JP2001135841A

JP2001135841A - 光起電力素子の製造方法

Info

Publication number: JP2001135841A
Application number: JP2000253568A
Authority: JP
Inventors: Akira Sakai; 明酒井; Yasushi Fujioka; 靖藤岡; Shotaro Okabe; 正太郎岡部; Yuzo Koda; 勇蔵幸田; Tadashi Sawayama; 忠志澤山; Takahiro Yajima; 孝博矢島; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】特性の均一性を高め、かつ欠陥の発生を少な
くすることによって、出力特性が向上した信頼性の高い
光起電力素子の製造方法を提供する。【解決手段】基体上にシリコン系非単結晶半導体材料
からなるｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層
を少なくとも積層する光起電力素子の製造方法におい
て、少なくとも１層のｉ型半導体層をＶＨＦプラズマＣ
ＶＤ法により形成する際に、シリコン原子を含有する原
料ガスを１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２倍
以下のＶＨＦ電力を、放電炉内のカソード電極に印加す
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、太陽電池や光セン
サーなどの光起電力素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光起電力素子の１つである太陽電
池の製造方法としては、次に示す技術が知られている。

【０００３】結晶形態が非単結晶、即ち、非晶質，微結
晶，多結晶の半導体膜等を用いた太陽電池の製造方法と
しては、一般的にプラズマＣＶＤ法が広く用いられてお
り、企業化もされている。このような太陽電池には、高
い光電変換効率，特性の優れた安定性，かつ大量生産の
可能性などが基本的に要求される。そのためには、非単
結晶の半導体膜等を用いた太陽電池の製造では、電気
的，光学的，光導電的，又は機械的特性，繰り返し使用
した際の疲労特性，及び使用環境特性の向上を図ると共
に、大面積化，膜厚及び膜質の均一化を図りながら、し
かも高速成膜によって再現性のある量産化を図らなけれ
ばならず、これらは、今後改善すべき問題点として指摘
されている。

【０００４】太陽電池を用いた発電方式として、単位モ
ジュールを直列または並列に接続し、ユニット化して所
定の電流，電圧を得る形式が多用されている。この場
合、各モジュールにおいては、断線やショートが生じな
いことが要求される。さらに、各モジュール間の出力電
圧や出力電流のバラツキが少ないことも重要である。こ
のため、単位モジュールを製造する段階で、その最大の
特性決定要素である半導体層そのものの特性の均一性を
高めることがポイントとなる。そして、モジュール設計
をやり易くし、かつモジュール組み立て工程を簡略化で
きるようにする観点から、大面積にわたって特性の均一
性に優れた半導体堆積膜を提供し得るようにすることが
太陽電池の量産性を高め、生産コストの大幅な低減を達
成するための鍵である。

【０００５】太陽電池の半導体層は、いわゆるｐｎ接
合，ｐｉｎ接合等の半導体接合を有している。ａ−Ｓｉ
等の薄膜半導体を用いる場合、原料ガスであるシラン
（ＳｉＨ ₄）等に、ホスフィン（ＰＨ₃），ジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）等のドーパントとなる元素を混合してグロー放電
分解することにより、所定の導電型を有する半導体膜が
得られる。所定の基板上にこれらの半導体膜を順次積層
製造することにより、容易に前述の半導体接合を達成で
きる。

【０００６】また、非単結晶半導体系の太陽電池の製造
方法としては、その各々の半導体層を成膜するための独
立した成膜室を設け、各成膜室にて各々の半導体層の製
造を行う方法が提案されている。例えば、米国特許第４
４００４０９号公報には、ロール・ツー・ロール（Ｒｏ
ｌｌ・ｔｏ・Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣ
ＶＤ装置が開示されている。この装置によれば、複数の
グロー放電領域を設け、所定幅で十分に長い可焼性の基
板を、当該基板が前記各グロー放電領域において所定の
導電型の半導体層を堆積しつつ、前記基板をその長手方
向に連続的に搬送させることによって、半導体接合を有
するデバイスを連続的に製造することができる。

【０００７】なお、この装置では、各半導体層の製造に
用いるドーパントガスが他のグロー放電領域へ拡散及び
混入することを防止するために、ガスゲートが用いられ
ている。具体的には、前記各グロー放電領域同士を、ス
リット状の分離通路によって相互に分離し、さらに当該
分離通路に例えばＡｒ，Ｈ₂等の掃気用ガスの流れを作
用させる手段が採用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たロール・ツー・ロール方式による半導体堆積膜の製造
方法には、以下の問題点があった。

【０００９】即ち、ｐ型半導体層やｎ型半導体層の製造
空間をｉ型半導体層の製造空間と実質的に分離すること
によりガス状態でのドーパントの混入は防ぐことができ
たとしても、例えば、ｎ型半導体層の上にｉ型半導体層
を製造する際に、あるいは製造したあとにｎ型半導体層
中のドーパントであるリン（Ｐ）がｉ型半導体層中に熱
的に拡散することにより、当該ｎｉ接合が弱められてし
まい、当該太陽電池の開放電圧やフィルファクターが悪
化し、その結果として光電変換効率が低いものになって
しまうという初期特性上の課題が残されている。

【００１０】また、製造初期の光電変換効率がある程度
高いものであったとしても、さまざまな天候や設置条件
の下での実使用状態において、ｐ型半導体層やｎ型半導
体層のドーパントのｉ型半導体層への熱的拡散が次第に
すすみ、これが太陽電池の劣化を促進してしまうという
信頼性問題が残されている。

【００１１】上記の方法は、半導体デバイスの量産に適
する方法ではあるものの、前述したように、太陽電池を
大量に普及させるためには、さらなる光電変換効率，特
性安定性や特性均一性の向上及び製造コストの低減が望
まれる。

【００１２】特に、光電変換効率や特性安定性の向上の
ためには、各単位モジュールごとの光電変換効率は高い
ほど良く、特性劣化率は低いほど好ましい。

【００１３】さらには、単位モジュールを直列または並
列に接続し、ユニット化した場合には、ユニットを構成
する各単位モジュールの内、最小の電流又は電圧特性を
有する単位モジュールが律速してユニットの特性が決ま
る。従って、各単位モジュールの平均特性を向上させる
だけでなく、特性のバラツキも小さくすることが非常に
重要となる。そのためには、単位モジュールを製造する
段階でその最大の特性決定要素である半導体層そのもの
の特性の均一性を確保することが望まれる。また、製造
コスト低減のために、各モジュールにおいては断線やシ
ョートが生じないように、半導体層の欠陥を減らすこと
によって、歩留りを向上させる必要がある。

【００１４】従って、連続して移動する帯状部材上へ半
導体層を堆積し、光起電力素子を製造する方法として
は、特性の均一性を確保し、欠陥を減らすことのできる
方法の開発が望まれている。

【００１５】そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑み
て、特性の均一性を高め、かつ欠陥の発生を少なくする
ことによって、出力特性が向上した信頼性の高い光起電
力素子の製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の光起電力素子の製造方法は、基体上にシリ
コン系非単結晶半導体材料からなるｐ型半導体層、ｉ型
半導体層及びｎ型半導体層を少なくとも積層する光起電
力素子の製造方法において、少なくとも１層のｉ型半導
体層をＶＨＦプラズマＣＶＤ法により形成する際に、シ
リコン原子を含有する原料ガスを１００％分解するのに
必要なＶＨＦ電力の２倍以下のＶＨＦ電力を、放電炉内
のカソード電極に印加する。

【００１７】本発明において、前記ＶＨＦプラズマの放
電周波数が１５ＭＨｚ〜５５０ＭＨｚであることをが好
ましく、前記ｉ型半導体層の成膜温度が２００℃〜４５
０℃であることが好ましい。

【００１８】カソード電極として棒状電極を用いる場合
前記放電炉内の圧力は３９．９Ｐａ（３００ｍＴｏｒ
ｒ）以下とすることが好ましい。一方、カソード電極と
して平板状電極を用いる場合には、前記放電炉内の圧力
は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上１３３０Ｐａ（１０Ｔ
ｏｒｒ）以下とすることが好ましい。

【００１９】また、カソード電極として平板状電極を用
いる場合には、カソード電極と基体との距離は５ｍｍ以
上３０ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００２０】また、前記基体上にＶＨＦプラズマＣＶＤ
法により前記ｉ型半導体層を形成する前に、当該基体上
に、予め、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法とは別の半導体膜形
成方法、好ましくはＲＦプラズマＣＶＤ法でｉ型半導体
層を形成しておくことが好ましい。

【００２１】また、プラズマＣＶＤ法の成膜室を複数連
結した製造装置に、帯状の基体を連続的に通過させて、
プラズマＣＶＤ法により当該基体の表面に複数の半導体
膜を連続的に積層させることが好ましい。

【００２２】本発明によれば、シリコン原子を含有する
原料ガスを１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２
倍以下のＶＨＦ電力を印加することにより、プラズマで
分解して生成される水素（Ｈ）原子の活性を抑制でき
る。この結果、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法によるｉ型半導
体層の製造時において、水素原子によるダメージを低減
することができ、欠陥が少ない良質なｉ型半導体層を形
成することが可能となる。

【００２３】また本発明の好適な態様によれば、少なく
とも１層のｉ型半導体層をＶＨＦプラズマＣＶＤ法によ
り形成する際に、放電炉内の棒状カソード電極にＶＨＦ
電力を印加し、好ましくは放電炉内の圧力を３９．９Ｐ
ａ（３００ｍＴｏｒｒ）以下とすることにより、比較的
に高い堆積速度条件下での気相中において重合反応が抑
制される。このため、光起電力素子の諸特性の低下を招
いていると考えられる粉体発生を低減できる。

【００２４】本発明において、投入するＶＨＦ電力の下
限は安定した放電が生起される値であるが、原料ガスの
利用効率を考慮すると、シリコンを含有する原料ガスを
１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の０．５倍以上
のＶＨＦ電力を印加することが好ましく、１倍以上のＶ
ＨＦ電力を印加することが原料ガスを１００％有効利用
することができるという点から、より好ましい。

【００２５】また、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法によりｉ型
半導体層を形成する基体上に、予め、ＶＨＦプラズマＣ
ＶＤ法とは別の半導体膜形成方法で、バッファ層として
のｉ型半導体層を形成しておくことにより、ＶＨＦプラ
ズマ放電炉内での基体の表面状態を、ＶＨＦプラズマ放
電炉で形成される半導体層に近い表面状態にすることが
可能となり、このためＶＨＦプラズマＣＶＤ法により形
成される半導体膜の膜質の分布が均一になる。これによ
り、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法によるｉ型半導体層の良質
化をもたらし、作製される光起電力素子の、出力特性と
りわけ開放電圧、フィルファクターが向上し、結果とし
て出力特性が向上した光電変換素子を提供することがで
きる。

【００２６】さらに、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法によるｉ
型半導体層の形成では、堆積速度が比較的に高いことに
より、半導体膜と基体との膜応力から発生する歪みによ
って半導体層の膜剥離が生じ、耐久性の低下が懸念され
るが、基体上に予めＶＨＦプラズマＣＶＤ法とは別の半
導体膜形成方法で、バッファ層としてのｉ型半導体層を
形成しておくことにより、膜応力を緩和し、前記懸案事
項を解決できる。

【００２７】さらに、効果的な低い堆積速度のバッファ
層としてのｉ型半導体層をＲＦプラズマＣＶＤ法により
形成することにより、実使用状態でのｎ／ｉまたはｐ／
ｉ界面におけるドーパントの拡散を防ぐことができる。
その結果、光電変換素子の劣化を低減できるため、信頼
性の向上した光電変換素子のを提供することが可能とな
る。

【００２８】また、プラズマＣＶＤ法の成膜室を複数連
結した製作装置に、帯状の基体を連続的に通過させて、
プラズマＣＶＤ法により当該基体の表面に複数の半導体
膜を連続的に積層させるので、膜厚及び膜質を均一化す
ることができ、光起電力素子を大量に製作することがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】まず、本発明にかかる光起電力素
子として太陽電池を例にし、その具体的な構成を説明す
る。図１は、本発明により製造される太陽電池の一例を
示す模式的断面図である。図１において、太陽電池１０
１は、基体１０２，裏面反射層１０３，ｎ型半導体層１
０４，ＲＦプラズマＣＶＤ法により形成されたｉ型半導
体層（ＲＦｉ型半導体層）１０５，ＶＨＦプラズマＣＶ
Ｄ法により形成されたｉ型半導体層（ＶＨＦｉ型半導体
層）１０６，ｐ型半導体層１０７，透明電極層１０８，
集電電極１０９及び取り出し電極１１０から構成され
る。但し、ＲＦｉ型半導体層１０５を有していなくても
よい。この構成は、光が透明電極層１０８を介して入射
することが前提となっている。以下、この構成の太陽電
池のそれぞれの部材について説明する。

【００３０】（基体）基体１０２としては、導電性の帯
状基板が好適に用いられる。この帯状基板の構成材料と
しては、半導体層製造時に必要とされる温度において変
形，歪みが少なく、所定の強度を有するものが好まし
く、具体的にはステンレススチール，アルミニウム及び
その合金，鉄及びその合金，銅及びその合金等の金属薄
板及びその複合体、及びそれらの表面に、異種材質の金
属薄膜，またはＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ₃
等の絶縁性薄膜をスパッタ法，蒸着法，鍍金法等により
表面コーティング処理を行ったもの、また、ポリイミ
ド，ポリアミド，ボリエチレンテレフタレート，エポキ
シ等の耐熱性樹脂シート、またはこれらとガラスファイ
バー，カーボンファイバー，ホウ素ファイバー，金属繊
維等との複合体の表面に、金属単体または合金及び透明
導電性酸化物（ＴＣＯ）等を鍍金，蒸着，スッパッタ，
塗布等の方法で導電性処理を行ったものが挙げられる。

【００３１】また、帯状基板の厚さとしては、製造装置
内で搬送時に維持される強度を発揮する範囲内であれ
ば、コスト，収納スぺース等を考慮して可能なかぎり薄
い方が好ましい。具体的には、好ましくは０．０１ｍｍ
乃至５ｍｍ、より好ましくは０．０２ｍｍ乃至２ｍｍ、
最適には０．０５ｍｍ乃至ｌｍｍであることが望ましい
が、金属等の薄板を用いる場合、厚さを比較的薄くして
も所定の強度を得易い。帯状基板の幅については、特に
制限されることはなく、半導体層製造手段、あるいはそ
の容器等のサイズによって決定される。帯状基板の長さ
については、特に制限されることはなく、ロール状に巻
き取られる程度の長さであってもよく、長尺のものを溶
接等によって更に長尺化したものであってもよい。

【００３２】また、帯状基板の表面の性状としてはいわ
ゆる平滑面であっても、微小の凹凸面があってもよい。
微小の凹凸面とする場合には、球状，円錐状，角錐状等
であって、かつその最大高さ（Ｒｍａｘ）は好ましくは
５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることにより、当該表面での
光反射が乱反射となり、反射光の光路長の増大をもたら
す。

【００３３】（電極）電極としては、デバイスの構成形
態により、裏面反射層１０３，透明電極層１０８，集電
電極１０９が、適宜に設けられている。ただし、ここで
言う透明電極層１０８は光入射側に設けられ、裏面反射
層１０３は半導体層を挟んで透明電極層１０８に対向し
て設けられるものを意味する。

【００３４】＜裏面反射層１０３＞裏面反射層１０３の
構成材料としては、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｗ等の金属またはこれらの合金
が挙げられる。裏面反射層１０３は、これらの金属を使
用し、真空蒸着，電子ビーム蒸着，スパッタリング等の
成膜手段により形成される。その際、形成した金属薄膜
は、太陽電池１０１の出力に対して抵抗成分とならぬよ
うに配慮する必要がある。即ち、シート抵抗値として
は、５０Ω以下が好ましく、１０Ω以下がより好まし
い。

【００３５】裏面反射層１０３の積層上側に、つまり裏
面反射層１０３とｎ型半導体層１０４との間に、図中に
は示していないが、ＺｎＯ等の短絡防止及び電極金属の
拡散防止のための透明導電層を設けてもよい。当該透明
導電層の効果としては裏面反射層１０３を構成する金属
元素が、これと接する上層（ｎ型半導体層１０４）の中
へ拡散するのを防止するのみならず、若干の抵抗値を持
たせることで、裏面反射層１０３と上部の透明電極層１
０８との間にピンホール等の欠陥で発生するショートを
防止すること、及び薄膜による多重干渉を発生させる入
射光を太陽電池１０１内に閉じ込める等の効果を挙げる
ことができる。

【００３６】この透明導電層の構成材料として好適なも
のは、フッ化マグネシウムベースの材料，インジウム，
スズ，カドミウム，亜鉛，アンチモン，シリコン，クロ
ム，銀，銅，アルミニウムの酸化物，窒化物及び炭化
物、あるいはこれらの混合物の中から選ばれる材料が挙
げられる。とりわけ、フッ化マグネシウム，酸化亜鉛，
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）は製造が容易であり、かつ
透明導電層としての適度な抵抗値と光透過率を有するた
め望ましい。

【００３７】＜透明電極層１０８＞透明電極層１０８と
しては、太陽や白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効
率よく吸収させるために光の透過率が７０％以上である
ことが望ましく、８０％以上であることが更に望まし
い。

【００３８】このような特性を備えた材料としては、Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｄＯ，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，Ｉ
ＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）等の金属酸化物や、Ａｕ，
Ａｌ，Ｃｕ等の金属を極めて薄く半透明状に成膜した金
属薄膜等が挙げられる。

【００３９】この透明電極層１０８は、図１に示す太陽
電池１０１では、ｐ型半導体層１０７の上に積層され、
これの形成方法としては、抵抗加熱蒸着法，スパッタリ
ング法，スプレー法等を用いることができ、要求に応じ
て適宜に選択される。

【００４０】＜集電電極１０９＞集電電極１０９は、透
明電極層１０８のシート抵抗値を低減させる目的で透明
電極層１０８上に設けられる。太陽電池１０１では、半
導体層を成膜した後に透明電極層１０８を形成するた
め、透明電極層１０８の形成時の基板温度をあまり高く
することができなく、透明電極層１０８のシート抵抗値
が比較的高いものにならざるを得ないので、この集電電
極１０９を設けることが特に好ましい。

【００４１】集電電極１０９の構成材料としては、Ａ
ｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｍ
ｏ，Ｗ等の金属の単体またはこれらの合金あるいはカー
ボンが挙げられる。また、これらの金属あるいはカーボ
ンの長所（低い抵抗，半導体層への拡散が少ない，堅牢
である，印刷等により容易に電極を形成できる等）を組
み合わせて用いることができる。また、半導体層への入
射光量が十分に確保されるようにするため、その形状は
太陽電池１０１の受光面に対して一様に広がり、かつ受
光面積に対してその面積は好ましくは１５％以下、より
好ましくは１０％以下であることが望ましい。また、シ
ート抵抗値としては、好ましくは５０Ω以下、より好ま
しくは１０Ω以下であることが望ましい。

【００４２】（半導体層）半導体層は、ＶＨＦｉ型半導
体層１０６，ｐ型半導体層１０７，ｎ型半導体層１０
４、及びＲＦｉ型半導体層１０５に大別される。

【００４３】ＶＨＦｉ型半導体層１０６を構成する半導
体材料としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｆ，ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ，
ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ，多結晶質Ｓｉ：Ｈ，多結晶質Ｓ
ｉ：Ｆ，多結晶質Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，微結晶質Ｓｉ：Ｈ，微
結晶質Ｓｉ：Ｆ，微結晶質Ｓｉ：Ｈ：Ｆ等、いわゆるＩ
Ｖ族及びＩＶ族合金系半導体材料が挙げられる。また、
このｉ型半導体層１０６に含まれる水素原子量とフッ素
原子量の和は、好ましくは２０原子％以下、より好まし
くは１０原子％以下である。

【００４４】ｐ型半導体層１０７あるいはｎ型半導体層
１０４を構成する半導体材料は、上述したｉ型半導体層
１０６を構成する半導体材料に価電子制御剤をドーピン
グすることによって得られる。この場合、半導体材料中
に結晶相を含んでいる方が、光の利用率及びキャリア密
度を高めることができるので好ましい。そして、当該半
導体層中に含まれる水素＋フッ素の濃度は、２０原子％
以下であることが好ましく、１０原子％以下であること
が更に好ましい。

【００４５】これらの半導体層を成膜する際に用いられ
る原料ガスとしては、上述した各種半導体層の構成元素
の単体，水素化物，ハロゲン化物，有機金属化合物等
で、放電空間に気体状態で導入できるものが好適に使用
される。これらの原料ガスは、１種のみならず、２種以
上混合して使用することもでき、例えば、Ｈｅ，Ｎｅ，
Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ等の希ガス、及びＨ₂，ＨＦ，
ＨＣｌ等の希釈ガスと混合して導入してもよい。

【００４６】ＲＦｉ型半導体層１０５を構成する半導体
材料としては、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｓｉ：Ｆ，
ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｆ，
ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ等が挙げられる。

【００４７】また、このＲＦｉ型半導体層１０５は、そ
の上層となるＶＨＦｉ型半導体層１０６と同じ物性値を
もつことが好ましい。光学的には光学バンドギャップ，
光学吸収係数が同じであり、また電気伝導度，フェルミ
レベルが略同じ物性値であることが好ましい。

【００４８】ＲＦｉ型半導体層１０５と、その下層とな
るｎ型半導体層１０４との界面についても同様であり、
成膜温度を近い状態に設定して製造した場合、ＲＦｉ型
半導体層１０５とｎ型半導体層１０４の界面において発
生する構造の乱れや応力を緩和し、当該界面における整
合性を高めることができ、太陽電池１０１の信頼性を向
上させる点でも好ましい。

【００４９】即ち、ＲＦｉ型半導体層１０５は、ｎ／ｉ
界面に設けられてバッファ層となり、上下各半導体層の
内部応力の差による接合時の歪みによる特性劣化を低減
させ、かつ上層側のｉ型半導体層１０６と、及び下層側
のｎ型半導体層１０４との間の密着性を高めて剥れにく
くし、そして折り曲げや衝撃力に対する強度を高めるこ
とができ、太陽電池の信頼性を向上させることが可能と
なる。

【００５０】（半導体層の形成方法）以下、本発明の半
導体層の形成方法を説明する。

【００５１】＜ＶＨＦｉ型半導体層１０６＞ＶＨＦｉ型
半導体層１０６の形成では、成膜圧力は、６６．５Ｐａ
（５００ｍＴｏｒｒ）以下で、より好ましくは５３．２
Ｐａ（４００ｍＴｏｒｒ）以下であり、堆積速度が２０
Å／ｓ以上である場合は３９．９Ｐａ（３００ｍＴｏｒ
ｒ）以下である。このような高い堆積速度条件下で、か
つ異なる種類のガス種をプラズマ分解して堆積膜を形成
する場合、基体１０２の温度は２００℃以上４５０℃以
下であることが好ましく、堆積膜の応力緩和を鑑みて、
より好ましくは２００℃以上４００℃以下である。そし
て、ＶＨＦプラズマの放電維持の周波数は、１５ＭＨｚ
〜５５０ＭＨｚの範囲の中から選ばれ、堆積速度が２０
Å／ｓ以上の場合、またはＲＦｉ型半導体層１０５が予
め成膜された場合は２０ＭＨｚ以上で５５０ＭＨｚ以下
であることが好ましい。

【００５２】更に、ＶＨＦ電力は、前述した原料ガスを
１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２倍以下、好
ましくは１．５倍以下の電力を印加する。

【００５３】＜ＲＦｉ型半導体層１０５＞ＲＦｉ型半導
体層１０５の形成では、堆積速度は、半導体薄膜の特性
の観点から０．０５Å／ｓ以上で、３０Å／ｓ以下であ
ることが好ましく、生産性及び膜密着性の観点からは
０．１Å／ｓ以上で、２０Å／ｓ以下であることが好ま
しい。

【００５４】そして、成膜圧力は、１３．３Ｐａ（１０
０ｍＴｏｒｒ）以上で、より好ましくは２６．６Ｐａ
（２００ｍＴｏｒｒ）以上であり、堆積速度が３０Å／
ｓ以下である場合は３９．９Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）
以上である。このような堆積速度条件下でかつ異なる種
類のガス種をプラズマ分解して堆積膜を形成する場合
は、基体１０２の温度は１５０℃以上で４５０℃以下で
あり、かつＶＨＦｉ型半導体層１０６の成膜温度に近い
温度であることが好ましい。

【００５５】＜製造装置＞以下、本発明にかかる太陽電
池を製造する装置の一例について、図２〜図５に基づい
て説明する。

【００５６】図２〜図４は、太陽電池を連続的に製造す
る装置の一例の各部を示しており、図２はｐ型半導体層
あるいはｎ型半導体層、及びＲＦｉ型半導体層の成膜容
器を示す構成図、図３及び図４はＶＨＦｉ型半導体層の
成膜容器の内部を示す斜視図、図４はＶＨＦｉ型半導体
層の成膜容器を示す構成図である。図５は、太陽電池を
連続的に製造する装置の一例を示す構成図である。

【００５７】図２に示す成膜容器２０２は、概ね直方体
形状の放電室２０３を備え、帯状の基板２０１（基体１
０２）との間に放電空間を有する。同図に示す成膜容器
２０２は、図５に示す成膜容器５０４，５０５，５０７
であり、成膜容器２０２及び放電室２０３は、それぞれ
金属製であって電気的に接続されている。

【００５８】堆積膜が形成される基板２０１は、成膜容
器２０２の搬入側（図面左側）の側壁に取り付けられた
ガスゲート２１８を経て、放電室２０３内に導入され、
これを貫通して搬出側（図面右側）の側壁に取り付けら
れたガスゲート２１８を通って成膜容器２０２の外部へ
排出されるようになっている。

【００５９】放電室２０３内には電極２２１が設置され
ており、この電極２２１はＲＦ電源２２０に接続されて
いる。また、放電室２０３には、原料ガスを導入するガ
ス導入管２０４が取り付けられ、原料ガスを放出するた
めの多数のガス放出口が基板２０１に向けて配設されて
いる。ガス導入管２０４は、ガス供給設備（不図示）に
接続されている。

【００６０】また、帯状の基板２０１を裏面側から加熱
して所定の成膜温度を得るための手段として、予備加熱
用の赤外線ランプヒーター２０８，予備加熱用の熱電対
２１７，予備加熱用の温度制御装置２１２が設けられ、
さらに成膜中の温度を一定化させるため、赤外線ランプ
ヒーター２０５，熱電対２１４，温度制御装置２０９が
設けられている。

【００６１】図３に示すように、ＶＨＦｉ型半導体層の
成膜容器には、概ね直方体形状の放電室３０２を備え、
基体１０２としての帯状の基板３０１との間に放電空間
を有する。同図に示す構成は、図５に示すｉ型半導体層
形成用の真空容器５０６の中に配置してある。放電室３
０２は金属製である。

【００６２】堆積膜が形成される基板３０１は、放電室
３０２の搬入側（図面左側）の側壁に取り付けられたガ
スゲート（不図示）を経て、この放電室３０２内に導入
され、これを貫通して搬出側（図面右側）の側壁に取り
付けられたガスゲート（不図示）を通って放電室３０２
の外部へ排出されるようになっている。

【００６３】放電室３０２の側壁には、棒状電極である
ＶＨＦアンテナ３０３が基板３０１の移動方向に直角に
取り付けられている。ＶＨＦアンテナ３０３は、ＶＨＦ
電力を放電空間に導入するためのものであり、図４に示
すＶＨＦ電源４１４に一端が接続された同軸ケーブルの
他端が接続されている。放電室３０２の底面には、原料
ガスを導入するガス導入手段としてガス導入管３０４が
取り付けられ、原料ガスを放出するための多数のガス放
出口が基板３０１に向けて配設されている。ガス導入管
３０４は、ガス供給設備（不図示）に接続されている。

【００６４】ＶＨＦアンテナ３０３の対向側、即ち図面
手前側の側壁には、排気パンチングボード３０５が取り
付けられ、ＶＨＦ電力を放電空間内に閉じ込めると共に
排気管（不図示）に接続された排気スロットバルブ（不
図示）に接続されている。なお、ＶＨＦアンテナの代わ
りに平板状の電極を設けてもよい。

【００６５】また、図４に示すように、帯状の基板４０
１（基体１０２）を裏面側から加熱して所定の成膜温度
を得るための手段として、予備加熱用の赤外線ランプヒ
ーター４０６，予備加熱用の熱電対４０８，予備加熱用
の温度制御装置４１０が設けられ、さらに成膜中の温度
を一定化させるため、赤外線ランプヒーター４０５，熱
電対４０７，温度制御装置４０９が設けられている。

【００６６】図５に示す太陽電池を連続的に製造する装
置は、基体１０２としての帯状の基板５０１の送り出し
室５０２及び巻き取り室５０３，ｎ型半導体層形成用の
成膜容器５０４，ＲＦｉ型半導体層形成用の成膜容器５
０５，ＶＨＦｉ型半導体層形成用の成膜容器５０６，ｐ
型半導体層形成用の成膜容器５０７をガスゲート５１８
を介して接続して構成されている。５１０は基板５０１
の送り出し用ボビン、５１１は基板５０１の巻き取り用
ボビンであり、図中の矢印方向に基板５０１が搬送され
る。ただし、この基板５０１は逆転させて搬送すること
もできる。

【００６７】なお、送り出し室５０２及び巻き取り室５
０３の中に、基板５０１の表面保護用に用いられるあい
紙の巻き取り及び送り込み手段を配置してもよい。あい
紙の材質としては、耐熱性樹脂であるボリミド系，テフ
ロン（登録商標）系及びグラスウール等が好適に用いら
れる。

【００６８】また、成膜容器５０６の放電空間内で生起
するＶＨＦプラズマのプラズマ電位を制御するために、
バイアス電圧を印加してもよい。バイアス電圧として
は、直流，脈流及び交流電圧を、単独またはそれぞれ重
畳させて印加させることが好ましい。ＶＨＦプラズマの
プラズマ電位を制御することによって、プラズマの安定
性，再現性及び膜特性の向上、欠陥の低減を図ることが
できる。

【００６９】図５に示した装置を用いることにより、帯
状の基板の表面に複数の半導体膜を連続的に積層させる
ので、膜厚及び膜質を均一化することができる。これに
より、各半導体層の特性の均一性を高めることができ、
欠陥を減らせる。また、太陽電池を大量に製作すること
ができるので、生産コストを低減することができる。

【００７０】

【実施例】以下、本発明にかかる光起電力素子の製造方
法の実施例を説明する。ここでは図５に示した装置を用
いて太陽電池を連続的に製造する方法について、手順を
示して説明する。

【００７１】（実施例１）（１）送り出し機構を備えた送り出し室５０２に、十分
に脱脂，洗浄を行って裏面反射層１０３としてスパッタ
リング法により銀薄膜を１００ｎｍ，透明導電層として
ＺｎＯ薄膜を１μｍ蒸着してあるＳＵＳ４３０ＢＡ製で
帯状の基板５０１（幅３００ｍｍ×長さ３００ｍ×厚さ
０．１３ｍｍ）の巻き付けられた送り出し用ボビン５１
０をセットし、当該基板５０１を、ｎ型半導体層形成用
の成膜容器５０４，ＲＦｉ型半導体層形成用の成膜容器
５０５，ＶＨＦｉ型半導体層形成用の成膜容器５０６，
ｐ型半導体層形成用の成膜容器５０７の各々をガスゲー
ト５１８を介して、巻き取り機構を備えた巻き取り室５
０３まで通して弛みのない程度に張力調整を行う。

【００７２】（２）各室及び各容器５０２〜５０７を、
図示しない真空ポンプで真空引きする。

【００７３】（３）成膜前の加熱処理ガスゲート５１８にゲートガス導入管５１９からゲート
ガスとしてＨ₂を各々５００ｃｃ／ｍｉｎ流し、各成膜
容器にはガス導入管（不図示）よりＨｅを各々５００ｃ
ｃ／ｍｉｎ導入して、各室及び各容器５０２〜５０７の
内圧が２６６Ｐａ（２．０Ｔｏｒｒ）になるようにスロ
ットルバルブ（不図示）の開度を調節して、それぞれの
排気管を通して、それぞれに真空ポンプ（不図示）で排
気する。その後、それぞれの予備加熱用の赤外線ランプ
ヒーターにより、帯状の基板５０１及びそれぞれの内部
材を４００℃に加熱し、１時間この状態で放置する。

【００７４】（４）各室及び各容器５０２〜５０７を真
空ポンプ（不図示）で真空引きする。

【００７５】（５）成膜時のゲートガス導入各ガスゲート５１８にゲートガス導入管よリゲートガス
としてＨ₂を５００ｃｃ／ｍｉｎ導入する。

【００７６】（６）ｎ型半導体層の成膜準備図２に示した成膜容器２０２において、予備加熱用の熱
電対２１７による温度指示値が３５０℃になるように、
予備加熱用の温度制御装置２１２を設定して、予備加熱
用の赤外線ランプヒーター２０８により基板２０１を加
熱する。同様に、熱電対２１４による温度指示値が３５
０℃になるように、温度制御装置２０９を設定して、赤
外線ランプヒーター２０５により基板２０１を加熱す
る。ガス導入管２０４より、ＳｉＨ₄ガスを４０ｃｃ／
ｍｉｎ，ＰＨ₃／Ｈ₂（２％）ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎ，
Ｈ₂ガスを５００ｃｃ／ｍｉｎ導入する。放電室２０３
の圧力が１４６．３Ｐａ（１．１Ｔｏｒｒ）になるよう
にスロットルバルブ（不図示）の開度を調節して、排気
管（不図示）を通して真空ボンプ（不図示）で排気す
る。ＲＦ電源２２０の出力値が５０Ｗになるように設定
し、電極２２１を通じて放電室２０３内に放電を生起さ
せる。

【００７７】（７）ＲＦｉ型半導体層の成膜準備図２に示した成膜容器２０２において、予備加熱用の熱
電対２１７による温度指示値が３５０℃になるように、
予備加熱用の温度制御装置２１２を設定して、予備加熱
用の赤外線ランプヒーター２０８により基板２０１を加
熱する。同様に、熱電対２１４による温度指示値が３５
０℃になるように、温度制御装置２０９を設定して、赤
外線ランプヒーター２０５により基板２０１を加熱す
る。ガス導入管２０４より、ＳｉＨ₄ガスを２０ｃｃ／
ｍｉｎ，Ｈ₂ガスを５００ｃｃ／ｍｉｎ導入する。放電
室２０３の圧力が１４６．３Ｐａ（１．１Ｔｏｒｒ）に
なるようにスロットルバルブ（不図示）の開度を調節し
て、排気管（不図示）を通して真空ポンプ（不図示）で
排気する。ＲＦ電源２２０の出力値が２０Ｗになるよう
に設定し、電極２２１を通じて放電室２０３内に放電を
生起させる。

【００７８】ただし、ＲＦｉ型半導体層をデバイス構成
に含ませない場合は、ＳｉＨ₄ガスの導入を止め、ＲＦ
電源２２０の出力値を０Ｗに設定し、基板２０１の温度
が３５０℃になるように温度制御を行う。

【００７９】（８）ＶＨＦｉ型半導体層の成膜準備図４に示した成膜容器４０２において、予備加熱用の熱
電対４０８による温度指示値が３５０℃になるように、
予備加熱用の温度制御装置４１０を設定して、予備加熱
用の赤外線ランプヒーター４０６により基板２０１を加
熱する。同様に、熱電対４０７による温度指示値が３５
０℃になるように、温度制御装置４０９を設定して、赤
外線ランプヒーター４０５により基板２０１を加熱す
る。ガス導入管４０４より、ＳｉＨ₄ガスを４０ｃｃ／
ｍｉｎ，ＧｅＨ₄ガスを４０ｃｃ／ｍｉｎ，Ｈ₂ガスを４
００ｃｃ／ｍｉｎ導入する。そして図３を参照するが、
放電室３０２の圧力が３．１Ｐａ（２５ｍＴｏｒｒ）に
なるようにスロットルバルブ（不図示）の開度を調節し
て、排気パンチングボード３０５，排気管４１１を通し
て真空ポンプ（不図示）で排気する。ＶＨＦアンテナ３
０３に、ＶＨＦ電力を４００Ｗ導入して放電室３０２内
に放電を生起させる。

【００８０】（９）ｐ型半導体層の成膜準備図２に示した成膜容器２０２において、予備加熱用の熱
電対２１７による温度指示値が２５０℃になるように、
予備加熱用の温度制御装置２１２を設定して、予備加熱
用の赤外線ランプヒーター２０８により基板２０１を加
熱する。同様に、熱電対２１４による温度指示値が２５
０℃になるように、温度制御装置２０９を設定して、赤
外線ランプヒーター２０５により基板２０１を加熱す
る。ガス導入手段２０４より、ＳｉＨ₄ガスを５ｃｃ／
ｍｉｎ，ＢＦ₃／Ｈ₂（２％）ガスを５０ｃｃ／ｍｉｎ，
Ｈ₂ガスを５００ｃｃ／ｍｉｎ導入する。放電室２０３
の圧力が１４６．３Ｐａ（１．１Ｔｏｒｒ）になるよう
にスロットルバルブ（不図示）の開度を調節して、排気
管（不図示）を通して真空ポンプ（不図示）で排気す
る。ＲＦ電源２２０の出力値が５００Ｗになるように設
定し、電極２２１を通じて放電室２０３内に放電を生起
させる。

【００８１】（１０）帯状の基板２０１を図中矢印方向
に５００ｍｍ／ｍｉｎの速度で搬送させ、その基板２０
１（基体１０２）上に、ｎ型半導体層１０４，ＲＦｉ型
半導体層１０５，ＶＨＦｉ型半導体層１０６，ｐ型半導
体層１０７を順次に成膜させて積層させる。

【００８２】（１１）帯状の基板２０１の１ロール分を
搬送させた後、全てのプラズマ，全てのガス供給，全て
のランプヒーターの通電及び基板２０１の搬送を停止す
る。次に、チャンバーリーク用のＮ₂ガスをチャンバー
に導入して（導入用部材は不図示）大気圧に戻し、巻き
取り用ボビン５１１に巻き取られた基板２０１を取り出
す。

【００８３】（１２）ｐ型半導体層１０７の上に透明電
極層１０８として、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）を真
空蒸着にて８０ｎｍ蒸着し、さらに集電電極１０９とし
て、Ａｌを真空蒸着にて１μｍ蒸着する。

【００８４】以上の手順により、図１に示す積層構成の
太陽電池を製造した。ｎ型層，ＶＨＦｉ型層及びｐ型層
の基本的な条件は表１に示した通りである。

【００８５】

【表１】

【００８６】なお、表１に示すように、ＲＦｉ型半導体
層１０５は成膜させなく、デバイス構成に含ませない設
定としている。

【００８７】また、表２に示すような各条件で試料を製
造した。

【００８８】

【表２】

【００８９】まず、ＶＨＦｉ型層を成膜する際に、総原
料ガス流量及びＶＨＦ電力を変更し、基板搬送方向に一
種類当り１ｍの長さ分成膜し、試料を製造した。即ち、
ＧｅＨ₄３０（ｓｃｃｍ）及びＳｉＨ₄３０（ｓｍｍ）の
総ガス流量６０（ｓｃｃｍ）としＶＨＦ電力を２００
（Ｗ）とし、基板を１ｍ一定速度で搬送した後、条件の
変更に移る。次にＶＨＦ電力を２５０（Ｗ）にするが、
この際にＶＨＦｉ型層の搬送方向の成膜領域を開口調整
板にて調整する。この調整は予め図６のように成膜速度
が判明しているＶＨＦｉ型層の諸成膜条件のデータから
必要な層厚になるように適宜調整することが可能であ
る。ＶＨＦｉ型層の層厚は各条件において、層厚が１２
０（ｎｍ）一定となるように各条件で調整される。

【００９０】このように、搬送方向に１ｍずつ一種類の
試料が製造され、総ガス流量６０（ｓｃｃｍ）では９試
料、８０（ｓｃｃｍ）では１１試料、１００（ｓｃｃ
ｍ）は１０試料、１２０（ｓｃｃｍ）は１３試料、１４
０（ｓｃｃｍ）は１４試料が１ｍずつ連続的に製造でき
る。

【００９１】なお、ＶＨＦｉ型層１０６の成膜の際のＶ
ＨＦ電力及び総原料ガス流量のｉ型層の堆積速度の結果
は図６に示す通りであった。

【００９２】図６において、横軸はＶＨＦ電力（ｋｗ）
である。

【００９３】図６に示すように、ｉ型半導体層の層厚
は、ＶＨＦ電力に比例して増加して飽和する傾向にある
が、このｉ型半導体層の層厚の飽和レベルの中で、最小
のＶＨＦ電力が、原料ガスを１００％分解するのに必要
なＶＨＦ電力と定義される。

【００９４】各１０ｍ長の試料のそれぞれについて、最
初の１ｍの中で、５ｃｍ角の試料を幅方向５枚×搬送方
向に２０枚を切出し、取り出し電極を蒸着しサブセルと
した。取り出し電極１１０に直流電圧を印加して、電流
電圧特性を測定し、その測定結果より、開放電圧，フィ
ルファクター及び光電変換効率ηを求めて評価を行っ
た。また、暗電流の直流のＩ−Ｖ特性の０Ｖ近傍の抵抗
成分から求められるシャント抵抗を評価した。

【００９５】更に、表２及び図６に示す各成膜条件に
て、光起電力素子の生存率を測定した。光起電力素子の
生存率は以下のように定義される。即ち、先のサブセル
につき、暗電流の直流のＩ−Ｖ特性の０Ｖ近傍の抵抗成
分で、シャント抵抗Ｒｓが１０ ⁴Ωｃｍ²以上であれば合
格とし、それ未満であれば不合格とする。サブセル２０
個についてシャント抵抗Ｒｓをこのように評価したと
き、２０個当たりの合格数を生存率と定義する。そし
て、生存率が９８％以上１００％以下では○と判定し、
生存率が９６％以上９８％未満では△と判定し、生存率
が９６％未満では×と判定する。

【００９６】表２及び図６に示すように、各ガス流量に
おいてＶＨＦ電力が原料ガスを１００％分解するのに必
要なＶＨＦ電力の２倍（２００％）を越えると太陽電池
の生存率×となり、１．５倍（１５０％）を越えると△
となっており、ＶＨＦ電力が原料ガスを１００％分解す
るのに必要なＶＨＦ電力の２倍（２００％）以下、好ま
しくは１．５倍（１５０％）以下の範囲では、生存率が
高くて優れていることがわかった。

【００９７】（実施例２）表１に示す条件で、太陽電池
を製造した。但し、ＶＨＦｉ型半導体層１０６の製造に
おけるＶＨＦ電力は、実施例１の結果より、原料ガスを
１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の１．５倍（原
料ガス流量：ＳｉＨ₄ガス４０ｓｃｃｍ，ＧｅＨ₄ガス４
０ｓｃｃｍ、ＶＨＦ電力６００Ｗ）である。また、表３
及び図７に示すように、ＶＨＦプラズマ周波数を１０Ｍ
Ｈｚから１ＧＨｚまで変化させて試料を製造した。

【００９８】

【表３】

【００９９】それらの試料について、光電変換効率η＝
｛単位面積あたりの最大発電電力（ｍＷ／ｃｍ²）／単
位面積あたりの入射光強度（ｍＷ／ｃｍ²）｝を求め
た。これには各試料を２０枚用意し、ＡＭ−１．５（１
００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下に置き、取り出し電極１１
０に直流電圧を印加して、電流電圧特性を測定し、その
測定結果より、フィルファクター及び光電変換効率ηを
求めた。

【０１００】図７には、各試料について生存率の測定結
果も併せて示してある。その結果、ＶＨＦプラズマ周波
数が２０ＭＨｚ未満では光電変換効率ηが低下する傾向
にある。これは主として、フィルファクターの低下に起
因している。一方、ＶＨＦプラズマ周波数が６００ＭＨ
ｚ以上で光電変換効率ηが低下し、及び５５０ＭＨｚ以
上で生存率が△となり、さらに６００ＭＨｚ以上では生
存率が×となる。

【０１０１】以上のことから、ＶＨＦプラズマ周波数が
１５ＭＨｚ〜５５０ＭＨｚの範囲で光電変換効率ηが良
好になり、より好ましくは２０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの
範囲で、さらに生存率も高くなり良質な特性を発揮する
ことがわかった。

【０１０２】（実施例３）本例では、ＲＦｉ型半導体層
１０５を成膜させて、デバイス構成に含ませる設定とす
るものであり、製造条件を表４に示す。

【０１０３】

【表４】

【０１０４】但し、表４及び図８に示すように、実施例
１と同様に、ＶＨＦ電力及び原料ガス流量を変更して層
厚を１２０ｍｍ一定になるように適宜開口調整板を調整
して図８の試料を製造した。

【０１０５】試料のそれぞれについて、実施例１と同様
に取り出し電極１１０に直流電圧を印加して、ＡＭ１．
５の光照射下で電流電圧特性を測定し、また暗電流の直
流のＩ−Ｖ特性の０Ｖ近傍の抵抗成分から求められるシ
ャント抵抗を評価した。

【０１０６】図８には、各試料について生存率の測定結
果も併せて示してある。その結果、ＶＨＦ電力が原料ガ
スを１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２倍（２
００％）を越えると太陽電池の生存率△または×となっ
ており、ＶＨＦ電力が原料ガスを１００％分解するのに
必要なＶＨＦ電力の２倍（２００％）以下の範囲では、
生存率が高くて優れていることがわかった。また、実施
例１との比較より明らかなように、ＲＦｉ型半導体層１
０５を形成することにより、良質な特性が得られる製造
条件を広げることができた。

【０１０７】（実施例４）表４に示す条件で、太陽電池
を製造した。但し、ＶＨＦｉ型半導体層１０６の製造に
おけるＶＨＦ電力は、実施例３の結果より、原料ガスを
１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２倍（原料ガ
ス流量：ＳｉＨ₄ガス４０ｓｃｃｍ，ＧｅＨ₄ガス４０ｓ
ｃｃｍ、ＶＨＦ電力１６００Ｗ）である。また、実施例
２と同様に、表５及び図９に示すように、ＶＨＦプラズ
マ周波数を１０ＭＨｚから１ＧＨｚまで変化させて試料
を製造した。

【０１０８】

【表５】

【０１０９】表５及び図９には、各試料について生存率
の測定結果も併せて示してある。その結果、ＶＨＦプラ
ズマ周波数が２０ＭＨｚ未満では光電変換効率ηが低下
する傾向にある。これは主として、フィルファクターの
低下に起因している。一方、ＶＨＦプラズマ周波数が５
５０ＭＨｚを越えると光電変換効率ηが低下し、さらに
６００ＭＨｚ以上では生存率が×となる。但し、ＲＦｉ
型半導体層１０５を形成することにより、５５０ＭＨｚ
での生存率は○となった。

【０１１０】以上のことから、ＶＨＦプラズマ周波数が
１５ＭＨｚ〜５５０ＭＨｚの範囲で光電変換効率ηが良
好になり、より好ましくは２０ＭＨｚ〜５５０ＭＨｚの
範囲で、さらに生存率も高くなり良質な特性を発揮する
ことがわかった。

【０１１１】（実施例５）表４に示す条件で、太陽電池
を製造した。但し、ＶＨＦｉ型半導体層１０６の製造に
おけるＶＨＦ電力は、実施例４と同様に、原料ガスを１
００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２倍である。ま
た、ＶＨＦｉ型半導体層の成膜温度を１００℃から５５
０℃まで変化させて試料を製造し、諸特性を調べた。図
１０は、ＶＨＦｉ型半導体層の成膜温度と光電変換効率
ηとの関係を示すグラフである。

【０１１２】図１０には、各試料について生存率の測定
結果も併せて示してある。その結果、成膜温度が２００
℃未満では光電変換効率ηが低下する傾向にあり、これ
は主にフィルファクターの低下に起因したもので、一
方、成膜温度が４５０℃以上では生存率が△または×と
なっていることがわかった。

【０１１３】以上のことから、成膜温度が２００℃〜４
５０℃の範囲で光電変換効率ηが良好になり、より好ま
しくは２００℃〜４００℃の範囲で、さらに生存率も高
くなり良質な特性を発揮することがわかった。

【０１１４】（実施例６）下部電極１０３の表面上に一
組のｐｉｎ接合を設けてボトムとし、さらに二組のｐｉ
ｎ接合を積層して設け、それぞれミドル，トップとし、
トリプル型太陽電池を製造した。

【０１１５】光入射側のｐｉｎ接合（トップ）には、バ
ッファ層を設けずＲＦプラズマＣＶＤ法によるｉ型半導
体層を形成し、ボトム及びミドルのｉ型半導体層（Ｓｉ
Ｇｅ層）をＶＨＦプラズマＣＶＤ法により形成する。そ
して、このボトム及びミドルには、バッファ層としてＲ
Ｆｉ型半導体層を形成する。

【０１１６】このトリプル型太陽電池の製造には、図５
に示した装置のｐ型半導体層形成用の成膜容器５０７と
巻き取り室５０３の間に、ミドル，トップ用の成膜容器
を増設した装置を用いる。つまり、巻き取り室５０３の
手前に新たに、ｎ型半導体層形成用の成膜容器，ＲＦｉ
型半導体層形成用の成膜容器，ＶＨＦｉ型半導体層形成
用の成膜容器，ｐ型半導体層形成用の成膜容器，ｎ型半
導体層形成用の成膜容器，ＲＦｉ型半導体層形成用の成
膜容器，ｐ型半導体層形成用の成膜容器をガスゲートを
介して接続して増設する。

【０１１７】製造条件は、ボトム層が実施例１と同様で
表１に示した条件、ミドル層及びトップ層は表６及び表
７に示す条件である。但しここで、ボトム層及びミドル
層のＶＨＦｉ型半導体層を形成するための各条件はボト
ム層ＳｉＨ₄５０（ｓｃｃｍ）＋ＧｅＨ₄５０（ｓｃｃ
ｍ），ＶＨＦ電力５００Ｗ，ミドル層ＳｉＨ₄６０（ｓ
ｃｃｍ）＋ＧｅＨ₄４０（ｓｃｃｍ），ＶＨＦ電力４０
０Ｗは、それぞれ、原料ガスを１００％分解するのに必
要なＶＨＦ電力の１倍、０．８倍である。なお、各堆積
膜の積層順は、表１，６，７の上欄から下欄の順であ
る。

【０１１８】

【表６】

【０１１９】

【表７】

【０１２０】但し、ミドル層のＶＨＦｉ型半導体層につ
いては、実施例４と同様に、ＶＨＦプラズマ周波数を１
０ＭＨｚから１ＧＨｚまで変化させて試料を製造した。

【０１２１】それらの試料について、実施例２と同様に
してフィルファクター及び光電変換効率ηを求め、更に
生存率を測定し結果、図９と同様の結果が得られた。

【０１２２】更に、これらの太陽電池をポリフッ化ビニ
リデン（ＶＤＦ）からなる保護フィルムで真空封止し、
実使用条件（屋外に設置し、両電極に５０Ωの固定抵抗
を接続する。）下に１年間置いた後、再び光電変換効率
ηの評価を行い、光照射に起因する劣化率（劣化により
損なわれた光電変換効率の値を初期の光電変換効率で割
ったもの）を調べた。この結果は、ＶＨＦプラズマ周波
数が１５ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの範囲で得られた試料で
劣化率の平均を１．０としたときそれ以外の周波数で得
られた試料の劣化率は０．８（平均）と多少低いことが
分かった。

【０１２３】これらの結果、ＶＨＦプラズマ周波数が１
５ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの範囲で得られた太陽電池は、
フィルファクターの値，光電変換効率η，光照射に起因
する劣化率の全ての特性において優れていた。

【０１２４】以上のことから、本発明により製造したト
リプル型太陽電池は、ＶＨＦプラズマ周波数が１５ＭＨ
ｚ〜５００ＭＨｚの範囲で良質な特性を発揮することが
わかった。

【０１２５】（実施例７）ＶＨＦｉ型半導体層の形成
で、ＧｅＨ₄ガスを０とし、ＳｉＨ₄ガスはそのまま４０
ｓｃｃｍとし、Ｈ₂ガスを１０００ｓｃｃｍとして、Ｓ
ｉＨ₄ガスに対する希釈率を上げ、圧力を３９．９Ｐａ
（３０ｍＴｏｒｒ）とし、層厚を１μｍとした。実施例
２と同様にＶＨＦプラズマ周波数を１０ＭＨｚから１
３．５６ＭＨｚ，１５ＭＨｚ，２０ＭＨｚ，３０ＭＨ
ｚ，５０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚ，３００
ＭＨｚ，５００ＭＨｚ，５５０ＭＨｚ，６００ＭＨｚ及
び１ＧＨｚまで変化させた。その他の条件は、表１に示
す製造条件で、太陽電池を製造した。ここで、ＶＨＦ電
力（４００Ｗ）は、図６には不図示ではあるが、原料ガ
スを１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２倍であ
る。

【０１２６】ＶＨＦｉ型半導体層１０６の層厚の調整に
は、図３に示した放電室３０２において、プラズマが生
起する領域を基板２０１の搬送方向に拡大するように調
整し、これにより基板２０１の表面がプラズマに接する
領域を拡大して、層厚が１μｍになるようにした。

【０１２７】それらの試料について、実施例１と同様に
してフィルファクター及び光電変換効率ηを求め、更に
生存率を測定した。

【０１２８】その結果、ＶＨＦプラズマ周波数が２０Ｍ
Ｈｚ未満では光電変換効率ηが低下する傾向にある。こ
れは主として、フィルファクターの低下に起因してい
る。一方、ＶＨＦプラズマ周波数が５００ＭＨｚを越え
ると光電変換効率ηが低下し、及び生存率が△となり、
さらに６００ＭＨｚ以上では生存率が×となる。

【０１２９】以上のことから、ＶＨＦプラズマ周波数が
１５ＭＨｚ〜５５０ＭＨｚの範囲で光電変換効率ηが良
好になり、より好ましくは２０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの
範囲で、さらに生存率も高くなり良質な特性を発揮する
ことがわかった。

【０１３０】なお、これらの実施例では、ＶＨＦｉ型半
導体層を形成するためのカソード電極として棒状電極を
用いたが、平板状電極を用いて、電極基体間距離を５〜
３０ｍｍ、放電炉内圧力１３３〜１３３０Ｐａ（１〜１
０Ｔｏｒｒ）で同様の良好な結果が得られた。

【０１３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、出
力特性、とりわけ開放電圧、フィルファクターが向上
し、結果として出力特性が向上した光電変換素子が得ら
れる。また、素子の劣化を低減し、信頼性の向上した光
電変換素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造される太陽電池の一例を示す
模式的断面図である。

【図２】ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、及びＲＦｉ型半
導体層の成膜容器を示す構成図である。

【図３】ＶＨＦｉ型半導体層の成膜容器の内部を示す斜
視図である。

【図４】ＶＨＦｉ型半導体層の成膜容器を示す構成図で
ある。

【図５】太陽電池を連続的に製造する装置の一例を示す
構成図である。

【図６】実施例１の結果を示すグラフである。

【図７】実施例２の結果を示すグラフである。

【図８】実施例３の結果を示すグラフである。

【図９】実施例４の結果を示すグラフである。

【図１０】実施例５の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０１太陽電池１０２基体１０３裏面反射層１０４ｎ型半導体層１０５ＲＦｉ型半導体層１０６ＶＨＦｉ型半導体層１０７ｐ型半導体層１０８透明電極層１０９集電電極１１０取り出し電極２０１，３０１，４０１基板２０２，４０２成膜容器２０３，３０２放電室２０４，３０４，４０４ガス導入管２０５，２０８，４０５，４０６赤外線ランプヒー
ター２０９，２１２，４０９，４１０温度制御装置２１４，２１７，４０７，４０８熱電対２１８，５１８ガスゲート２２０ＲＦ電源２２１電極３０３ＶＨＦアンテナ３０５排気パンチングボ
ード２１１，４１１排気管４１４ＶＨＦ電源５０２送り出し室５０３巻き取り室５０４ｎ型半導体層形成用の成膜容器５０５ＲＦｉ型半導体層形成用の成膜容器５０６ＶＨＦｉ型半導体層形成用の成膜容器５０７ｐ型半導体層形成用の成膜容器５１０送り出し用ボビン５１１巻き取り用ボビン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡部正太郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者幸田勇蔵東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者澤山忠志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者矢島孝博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上にシリコン系非単結晶半導体材料
からなるｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層
を少なくとも積層する光起電力素子の製造方法におい
て、少なくとも１層のｉ型半導体層をＶＨＦプラズマＣ
ＶＤ法により形成する際に、シリコン原子を含有する原
料ガスを１００％分解するのに必要なＶＨＦ電力の２倍
以下のＶＨＦ電力を、放電炉内のカソード電極に印加す
ることを特徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項２】前記ＶＨＦプラズマの放電周波数が１５
ＭＨｚ〜５５０ＭＨｚであることを特徴とする請求項１
に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項３】前記ｉ型半導体層の成膜温度が２００℃
〜４５０℃であることを特徴とする請求項１または２に
記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項４】前記カソード電極を棒状電極とし、前記
放電炉内の圧力を３９．９Ｐａ以下とすることを特徴と
する請求項１〜３いずれかに記載の光起電力素子の製造
方法。
【請求項５】前記カソード電極を平板状電極とし、前
記放電炉内の圧力を１３３Ｐａ以上１３３０Ｐａ以下と
することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光
起電力素子の製造方法。
【請求項６】前記カソード電極を平板状電極とし、該
電極と前記基体との間の距離を５ｍｍ以上３０ｍｍ以下
とすることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の
光起電力素子の製造方法。
【請求項７】前記印加するＶＨＦ電力を、シリコン原
子を含有する原料ガスを１００％分解するのに必要なＶ
ＨＦ電力の０．５倍以上とすることを特徴とする請求項
１〜６いずれかに記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項８】前記基体上にＶＨＦプラズマＣＶＤ法に
より前記ｉ型半導体層を形成する前に、当該基体上に、
予め、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法とは別のＲＦプラズマＣ
ＶＤ法の半導体膜形成方法でｉ型半導体層を形成してお
くことを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の光起
電力素子の製造方法。
【請求項９】前記ＶＨＦプラズマＣＶＤ法とは別の半
導体膜形成方法が、ＲＦプラズマＣＶＤ法であることを
特徴とする請求項８に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１０】プラズマＣＶＤ法の成膜室を複数連結
した製造装置に、帯状の基体を連続的に通過させて、プ
ラズマＣＶＤ法により当該基体の表面に複数の半導体膜
を連続的に積層させることを特徴とする請求項１〜９い
ずれかに記載の光起電力素子の製造方法。