JP2000252493A

JP2000252493A - シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000252493A
Application number: JP11050147A
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: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP4335351B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層の成膜速度を高速化することによ
って、光電変換装置の生産効率を高めるとともにその性
能をも改善する。【解決手段】シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
は、その光電変換装置に含まれる結晶質光電変換層をプ
ラズマＣＶＤ法で堆積する条件として：下地温度が５５
０℃以下であり；プラズマ反応室内の圧力が５Ｔｏｒｒ
以上であり；その反応室内に導入されるシラン系ガスに
対する水素ガスの流量が５０倍以上であり；光電変換層
の堆積終了時のプラズマ放電電力密度は１００ｍＷ／ｃ
ｍ²以上であって堆積開始時に比べて１５％の範囲内で
低減させられており、その低減は光電変換層の最終厚さ
の２０〜８０％の堆積以後において連続的または段階的
に行なわ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
製造方法とその方法に関し、特に、シリコン系薄膜光電
変換装置の低コスト化と性能改善に関するものである。
なお、本明細書において、「多結晶」と「微結晶」と
「結晶質」の用語は、薄膜光電変換装置の技術分野で通
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】薄膜光電変換装置の代表的なものとして
非晶質シリコン系太陽電池があり、非晶質光電変換材料
は通常２００℃前後の低い成膜温度の下でプラズマＣＶ
Ｄ法によって形成されるので、ガラス，ステンレス，有
機フィルム等の安価な基板上に形成することができ、低
コストの光電変換装置のための有力材料として期待され
ている。また、非晶質シリコンにおいては可視光領域で
の吸収係数が大きいので、５００ｎｍ以下の薄い膜厚の
非晶質光電変換層を用いた太陽電池において１５ｍＡ／
ｃｍ² 以上の短絡電流が実現されている。

【０００３】しかし、非晶質シリコン系材料では、Steb
ler-Wronskey効果と呼ばれるように、光電変換特性が長
期間の光照射によって低下するなどの問題を抱えてお
り、さらにその有効感度波長領域の長波長側が８００ｎ
ｍ程度までである。したがって、非晶質シリコン系材料
を用いた光電変換装置においては、その信頼性や高性能
化には限界が見られ、基板選択の自由度や低コストプロ
セスを利用し得るという本来の利点が十分には生かされ
ていない。

【０００４】これに対して、近年では、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るとい
う試みであり、太陽電池だけでなく光センサ等のさまざ
まな光電変換装置への応用が期待されている。

【０００５】これらの結晶質シリコン薄膜の形成方法と
しては、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法にて基板
上に直接堆積させるか、同様のプロセスで一旦非晶質膜
を堆積させた後に熱アニールやレーザアニールを行なう
ことによって結晶化を図るなどの方法があるが、いずれ
にしても前述のような安価な基板を用いるためには５５
０℃以下のプロセスで行なう必要がある。

【０００６】そのようなプロセスの中でも、プラズマＣ
ＶＤ法によって直接結晶質シリコン薄膜を堆積させる手
法は、プロセスの低温化や薄膜の大面積化が最も容易で
あり、しかも比較的簡便に高品質な膜が得られるものと
期待されている。このような手法で多結晶シリコン薄膜
を得る場合、高品質の結晶質シリコン薄膜を何らかのプ
ロセスで一旦基板上に形成した後に、これをシード層ま
たは結晶化制御層としてその上に成膜をすることによっ
て、比較的低温でも良質の多結晶シリコン薄膜が形成さ
れ得る。

【０００７】一方、水素でシラン系原料ガスを１０倍以
上希釈しかつプラズマ反応室内圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜
１Ｔｏｒｒの範囲内に設定してプラズマＣＶＤ法で成膜
することによって、微結晶シリコン薄膜が得られること
はよく知られており、この場合には２００℃前後の温度
でもシリコン薄膜が容易に微結晶化され得る。たとえ
ば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合からなる光電変換ユニ
ットを含む光電変換装置がAppl, Phys, Lett., Vol 65,
1994, p.860に記載されている。この光電変換ユニット
は、簡便にプラズマＣＶＤ法で順次積層されたｐ型半導
体層、光電変換層たるｉ型半導体層、およびｎ型半導体
層からなり、これらの半導体層のすべてが微結晶シリコ
ンであることを特徴としている。ところが、高品質の結
晶質シリコン膜、さらには高性能のシリコン系薄膜光電
変換装置を得るためには、従来の製法や条件の下ではそ
の成膜速度が厚さ方向で０．６μｍ／ｈｒに満たないほ
ど遅く、非晶質シリコン膜の場合と同程度かもしくはそ
れ以下でしかない。

【０００８】他方、低温プラズマＣＶＤ法で比較的高い
５Ｔｏｒｒの圧力条件の下でシリコン膜を形成した例
が、特開平４−１３７７２５に記載されている。しか
し、この事例はガラス等の基板上に直接シリコン薄膜を
堆積させたものであり、特開平４−１３７７２５に開示
された発明に対する比較例であって、その膜の品質は低
くて光電変換装置へ応用できるものではない。

【０００９】また、一般にプラズマＣＶＤ法の圧力条件
を高くすれば、プラズマ反応室内にパウダー状の生成物
やダストなどが大量に発生する。その場合、堆積中の膜
表面にそれらのダスト等が飛来して堆積膜中に取り込ま
れる危険性が高く、膜中のピンホールの発生原因とな
る。そして、そのような膜質の劣化を低減するために
は、反応室内のクリーニングを頻繁に行なわなければな
らなくなる。特に、５５０℃以下のような低温条件で成
膜する場合には、反応室圧力を高くした場合のこれらの
問題が顕著となる。しかも、太陽電池のような光電変換
装置の製造においては、大面積の薄膜を堆積させる必要
があるので、製品歩留りの低下や成膜装置維持管理ため
の労力およびコストの増大という問題を招く。

【００１０】したがって、薄膜光電変換装置をプラズマ
ＣＶＤ法を用いて製造する場合には、上述のように従来
から通常は１Ｔｏｒｒ以下の圧力条件が用いられてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のような結晶質シ
リコン系薄膜光電変換層を含む多結晶型光電変換装置に
おいては、以下のような問題がある。すなわち、多結晶
シリコンであろうと部分的に非晶質相を含む微結晶シリ
コンであろうと、それを太陽電池の光電変換層として用
いる場合には、結晶質シリコンの吸収係数を考えれば、
太陽光を十分に吸収させるためには少なくとも数μｍか
ら数十μｍもの膜厚が要求される。これは、非晶質シリ
コン光電変換層の場合に比べれば１桁弱から２桁も厚い
ことになる。

【００１２】しかるに、これまでの技術によれば、プラ
ズマＣＶＤ法によって低温で良質の結晶質シリコン系薄
膜を得るためには、温度，反応室内圧力，高周波パワ
ー，ならびにガス流量比というような種々の成膜条件パ
ラメータを検討しても、その成膜速度は非晶質シリコン
膜の場合と同程度もしくはそれ以下であって、たとえば
０．６μｍ／ｈｒ程度にしかならなかった。この問題を
言い換えれば、結晶質シリコン薄膜光電変換層は非晶質
シリコン光電変換層の何倍から何１０倍もの成膜時間を
要することになり、光電変換装置の製造工程のスループ
ットの向上が困難となって低コスト化の妨げとなる。

【００１３】上述のような従来技術の課題に鑑み、本発
明の目的は、低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シ
リコン系光電変換層の成膜速度を高めて製造工程のスル
ープットを向上させ、かつ光電変換装置の性能を改善す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン系
薄膜光電変換装置の製造方法においては、その光電変換
装置が基板上に形成された少なくとも１つの光電変換ユ
ニットを含み、この光電変換ユニットはプラズマＣＶＤ
法によって順次積層された１導電型半導体層と、結晶質
シリコン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導体層とを含
むものであり、その光電変換層をプラズマＣＶＤ法で堆
積する条件として：下地温度が５５０℃以下であり；プ
ラズマ反応室内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であり；その反
応室内に導入されるガスの主要成分としてシラン系ガス
と水素ガスを含み、かつシラン系ガスに対する水素ガス
の流量比が５０倍以上であり；プラズマ放電電力密度は
１００ｍＷ／ｃｍ²以上であり、かつ結晶質光電変換層
の堆積終了時のプラズマ放電電力密度は堆積開始時に比
べて１５％の範囲内で低減させられており、そのプラズ
マ放電電力密度の低減は結晶質光電変換層の最終厚さの
２０〜８０％まで堆積された以後において連続的または
段階的に行なわれることを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の１つの実施の形
態により製造されるシリコン系薄膜光電変換装置を模式
的な斜視図で図解している。この光電変換装置の基板２
０１にはステンレス等の金属、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。

【００１６】基板２０１上の裏面電極２１０は、下記の
薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸
着法やスパッタリング法によって形成され得る。（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。

【００１７】裏面電極２１０上には光電変換ユニット２
１１の内の１導電型半導体層２０４がプラズマＣＶＤ法
にて堆積される。この１導電型半導体層２０４として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０
１原子％以上ドープされたｎ型シリコン層、またはボロ
ンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型シリコン層な
どが用いられ得る。しかし、１導電型半導体層２０４に
関する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ｐ型シリコン層においてはアルミニ
ウム等でもよく、またシリコンカーバイドやシリコンゲ
ルマニウムなどの合金材料を用いてもよい。１導電型シ
リコン系薄膜２０４は、多結晶，微結晶，または非晶質
のいずれでもよく、その膜厚は１〜１００ｎｍの範囲内
に設定され、より好ましくは２〜３０ｎｍの範囲内に設
定される。

【００１８】結晶質シリコン系薄膜の光電変換層２０５
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、また
は微量の不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型で光電変換
効率を十分に備えているシリコン系薄膜材料が使用され
得る。また、光電変換層２０５はこれらの材料に限定さ
れず、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の
合金材料を用いてもよい。光電変換層２０５の膜厚は
０．５〜２０μｍの範囲内にあり、結晶質シリコン薄膜
光電変換層として必要かつ十分な膜厚を有している。

【００１９】結晶質シリコン系光電変換層２０５の成膜
は、通常に広く用いられている平行平板型ＲＦプラズマ
ＣＶＤ法で行なわれ得るほか、周波数が１５０ＭＨｚ以
下でＲＦ帯からＶＨＦ帯までの高周波電源を用いたプラ
ズマＣＶＤ法で行なわれてもよい。

【００２０】なお、これらのプラズマＣＶＤ法における
結晶質シリコン系光電変換層２０５の成膜温度は、上述
した安価な基板が使用され得る５５０℃以下である。

【００２１】結晶質シリコン系薄膜光電変換層２０５の
堆積時において、プラズマＣＶＤ反応室内圧力が５Ｔｏ
ｒｒ以上に設定される。そのときの高周波パワー密度は
１００ｍＷ／ｃｍ² 以上であることが好ましい。また、
反応室内に導入されるガスの主成分としてシラン系ガス
と水素ガスを含み、かつシラン系ガスに対する水素ガス
の流量比は５０倍以上にされることが好ましく、１００
倍以上にされることがさらに好ましい。

【００２２】さらに、光電変換層２０５の堆積終了時の
プラズマ放電電力密度は堆積開始時に比べて１５％の範
囲内で低減させられているのが好ましく、そのプラズマ
放電電力密度の低減は光電変換層２０５の最終厚さの２
０〜８０％まで堆積された以後において連続的または段
階的に行なわれるのが好ましい。これは、光電変換層２
０５内における結晶の成長に伴ってプラズマ放電電力密
度を最適に維持するためであり、そうすることによっ
て、得られる光電変換装置の開放電圧Ｖ_OCを高めること
ができる。また、プラズマ放電電力密度の低減は、既に
堆積された膜に対するプラズマによるダメージをさらに
低減させる効果をも生じる。

【００２３】シラン系ガスとしてはモノシラン，ジシラ
ン等が好ましいが、これらに加えて四フッ化ケイ素，四
塩化ケイ素，ジクロルシラン等のハロゲン化ケイ素ガス
を用いてもよい。また、これらに加えて希ガス等の不活
性ガス、好ましくはヘリウム，ネオン，アルゴン等を用
いもよい。以上のような結晶質シリコン系光電変換層２
０５の形成条件において、その成膜速度が１μｍ／時以
上にされ得る。

【００２４】この結晶質シリコン系薄膜光電変換層２０
５に含まれる結晶粒の多くは、下地層２０４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（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ
線回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１
１）回折ピークの強度比は１／５以下であることが好ま
しく、１／１０以下であることがより好ましい。また、
下地層である１導電型層２０４の表面形状が実質的に平
面である場合でも、光電変換層２０５の形成後のその表
面にはその膜厚よりも約１桁ほど小さい間隔の微細な凹
凸を有する表面テクスチャ構造が形成される。

【００２５】また、得られる結晶質シリコン系薄膜２０
５は、２次イオン質量分析法により求められる水素含有
量が０．５原子％以上で３０原子％以下の範囲内にある
ことが好ましく、１原子％以上で２０原子％以下の範囲
内にあることがより好ましい。

【００２６】本発明における結晶質シリコン系薄膜光電
変換層２０５の形成方法では、従来の１Ｔｏｒｒ以下の
圧力条件に比べて高圧力が用いられるので、膜中のイオ
ンダメージが極力低減できる。したがって、成膜速度を
速めるために高周波パワーを高くしたりガス流量を増加
させても、堆積膜表面でのイオンダメージが少なくて、
良質の膜が高速度で形成され得る。また、高圧力条件で
成膜を行なえば反応室内のパウダー生成による汚染が懸
念されるが、原料ガスが水素のような高熱伝導性ガスで
大量に希釈されているので、このような問題も起こりに
くい。

【００２７】さらに、以下のような理由により、本発明
では、従来法の場合に比べて高品質の結晶質シリコン系
薄膜２０５が得られる。まず、成膜速度が速いので、反
応室内に残留している酸素や窒素等の不純物原子が膜中
に取り込まれる割合が減少する。また、膜成長初期にお
ける結晶核生成時間が短いために相対的に核発生密度が
減少し、大粒径で強く結晶配向した結晶粒が形成されや
すくなる。さらに、高圧力で成膜すれば、結晶粒界や粒
内の欠陥が水素でパッシベーションされやすく、それら
の欠陥密度も減少する。

【００２８】光電変換層２０５上には、その下地層２０
４とは逆タイプの導電型半導体層２０６としてのシリコ
ン系薄膜が、プラズマＣＶＤ法によって堆積される。こ
の逆導電型シリコン系薄膜２０６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型シリコン薄膜、またはリンが０．０１
原子％以上ドープされたｎ型シリコン薄膜などが用いら
れ得る。しかし、逆導電型半導体層２０６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ｐ型シリコンにおいてはアルミニウム等でも
よく、またシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム
等の合金材料の膜を用いてもよい。この逆導電型シリコ
ン系薄膜２０６は、多結晶，微結晶，または非晶質のい
ずれでもよく、その膜厚は３〜１００ｎｍの範囲内に設
定され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定さ
れる。

【００２９】光電変換ユニット２１１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２０７が形成され、さらに
この上にグリッド電極としてＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，
Ｐｔ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形状の金属電極２０８がスパッ
タリング法または蒸着法によって形成され、これによっ
て図１に示されているような多結晶型シリコン系薄膜光
電変換装置が完成する。

【００３０】図２は、本発明のもう１つの実施の形態に
おいて製造されるタンデム型シリコン系薄膜光電変換装
置を模式的な斜視図で図解している。図２のタンデム型
光電変換装置においては、図１の場合と同様に基板４０
１上の複数の層４０２〜４０６が、図１の基板２０１上
の複数の層２０２〜２０６に対応して同様に形成され
る。

【００３１】しかし、図２のタンデム型光電変換装置に
おいては、多結晶型の光電変換ユニット４１１上に重ね
て、プラズマＣＶＤ法にて非晶質型の光電変換ユニット
４１２がさらに形成される。非晶質型光電変換ユニット
４１２は、多結晶型光電変換ユニット４１１上に順次積
層された第１導電型の微結晶または非晶質のシリコン系
薄膜４１３、実質的に真正半導体である非晶質シリコン
系薄膜光電変換層４１４、および逆導電型の微結晶また
は非晶質のシリコン系薄膜４１５を含んでいる。

【００３２】非晶質型光電変換ユニット４１２上には、
前面透明電極４０７および櫛形状金属電極４０８が図１
中の対応する要素２０７および２０８と同様に形成さ
れ、これによって図２に示されているような非晶質型／
多結晶型のタンデム型光電変換装置が完成する。

【００３３】以上述べたシリコン系薄膜光電変換装置の
一連の製造工程のうちで、スループットを向上させる上
で従来から最も大きな課題であったのは、大きな膜厚を
必要とする結晶質光電変換層（２０５，４０５）の製造
工程であったことは言うまでもない。しかしながら、本
発明によれば、その結晶質光電変換層の成膜速度が大幅
に向上し、しかも、より良質の膜が得られることから、
シリコン系薄膜光電変換装置の高性能化と低コスト化に
大きく貢献することができる。

【００３４】また、図１に示されているような多結晶型
光電変換装置において光電変換効率を高めるためには、
開放電圧Ｖ_OCを高めることが望ましいことは言うまでも
ない。本発明に従って光電変換層の堆積中にその層内の
結晶成長に応じてプラズマ放電電力密度を最適にするよ
うに減少させていくことによって、得られる光電変換装
置の開放電圧Ｖ_OCを高めることができる。

【００３５】さらに、図２に示されているような非晶質
型／多結晶型のタンデム型光電変換装置においては、相
対的に発生電流密度の低い非晶質型光電変換ユニット４
１２によって装置全体の短絡電流密度Ｊ_SCが制限されて
しまうので、装置全体として高い光電変換効率を得るた
めには、多結晶型光電変換ユニット４１１自体が発生し
得る相対的に大きなＪ_SCを少し犠牲にしてもその開放電
圧Ｖ_OCを高めることが望ましい。本発明に従えば、結晶
質光電変換層４０５の堆積中にその層内の結晶の成長に
伴ってプラズマ放電電力密度を最適にするように低減さ
せられるので、高い開放電圧Ｖ_OCを有する多結晶型光電
変換ユニット４１１が得られ、その結果としてタンデム
型光電変換装置全体の変換効率が改善され得る。また、
プラズマ放電電力密度の低減は、既に堆積された膜に対
するプラズマによるダメージをさらに低減させるという
効果も生じる。

【００３６】

【実施例】以下において、本発明の実施例の製造方法に
よるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄
膜太陽電池が、参考例の製造方法による太陽電池ととも
に説明される。

【００３７】（参考例１）まず、図１の実施の形態に類
似して、参考例１としての多結晶型シリコン薄膜太陽電
池が作製された。ガラス基板２０１上に裏面電極２１０
として、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚さ
１００ｎｍのＺｎＯ膜２０３のそれぞれがスパッタリン
グ法によって形成された。裏面電極２１０上には、厚さ
３０ｎｍでリンドープされたｎ型微結晶シリコン層２０
４、厚さ３μｍでノンドープの結晶質シリコン薄膜光電
変換層２０５、および厚さ１５ｎｍでボロンドープされ
たｐ型微結晶シリコン層２０６がそれぞれＲＦプラズマ
ＣＶＤ法により成膜され、ｎｉｐ光電変換ユニット２１
１が形成された。光電変換ユニット２１１上には、前面
電極２０７として、厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴＯ膜
がスパッタリング法にて堆積され、その上に電流取出の
ための櫛形Ａｇ電極２０８が蒸着法にて堆積された。

【００３８】結晶質シリコン薄膜光電変換層２０５は、
１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いたＲＦプラズマＣ
ＶＤ法により堆積された。そのときに用いられた反応ガ
スにおいてはシランと水素の流量比が１：１７０で混合
され、反応室の圧力は７Ｔｏｒｒに維持された。また、
放電パワー密度は３００ｍＷ／ｃｍ² であり、基板温度
は１８０℃に設定された。

【００３９】この参考例１の多結晶型シリコン薄膜太陽
電池に入射光２０９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０．５０１Ｖ、短絡電流密度が２２．９ｍ
Ａ／ｃｍ² 、曲線因子が７６．５％、そして変換効率が
８．８９％であった。

【００４０】（実施例１）実施例１においては、参考例
１に類似した多結晶型シリコン薄膜太陽電池が作製され
た。すなわち、この実施例１では、結晶質シリコン薄膜
光電変換層２０５の３０％堆積以後において、プラズマ
放電電力密度がその堆積開始時の３００ｍＷ／ｃｍ²か
ら堆積終了時の２８０ｍＷ／ｃｍ²まで一定の割合で連
続的に低減させられたことのみにおいて、参考例１の場
合と異なっている。

【００４１】この実施例１の多結晶型シリコン薄膜太陽
電池に対して参考例１の場合と同じ条件で光照射をした
ときの出力特性において、開放端電圧が０．５３４Ｖ、
短絡電流密度が２１．５ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が７
８．９％、そして変換効率が９．０６％であった。

【００４２】すなわち、上述の参考例１に比べて、この
実施例１においては短絡電流密度が少し低下しているけ
れども開放端電圧が高められているので、それらの総合
としての変換効率が明らかに改善されていることがわか
る。

【００４３】（参考例２）参考例２として、図２に対応
する非晶質型／結晶質型のタンデム型薄膜太陽電池が作
製された。この参考例２のタンデム型太陽電池に含まれ
る多結晶型光電変換ユニット４１１は、参考例１におけ
る多結晶型光電変換ユニット２１１と同じ条件で形成さ
れた。そして、その多結晶型光電変換ユニット４１１上
には、慣用的な条件と方法の下に非晶質型光電変換ユニ
ット４１２が形成された。

【００４４】このような参考例２のタンデム型太陽電池
に参考例１の場合と同じ条件で光４０９を照射したとき
の出力特性においては、開放端電圧が１．３３Ｖ、短絡
電流密度が１３．３ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が７３．６
％、そして変換効率が１３．０％であった。

【００４５】（実施例２）実施例２においては、多結晶
型光電変換ユニット４１１が実施例１と同じ条件の下で
形成されたことを除いて、参考例２と同様の条件でタン
デム型太陽電池が作製された。この実施例２のタンデム
型太陽電池に参考例２と同様の条件で光照射したときの
出力特性においては、開放端電圧が１．３８Ｖ、短絡電
流密度が１３．４ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が７３．８
％、そして変換効率が１３．６％であった。

【００４６】参考例１と２からわかるように、多結晶型
光電変換ユニット上に一般的な非晶質型光電変換ユニッ
トを積層することにより短絡電流密度が非晶質型光電変
換ユニットに支配されて１３．３ｍＡ／ｃｍ² に減少し
ている。しかし、参考例１に比べて高い開放端電圧を有
する実施例１の多結晶型光電変換ユニット上に非晶質型
光電変換ユニットを積層した実施例２においては、参考
例２に比べて高い開放端電圧が得られており、それに伴
って変換効率も明らかに改善されていることがわかる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、安価に
基板上に結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層をプラ
ズマＣＶＤ法によって低温で形成する際に従来に比べて
成膜速度を大幅に向上させることができ、しかも良好な
膜質が得られるので、シリコン系薄膜光電変換装置の高
性能化と低コスト化の両方に大きく貢献することができ
る。

【００４８】特に、結晶質光電変換層の成長中にプラズ
マ放電電力密度を最適になるように低減させていくこと
によって、最終的に得られる光電変換装置の開放端電圧
を高めることができるとともに、膜に対するプラズマに
よるダメージをさらに低減させることができる。このこ
とは、特に非晶質型／多結晶型のタンデム型シリコン系
薄膜光電変換装置の作製において有利であり、その高い
開放端電圧に基づいて装置全体としての光電変換効率が
改善され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態による多結晶型シリ
コン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。

【図２】本発明のもう１つの実施の形態による非晶質型
／多結晶型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を
示す模式的な斜視図である。

【符号の説明】

２０１，４０１：ガラス等の基板２０２，４０２：Ａｇ等の膜２０３，４０３：ＺｎＯ等の膜２０４，４０４：１導電型シリコン層２０５，４０５：結晶質シリコン光電変換層２０６，４０６：逆導電型シリコン層２０７，４０７：ＩＴＯ等の透明導電膜２０８，４０８：Ａｇ等の櫛形電極２０９，４０９：照射光２１０，４１０：裏面電極２１１，４１１：多結晶型シリコン光電変換ユニット４１２：非晶質型シリコン光電変換ユニット４１３：第１導電型シリコン層４１４：ｉ型の非晶質シリコン光電変換層４１５：逆導電型シリコン層

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の製造方法
であって、前記光電変換装置は基板上に形成された少なくとも１つ
の光電変換ユニットを含み、前記光電変換ユニットの少
なくとも１つはプラズマＣＶＤ法によって順次積層され
た１導電型半導体層と、結晶質シリコン系薄膜光電変換
層と、逆導電型半導体層とを含む多結晶型光電変換ユニ
ットであり、前記結晶質光電変換層を前記プラズマＣＶＤ法で堆積す
る条件として、下地温度が５５０℃以下であり、プラズマ反応室内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であり、前記反応室内に導入されるガスの主成分としてシラン系
ガスと水素ガスを含み、かつ前記シラン系ガスに対する
前記水素ガスの流量比が５０倍以上であり、プラズマ放電電力密度は１００ｍＷ／ｃｍ²以上であ
り、かつ前記光電変換層の堆積終了時のプラズマ放電電
力密度は堆積開始時に比べて１５％の範囲内で低減させ
られており、そのプラズマ放電電力密度の低減は前記光
電変換層の最終厚さの２０〜８０％まで堆積された以後
において連続的または段階的に行なわれることを特徴と
するシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項２】前記結晶質光電変換層は１００〜４００
℃の範囲内の下地温度の下で形成され得る体積結晶化分
率８０％以上の結晶質シリコン膜であり、０．１原子％
以上で２０原子％以下の水素を含有し、そして０．５〜
１０μｍの範囲内の膜厚を有していることを特徴とする
請求項１に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方
法。
【請求項３】前記結晶質光電変換層はその膜面に平行
に（１１０）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１または２に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製
造方法。
【請求項４】プラズマＣＶＤ法によって順次積層され
た１導電型半導体層と非晶質シリコン系薄膜光電変換層
と逆導電型半導体層とを含む非晶質型光電変換ユニット
の少なくとも１つが、前記多結晶型光電変換ユニットの
少なくとも１つ上に積層されることを特徴とする請求項
１から３のいずれかの項に記載のシリコン系薄膜光電変
換装置の製造方法。