JP2001358350A - Photovoltaic element - Google Patents

Photovoltaic element

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JP2001358350A
JP2001358350A JP2000175984A JP2000175984A JP2001358350A JP 2001358350 A JP2001358350 A JP 2001358350A JP 2000175984 A JP2000175984 A JP 2000175984A JP 2000175984 A JP2000175984 A JP 2000175984A JP 2001358350 A JP2001358350 A JP 2001358350A
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semiconductor layer
layer
crystal phase
conductivity type
substrate
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隆治 近藤
Masafumi Sano
政史 佐野
Makoto Tokawa
誠 東川
Koichi Matsuda
高一 松田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photovoltaic element which has excellent photoelectric characteristics at low cost and at a film forming speed applicable to a process time at an industrially practical level. SOLUTION: The photovoltaic element comprises a substrate having on a base body at least a first laminated transparent conductive layer, a silicon- based semiconductor layer having at least one of pin junctions which is laminated on the substrate, and a second transparent conductive layer 103 laminated on the silicon-based semiconductor layer. In the pin junction of the silicon-based semiconductor layer, there are laminated in succession a foundational layer, an i-type semiconductor layer 102-2 containing a crystal phase, and a second conduction type non-single-crystal semiconductor layer 102-3. Further, in the foundational layer, there are laminated in succession a first conductivity type amorphous semiconductor layer 102-1A and a first conductivity type semiconductor layer 102-1B containing a crystal phase. Moreover, the grain size of the first conductivity type semiconductor layer 102-1B containing a crystal phase is increased toward the i-type semiconductor layer 102-2 containing a crystal phase.

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、微結晶シリコンi
型層を含むpin型半導体層を少なくとも一構成以上堆
積して形成される太陽電池、センサー等の光起電力素子
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a photovoltaic element such as a solar cell or a sensor formed by depositing at least one or more pin-type semiconductor layers including a mold layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】結晶性を示すシリコン薄膜の形成方法と
しては、従来からキャスト法などの液相から成長させる
方法が行われてきたが、高温処理が必要であり、量産性
・低コスト化に向けての課題があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of forming a crystalline silicon thin film, a method of growing from a liquid phase such as a casting method has been used. However, high temperature treatment is required, and mass production and cost reduction are required. There was a task toward.

【0003】キャスト法以外の結晶性を示すシリコン薄
膜の形成方法としては、特開平5−109638に記載
のアモルファスシリコン膜を固相成長させて多結晶シリ
コン膜を形成する方法や、特開平5−136062に記
載のアモルファスシリコン形成後に水素プラズマ処理を
行い、これを繰り返すことにより多結晶シリコン膜を形
成する方法が開示されている。
As a method of forming a silicon thin film having crystallinity other than the casting method, a method of forming a polycrystalline silicon film by solid-phase growth of an amorphous silicon film described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-109638, No. 136062 discloses a method for forming a polycrystalline silicon film by performing a hydrogen plasma treatment after forming amorphous silicon and repeating this process.

【0004】[0004]

【本発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよ
うにすでに開示された結晶性を示すシリコン薄膜の形成
方法では、前者の方法においては、数μm以上の半導体
層を固相反応を用いて結晶させるために長時間の熱処理
を必要とし、後者の方法においては、水素プラズマ処理
とシリコン層形成を繰り返すことによるプロセス時間の
増大という問題点があった。
However, in the above-described method of forming a silicon thin film having crystallinity as described above, in the former method, a semiconductor layer having a thickness of several μm or more is formed by a solid phase reaction. A long heat treatment is required for crystallization, and the latter method has a problem that the process time is increased by repeating the hydrogen plasma treatment and the formation of the silicon layer.

【0005】そこで、本発明は上記した課題を解決し、
コストが安く、産業的に実用レベルにあるプロセス時間
で可能な成膜速度で、光電特性の優れた光起電力素子を
提供することを目的としている。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems,
It is an object of the present invention to provide a photovoltaic device which is inexpensive and has excellent photoelectric characteristics at a film forming rate which can be achieved in a process time which is practically industrially practical.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】基体上に少なくとも第一
の透明導電層を積層してなる基板上に、少なくとも一組
のpin接合を持つシリコン系半導体層、第二の透明導
電層を積層してなる光起電力素子において、前記シリコ
ン系半導体層が、第一の導電型を示すアモルファス半導
体層及び第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層を順
次積層してなる下地層、結晶相を含むi型半導体層、第
二の導電型を示す非単結晶半導体層を順次積層したpi
n接合を含み、前記第一の導電型を示す結晶相を含む半
導体層の結晶粒径が、前記結晶相を含むi型半導体層に
向かって増大していることを特徴とした光起電力素子を
提供する。
Means for Solving the Problems At least one set of a silicon-based semiconductor layer having a pin junction and a second transparent conductive layer are laminated on a substrate having at least a first transparent conductive layer laminated on a substrate. In the photovoltaic device, the silicon-based semiconductor layer is formed by sequentially laminating an amorphous semiconductor layer having a first conductivity type and a semiconductor layer having a first conductivity type and including a crystal phase. Pi in which an i-type semiconductor layer containing
A photovoltaic device comprising an n-junction and having a crystal grain size of a semiconductor layer containing a crystal phase having the first conductivity type increasing toward an i-type semiconductor layer containing the crystal phase. I will provide a.

【0007】本発明は前記下地層をドーピングしたアモ
ルファス層、ノンドープのアモルファス層を順次堆積し
た後に、結晶化手段を用いて一部を結晶化することによ
って形成したことを特徴とする光起電力素子を提供す
る。
The present invention is characterized in that the photovoltaic element is formed by sequentially depositing an amorphous layer doped with the base layer and a non-doped amorphous layer and partially crystallizing the amorphous layer using crystallization means. I will provide a.

【0008】また、本発明は、前記下地層のアモルファ
ス成分に起因するラマン散乱強度が結晶成分に起因する
ラマン散乱強度以下であることを特徴とする光起電力素
子を提供する。
Further, the present invention provides a photovoltaic device, wherein the Raman scattering intensity caused by the amorphous component of the underlayer is less than the Raman scattering intensity caused by the crystalline component.

【0009】また本発明は、前記下地層のドーパント濃
度が前記結晶相を含んだi型半導体層に向かって減少す
ることを特徴とする光起電力素子を提供する。
Further, the present invention provides a photovoltaic device, wherein the dopant concentration of the underlayer decreases toward the i-type semiconductor layer containing the crystal phase.

【0010】また本発明は、前記半導体層が高周波を用
いたプラズマCVD法によって作成されたことを特徴と
する光起電力素子を提供する。
The present invention also provides a photovoltaic device, wherein the semiconductor layer is formed by a plasma CVD method using a high frequency.

【0011】前記結晶化手段がレーザー照射であること
が好ましい。前記結晶化手段が加熱処理であることが好
ましい。前記高周波の周波数は10MHz以上10GH
z以下であることが好ましい。前記基体は導電性基体で
あることが好ましい。
It is preferable that the crystallization means is laser irradiation. Preferably, the crystallization means is a heat treatment. The frequency of the high frequency is 10 MHz or more and 10 GH
It is preferably at most z. Preferably, the substrate is a conductive substrate.

【0012】前記第一の導電型を示し結晶相を含む半導
体層の膜厚をd、前記第一の導電型を示し結晶相を含む
半導体層に含まれる結晶粒径の最も長い部分の長さをr
としたときに、r/dの値が100以下であることを特
徴とした請求項1に記載の光起電力素子。
The film thickness of the semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase is d, and the length of the portion having the longest crystal grain size contained in the semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase. To r
2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the value of r / d is 100 or less.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】前述した課題を解決するために鋭
意研究を重ねた結果、本発明者は高周波を用いたプラズ
マCVD法により結晶相を含む光起電力素子を形成する
方法において、第一の導電型を示すアモルファス半導体
層及び第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層を順次
積層してなる下地層、結晶相を含むi型半導体層、第二
の導電型を示す非単結晶半導体層を順次積層したpin
接合を含み、前記第一の導電型を示す結晶相を含む半導
体層の結晶粒径が、前記結晶相を含んだi型半導体層に
向かって増大させる構成からなる光起電力素子は、前記
下部層に大きなダメージを与えることなく良質な結晶相
を含む半導体層の形成が可能なこと、前記結晶相を含む
i型半導体層の結晶粒径の増大、欠陥密度の減少、前記
下地層との界面の改善が可能になることによって、良好
な光電変換特性と耐環境性を示すこと、前記基板と前記
半導体層の密着性が良好であること、を見出した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that a method of forming a photovoltaic element containing a crystal phase by a plasma CVD method using a high frequency has a first effect. An amorphous semiconductor layer having the first conductivity type and a semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase, an i-type semiconductor layer including the crystal phase, and a non-single crystal having the second conductivity type A pin in which semiconductor layers are sequentially stacked
The photovoltaic device, comprising a junction and having a structure in which the crystal grain size of a semiconductor layer containing a crystal phase having the first conductivity type increases toward the i-type semiconductor layer containing the crystal phase, A semiconductor layer containing a good crystalline phase can be formed without causing significant damage to the layer, an increase in the crystal grain size of the i-type semiconductor layer containing the crystalline phase, a decrease in defect density, and an interface with the underlayer. It has been found that by improving the above, good photoelectric conversion characteristics and environmental resistance are exhibited, and that the adhesion between the substrate and the semiconductor layer is good.

【0014】上記の構成にすることにより、以下の作用
がある。
With the above configuration, the following operations are provided.

【0015】高周波を用いたプラズマCVD法により結
晶相を含むシリコン系半導体層を形成する方法は、固相
反応と比較してプロセス時間が短く、プロセス温度も低
くすることが可能なため低コスト化に有利である。特
に、pin接合を有する光起電力素子において、膜厚の
大きなi型半導体層に適用することで、この効果は大き
く発揮される。
A method of forming a silicon-based semiconductor layer containing a crystal phase by a plasma CVD method using a high frequency has a shorter process time and a lower process temperature as compared with a solid-phase reaction, so that the cost can be reduced. Is advantageous. In particular, in a photovoltaic element having a pin junction, by applying the present invention to an i-type semiconductor layer having a large film thickness, this effect is greatly exerted.

【0016】実質的に光吸収層として機能するi型半導
体層を結晶相を含むi型半導体層とした場合には、アモ
ルファスの場合に問題になるステブラー−ロンスキー
(Staebler−Wronski)効果による光劣
化現象を抑制することができるメリットがある。ここ
で、結晶相を含むi型半導体層おける問題点として、結
晶粒界が多数キャリア、少数キャリア双方に影響を与え
て性能を劣化させることが知られている。結晶粒界の影
響を抑制するためには、i型半導体層内の結晶粒径を大
きくして結晶粒界密度を低下させることが有効な手段の
一つであると考えられる。i型半導体層形成初期から、
良質で結晶粒界密度の低い結晶相を形成することが、特
に重要なポイントとなる。
When the i-type semiconductor layer substantially functioning as a light absorption layer is an i-type semiconductor layer containing a crystalline phase, light degradation due to the Stäbler-Wronski effect, which is a problem in the case of amorphous, is considered. There is an advantage that the phenomenon can be suppressed. Here, as a problem in the i-type semiconductor layer including the crystal phase, it is known that the crystal grain boundaries affect both the majority carrier and the minority carrier to deteriorate the performance. In order to suppress the influence of the crystal grain boundaries, it is considered that one of the effective means is to increase the crystal grain size in the i-type semiconductor layer to lower the crystal grain boundary density. From the beginning of the i-type semiconductor layer formation,
The formation of a high-quality crystal phase having a low grain boundary density is particularly important.

【0017】ここで、下地層を第一の導電型を示すアモ
ルファス半導体層のみとして、その上に直接結晶相を形
成させた場合には、初期膜として膜質の悪いアモルファ
ス層が形成されやすいという問題点がある。この現象
は、成膜の初期のシリコン原子の配置の仕方が、第一の
導電型を示すアモルファス半導体層の表面に存在してい
るダングリングボンドの配置に大きく依存し、下地層の
アモルファス構造を引きずるためであると考えられる。
このようにして形成された初期膜としてのアモルファス
層は、水素含有量の最適化及び構造緩和がなされていな
いなどの理由により、欠陥密度が高い低品質な膜とな
り、この低品質な初期膜の存在によりi型半導体層とし
ての特性は大きく損なわれてしまう。ここに前記結晶相
を含むi型半導体層と接する領域に、本発明の第一の導
電型を示し結晶相を含む半導体層を導入した下地層を用
いることにより、アモルファス構造を引きずることなく
結晶相を含むi型半導体層の形成を開始することが可能
になる。本発明者が鋭意研究を重ねた結果、前記下地層
は、アモルファスに起因するラマン散乱強度(典型的な
例として480cm−1付近)が結晶成分に起因するラ
マン散乱強度(典型的な例として520cm−1付近)
以下であるように形成された下地層において、上記の効
果がより顕著に現れることを見出した。
Here, when the underlying layer is only an amorphous semiconductor layer having the first conductivity type and a crystal phase is directly formed thereon, there is a problem that an amorphous layer of poor quality is likely to be formed as an initial film. There is a point. In this phenomenon, the arrangement of silicon atoms in the initial stage of film formation largely depends on the arrangement of dangling bonds existing on the surface of the amorphous semiconductor layer having the first conductivity type. It is thought to be due to dragging.
The amorphous layer thus formed as an initial film becomes a low-quality film having a high defect density due to reasons such as optimization of hydrogen content and structural relaxation, and the like. Due to its existence, the characteristics as the i-type semiconductor layer are greatly impaired. By using an underlayer in which the semiconductor layer having the first conductivity type of the present invention and having a crystal phase is introduced in a region in contact with the i-type semiconductor layer including the crystal phase, the crystal phase can be maintained without dragging the amorphous structure. Can be started. As a result of intensive studies by the present inventors, the underlayer has a Raman scattering intensity (typically around 480 cm -1 ) due to amorphous and a Raman scattering intensity (typical 520 cm as typical example) due to the crystalline component. -1 )
It has been found that the above effects are more remarkably exhibited in the underlayer formed as described below.

【0018】一方、高周波を用いたプラズマCVD法に
よって半導体層を形成する場合、アモルファス半導体層
の成膜条件と、結晶相を含む半導体層の成膜条件を比較
すると、結晶相を含む半導体層の成膜条件の方が相対的
に水素希釈率が高く、投入パワーが大きいものであり、
より還元性の高い雰囲気中で成膜が行わることになる。
そのため、第一の透明導電層上に直接前記第一の導電型
を示し結晶相を含む半導体層を堆積させると、第一の透
明導電層が酸化物を含む場合には、酸素が脱離すること
により第一の透明導電層の透過率が低下し、裏面反射機
能の低下が懸念される。そこで、第一の透明導電層と接
する領域に、第一の導電型を示すアモルファス半導体層
を形成することにより、第一の透明導電層の透過率の低
下を抑制することが可能になる。さらに、第一の透明導
電層が結晶相を含むものである場合には、第一の透明導
電層と前記第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層の
間に、機械強度特性がより等方的である第一の導電型を
示すアモルファス半導体層を挟み込む構成にすることに
よって、第一の透明導電層と下地層との密着性が向上す
る。また、複数のpin接合を有する光起電力素子にお
いて、基板に隣接しないpin接合に前記結晶相を含む
i型半導体層が含まれる場合においても、下部のpin
接合に接する領域に、第一の導電型を示すアモルファス
半導体層を形成することにより、下部pin接合とのp
nジャンクションにおけるドーパントの拡散のが抑制さ
れるなどの理由のために、上記の構成は同様に好ましい
ものである。
On the other hand, when the semiconductor layer is formed by a plasma CVD method using a high frequency, the film forming conditions of the amorphous semiconductor layer and the semiconductor layer containing the crystal phase are compared. Under the film forming conditions, the hydrogen dilution rate is relatively high, and the input power is large.
Film formation is performed in an atmosphere having a higher reducing property.
Therefore, when a semiconductor layer having the first conductivity type and including a crystal phase is directly deposited on the first transparent conductive layer, oxygen is eliminated when the first transparent conductive layer includes an oxide. As a result, the transmittance of the first transparent conductive layer is reduced, and there is a concern that the back surface reflection function may be reduced. Therefore, by forming an amorphous semiconductor layer having the first conductivity type in a region in contact with the first transparent conductive layer, it is possible to suppress a decrease in transmittance of the first transparent conductive layer. Further, when the first transparent conductive layer contains a crystalline phase, the mechanical strength characteristics are more isotropic between the first transparent conductive layer and the semiconductor layer having the first conductivity type and containing the crystalline phase. By interposing the target amorphous semiconductor layer having the first conductivity type, the adhesion between the first transparent conductive layer and the base layer is improved. Further, in a photovoltaic device having a plurality of pin junctions, even when the pin junction not adjacent to the substrate includes the i-type semiconductor layer containing the crystal phase, the lower pin
By forming an amorphous semiconductor layer exhibiting the first conductivity type in a region in contact with the junction, a p-type junction with the lower pin junction is formed.
The above arrangement is likewise preferred for reasons such as suppression of dopant diffusion at the n-junction.

【0019】以上から、本発明の結晶相を含むi型半導
体層を、第一の導電型を示すアモルファス半導体層及び
第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層を順次積層し
てなる下地層上に形成する構成にすることによって、第
一の透明導電層の透過率の低下を防止し、または下部p
in接合とのpnジャンクションにおけるドーパントの
拡散を抑制し、かつ膜質の悪い初期膜を形成することな
く結晶相を含んだi型半導体層を作成することが可能に
なる。
As described above, the i-type semiconductor layer containing the crystal phase of the present invention is formed by sequentially stacking an amorphous semiconductor layer having the first conductivity type and a semiconductor layer having the first conductivity type and containing the crystal phase. The configuration formed on the formation layer prevents the transmittance of the first transparent conductive layer from lowering,
It is possible to suppress the diffusion of the dopant at the pn junction with the in junction and to form an i-type semiconductor layer containing a crystal phase without forming an initial film having poor film quality.

【0020】また前述の通り、結晶相を含むi型半導体
層において、結晶粒界が多数キャリア、少数キャリア双
方に影響を与えて性能を劣化させることが知られてい
る。結晶粒界の影響を抑制するためには、特にi型半導
体層形成初期からi型半導体層内の結晶粒径を大きくし
て結晶粒界密度を低下させることが有効な手段の一つで
あると考えられる。そのためには前記第一の導電型を示
し結晶相を含む半導体層が、結晶相を含むi型半導体層
と接する領域において、結晶粒径がより大きくなること
で、引き続いて形成されるi型半導体層が、形成初期か
ら良質で結晶粒界密度の低い結晶相を形成することが可
能になるために特に好ましいと考えられる。
As described above, it is known that in an i-type semiconductor layer containing a crystal phase, crystal grain boundaries affect both majority carriers and minority carriers to deteriorate the performance. In order to suppress the influence of the crystal grain boundary, it is one of effective means to reduce the crystal grain boundary density by increasing the crystal grain size in the i-type semiconductor layer particularly from the initial stage of the formation of the i-type semiconductor layer. it is conceivable that. For this purpose, in the region where the semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase is in contact with the i-type semiconductor layer including the crystal phase, the crystal grain size becomes larger, so that the subsequently formed i-type semiconductor is formed. It is considered that the layer is particularly preferable because it can form a crystal phase having a good quality and a low grain boundary density from the initial stage of formation.

【0021】一方で、第一の導電型を示すアモルファス
半導体層と接する領域においては、密着性の向上、構造
の不連続性に起因する欠陥密度の抑制をはかるために、
アモルファス構造と親和性の高い構造を持つことが好ま
しいと考えられる。
On the other hand, in the region in contact with the amorphous semiconductor layer having the first conductivity type, in order to improve the adhesion and suppress the defect density due to the discontinuity of the structure,
It is considered preferable to have a structure having a high affinity with the amorphous structure.

【0022】本発明の前記第一の導電型を示す結晶相を
含む半導体層の結晶粒径が、前記結晶相を含んだi型半
導体層に向かって増大していく構成とすることにより上
記作用が効果的に発現される。
According to the present invention, the semiconductor layer containing the crystal phase having the first conductivity type has a structure in which the crystal grain size increases toward the i-type semiconductor layer containing the crystal phase. Is effectively expressed.

【0023】また、前記シリコン系半導体層が、第一の
導電型を示すアモルファス半導体層及び第一の導電型を
示し結晶相を含む半導体層を順次積層してなる下地層、
結晶相を含むi型半導体層、第二の導電型を示す非単結
晶半導体層を順次積層したpin接合を含み、前記第一
の導電型を示す結晶相を含む半導体層の結晶粒径が、前
記結晶相を含んだi型半導体層に向かって増大していく
構成とすることで、結晶粒界のダングリングボンド発生
の抑制、結晶粒界や結晶粒内の歪みの発生を抑制するこ
とができ、結晶粒内外のポテンシャルバリアが低くなる
ことによって直列抵抗成分の低下が可能となり、また、
下地層にアモルファス層が含まれるため、結晶粒界にそ
って流れるシャント電流を抑制でき、並列抵抗成分の低
下を抑制することが可能になる。
The silicon-based semiconductor layer may be an underlayer formed by sequentially stacking an amorphous semiconductor layer having a first conductivity type and a semiconductor layer having a first conductivity type and containing a crystalline phase.
An i-type semiconductor layer including a crystal phase, including a pin junction in which a non-single-crystal semiconductor layer indicating a second conductivity type is sequentially stacked, and a crystal grain size of the semiconductor layer including a crystal phase indicating the first conductivity type is By employing a structure that increases toward the i-type semiconductor layer containing the crystal phase, it is possible to suppress generation of dangling bonds at crystal grain boundaries and to suppress generation of distortion at crystal grain boundaries and in crystal grains. And the potential barrier inside and outside the crystal grains is reduced, so that the series resistance component can be reduced.
Since the underlayer contains an amorphous layer, a shunt current flowing along the crystal grain boundary can be suppressed, and a decrease in the parallel resistance component can be suppressed.

【0024】第一の導電型を示すアモルファス半導体層
及び第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層を順次積
層してなる下地層の形成方法として、前記下地層を、ド
ーピングしたアモルファス層を堆積した後に、結晶化手
段を用いて一部を結晶化することにより形成する方法で
行うことにより、本発明の前記第一の導電型を示す結晶
相を含む半導体層の結晶粒径が、前記結晶相を含んだi
型半導体層に向かって増大していく構成をに形成するこ
とができる。具体的には、結晶化手段として液相状態の
結晶成長過程を経る手段であるレーザー照射、加熱処理
などをがあげられ、レーザーの照射強度、あるいは加熱
温度を調整することにより、前記下地層の前記基板とは
反射側の表面をより高温状態にすることで上記の結晶粒
径の分布を形成することが可能になる。
[0024] As a method of forming an underlayer in which an amorphous semiconductor layer having the first conductivity type and a semiconductor layer having the first conductivity type and having a crystal phase are sequentially laminated, the underlayer is doped with an amorphous layer. After the deposition, by performing a method of forming by crystallizing a part using a crystallization means, the crystal grain size of the semiconductor layer containing a crystal phase having the first conductivity type of the present invention, I with crystal phase
A configuration that increases toward the type semiconductor layer can be formed. Specifically, as the crystallization means, laser irradiation, a heat treatment, etc., which is a means of undergoing a crystal growth process in a liquid phase, may be mentioned, and by adjusting the irradiation intensity of the laser or the heating temperature, By making the surface on the reflection side of the substrate higher than that of the substrate, the distribution of the crystal grain size can be formed.

【0025】前記結晶化手段としては、エキシマレーザ
ーに代表される紫外パルスレーザー照射、ハロゲンラン
プヒーターや抵抗加熱ヒーターなどによる加熱処理など
が好ましい。エキシマレーザーとしては、ArFレーザ
ー(発振波長193nm)、KrFレーザー(発振波長
248nm)、XeClレーザー(発振波長308n
m)、XeFレーザー(発振波長351nm)などが好
ましく、パルスエネルギーは100〜50OmJ/cm
2が好ましい。
As the crystallization means, irradiation with an ultraviolet pulse laser typified by an excimer laser, heat treatment with a halogen lamp heater, a resistance heater or the like is preferable. Excimer lasers include ArF laser (oscillation wavelength 193 nm), KrF laser (oscillation wavelength 248 nm), and XeCl laser (oscillation wavelength 308 n).
m), a XeF laser (oscillation wavelength 351 nm) and the like are preferable, and the pulse energy is 100 to 50 OmJ / cm.
2 is preferred.

【0026】また、結晶成長における結晶核生成と結晶
成長という2つの過程のうち、ドーピング濃度の大きな
領域では、ドーパントが結晶核の生成因子に寄与するた
めに結晶核生成の機能が支配的になり、一方、ドーパン
ト濃度の小さな領域では、結晶成長の機能が支配的にな
ると思われる。そこで、前記下地層のドーピング濃度が
前記結晶相を含んだi型半導体層に向かって減少させた
構成としたあとで前記の結晶手段をを用いることで、結
晶粒径の膜圧方向での変化をより連続的にするこが容易
になる。ここで、ドーパント濃度の小さな領域をノンド
ープ層としても構わない。
Further, of the two processes of crystal nucleation and crystal growth in the crystal growth, in the region where the doping concentration is high, the function of crystal nucleus generation becomes dominant because the dopant contributes to the factor for generating crystal nuclei. On the other hand, it is considered that the function of crystal growth becomes dominant in a region where the dopant concentration is small. Therefore, by using the crystallization means after the doping concentration of the underlayer is reduced toward the i-type semiconductor layer containing the crystal phase, the crystal grain size changes in the film pressure direction. More easily. Here, a region having a low dopant concentration may be used as a non-doped layer.

【0027】また、前記下地層のドーピング濃度が前記
結晶相を含んだi型半導体層に向かって減少させた構成
とした場合、結晶化した領域全体を結晶粒径の膜厚方向
での変化をより連続的にするのと同時に、結晶化率を高
めることが可能になる。ここで、結晶粒径と結晶化率は
別の因子であり、一方を規定することによって他方が一
義的に定まるものではない。結晶核の生成因子として寄
与するドーパント濃度を、結晶粒径を小さくしたい領域
でより大きくし、結晶粒径を大きくしたい領域でより小
さくする方法が、結晶化率とは独自に結晶相の領域を高
める1つの手段として挙げられる。結晶粒径を膜厚方向
で変化させるだけでなく、結晶化した領域の結晶化率を
高めることで、言い換えるとアモルファスの領域をより
小さくすることで、引き続き堆積されるi型半導体層
が、初期膜から良好な結晶性をもつことができるのでよ
り好ましいものと考えられる。
When the doping concentration of the underlayer is reduced toward the i-type semiconductor layer containing the crystal phase, the entire crystallized region has a change in crystal grain size in the thickness direction. At the same time as being more continuous, the crystallization rate can be increased. Here, the crystal grain size and the crystallization ratio are different factors, and the definition of one does not uniquely determine the other. A method of increasing the dopant concentration that contributes as a crystal nucleus generation factor in the region where the crystal grain size is desired to be smaller and smaller in the region where the crystal grain size is desired to be increased is based on the crystallization rate. One of the ways to increase it. Not only by changing the crystal grain size in the film thickness direction, but also by increasing the crystallization rate of the crystallized region, in other words, by making the amorphous region smaller, the subsequently deposited i-type semiconductor layer can be formed in the initial stage. This is considered to be more preferable because good crystallinity can be obtained from the film.

【0028】上記の方法により、下地層を形成する場合
も、下地層の全領域を結晶化させると、第一の透明導電
層に対しても前記結晶化手段の効果が直接的に及ぶこと
になるため、第一の透明導電層が酸化物を含む場合に
は、酸素が脱離することにより第一の透明導電層の透過
率が低下し、裏面反射機能の低下が懸念される。そこ
で、前記結晶化手段の条件を調整することによって、ア
モルファス半導体層の一部の領域(第一の透明導電層と
反対側の領域)を結晶化させるように行うことで、上記
の作用は効果的に発現される。
In the case where the underlayer is formed by the above method, if the entire region of the underlayer is crystallized, the effect of the crystallization means directly affects the first transparent conductive layer. Therefore, when the first transparent conductive layer contains an oxide, oxygen is desorbed, whereby the transmittance of the first transparent conductive layer is reduced, and there is a concern that the back surface reflection function may be reduced. Therefore, by adjusting the condition of the crystallization means so as to crystallize a part of the amorphous semiconductor layer (a region on the side opposite to the first transparent conductive layer), the above-described effect is obtained. Is expressed.

【0029】第一の導電型を示すアモルファス半導体層
及び第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層を順次積
層してなる下地層の別の形成方法として、前記下地層を
高周波を用いたプラズマCVD法によってドーピングし
たアモルファス層を形成した後に、高周波を用いたプラ
ズマCVD法によって結晶相を含む半導体層を形成する
方法があげられる。ここで、結晶相を含む半導体層を形
成する際には、成膜過程において、ドーパント量、水素
希釈率、圧力、高周波パワーなどを変化させることによ
り、結晶粒径を制御することで本発明の下地層を形成す
ることが可能である。
As another method of forming an underlayer, in which an amorphous semiconductor layer having the first conductivity type and a semiconductor layer having the first conductivity type and having a crystal phase are sequentially laminated, the underlayer is formed using a high frequency. After the formation of the doped amorphous layer by the plasma CVD method, a method of forming a semiconductor layer containing a crystal phase by a plasma CVD method using high frequency can be given. Here, when a semiconductor layer containing a crystal phase is formed, the amount of a dopant, a hydrogen dilution ratio, a pressure, a high-frequency power, and the like are changed in a film formation process to control a crystal grain size, thereby controlling the crystal grain size according to the present invention. An underlayer can be formed.

【0030】また、本発明のシリコン系半導体は、周波
数が10MHz〜10GHzの高周波を用いたCVD法
で形成されたことを特徴としている。CVD法は、液相
から作成する方法と比べて低温でのシリコン系半導体の
形成が可能であり、低コストで前記シリコン系半導体の
形成が可能となる。
Further, the silicon-based semiconductor of the present invention is characterized in that it is formed by a CVD method using a high frequency of 10 MHz to 10 GHz. In the CVD method, a silicon-based semiconductor can be formed at a lower temperature than a method in which the silicon-based semiconductor is formed from a liquid phase, and the silicon-based semiconductor can be formed at low cost.

【0031】また、本発明の光起電力素子は、前記第一
の導電型を示し結晶相を含む半導体層の膜厚をd、前記
第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層に含まれる結
晶粒径の最も長い部分の長さをrとしたときに、r/d
の値が100以下であることを特徴としている。r/d
ha10以下がより好ましい。
In the photovoltaic device of the present invention, the thickness of the semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase is included in d and the thickness of the semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase is included. Where r is the length of the longest part of the crystal grain size to be obtained, r / d
Is 100 or less. r / d
ha10 or less is more preferable.

【0032】また、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、
r/dが100を超える場合には、前記第一の導電型を
示し結晶相を含む半導体層に表面方向に発生するストレ
スにより、前記第一の透明導電層との間で膜剥れが誘発
されやすくなる。なお、r/dの制御は、前記第一の導
電型を示し結晶相を含む半導体層内のドーパントの濃度
プロファイルを連続的に制御し、液相状態の結晶成長過
程を経る結晶化手段を用いた場合の、温度変化を敏速に
行うなどの制御することによって行えばよい。
Further, as a result of intensive studies by the present inventors,
When r / d is more than 100, film peeling is induced between the first transparent conductive layer and the first transparent conductive layer due to stress generated in the surface direction on the semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase. It is easy to be. The control of r / d is performed by continuously controlling the concentration profile of the dopant in the semiconductor layer having the first conductivity type and including the crystal phase, and using crystallization means that undergoes a crystal growth process in a liquid phase. In such a case, the temperature may be changed promptly to control the temperature.

【0033】次に本発明の光起電力素子の構成要素につ
いて説明する。
Next, the components of the photovoltaic element of the present invention will be described.

【0034】図1は本発明の光起電力素子の一例を示す
模式的な断面図である。図中101は基板、102は半
導体層、103は第二の透明導電層、104は集電電極
である。また、101−1は基体、101−2は金属
層、101−3は第一の透明導電層である。これらは基
板101の構成部材である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the photovoltaic device of the present invention. In the figure, 101 is a substrate, 102 is a semiconductor layer, 103 is a second transparent conductive layer, and 104 is a current collecting electrode. 101-1 is a base, 101-2 is a metal layer, and 101-3 is a first transparent conductive layer. These are components of the substrate 101.

【0035】(基体)基体101−1としては、金属、
樹脂、ガラス、セラミックス、半導体バルク等からなる
板状部材やシート状部材が好適に用いられる。その表面
には微細な凸凹を有していてもよい。透明基体を用いて
基体側から光が入射する構成としてもよい。また、基体
を長尺の形状とすることによってロール・ツー・ロール
法を用いた連続成膜を行うことができる。特にステンレ
ス、ポリイミド等の可撓性を有する材料は基体101−
1の材料として好適である。
(Base) As the base 101-1, a metal,
A plate-like member or a sheet-like member made of resin, glass, ceramics, semiconductor bulk, or the like is preferably used. The surface may have fine irregularities. A structure in which light is incident from the substrate side using a transparent substrate may be employed. Further, by forming the base into a long shape, continuous film formation using a roll-to-roll method can be performed. In particular, flexible materials such as stainless steel and polyimide are used for the substrate 101-.
It is suitable as the material of (1).

【0036】(金属層)金属層101−2は電極として
の役割と、基体101−1にまで到達した光を反射して
半導体層102で再利用させる反射層としての役割とを
有する。その材料としては、Al、Cu、Ag、Au、
CuMg、AlSi等を好適に用いることができる。そ
の形成方法としては、蒸着、スパッタ、電析、印刷等の
方法が好適である。金属層101−2は、その表面に凸
凹を有することが好ましい。それにより反射光の半導体
層102内での光路長を伸ばし、短絡電流を増大させる
ことができる。基体101−1が導電性を有する場合に
は金属層101−2は形成しなくてもよい。
(Metal Layer) The metal layer 101-2 has a role as an electrode and a role as a reflection layer that reflects light reaching the base 101-1 and reuses it in the semiconductor layer 102. The materials include Al, Cu, Ag, Au,
CuMg, AlSi, or the like can be suitably used. As the forming method, methods such as vapor deposition, sputtering, electrodeposition, and printing are suitable. The metal layer 101-2 preferably has irregularities on its surface. Accordingly, the optical path length of the reflected light in the semiconductor layer 102 can be extended, and the short-circuit current can be increased. When the base 101-1 has conductivity, the metal layer 101-2 need not be formed.

【0037】(第一の透明導電層)第一の透明導電層1
01−3は、入射光及び反射光の乱反射を増大し、半導
体層102内での光路長を伸ばす役割を有する。また、
金属層101−2の元素が半導体層102へ拡散あるい
はマイグレーションを起こし、光起電力素子がシャント
することを防止する役割を有する。さらに、適度な抵抗
をもつことにより、半導体層のピンホール等の欠陥によ
るショートを防止する役割を有する。さらに、第一の透
明導電層101−3は、金属層101−2と同様にその
表面に凸凹を有していることが望ましい。第一の透明導
電層101−3は、Zn0、IT0等の導電性酸化物か
らなることが好ましく、蒸着、スパッタ、CVD、電析
等の方法を用いて形成されることが好ましい。これらの
導電性酸化物に導電率を変化させる物質を添加してもよ
い。
(First Transparent Conductive Layer) First Transparent Conductive Layer 1
01-3 has a role of increasing the irregular reflection of incident light and reflected light and extending the optical path length in the semiconductor layer 102. Also,
It has a role of preventing the element of the metal layer 101-2 from diffusing or migrating into the semiconductor layer 102 and preventing the photovoltaic element from shunting. Furthermore, by having an appropriate resistance, it has a role of preventing a short circuit due to a defect such as a pinhole in the semiconductor layer. Further, it is desirable that the first transparent conductive layer 101-3 has an unevenness on the surface thereof, similarly to the metal layer 101-2. The first transparent conductive layer 101-3 is preferably made of a conductive oxide such as Zn0 or IT0, and is preferably formed using a method such as evaporation, sputtering, CVD, or electrodeposition. A substance that changes the conductivity may be added to these conductive oxides.

【0038】(基板)以上の方法により、基体101−
1上に必要に応じて、金属層101−2、第一の透明導
電層101−3を積層して基板101を形成する。ま
た、素子の集積化を容易にするために、基板101に中
間層として絶縁層を設けてもよい。
(Substrate) The substrate 101-
A substrate 101 is formed by laminating a metal layer 101-2 and a first transparent conductive layer 101-3 on the substrate 1 as needed. Further, an insulating layer may be provided on the substrate 101 as an intermediate layer in order to facilitate integration of elements.

【0039】(半導体層)本発明のシリコン系薄膜及び
半導体層102の主たる材料としては、アモルファス相
あるいは結晶相、さらにはこれらの混相系のSiが用い
られる。Siに代えて、SiとC又はGeとの合金を用
いても構わない。半導体層102には同時に、水素及び
/又はハロゲン原子が含有される。その好ましい含有量
は0.1〜40原子%である。さらに半導体層102
は、酸素、窒素などを含有してもよい。半導体層をp型
半導体層とするにはIII属元素、n型半導体層とする
にはV属元素を含有する。 p型層及びn型層び電気特
性としては、活性化エネルギーが0.2eV以下のもの
が好ましく、0.1eV以下のものが最適である。また
比抵抗としては100Ωcm以下が好ましく、1Ωcm
以下が最適である。スタックセル(pin接合を複数有
する光起電力素子)の場合、光入射側に近いpin接合
のi型半導体層はバンドギャップが広く、遠いpin接
合になるに随いバンドギャップが狭くなるのが好まし
い。また、i層内部ではその膜厚方向の中心よりもp層
寄りにバンドギャップの極小値があるのが好ましい。光
入射側のドープ層(p型層もしくはn型層)は光吸収の
少ない結晶性の半導体か、又はバンドギャップの広い半
導体が適している。pin接合を2組積層したスタック
セルの例としては、 i型シリコン系半導体層の組み合
わせとして、光入射側から(アモルファス半導体層、結
晶相を含む半導体層)、(結晶相を含む半導体層、結晶
相を含む半導体層)となるものがあげられる。また、p
in接合を3組積層した光起電力素子の例としては i
型シリコン系半導体層の組み合わせとして、光入射側か
ら(アモルファス半導体層、アモルファス半導体層、結
晶相を含む半導体層)、(アモルファス、結晶相を含む
半導体層、結晶相を含む半導体層)、(結晶相を含む半
導体層、結晶相を含む半導体層、結晶相を含む半導体
層)となるものがあげられる。i型半導体層としては光
(630nm)の吸収係数(α)が5000cm-1
上、ソーラーシミュレーター(AM1.5、100mW
/cm2)による擬似太陽光照射化の光伝導度(σp)
が10×10−5S/cm以上、暗伝導度(σd)が1
0×10−6S/cm以下、コンスタントフォトカレン
トメソッド(CPM)によるアーバックエナジーが55
meV以下であるのが好ましい。i型半導体層として
は、わずかにp型、n型になっているものでも使用する
ことができる。
(Semiconductor Layer) As a main material of the silicon-based thin film and the semiconductor layer 102 of the present invention, an amorphous phase or a crystalline phase, or a mixed phase Si thereof is used. Instead of Si, an alloy of Si and C or Ge may be used. The semiconductor layer 102 contains hydrogen and / or halogen atoms at the same time. The preferred content is 0.1 to 40 atomic%. Further, the semiconductor layer 102
May contain oxygen, nitrogen, and the like. The semiconductor layer contains a Group III element to be a p-type semiconductor layer, and contains a Group V element to be an n-type semiconductor layer. As the electrical characteristics of the p-type layer and the n-type layer, those having an activation energy of 0.2 eV or less are preferable, and those having an activation energy of 0.1 eV or less are optimal. The specific resistance is preferably 100 Ωcm or less, and 1 Ωcm
The following are optimal. In the case of a stack cell (a photovoltaic element having a plurality of pin junctions), it is preferable that the band gap of the i-type semiconductor layer of the pin junction near the light incident side is wide, and the band gap becomes narrower as the pin junction becomes farther. . Further, it is preferable that the band gap has a minimum value closer to the p layer than the center in the thickness direction in the i layer. As the doped layer (p-type layer or n-type layer) on the light incident side, a crystalline semiconductor with little light absorption or a semiconductor with a wide band gap is suitable. As an example of a stack cell in which two sets of pin junctions are stacked, a combination of an i-type silicon-based semiconductor layer, from the light incident side (amorphous semiconductor layer, semiconductor layer containing crystal phase), (semiconductor layer containing crystal phase, crystal Phase-containing semiconductor layer). Also, p
An example of a photovoltaic element in which three sets of in junctions are stacked is i
From the light incident side (amorphous semiconductor layer, amorphous semiconductor layer, semiconductor layer containing crystalline phase), (amorphous semiconductor layer containing crystalline phase, semiconductor layer containing crystalline phase), (crystal (A semiconductor layer containing a phase, a semiconductor layer containing a crystal phase, and a semiconductor layer containing a crystal phase). The i-type semiconductor layer has an absorption coefficient (α) of light (630 nm) of 5000 cm −1 or more and a solar simulator (AM 1.5, 100 mW).
/ Cm 2 ) photoconductivity (σp) of simulated sunlight irradiation
There 10 × 10- 5 S / cm or more, dark conductivity (.sigma.d) is 1
0 × 10- 6 S / cm or less, the Urbach energy by the constant photocurrent method (CPM) is 55
It is preferably at most meV. A slightly p-type or n-type semiconductor layer can be used as the i-type semiconductor layer.

【0040】本発明の構成要素である半導体層102に
ついてさらに説明を加えると、図3は本発明の半導体層
の一例として、一組のpin接合をもつ半導体層102
を示す模式的な断面図である。図中102−1Aは第一
の導電型を示すアモルファス半導体層、102−1Bは
第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層であり、これ
らを積層する構成により下地層102−1を形成し、さ
らに、結晶相を含むi型半導体層102−2、第二の導
電型を示す非単結晶半導体層102−3を積層する。p
in接合を複数持つ半導体層においては、そのなかのう
ちの少なくとも一つが前記の構成であることが好まし
い。第一の導電型を示すアモルファス半導体層102−
1Aの膜厚は2.0nm〜100nm、第一の導電型を
示し結晶相を含む半導体層102−1Bの膜厚は2.0
nm〜100nm、結晶粒径は、前記第一の導電型を示
し結晶相を含む半導体層の膜厚をd、結晶粒径の最も長
い部分の長さをrとしたときに、r/dの値が100以
下であることが好ましいものである。
The semiconductor layer 102 as a component of the present invention will be further described. FIG. 3 shows an example of a semiconductor layer 102 having a set of pin junctions as an example of the semiconductor layer of the present invention.
FIG. In the figure, 102-1A is an amorphous semiconductor layer showing a first conductivity type, 102-1B is a semiconductor layer showing a first conductivity type and including a crystal phase, and a base layer 102-1 is formed by laminating them. Then, an i-type semiconductor layer 102-2 containing a crystal phase and a non-single-crystal semiconductor layer 102-3 having a second conductivity type are stacked. p
In a semiconductor layer having a plurality of in junctions, at least one of the semiconductor layers preferably has the above-described structure. Amorphous semiconductor layer 102-showing the first conductivity type
The film thickness of 1A is 2.0 nm to 100 nm, and the thickness of the semiconductor layer 102-1B showing the first conductivity type and including a crystal phase is 2.0 nm.
When the thickness of the semiconductor layer having the first conductivity type and including a crystal phase is d, and the length of the longest portion of the crystal grain is r, the crystal grain size is r / d. Preferably, the value is 100 or less.

【0041】(半導体層の形成方法)本発明のシリコン
系薄膜、及び上述の半導体層102を形成するには、高
周波プラズマCVD法が適している。以下、高周波プラ
ズマCVD法によって半導体層102を形成する手順の
好適な例を示す。 (1)減圧状態にできる堆積室(真空チャンバー)内を
所定の堆積圧力に減圧する。 (2)堆積室内に原料ガス、希釈ガス等の材料ガスを導
入し、堆積室内を真空ポンプによって排気しつつ、堆積
室内を所定の堆積圧力に設定する。 (3)基板101をヒーターによって所定の温度に設定
する。 (4)高周波電源によって発振された高周波を前記堆積
室に導入する。前記堆積室への導入方法は、高周波を導
波管によって導き、アルミナセラミックスなどの誘電体
窓を介して堆積室内に導入したり、高周波を同軸ケーブ
ルによって導き、金属電極を介して堆積室内に導入した
りする方法がある。 (5)堆積室内にプラズマを生起させて原料ガスを分解
し、堆積室内に配置された基板101上に堆積膜を形成
する。この手順を必要に応じて複数回繰り返して半導体
層102を形成する。
(Method for Forming Semiconductor Layer) In order to form the silicon-based thin film of the present invention and the above-mentioned semiconductor layer 102, a high-frequency plasma CVD method is suitable. Hereinafter, a preferred example of a procedure for forming the semiconductor layer 102 by a high-frequency plasma CVD method will be described. (1) The inside of the deposition chamber (vacuum chamber) which can be reduced in pressure is reduced to a predetermined deposition pressure. (2) A material gas such as a source gas or a dilution gas is introduced into the deposition chamber, and the deposition chamber is set to a predetermined deposition pressure while exhausting the deposition chamber by a vacuum pump. (3) The substrate 101 is set to a predetermined temperature by a heater. (4) The high frequency oscillated by the high frequency power supply is introduced into the deposition chamber. The method of introducing into the deposition chamber is as follows: a high frequency is guided by a waveguide and introduced into the deposition chamber through a dielectric window such as alumina ceramics, or a high frequency is guided by a coaxial cable and introduced into the deposition chamber through a metal electrode. There are ways to do that. (5) Plasma is generated in the deposition chamber to decompose the source gas, and a deposited film is formed on the substrate 101 disposed in the deposition chamber. This procedure is repeated a plurality of times as needed to form the semiconductor layer 102.

【0042】本発明のシリコン系薄膜、及び上述の半導
体層102の形成条件としては、堆積室内の基板温度は
100〜450℃、圧力は0.5mTorr〜100T
orr、高周波パワーは0.001〜2W/cm3が好
適な条件としてあげられる。
The conditions for forming the silicon-based thin film of the present invention and the semiconductor layer 102 are as follows: the substrate temperature in the deposition chamber is 100 to 450 ° C., and the pressure is 0.5 mTorr to 100 T.
Orr and high frequency power are preferably 0.001 to 2 W / cm 3 .

【0043】本発明のシリコン系薄膜、及び上述の半導
体層102の形成に適した原料ガスとしては、Si
4、Si26、SiF4等のシリコン原子を含有したガ
ス化しうる化合物があげられる。合金系にする場合には
さらに、GeH4やCH4などのようにGeやCを含有し
たガス化しうる化合物を原料ガスに添加することが望ま
しい。原料ガスは、希釈ガスで希釈して堆積室内に導入
することが望ましい。希釈ガスとしては、H2やHeな
どがあげられる。さらに窒素、酸素等を含有したガス化
しうる化合物を原料ガス乃至希釈ガスとして添加しても
よい。半導体層をp型層とするためのドーパントガスと
してはB26、BF3等が用いられる。また、半導体層
をn型層とするためのドーパントガスとしては、P
3、PF3等が用いられる。結晶相の薄膜や、SiC等
の光吸収が少ないかバンドギャップの広い層を堆積する
場合には、原料ガスに対する希釈ガスの割合を増やし、
比較的高いパワーの高周波を導入するのが好ましい。
The source gas suitable for forming the silicon-based thin film of the present invention and the semiconductor layer 102 is Si
Examples include gasizable compounds containing silicon atoms, such as H 4 , Si 2 H 6 , and SiF 4 . In the case of using an alloy, it is desirable to further add a gasizable compound containing Ge or C, such as GeH 4 or CH 4 , to the source gas. It is desirable that the source gas be diluted with a dilution gas and introduced into the deposition chamber. Examples of the dilution gas include H 2 and He. Further, a gasifiable compound containing nitrogen, oxygen or the like may be added as a source gas or a diluent gas. B 2 H 6 , BF 3 or the like is used as a dopant gas for turning the semiconductor layer into a p-type layer. Further, as a dopant gas for converting the semiconductor layer into an n-type layer, P
H 3 , PF 3 or the like is used. When depositing a thin film of a crystalline phase or a layer having a small light absorption or a wide band gap such as SiC, increase the ratio of the diluent gas to the source gas,
It is preferable to introduce a relatively high power high frequency.

【0044】(下地層の形成手段)前記下地層102−
1の形成方法としては、高周波を用いたプラズマCVD
法によって第一の導電型を示すアモルファス半導体層1
02−1A、第一の導電型を示し結晶相を含む半導体層
102−1Bを順に積層する方法、高周波を用いたプラ
ズマCVD法によって、ドーピングしたアモルファス
層、ノンドープのアモルファス層を順次堆積した後に、
結晶化手段を用いて一部を結晶化する方法、ドーパント
の濃度を変化させながらアモルファス層を堆積したあと
に結晶化手段を用いて一部を結晶化する方法などがあげ
られる。
(Means for Forming Underlayer)
As a method of forming the first method, plasma CVD using high frequency
Amorphous semiconductor layer 1 showing first conductivity type by method
02-1A, a method of sequentially laminating semiconductor layers 102-1B having the first conductivity type and including a crystal phase, and sequentially depositing a doped amorphous layer and a non-doped amorphous layer by a plasma CVD method using high frequency,
There are a method of partially crystallizing using a crystallization means, a method of depositing an amorphous layer while changing the concentration of a dopant, and then partially crystallizing using a crystallization means.

【0045】(第二の透明導電層)第二の透明導電層1
03は、光入射側の電極であるとともに、その膜厚を適
当に設定することにより反射防止膜の役割をかねること
ができる。第二の透明導電層103は、半導体層102
の吸収可能な波長領域において高い透過率を有すること
と、抵抗率が低いことが要求される。好ましくは550
nmにおける透過率が80%以上、より好ましくは85
%以上であることが望ましい。抵抗率は5×10-3Ωc
m以下、より好ましくは1×10-3Ωcm以下であるこ
とが好ましい。第二の透明導電層103の材料として
は、IT0、ZnO、In23等を好適に用いることが
できる。その形成方法としては、蒸着、CVD、スプレ
ー、スピンオン、浸漬などの方法が好適である。これら
の材料に導電率を変化させる物質を添加してもよい。
(Second transparent conductive layer) Second transparent conductive layer 1
Reference numeral 03 denotes an electrode on the light incident side, and can also serve as an anti-reflection film by appropriately setting its film thickness. The second transparent conductive layer 103 is a semiconductor layer 102
Is required to have a high transmittance in a wavelength region that can absorb light and to have a low resistivity. Preferably 550
The transmittance in nm is 80% or more, more preferably 85%.
% Is desirable. The resistivity is 5 × 10 -3 Ωc
m, more preferably 1 × 10 −3 Ωcm or less. As a material of the second transparent conductive layer 103, IT0, ZnO, In 2 O 3 or the like can be preferably used. As the formation method, methods such as vapor deposition, CVD, spray, spin-on, and immersion are suitable. A substance that changes conductivity may be added to these materials.

【0046】(集電電極)集電電極104は集電効率を
向上するために透明電極103上に設けられる。その形
成方法として、マスクを用いてスパッタによって電極パ
ターンの金属を形成する方法や、導電性ペーストあるい
は半田ペーストを印刷する方法、金属線を導電性ペース
トで固着する方法などが好適である。
(Current Collecting Electrode) The current collecting electrode 104 is provided on the transparent electrode 103 to improve current collecting efficiency. As the forming method, a method of forming a metal of an electrode pattern by sputtering using a mask, a method of printing a conductive paste or a solder paste, a method of fixing a metal wire with a conductive paste, and the like are preferable.

【0047】なお、必要に応じて光起電力素子の両面に
保護層を形成することがある。同時に光起電力素子の裏
面(光入射側と反射側)などに鋼板等の補教材を併用し
てもよい。
Incidentally, if necessary, protective layers may be formed on both surfaces of the photovoltaic element. At the same time, an auxiliary material such as a steel plate may be used in combination on the back surface (light incident side and reflection side) of the photovoltaic element.

【0048】[0048]

【実施例】以下の実施例では、光起電力素子として太陽
電池を例に挙げて本発明を具体的にするが、これらの実
施例は本発明の内容を何ら限定するものではない。
EXAMPLES In the following examples, the present invention will be specifically described by taking a solar cell as an example of a photovoltaic element, but these examples do not limit the content of the present invention at all.

【0049】(実施例1)図2に示した堆積膜形成装置
201を用い、以下の手順でシリコン系薄膜を形成し
た。
Example 1 A silicon-based thin film was formed by the following procedure using the deposited film forming apparatus 201 shown in FIG.

【0050】図2は、本発明のシリコン系薄膜及び光起
電力素子を製造する堆積膜形成装置の一例を示す模式的
な断面図である。図2に示す堆積膜形成装置201は、
基板送り出し容器202、半導体形成用真空容器211
〜218、基板巻き取り容器203が、ガスゲートを介
して結合することによって構成されている。この堆積膜
形成装置201には、各容器及び各ガスゲートを貫いて
帯状の導電性基板204がセットされる。帯状の導電性
基板204は、基板送り出し容器202に設置されたボ
ビンから巻き出され、基板巻き取り容器203で別のボ
ビンに巻き取られる。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a deposited film forming apparatus for producing a silicon-based thin film and a photovoltaic element according to the present invention. The deposited film forming apparatus 201 shown in FIG.
Substrate sending container 202, semiconductor forming vacuum container 211
218 and the substrate take-up container 203 are connected via a gas gate. A strip-shaped conductive substrate 204 is set in the deposition film forming apparatus 201 through each container and each gas gate. The strip-shaped conductive substrate 204 is unwound from a bobbin provided in the substrate unloading container 202, and is wound on another bobbin by the substrate unwinding container 203.

【0051】半導体形成用真空容器211〜218は、
それぞれ堆積室を有しており、該放電室内の放電電極2
41〜248に高周波電源251〜258から高周波電
力を印加することによってグロー放電を生起させ、それ
によって原科ガスを分解し導電性基板204上に半導体
層を堆積させる。また、各半導体形成用真空容器21
3、214、217、218、には、原料ガスや希釈ガ
スを導入するためのガス導入管233、234、23
7、238が接続されている。また、半導体真空容器2
11、212、215、216、には、基板搬送方向の
上流側と下流側の両方にガス導入管231a、231
b、232a、232b、235a、235b、236
a、236bを設けた。
The semiconductor forming vacuum vessels 211 to 218
Each has a deposition chamber, and discharge electrodes 2 in the discharge chamber.
Glow discharge is generated by applying high frequency power from 41 to 248 to the high frequency power supply 251 to 258, thereby decomposing the source gas and depositing a semiconductor layer on the conductive substrate 204. Also, each semiconductor forming vacuum vessel 21
3, 214, 217, and 218 have gas introduction pipes 233, 234, and 23 for introducing a source gas and a dilution gas.
7, 238 are connected. In addition, semiconductor vacuum vessel 2
11, 212, 215 and 216, gas introduction pipes 231a and 231 are provided on both the upstream side and the downstream side in the substrate transport direction.
b, 232a, 232b, 235a, 235b, 236
a, 236b.

【0052】半導体形成用真空容器212と半導体形成
用真空容器213の間および半導体形成用真空容器21
6と半導体形成用真空容器217の間には、結晶化手段
用の結晶化容器221、222および、エキシマレーザ
ー装置223、224がそれぞれ具備されている。
Between the semiconductor forming vacuum vessel 212 and the semiconductor forming vacuum vessel 213 and the semiconductor forming vacuum vessel 21
Crystallizing containers 221 and 222 for crystallization means and excimer laser devices 223 and 224 are provided between the semiconductor device 6 and the semiconductor forming vacuum container 217, respectively.

【0053】図2に示した堆積膜形成装置201は、半
導体形成用真空装置を8個具備しているが、以下の実施
例においては、すべての半導体形成用真空容器でグロー
放電を生起させる必要はなく、製造する光起電力素子の
層構成にあわせて各容器でのグロー放電の有無を選択す
ることができる。また、各半導体形成装置には、各堆積
室内での導電性基板204と放電空間との接触面積を調
整するための、不図示の成膜領域調整板が設けられてお
り、これを調整することによって各容器で形成される各
半導体膜の膜厚を調整することができるようになってい
る。
The deposited film forming apparatus 201 shown in FIG. 2 has eight semiconductor forming vacuum apparatuses. In the following embodiment, it is necessary to generate a glow discharge in all the semiconductor forming vacuum vessels. However, the presence or absence of glow discharge in each container can be selected according to the layer configuration of the photovoltaic element to be manufactured. Further, each semiconductor forming apparatus is provided with a film formation region adjustment plate (not shown) for adjusting a contact area between the conductive substrate 204 and the discharge space in each deposition chamber. Thus, the thickness of each semiconductor film formed in each container can be adjusted.

【0054】まず、ステンレス(SUS430BA)か
らなる帯状の基体(幅40cm、長さ200m、厚さ
0.125mm)を十分に脱脂、洗浄し、不図示の連続
スパッタリング装置に装着し、Al電極をターゲットと
して、厚さ100nmのAl薄膜をスパッタ蒸着させ
た。さらにZnOターゲットを用いて、厚さ1.2μm
のZnO薄膜をAl薄膜の上にスパッタ蒸着し、帯状の
導電性基板204を形成した。
First, a strip-shaped substrate (40 cm wide, 200 m long, 0.125 mm thick) made of stainless steel (SUS430BA) was sufficiently degreased and washed, and was mounted on a continuous sputtering device (not shown), and the Al electrode was targeted. An Al thin film having a thickness of 100 nm was sputter deposited. Further, using a ZnO target, a thickness of 1.2 μm
The ZnO thin film was sputter-deposited on the Al thin film to form a strip-shaped conductive substrate 204.

【0055】次に基板送り出し容器202に、導電性基
板204を巻いたボビンを装着し、導電性基板204を
搬入側のガスゲート、半導体形成用真空容器211、2
12、213、214、215、216、217、21
8、搬出側のガスゲートを介し、基板巻き取り容器20
3まで通し、帯状の導電性基板204がたるまないよう
に張力調整を行った。そして、基板送り出し容器20
2、半導体形成用真空容器211、212、213、2
14、215、216、217、218、結晶化容器2
21、222、基板巻き取り容器203を真空ポンプか
らなる真空排気系により、5×10-6Torr以下まで
充分に真空排気した。
Next, a bobbin around which the conductive substrate 204 is wound is mounted on the substrate delivery container 202, and the conductive substrate 204 is loaded with the gas gate on the loading side, and the semiconductor forming vacuum containers 211 and 2.
12, 213, 214, 215, 216, 217, 21
8. The substrate take-up container 20 is passed through the gas gate on the carry-out side.
3, the tension was adjusted so that the belt-shaped conductive substrate 204 did not sag. Then, the substrate delivery container 20
2. Vacuum container 211, 212, 213, 2 for semiconductor formation
14, 215, 216, 217, 218, crystallization vessel 2
21, 222 and the substrate take-up container 203 were sufficiently evacuated to 5 × 10 −6 Torr or less by an evacuation system including a vacuum pump.

【0056】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器211、212、213へガス導入管2
31−a、231−b、232−a、232−b、23
3から原料ガス及び希釈ガスを供給した。
Next, while operating the vacuum evacuation system, the gas introduction pipe 2 was introduced into the vacuum chambers 211, 212, and 213 for semiconductor formation.
31-a, 231-b, 232-a, 232-b, 23
From 3 raw material gas and dilution gas were supplied.

【0057】また、半導体形成用真空容器211、21
2、213以外の半導体形成用真空容器にはガス導入管
から200sccmのH2ガスを供給し、同時に不図示
の各ゲートガス供給管から、各ガスゲートにゲートガス
として500sccmのH2ガスを供給した。この状態
で真空排気系の排気能力を調整して、半導体形成用真空
容器211、212、213内の圧力を所望の圧力に調
整した。形成条件は表1に示す通りである。
Further, the semiconductor forming vacuum vessels 211 and 21
200 sccm H 2 gas was supplied from a gas introduction pipe to the semiconductor forming vacuum vessels other than 2 , 213, and simultaneously 500 sccm H 2 gas as a gate gas was supplied to each gas gate from each gate gas supply pipe (not shown). In this state, the evacuation capacity of the evacuation system was adjusted to adjust the pressure in the semiconductor formation vacuum vessels 211, 212, and 213 to a desired pressure. The forming conditions are as shown in Table 1.

【0058】[0058]

【表1】 [Table 1]

【0059】半導体形成用真空容器211、212、2
13内の圧力が安定したところで、基板送り出し容器2
02から基板巻き取り容器203の方向に、導電性基板
204の移動を開始した。導電性基板204を移動させ
ながら、結晶化容器221内の赤外線ランプヒーターを
導電性基板204が650℃になるように加熱した。
Vacuum containers 211, 212, and 2 for forming semiconductors
When the pressure in the substrate 13 is stabilized, the substrate
The movement of the conductive substrate 204 in the direction from 02 to the substrate take-up container 203 was started. While moving the conductive substrate 204, the infrared lamp heater in the crystallization container 221 was heated so that the conductive substrate 204 reached 650 ° C.

【0060】次に、半導体形成用真空容器211、21
2、213内の放電電極242に高周波電源251、2
52、253より高周波を導入し、半導体形成用真空容
器211、212、213内の堆積室内にグロー放電を
生起し、導電性基板204上にアモルファスn型半導体
層(膜厚30nm)、アモルファスi型半導体層(膜厚
30nm)を形成したした後、ランプヒーターによる加
熱処理を行って、前記アモルファスn型半導体層、アモ
ルファスi型半導体層の一部を結晶化させた下地層を形
成した後に、結晶相を含むi型半導体層(膜厚1.5μ
m)を形成し、シリコン系薄膜を形成した(実施例1−
1)。ここで、半導体形成用真空容器211には周波数
13.56MHZ、パワー5mW/cm3の高周波電力
を、半導体形成用真空容器212には周波数13.56
MHZ、パワー5mW/cm3の高周波電力を、半導体
形成用真空容器213には周波数100MHZ、パワー
20mW/cm3の高周波電力を導入した。
Next, the semiconductor forming vacuum vessels 211 and 21
The high frequency power supplies 251, 2
A high frequency is introduced from 52 and 253 to generate a glow discharge in the deposition chamber in the semiconductor forming vacuum vessels 211, 212 and 213, and an amorphous n-type semiconductor layer (thickness 30 nm) and an amorphous i-type on the conductive substrate 204. After a semiconductor layer (thickness: 30 nm) is formed, a heat treatment is performed by a lamp heater to form a base layer in which a part of the amorphous n-type semiconductor layer and the amorphous i-type semiconductor layer is crystallized. Phase-containing i-type semiconductor layer (1.5 μm thick)
m) and a silicon-based thin film was formed (Example 1-).
1). Here, a high frequency power of 13.56 MHZ and a power of 5 mW / cm 3 is applied to the vacuum vessel 211 for semiconductor formation, and a frequency of 13.56 is applied to the vacuum vessel 212 for semiconductor formation.
MHZ, high-frequency power of power 5 mW / cm 3 , and high-frequency power of frequency 100 MHZ, power 20 mW / cm 3 were introduced into the vacuum chamber 213 for semiconductor formation.

【0061】次に、表1に示すように、半導体真空容器
211内に導入ガスを、搬送上流側と搬送下流側のPH
3ガスの流量に差をつけた以外は実施例1−1と同様の
方法でシリコン系薄膜を形成した(実施例1−2)
Next, as shown in Table 1, the gas introduced into the semiconductor vacuum vessel 211 was supplied to the upstream and downstream sides of the transfer.
A silicon-based thin film was formed in the same manner as in Example 1-1 except that the flow rates of the three gases were different (Example 1-2).

【0062】次に、ランプヒーターによる結晶化のため
の加熱処理を行わなかった以外は実施例1−1と同様の
方法で、シリコン系薄膜を形成した(比較例1)。
Next, a silicon-based thin film was formed in the same manner as in Example 1-1, except that heat treatment for crystallization by a lamp heater was not performed (Comparative Example 1).

【0063】次に、実施例1−1と比較例1で作成した
シリコン系薄膜をX線回折法により結晶性を評価した結
果、実施例1−1のシリコン系薄膜の方が回折強度が大
きく回折線が鮮鋭であった。また、(220)反射の回
折ピークの半値幅よりScherrer半径を求めたと
ころ、実施例1−1で作成したシリコン系薄膜のSch
errer半径は、比較例1で作成したシリコン系薄膜
のScherrer半径の2.5倍の大きさを示した。
また、実施例1−1で作成したシリコン系薄膜をTEM
によって断面観察を行った。図7のTEMによる断面観
察の概略図に示したように、ZnO上にアモルファス半
導体層、結晶相を含む半導体層が順次形成されていた。
結晶相を含む半導体層の結晶粒径は、上部に向かって徐
々に大きくなっており、結晶相を含むi型半導体層は下
地層から連続的に結晶成長している様子が観察され、初
期膜にアモルファス層は観察されなかった。比較例1の
シリコン系薄膜の断面観察では、結晶相を含むi型半導
体層の初期膜にアモルファス層が観察された。また実施
例1−2のシリコン系薄膜では、実施例1−1のシリコ
ン系薄膜と比較して、Scherrer半径が1.15
倍であった。また、SIMS分析を行ったところ、実施
例1−2の下地層では、導電性基板側からi型半導体層
に向かってP原子の濃度が減少する分布が認められた
が、実施例1−1では認められなかった。
Next, as a result of evaluating the crystallinity of the silicon-based thin films prepared in Example 1-1 and Comparative Example 1 by the X-ray diffraction method, the silicon-based thin film of Example 1-1 has a higher diffraction intensity. Diffraction lines were sharp. The Scherrer radius was determined from the half width of the diffraction peak of (220) reflection, and the Scherrer radius of the silicon-based thin film formed in Example 1-1 was determined.
The err radius was 2.5 times as large as the Scherrer radius of the silicon-based thin film prepared in Comparative Example 1.
Further, the silicon-based thin film prepared in Example 1-1 was
The cross section was observed by using As shown in the schematic diagram of the cross-sectional observation by TEM in FIG. 7, an amorphous semiconductor layer and a semiconductor layer containing a crystal phase were sequentially formed on ZnO.
The crystal grain size of the semiconductor layer including the crystal phase gradually increases toward the top, and it is observed that the i-type semiconductor layer including the crystal phase continuously grows from the underlayer. No amorphous layer was observed. In the cross-sectional observation of the silicon-based thin film of Comparative Example 1, an amorphous layer was observed in the initial film of the i-type semiconductor layer including the crystal phase. The silicon-based thin film of Example 1-2 has a Scherrer radius of 1.15 compared to the silicon-based thin film of Example 1-1.
It was twice. SIMS analysis revealed that in the underlayer of Example 1-2, a distribution was observed in which the concentration of P atoms decreased from the conductive substrate side toward the i-type semiconductor layer. Was not recognized.

【0064】以上のことから、本発明のシリコン系薄膜
は、結晶性にすぐれ、結晶粒径の大きなものであり、か
つ下地層から連続して結晶相の生成が可能であるという
優れた特長を持つことがわかる。さらに、下地層のドー
パント濃度が前記結晶相に向かって減少している構成で
は、よりすぐれた特長を持つことがわかる。
As described above, the silicon-based thin film of the present invention has excellent characteristics that it has excellent crystallinity, has a large crystal grain size, and can continuously generate a crystal phase from the underlayer. You can see it has. Further, it can be seen that the configuration in which the dopant concentration of the underlayer decreases toward the crystal phase has more excellent characteristics.

【0065】(実施例2)図2に示した堆積膜形成装置
201を用い、以下の手順で図4に示したpin型光起
電力素子を形成した。図4は本発明のシリコン系薄膜を
有する光起電力素子の一例粗示す模式的な断面図であ
る。図中、図1と同様の部材には同じ符号を付して説明
を省略する。この光起電力素子の半導体層は、アモルフ
ァスn型半導体層102−1Aと、結晶相を含むn型半
導体層102−1Bと、微結晶i型半導体層102−2
と微結晶p型半導体層102−3とからなっている。す
なわち、この光起電力素子はいわゆるpin型シングル
セル光起電力素子である。
Example 2 The pin type photovoltaic element shown in FIG. 4 was formed by the following procedure using the deposited film forming apparatus 201 shown in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an example of a photovoltaic device having a silicon-based thin film of the present invention. In the figure, the same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The semiconductor layers of this photovoltaic element include an amorphous n-type semiconductor layer 102-1A, an n-type semiconductor layer 102-1B containing a crystalline phase, and a microcrystalline i-type semiconductor layer 102-2.
And a microcrystalline p-type semiconductor layer 102-3. That is, this photovoltaic element is a so-called pin type single cell photovoltaic element.

【0066】実施例1と同様に、帯状の導電性基板20
4を作成し、堆積膜形成装置201に装着し、基板送り
出し容器202、半導体形成用真空容器211、21
2、213、214、215、216、217、21
8、基板巻き取り容器203を不図示の真空ポンプから
なる真空排気系により、5×10-6Torr以下まで充
分に真空排気した。
As in the first embodiment, the belt-shaped conductive substrate 20
4 is mounted on the deposition film forming apparatus 201, and the substrate sending container 202, the semiconductor forming vacuum containers 211 and 21 are prepared.
2, 213, 214, 215, 216, 217, 21
8. The substrate take-up container 203 was sufficiently evacuated to 5 × 10 −6 Torr or less by a vacuum evacuation system including a vacuum pump (not shown).

【0067】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器211〜214へガス導入管231−
a、231−b、232−a、232−b、233、2
34から原料ガス及び希釈ガスを供給した。
Next, while operating the vacuum evacuation system, the gas introduction pipe 231-
a, 231-b, 232-a, 232-b, 233, 2
The raw material gas and the dilution gas were supplied from 34.

【0068】また、半導体形成用真空容器211〜21
4以外の半導体形成用真空容器にはガス導入管から20
0sccmのH2ガスを供給し、同時に不図示の各ゲー
トガス供給管から、各ガスゲートにゲートガスとして5
00sccmのH2ガスを供給した。この状態で真空排
気系の排気能力を調整して、半導体形成用真空容器21
1〜214内の圧力を所望の圧力に調整した。形成条件
は表2に示す通りである。
Further, vacuum containers 211 to 21 for forming semiconductors
For the semiconductor formation vacuum vessels other than 4
0 sccm of H 2 gas is supplied, and at the same time, 5 g of gate gas is supplied from each gate gas supply pipe (not shown) to each gas gate.
00 sccm of H 2 gas was supplied. In this state, the evacuation capacity of the evacuation system is adjusted so that the semiconductor forming vacuum vessel 21 is formed.
The pressure within 1-214 was adjusted to the desired pressure. The forming conditions are as shown in Table 2.

【0069】[0069]

【表2】 [Table 2]

【0070】半導体形成用真空容器211、212、2
13内の圧力が安定したところで、基板送り出し容器2
02から基板巻き取り容器203の方向に、導電性基板
204の移動を開始した。導電性基板204を移動させ
ながら、結晶化容器221内の赤外線ランプヒーターを
導電性基板204が650℃になるように加熱した。
Semiconductor forming vacuum chambers 211, 212, 2
When the pressure in the substrate 13 is stabilized, the substrate
The movement of the conductive substrate 204 in the direction from 02 to the substrate take-up container 203 was started. While moving the conductive substrate 204, the infrared lamp heater in the crystallization container 221 was heated so that the conductive substrate 204 reached 650 ° C.

【0071】次に、半導体形成用真空容器211〜21
4内の放電電極241〜244に高周波電源251〜2
54より高周波を導入し、半導体形成用真空容器211
〜214内の堆積室内にグロー放電を生起し、導電性基
板204上に、導電性基板204上にアモルファスn型
半導体層(膜厚30nm)、アモルファスi型半導体層
(膜厚30nm)を形成したした後、ランプヒーターに
よる加熱処理を行って、前記アモルファスn型半導体
層、アモルファスi型半導体層の一部を結晶化させた下
地層を形成した後に、結晶相を含むi型半導体層(膜厚
1.5μm)、微結晶p型半導体層(膜厚10nm)を
形成し光起電力素子を形成した。微結晶p型半導体層形
成時、半導体形成用真空容器214には周波数13.5
6MHz、パワー30mW/cm3を導入し、それ以外
の層では実施例1と同様に行った。次に不図示の連続モ
ジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電力素子
を36cm×22cmの太陽電池モジュールに加工した
(実施例2)。
Next, semiconductor forming vacuum vessels 211 to 21
4, high-frequency power supplies 251-2
A high frequency is introduced from 54 and the semiconductor forming vacuum vessel 211
Glow discharge is generated in the deposition chambers 214 to 214 to form an amorphous n-type semiconductor layer (thickness 30 nm) and an amorphous i-type semiconductor layer (thickness 30 nm) on the conductive substrate 204. After that, a heating process using a lamp heater is performed to form an underlayer in which a part of the amorphous n-type semiconductor layer and the amorphous i-type semiconductor layer is crystallized. 1.5 μm) and a microcrystalline p-type semiconductor layer (thickness: 10 nm) were formed to form a photovoltaic element. At the time of forming the microcrystalline p-type semiconductor layer, the semiconductor forming vacuum vessel 214 has a frequency of 13.5.
6 MHz and a power of 30 mW / cm 3 were introduced, and the other layers were the same as in Example 1. Next, the formed band-shaped photovoltaic element was processed into a solar cell module of 36 cm × 22 cm using a continuous modularization device (not shown) (Example 2).

【0072】次に、ランプヒーターによる結晶化のため
の加熱処理を行わなかった以外は実施例1と同様の方法
で、太陽電池モジュールを形成した(比較例2)。
Next, a solar cell module was formed in the same manner as in Example 1 except that heat treatment for crystallization by a lamp heater was not performed (Comparative Example 2).

【0073】実施例2及び比較例2で作成した太陽電池
モジュールの光電変換効率をソーラーシミュレーター
(AM1.5、100mW/cm2)を用いて測定し
た。実施例2の太陽電池モジュールの光電変換効率を1
に規格化したときの、比較例2で作成した太陽電池モジ
ュールの光電変換効率の値は0.85となった。以上の
ことより、本発明の光起電力素子を含む太陽電池モジュ
ールは、優れた特長を持つことがわかる。
The photoelectric conversion efficiencies of the solar cell modules prepared in Example 2 and Comparative Example 2 were measured using a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ). The photoelectric conversion efficiency of the solar cell module of Example 2 was 1
The value of the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module prepared in Comparative Example 2 when normalized to 0.85 was 0.85. From the above, it is understood that the solar cell module including the photovoltaic element of the present invention has excellent features.

【0074】(実施例3)図2に示した堆積膜形成装置
201を用い、以下の手順で図4に示したpin型光起
電力素子を形成した。
Example 3 The pin type photovoltaic element shown in FIG. 4 was formed by the following procedure using the deposited film forming apparatus 201 shown in FIG.

【0075】実施例1と同様に、帯状の導電性基板20
4を作成し、堆積膜形成装置201に装着し、基板送り
出し容器202、半導体形成用真空容器211、21
2、213、214、215、216、217、21
8、基板巻き取り容器203を不図示の真空ポンプから
なる真空排気系により、5×10-6Torr以下まで充
分に真空排気した。
As in the first embodiment, the strip-shaped conductive substrate 20
4 is mounted on the deposition film forming apparatus 201, and the substrate sending container 202, the semiconductor forming vacuum containers 211 and 21 are prepared.
2, 213, 214, 215, 216, 217, 21
8. The substrate take-up container 203 was sufficiently evacuated to 5 × 10 −6 Torr or less by a vacuum evacuation system including a vacuum pump (not shown).

【0076】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器211〜214へガス導入管231−
a、231−b、232−a、232−b、233、2
34、から原料ガス及び希釈ガスを供給した。
Next, while operating the vacuum evacuation system, the gas introduction pipe 231-
a, 231-b, 232-a, 232-b, 233, 2
34, the raw material gas and the dilution gas were supplied.

【0077】また、半導体形成用真空容器211〜21
4以外の半導体形成用真空容器にはガス導入管から20
0sccmのH2ガスを供給し、同時に不図示の各ゲー
トガス供給管から、各ガスゲートにゲートガスとして5
00sccmのH2ガスを供給した。この状態で真空排
気系の排気能力を調整して、半導体形成用真空容器21
1〜214内の圧力を所望の圧力に調整した。形成条件
は表3に示す通りである。
Further, vacuum containers 211 to 21 for forming semiconductors
For the semiconductor formation vacuum vessels other than 4
0 sccm of H 2 gas is supplied, and at the same time, 5 g of gate gas is supplied from each gate gas supply pipe (not shown) to each gas gate.
00 sccm of H 2 gas was supplied. In this state, the evacuation capacity of the evacuation system is adjusted so that the semiconductor forming vacuum vessel 21 is formed.
The pressure within 1-214 was adjusted to the desired pressure. The forming conditions are as shown in Table 3.

【0078】[0078]

【表3】 [Table 3]

【0079】半導体形成用真空容器211、212、2
13内の圧力が安定したところで、基板送り出し容器2
02から基板巻き取り容器203の方向に、導電性基板
204の移動を開始した。
Semiconductor-forming vacuum vessels 211, 212, and 2
When the pressure in the substrate 13 is stabilized, the substrate
The movement of the conductive substrate 204 in the direction from 02 to the substrate take-up container 203 was started.

【0080】実施例1と同様に、半導体形成用真空容器
211〜214内の放電電極241〜244に高周波電
源251〜254より高周波を導入し、半導体形成用真
空容器211〜214内の堆積室内にグロー放電を生起
し、導電性基板204上に、導電性基板204上にアモ
ルファスn型半導体層(膜厚30nm)、微結晶n型半
導体層(膜厚30nm)、結晶相を含むi型半導体層
(膜厚1.5μm)、微結晶p型半導体層(膜厚10n
m)を形成し光起電力素子を形成した。次に不図示の連
続モジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電力
素子を36cm×22cmの太陽電池モジュールに加工
した(実施例3)。
In the same manner as in the first embodiment, high-frequency power is applied to the discharge electrodes 241 to 244 in the vacuum chambers 211 to 214 for forming semiconductors from the high-frequency power sources 251 to 254, and the discharge chambers in the vacuum chambers 211 to 214 for forming semiconductors are introduced. A glow discharge occurs, on the conductive substrate 204, an amorphous n-type semiconductor layer (thickness 30 nm), a microcrystalline n-type semiconductor layer (thickness 30 nm), and an i-type semiconductor layer including a crystalline phase on the conductive substrate 204. (Thickness: 1.5 μm), microcrystalline p-type semiconductor layer (thickness: 10 n)
m) to form a photovoltaic element. Next, the formed band-shaped photovoltaic element was processed into a solar cell module of 36 cm × 22 cm using a continuous modularization device (not shown) (Example 3).

【0081】次に、半導体形成用真空容器211でアモ
ルファスn型半導体層を堆積しなかった以外は実施例3
と同様の方法で、太陽電池モジュールを形成した(比較
例3)。
Next, Example 3 was repeated except that the amorphous n-type semiconductor layer was not deposited in the vacuum chamber 211 for forming a semiconductor.
A solar cell module was formed in the same manner as described above (Comparative Example 3).

【0082】実施例3及び比較例3で作成した太陽電池
モジュールの光電変換効率をソーラーシミュレーター
(AM1.5、100mW/cm2)を用いて測定し
た。実施例3の太陽電池モジュールの光電変換効率を1
に規格化したときの、比較例3で作成した太陽電池モジ
ュールの光電変換効率の値は0.9となった。実施例3
の太陽電池モジュールの短絡電流を1に規格化したとき
の、比較例3で作成した太陽電池モジュールの短絡電流
の値が0.9であったので、光電変換効率の低下分は、
主に短絡電流に依存していたものと思われる。
The photoelectric conversion efficiencies of the solar cell modules prepared in Example 3 and Comparative Example 3 were measured using a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ). The photoelectric conversion efficiency of the solar cell module of Example 3 was 1
The value of the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module prepared in Comparative Example 3 when standardized to was 0.9. Example 3
When the short-circuit current of the solar cell module was normalized to 1, the value of the short-circuit current of the solar cell module created in Comparative Example 3 was 0.9.
It seems that it mainly depended on the short-circuit current.

【0083】また碁盤目テープ法(切り傷の隙間間隔1
mm、ます目の数100)を用いて導電性基板と半導体
層との間の密着性を調べた。またあらかじめ初期光電変
換効率を測定しておいた太陽電池モジュールを、温度8
5℃、湿度85%の暗所に設置し30分保持、その後7
0分かけて温度−20℃まで下げ30分保持、再び70
分かけて温度85℃m湿度85%まで戻す、このサイク
ルを100回繰り返した後に再度光電変換効率を測定
し、温湿度試験による光電変換効率の変化を調べた。
In addition, the cross-cut tape method (interval space 1 between cuts)
mm, the number of squares of 100) was used to examine the adhesion between the conductive substrate and the semiconductor layer. In addition, the solar cell module whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance
Installed in a dark place at 5 ° C and 85% humidity and kept for 30 minutes, then 7
Reduce the temperature to -20 ° C over 0 minutes, hold for 30 minutes, and return to 70
This cycle of returning the temperature to 85 ° C. and the humidity of 85% over a period of 100 minutes was repeated 100 times, and then the photoelectric conversion efficiency was measured again to examine the change in the photoelectric conversion efficiency by the temperature and humidity test.

【0084】また、あらかじめ初期光電変換効率を測定
しておいた太陽電池モジュールを50℃に保持した状態
で、 AM1.5、100mW/cm2の擬似太陽光を
500時間照射した後に、再度光電変換効率を測定し、
光劣化試験による光電変換効率の変化を調べた。これら
の結果を表4に示す。
Further, while the solar cell module whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance was held at 50 ° C., it was irradiated with AM1.5, 100 mW / cm 2 simulated sunlight for 500 hours, and then again subjected to photoelectric conversion. Measure efficiency,
The change of the photoelectric conversion efficiency by the light deterioration test was examined. Table 4 shows the results.

【0085】[0085]

【表4】 [Table 4]

【0086】表4に示すように、本発明の光起電力素子
を含む実施例3の太陽電池モジュールは、比較例3の太
陽電池モジュールを比較して、初期変換効率、密着性、
温湿度試験や光劣化試験に対する耐久性に優れている。
以上のことより本発明の光起電力素子を含む太陽電池モ
ジュールは、優れた特長を持つことが分かる。
As shown in Table 4, the solar cell module of Example 3 including the photovoltaic element of the present invention was different from the solar cell module of Comparative Example 3 in terms of initial conversion efficiency, adhesion,
Excellent durability against temperature and humidity tests and light deterioration tests.
From the above, it can be seen that the solar cell module including the photovoltaic element of the present invention has excellent features.

【0087】(実施例4)実施例2と同等の条件で半導
体形成用真空容器211、212内の放電電極241、
242に高周波電源251、252より高周波を導入
し、半導体形成用真空容器211、212内の堆積室内
にグロー放電を生起し、導電性基板204上に、導電性
基板204上にアモルファスn型半導体層(膜厚30n
m)、アモルファスi型半導体層(膜厚30nm)を形
成したした後、下地層の結晶化率を変化させるようにラ
ンプヒーターによる基板の加熱温度を変化させて、加熱
処理を行った(実施例4−1〜4−3、比較例4−
1)。またこれらの下地層と同じ条件で、下地層を形成
した後で、実施例2と同様に、結晶相を含むi型半導体
層(膜厚1.5μm)、微結晶p型半導体層(膜厚10
nm)を形成し光起電力素子を形成した。次に不図示の
連続モジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電
力素子を36cm×22cmの太陽電池モジュールに加
工した(実施例4−4〜4−6、比較例4−2)。
(Embodiment 4) The discharge electrodes 241 in the vacuum chambers 211 and 212 for forming a semiconductor under the same conditions as those of the embodiment 2
High-frequency power is supplied from a high-frequency power source 251 or 252 to the deposition chamber 242 to generate a glow discharge in a deposition chamber in the vacuum chamber 211 or 212 for forming a semiconductor, and an amorphous n-type semiconductor layer is formed on the conductive substrate 204 or on the conductive substrate 204. (Thickness 30n
m), after forming an amorphous i-type semiconductor layer (thickness: 30 nm), heat treatment was performed by changing the heating temperature of the substrate by a lamp heater so as to change the crystallization rate of the underlayer (Example). 4-1 to 4-3, Comparative Example 4-
1). After forming the underlayer under the same conditions as those underlayers, as in Example 2, an i-type semiconductor layer containing a crystalline phase (thickness: 1.5 μm), a microcrystalline p-type semiconductor layer (thickness: 10
nm) to form a photovoltaic element. Next, the formed strip-shaped photovoltaic element was processed into a solar cell module of 36 cm × 22 cm by using a continuous modularization device (not shown) (Examples 4-4 to 4-6, Comparative Example 4-2).

【0088】実施例4−4〜4−6及び比較例4−2で
作成した太陽電池モジュールの光電変換効率をソーラー
シミュレーター(AM1.5、100mW/cm2)を
用いて測定した。実施例4−4の太陽電池モジュールの
光電変換効率を1に規格化したときの、各太陽電池モジ
ュールの光電変換効率の値を表5に示す。表5に示すよ
うに、下地層のアモルファス成分に起因するラマン散乱
強度が結晶成分に起因するラマン散乱強度以下である太
陽電池モジュールで優れた光電変換効率を示し、以上の
ことより本発明の光起電力素子を含む太陽電池モジュー
ルは、優れた特長を持つことが分かる。
The photoelectric conversion efficiencies of the solar cell modules prepared in Examples 4-4 to 4-6 and Comparative Example 4-2 were measured using a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ). Table 5 shows the value of the photoelectric conversion efficiency of each solar cell module when the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module of Example 4-4 was normalized to 1. As shown in Table 5, the solar cell module in which the Raman scattering intensity due to the amorphous component of the underlayer is equal to or less than the Raman scattering intensity due to the crystalline component exhibits excellent photoelectric conversion efficiency. It can be seen that the solar cell module including the electromotive element has excellent features.

【0089】[0089]

【表5】 [Table 5]

【0090】(実施例5)図5に示した堆積膜形成装置
201を用い、以下の手順で図6に示した光起電力素子
を形成した。図6は本発明のシリコン系薄膜を有する光
起電力素子の一例粗示す模式的な断面図である。図中、
図1と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略す
る。この光起電力素子の半導体層は、アモルファスn型
半導体層102−1Aと、結晶相を含むn型半導体層1
02−1Bと、微結晶i型半導体層102−2と微結晶
p型半導体層102−3、アモルファスn型半導体層1
02−4Aと、結晶相を含むn型半導体層102−4B
と、微結晶i型半導体層102−5と微結晶p型半導体
層102−6、とからなっている。すなわち、この光起
電力素子はいわゆるpinpin型ダブルセル光起電力
素子である。
Example 5 The photovoltaic element shown in FIG. 6 was formed by the following procedure using the deposited film forming apparatus 201 shown in FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an example of a photovoltaic device having a silicon-based thin film of the present invention. In the figure,
The same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The semiconductor layer of this photovoltaic element includes an amorphous n-type semiconductor layer 102-1A and an n-type semiconductor layer 1 including a crystalline phase.
02-1B, microcrystalline i-type semiconductor layer 102-2, microcrystalline p-type semiconductor layer 102-3, amorphous n-type semiconductor layer 1
02-4A and an n-type semiconductor layer 102-4B containing a crystal phase
And a microcrystalline i-type semiconductor layer 102-5 and a microcrystalline p-type semiconductor layer 102-6. That is, this photovoltaic element is a so-called pinpin type double cell photovoltaic element.

【0091】実施例1と同様に、帯状の導電性基板20
4を作成し、堆積膜形成装置201に装着し、基板送り
出し容器202、半導体形成用真空容器211、21
2、213、214、215、216、217、21
8、基板巻き取り容器203を不図示の真空ポンプから
なる真空排気系により、5×10-6Torr以下まで充
分に真空排気した。
As in the first embodiment, the strip-shaped conductive substrate 20
4 is mounted on the deposition film forming apparatus 201, and the substrate sending container 202, the semiconductor forming vacuum containers 211 and 21 are prepared.
2, 213, 214, 215, 216, 217, 21
8. The substrate take-up container 203 was sufficiently evacuated to 5 × 10 −6 Torr or less by a vacuum evacuation system including a vacuum pump (not shown).

【0092】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器211〜218へガス導入管231−
a、231−b、232−a、232−b、233、2
34、235−a、235−b、236−a、236−
b、237、238、から原科ガス及び希釈ガスを供給
した。
Next, while operating the vacuum evacuation system, the gas introduction pipe 231-
a, 231-b, 232-a, 232-b, 233, 2
34, 235-a, 235-b, 236-a, 236-
b, 237 and 238 supplied the raw gas and the diluent gas.

【0093】また、不図示の各ゲートガス供給管から、
各ガスゲートにゲートガスとして500sccmのH2
ガスを供給した。この状態で真空排気系の排気能力を調
整して、半導体形成用真空容器211〜218内の圧力
を所望の圧力に調整した。形成条件はボトムセル、トッ
プセルともn層、p層は表2に示す通りに行ない、i型
層は、SiF4=50sccm、H2=300sccm、
400℃、100mTorrで行った。
Further, from each gate gas supply pipe (not shown),
500 sccm of H 2 is used as a gate gas for each gas gate.
Gas was supplied. In this state, the evacuation capacity of the evacuation system was adjusted to adjust the pressure in the semiconductor formation vacuum vessels 211 to 218 to a desired pressure. The conditions for forming the bottom cell and the top cell are the n-layer and the p-layer as shown in Table 2, and the i-type layer is SiF 4 = 50 sccm, H 2 = 300 sccm,
The test was performed at 400 ° C. and 100 mTorr.

【0094】半導体形成用真空容器211〜218内の
圧力が安定したところで、基板送り出し容器202から
基板巻き取り容器203の方向に、導電性基板204の
移動を開始した。
When the pressure in the semiconductor forming vacuum containers 211 to 218 was stabilized, the movement of the conductive substrate 204 in the direction from the substrate sending container 202 to the substrate take-up container 203 was started.

【0095】次に、半導体形成用真空容器211〜21
8内の放電電極241〜248に高周波電源251〜2
58より高周波を導入し、半導体形成用真空容器211
〜218内の堆積室内にグロー放電を生起し、導電性基
板204上に、導電性基板204上にアモルファスn型
半導体層(膜厚30nm)、アモルファスi型半導体層
(膜厚30nm)を形成したした後、XeClエキシマ
レーザーによる結晶化処理(パルスエネルギー150m
J/cm2)を行って、前記アモルファスn型半導体
層、アモルファスi型半導体層の一部を結晶化させた下
地層を形成した後に、結晶相を含むi型半導体層(膜厚
2.0μm)、微結晶p型半導体層(膜厚10nm)を
形成してボトムセルを作成し、さらにアモルファスn型
半導体層(膜厚30nm)、アモルファスi型半導体層
(膜厚30nm)を形成したした後、XeClオキシマ
レーザーによる結晶化処理(パルスエネルギー150m
J/cm2)を行って、前記アモルファスn型半導体
層、アモルファスi型半導体層の一部を結晶化させた下
地層を形成した後に、結晶相を含むi型半導体層(膜厚
1.2μm)、微結晶p型半導体層(膜厚10nm)を
形成してトップセルを作成してダブルセルの光起電力素
子を形成した。
Next, vacuum containers 211 to 21 for forming semiconductors
8, high-frequency power supplies 251-2
A high frequency is introduced from 58 and the semiconductor forming vacuum vessel 211
A glow discharge is generated in the deposition chambers of 218 to 218 to form an amorphous n-type semiconductor layer (thickness 30 nm) and an amorphous i-type semiconductor layer (thickness 30 nm) on the conductive substrate 204. After that, crystallization treatment with a XeCl excimer laser (pulse energy 150 m
J / cm 2 ) to form an underlayer in which the amorphous n-type semiconductor layer and part of the amorphous i-type semiconductor layer are crystallized, and then form an i-type semiconductor layer containing a crystalline phase (film thickness 2.0 μm). ), Forming a microcrystalline p-type semiconductor layer (thickness 10 nm) to form a bottom cell, and further forming an amorphous n-type semiconductor layer (thickness 30 nm) and an amorphous i-type semiconductor layer (thickness 30 nm). Crystallization by XeCl oximer laser (pulse energy 150m
J / cm 2 ) to form an underlayer in which the amorphous n-type semiconductor layer and a part of the amorphous i-type semiconductor layer are crystallized, and then form an i-type semiconductor layer containing a crystalline phase (film thickness 1.2 μm). ), A microcrystalline p-type semiconductor layer (thickness: 10 nm) was formed to form a top cell, thereby forming a double-cell photovoltaic element.

【0096】ここで、半導体形成用真空容器211には
周波数13.56MHZ、パワー5mW/cm3の高周
波電力を、半導体形成用真空容器212には周波数1
3.56MHZ、パワー5mW/cm3の高周波電力
を、半導体形成用真空容器213にはマイクロ波アプリ
ケーター261を介して周波数2.45GHZ、パワー
50mW/cm3の高周波電力を、半導体形成用真空容
器214には周波数13.56MHz、パワー30mW
/cm3の高周波電力を、半導体形成用真空容器215
には周波数13.56MHZ、パワー5mW/cm3
高周波電力を、半導体形成用真空容器216には周波数
13.56MHZ、パワー5mW/cm3の高周波電力
を、半導体形成用真空容器217にはマイクロ波アプリ
ケーター262を介して周波数2.45GHZ、パワー
50mW/cm3の高周波電力を、半導体形成用真空容
器218には周波数13.56MHz、パワー30mW
/cm 3の高周波電力を導入した。
Here, the semiconductor forming vacuum vessel 211 has
13.56 MHz frequency, 5 mW / cm powerThreeHigh lap of
Wave power is applied to the semiconductor forming vacuum vessel 212 at a frequency of 1
3.56MHZ, power 5mW / cmThreeHigh frequency power
And a microwave application in the vacuum vessel 213 for semiconductor formation.
Frequency 2.45 GHZ, power via cater 261
50mW / cmThreeHigh-frequency power to vacuum
Device 214 has a frequency of 13.56 MHz and a power of 30 mW
/ CmThreeOf the high-frequency power of the semiconductor container 215
Has a frequency of 13.56 MHZ and a power of 5 mW / cmThreeof
The high-frequency power is supplied to the vacuum chamber 216 for forming a semiconductor.
13.56 MHZ, power 5 mW / cmThreeHigh frequency power
And the microwave application in the vacuum chamber 217 for semiconductor formation.
Frequency 2.45 GHZ, power via cater 262
50mW / cmThreeHigh-frequency power to vacuum
218 has a frequency of 13.56 MHz and a power of 30 mW
/ Cm ThreeOf high frequency power was introduced.

【0097】次に不図示の連続モジュール化装置を用い
て、形成した帯状の光起電力素子を36cm×22cm
の太陽電池モジュールに加工した(実施例5)。
Next, using a continuous modularization device (not shown), the formed band-shaped photovoltaic element was
(Example 5).

【0098】実施例5の太陽電池モジュールは、実施例
2の太陽電池モジュールと比べて1.2倍の光電変換効
率を示し、また、実施例5の太陽電池モジュールは、密
着性、温湿度試験や光劣化試験に対する耐久性に優れて
おり、以上のことより本発明の光起電力素子を含む太陽
電池モジュールは、優れた特長を持つことが分かる。
The solar cell module of Example 5 exhibited 1.2 times the photoelectric conversion efficiency as compared with the solar cell module of Example 2, and the solar cell module of Example 5 exhibited the adhesion, temperature and humidity tests. Thus, the solar cell module including the photovoltaic element of the present invention has excellent features.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上のように、本発明は、高周波を用い
たプラズマCVD法により結晶相を含む光起電力素子を
形成する方法において、第一の導電型を示すアモルファ
ス半導体層及び第一の導電型を示し結晶相を含む半導体
層を順次積層してなる下地層、結晶相を含むi型半導体
層、第二の導電型を示す非単結晶半導体層を順次積層し
たpin接合を含み、前記第一の導電型を示す結晶相を
含む半導体層の結晶粒径が、前記結晶相を含んだi型半
導体層に向かって増大させる構成にすることにより、前
記下部層に大きなダメージを与えることなく良質な結晶
相を含む半導体層の形成が可能なこと、前記結晶相を含
むi型半導体層の結晶粒径の増大、欠陥密度の減少、前
記下地層との界面の改善が可能になることによって、良
好な光電変換特性と耐環境性を有する光起電力素子が得
られた。
As described above, the present invention relates to a method for forming a photovoltaic element containing a crystal phase by a plasma CVD method using a high frequency, comprising: an amorphous semiconductor layer having a first conductivity type; An underlayer formed by sequentially laminating semiconductor layers containing a crystal phase showing a conductivity type, an i-type semiconductor layer containing a crystal phase, and a pin junction formed by sequentially laminating a non-single-crystal semiconductor layer showing a second conductivity type, By employing a configuration in which the crystal grain size of the semiconductor layer including the crystal phase having the first conductivity type is increased toward the i-type semiconductor layer including the crystal phase, the lower layer is not significantly damaged. A semiconductor layer containing a high-quality crystal phase can be formed, an increase in the crystal grain size of the i-type semiconductor layer including the crystal phase, a reduction in defect density, and an improvement in the interface with the underlayer can be achieved. , Good photoelectric conversion characteristics Photovoltaic devices having environmental resistance were obtained.

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

【図1】本発明の光起電力素子の一例を示す模式的な断
面図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one example of a photovoltaic device of the present invention.

【図2】本発明のシリコン系薄膜及び光起電力素子を製
造する堆積膜形成装置の一例を示す模式的な断面図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one example of a deposited film forming apparatus for producing a silicon-based thin film and a photovoltaic element of the present invention.

【図3】本発明のシリコン系薄膜を含む光起電力素子の
一例を示す模式的な断面図
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic device including a silicon-based thin film of the present invention.

【図4】本発明のシリコン系薄膜を含む光起電力素子の
一例を示す模式的な断面図
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic device including a silicon-based thin film of the present invention.

【図5】本発明のシリコン系薄膜及び光起電力素子を製
造する堆積膜形成装置の一例を示す模式的な断面図
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of a deposited film forming apparatus for producing a silicon-based thin film and a photovoltaic element of the present invention.

【図6】本発明のシリコン系薄膜を含む光起電力素子の
一例を示す模式的な断面図
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic device including a silicon-based thin film of the present invention.

【図7】本発明のシリコン形薄膜のTEMによる断面観
察の概略図
FIG. 7 is a schematic diagram of a cross-sectional observation of a silicon-type thin film of the present invention by TEM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101:基板 101−1:基体 101−2:金属層 101−3:透明導電層 102:半導体層 102−1:下地層 102−1A:第一の導電型を示すアモルファス半導体
層 102−1B:第一の導電型を示し結晶相を含む半導体
層 102−2:結晶相を含むi型半導体層 102−3:第二の導電型を示す非単結晶半導体層 102−4A:第一の導電型を示すアモルファス半導体
層 102−4B:第一の導電型を示し結晶相を含む半導体
層 102−5:結晶相を含むi型半導体層 102−6:第二の導電型を示す非単結晶半導体層 103:透明電極 104:集電電極 201:堆積膜形成装置 202:基板送り出し容器 203:基板巻き取り容器 204:導電性基板 211〜218:半導体形成用真空容器 221、222:結晶化容器 223、224:エキシマレーザー装置 231−a、231−b、232−a、232−b、2
33、234、235−a、235−b、236−a、
236−b、237、238:ガス導入管 241〜248:放電電極 251〜258:高周波電源 261〜262:マイクロ波アプリケーター
101: Substrate 101-1: Base 101-2: Metal layer 101-3: Transparent conductive layer 102: Semiconductor layer 102-1: Underlayer 102-1A: Amorphous semiconductor layer showing first conductivity type 102-1B: First layer Semiconductor layer showing one conductivity type and containing a crystal phase 102-2: i-type semiconductor layer containing a crystal phase 102-3: Non-single-crystal semiconductor layer showing a second conductivity type 102-4A: First conductivity type Amorphous semiconductor layer 102-4B: semiconductor layer showing a first conductivity type and containing a crystal phase 102-5: i-type semiconductor layer containing a crystal phase 102-6: non-single-crystal semiconductor layer 103 showing a second conductivity type : Transparent electrode 104: Current collecting electrode 201: Deposited film forming device 202: Substrate sending container 203: Substrate winding container 204: Conductive substrate 211-218: Vacuum container for semiconductor formation 221, 222: Crystallization Vessels 223 and 224: an excimer laser device 231-a, 231-b, 232-a, 232-b, 2
33, 234, 235-a, 235-b, 236-a,
236-b, 237, 238: gas introduction tubes 241-248: discharge electrodes 251-258: high frequency power supply 261-262: microwave applicator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東川 誠 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 松田 高一 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 Fターム(参考) 5F051 AA04 AA05 BA14 CA03 CA16 CA22 CB04 CB24 CB25 DA04 DA17 GA02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Makoto Higashikawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Takaichi Matsuda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Kyano 5F051 AA04 AA05 BA14 CA03 CA16 CA22 CB04 CB24 CB25 DA04 DA17 GA02

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上に少なくとも第一の透明導電層を
積層してなる基板上に、少なくとも一組のpin接合を
持つシリコン系半導体層、第二の透明導電層を積層して
なる光起電力素子において、前記シリコン系半導体層
が、第一の導電型を示すアモルファス半導体層及び第一
の導電型を示し結晶相を含む半導体層を順次積層してな
る下地層、結晶相を含むi型半導体層、第二の導電型を
示す非単結晶半導体層を順次積層したpin接合を含
み、前記第一の導電型を示す結晶相を含む半導体層の結
晶粒径が、前記結晶相を含んだi型半導体層に向かって
増大していることを特徴とした光起電力素子。
1. A photovoltaic device comprising: a silicon-based semiconductor layer having at least one set of pin junctions; and a second transparent conductive layer on a substrate having at least a first transparent conductive layer laminated on a substrate. In a power device, the silicon-based semiconductor layer is an underlayer formed by sequentially stacking an amorphous semiconductor layer having a first conductivity type and a semiconductor layer having a first conductivity type and including a crystal phase, and an i-type including a crystal phase. The semiconductor layer includes a pin junction in which a non-single-crystal semiconductor layer having the second conductivity type is sequentially stacked, and the crystal grain size of the semiconductor layer including the crystal phase having the first conductivity type includes the crystal phase. A photovoltaic device characterized by increasing toward an i-type semiconductor layer.
【請求項2】 前記下地層を、ドーピングしたアモルフ
ァス層、ノンドープのアモルファス層を順次堆積した後
に、結晶化手段を用いて一部を結晶化することによって
形成したことを特徴とする請求項1に記載の光起電力素
子。
2. The method according to claim 1, wherein the underlayer is formed by sequentially depositing a doped amorphous layer and a non-doped amorphous layer and then partially crystallizing the layer using crystallization means. The photovoltaic device according to any one of the preceding claims.
【請求項3】 前記結晶化手段がレーザー照射であるこ
とを特徴とした請求項2に記載の光起電力素子。
3. The photovoltaic device according to claim 2, wherein said crystallization means is laser irradiation.
【請求項4】 前記結晶化手段が加熱処理によることで
あることを特徴とした請求項2に記載の光起電力素子。
4. The photovoltaic device according to claim 2, wherein said crystallization means is performed by a heat treatment.
【請求項5】 前記下地層のアモルファス成分に起因す
るラマン散乱強度が結晶成分に起因するラマン散乱強度
以下であることを特徴とした請求項1に記載の光起電力
素子。
5. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the Raman scattering intensity caused by the amorphous component of the underlayer is equal to or less than the Raman scattering intensity caused by the crystalline component.
【請求項6】 前記下地層のドーパント濃度が前記結晶
相を含んだi型半導体層に向かって減少することを特徴
とする請求項1に記載の光起電力素子。
6. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the dopant concentration of the underlayer decreases toward the i-type semiconductor layer containing the crystal phase.
【請求項7】 前記半導体層が高周波を用いたプラズマ
CVD法によって作成されたことを特徴とする請求項1
に記載の光起電力素子。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed by a plasma CVD method using a high frequency.
3. The photovoltaic element according to claim 1.
【請求項8】 前記高周波が10MHz以上10GHz
以下であることを特徴とする請求項7に記載の光起電力
素子。
8. The high frequency is 10 MHz or more and 10 GHz.
The photovoltaic device according to claim 7, wherein:
【請求項9】 前記基体が、導電性基体であることを特
徴とした請求項1に記載の光起電力素子。
9. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the substrate is a conductive substrate.
【請求項10】 前記第一の導電型を示し結晶相を含む
半導体層の膜厚をd、前記第一の導電型を示し結晶相を
含む半導体層に含まれる結晶粒径の最も長い部分の長さ
をrとしたときに、r/dの値が100以下であること
を特徴とした請求項1に記載の光起電力素子。
10. The semiconductor layer having the first conductivity type and including a crystal phase has a thickness of d, and the semiconductor layer having the first conductivity type and having a crystal phase has the longest crystal grain size. 2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the value of r / d is 100 or less, where r is the length.
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