JP2000273643A - Plasma cvd device and production of silicon thin film photoelectric transferring device - Google Patents

Plasma cvd device and production of silicon thin film photoelectric transferring device

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JP2000273643A
JP2000273643A JP11081619A JP8161999A JP2000273643A JP 2000273643 A JP2000273643 A JP 2000273643A JP 11081619 A JP11081619 A JP 11081619A JP 8161999 A JP8161999 A JP 8161999A JP 2000273643 A JP2000273643 A JP 2000273643A
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JP
Japan
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electrode
gas
photoelectric conversion
silicon
film
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Application number
JP11081619A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Yamamoto
憲治 山本
Hiroko Tawada
裕子 多和田
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma CVD device capable of forming a thin film uniform in film thickness and film quality, particularly a crystalline silicon thin film on the substrate to be treated at a high speed. SOLUTION: This device is provided with a reaction vessel having an exhausting member, a 1st electrode 3 arranged in the reaction vessel and holding the substrate 9 to be treated, a hollow 2nd electrode 5 arranged oppositely to the 1st electrode, a gas introducing means for introducing reaction gas into the 2nd electrode and a power source for applying electric power on the 2nd electrode. The hollow 2nd electrode is arranged in such a manner that plural gas blow-off tubes 61, 62 and 63, in which many holes are opened at the parts opposite to the 1st electrode are arranged at prescribed intervals with each other, also, as each gas blow-off tube, as the gas blow-off tube having a big hole, it is situated at the 1st electrode side, and, moreover, they are arranged in such a manner that, based on the gas blow-off tube having the biggest hole, the hole corresponds to the holes of the other gas blow-off tubes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマCVD装
置およびこのプラズマCVD装置を用いて結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換層を成膜する工程を含むシリコン系薄
膜光電変換装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD apparatus and a method for manufacturing a silicon-based thin film photoelectric conversion apparatus including a step of forming a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer using the plasma CVD apparatus.

【0002】なお、本明細書において、「結晶質」と
「微結晶」の用語は、部分的に非晶質状態を含むものを
も意昧するものとする。
[0002] In the present specification, the terms "crystalline" and "microcrystal" are intended to include those partially including an amorphous state.

【0003】[0003]

【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知られている。この太陽電
池に用いられる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CVD法によって形成
できるため、基板としてガラス、ステンレス、有機フィ
ルム等の安価なものを使用できる。その結果、非晶質光
電変換材料は、低コストの光電変換装置を製造するのた
めの有力材料として期待されている。また、非晶質シリ
コンは可視光領域での吸収係数が大きいため、500n
m以下の薄い膜厚の非晶質シリコンからなる光電変換層
を有する太陽電池において15mA/cm2以上の短絡
電流が実現されている。
2. Description of the Related Art An amorphous silicon solar cell is known as a typical thin film photoelectric conversion device. Since the amorphous photoelectric conversion material used for this solar cell can be formed by a plasma CVD method under a low film formation temperature of about 200 ° C., inexpensive materials such as glass, stainless steel, and organic films can be used as the substrate. . As a result, an amorphous photoelectric conversion material is expected as a leading material for manufacturing a low-cost photoelectric conversion device. Further, since amorphous silicon has a large absorption coefficient in the visible light region, 500 n
A short-circuit current of 15 mA / cm 2 or more has been realized in a solar cell having a photoelectric conversion layer made of amorphous silicon having a thin film thickness of not more than m.

【0004】しかしながら、非晶質シリコン系材料は長
期間の光照射を受けると、Stebler-Wronsky効果により
光電変換特性が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が800nm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。
However, amorphous silicon-based materials suffer from problems such as deterioration of photoelectric conversion characteristics due to the Stebler-Wronsky effect when exposed to light for a long period of time. It is.
Therefore, in a photoelectric conversion device using an amorphous silicon-based material, its reliability and high performance are limited, and the inherent advantages of the freedom of substrate selection and the use of a low-cost process are sufficient. Has not been utilized.

【0005】このようなことから、近年、例えば多結晶
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] For these reasons, in recent years, photoelectric conversion devices using thin films containing crystalline silicon such as polycrystalline silicon and microcrystalline silicon have been vigorously developed. These developments attempt to achieve both low-cost and high-performance photoelectric conversion devices by forming high-quality crystalline silicon thin films on low-cost processes on inexpensive substrates. It is expected to be applied to various photoelectric conversion devices.

【0006】結晶質シリコン薄膜の形成方法としては、
例えばCVD法やスパッタリング法にて基飯上に直接堆
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知られている。いずれの方
法においても前述した安価な基板を用いるためには成膜
時の温度を550℃以下にする必要がある。
As a method of forming a crystalline silicon thin film,
For example, a method of directly depositing on a substrate by CVD or sputtering, or a method of crystallizing by once depositing an amorphous film by a similar process and then performing thermal annealing or laser annealing is known. ing. In any method, in order to use the inexpensive substrate described above, the temperature at the time of film formation needs to be 550 ° C. or less.

【0007】ところで、前記各成膜プロセスの中でも、
プラズマCVD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、しかも比較的簡便なプロセスで高品質
な結晶質薄膜が得られるものと期待されている。
By the way, in each of the film forming processes,
The method of directly depositing a crystalline silicon thin film by the plasma CVD method is the easiest to lower the temperature of the process and increase the area of the thin film, and it is expected that a high-quality crystalline thin film can be obtained by a relatively simple process. Have been.

【0008】プラズマCVD法は、一般に排気管および
反応ガスの導入管を有する反応容器内に第1、第2の電
極を互いに対向して配置した構造のプラズマCVD装置
が用いられる。このようなCVD装置において、前記電
極のいずれか一方に成膜される基板を保持し、前記導入
管から所定の反応ガス(例えばシラン系ガスを含むガ
ス)を反応容器内に導入すると共に前記排気管を通して
排気して反応容器内を所定の真空度にした後、前記電極
間に所望の電力を供給してそれら電極間にプラズマを発
生させて前記反応ガスを分解することにより前記基板上
に所定の膜(例えばシリコン薄膜)を成膜する。
In the plasma CVD method, a plasma CVD apparatus having a structure in which first and second electrodes are arranged opposite to each other in a reaction vessel having an exhaust pipe and a reaction gas introduction pipe is generally used. In such a CVD apparatus, a substrate on which one of the electrodes is to be formed is held, a predetermined reaction gas (for example, a gas containing a silane-based gas) is introduced into the reaction vessel from the introduction pipe, and the gas is exhausted. After evacuation through a tube to make the inside of the reaction vessel a predetermined degree of vacuum, a desired electric power is supplied between the electrodes to generate plasma between the electrodes to decompose the reaction gas, thereby forming a predetermined gas on the substrate. (For example, a silicon thin film) is formed.

【0009】プラズマCVDの手法により多結晶シリコ
ン薄膜を形成する場合、結晶質を含む高品質シリコン薄
膜を予め基板上に形成した後、前記薄膜をシード層また
は結晶化制御層としてその上にプラズマCVD法により
成膜をすることによって、比較的低温で良質の多結晶シ
リコン薄膜を形成することが可能になる。
When a polycrystalline silicon thin film is formed by a plasma CVD method, a high-quality silicon thin film containing a crystalline material is formed on a substrate in advance, and then the thin film is used as a seed layer or a crystallization control layer. By forming a film by the method, a high-quality polycrystalline silicon thin film can be formed at a relatively low temperature.

【0010】一方、プラズマCVD法において反応容器
に水素でシラン系原料ガスを10倍以上希釈した反応ガ
スを導入すると共に、反応容器内圧力を10mTorr
〜1Torrの範囲に設定して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、200℃前後の温度でも容易に微結晶化されたシリ
コン薄膜を形成できる。
On the other hand, in a plasma CVD method, a reaction gas obtained by diluting a silane-based source gas by 10 times or more with hydrogen is introduced into a reaction vessel, and the pressure inside the reaction vessel is set to 10 mTorr.
By forming a film in the range of ~ 1 Torr,
It is well known that a microcrystalline silicon thin film can be obtained, and a microcrystalline silicon thin film can be easily formed even at a temperature of about 200 ° C.

【0011】例えば、Appl, Phys, Lett., Vol. 65, 19
94, p.860には微結晶シリコンの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開示されている。
この光電変換ユニットは、プラズマCVD法により順次
積層されたp型半導体層、光電変換層であるi型半導体
層およびn型半導俸層からなり、これらの半導体層のす
べてが微結晶シリコンである。しかしながら、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
あるという問題があった。
For example, Appl, Phys, Lett., Vol. 65, 19
94, p. 860 discloses a photoelectric conversion device including a photoelectric conversion unit composed of a microcrystalline silicon pin junction.
This photoelectric conversion unit is composed of a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer serving as a photoelectric conversion layer, and an n-type semiconductive layer which are sequentially stacked by a plasma CVD method, and all of these semiconductor layers are microcrystalline silicon. . However, in order to obtain a high-quality crystalline silicon film and further a high-performance silicon-based thin film photoelectric conversion device, the film formation rate is so slow as to be less than 0.6 μm / hr under conventional manufacturing methods and conditions. ,
There is a problem that it is about the same as or less than that of the amorphous silicon film.

【0012】特開平4−137725号公報の比較例に
は、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することが記載されてい
る。このシリコン膜は、ガラス等の基板上に直接堆積さ
せたものであり、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。また、一般にプラズマCVD
法の圧力条件を高くすれば、プラズマ反応容器内にパウ
ダー状の生成物やダストなどが大量に発生する。このた
め、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。この膜質の劣化を低減するためには、
反応容器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反応
容器圧力を高くして成膜する場合には、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。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-137725 discloses that a silicon film is formed by a low-temperature plasma CVD method under a relatively high pressure of 5 Torr. This silicon film is directly deposited on a substrate such as glass, and the quality of the film is low, so that it cannot be applied to a photoelectric conversion device. Also, generally, plasma CVD
If the pressure condition of the method is increased, a large amount of powdery products and dust are generated in the plasma reaction vessel. For this reason, there is a high risk that the dust or the like will fly to the surface of the film being deposited and be taken into the deposited film, which may cause pinholes in the film. In order to reduce this deterioration of film quality,
Frequent cleaning of the reactor is required. In particular, when a film is formed under a low temperature condition of 550 ° C. or less by increasing the pressure of the reaction vessel, these problems become remarkable. In addition, in the manufacture of a photoelectric conversion device such as a solar cell, a large-area thin film needs to be deposited, which causes problems such as a reduction in product yield and an increase in labor and cost for maintaining and managing the film formation device.

【0013】したがって、薄膜光電変換装置に組み込ま
れる光電変換層をプラズマCVD法を用いて製造する場
合には、前述した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。
Therefore, when a photoelectric conversion layer to be incorporated in a thin film photoelectric conversion device is manufactured by a plasma CVD method, a pressure condition of usually 1 Torr or less has been conventionally used as described above.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】以上、プラズマCVD
法による従来の成膜技術を多結晶シリコンまたは部分的
に非晶質相を含む微結晶シリコンのような薄膜、例えば
光電変換装置の製造における結晶質シリコン系光電変換
層、の形成に適用する場合には、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(例えば
0.6μm/hr程度)にしかならない。これは、結晶
質シリコンの吸収係数の関係から太陽光を十分に吸収さ
せるためには結晶質シリコン薄膜光電変換層の厚さを少
なくとも数μmから数十μmにする必要があることを考
慮すれば、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。
As described above, plasma CVD
When a conventional film forming technique by the method is applied to the formation of a thin film such as polycrystalline silicon or microcrystalline silicon partially containing an amorphous phase, for example, a crystalline silicon-based photoelectric conversion layer in the manufacture of a photoelectric conversion device Temperature, pressure in the reaction chamber,
Even if various film forming condition parameters such as a high frequency power and a gas flow rate ratio are examined, the film forming speed is equal to or less than that of an amorphous silicon film (for example, about 0.6 μm / hr). I can only do that. This is because the thickness of the crystalline silicon thin film photoelectric conversion layer needs to be at least several μm to several tens μm in order to sufficiently absorb sunlight from the relationship of the absorption coefficient of crystalline silicon. How many times more than amorphous silicon photoelectric conversion layer
This requires twice the film formation time, making it difficult to improve the throughput of the manufacturing process of the photoelectric conversion device, and hindering cost reduction.

【0015】本発明は、被処理基板に膜厚および膜質が
均一な膜、特に結晶質シリコン薄膜を高速度で成膜する
ことが可能なプラズマCVD装置を提供することを目的
とする。
It is an object of the present invention to provide a plasma CVD apparatus capable of forming a film having a uniform thickness and quality, particularly a crystalline silicon thin film, on a substrate to be processed at a high speed.

【0016】本発明は、結晶質シリコン系光電変換層を
有する光電変換ユニットを積層する際、前記プラズマC
VD装置を用いて低温プロセスにより高品位の結晶質シ
リコン系光電変換層を高速度で成膜して製造工程のスル
ープットの向上および性能改善を達成したシリコン系薄
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。
According to the present invention, when a photoelectric conversion unit having a crystalline silicon-based photoelectric conversion layer is laminated, the plasma C
Provided is a method of manufacturing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device in which a high-quality crystalline silicon-based photoelectric conversion layer is formed at a high speed by a low-temperature process using a VD apparatus to achieve an improvement in throughput and an improvement in performance in a manufacturing process. The purpose is to:

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるプラズマ
CVD装置は、排気部材を有する反応容器と、前記反応
容器内に配置され、被処理基板を保持する第1電極と、
前記反応容器内に前記第1電極に対向して配置された中
空状の第2電極と、前記第2電極内に反応ガスを導入す
るためのガス導入手段と、前記第2電極に電力を印加す
るための電源とを具備し、前記中空状の第2電極は、前
記第1電極に対向する部分に多数の孔を開口した複数の
ガス吹き出し板が互いに所望の間隔をあけて配置され、
かつ前記各ガス吹き出し板は、大きな孔を有するガス吹
き出し板ほど前記第1電極側に位置するとともに、最も
大きな孔を有するガス吹き出し板を基準にしてその孔が
他のガス吹き出し板の孔と合致するように配列されるこ
とを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a plasma CVD apparatus comprising: a reaction vessel having an exhaust member; a first electrode disposed in the reaction vessel and holding a substrate to be processed;
A hollow second electrode disposed in the reaction vessel so as to face the first electrode, gas introducing means for introducing a reaction gas into the second electrode, and applying power to the second electrode And a power supply for performing the operation, the hollow second electrode, a plurality of gas blowing plates having a large number of holes opened in a portion facing the first electrode are arranged at a desired interval from each other,
In addition, the gas blowout plate having a larger hole is located closer to the first electrode as the gas blowout plate has a larger hole, and the hole matches the hole of the other gas blowout plate with respect to the gas blowout plate having the largest hole. It is characterized by being arranged in such a way that

【0018】本発明に係わるシリコン系薄膜光電変換装
置の製造方法は、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、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一導電型半導体層
と、結晶質シリコン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導
体層とを含むシリコン系薄膜光電変換装置を製造するに
際し、前記ユニットのうちの前記光電変換層は、前述し
たプラズマCVD装置を用い、その反応容器内の第1電
極に前記基板を保持し、かつ反応容器内の圧力が5To
rr以上、中空状の第2電極における複数のガス吹き出
し板が2mm以下の間隔をあけて配列され、第1電極と
この電極に近接する前記第2電極のガス吹き出し板との
間の距離が1.5cm以下、反応ガスは主成分としてシ
ラン系ガスと水素ガスを含み、前記反応容器内に導入さ
れる全反応ガスに含まれるシラン系ガスに対する水素ガ
スの流量比が100倍以上、プラズマ放電電力密度が1
00mW/cm2以上、の条件の下で成膜されることを
特徴とするものである。
A method of manufacturing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to the present invention includes at least one photoelectric conversion unit formed on a substrate, wherein the photoelectric conversion unit is a one-conductivity type semiconductor sequentially stacked by a plasma CVD method. Layer, a crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer, and when manufacturing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device including an opposite conductivity type semiconductor layer, the photoelectric conversion layer of the unit uses the plasma CVD device described above. Holding the substrate on the first electrode in the reaction vessel, and when the pressure in the reaction vessel is 5
At least rr, a plurality of gas blowing plates in the hollow second electrode are arranged at intervals of 2 mm or less, and the distance between the first electrode and the gas blowing plate of the second electrode adjacent to this electrode is 1 mm. 0.5 cm or less, the reaction gas contains silane-based gas and hydrogen gas as main components, the flow ratio of the hydrogen gas to the silane-based gas contained in all the reaction gases introduced into the reaction vessel is 100 times or more, and the plasma discharge power Density is 1
The film is formed under conditions of not less than 00 mW / cm 2 .

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるプラズマC
VD装置を図1〜図3を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a plasma C according to the present invention will be described.
The VD device will be described in detail with reference to FIGS.

【0020】図1は、本発明に係わるプラズマCVD装
置を示す概略図、図2は図1のプラズマCVD装置の要
部断面図、図3は図2の中空状の第2電極をその底面か
ら透視した時の部分切欠平面図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a plasma CVD apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a main part of the plasma CVD apparatus shown in FIG. 1, and FIG. It is a partial cutaway plan view at the time of seeing-through.

【0021】矩形状の反応容器1は、対向する両側壁に
排気部材である排気管2,2がそれぞれ連結されてい
る。前記排気管2,2は、それら他端が図示しない真空
ポンプ等に連結されている。基板を出し入れするための
図示しないバルブは、前記反応容器1の対向する側壁に
設けられている。
The rectangular reaction vessel 1 has exhaust pipes 2 and 2 as exhaust members connected to opposite side walls, respectively. The other ends of the exhaust pipes 2 and 2 are connected to a vacuum pump or the like (not shown). Valves (not shown) for taking in and out of the substrate are provided on opposite side walls of the reaction vessel 1.

【0022】矩形状の第1電極3は、前記反応容器1内
に支持軸4により支持されて配置されている。前記第1
電極3上部には、載置される基板を加熱するための図示
しないヒータが内蔵されている。前記第1電極3は、例
えばグランドに接続されている。
The rectangular first electrode 3 is disposed in the reaction vessel 1 while being supported by a support shaft 4. The first
A heater (not shown) for heating a substrate to be mounted is built in the upper portion of the electrode 3. The first electrode 3 is connected to, for example, the ground.

【0023】矩形中空状の第2電極5は、前記反応容器
1内に前記第1電極3の上面と対向するように配置され
ている。複数、例えば3枚の第1、第2、第3のガス吹
き出し板61,62,63は、図2および図3に示すよう
に前記第1電極3に対向する前記第2電極5部分(底
部)に互いに所望の間隔をあけて配置されている。前記
第1〜第3のガス吹き出し板61,62,63には、多数
の孔(ガス吹き出し孔)71,72,73が開口されてい
る。最も大きな孔73を有する第3ガス吹き出し板6
3は、前記第1電極3上面に最も近接して位置し、この
第3ガス吹き出し板63の上方にこれよりも小さい孔
2,71を有する第2、第1のガス吹き出し板62,61
が順次配列されている。つまり、孔の大小関係は第3ガ
ス吹き出し板63(第1電極3上面に最も近接して位置
する)>第2ガス吹き出し板62>第1ガス吹き出し板
1になっている。前記各ガス吹き出し板61,62,63
は、最も大きな孔73を有する第3ガス吹き出し板63
基準にしてそれらの孔63が他のガス吹き出し板(第
2、第1のガス吹き出し板62,61)の孔72,71と合
致するように配列されている。
The rectangular hollow second electrode 5 is disposed in the reaction vessel 1 so as to face the upper surface of the first electrode 3. A plurality, for example, three, first, second, and third gas blowing plates 6 1 , 6 2 , and 6 3 are provided on the second electrode 5 facing the first electrode 3 as shown in FIGS. The parts (bottom) are arranged at a desired distance from each other. Wherein the first to third gas blowout plate 6 1, 6 2, 6 3, a large number of holes (gas blow holes) 7 1, 7 2, 7 3 are opened. Third gas blowout plate 6 having the most large pores 7 3
3, the most proximate to the position in the first electrode 3 upper surface, the third gas blowout plate 6 3 small holes 7 2 than this upward, 7 1 second with a first gas blowout plate 6 2 , 6 1
Are sequentially arranged. That is, the magnitude relation of the hole is in the third gas blowing plate 6 3 (closest to the first electrode 3 upper surface is located)> second gas blowout plate 6 2> first gas blowout plate 61. Each of the gas blowing plates 6 1 , 6 2 , 6 3
The hole 7 of the largest hole 7 3 third gas blowout plate 6 3 the holes 6 3 based on the the other gas having a balloon plate (second, first gas blowout plate 6 2, 6 1) 2, 7 1 and are arranged to match.

【0024】具体的には、最も大きな孔73を有する第
3ガス吹き出し板63からこれよりも小さい孔72,71
を有する第2、第1のガス吹き出し板62,61に向けて
透視した時、各ガス吹き出し板61,62,63の孔(ガ
ス吹き出し孔)71,72,73が円錐台錐を形作るよう
に同一法線上に配置されている。
[0024] Specifically, the largest hole 7 3 third gas blowout plate 6 3 small holes 7 2 than this from having, 7 1
Second having, when viewed toward the first gas blowout plate 6 2, 6 1, each gas flow-out plates 6 1, 6 2, 6 3 holes (gas blow holes) 7 1, 7 2, 7 3 Are arranged on the same normal to form a truncated cone.

【0025】前記第2電極5は、図示しない電源、例え
ば高周波電源に接続され、周波数が150MHz以下で
RF帯からVHF帯までの高周波電力が印加される。反
応ガスの導入手段であるガス導入管8は、前記反応容器
1の外部から前記第2電極5の上部に連結されている。
The second electrode 5 is connected to a power supply (not shown), for example, a high-frequency power supply, to which high-frequency power having a frequency of 150 MHz or less and from an RF band to a VHF band is applied. A gas introduction pipe 8 serving as a reaction gas introduction means is connected to the upper portion of the second electrode 5 from outside the reaction vessel 1.

【0026】なお、前記第1〜第3のガス吹き出し板6
1,62,63は、それらの間隔を2mm以下にすること
が好ましい。このようにガス吹き出し板61,62,63
の間隔を2mm以下にすることによって、後述する反応
ガスの供給、高周波電力の第2電極への印加等により前
記ガス吹き出し板61,62,63の特定の孔71,72
3に安定かつ均一なプラズマを発生させることが可能
になる。
The first to third gas blowing plates 6
It is preferable that the distance between 1 , 6, 2 and 6 3 be 2 mm or less. Thus the gas blowout plate 6 1, 6 2, 6 3
Is set to 2 mm or less, the specific holes 7 1 , 7 2 , and 7 3 of the gas blow-out plates 6 1 , 6 2 , 6 3 are supplied by supplying a reaction gas described later, applying high frequency power to the second electrode, or the like.
It is possible to generate a stable and uniform plasma 7 3.

【0027】次に、前述した図1〜図3に示す構成のプ
ラズマCVD装置の作用を説明する。
Next, the operation of the plasma CVD apparatus having the structure shown in FIGS. 1 to 3 will be described.

【0028】まず、図示しないバルブを通して基板9を
反応容器1内の第1電極3上に載置し、その第1電極3
に内蔵した図示しないヒータの発熱により前記基板9を
所望温度に加熱する。反応ガス(例えばシラン系ガスと
水素を含む反応ガス)を導入管8を通して中空状の第2
電極5内に導入し、その底部に配置された第1〜第3の
ガス吹き出し板61,62,63の孔(ガス吹き出し孔)
1,72,73を順次通して反応ガスを第1電極3上の
基板9に向けて吹き出す。同時に、図示しない真空ポン
プのような排気装置を駆動して前記反応容器1内のガス
を排気管2,2を通して排気して前記反応容器1内を所
定の真空度に保持する。
First, the substrate 9 is placed on the first electrode 3 in the reaction vessel 1 through a valve (not shown).
The substrate 9 is heated to a desired temperature by the heat generated by a heater (not shown) incorporated in the substrate. A reaction gas (for example, a reaction gas containing a silane-based gas and hydrogen) is introduced through the introduction pipe 8 into the hollow second gas.
Was introduced into the electrode 5, the bottom first to third gas spouting plate arranged on part 6 1, 6 2, 6 3 holes (gas blow openings)
7 1, 7 2, 7 3 sequentially through by the blows towards the reaction gas to the substrate 9 on the first electrode 3. At the same time, an exhaust device such as a vacuum pump (not shown) is driven to exhaust the gas in the reaction vessel 1 through the exhaust pipes 2 and 2 to maintain the inside of the reaction vessel 1 at a predetermined degree of vacuum.

【0029】反応容器1内の真空度が安定した状態で、
図示しない電源から前記第2電極5に例えば高周波電力
を印加する。このような高周波電力の印加により前記第
1〜第3のガス吹き出し板61,62,63における孔
1,72,73のうち、互いに上下方向に合致された孔
に円錐状のプラズマ10が生成されると共に、それらの
孔箇所に閉じ込めらる。プラズマ10が生成されると、
その中で反応ガス(シラン系ガス)が分解されてシリコ
ンが前記所望温度(例えば550℃以下)に加熱された
前記基板9表面に堆積されてシリコン薄膜が成膜され
る。
With the degree of vacuum in the reaction vessel 1 being stable,
For example, high-frequency power is applied to the second electrode 5 from a power source (not shown). Such a by application of high frequency power first to the third gas blowout plate 6 1, 6 2, holes 7 1 in 6 3, 7 2, 7 out of the 3, conically hole which is matched each other in the vertical direction Is generated and confined in those holes. When the plasma 10 is generated,
The reaction gas (silane-based gas) is decomposed therein, and silicon is deposited on the surface of the substrate 9 heated to the desired temperature (for example, 550 ° C. or lower) to form a silicon thin film.

【0030】前述した成膜時において、前記中空状の第
2電極5の前記第1電極3との対向部に第1〜第3のガ
ス吹き出し板61,62,63を配置することによって、
前記第2電極5に導入された反応ガス(例えばシラン系
ガスと水素を含む反応ガス)をそれらガス吹き出し板6
1,62,63の多数の孔71,72,73を通して第1電極
3上の基板9に向けて大量に吹き出したとしても、その
ガス流を均一化できる。同時に、前述したように前記第
1電極3の基板9表面近傍から第3〜第1のガス吹き出
し板63,62,61の孔73,72,71に至る例えば円錐
状のプラズマ10を安定して生成できる。その結果、前
記基板9上に均質かつ均一厚さの薄膜(例えばシリコン
薄膜)を高速とで成膜のすることができる。
At the time of the above-mentioned film formation, first to third gas blowing plates 6 1 , 6 2 , 6 3 are arranged at a portion of the hollow second electrode 5 facing the first electrode 3. By
The reactant gas (for example, a reactant gas containing a silane-based gas and hydrogen) introduced into the second electrode 5 is supplied to the gas blow-out plate 6.
1, 6 2, 6 a number of holes 7 1 3, 7 2, 7 also through 3 as blown in a large amount toward the substrate 9 on the first electrode 3, can be made uniform and the gas flow. At the same time, the first third to the substrate 9 near the surface of the electrode 3 and the first gas blowout plate 6 3 As described above, 6 2, 6 1 of the holes 7 3, 7 2, 7 1 to reach for example conical The plasma 10 can be generated stably. As a result, a thin film having a uniform and uniform thickness (for example, a silicon thin film) can be formed on the substrate 9 at a high speed.

【0031】特に、図2、図3に示すように前記第1〜
第3のガス吹き出し板61,62,6 3第のうち、それら
の孔が合致する部分(第3ガス吹き出し板63の大きな
孔73)おいて、それら孔73,72,71により円錐台錐
を形作ることにより、ホロカソードと同様に安定な放電
がなされ、前記第1、第2の電極3,5間により一層均
一な密度のプラズマ10を安定的に生成することが可能
になる。
In particular, as shown in FIGS.
Third gas blowing plate 61, 6Two, 6 ThreeOut of them
(The third gas blowing plate 6)ThreeBig
Hole 7Three), The holes 7Three, 7Two, 71By frustum cone
A stable discharge as well as a hollow cathode.
Between the first and second electrodes 3 and 5.
It is possible to generate plasma 10 of uniform density stably
become.

【0032】また、前記プラズマ10の生成に際し、反
応ガスが第2電極5の上段側の第1ガス吹き出し板61
の多数の71のうち、プラズマが立たない孔71から前記
第1、第2、第3のガス吹き出し板61,62,63の間
隙を通して前記プラズマ10に供給されるため、より一
層高密度のプラズマ10を生成することができる。
When the plasma 10 is generated, the reaction gas is supplied to the first gas blowing plate 6 1 on the upper side of the second electrode 5.
Is supplied to the plasma 10 through the gaps between the first, second and third gas blowing plates 6 1 , 6 2 and 6 3 from the hole 7 1 where plasma does not stand out of the large number 7 1. A higher density plasma 10 can be generated.

【0033】したがって、反応ガスの大量吹き出しに起
因するプラズマ密度の不均一化および不安定化を回避で
きるため、基板9表面全体に膜厚および膜質が均一な薄
膜(例えばシリコン薄膜)を高い成膜速度で形成するこ
とができる。
Therefore, it is possible to avoid non-uniformity and instability of the plasma density due to a large amount of the reaction gas blown out. Can be formed at speed.

【0034】また、第2電極として中空状をなし、第1
電極と対向する底面のみに多数の孔を開口した一段ガス
吹き出し部を有するものを用い、第1、第2の電極間の
距離を短くすると、プラズマが前記ガス吹き出し部の孔
から前記中空状第2電極内にまで生成され、前記中空状
の第2電極5の内面にシリコンが堆積されてパウダーや
ダストのようなパーティクルの発生源になる。特に、プ
ラズマ密度を高めるために第1、第2の電極3,5間の
距離を短くすると、前記中空状の第2電極内にまでプラ
ズマが生成され易くなる。
The second electrode has a hollow shape,
When a single-stage gas blowing portion having a large number of holes opened only on the bottom surface facing the electrode is used, and the distance between the first and second electrodes is reduced, the plasma flows from the hole of the gas blowing portion to the hollow gas outlet. Silicon is deposited inside the two electrodes, and silicon is deposited on the inner surface of the hollow second electrode 5 to become a source of particles such as powder and dust. In particular, when the distance between the first and second electrodes 3 and 5 is shortened to increase the plasma density, plasma is easily generated even in the hollow second electrode.

【0035】これに対し、本発明では前述したように第
1〜第3のガス吹き出し板61,62,63における孔
1,72,73のうち、互いに上下方向に合致された孔
に円錐状のプラズマ10を閉じ込めて生成することがで
きるため、前記中空状の第2電極5の各ガス吹き出し板
1,62,63より上方の空洞部にまでプラズマが生成
されるのを回避できる。その結果、前記中空状の第2電
極5の内面にシリコンが堆積されるのを防止でき、堆積
中に基板9表面にパウダーやダストのようなパーティク
ルが付着するのを防止してピンホール等の発生のない高
品位の薄膜を形成できる。
[0035] In contrast, in the present invention the first to third gas blowout plate 61 as described above, 6 2, hole 7 in the 6 3 1, 7 2, 7 of the three, are matched each other in the vertical direction Since the conical plasma 10 can be generated by confining the conical plasma in the holes, the plasma is generated even in the hollow portions above the gas blow-out plates 6 1 , 6 2 , 6 3 of the hollow second electrode 5. Can be avoided. As a result, it is possible to prevent silicon from being deposited on the inner surface of the hollow second electrode 5, prevent particles such as powder and dust from adhering to the surface of the substrate 9 during deposition, and prevent pinholes and the like. A high-quality thin film without generation can be formed.

【0036】なお、本発明に係わるプラズマCVD装置
における中空状の第2電極5の第1電極3と対向する部
分に配置したガス吹き出し板は3枚に限定されない。例
えば、2枚または4枚以上のガス吹き出し板を中空状の
第2電極5の第1電極3と対向する部分に順次配置して
もよい。
In the plasma CVD apparatus according to the present invention, the number of gas blowout plates disposed at the portion of the hollow second electrode 5 facing the first electrode 3 is not limited to three. For example, two or four or more gas blowing plates may be sequentially arranged at a portion of the hollow second electrode 5 facing the first electrode 3.

【0037】次に、本発明に係わるシリコン系薄膜光電
変換装置の製造方法を図4を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing a silicon-based thin film photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0038】図4は、本発明の1つの実施形態により製
造されるシリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す斜
視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device manufactured according to one embodiment of the present invention.

【0039】(第1工程)まず、基板101上に裏面電
極110を形成する。
(First Step) First, the back electrode 110 is formed on the substrate 101.

【0040】前記基板101としては、例えばステンレ
ス等の金属、有機フィルム、または低融点の安価なガラ
ス等を用いることができる。
As the substrate 101, for example, a metal such as stainless steel, an organic film, or an inexpensive glass having a low melting point can be used.

【0041】前記裏面電極110は、例えばTi,C
r,Al,Ag,Au,CuおよびPt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102およびITO,SnO2,および
ZnOから選択された少なくとも1つ以上の酸化物から
なる層を合む透明導電性薄膜103をこの順序で積層す
ることにより形成される。ただし、金属薄膜102また
は透明導電性薄膜103のみで裏面電極110を構成し
てもよい。これらの薄膜102,103は、例えば蒸着
法やスパッタリング法によって形成される。
The back electrode 110 is made of, for example, Ti, C
a metal thin film 102 including a layer made of at least one metal selected from r, Al, Ag, Au, Cu and Pt, or an alloy thereof; and at least one oxidation selected from ITO, SnO 2 , and ZnO It is formed by laminating the transparent conductive thin films 103 which combine layers made of an object in this order. However, the back electrode 110 may be constituted only by the metal thin film 102 or the transparent conductive thin film 103. These thin films 102 and 103 are formed by, for example, an evaporation method or a sputtering method.

【0042】(第2工程)次いで、前記裏面電極110
上にプラズマCVD法によって一導電型半導体層10
4、結晶質シリコン系薄膜光電変換層105および逆導
電型半導体層106を順次積層することにより光電変換
ユニット111を形成する。この光電変換ユニット11
1は、1ユニットに限らず、複数のユニットを前記裏面
電極に形成してもよい。
(Second Step) Next, the back electrode 110
The one conductivity type semiconductor layer 10 is formed thereon by a plasma CVD method.
4. The photoelectric conversion unit 111 is formed by sequentially laminating the crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 105 and the opposite conductivity type semiconductor layer 106. This photoelectric conversion unit 11
1 is not limited to one unit, and a plurality of units may be formed on the back surface electrode.

【0043】前記一導電型半導体層104、結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層105および逆導電型半導体層1
06について、以下に詳述する。
The one conductivity type semiconductor layer 104, the crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 105, and the opposite conductivity type semiconductor layer 1
06 will be described in detail below.

【0044】1)一導電型半導体層104 この一導電型半導体層104は、例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
型シリコン層、またはボロンが0.01原子%以上ドー
ブされたp型シリコン層などを用いることができる。た
だし、一導電型半導体層104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例えば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) One-Conductivity-Type Semiconductor Layer 104 This one-conductivity-type semiconductor layer 104 is formed of, for example, n doped with 0.01% by atom or more of phosphorus, which is a conductivity-type determining impurity atom.
A silicon layer or a p-type silicon layer in which boron is doped by 0.01 atomic% or more can be used. However, these conditions for the one-conductivity-type semiconductor layer 104 are not limited. For example, the impurity atoms may be aluminum or the like in a p-type silicon layer, or may be an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium. Good.

【0045】一導電型シリコシ系薄膜104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より好ましくは2〜30nmにするこ
とが望ましい。
The one-conductivity-type silicon-based thin film 104 may be polycrystalline, microcrystalline, or amorphous, and its thickness is preferably 1 to 100 nm, more preferably 2 to 30 nm.

【0046】2)結晶質シリコン系薄膜光電変換層10
5 この結晶質シリコン系薄膜光電変換層105は、前述し
た図1〜図3に示すプラズマCVD装置を用い、その反
応容器1内の第1電極3に予め一導電型の半導体層10
4が成膜された前記基板101を保持し、かつ反応容器
1内の圧力が5Torr以上、中空状の第2電極5にお
ける複数のガス吹き出し板61,62,63が2mm以下
の間隔をあけて配列され、第1電極3とこの電極3に近
接する前記第2電極5のガス吹き出し板(第3ガス吹き
出し板63)との間の距離が1.5cm以下、反応ガス
は主成分としてシラン系ガスと水素ガスを含み、前記反
応容器内に導入される全反応ガスに含まれるシラン系ガ
スに対する水素ガスの流量比が100倍以上、プラズマ
放電電力密度が100mW/cm2以上、の条件の下で
成膜される。
2) Crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer 10
5 The crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 105 is formed on the first electrode 3 in the reaction vessel 1 by using the plasma CVD apparatus shown in FIGS.
4 holds the substrate 101 on which the film is formed, the pressure in the reaction vessel 1 is 5 Torr or more, and the plurality of gas blowing plates 6 1 , 6 2 , 6 3 in the hollow second electrode 5 have an interval of 2 mm or less. The distance between the first electrode 3 and the gas blowing plate (third gas blowing plate 6 3 ) of the second electrode 5 adjacent to the electrode 3 is 1.5 cm or less, and the reaction gas is mainly It contains a silane-based gas and a hydrogen gas as components, the flow ratio of the hydrogen gas to the silane-based gas contained in all the reaction gases introduced into the reaction vessel is 100 times or more, the plasma discharge power density is 100 mW / cm 2 or more, The film is formed under the following conditions.

【0047】前記成膜工程において、前記反応容器1内
の圧力を5Torr以上の高い圧力にすることにより、
前記基板表面に成膜される結晶質シリコン薄膜へのイオ
ンダメージを低減することが可能になる。その結果、成
膜速度を速めるために高周波パワーを高く(例えばプラ
ズマ放電電力密度が100mW/cm2以上)したり、
ガス流量を増加させても、成膜中の薄膜表面へのイオン
ダメージを低減して結晶質シリコン系薄膜光電変換層を
高速度で成膜することが可能になる。また、高圧力にす
ることによって、結晶粒界や粒内の欠陥が水素でパッシ
ベーションされ易くなるため、それらに起因する結晶質
シリコン系薄膜への欠陥密度を減少させることが可能に
なる。より好ましい前記閉じ込められる領域18の圧力
は5〜20Torrである。
In the film forming step, the pressure in the reaction vessel 1 is set to a high pressure of 5 Torr or more.
It is possible to reduce ion damage to the crystalline silicon thin film formed on the substrate surface. As a result, in order to increase the deposition rate, the high frequency power is increased (for example, the plasma discharge power density is 100 mW / cm 2 or more),
Even if the gas flow rate is increased, ion damage to the thin film surface during film formation can be reduced, and a crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer can be formed at a high speed. Further, by setting the pressure to a high pressure, the crystal grain boundaries and the defects in the grains are easily passivated by hydrogen, so that the defect density in the crystalline silicon-based thin film due to these can be reduced. More preferably, the pressure in the confined region 18 is 5 to 20 Torr.

【0048】前記成膜工程において、前記第1電極3と
前記第2電極5のガス吹き出し板(第3ガス吹き出し板
3)間の距離を1.5cm以下と短くすることによ
り、前記反応容器1内の圧力を5Torr以上にしても
前述したように前記第1電極3の基板9表面近傍から第
3〜第1のガス吹き出し板63,62,61の孔73
2,71に至る例えば円錐状のプラズマ10を安定して
生成できる。
In the film forming step, the distance between the gas blowing plate (third gas blowing plate 6 3 ) of the first electrode 3 and the second electrode 5 is shortened to 1.5 cm or less, so that the reaction vessel third to the pressure in 1 from the substrate 9 near the surface of the first electrode 3 as well in the above 5Torr the aforementioned first gas blowout plate 6 3, 6 2, 6 1 of the holes 7 3,
7 2, 7 leading example conical plasma 10 to 1 can be generated stably.

【0049】前記成膜工程において、前記第1電極3に
内蔵したヒータによる基板のシリコン堆積部の温度はガ
ラス等の安価な基板の使用を可能にする550℃以下と
することが好ましい。
In the film forming step, the temperature of the silicon deposition portion of the substrate by the heater built in the first electrode 3 is preferably 550 ° C. or less which enables the use of an inexpensive substrate such as glass.

【0050】前記成膜工程において、全反応ガスに含ま
れるシラン系ガスに対する水素ガスの流量比を100倍
以上にすることによって、活性化された水素のエッチン
グ作用等によって、低品位で剥離し易い結晶質シリコン
が反応場である膜堆積部以外に領域に堆積されのを防ぐ
ことが可能になる。
In the film forming step, the flow rate ratio of the hydrogen gas to the silane-based gas contained in all the reaction gases is set to 100 times or more, so that the activated hydrogen is easily etched off by the etching action or the like. It is possible to prevent crystalline silicon from being deposited in a region other than the film deposition portion that is a reaction field.

【0051】前記シラン系ガスとしては、例えばモノシ
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。このようなシラン系ガス
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。
As the silane-based gas, for example, monosilane, disilane and the like are preferable. In addition, silicon halide gas such as silicon tetrafluoride, silicon tetrachloride and dichlorosilane may be used. In addition to such a silane-based gas, an inert gas such as a rare gas, preferably helium,
Neon, argon, or the like may be used.

【0052】前述した図1〜図3に示すプラズマCVD
装置を用いて、前記条件の下で前記反応ガス(主成分と
してシラン系ガスと水素ガスを含む)をガス導入管8を
通して中空状の第2電極5に導入し、その底部に配置さ
れた第1〜第3のガス吹き出し板61,62,63の孔
(ガス吹き出し孔)71,72,73を順次通して反応ガ
スを第1電極3上の基板9に向けて吹き出すと共に、前
記第2電極5に例えば高周波電力をそれぞれ印加するこ
とによって、前記第1電極3上に載置した基板9(10
1)の一導電型半導体の表面全体に膜厚および膜質な高
品位の結晶質シリコン系薄膜光電変換層を1μm/h以
上の堆積速度で成膜することができる。
The plasma CVD shown in FIGS.
Using a device, the reaction gas (containing a silane-based gas and a hydrogen gas as a main component) is introduced into the hollow second electrode 5 through the gas introduction tube 8 under the above conditions, and the second reaction gas is disposed at the bottom thereof. blown toward the third gas blowout plate 6 1, 6 2, 6 3 holes (gas blow holes) 7 1, 7 2, 7 substrate 9 3 successively through the reaction gas on the first electrode 3 At the same time, by applying, for example, high-frequency power to the second electrode 5 respectively, the substrate 9 (10
1) A high-quality crystalline silicon-based thin film photoelectric conversion layer having a film thickness and quality can be formed at a deposition rate of 1 μm / h or more over the entire surface of the one conductivity type semiconductor.

【0053】すなわち、反応容器内に第1電極を配置す
ると共に、この第2電極と対向し、その対向面に多数の
ガス吹き出し口が開口された中空状の第2電極を配置し
た構造の従来のプラズマCVD装置において、前記第1
電極上に基板を載置し、前記第1、第2の電極間にプラ
ズマを生成する際、前記反応容器内の圧力を5Torr
以上の高い圧力にすると、前記基板表面に成膜される結
晶質シリコン薄膜へのイオンダメージを低減できるた
め、前述したように結晶質シリコン薄膜を高速度で成膜
することが可能になる。しかしながら、反応容器内の圧
力を5Torr以上の高い圧力にすると、前記電極間に
生成されるプラズマの均一性が損なわれて不安定にな
る。
That is, a conventional structure in which a first electrode is disposed in a reaction vessel, and a hollow second electrode having a large number of gas outlets disposed on a surface facing the second electrode is disposed opposite the second electrode. In the plasma CVD apparatus, the first
When a substrate is placed on an electrode and plasma is generated between the first and second electrodes, the pressure in the reaction vessel is reduced to 5 Torr.
When the pressure is set to the above high pressure, ion damage to the crystalline silicon thin film formed on the substrate surface can be reduced, so that the crystalline silicon thin film can be formed at a high speed as described above. However, when the pressure in the reaction vessel is set to a high pressure of 5 Torr or more, the uniformity of the plasma generated between the electrodes is lost, and the reaction becomes unstable.

【0054】このようなことから前記電極間の距離を
1.5cm以下と短くすることにより、前記電極間に安
定した均一なプラズマを生成することが可能になる。
For this reason, by reducing the distance between the electrodes to 1.5 cm or less, stable and uniform plasma can be generated between the electrodes.

【0055】一方、反応ガスを吹出させるための中空状
の前記第2電極は、一般的にその第1電極との対向面に
直径0.5〜1mmのガス吹出し孔が0.5〜2個/c
程度の密度で設けられている。しかしながら、その
ような孔密度では吹出したガス流の均一性が不十分な場
合があり、完成された光電変換装置において局所的に光
電変換特性の不均一性を生じる場合がある。
On the other hand, the hollow second electrode for blowing out the reaction gas generally has 0.5 to 2 gas blowing holes having a diameter of 0.5 to 1 mm on the surface facing the first electrode. / C
m are provided in the order of 2 density. However, with such a hole density, the uniformity of the blown gas flow may be insufficient, and a nonuniform photoelectric conversion characteristic may be locally generated in the completed photoelectric conversion device.

【0056】このようなガス流の不均一性を解消するた
めには、ガス吹出し孔間の距離を電極間距離の半分以下
にする必要があると一般的に考えられている。つまり、
電極間距離が小さい条件の下では、ガス吹出し孔を密に
配置する必要がある。ただし、ガス吹出し孔の数を多く
し過ぎればガスの吹出し流速が遅くなり、シランや水素
から生じたラジカルが基板に到達する前に再結合し、パ
ウダーやダストが発生し易くなったり、電極間のプラズ
マ空間から他の空間へ逃げていくために基板に到達し難
くなってシリコンの堆積速度が低下する。
In order to eliminate such non-uniformity of gas flow, it is generally considered that the distance between gas blowing holes must be less than half the distance between electrodes. That is,
Under the condition that the distance between the electrodes is small, it is necessary to arrange the gas blowing holes densely. However, if the number of gas blowout holes is too large, the flow speed of gas blowout becomes slow, and radicals generated from silane and hydrogen recombine before reaching the substrate, so that powder and dust are likely to be generated, and between the electrodes. In order to escape from the plasma space to another space, it is difficult to reach the substrate, and the deposition rate of silicon decreases.

【0057】このようなことから前述した図1〜図3に
示す本発明のプラズマCVD装置のように第1電極3と
対向する中空状の第2電極5部分(底部)に複数、例え
ば3枚の第1、第2、第3のガス吹き出し板61,62
3を2mm以下の間隔をあけて配置し、さらに前記中
空状の第2電極5に導入される全反応ガスに含まれるシ
ラン系ガスに対する水素ガスの流量比を100倍以上す
ることによって、反応ガスを前記第2電極5における第
1、第2、第3のガス吹き出し板61,62,6 3の多数
の孔(ガス吹き出し孔)71,72,73を通して第1電
極3に均一かつ高速のガス流で大量に吹き出すことが可
能になり、第1電極上の基板表面へのシリコンの堆積速
度を向上できる。また、同時に、前述したように前記第
1電極3の基板9表面近傍から第3〜第1のガス吹き出
し板63,62,61の孔73,72,71に至る例えば円錐
状のプラズマ10を安定して生成できる。その結果、成
膜速度を例えば1μm/h以上に向上できる高反応圧
力、反応ガスのシラン系ガスに対する水素の高倍率化等
の条件の下で高密度のプラズマを安定して生成させるこ
とによって、基板9(101)の一導電型半導体層全体
に膜厚および膜質が均一な結晶質シリコン系薄膜光電変
換層を高ぃ成膜速度で形成することができる。
From the above, FIG. 1 to FIG.
As shown in the plasma CVD apparatus of the present invention shown in FIG.
Plural, for example, in the opposing hollow second electrode 5 portion (bottom)
For example, three first, second, and third gas blowing plates 61, 6Two,
6ThreeAre arranged at an interval of 2 mm or less.
The system contained in all the reaction gases introduced into the empty second electrode 5
Increase the flow ratio of hydrogen gas to run gas by 100 times or more
As a result, the reaction gas is
1, 2nd, 3rd gas blowing plate 61, 6Two, 6 ThreeLarge number of
Hole (gas blowing hole) 71, 7Two, 7ThreeThrough the first train
Large volume can be blown out to pole 3 with uniform and high-speed gas flow
The deposition rate of silicon on the substrate surface on the first electrode
The degree can be improved. At the same time, as described above,
Third to first gas blowing from near the surface of the substrate 9 of one electrode 3
Slab 6Three, 6Two, 61Hole 7Three, 7Two, 71Eg cones leading to
Plasma 10 can be generated stably. As a result,
High reaction pressure that can increase the film speed to, for example, 1 μm / h or more
Force, increase the ratio of hydrogen to silane based gas, etc.
To stably generate high-density plasma under the conditions
As a result, the entirety of the one conductivity type semiconductor layer of the substrate 9 (101) is obtained.
Crystalline silicon thin film photoelectric conversion with uniform thickness and quality
The replacement layer can be formed at a high film forming rate.

【0058】また、反応容器内の圧力を5Torr以上
の高い圧力にすると、一般的に反応容器の内面に低品位
で剥離し易い結晶質シリコン薄膜が堆積され、この薄膜
からのシリコン等の飛来により前記基板表面にシリコン
のパーティクルが付着して成膜された結晶質シリコン薄
膜の結晶性等を劣化させる恐れがある。
When the pressure inside the reaction vessel is set to a high pressure of 5 Torr or more, a crystalline silicon thin film of low quality and easy to peel off is generally deposited on the inner surface of the reaction vessel. Silicon particles may adhere to the surface of the substrate and deteriorate the crystallinity and the like of the formed crystalline silicon thin film.

【0059】このような副次的反応に対し、前記反応容
器1内に導入される全反応ガスに含まれるシラン系ガス
に対する水素ガスの流量比を100倍以上にすることに
よって、活性化された水素のエッチング作用等によっ
て、前記反応容器1の内面に低品位で剥離し易いシリコ
ン等の薄膜が堆積されるのを防止できる。その結果、反
応ガスの改質により、パーティクル等の汚染を防止した
高品位の結晶質シリコン系薄膜光電変換層を成膜するこ
とができる。
The secondary reaction was activated by increasing the flow ratio of the hydrogen gas to the silane-based gas contained in all the reaction gases introduced into the reaction vessel 1 to 100 times or more. It is possible to prevent deposition of a thin film of silicon or the like, which is low in quality and easily peeled off, on the inner surface of the reaction vessel 1 due to the etching action of hydrogen and the like. As a result, by reforming the reaction gas, a high-quality crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer that prevents contamination of particles and the like can be formed.

【0060】したがって、従来のプラズマCVDに比べ
て高い堆積速度(例えば1μm/h以上)で高品質の結
晶質シリコン系薄膜光電変換層105を一導電型半導体
層104上に成膜できる。
Accordingly, a high-quality crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 105 can be formed on the one-conductivity-type semiconductor layer 104 at a higher deposition rate (for example, 1 μm / h or more) as compared with the conventional plasma CVD.

【0061】また、前述した成膜速度の向上によって、
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
粒を有する結晶質シリコン系薄膜を形成することが可能
になる。
Further, by the improvement of the film forming speed described above,
Since the crystal nucleus generation time in the initial stage of film growth is short, the nucleus generation density is relatively reduced, and it is possible to form a crystalline silicon-based thin film having crystal grains having a large grain size and strong crystal orientation.

【0062】具体的には、結晶質シリコン系薄膜光電変
換層105はその中に含まれる結晶粒の多くが一導電型
半導体層(下地層)104から上方に柱状に延びて成長
される。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、そのX線回折で求めた
(220)回折ピークに対する(111)回折ピークの
強度比は2/5以下、より好ましくは1/10以下であ
ることが望ましい。
More specifically, the crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer 105 is grown such that most of the crystal grains contained therein extend upward from the one-conductivity-type semiconductor layer (base layer) 104 in a columnar manner. Many of these grains are parallel to the film plane (11
0), and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak determined by X-ray diffraction is preferably 2/5 or less, more preferably 1/10 or less. .

【0063】さらに、前記成膜工程において前記基板の
シリコン堆積部(一導電型半導体層)の温度を100〜
400℃に設定することにより、0.1原子%以上で2
0原子%以下の水素を含む多結晶シリコンまたは体積結
晶化分率80%以上の微結晶シリコンからなる結晶質シ
リコン系薄膜光電変換層を形成することが可能になる。
Further, in the film forming step, the temperature of the silicon deposition portion (one conductivity type semiconductor layer) of the substrate is set to 100 to 100.
By setting the temperature at 400 ° C., 2
This makes it possible to form a crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer made of polycrystalline silicon containing 0 atomic% or less of hydrogen or microcrystalline silicon having a volume crystallization fraction of 80% or more.

【0064】なお、結晶質シリコン系薄膜光電変換層は
0.5〜10μmの厚さを有することが好ましい。
The crystalline silicon thin film photoelectric conversion layer preferably has a thickness of 0.5 to 10 μm.

【0065】また、下地層である1導電型層104の表
面形状が実質的に平面である場合でも、光電変換層10
5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。
Further, even when the surface shape of the one conductivity type layer 104 as the underlayer is substantially flat, the photoelectric conversion layer 10
After the formation of 5, a surface texture structure having fine irregularities at intervals of about one digit smaller than the film thickness is formed on the surface.

【0066】3)逆導電型半導体層106 この逆導電型半導体層106としては、例えば導電型決
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。ただし、逆導電型半導体層106についてのこれら
の条件は限定的なものではない。不純物原子としては、
例えば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。この逆導電極シリコン
系薄膜106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。
3) Reverse conductivity type semiconductor layer 106 As the reverse conductivity type semiconductor layer 106, for example, a p-type silicon thin film doped with 0.01% by atom or more of boron which is a conductivity type determining impurity atom, or a phosphorous layer containing 0.1% of phosphorus. 01 atomic%
An n-type silicon thin film doped as described above may be used. However, these conditions for the opposite conductivity type semiconductor layer 106 are not limited. As impurity atoms,
For example, in the case of p-type silicon, aluminum or the like may be used, or a film of an alloy material such as silicon carbide or silicon germanium may be used. The reverse conductive silicon-based thin film 106 may be polycrystalline, microcrystalline, or amorphous, and has a thickness in the range of 3 to 100 nm, more preferably in the range of 5 to 50 nm. You.

【0067】(第3工程)次いで、前記光電変換ユニッ
ト111上に透明導電性酸化膜107、櫛形状の金属電
極108を順次形成することにより図4に示す構造の光
電変換装置を製造する。
(Third Step) Then, a transparent conductive oxide film 107 and a comb-shaped metal electrode 108 are sequentially formed on the photoelectric conversion unit 111 to manufacture a photoelectric conversion device having a structure shown in FIG.

【0068】前記透明導電性酸化膜107は、例えばI
TO,SnO2,ZnO等から選択された少なくとも1
以上の層から形成される。
The transparent conductive oxide film 107 is made of, for example, I
At least one selected from TO, SnO 2 , ZnO, etc.
It is formed from the above layers.

【0069】前記櫛形状の金属電極108(グリッド電
極)は、例えば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
層をパターニングすることにより形成される。これらの
金属もしくは合金の層は、例えばスパッタリング法また
は蒸着法によって成膜される。
The comb-shaped metal electrode 108 (grid electrode) is formed by patterning a layer of at least one metal selected from Al, Ag, Au, Cu, Pt or the like, or an alloy thereof. . These metal or alloy layers are formed by, for example, a sputtering method or an evaporation method.

【0070】このような方法で製造された図4に示す光
電変換装置において、光109は前記透明導電性酸化膜
107に入射されて光電変換がなされ、前記裏面電極1
10の例えば金属薄膜102および前記金属電極108
の端子間から出力される。
In the photoelectric conversion device shown in FIG. 4 manufactured by such a method, light 109 is incident on the transparent conductive oxide film 107 to be photoelectrically converted, and
10 of the metal thin film 102 and the metal electrode 108
Are output between the terminals.

【0071】なお、図4ではシリコン系薄膜光電変換装
置の1つを例示しているだけであって、本発明は図4に
示すシリコン結晶質光電変換層を含む少なくとも1つの
結晶系薄膜光電変換ユニットに加えて、周知の方法で形
成される非晶質光電変換層を含む少なくとももう1つの
非晶質系薄膜光電変換ユニットをも合むタンデム型光電
変換装置にも適用することが可能である。
FIG. 4 illustrates only one of the silicon-based thin film photoelectric conversion devices, and the present invention relates to at least one crystalline thin film photoelectric conversion device including the silicon crystalline photoelectric conversion layer shown in FIG. In addition to the unit, the present invention can be applied to a tandem-type photoelectric conversion device including at least another amorphous-based thin film photoelectric conversion unit including an amorphous photoelectric conversion layer formed by a known method. .

【0072】以上述べた本発明によれば、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
トを向上させる結晶質シリコン系光電変換層を高品質か
つ均一厚さで、しかも高速度で成膜することできるた
め、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。
According to the present invention described above, in a series of manufacturing steps of a silicon-based thin film photoelectric conversion device, the crystalline silicon-based photoelectric conversion layer for improving the throughput is formed with high quality, uniform thickness, and high speed. Therefore, it is possible to greatly contribute to higher performance and lower cost of the silicon-based thin film photoelectric conversion device.

【0073】[0073]

【実施例】以下、本発明に係わる好ましい実施例を参考
例と対比して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments according to the present invention will be described in detail below in comparison with a reference example.

【0074】(参考例1)前述した図4の実施の形態に
類似して、参考例1としての結晶質シリコン薄膜太陽電
池を製造した。
Reference Example 1 A crystalline silicon thin-film solar cell as Reference Example 1 was manufactured in a manner similar to the embodiment of FIG.

【0075】まず、ガラス基板101上に裏面電極11
0として、厚さ300nmのAg膜102と厚さ100
nmのZnO膜103のそれぞれがスパッタリング法に
よって順次形成した。裏面電極110上に厚さ10nm
でリンドープされたn型微結晶シリコン層104、厚さ
3μmでノンドープの多結晶シリコン薄膜光電変換層1
05、および厚さ10nmでボロンドープされたp型微
結晶シリコン層106をそれぞれプラズマCVD法によ
り成膜し、nip光電変換ユニット111を形成した。
光電変換ユニット111上に前面電極107として、厚
さ80nmの透明導電性ITO膜をスパッタリング法に
て堆積し、その上に電流取出のための櫛形Ag電極10
8を蒸着法およびパターニング技術により形成した。
First, the back electrode 11 is placed on the glass substrate 101.
0, a 300 nm thick Ag film 102 and a 100
Each of the ZnO films 103 of nm was sequentially formed by a sputtering method. 10 nm thick on the back electrode 110
N-type microcrystalline silicon layer 104 doped with phosphorus, non-doped polycrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer 1 having a thickness of 3 μm
05 and a 10-nm-thick boron-doped p-type microcrystalline silicon layer 106 were each formed by a plasma CVD method to form a nip photoelectric conversion unit 111.
A transparent conductive ITO film having a thickness of 80 nm is deposited as a front electrode 107 on the photoelectric conversion unit 111 by a sputtering method, and a comb-shaped Ag electrode 10 for extracting a current is formed thereon.
8 was formed by a vapor deposition method and a patterning technique.

【0076】前記n型微結晶シリコン層104は、RF
プラズマCVD法によって堆積した。このときに用いら
れた反応ガスの流量は、シランが5.0sccm、水素
が200sccm、ホスフィンが0.05sccmであ
った。また、反応容器内の圧力は1Torrにし、RF
パワー密度を30mW/cm2に設定した。
The n-type microcrystalline silicon layer 104 is made of RF
It was deposited by a plasma CVD method. The flow rates of the reaction gas used at this time were 5.0 sccm for silane, 200 sccm for hydrogen, and 0.05 sccm for phosphine. The pressure inside the reaction vessel was set to 1 Torr, and RF
The power density was set at 30 mW / cm 2 .

【0077】前記光電変換層105は、400℃の基板
温度と5Torrの反応容器内圧力の下にプラズマCV
D法により形成した。このとき用いられた第2電極は第
1電極との対向面に直径0.5mmのガス吹出し孔が1
cmの間隔で設けられ、基板を保持する第1電極との距
離を1.5cmに設定した。前記第2電極のガス吹出穴
から吹出された反応ガスにおいて、シラン/水素の流量
比を1/18とし、放電パワーを80mW/cm2に設
定した。
The photoelectric conversion layer 105 is formed by applying a plasma CV under a substrate temperature of 400 ° C. and a pressure in the reaction vessel of 5 Torr.
Formed by Method D. The second electrode used at this time has a gas blowing hole having a diameter of 0.5 mm on the surface facing the first electrode.
The distance from the first electrode, which is provided at intervals of 1 cm and holds the substrate, was set to 1.5 cm. In the reaction gas blown from the gas blowout hole of the second electrode, the flow ratio of silane / hydrogen was set to 1/18, and the discharge power was set to 80 mW / cm 2 .

【0078】このような条件の下において、光電変換層
105の成膜速度は1.1μm/hであった。得られた
光電変換層105において、X線回折の(220)回折
ピークに対する(111)回折ピークの強度比は4/5
であり、水素含有量は0.4原子%であった。
Under these conditions, the film formation rate of the photoelectric conversion layer 105 was 1.1 μm / h. In the obtained photoelectric conversion layer 105, the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak of X-ray diffraction was 4/5.
And the hydrogen content was 0.4 atomic%.

【0079】前記p型微結晶シリコン層106のプラズ
マCVDにおいては、反応ガスの流量をシランが1.0
sccm、水素が500sccm、ジボランが0.01
sccmとした。また、反応容器内の圧力を1Torr
にし、RFパワー密度を150mW/cm2に設定し
た。
In the plasma CVD of the p-type microcrystalline silicon layer 106, the flow rate of the
sccm, hydrogen 500 sccm, diborane 0.01
sccm. Further, the pressure in the reaction vessel is set to 1 Torr.
And the RF power density was set to 150 mW / cm 2 .

【0080】このようにして得られた参考例1の太陽電
池において、図4に示す入射光109としてAM1.5
の光を100mW/cm2の光量で照射したときの出力
特性を調べた。その結果、開放端電圧が0.302V、
短絡電流密度が14.8mA/cm2、曲線因子が3
6.2%、変換効率が1.6%であった。
In the solar cell of Reference Example 1 thus obtained, the incident light 109 shown in FIG.
Was irradiated at a light amount of 100 mW / cm 2 . As a result, the open-circuit voltage is 0.302 V,
Short circuit current density is 14.8 mA / cm 2 and fill factor is 3.
The conversion efficiency was 6.2% and the conversion efficiency was 1.6%.

【0081】(参考例2)光電変換層105のプラズマ
CVD条件を一部変更した以外、参考例1と同じ条件の
下で太陽電池を製造した。
Reference Example 2 A solar cell was manufactured under the same conditions as in Reference Example 1, except that the plasma CVD conditions for the photoelectric conversion layer 105 were partially changed.

【0082】すなわち、参考例2においては、シラン/
水素の流量比を1/120に変更し、放電パワーを12
0mW/cm2に増大させた。このように一部変更した
条件の下において、光電変換層105の成膜速度は1.
4μm/hであった。この結果から、シランに対する水
素の流量比を大幅に増大させているにもかかわらず、そ
れに伴って放電パワーも適度に増大させることにより成
膜速度を向上できることがわかる。
That is, in Reference Example 2, silane /
The hydrogen flow ratio was changed to 1/120 and the discharge power was 12
Increased to 0 mW / cm 2 . Under the partially changed conditions, the film formation rate of the photoelectric conversion layer 105 is 1.
It was 4 μm / h. From this result, it can be seen that, although the flow rate ratio of hydrogen to silane is greatly increased, the film forming speed can be improved by appropriately increasing the discharge power accordingly.

【0083】得られた光電変換層105において、X線
回折の(220)回折ピークに対する(111)回折ピ
ークの強度比は1/10であり、水素合有量は1.6原
子%であった。すなわち、参考例2においては、参考例
1に比べて光電変換層105の結晶配向性が著しく改善
されており、膜中の欠陥を抑制させるために好ましい水
素の含有量も増大していることがわかる。
In the obtained photoelectric conversion layer 105, the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 1/10, and the hydrogen content was 1.6 atomic%. . That is, in Reference Example 2, the crystal orientation of the photoelectric conversion layer 105 is significantly improved as compared with Reference Example 1, and the preferable hydrogen content for suppressing defects in the film is also increased. Understand.

【0084】このような参考例2の太陽電池において、
図4に示す入射光109としてAM1.5の光を100
mW/cm2の光量で照射したときの出力特性を調べ
た。その結果、開放端電圧が0.520V、短絡電流密
度が27.4mA/cm2、曲線因子が75.1%、変
換効率が10.7%であった。このことから、参考例2
の太陽電池は、参考例1のものに比べて著しく光電変換
効率が改善されていることがわかる。
In such a solar cell of Reference Example 2,
As the incident light 109 shown in FIG.
Output characteristics when irradiated with a light amount of mW / cm 2 were examined. As a result, the open-circuit voltage was 0.520 V, the short-circuit current density was 27.4 mA / cm 2 , the fill factor was 75.1%, and the conversion efficiency was 10.7%. From this, Reference Example 2
It can be seen that the solar cell of No. 1 has significantly improved photoelectric conversion efficiency as compared with the solar cell of Reference Example 1.

【0085】しかしながら、参考例2の太陽電池におい
て、1つの基板上に形成された太陽電池を所定の小さな
受光面を有する複数の太陽電池に分割して光電変換効率
を測定することによって受光面の局所的な場所の依存性
を調べたところ、1.5%の変換効率の変動が認められ
た。すなわち、その変換効率は受光面の局所的な場所に
依存して9.2〜10.7%の範囲内でばらついている
ことが観察された。
However, in the solar cell of Reference Example 2, the solar cell formed on one substrate is divided into a plurality of solar cells having a predetermined small light receiving surface, and the photoelectric conversion efficiency is measured. Examination of local location dependence revealed a 1.5% change in conversion efficiency. That is, it was observed that the conversion efficiency varied within the range of 9.2 to 10.7% depending on the local location of the light receiving surface.

【0086】(実施例1)光電変換層105のプラズマ
CVD条件を一部変更した以外、参考例2と同じ条件の
下で太陽電池を製造した。
Example 1 A solar cell was manufactured under the same conditions as in Reference Example 2, except that the plasma CVD conditions for the photoelectric conversion layer 105 were partially changed.

【0087】すなわち、実施例1においては前述した図
1〜図3に示す構造のプラズマCVD装置を用い、第1
電極3に保持される基板の温度を200℃に引き下げ
た。
That is, in the first embodiment, the first plasma CVD apparatus having the structure shown in FIGS.
The temperature of the substrate held by the electrode 3 was reduced to 200 ° C.

【0088】また、前記第1電極3に対向する部分(底
部)に第1、第2、第3のガス吹き出し板61,62,6
3が互いに1.5mmの間隔をあけて配置されている第
2電極5を用いた。前記第1ガス吹き出し板61には、
直径0.2mmの孔(ガス吹き出し孔)71が0.5c
mの間隔で開口されている。前記第2ガス吹き出し板6
2には、直径2mmの孔(ガス吹き出し孔)72が1cm
の間隔で開口されている。前記第3ガス吹き出し板63
には、直径3mmの孔(ガス吹き出し孔)73が1cm
の間隔で開口されている。最も大きな孔73を有する第
3ガス吹き出し板63からこれよりも小さい孔72,71
を有する第2、第1のガス吹き出し板62,61に向けて
透視した時、各ガス吹き出し板61,62,63の孔(ガ
ス吹き出し孔)71,72,73が円錐台錐を形作るよう
に同一法線上に配置した。前記第2電極5はその最も大
きな孔73を有する第3ガス吹き出し板63を前記第1電
極3上面に対して15mmの間隔をあけて配置した。
Further, first, second, and third gas blowing plates 6 1 , 6 2 , 6 are provided at a portion (bottom) facing the first electrode 3.
3 used the 2nd electrode 5 arrange | positioned at intervals of 1.5 mm. Wherein the first gas blowout plate 61,
Diameter hole 0.2 mm (gas blow holes) 7 1 0.5c
The openings are provided at intervals of m. The second gas blowing plate 6
2 has a hole of 2 mm in diameter (gas blowing hole) 7 2 of 1 cm
It is opened at intervals. The third gas blowing plate 6 3
The diameter 3mm holes (gas blow holes) 7 3 1cm
It is opened at intervals. The biggest hole 7 3 third gas blowout plate 6 3 small holes 7 2 than this from having, 7 1
Second having, when viewed toward the first gas blowout plate 6 2, 6 1, each gas flow-out plates 6 1, 6 2, 6 3 holes (gas blow holes) 7 1, 7 2, 7 3 Are arranged on the same normal so as to form a truncated cone. The second electrode 5 was spaced of 15mm the third gas blowing plate 6 3 having the largest pores 7 3 relative to the first electrode 3 upper surface.

【0089】さらにシラン/水素の比率を1/150に
変更し、放電パワーが150mW/cm2に増大させ
た。
Further, the ratio of silane / hydrogen was changed to 1/150, and the discharge power was increased to 150 mW / cm 2 .

【0090】このように一部変更した条件下において、
光電変換層105の成膜速度は4.0μm/hであっ
た。すなわち、第2電極の構造を改良した実施例1にお
いてはシランに対する水素の流量比が参考例2に比べて
さらに増大させているにもかかわらず、それに伴って放
電パワーをさらに少し増大させることによって成膜速度
がさらに高められ得ることがわかる。
Under these partially modified conditions,
The film formation rate of the photoelectric conversion layer 105 was 4.0 μm / h. That is, in Example 1 in which the structure of the second electrode was improved, although the flow rate ratio of hydrogen to silane was further increased as compared with Reference Example 2, the discharge power was further increased accordingly. It can be seen that the deposition rate can be further increased.

【0091】得られた光電変換層105において、X線
回折の(220)回折ピークに対する(111)回折ピ
ークの強度比は1/10であり、水素含有量は1.3原
子%であった。
In the obtained photoelectric conversion layer 105, the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction was 1/10, and the hydrogen content was 1.3 atomic%.

【0092】この実施例1の太陽電池において、図4に
示す入射光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を調べた。その
結果、開放端電圧が0.524V、短絡電流密度が2
7.0mA/cm2、曲線因子が74.8%、変換効率
が10.6%であった。このことから、実施例1の太陽
電池は、参考例2のものに比べて、成膜速度がさらに高
められているにもかかわらず光電変換特性はほば同等の
優れた特性を維持していることがわかる。
In the solar cell of the first embodiment, the incident light 109 shown in FIG.
Output characteristics when irradiated with a light amount of cm 2 were examined. As a result, the open-circuit voltage was 0.524 V and the short-circuit current density was 2
7.0 mA / cm 2 , fill factor was 74.8%, and conversion efficiency was 10.6%. For this reason, the solar cell of Example 1 maintains almost the same excellent photoelectric conversion characteristics as the solar cell of Reference Example 2 even though the film formation rate is further increased. You can see that.

【0093】また、実施例1の太陽電池における光電変
換効率の局所的な変動を参考例2と同様な方法により調
べたところ、1.0%程度、すなわち変換効率は9.6
〜10.6%の範囲内にあった。このことは、実施例1
のように第1電極3に対向する部分(底部)に所定の寸
法関係の孔(ガス吹き出し孔)71,72,73を持つ第
1、第2、第3のガス吹き出し板61,62,63が互い
に所定の間隔をあけて配置されている第2電極5を用い
ることによって、参考例2のような第1電極と対向する
面のみにガス吹き出し孔を開口した第2電極を備えたプ
ラズマCVD装置を用いて光電変換層を成膜する場合に
比べて成膜速度が向上し、かつ太陽電池における局所的
な変換効率の変動を顕著に低減させることができ、均質
な太陽電池を得ることができることがわかる。
The local variation of the photoelectric conversion efficiency in the solar cell of Example 1 was examined by the same method as in Reference Example 2, and found to be about 1.0%, that is, the conversion efficiency was 9.6.
110.6%. This is shown in Example 1
The first, second, and third gas blowing plates 6 1 having holes (gas blowing holes) 7 1 , 7 2 , and 7 3 having predetermined dimensions in a portion (bottom portion) facing the first electrode 3 as shown in FIG. , 6 2 , and 6 3 are arranged at a predetermined distance from each other, so that the second electrode 5 having the gas blowing hole only on the surface facing the first electrode as in the second embodiment is used. The film formation rate is improved as compared with the case where a photoelectric conversion layer is formed using a plasma CVD apparatus provided with electrodes, and local fluctuations in conversion efficiency in a solar cell can be significantly reduced. It can be seen that a solar cell can be obtained.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
処理基板に膜厚および膜質が均一な薄膜、特に結晶質シ
リコン薄膜を高速度で成膜することができ、太陽電池の
光電変換装置、液晶表示装置等の膜形成に有効に適用す
ることが可能なプラズマCVD装置を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, a thin film having a uniform thickness and quality, particularly a crystalline silicon thin film, can be formed on a substrate to be processed at a high speed, and the A plasma CVD apparatus which can be effectively applied to film formation of a conversion device, a liquid crystal display device, and the like can be provided.

【0095】本発明は、安価な基板上に結晶質シリコン
系光電変換層を有する光電変換ユニットを積層する際、
前記プラズマCVD装置を用いて低温プロセスにより膜
厚および膜質が均一な高品位の結晶質シリコン系光電変
換層を高速度で成膜して製造工程のスループットの向上
(低コスト化)および性能改善(高性能化)を達成した
シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法を提供できる。
The present invention provides a method for laminating a photoelectric conversion unit having a crystalline silicon-based photoelectric conversion layer on an inexpensive substrate.
A high-quality crystalline silicon-based photoelectric conversion layer having a uniform film thickness and film quality is formed at a high speed by a low-temperature process using the plasma CVD apparatus to improve the throughput (reduction in cost) and performance of the manufacturing process ( A high performance) can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わるプラズマCVD装置を示す概略
図。
FIG. 1 is a schematic view showing a plasma CVD apparatus according to the present invention.

【図2】図1のプラズマCVD装置の要部断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the plasma CVD apparatus of FIG.

【図3】図2の中空状の第2電極を底面から透視した時
の部分切欠平面図。
3 is a partially cutaway plan view when the hollow second electrode of FIG. 2 is seen through from the bottom surface.

【図4】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に示す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device manufactured according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反応容器、 2…排気管、 3…第1電極、 5…第2電極、 61,62,63…ガス吹き出し板、 71,72,73…孔(ガス吹き出し孔)、 9…基板、 10…プラズマ、 102…Ag等の薄膜、 103…ZnO等の薄膜 104…一導電型半導体層、 105…結晶質シリコン系光電変換層、 106…逆導電型半導体層、 107…ITO等の透明導電膜、 110…裏面電極、 111…結晶質シリコン系光電変換ユニット。1 ... reactor 2 ... exhaust pipe, 3 ... first electrode, 5 ... second electrode, 6 1, 6 2, 6 3 ... gas blowing plate, 7 1, 7 2, 7 3 ... hole (gas blow openings) Reference numeral 9: substrate, 10: plasma, 102: thin film of Ag, etc. 103: thin film of ZnO, etc. 104: one-conductivity-type semiconductor layer, 105: crystalline silicon-based photoelectric conversion layer, 106: reverse-conductivity type semiconductor layer, 107 ... A transparent conductive film such as ITO; 110, a back electrode; 111, a crystalline silicon-based photoelectric conversion unit;

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA06 AA17 BA29 BB03 BB04 BB12 CA06 FA03 JA01 JA03 JA09 JA16 KA05 KA17 KA18 LA04 LA16 5F045 AA08 AB03 AB04 AC01 AC02 AC03 AC05 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AE21 AE23 AF07 AF10 BB02 BB08 BB09 BB15 CA13 DA52 DP04 EE13 EF05 EF07 EH05 EH14 5F051 AA03 AA04 CA02 CA03 CA04 CA15 CB12 DA04 FA04 FA14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K030 AA06 AA17 BA29 BB03 BB04 BB12 CA06 FA03 JA01 JA03 JA09 JA16 KA05 KA17 KA18 LA04 LA16 5F045 AA08 AB03 AB04 AC01 AC02 AC03 AC05 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AE21 BB02 BB02 BB15 CA13 DA52 DP04 EE13 EF05 EF07 EH05 EH14 5F051 AA03 AA04 CA02 CA03 CA04 CA15 CB12 DA04 FA04 FA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 排気部材を有する反応容器と、 前記反応容器内に配置され、被処理基板を保持する第1
電極と、 前記反応容器内に前記第1電極に対向して配置された中
空状の第2電極と、 前記第2電極内に反応ガスを導入するためのガス導入手
段と、 前記第2電極に電力を印加するための電源とを具備し、 前記中空状の第2電極は、前記第1電極に対向する部分
に多数の孔を開口した複数のガス吹き出し板が互いに所
望の間隔をあけて配置され、かつ前記各ガス吹き出し板
は、大きな孔を有するガス吹き出し板ほど前記第1電極
側に位置するとともに、最も大きな孔を有するガス吹き
出し板を基準にしてその孔が他のガス吹き出し板の孔と
合致するように配列されることを特徴とするプラズマC
VD装置。
A reaction container having an exhaust member; and a first container disposed in the reaction container and holding a substrate to be processed.
An electrode; a hollow second electrode disposed in the reaction vessel so as to face the first electrode; gas introduction means for introducing a reaction gas into the second electrode; A power supply for applying electric power, wherein the hollow second electrode is provided with a plurality of gas blowing plates having a large number of holes opened in a portion facing the first electrode at a desired interval from each other. And the gas blowout plate is located closer to the first electrode side as the gas blowout plate has a larger hole, and the hole of the gas blowout plate is the hole of another gas blowout plate with respect to the gas blowout plate having the largest hole. Characterized by being arranged so as to match
VD device.
【請求項2】 前記各ガス吹き出し板は、2mm以下の
間隔をあけて配列されていることを特徴とする請求項1
記載のプラズマCVD装置。
2. The gas blow-out plate according to claim 1, wherein the gas blow-out plates are arranged at intervals of 2 mm or less.
The plasma CVD apparatus as described in the above.
【請求項3】 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一導電型半導体層
と、結晶質シリコン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導
体層とを含むシリコン系薄膜光電変換装置を製造するに
際し、 前記ユニットのうちの前記光電変換層は、請求項1記載
のプラズマCVD装置を用い、その反応容器内の第1電
極に前記基板を保持し、かつ反応容器内の圧力が5To
rr以上、 中空状の第2電極における複数のガス吹き出し板が2m
m以下の間隔をあけて配列され、 第1電極とこの電極に近接する前記第2電極のガス吹き
出し板との間の距離が1.5cm以下、 反応ガスは主成分としてシラン系ガスと水素ガスを含
み、前記反応容器内に導入される全反応ガスに含まれる
シラン系ガスに対する水素ガスの流量比が100倍以
上、 プラズマ放電電力密度が100mW/cm2以上、 の条件の下で成膜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。
3. A photoelectric conversion unit including at least one photoelectric conversion unit formed on a substrate, wherein the photoelectric conversion unit includes a one-conductivity-type semiconductor layer sequentially stacked by a plasma CVD method, a crystalline silicon-based thin-film photoelectric conversion layer, When manufacturing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device including a semiconductor layer of the opposite conductivity type, the photoelectric conversion layer of the unit uses a plasma CVD device according to claim 1 and a first electrode in a reaction vessel thereof. The substrate is held and the pressure in the reaction vessel is 5 To
rr or more, a plurality of gas blowing plates in the hollow second electrode are 2 m
m, the distance between the first electrode and the gas blowing plate of the second electrode adjacent to this electrode is 1.5 cm or less, and the reaction gas is mainly composed of silane-based gas and hydrogen gas. And a plasma discharge power density of 100 mW / cm 2 or more, wherein the flow rate ratio of the hydrogen gas to the silane-based gas contained in all the reaction gases introduced into the reaction vessel is 100 times or more. A method for manufacturing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device, comprising:
【請求項4】 前記成膜工程において、前記基板のシリ
コン堆積部の温度を100〜400℃に設定することに
より、0.1原子%以上で20原子%以下の水素を含む
多結晶シリコンまたは体積結晶化分率80%以上の微結
晶シリコンからなる0.5〜10μmの厚さの光電変換
層膜を形成することを特徴とする請求項3記載のシリコ
ン系薄膜光電変換装置の製造方法。
4. In the film forming step, the temperature of a silicon deposition portion of the substrate is set at 100 to 400 ° C., so that polycrystalline silicon containing 0.1 to 20 atomic% of hydrogen or 4. The method for manufacturing a silicon-based thin-film photoelectric conversion device according to claim 3, wherein a photoelectric conversion layer film having a thickness of 0.5 to 10 [mu] m made of microcrystalline silicon having a crystallization fraction of 80% or more is formed.
【請求項5】 前記光電変換層は、その表面に平行に
(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2/5以下であることを特徴とする請求項
3または4記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方
法。
5. The photoelectric conversion layer has a preferential crystal orientation plane of (110) parallel to its surface, and the intensity ratio of the (111) diffraction peak to the (220) diffraction peak in X-ray diffraction is 2 / 5. The method according to claim 3, wherein the number is 5 or less.
【請求項6】 前記光電変換ユニットに加えて少なくと
も1つの非晶質シリコン系光電変換ユニットを積層する
ことによってタンデム型構造にすることを特徴とする請
求項3ないし5いずれか記載のシリコン系薄膜光電変換
装置の製造方法。
6. The silicon-based thin film according to claim 3, wherein a tandem structure is obtained by laminating at least one amorphous silicon-based photoelectric conversion unit in addition to the photoelectric conversion unit. A method for manufacturing a photoelectric conversion device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270517A (en) * 2001-03-08 2002-09-20 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Method for forming crystalline silicon thin film by plasma cvd
JP2009141116A (en) * 2007-12-06 2009-06-25 Ulvac Japan Ltd Film forming device

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