JP2000183377A

JP2000183377A - シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000183377A
Application number: JP10358882A
Authority: JP
Inventors: Keiji Okamoto; 圭史岡本; Masashi Yoshimi; 雅士吉見
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】すべての半導体層を同一のプラズマＣＶＤチ
ャンバ内で形成しても光電変換特性を低下させずにむし
ろ向上させつつ、低コストでかつ優れた生産性を発揮し
得るシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法を提供す
る。【解決手段】シリコン系薄膜光電変換装置をプラズマ
ＣＶＤ法を利用して製造する方法は、ｎ型層１０４が２
〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成され、ｉ型の結晶質シ
リコン系光電変換層１０５が０．０３６〜０．３６μｍ
／ｈｒの範囲内の堆積速度で５〜２０分の範囲内の時間
だけ堆積された後に１μｍ／ｈｒ以上の堆積速度で最終
的に１〜５μｍの範囲内の厚さまで堆積され、さらに、
ｐ型層１０６が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成さ
れ、これらのｎ型層、ｉ型光電変換層、およびｐ型層が
同一のプラズマＣＶＤ反応室内で引き続いて形成される
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置の
製造方法に関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の
性能を低下させずにむしろ向上させつつその生産のコス
トと効率を改善し得る製造方法に関するものである。な
お、本願明細書において「多結晶」、「微結晶」、およ
び「結晶質」の用語は、薄膜光電変換装置の技術分野に
おいて通常用いられているように、部分的に非晶質状態
を含むものをも意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】近年、たとえば多結晶シリコンや微結晶
シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した
光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これら
の開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質
シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低
コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、
太陽電池だけでなくて光センサ等の様々な光電変換装置
への応用が期待されている。

【０００３】従来から、太陽電池の生産装置としては、
図３のブロック図に示されているように複数の膜堆積室
（チャンバとも呼ばれる）を直線状に連結したインライ
ン方式、または図４のブロック図に示されているように
中央に中間室を設けてその周りに複数のチャンバを配置
するマルチチャンバ方式が採用されている。なお、非晶
質シリコン太陽電池に関しては、簡便な方法としてすべ
ての半導体層を同一のチャンバ内で形成するといういわ
ゆるシングルチャンバ方式も従来から用いられている。
しかし、ｐ型層とｎ型層にドープされる導電型決定不純
物原子が他の異なる種類の半導体層に混入することを防
止するために、それぞれの半導体層を形成する前に、た
とえば水素等のパージガスによる１時間のガス置換のよ
うに、チャンバ内の十分なガス置換を行なう必要があ
る。また、そのようなガス置換処理を施しても非晶質シ
リコン太陽電池の良好な性能を得ることができなかった
ために、シングルチャンバ方式はあくまでも実験的用途
のみに使用されている。さらに、非晶質シリコン太陽電
池では１導電型層、光電変換層、および逆導電型層のす
べてを一度も大気に晒すことなく真空プロセス中で連続
的に形成する必要があるため、工業的には上述のインラ
イン方式やマルチチャンバ方式が用いられている。

【０００４】たとえば、基板側からｎ層、ｉ層およびｐ
層が順次積層されるｎｉｐ型太陽電池の場合、図３のイ
ンライン方式では、ｎ層を形成するためのｎ層堆積室３
ｎ、光電変換層を形成するためのｉ層堆積室３ｉ₁ 〜３
ｉ₆ 、およびｐ層を形成するためのｐ層堆積室３ｐが連
続して連結された構造が用いられる。この場合に、ｎ層
とｐ層はｉ層に比べて薄くて成膜時間が格段に短いの
で、生産効率を上げるために通常は複数のｉ層堆積室が
連結されるのが一般的であり、ｎ層およびｐ層の成膜時
間が律速状態になるまではｉ層堆積室の数が増えるほど
生産性が向上する。しかし、このインライン方式では、
最もメンテナンスが必要とされるｉ層堆積室を複数含ん
でいるので、１つのｉ層堆積室でもそのメンテナンスが
必要となった場合にその生産ライン全体が停止させられ
るという難点がある。

【０００５】他方、図４のマルチチャンバ方式は、膜が
堆積されるべき基板が中間室４ｍを経由して各膜堆積チ
ャンバ４ｎ，４ｉ₁ 〜４ｉ₄ ，４ｐに移動させられる方
式である。そして、それぞれのチャンバと中間室との間
には気密を維持し得る可動仕切りが設けられているの
で、ある１つのチャンバに不都合が生じた場合でも他の
チャンバは使用可能であり、生産が全体的に停止させら
れるということはない。しかし、このマルチチャンバ方
式の生産装置は、中間室４ｍと各チャンバ４ｎ，４ｉ₁
〜４ｉ₄ ，４ｐとの間の気密性を維持しつつ基板を移動
させる機構が複雑であって高価であり、また、中間室４
ｍの周りに配置されるチャンバの数が空間的に制限され
るという問題があるので、実際の生産方式としてはあま
り用いられていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法においては、光
電変換装置の特性を低下させることなく低コストでかつ
効率よく生産することができない。これは、光電変換ユ
ニットに含まれる光電変換層と導電型層との界面を大気
に晒せばその光電変換装置の性能が低下するという問題
があるために、その光電変換ユニットに含まれるすべて
の半導体層を一度も大気に晒すことなく真空プロセス中
で連続的に形成することが必要とされているからであ
る。また、異なる種類の半導体層を別々のチャンバで形
成するために、複数のチャンバを有する生産設備が必要
とされるからである。

【０００７】他方、ｎ層、ｉ層、およびｐ層のすべてを
単一の同じプラズマ反応室内で連続して成膜する場合、
その反応室内の放電電極などに付着したリンなどのｎ型
ドーパントがｉ層へ拡散することが問題となる。すなわ
ち、ｉ層中において拡散したｎ型ドーパントによって影
響されたｎ型影響領域はそれに隣接するｎ層を補間する
役目を果たすが、光電変換には寄与しない。したがっ
て、ｉ層が十分な光電変換機能を果たすためにはｎ型影
響領域の厚さを補うようにｉ層全体を厚くしなければな
らず、その膜厚の増大に伴う電気抵抗の増加やドーパン
トによる光吸収などの悪影響が生じる。

【０００８】このような従来技術の課題に鑑み、本発明
は、すべての半導体層を同一のチャンバ内で形成しても
光電変換装置の性能を低下させずにむしろ向上させつ
つ、低コストでかつ優れた生産性を発揮し得るシリコン
系薄膜光電変換装置の製造方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においてプラズマ
ＣＶＤ法を利用してシリコン系薄膜光電変換装置を製造
する方法は、ｎ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形
成され、ｉ型の結晶質シリコン系光電変換層が０．０３
６〜０．３６μｍ／ｈｒの範囲内の堆積速度で５〜２０
分の範囲内の時間だけ堆積された後に１μｍ／ｈｒ以上
の堆積速度で最終的に１〜５μｍの範囲内の厚さまで堆
積され、さらに、ｐ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さ
に形成され、それらのｎ型層、ｉ型光電変換層、および
ｐ型層が同一のプラズマＣＶＤ反応室内で引き続いて形
成されることを特徴としている。

【００１０】すなわち、本発明者たちは、上述の従来技
術における課題を解決すべく検討を重ねた結果、半導体
接合を構成するすべての半導体層をプラズマＣＶＤ法に
て低温で形成するシリコン系薄膜光電変換装置におい
て、ｎ層とｐ層の厚さが十分に薄くてｉ層の厚みが特定
の範囲内にある場合に、すべての半導体層を同一チャン
バ内で連続して成膜しても良好な性能を有する光電変換
装置が得られることを見出したのである。特に、ｉ層の
成膜速度をその成膜初期からの時間に依存して最適に制
御することによって、より一層良好な性能を有する光電
変換装置が得られる。これによって、ｎ層、ｉ層、およ
びｐ層をそれぞれ別々のチャンバで形成する必要がなく
なり、基板の加熱昇温、冷却、およびチャンバ間の搬送
の時間をなくすことができ、光電変換装置の生産のコス
トと効率が著しく改善されることになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１の模式的な斜視図を参照し
て、本発明の実施の形態の１例として製造されるシリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明する。この装置の基板１０
１としては、ステンレス等の金属、ポリイミド等の低膨
張率を有する有機フィルム、または低融点の安価なガラ
ス等が用いられ得る。

【００１２】基板１０１上の電極１１０は、下記の薄膜
（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば真空蒸
着法やスパッタ法によって裏面電極堆積チャンバ内で形
成される。なお、図１において光１０９は上方から入射
されるように描かれているが、これは下方から入射され
るようにされてもよく、その場合には、電極１１０は金
属薄膜を含まない。（Ａ）Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる層を含む金属薄膜。（Ｂ）ＩＴＯ、ＳｎＯ₂ およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる層を含む透明導電性
薄膜。

【００１３】裏面電極１１０が形成された基板１０１は
裏面電極堆積チャンバから取出されて図２に示されてい
るようにｎ型、ｉ型およびｐ型の半導体層の形成のため
に共通な単一の膜堆積チャンバ２ｎｉｐ内に移され、光
電変換ユニット１１１に含まれるｎ型半導体層１０４が
プラズマＣＶＤ法により堆積される。このときの電極堆
積チャンバと半導体層堆積チャンバとの間における基板
の移送は、大気中で行なわれても何ら問題は生じない。
ｎ型半導体層１０４としては、たとえば導電型決定不純
物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ
型微結晶シリコン系薄膜などが用いられ得る。しかし、
ｎ型層１０４に関するこれらの条件は限定的なものでは
なく、微結晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲル
マニウム等の合金材料の層を用いてもよい。ｎ型微結晶
シリコン系薄膜１０４の厚さは２〜５０ｎｍの範囲内に
設定され、より好ましくは５〜３０ｎｍの範囲内に設定
される。

【００１４】ｎ型半導体層１０４上には、光電変換層１
０５として、結晶質を含むシリコン系薄膜が同一のチャ
ンバ２ｎｉｐ内でプラズマＣＶＤ法によって４００℃以
下の下地温度のもとで形成される。この光電変換層１０
５としては、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体
積結晶化分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、あ
るいは微量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変
換機能を十分に備えている結晶質シリコン系薄膜が使用
され得る。また、光電変換層１０５はこれらに限定され
ず、合金材料であるシリコンカーバイドやシリコンゲル
マニウム等の膜を用いてもよい。

【００１５】光電変換層１０５の膜厚は１〜５μｍの範
囲内で、より好ましくは１〜４μｍの範囲内に設定さ
れ、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層として必要
かつ十分な厚さにされる。光電変換層１０５は４００℃
以下という低温で形成されるので、結晶粒界や粒内にお
ける欠陥を終端または不活性化させる水素原子を多く含
み、その好ましい水素含有量は０．５〜３０原子％の範
囲内であり、より好ましくは１〜２０原子％の範囲内に
ある。

【００１６】シリコン系薄膜光電変換層１０５に含まれ
る結晶粒の多くは下地層から上方に柱状に延びて成長し
ている。これらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１
０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折における（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
は１／５以下であり、１／１０以下であることがより好
ましい。

【００１７】光電変換層１０５を堆積する際、その直前
に同一チャンバ２ｎｉｐ内でｎ層１０４を堆積している
ので、チャンバ壁面やプラズマ放電電極などに付着した
不要な膜からのリン原子の拡散によって、光電変換層１
０５内の最初の堆積部分はｎ型になる。このようなｎ型
ドーパントの拡散は、成膜したｉ層１０５全体の厚みに
はあまり関係がなく、ｉ層１０５の堆積初期からのプラ
ズマ継続時間によって影響を受ける。

【００１８】具体的には、ｎ層１０４を形成した後にｉ
層１０５を形成するためにプラズマを発生させた場合、
ｎ層１０４を形成した際に放電電極部などに付着した不
要な膜がそのプラズマに晒されることによってｎ型ドー
パントが雰囲気中へ拡散してくる。このｎ型ドーパント
の拡散はｉ層１０５の堆積初期の５〜２０分間続き、そ
の間に形成されたｉ層が影響を受けてｎ型影響領域とな
る。したがって、ｉ層１０５の堆積初期の成膜速度を上
げれば上げるほど、ドーパントの影響を受ける領域の厚
さが増大する。前述のように、このｎ型影響領域はｎ層
１０４を補間する役目を果たすが、光電変換には寄与し
ない。また、ｉ層１０５の初期成膜速度が速くなればこ
のｎ型影響領域が厚くなってｉ層全体の厚さも厚くしな
ければならず、その膜厚の増大に伴う電気抵抗の増加や
ドーパントによる光吸収などの悪影響が生じる。

【００１９】したがって、ｉ層１０５の堆積時に初めの
５〜２０分は低速で成膜することが非常に重要になる。
他方、ｉ層１０５の成膜速度が低すぎれば、その前に形
成したｎ層１０４にプラズマによるダメージが生じる。
たとえば、ｎ層１０４の堆積の完了後に水素プラズマの
みを５分間発生させた後にｉ層１０５を成膜した場合に
は、ｎ層１０４が水素プラズマによってエッチングされ
るために、完成した光電変換装置において良好な光電変
換効率を得ることができない。

【００２０】このような状況からして、ｉ層１０５の初
期成膜速度は０．０３６〜０．３６μｍ／ｈｒの範囲内
にあることが好ましく、０．０５〜０．２μｍ／ｈｒの
範囲内にあることがより好ましい。また、ｉ層１０５の
うちでこのように遅い初期成膜速度で堆積される部分の
厚さは３００ｎｍ以下であることが好ましい。なぜなら
ば、低速で堆積された膜はその堆積条件を最適化するこ
とによって高速で堆積された膜と比べて遜色のない品質
を有することが可能であるが、その領域の成膜に時間が
かかってスループットが小さくなり、光電変換装置の生
産性を低下させるからである。したがって、ｉ層１０５
の堆積の初期に低速度の成膜を行なう時間は５〜２０分
の範囲内であることが好ましく、５〜１０分の範囲内に
あることがさらに好ましい。

【００２１】なお、ｎ層１０４と光電変換層１０５との
間には、光電変換層１０５の結晶配向を強めるために、
極めて薄い非晶質シリコン層やシリコン酸化膜層（図示
せず）が形成されてもよい。このような中間介在層の厚
みは０．５〜５０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、
１〜５ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。

【００２２】光電変換層１０５上には、ｐ型層１０６が
同一のチャンバ２ｎｉｐ内で形成される。このｐ型層１
０６としては、たとえば導電型決定不純物原子であるボ
ロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質シリ
コン薄膜などが用いられ得る。しかし、ｐ型層１０６に
ついてのこれらの条件は限定的なものではなく、不純物
原子としてはたとえばアルミニウム等でもよく、また非
晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム
等の合金材料の層を用いてもよい。ｐ型層１０６の厚さ
は２〜５０ｎｍの範囲内にあり、２〜１０ｎｍの範囲内
にあることがより好ましい。なお、ｐ型層１０６は非晶
質薄膜に限られず、微結晶のシリコン系薄膜や合金系薄
膜であってもよく、また異なる複数の薄膜の積層であっ
てもよい。

【００２３】なお、プラズマＣＶＤチャンバ２ｎｉｐ内
に新しい基板を挿入してからｎ層１０４を成膜する直前
およびｉ層１０５を成膜する直前に水素ガスなどのパー
ジガスをチャンバ内に流すことによってチャンバのクリ
ーニングを行なってもよいが、クリーニング時間が長く
なれば生産性を損なうので、その時間は約２０分以内が
好ましい。

【００２４】光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ、
ＳｎＯ₂ 、ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜１０７と、さらにこの上に
グリッド電極としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ等から選択された少なくとも１以上の金属また
はこれらの合金の層を含む櫛型状の金属電極１０８とが
スパッタ法または真空蒸着法によって形成され、これに
よって図１に示されたような光電変換装置が完成する。
なお、図１において光１０９は上方から入射されるよう
に描かれているが、これは下方から入射されるようにさ
れてもよく、その場合には金属電極１０８は櫛型状であ
る必要はなく、また、透明導電膜１０７を省略して逆導
電型層１０６を覆うように形成されてもよい。

【００２５】

【実施例】以下において、本発明の一実施例によるシリ
コン系薄膜光電変換装置の製造方法が、比較例としての
光電変換装置の製造方法とともに説明される。

【００２６】（比較例１）図１を参照して説明された実
施の形態に類似して、非晶質タイプのシリコン薄膜太陽
電池が、比較例１としての製造方法により作製された。
まず、ガラス基板１０１上に、裏面電極１１０として、
厚さ３００ｎｍのＡｇ膜１０２とその上の厚さ１００ｎ
ｍのＺｎＯ膜１０３のそれぞれがスパッタ法にて形成さ
れた。その後、基板は半導体層形成用チャンバ２ｎｉｐ
に移され、裏面電極１１０上には、厚さ１０ｎｍでリン
ドープされたｎ型微結晶シリコン層１０４、厚さ３００
ｎｍでノンドープの非晶質シリコン光電変換層１０５、
および厚さ８ｎｍでボロンドープされたｐ型微結晶シリ
コン層１０６がそれぞれプラズマＣＶＤ法により成膜さ
れ、ｎｉｐ型光電変換ユニット１１１が形成された。な
お、このｉ層１０５の成膜前には、チャンバ２ｎｉｐ内
のガスが一旦真空排気された後に、３分間にわたって１
００ｓｃｃｍの流量の水素ガスで置換された。他方、ｐ
層１０６の成膜前には、チャンバ２ｎｉｐ内のガスが一
旦真空排気されただけであり、水素による置換は行なわ
れなかった。そして、光電変換ユニット１１１上には、
前面電極１０７として、厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴ
Ｏ膜がスパッタ法にて堆積され、その上に電流取出しの
ための櫛型Ａｇ電極１０８が真空蒸着法によって形成さ
れた。

【００２７】ｎ型微結晶シリコン層１０４は、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。
すなわち、反応ガスの流量としてはシランが５ｓｃｃ
ｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０
５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定さ
れた。また、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ² であ
り、成膜温度は２００℃であった。これと同一の成膜条
件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型
微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであっ
た。さらに、このｎ型微結晶シリコン層１０４上に形成
される非晶質シリコン光電変換層１０５は、成膜温度１
５０℃のもとでＲＦプラズマＣＶＤ法により堆積され
た。このとき、反応ガスにはシランが用いられ、チャン
バ２ｎｉｐ内圧力は０．３Ｔｏｒｒにされた。これと同
一の成膜条件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００
ｎｍのｉ型非晶質シリコン膜の暗導電率は５×１０^-10
Ｓ／ｃｍであった。また、このｉ型非晶質シリコン層１
０５の成膜速度は０．３６μｍ／ｈｒであった。

【００２８】この比較例１において製造された太陽電池
の入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃ
ｍ² の光量で照射したときの出力特性においては、開放
端電圧が０．８３０Ｖ、短絡電流密度が１６．３ｍＡ／
ｃｍ² 、曲線因子が５０．３％、そして変換効率が６．
８３％であった。

【００２９】（比較例２）図１を参照して説明された実
施の形態に類似して、多結晶タイプのシリコン薄膜太陽
電池が、比較例２としての製造方法により作製された。
チャンバ２ｎｉｐ内において、ｎ型微結晶シリコン層１
０４、多結晶シリコン光電変換層１０５、およびｐ型微
結晶シリコン層１０６が、この順序でそれぞれプラズマ
ＣＶＤ法によって成膜され、ｎｉｐ接合が形成された。
ｎ型微結晶シリコン層１０４とｐ型微結晶シリコン層１
０６は、比較例１と同様に作製された。しかし、多結晶
シリコン光電変換層１０５の形成においては、反応ガス
としてシランと水素が用いられ、シラン／水素の比率は
１／１８にされ、チャンバ２ｎｉｐ内圧力は１．０Ｔｏ
ｒｒに設定された。また、ＲＦパワー密度は１５ｍＷ／
ｃｍ² であり、成膜温度は４００℃に設定された。この
ときのｉ層１０５の成膜速度は、０．３μｍ／ｈｒであ
った。

【００３０】なお、この比較例２においても比較例１の
場合と同様に、ｉ層１０５の成膜前にはチャンバ２ｎｉ
ｐ内のガスが一旦真空排気された後に３分間にわたって
１００ｓｃｃｍの流量の水素ガスで置換された。また、
ｐ層１０６の成膜前には、チャンバ２ｎｉｐ内のガスが
一旦真空排気されただけであり、水素による置換は行な
われなかった。

【００３１】この比較例２によって形成された多結晶シ
リコン光電変換層１０５において、２次イオン質量分析
法から求められた水素含有量は４原子％であり、Ｘ線回
折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回
折ピークの強度比は１／９であった。

【００３２】このような比較例２の製造方法により得ら
れた太陽電池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１
００ｍＷ／ｃｍ² の光量で照射したときの出力特性にお
いては、開放端電圧が０．４６７Ｖ、短絡電流密度が２
６．５ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が６５．４％、そして変
換効率が８．０９％であった。

【００３３】（参考例）図１を参照して説明された実施
の形態に類似して、多結晶タイプのシリコン薄膜太陽電
池が参考例としての製造方法により作製された。チャン
バ２ｎｉｐ内において、ｎ型微結晶シリコン層１０４、
多結晶シリコン光電変換層１０５、およびｐ型微結晶シ
リコン層１０６が、この順序でそれぞれプラズマＣＶＤ
法によって成膜され、ｎｉｐ接合が形成された。ｎ型微
結晶シリコン層１０４とｐ型微結晶シリコン層１０６
は、比較例１と同様に作製された。しかし、多結晶シリ
コン光電変換層１０５の形成においては、反応ガスとし
てシランと水素が用いられ、シラン／水素の比率は１／
１２０にされ、チャンバ２ｎｉｐ内圧力は５．０Ｔｏｒ
ｒに設定された。また、ＲＦパワー密度は１２０ｍＷ／
ｃｍ² であり、成膜温度は４００℃に設定された。この
ときのｉ層１０５の成膜速度は、１．４μｍ／ｈｒであ
った。

【００３４】なお、この参考例においても比較例１の場
合と同様に、ｉ層１０５の成膜前にはチャンバ２ｎｉｐ
内のガスが一旦真空排気された後に、３分間にわたって
１００ｓｃｃｍの流量の水素ガスで置換された。また、
ｐ層１０６の成膜前には、チャンバ２ｎｉｐ内のガスが
一旦真空排気されただけであり、水素による置換は行な
われなかった。

【００３５】その後、前面電極１０７，１０８が、比較
例１の場合と同様に作製された。この参考例において形
成された多結晶シリコン光電変換層１０５において、２
次イオン質量分析法から求めた水素含有量は４原子％で
あり、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに対する
（１１１）回折ピークの強度比は１／９であった。

【００３６】このような参考例の製造方法による太陽電
池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／
ｃｍ² の光量で照射したときの出力特性においては、開
放端電圧が０．５２２Ｖ、短絡電流密度が２６．９ｍＡ
／ｃｍ² 、曲線因子が７３．４％、そして変換効率が１
０．３％であった。

【００３７】（実施例）図１を参照して説明された実施
の形態に対応して、多結晶タイプのシリコン薄膜太陽電
池が実施例としての製造方法により作製された。この実
施例において、ｉ層１０５がその堆積初期の１０分間に
わたって０．０５μｍ／ｈｒの速度で成膜されたことを
除いて、参考例と同じ条件の下に光電変換装置が作製さ
れた。なお、ｉ層１０５の堆積初期における遅い成膜速
度の制御は、反応ガスの流量とＲＦパワー密度を低減さ
せることによって行なわれた。

【００３８】このような実施例の製造方法により得られ
た太陽電池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１０
０ｍＷ／ｃｍ²の光度で照射したときの出力特性におい
ては、開放端電圧が０．５２３Ｖ、短絡電流密度が２
７．６ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７３．６％、そして変
換効率が１０．６％であった。

【００３９】以上のことから、本発明の実施例による太
陽電池は先行技術による比較例１および２の太陽電池に
比べて明らかに優れた光電変換特性を有していることが
わかる。また、参考例による太陽電池においてはｉ層１
０５が高い反応ガス圧の下で高速で形成されているの
で、ｉ層全体におけるリンの含有濃度が低くなっている
ために、そのドーパントによる光電変換特性の悪影響が
低減され、比較例に比べてはるかに優れた光電変換特性
を有していることがわかる。しかし、参考例においては
ｉ層１０５が初めから高速で堆積されるので、ｎ型影響
領域が厚くなり、その結果として、実施例に比べて短絡
電流密度が減少して変換効率が少し劣っているものと考
えられる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、すべて
の半導体層を同一のプラズマＣＶＤチャンバ内で形成し
ても光電変換特性を低下させずにむしろ向上させつつ、
低コストでかつ優れた生産性を発揮し得るシリコン系薄
膜光電変換装置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例によるシリコン系薄
膜光電変換装置の製造方法を説明するための模式的な斜
視図である。

【図２】本発明の実施の形態の一例によるシリコン系薄
膜光電変換装置の製造方法に用いられるプラズマＣＶＤ
装置を示す模式的なブロック図である。

【図３】従来の光電変換装置の製造方法に用いられるイ
ンライン方式の製造装置を示す模式的なブロック図であ
る。

【図４】従来の光電変換装置の製造方法に用いられるマ
ルチチャンバ方式の製造方法を示す模式的なブロック図
である。

【符号の説明】

１０１：ガラス等の基板１０２：Ａｇ等の膜１０３：ＺｎＯ、ＩＴＯ等の膜１０４：たとえばｎ型の微結晶シリコン層１０５：ｉ型のシリコン光電変換層１０６：たとえばｐ型の微結晶シリコン層１０７：ＩＴＯ等の透明導電膜１０８：Ａｇ等の櫛型電極１０９：照射光２ｎｉｐ：ｎ層、ｉ層およびｐ層を形成するための単一
のプラズマＣＶＤチャンバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン系薄膜光電変換装置をプラズマ
ＣＶＤ法を利用して製造する方法であって、ｎ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成され、ｉ型の結晶質シリコン系光電変換層が０．０３６〜０．
３６μｍ／ｈｒの範囲内の堆積速度で５〜２０分の範囲
内の時間だけ堆積された後に１μｍ／ｈｒ以上の堆積速
度で最終的に１〜５μｍの範囲内の厚さまで堆積され、さらに、ｐ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成さ
れ、前記ｎ型層、前記ｉ型光電変換層、および前記ｐ型層が
同一のプラズマＣＶＤ反応室内で引き続いて形成される
ことを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置の製造方
法。
【請求項２】前記結晶質シリコン系光電変換層の堆積
時において、原料ガスはシランおよびジシランの少なく
とも一方を含むシラン系ガスと水素とを含み、シラン系
ガス／水素の流量比が１／１００〜１／５００の範囲内
にあることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置
の製造方法。
【請求項３】前記光電変換層はその膜面に平行に（１
１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における
（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの
強度比が１／５以下であることを特徴とする請求項２に
記載の光電変換装置の製造方法。