberfläche durch UV-Reflexion gibt
die abnehmende Lichtstreuung auf der Filmoberfläche an. Somit wird die Menge
an übertragenem
Licht deutlich durch Lichtstreuung gesenkt, die durch Bereitstellen
der Dotierungsschicht 7 mit einer Elektrodenschicht 8, wie
einem transparenten elektrisch-leitenden Film, hervorgebracht wird.
Die Menge an Licht, die durch die Oberflächenschicht direkt übertragen
wird, stellt die Menge an Licht dar, die in der Solarzelle 10 auf die
i-Schicht gestrahlt wird, so dass, wenn die Reflexion auf der Dotierungsschicht 7 abnimmt,
die Menge an Licht, die auf die i-Schicht strahlt, abnimmt, wodurch
die Umwandlungseffizienz beeinflusst wird.
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Die
Ergebnisse der Messung aus 10 verdeutlichen
das Folgende: Wenn das hochenergetische Laserlicht direkt auf a-Si:H
gestrahlt wird, nimmt die Reflexion ab, woraus geschlossen werden kann,
dass der Oberflächenfilm
einer Ablation unterliegt. Wenn andererseits Laserlicht auf die
Oberfläche
der Struktur aus a-Si/a-Si:H, wie diejenige der Solarzelle 10,
gestrahlt wird, wird die Reflexion verbessert, was angibt, dass
die Kristallisation auf der Strukturoberfläche optimal ist.
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Die
Ergebnisse der Messung des FTIR in 11 werden
nachfolgend erläutert.
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Da
der Zustand der Si-H-Bindung, wie durch FTIR gemessen, mit der Photoleitfähigkeit
und Dunkelleitfähigkeit
der i-Schicht in engem Zusammenhang steht (siehe z.B. M. Sumiya,
M. Kawasaki, H. Koinuma; Proceedings of the 10th symposium on plasma
proceeding, Osaka, I-2, 1992), können
die Charakteristika der Solarzelle 10 durch Messen des Zustands
der Si-H-Bindung überprüft werden.
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11 zeigt
den Übergang
der Peakgröße im Fall
der Si-H-Bindung, die im ganzen Film vorliegt, wie gemessen durch
das FTIR-Verfahren vom positiven Reflexions-Typ, d.h. der Übergang
der Größe der Si-H-Bindung,
die im Film vorliegt.
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In
11 bezeichnet
ein Auftrag an einer Stelle, bezeichnet als „as depo", den Wert des Peaks der Si-H-Bindung
eines a-Si-Films, gebildet auf einem a-Si:H-Film mit 600 nm Dicke,
durch eine Sputtervorrichtung mit einer Dicke von etwa 60 nm
und
diejenige eines a-Si:H-Films (Δ)
mit einer Dicke von 600 nm.
11 zeigt
den Umfang der Verschie bung einer Peakgröße der Si-H-Bindung nach Laserbestrahlung
im Falle, dass diese Werte auf die Einheit (l) normalisiert werden.
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Mit
Bezug auf 11 wird die Oberfläche von
a-Si/a-Si:H, die eine Struktur darstellt, die zur Solarzelle 10 gehört, oder
die Dotierungsschicht 7 in der Solarzelle 10,
mit einem Excimer-Laser gehärtet,
wobei die Si-H-Peaks, die erforderlich sind, um hohe photoelektrische
Charakteristika zu zeigen, vergrößert werden,
wodurch die verbesserte Filmqualität belegt wird, ohne die Filmqualität zu beeinträchtigen.
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Umgekehrt
sollte der Excimer-Laser a-Si:H, enthaltend eine große Menge
an Wasserstoff in der Dotierungsschicht, als eine Struktur, die
zu einer herkömmlichen
Solarzelle gehört,
die sich von der Solarzelle 10 unterscheidet, bestrahlt
werden, wobei der Zerstörungsprozess
der Si-H-Bindung erkannt werden kann, wodurch angegeben wird, dass
der Film, der gebildet wird, hinsichtlich der Charakteristika schlecht
ist. Wenn die Photoleitfähigkeit
zu diesem Zeitpunkt überprüft wird,
ist die Dunkelleitfähigkeit, die
die Leitfähigkeit
darstellt, wenn kein Licht auf die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung
gestrahlt wird, in der Größenordnung
von 1 × 10–7 S/cm,
während
die Photoleitfähigkeit
als die Leitfähigkeit,
wenn Licht auf die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gestrahlt
wird, in der Größenordnung
von 1 × 10–5 S/cm
liegt, was angibt, dass der Unterschied zwischen der Dunkelleitfähigkeit
und der Photoleitfähigkeit
bei einem außerordentlich
kleinen Wert, entsprechend zwei Größenordnungen, beträgt. Wenn
der Unterschied der Dunkelleitfähigkeit
und Photoleitfähigkeit
groß ist,
wird der Effekt auf die Lichtstrahlung der Solarzelle erhöht, so dass
in diesem Fall gesehen werden kann, dass die Effizienz der Solarzelle
deutlich abgesenkt wird.
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Die
Bindungsdichte des Si-H der polykristallisierten Dotierungsschicht 7 der
Solarzelle 10 wird mit Bezug auf 11 berechnet.
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Wenn
auf einem oberen Teil des a-Si:H-Films entsprechend der amorphen
Schicht 6 der Solarzelle 10 ein a-Si, entsprechend
der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10, mit
einer Dicke von etwa 60 nm gebildet wird, und überschüssiger Wasserstoff im a-Si:H-Film
nach Laserbestrahlung der oberen a-Si-Schicht adsorbiert wird, kann
die Gesamtzunahme der Si-H-Bindung
angesehen werden als eine zunehmende Anzahl an Si-H-Bindung im a-Si-Film,
entsprechend der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10,
die mit einer Dicke von etwa 60 nm gebildet wurde.
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Die
Dichte der Si-H-Bindung, berechnet aus der Peakfläche des
Si-H-Peaks, wie gemessen aus der Brodsky-Gleichung und dem FTIR,
beträgt
etwa 7,9 × 1021 (Atome/cm3) bei „as depo" während diese 8,2 × 1021 (Atome/cm3), 8,6 × 1021 (Atome/cm3) und 8,4 × 1021 (Atome/cm3) im
Falle der Bestrahlung mit der Laserenergie von 185 mJ/cm2, 250 mJ/cm2 bzw. 310
mJ/cm2 beträgt.
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Somit
beträgt
die Bindungsdichte von Si-H im gesputterten Schichtbereich der Dotierungsschicht 7 der
Solarzelle 10 nach Kristallisation durch Laserbestrahlung
etwa 3,3 × 1021 (Atome/cm3), etwa 7,7 × 1021 (Atome/cm3) und
etwa 5,5 × 1021 (Atome/cm3) für die Bestrahlung
von 185 mJ/cm2, 250 mJ/cm2 bzw.
310 mJ/cm2.
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12 zeigt
ein Photo durch TEM aus polykristalliner(mikrokristalliner)/amorpher/polykristalliner
Struktur, hergestellt durch Abscheiden eines a-Si, entsprechend
der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10 durch
die Sputtervorrichtung auf dem a-Si:H-Film mit 600 nm Dicke, entsprechend
der amorphen Schicht 6 der Solarzelle 10 und durch
Bestrahlen mit dem Excimer-Laser. Wenn das Laserlicht mit einer stärkeren Energie
von etwa 310 mJ/cm2 bestrahlt wird, wird
ein polykristalliner Bereich von etwa 30 nm auf der Oberfläche hergestellt,
wobei das Kristallkorn von der Oberfläche zur Substratseite kleiner
wird. Wenn die Bestrahlungsenergie abnimmt, nimmt natürlicherweise
die Größe der Oberflächenkristalle
ab.
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Zum Überprüfen des
Werts der Dotierungseffizienz der Dotierungsschicht 7 der
Solarzelle 10 wird PH3-Plasma auf
die a-Si-Filmoberfläche
mit 40 nm Dicke geführt,
gesputtert auf dem a-Si:H-Film, mit 600 nm Dicke, entsprechend der
amorphen Schicht 6 der Solarzelle 10, um Phosphor
zu adsorbieren, wonach mit dem Excimer-Laser bestrahlt wird, um
die Dotierungsschicht 7 als polykristalline Schicht, dotiert mit
Phosphor, herzustellen.
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13 zeigt
die Ergebnisse der Strukturbeobachtung durch TEM bei Phosphor-Dotierung. Diese
Ergebnisse geben an, dass die durchschnittliche Kristallgröße der obersten
Oberfläche
etwa 30 nm beträgt,
und dass die Kristallgröße bei durchschnittlicher
Kristallkorngröße des gesamten
Films entlang der Dickenrichtung mit etwa 10 nm angesehen werden
kann.
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14 zeigt
die gemessenen Ergebnisse der Phosphorkonzentration durch SIMS des a-Si-Films,
dotiert mit Phosphor. Die Ergebnisse durch SIMS, gezeigt in 14,
geben an, dass der Phosphor mit etwa 1,5 × 1020 Atome/cm–3 in
den a-Si-Film dotiert wird. Die Ergebnisse der Messung der positiven
Löcher
im a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, geben an, dass sich die Trägerdichte
auf 1,5 × 1020 cm–3 beläuft.
-
Da
angenommen werden kann, dass im wesentlichen die Gesamtheit des
Phosphors, die in den a-Si-Film dotiert wird, zu den Trägern des
a-Si-Films beiträgt,
ist zu ersehen, dass eine Dotierungseffizienz des a-Si-Films in
seiner Gesamtheit von fast gleich 100% erreicht wurde. Andererseits
zeigt ein Vergleich der beobachteten Ergebnisse der Struktur durch
TEM, die in 13 gezeigt sind, gegenüber den
gemessenen Ergebnissen der Phosphorkonzentration durch SIMS, gezeigt
in 14, dass die Dotierungseffizienz für den Film
der durchschnittlichen Kristallkorngröße von etwa 10 nm in Richtung
der Tiefe, d.h. in der Schichtrichtung, des a-Si-Films etwa 100%
beträgt.
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Es
kann aus Obigem ersehen werden, dass es, da die Solarzelle 10,
die die vorliegende Erfindung verkörpert, die hochkristalline
Dotierungsschicht 7 umfasst, und die Dotierungseffizienz
der Dotierungsschicht 7 so hoch ist, möglich ist, die Umwandlungseffizienz
zu verbessern.
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Da
die Solarzelle 10 aus der p-i-n-Struktur ist und die i-Schicht
der amorphe Dünnfilm
auf Silicium-Basis ist, ist der optische Absorptionskoeffizient der
i-Schicht höher,
derart, dass die Dicke der i-Schicht, die zur photoelektrischen
Umwandlung notwendig ist, ein Hundertstel derjenigen im Falle der Solarzelle
auf kristalliner Silicium-Basis ist.
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Da
das Kunststoffsubstrat 1 darüber hinaus als Substrat in
der Solarzelle 10 verwendet wird, kann die Solarzelle in
einer optischen Form bei geringerer Temperatur geformt werden, so
dass es gut in Masse hergestellt werden kann und die Bearbeitungskosten
reduziert werden. Da die Solarzelle 10 den amorphen Dünnfilm verwendet,
können
die Herstellungskosten weiter gesenkt werden, verglichen mit denjenigen
der Hauptmasse der Solarzellen, wie Einkristall- und polykristalline
Solarzelle.
-
Beispiel
-
Zur
weiteren Verdeutlichung des Effekts der vorliegenden Erfindung werden
Erläuterungen
durch mehrere Beispiele für
die spezifische Herstellung der Solarzelle 10 und Vergleichsbeispiele
zur Herstellung der Solarzelle 10, kristallisiert mit einer
höheren
Wasserstoffkonzentration der Dotierungsschicht, und zur Herstellung
der Solarzelle mit einer amorphen Dotierungsschicht angeführt.
-
Das
Beispiel ist eine Solarzelle 10 mit der Dotierungsschicht 7 und
der amorphen Schicht 6 der µc-Si:H/a-Si:H-Struktur, während die
Vergleichsbeispiele die Solarbatterien 10 darstellen, worin
die Dotierungsschicht 7 und die amorphe Schicht 6 von
der a-Si:H/a-Si-H-Struktur
sind.
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15 zeigt
schematisch die Solarzelle 10, hergestellt durch eine Technik,
erläutert
im Zusammenhang mit den nachfolgenden Beispielen 1 bis 13. Diese
Beispiele werden nun anhand von 15 erläutert.
-
Beispiel 1
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Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das eine Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf einem Substrathalter
einer Sputtervorrichtung platziert, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben. Die Sputtervorrichtung 2 wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert, während die
Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt
wurde.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu
bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von
50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und
die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als die Elektrode bzw.
als der reflektierende Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Dann
wurde mit einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein
Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, gleichstromgesputtert, um
einen a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 200 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Achsenrichtung graduell erhöht. Durch
graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der
Film kristallisiert, wobei eine Filmzerstörung aufgrund der Emission
von Ar, das geringfügig
im Film abgefangen wird, unterdrückt
wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert
mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.
-
Dann
ließ man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und
sobald die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt wurde, wurde eine
nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit
600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optische
Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
dieser a-Si-H-Schicht 17 ließ man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50
scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, und
sobald die Sputtervorrichtung auf den Druck bei Entladung von 200
mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C war, wurde
ein Plasma mit einer Leistung von 200 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film
von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.
-
Dann
ließ man
30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung
wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr
war, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 120°C betrug. Ein
Plasma wurde bei der Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat,
dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm zu
bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben beschrieben,
wurde ein XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 250 mJ/cm2 beim Maximum mit einem Linienstrahl bestrahlt,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde
eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10.
Da hier die Schicht mit Bor dotiert wurde, fungiert diese als Halbleiter
vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 graduell verkleinert wird.
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Beispiel 2
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Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des
PET-Substrats 11 120°C
beträgt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
später
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu
bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von
50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und
die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw.
als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Dann
wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein
Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, gleichstromgesputtert, um
einen a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 200 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
unterdrückt
wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert
mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.
-
Dann
lässt man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und
sobald die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt war, wurde eine
nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit
600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch
aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
dieser a-Si-H-Schicht 17 ließ man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50
scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und
sobald die Sputtervorrichtung auf einen Druck bei Entladung von
200 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C war, wurde
ein Plasma bei einer Energie von niedriger als 200 W erzeugt, um
einen a-Si:H-Film
von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu erzeugen.
-
Dann
ließ man
30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung
wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr
betrug, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 betrug
120°C. Ein
Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat,
dotiert mit Phosphor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Phosphordotierten
a-Si-Film von 10 nm zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16,
wie oben beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem
Maximum von 250 mJ/cm2 beim Maximum mit
einem Linienstrahl bestrahlt, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde
zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Da
hier die Schicht mit Phosphor dotiert ist, dient diese als Halbleiter
vom n-Typ
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche der
Schicht in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner
wird.
-
Beispiel 3
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und wird so eingestellt, dass Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu
bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von
50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und
eine ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw.
als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Dann
wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein
Targetsubstrat, dotiert mit Bor, gleichstromgesputtert, um einen
a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
unterdrückt
wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert
mit Bor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.
-
Dann
wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit einer
Dicke von 600 nm bei einer Oberflächentemperatur von 120°C auf dem
PET-Substrat 11 gebildet. Das Flussverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmählich von Beginn der Erzeugung
des Films geändert,
so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass der Anteil von
x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 sich
von der Seite des PET-Substrats 11 erhöht, wobei der Fluss von GeH4(10%)/H2 ab einem
Mittelstadium unterbrochen wird. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine
optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
dieser a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) ließ man 50
scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und
sobald die Sputtervorrichtung auf einen Druck bei Entladung von
200 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C betrug,
wurde ein Plasma mit einer Leistung von 20 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film
von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu erzeugen.
-
Dann
ließ man
30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung
wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr
betrug, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 betrug
120°C. Ein
Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat,
dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm
zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben
beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 250 mJ/cm2 beim Maximum mit einem Linienstrahl bestrahlt,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde
zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10.
Da hier die Schicht mit Bor dotiert ist, dient diese als Halbleiter
vom n-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristalisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
Beispiel 4
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und wird so eingestellt, dass Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu
bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von
50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Die Al-Schicht 14 und
die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw.
als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Dann
wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein
Targetsubstrat, dotiert mit Bor, gleichstromgesputtert, um einen
a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 200 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht
vom n-Typ.
-
Dann
wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) bei einer
Oberflächentemperatur
von 120°C
des PET-Substrats 11, in nicht-dotierter Form mit 600 nm
gebildet. Das Flussverhältnis
von GeH4(10%)/H2 zu
SiH4(10%)/H2 wurde allmällich von
Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung
derart ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) von der
Seite des PET-Substrats 11 zunimmt, wobei
der Fluss von GeH4(10%)/H2 ab
einem Mittelstadium unterbrochen wird. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine
optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
dieser a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) ließ man 50
scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen,
und sobald die Sputtervorrichtung auf den Druck bei Entladung von
200 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C betrug,
wurde ein Plasma mit einer Leistung von 20 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film
von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.
-
Dann
ließ man
30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung
wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr
betrug, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 betrug
120°C. Ein
Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat,
dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm
zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben
beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 250 mJ/cm2 mit einem Linienstrahl bestrahlt,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde
zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10.
Da hier die Schicht mit Bor dotiert ist, dient diese als Halbleiter
vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
Beispiel 5
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–5 Torr
evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des
PET-Substrats 11 120°C
beträgt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu
bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von
50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und
die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw.
als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Dann
wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein
Targetsubstrat, dotiert mit Bor, gleichstromgesputtert, um einen
a-Si-Film von 10 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht
vom p-Typ.
-
Dann
lässt man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf
120°C eingestellt waren,
wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm
gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktive
Schicht der Solarzelle 10.
-
Dann
ließ man
30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung
wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr
betrug, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 betrug
120°C. Ein
Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat,
dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm
zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben
beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 250 mJ/cm2 mit einem Linienstrahl bestrahlt,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde
zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10.
Da hier die µc-Si:H-Schicht mit Phosphor
dotiert ist, dient diese als Halbleiter vom n-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche der
Schicht in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner
wird.
-
Beispiel 6
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des
PET-Substrats 11 120°C
beträgt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu
bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von
50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und
die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw.
als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Dann
wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein
Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, gleichstromgesputtert, um
einen a-Si-Film von 10 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht
vom n-Typ.
-
Dann
lässt man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf
120°C eingestellt waren,
wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm
gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktive
Schicht der Solarzelle 10.
-
Dann
ließ man
30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung
wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr
betrug, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 betrug
120°C. Ein
Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat,
dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Fflm von 10 nm
zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben
beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 250 mJ/cm2 mit einem Linienstrahl bestrahlt,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde
zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10.
Da hier die Schicht mit Bor dotiert ist, dient diese als Halbleiter
vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
Beispiel 7
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des
PET-Substrats 11 120°C
beträgt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu
bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann durch Reaktivsputtern
mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden.
Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden
gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der
rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Die
Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert,
wobei die Oberfläche
hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, die nach oben gerichtet
ist, und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung
einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung
von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, wurde
gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit
Phosphor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht
vom n-Typ.
-
Dann
lässt man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und
sobald die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt war, wurde eine
nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit
600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch
aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
einer oberen Oberfläche
der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter
Verwendung eines Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren
gebildet.
-
Auf
diesem a-Si-H-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um
diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit
einem XeCl-Excimer-Laser
wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim
Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht,
dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wurde
durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
Beispiel 8
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film
mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu
bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke
von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und
die ZnO;Al-Schicht 15 werden
gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der
rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Die
Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert,
wobei die Oberfläche
hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist,
und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung
einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung
von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde
gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit
Bor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht
vom p-Typ.
-
Dann
lässt man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr, und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf
120°C eingestellt waren,
wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm
gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktove
Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
einer oberen Oberfläche
der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter
Verwendung eines Targets, dotiert mit Phosphor, durch ein Sputterverfahren
gebildet.
-
Auf
diesem a-Si-H-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 PH3(1%)/H2 fließen,
um dieses einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit
einem XeCl-Excimer-Laser
wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim
Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht,
dotiert mit Bor, als Halbleiter vom n-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wurde
durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
Beispiel 9
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film
mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Ag mit einer Dicke von 200 nm gebil det, um eine Ag-Schicht 14 zu
bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke
von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und
die ZnO;Al-Schicht 15 werden
gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der
rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Die
Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert,
wobei die Oberfläche
hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist,
und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung
einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung
von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor,
wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert
mit Phosphor, zu bilden.
-
Auf
diesem a-Si-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 PH3(1%)/H2 zum Aussetzen einem Plasma, erzeugt bei
20 W, fließen.
Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu
bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht
vom n-Typ.
-
Dann
lässt man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und
sobald die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt war, wurde eine
nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit
600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch
aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
einer oberen Oberfläche
der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter
Verwendung eines Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren
gebildet.
-
Auf
diesem a-Si-H-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um
diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, auszusetzen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser
wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim
Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um
eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht,
dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine
ITO-Schicht 19 zu
bilden. Schließlich
wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
Beispiel 10
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und wird so eingestellt, dass Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf
120°C eingestellt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film
mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu
bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke
von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und
die ZnO;Al-Schicht 15 werden
gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der
rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Die
Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert,
wobei die Oberfläche
hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist,
und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung
einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung
von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor,
wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert
mit Phosphor, zu bilden.
-
Auf
diesem a-Si-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 PH3(1%)/H2 fließen,
um einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum
von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um Kristallisation
und gleichzeitig Dotierung zu bewirken, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird
(minimiert wird). Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der Poly-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht
vom n-Typ.
-
Dann
wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit 600
nm bei einer Oberflächentemperatur
von 120°C des
PET-Substrats 11 gebildet. Das Fließverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmählich von Be ginn der Erzeugung
des Films geändert,
so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass der Anteil von
x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) von der
Seite des PET-Substrats 11 zunimmt, wobei der Fluss von
GeH4(10%)/H2, ab
einem Mittelstadium unterbrochen wird, um den a-Si:H(x = 1)-Film
zu bilden. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine
optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der nicht-dotierten a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wurde
ein a-Si-Film mit 30 nm unter Verwendung eines Targets, dotiert
mit Bor, durch ein Sputterverfahren gebildet.
-
Auf
diesem a-Si-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um
dieses einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Es
wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser in einem Linienstrahl von 250
mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um die Kristallisation
durchzuführen
und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht 18,
dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target-Film wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet,
um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird
Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
Beispiel 11
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit
einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu
bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke
von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und
die ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw.
als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Die
Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert,
wobei die Oberfläche
hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist,
und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung
einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung
von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor,
wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert
mit Phosphor, zu bilden.
-
Auf
diesem a-Si-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 PH3(1%)/H2 fließen,
um einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser bis zu einem Maximum
von 3000 mJ/cm2 bestrahlt, um Kristallisation
und gleichzeitige Dotierung zu bewirken, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert die Poly-Si-Schicht,
dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.
-
Dann
wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit einer
Dicke von 600 nm bei einer Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 von
120°C gebildet.
Das Fließverhältnis von
GeH4(10%)/H2 zu
SiH4(10%)/H2 wurde
allmählich
von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung derart
ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) sich von
der Seite des PET-Substrats 11 zunimmt, wobei der Fluss
von GeH4(10%)/H2,
ab einem Mittelstadium unterbrochen wird, um den a-Si:H(x = 1)-Film
zu bilden. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine
optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
einer oberen Oberfläche
der nicht-dotierten a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wurde
ein a-SixC1-x-Film
mit 30 nm unter Verwendung eines SixC1-x-Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren
gebildet.
-
Auf
diesem a-SixC1-x-Film
ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um
diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit
einem XeCl-Excimer-Laser
wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim
Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht 18,
dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target-Film wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet,
um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird
Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche der
Schicht in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner
wird.
-
Beispiel 12
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film
mit 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden,
die später
im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird.
-
Dann
wird unter Verwendung eines Zn;Al-Targets eine ZnO;Al-Schicht 15 mit
einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese
ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw.
als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Die
Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert,
wobei die Oberfläche
hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist,
und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung
einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung
von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde
gleichstromgesputtert, um ein a-SixC1-x-Film mit 10 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.
-
Auf
diesem a-SixC1-x:H-Film
ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um
einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit
einem XeCl-Excimer-Laser
wurde in einem Linienstrahl von 300 mJ/cm2 beim
Maximum bestrahlt, um Kristallisation und gleichzeitig Dotieren durchzuführen, um
eine Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht
vom p-Typ.
-
Dann
wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit 600
nm bei einer Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 von 120°C gebildet. Das Flussverhältnis von
GeH4(10%)/H2 zu
SiH4(10%)/H2 wurde
allmählich
von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung
derart ist, dass sich der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H (0 < x ≤ 1) Schicht 17 von
der Seite des PET-Substrats 11 verringert.
Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine
optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
einer oberen Oberfläche
der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter
Verwendung eines Targets, dotiert mit Phosphor, durch ein Sputterverfahren
gebildet.
-
Auf
diesem a-Si-H-Film ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 PH3(1%)/H2 zum Aussetzen einem Plasma, erzeugt bei
20 W, fließen.
Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde in einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und
gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in
der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht,
dotiert mit Phosphor, als Halbleiter vom n-Typ.
-
Schließlich wird
Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wird
durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet. Diese Al-Stromkollektorelektrode 20 dient als
Umkehroberflächenelektrode
und gleichzeitig als die Umkehroberflächen-reflektierende Oberfläche.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße sich
von der Oberfläche
des PET-Substrats 11 fortschreitend verringert.
-
Beispiel 13
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wurde durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film
mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe
des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern
Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu
bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke
von 50 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine Elektrode zu bilden.
Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden
gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der
rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Die
Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert,
wobei die Oberfläche
hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist,
und auf etwa 10–7 Torr unter Verwendung
einer Vakuumpumpe evakuiert. Dann lässt man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 10
scm3 PH3(1%)/H2 fließen,
um ein Plasma bei 20 W zu erzeugen, um ein a-Si-Substrat mit 10
nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.
-
Das
Substrat, das nun den a-Si-Film trägt, wird im Vakuum zu einer
Sputterkammer transportiert, und ein a-SixGe1-x-Targetsubstrat wurde gleichstromgesputtert,
um einen a-SixGe1-x-Film
mit 30 nm Dicke zu bilden. Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser bis
zu einem Maximum von 250 mJ/cm2 bestrahlt,
um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristatlisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird
(minimiert wird). Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht
vom n-Typ.
-
Dann
wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit 600
nm bei einer Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 von 120°C gebildet. Das Flussverhältnis von
GeH4(10%)/H2 zu
SiH4(10%)/H2 wurde
allmählich
von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung
derart ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) sich von
der Seite des PET-Substrats 11 erhöht, wobei
der Fluss von GeH4(10%)/H2 ab
einem Mittelstadium unterbrochen wird. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine
optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.
-
Auf
einer oberen Oberfläche
einer nicht-dotierten a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wurde
ein a-SixC1-x-Film
mit 30 nm unter Verwendung eines SixC1-x-Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren
gebildet.
-
Auf
diesem a-SixC1-x-Film
ließ man
50 scm3 H2 und 10
scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um
diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit
einem XeCl-Excimer-Laser
wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim
Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren,
um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu
bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht 18,
dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.
-
Ein
ITO-Target-Film wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet,
um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird
Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch
Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.
-
Während dessen
wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert,
wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung
des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.
-
16 zeigt
schematisch eine Solarzelle 30, hergestellt durch eine
Technik, die im nachfolgenden Vergleichsbeispiel 1 gezeigt ist.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Zuerst
wird ein PET-Substrat 31, das die Acrylharzschicht 32 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 32 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wurde durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.
-
Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 32 wurde ein SiO2-Film
mit 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 33 zu bilden,
die später
im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al
mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 34 zu bilden. Eine
ITO-Schicht 35 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet,
um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 34 und die ITO-Schicht 35 werden
gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der
rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
-
Ein
Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W für Gleichstrom-Sputtern des
Targetsubstrats, dotiert mit Phosphor, erzeugt, um einen a-Si-Film
von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.
-
Der
gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser bis zu einem Maximum
von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte
Poly-Si-Schicht 36 zu bilden.
-
Der
Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen
Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von
einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles
Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert,
wobei eine Filmschädigung
aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird,
minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 36 wird eine untere
Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier
fungiert der Poly-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht
vom p-Typ.
-
Dann
lässt man
auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und
sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und
sobald die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 31 auf 120°C eingestellt war, wurde eine
nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 37 mit
600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 37 wurde eine optisch
aktive Schicht der Solarzelle 30.
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Auf
dieser nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 37 ließ man 50
scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und
die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei
der Entladung und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 31 200 m Torr bzw. 120°C waren.
Das Plasma wurde bei einer Leistung von 20 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film
mit 15 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.
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Beim
Bilden der Poly-Si-Schicht 36, die oben beschrieben ist,
wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser
in einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim
Maximum bestrahlt, um Kristallisation und gleichzeitig Dotierung
durchzuführen,
um eine µc-Si:H-Schicht 38 zu
bilden, wobei die Schicht 38 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht
in der Solarzelle 30 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht,
dotiert mit Phosphor, als ein Halbleiter vom n-Typ.
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Dann
wird ein ITO-Target-Film mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet,
um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird
Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 40 wurde
durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.
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17 zeigt
schematisch eine Solarzelle 50, hergestellt durch eine
Technik, die im nachfolgenden Vergleichsbeispiel 2 gezeigt ist.
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Vergleichsbeispiel 2
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Zuerst
wird ein PET-Substrat 51, das die Acrylharzschicht 52 trägt, die
darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter
der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 52 nach
oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe
auf 10–6 Torr
evakuiert und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 51 auf 120°C eingestellt.
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Auf
der oberen Oberfläche
der Acrylharzschicht 52 wurde ein SiO2-Film
mit 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 53 zu bilden,
die später
im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens
eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al
mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 54 zu bilden. Eine
ZnO;Al-Schicht 55 wird dann unter Verwendung eines Zn;Al-Targets durch Reaktivsputtern
mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden.
Diese Ag-Schicht 54 und die ZnO;Al-Schicht 55 werden
gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der
rückwärtigen Oberfläche zu dienen.
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Auf
dieser ZnO;Al-Schicht 55 lässt man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50
scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und
eine Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Entladungsdruck
und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 200 mTorr bzw. 120°C betrugen. Ein Plasma wurde
bei einer Leistung von 20 W erzeugt, um eine Phosphor-dotierte 15 nm-a-Si:H-Schicht 56 zu
bilden.
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Diese
a-Si:H-Schicht 56 wird eine Schicht mit geringer Verunreinigungszugabe
in der Solarzelle 50. Hier fungiert die Schicht als Halbleiterschicht
vom n-Typ, weil diese mit Phosphor dotiert ist.
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Auf
der Poly-Si-Schicht 56 ließ man dann 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, sobald
der Druck bei der Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und die
Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 51 auf 120°C eingestellt war, um eine nicht-dotierte
a-Si-H-Schicht 57 mit 600 nm zu bilden. Diese a-Si-H-Schicht 57 wird
eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 50.
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Auf
diese nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 57 ließ man dann
50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen,
und die Sputtervorrichtung wurde eingestellt, so dass der Druck
bei der Entladung und die Oberflächentemperatur
des PET-Substrats 11 200 mTorr bzw. 120°C waren. Ein Plasma wurde bei
einer Leistung von 20 W erzeugt, um eine a-Si-H-Schicht 58 mit
5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden. Diese a-Si-H-Schicht 58 wird
eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 50.
Da Bor hier dotiert wird, dient die Schicht als Halbleiter vom p-Typ.
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Dann
wurde ein ITO-Target-Film mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet,
um eine ITO-Schicht 59 zu bilden. Schließlich wird
Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wurde
durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.
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Im
Vergleichsbeispiel 1 scheint die gebildete µc-Si-Schicht 38 der
Solarzelle bei einer visuellen Inspektion trübe. Die Oberflächenfilmstruktur
wird zerstört,
so dass die Fflmoberfläche
das Licht streut, wie in 10 gezeigt.
Die UV-Reflexions-Charakteristika auf der Filmoberfläche belaufen
sich auf 3%. Positive Reflexions-Charakteristika durch FTIR gaben
an, dass die Si-H-Bindungen offensichtlich zerstört wurden. Somit kann geschlossen
werden, dass die Umwandlungseffizienz dieser Solarzelle in etwa
Null darstellt.
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Mit
Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Solarzelle mit derselben Struktur
wie derjenigen des Solarzellen-Modells, gebildet allein durch eine
amorphe Struktur von p+a-Si:H/a-Si:H/n+a-Si:H,
erhalten. Somit kann, mit Bezug auf 9, die Umwandlungseffizienz
mit etwa 7% abgeschätzt
werden.
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Andererseits
konnten mit den Beispielen 1, 4, 6, 7, 9 und 10 eine Solarzelle 10, ähnlich zur
Struktur des Solarzellen-Modells mit der Struktur p+µc-Si:H/a-Si:H/n+µc-Si:H,
die in 7 gezeigt ist, hergestellt werden.
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Daher
kann, mit Bezug auf 9, von der Solarzelle 10,
die in dieser Art und Weise hergestellt wurde, erwartet werden,
dass sie eine Umwandlungseffizienz von etwa 13% aufweist. Insbesondere mit
der Solarzelle 10, hergestellt in den Beispielen 4 und
10, in der die i-Schicht eine Heteroübergangsstruktur aufweisen
konnte, kann erwartet werden, dass sich die Umwandlungseffizienz
auf nicht weniger als 13% beläuft.
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In
den Beispielen 11 und 13 konnte eine Solarzelle 10 mit
derselben Struktur wie derjenigen des Solarzellen-Modells mit der
Struktur p+µc-SixC1-x:H/a-Si:H/n+µc-Si:H,
gezeigt in 8, hergestellt werden.
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Somit
kann von der Umwandlungseffizienz der Solarzelle 10, die
somit hergestellt wurde, erwartet werden, dass sie sich etwa auf
14% beläuft,
wie aus 9 ersehen werden kann. Andererseits
konnte mit der Solarzelle 10, hergestellt wie in den Beispielen
11 und 13, in der die i-Schicht eine Heteroübergangsstruktur aufweisen
konnte, von der Umwandlungseffizienz erwartet werden, dass sie sich auf
nicht weniger als 14% beläuft.
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In
den Beispielen 2, 3, 5 und 8 konnte eine derartige Solarzelle 10 mit
einer Struktur von n+µc-Si:H/a-Si:H/p+µc-Si:H,
invertiert aus der Struktur des Solarzellen-Modells, das in 7 gezeigt wird,
hergestellt werden. Daher kann von der Umwandlungseffizienz der
Solarzelle 10, die somit hergestellt wurde, erwartet werden,
dass sie höher
ist als diejenige der Solarbatterien der Vergleichsbeispiele 1 und
2.
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In
Beispiel 12 konnte eine derartige Solarzelle 10 mit einer
Struktur n+µc-Si:H/a-Si:H/p+µc-SixC1-x:H, die eine
invertierte Struktur derjenigen des Solarzellenmodells, das in 8 gezeigt
ist, darstellt, hergestellt werden. Andererseits kann mit der Solarzelle 10,
hergestellt wie in Beispiel 12, in der die i-Schicht eine Heteroübergangsstruktur
haben konnte, von der Umwandlungseffizienz erwartet werden, dass
sie weiter verbessert wird, verglichen mit derjenigen der Beispiele
2, 3, 5 oder 8.
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Die
vorliegende Erfindung kann nicht nur auf die oben beschriebene Solarzelle,
sondern auf z.B. einen Photosensor angewendet werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Durch
Bilden der polykristallinen Schicht, wie beansprucht, ist es möglich, eine
Filmzerstörung durch
Wasserstoff, enthalten in der Schicht, mit Verunreinigungszugabe,
hergestellt beim Kristallisieren durch Laserhärten, zu verhindern, um die
Schicht mit Verunreinigungszugabe in einen Polykristall mit optimaler
Kristallinität
zu bilden, und hierdurch die Umwandlungseffizienz zu verbessern.