JP2002009312A - 非単結晶薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
非単結晶薄膜太陽電池の製造方法Info
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Abstract
はpn接合を有する非単結晶薄膜太陽電池において、効
率の向上を図る。 【解決手段】n層、i層、p層をこの順に積層した非単
結晶薄膜太陽電池の場合、n層、またはその一部、或い
はn層とi層の一部を低い基板温度T1 で製膜し、i層
とp層、または残りのn層とi層とp層、或いは残りの
i層とp層とをT1 より高い基板温度T2 で製膜する。
特に、T1 を70〜120℃とし、T2 を120〜45
0℃とする。
Description
材料とし、pinまたはpn接合構造を有する非単結晶
薄膜太陽電池の製造方法に関する。
にシリコン系の非晶質薄膜であるアモルファスシリコン
(以下a-Siと記す)、微結晶相を主とするシリコン(一
部にa-Si膜を含むという意味で微結晶を主とするとい
う。以下μc-Siと記す)、薄膜多結晶シリコン等の非単
結晶薄膜を主材料としたpin接合構造を有する非単結
晶薄膜太陽電池は、単結晶シリコンの太陽電池と比較し
て、大面積に、低温で、安価に作成できることから、電
力用の大面積薄膜太陽電池として期待されている。
間の光照射に対して太陽電池の効率が低下するいわゆる
Steabler-Wronski効果によって、効率が初期よりも低下
する問題がある。この問題に関し近年、pin型太陽電
池のドープ層であるp型半導体層(以下p層と略す)、
n型半導体層(以下n層と略す)および実質的に真性な
高比抵抗層(以下i層と記す)の材料として、μc-Siを
適用することにより、光劣化がない太陽電池が作成可能
なことが報告された〔J.Meier, P. Torres, R.Platz,
S. Dubail, U. Kroll, A.A. Anna Selvan, N. Pellaton
Vaucher Ch. Hof, D. Fischer, H. Keppner, A. Shah,
K.D. Ufert, P. Giannoules, J.Koehler, Mat. Res. S
oc. Symp. Proc. Vol.420, 1996, pp.3参照〕。
導電率が低下しないことから、μc-Siを適用した太陽電
池で、光劣化が抑制されたと考えられる。また、μc-Si
の光吸収係数はa-Siと比較して、短波長側では小さく、
長波長側では大きい。μc-Siをpin型太陽電池の光吸
収層であるi層に適用することにより、長波長光の利用
が可能となり、短絡電流密度(以下Jsc と記す)の増大
を図ることができる。
層に用いることによって、短波長側の光吸収損の低減に
よるJsc の増大を図ることができる。更に、拡散電位の
増大による開放電圧(以下Voc と記す)の向上が図られ
るという効果がある。また、光入射と反対側のp層もし
くはn層に用いることによって、拡散電位の増加による
Vocの増加、下地電極との接触抵抗の低減による曲線因
子(以下FFと記す)、Jscの増加が図られる。また、2
層以上積層した場合のトンネル接合層とすれば、FF、Js
cの増加が図られる。
実際には製膜初期にa-Si膜が形成される問題がある。図
15は、μc-Siをn層、i層、p層の順に、基板温度2
50℃で積層した薄膜太陽電池の断面の透過電子顕微鏡
(以下TEMと記す)写真の模式図である。倍率は約2
0万倍である。微結晶形成の製膜条件を選んでいるにも
かかわらず、n層の製膜初期はa-Siになっており、場所
によってはi層中も一部a-Siになっている。
と記す)は2.1% と低い値に留まった。製膜初期のa-
Si膜は、作成条件により数100nmに及ぶことから、設
計どおりの厚さのμc-Si膜が作成できないという問題を
誘起することもある。たとえ、厚さが薄くても、この初
期a-Si膜が形成されると、欠陥が多く、導電率が低いた
めに抵抗損失が大きくなり、FF、Jscが低下する。ま
た、このa-Si膜とμc-Si膜のi層との界面の欠陥密度が
高くなり、セルの特性が低下する。さらに、透光性基板
上に光入射側から順に製膜した場合には、この初期a-Si
膜の吸収係数が大きいため、Jscが低下する。
上に始めから(微結晶を含んだ)μc-Si膜を作成する試
みとして、μc-Si膜製膜前のi層表面の水素プラズマに
よる処理が行われているが、確かな効果はいまだ確認さ
れていない。また、Pellatonらはa-Siのi層表面の二酸
化炭素(以下CO2 と記す)プラズマ処理により、タン
デムセルのトンネル接合層を目的としたμc-Siのn層を
10nm以下の膜厚で形成可能と報告している〔N. Pella
ton Vaoucher, B. Rech, D.Fischer, S. Dubail, M. Go
etz, H. Keppner, C. Beneking, O. Hadjadj, V. Shkll
over and A. Shah, Technical Digest of 9th Int. Pho
tovoltaic Science and Engineering Conf., Miyazaki,
Nov. 11-15, 1996, pp.651参照〕。
に形成される層の組成、膜厚等の制御が困難であり、制
御性、再現性に問題がある。下地としてはa-Si層の場合
だけで、ガラスや金属電極、透明電極への適用の可否は
何ら示されていない。発明者らは、p層にμc-Siを適用
し、p層とi層との界面にアモルファスシリコンオキサ
イド(以下a-SiO と記す)のp/i界面層を設けたpi
n型セルの構成で、μc-Siのp層を85℃前後の低温で
作成することにより、製膜初期のa-Si膜の形成を抑制で
き、p層にa-SiOを用いた場合よりもVocが向上すること
を報告している〔T. Sasaki, S. Fujikake, K.Tabuchi,
T. Yoshida, T. Hama, H. Sakai and Y. Ichikawa, J.
Non-Cryst. Solids,(1999), to be published; T. Sas
aki, S. Fujikake, K.Tabuchi, T. Yoshida, T. Hama,
H. Sakai and Y. Ichikawa, Tech. Digest of 11th In
t. Photovoltaic Science and Engineering Conf., Sap
poro, Japan, Sept. 20-24,(1999),to be published参
照〕。
を形成するとともに、p/i界面層のa-SiOの厚さを適
当な範囲にすることによって、p層としてa-SiO を用い
た場合よりも効率を向上させた薄膜太陽電池を、先に出
願した(特願2000−013122号)。
122号は、a-Si膜の上に界面層としてa-SiOを形成し
た場合であり、下地をガラスや金属電極、透明電極とし
て低温で製膜する場合は含まれていない。発明者らは、
下地がガラスや金属電極、透明電極の場合についても同
様の実験をおこなった。
Siのn層3、i層4、p層5をこの順に、基板温度85
℃で積層した太陽電池の断面TEM写真の模式図であ
る。基板温度を低くすることによって、確かに製膜初期
から微結晶になっているが、セル全体にわたって結晶粒
径が小さくなっている。このため、セルのEff は1.5
% と基板温度250℃で積層した図15のものより低く
なってしまった。
すると、製膜初期に非晶質膜が形成される問題がある。
そしてこの非晶質膜が形成されると、様々な機構により
FF、Jscが低下するなどセルの特性に悪影響を与える。
一方、初期製膜層から微結晶になるように低い基板温度
で形成すると、セル全体にわたって結晶粒径が小さくな
り、やはりセルの特性が低下した。
を抑制するとともに、微結晶の粒径を大きく保ち、FF、
Jsc等の特性を低下させず、総合的にセル効率の向上が
図れる非単結晶薄膜太陽電池の製造方法を提供すること
にある。
明は、基板上に金属電極膜を介して、微結晶相を主とす
る第一導電型層、微結晶相を主とし実質的に真性なi型
半導体層、および第一導電型層と逆の導電型の第二導電
型層を積層し、更に透明電極、金属グリッド電極を形成
してなる非単結晶薄膜太陽電池の製造方法において、微
結晶相を主とする積層の一部を第一の基板温度で製膜し
た後、その上に第一の基板温度より高い第二の基板温度
で製膜するものとする。
晶相を主とする第一導電型層、微結晶相を主とし実質的
に真性なi型半導体層、および第一導電型層と逆の導電
型の第二導電型層を積層し、更に金属電極を形成してな
る非単結晶薄膜太陽電池においても同様とする。具体的
には例えば、第一導電型層を第一の基板温度で製膜した
後、i型半導体層を第一の基板温度よりも高い第二の基
板温度で製膜しても良いし、第一導電型層の一部を第一
の基板温度で製膜した後、第一導電型層の残部を第一の
基板温度よりも高い第二の基板温度で製膜し、i型半導
体層を第一の基板温度より高い基板温度で製膜してもよ
い。
板温度で製膜した後、i型半導体層の一部を第一の基板
温度で製膜し、i型半導体層の残部を第一の基板温度よ
り高い第二の基板温度で製膜してもよい。また、基板上
に金属電極膜を介して、微結晶相を主とする第一導電型
層、第二導電型層を積層し、更に透明電極、グリッド電
極を形成してなる非単結晶薄膜太陽電池の場合には、第
一導電型層を第一の基板温度で製膜した後、第二導電型
層を第一の基板温度よりも高い第二の基板温度で製膜し
ても良いし、第一導電型層の一部を第一の基板温度で製
膜した後、第一導電型層の残部を第一の基板温度よりも
高い第二の基板温度で製膜し、第二導電型層を第一の基
板温度より高い基板温度で製膜しても良い。
板温度で製膜した後、第二導電型層の一部を第一の基板
温度で製膜し、第二導電型層の残部を第一の基板温度よ
り高い第二の基板温度で製膜しても良い。プラズマCV
D、熱CVD、光CVD等でμc-膜、例えばμc-Siを作成する
ときは、原料ガスの水素化珪素を水素で希釈する。水素
原子は製膜表面の活性化と同時に膜のエッチングを同時
におこなうと考えられている。a-Siのエッチングレート
は、μc-Siに比べて速く、低温ほど速くなる〔例えば、
H. N. Wanka and M.B. Schubert, Mat. Res. Soc. Sym
p. Proc. 467, 1997, pp.651 参照〕。
エッチング作用が強くなり、実質的に初期のa-膜の製膜
が起こらず、μc-膜のみ形成される。一旦、表面がμc-
膜で覆われると、その後により高い温度で微結晶膜をし
ても、それを核にして成長するので、非晶質膜の形成を
抑制し、結晶性のよい微結晶膜を形成できる。また、製
膜温度が高いほど結晶粒径が大きくなり、結晶性、光電
特性が改善される。製膜初期に低温で微結晶を作成し、
その後により高い温度で微結晶を製膜すると、製膜初期
の微結晶膜についても、アニール効果によって結晶性が
改善される。
介して、微結晶相を主とする第一導電型層、微結晶相を
主とし実質的に真性なi型半導体層、および第一導電型
層と逆の導電型の第二導電型層を積層し、更に金属電極
を形成した非単結晶薄膜太陽電池においても同様であ
る。i型半導体層を有する非単結晶薄膜太陽電池の場合
にはi型半導体層の材質がシリコンまたは、シリコンゲ
ルマニウム合金等のシリコン合金であるものとする。
効果がもたらされることは後述の実施例で実証される。
シリコンと類似した性質を持ち、かつバンドギャップが
小さく吸収の大きいシリコンゲルマニウム合金等のシリ
コン合金の場合も同様の効果が期待できる。第一の基板
温度から第二の基板温度への変化の少なくとも一部を連
続的におこない、その間も製膜することもできる。
あるだけでなく、セル作成時間の短縮に効果がある。第
一の基板温度は、70℃以上、120℃未満の温度とす
る。基板温度70〜120℃で製膜すれば、エッチング
作用が強くなり、実質的に初期のa-膜が製膜されず、初
期から微結晶を含んだμc-膜が形成される。70℃未満
の低温ではエッチング作用が強すぎて、μc 膜の形成も
阻害される。一方120℃を超える高温では、エッチン
グ作用が不十分でa-膜が残る。
℃未満の温度とする。一旦、表面がμc-膜で覆われる
と、それを核にして、高温でも微結晶が成長する。そし
て、製膜温度が高いほど結晶粒径が大きくなり、結晶
性、光電特性も改善される。120℃未満の温度では、
十分な結晶粒成長が起きない。他方、450℃を超える
高温では、核発生が多すぎてやはり微細な結晶になって
しまう。
リコンまたはシリコンオキサイド、シリコンカーバイ
ド、シリコンナイトライド等のシリコン合金であるもの
とする。第一導電型層や第二導電型層がシリコンである
とき所期の効果がもたらされることは後述の実施例で実
証されている。シリコンと類似した性質を持ち、かつバ
ンドギャップが大きく吸収の少ないシリコンオキサイ
ド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド等のシ
リコン合金の場合も同様の効果が期待できる。特に第二
導電型層は、μc-膜だけでなく、a-膜でもよい。
実施の形態を説明する。 〔実施例1〕μc-Siを主体とする太陽電池の試作実験に
ついて述べる。図2は本発明にかかる第一の実施例の非
単結晶薄膜太陽電池の断面図である。以下にその製造工
程を説明する。
板1上に、金属電極2としてスパッタリング法により膜
厚100〜200nmの銀(Ag)膜を製膜する。アルミニ
ウム等の他の金属膜を用いることもできる。蒸着で製膜
することもできる。次にプラズマCVD法により、第一
導電型層としてμc-Siのn層3、μc-Siのi層4、第二
導電型層としてμc-Siのp層5を順次形成する。図1は
その製膜時の温度プログラム図である。すなわち、n層
3形成時は70〜120℃の低い基板温度であるT1 で
製膜し、i層4およびp層5はT1 より高いT2 の基板
温度で製膜した。ここでは、T1 として100℃、T2
として250℃の基板温度とした。圧力は13〜650
Paである。
下SiH4 と記す)ガス1〜200ml/min、フォスフィ
ン(以下PH3 と記す)ガス0.01〜20ml/min、水
素(以下H2 と記す)100〜2000ml/minの混合ガ
スを用いて、10〜50nm形成する。続いて基板温度を
250℃に上げてμc-Siのi層4を、SiH4 ガス1〜
200ml/min、H2 ガス10〜2000ml/minの混合ガ
スを用いて、500〜5000nm形成する。続いてμc-
Siのp層5をSiH4 ガス1〜200ml/min、ジボラン
(以下B2 H6 と記す)0.01〜20ml/min、H2 1
00〜2000ml/minの混合ガスを用いて、10〜50
nm形成する。成膜速度は、ガス量や印加する電力に依存
するが、0.5〜2nm/minである。
形成する。具体的には、膜厚60〜80nmの酸化インジ
ウム錫(以下ITOと記す)を形成する。透明電極6と
しては、酸化亜鉛(ZnO)等を用いることもでき、ま
た製膜法としては、蒸着法でもよい。最後に透明電極6
の上に、金属のグリッド電極7を形成する。μc-Siのn
層3の製膜は、70〜120℃の温度範囲でおこなうこ
とが重要である。温度を120℃より高くすると、製膜
初期に非晶質層ができることが透過電子顕微鏡観察によ
り観測され、そのようなμc-Siをもつセルでは特性が低
下した。120℃より低温で微結晶薄膜を作成すると、
エッチング作用が強くなり、実質的に初期の非晶質膜の
製膜が起こらず、微結晶薄膜のみ形成される。但し、7
0℃より低くすると、微結晶薄膜に空孔の発生が、透過
電子顕微鏡により観察され、セル特性も低下した。70
〜120℃の範囲では、空孔の発生も、製膜初期の非晶
質層の発生も抑制できる。
る初期遷移層が存在しない。実際に断面を透過電子顕微
鏡観察により確認した。微結晶相の含有率は、80% 以
上である。図3は、図1の非単結晶薄膜太陽電池の断面
TEM写真の模式図である。倍率は約20万倍である。
く、金属電極2上に直接μc-Siのn層3が成長している
ことがわかる。更に基板温度を250℃に上げて製膜し
たi層4、p層5では結晶粒が大きくなっている。粒界
部分にa-Si相が極く僅かに残っているだけで、ほとんど
多結晶膜と言えるほどである。このセルは、効率5.2
% を示し、基板温度を250℃として作成した図14の
セルの2.1% を大幅に上回った。
方法にかかる製膜時の基板温度の温度プログラム図であ
り、図5は、その製法による非単結晶薄膜太陽電池の断
面図である。μc-Siのn層3を100℃で形成し、μc-
Siのi層4を250℃で形成するまでは実施例1と同じ
であるが、その上にa-SiOのp層8を200℃で形成し
た。
た。セル効率Eff は5.6% であった。p層8としてa-
SiOを用いることにより、μc-Siのp層とした場合より
バンドギャップが大きく、Jscが大きくなったためであ
る。 〔実施例3〕図6は、本発明の第三の製造方法にかかる
製膜時の基板温度の温度プログラム図であり、図7は、
その製法による非単結晶薄膜太陽電池の断面図である。
るまでは実施例1と同じであるが、。その上への第一導
電型層であるμc-Siのn層の製膜時に、基板温度をT1
からT2 へと変化させたものである。T1 は70〜12
0℃の温度、T2 はT1 より高い温度である。本実施例
ではT1 =70℃、T2 =250℃とした。図7では、
基板温度がT1 でのn層を初期n層301、T2 でのn
層を後期n層302と表した。その上のμc-Siのi層4
およびp層5はいずれも250℃で製膜した。
たが、セル効率Eff は4.8% であった。実施例1の非
単結晶太陽電池よりEff がやや低かったのは、基板温度
T1 で製膜した初期n層301の厚さが薄く、微結晶粒
の成長が不十分で、金属電極2が微結晶で全面的に覆わ
れず、a-Si膜が残ったためかと考えられる。
たが、後期n層成膜時のT2 とi層の製膜温度とは必ず
しも同一でなくてもよい。 〔実施例4〕図8は、本発明の第四の製造方法にかかる
製膜時の基板温度の温度プログラム図であり、図9は、
その製法による非単結晶薄膜太陽電池の断面図である。
Siのn層の製膜時に、基板温度をT1 からT2 へと変化
させたものであり、低温での初期n層301と後期n層
303とからなっている。異なる点は、初期n層301
をT1 =100℃で形成した後、後期n層303の製膜
時に基板温度を連続的にT1 =100℃からT2 =25
0℃に変化させた点である。
後期n層303の形成がより連続的にスムーズにおこな
われる。このセルも製膜初期からほぼ微結晶であった
が、セル効率Eff は5.2% であった。実施例2のよう
にステップ的に基板温度を変える場合は、基板温度がT
2 に達するまで製膜を中断する必要があるが、本例では
製膜を連続して行うことが可能でより短時間でセルを形
成できる。
温度変化はそれに限らずさまざまなパターンを取り得
る。 〔実施例5〕図10は、本発明の製造方法にかかる製膜
時の基板温度の温度プログラム図であり、図11は、そ
の製法による第五の非単結晶薄膜太陽電池の断面図であ
る。
し、基板温度T1 で第一導電型層であるμc-Siのn層3
を製膜するまでは実施例1と同じであるが、その上への
μc-Siのi層の製膜時に、基板温度をT1 からより高い
T2 へと変化させたものである。T1 は70〜120℃
の温度、T2 はT1 より高い温度である。本実施例では
T1 =100℃、T2 =250℃とした。ここでは、初
期i層製膜温度をT1 と同じとしたが、n層成膜時の温
度と初期i層の製膜温度とは必ずしも同一でなくてもよ
い。
期i層401、T2 でのi層を後期i層402と表し
た。その上のμc-Siのp層5は250℃で製膜した。こ
のセルも製膜初期から微結晶を形成した。セル効率Eff
は6.4% であった。更に、p層5の製膜温度を250
℃としたが、p層5の製膜温度は、必ずしもT2 と同一
でなくてもよい。
にかかる第六の非単結晶薄膜太陽電池の断面図である。
実施例1と同様に、μc-Siのn層3を100℃で、μc-
Siのi層4を250℃で、μc-Siのp層5を250℃で
順次形成した上にさらに、a-Siのn層9を200℃で、
a-Siのi層10を200℃で、a-SiOのp層11を20
0℃で形成した。この構造により、二層タンデムセルが
形成され、シングルセルよりも変換効率向上を図ること
が可能となる。μc-Siのpin層3〜5がボトムセルと
して動作し、a-Siのpin層9〜11は、トップセルと
して動作する。セル効率Eff は9.5% であった。
i層を、製膜時に基板温度を変化させ、低温での初期i
層と高温での後期i層とにすれば、更に効率の向上が可
能であると考えられる。T1 からT2 に連続的に基板温
度を変化させてもよい。ここまでの例では基板上に、n
層、i層、p層の順に積層したセルの例を示したが、p
層、i層、n層の順に積層しても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。
波長の吸収係数を大きくする目的で、μc-Si合金、例え
ばμc-SiGe等を用いることが望ましい。また、透光性基
板を用いて、光の入射を基板を通して行う場合は、第一
導電型層としては、実施例で挙げたμc-Siの他に、μc-
Siより透光性の高いμc-Si合金を用いることができる。
具体的には、μc-SiO 、μc-SiC 、μc-SiN 等が挙げら
れる。
にかかる製膜時の基板温度の温度プログラム図であり、
図14は、その製法による第七の非単結晶太陽電池の断
面図である。この例は、これまでのpin型セルと違っ
てpn型セルとなっている。以下に製造方法を記す。
ッタリング法により膜厚100〜200nm の銀(Ag)
膜を製膜する。アルミニウム等の他の金属膜を用いるこ
ともでき、また、蒸着で製膜することもできる。次にプ
ラズマCVD法により、第一導電型層としてμc-Siのn
層13、第二導電型層としてμc-Siのp層15を順次形
成する。
基板温度T1 に保ち、p層15はT1 より高いT2 の基
板温度で製膜した。ここでは、T1 として100℃、T
2 として250℃の基板温度とした。圧力は13〜65
0Paである。μc-Siのn層13は、SiH4 ガス1〜
200ml/min、PH3 ガス0.01〜20ml/min、H2
100〜2000ml/minの混合ガスを用いて、500〜
5000nm形成する。続いて基板温度を250℃に上げ
てμc-Siのp層15をSiH4ガス1〜200ml/min、
B2 H6 ガス0.01〜20ml/min、H2 100〜20
00ml/minの混合ガスを用いて、500〜5000nm形
成する。
する。具体的には、膜厚60〜80nmのITO膜を形成
する。透明電極6としては、ZnO等を用いることもで
き、また製膜法としては、蒸着法でもよい。最後に透明
電極6の上に、金属のグリッド電極7を形成する。pn
型のセルにおいても、製膜初期から微結晶層になり、か
つ結晶粒径が大きくなり、セル効率Eff は4.5% と良
好なセル特性を示した。
例と同様に、70〜120℃の低い基板温度であるT1
で第一導電層の初期n層を形成し、T1 より高い基板温
度T2 に昇温して第一導電層の後期n層を形成した後、
その上に第二導電層を形成しても、良好なセル特性が得
られる。また、70〜120℃の低い基板温度T1 で第
一導電層および第二導電層の初期p層を形成した後、T
1 より高い基板温度T2 に昇温して第二導電層の後期p
層を形成しても、良好なセル特性が得られる。また、実
施例4のようにT1 からT2 にかけて連続的に基板温度
を変化させてもよい。
積層したセルの例を示したが、p層、n層の順に積層し
ても同様の効果が得られることは言うまでもない。以
上、本実施例ではガラス基板等の透光性基板を用いたサ
ブストレート型の太陽電池について述べた。しかしなが
ら、不透光性基板を使った場合もμc-Siを適用すると同
様な現象がみられており、本発明は有効である。
の基板を通して行う構造の太陽電池においても有効であ
り、特にその場合は、微結晶相を主とする(μc 膜)第
一導電層としては、μc-Siより透光性の高い微結晶シリ
コン合金、具体的にはμc-SiO、μc-SiC、μc-SiNなど
を用いることが望ましい。
板上に導電膜を介して、微結晶相を主とする第一導電型
層、微結晶相を主とし実質的に真性なi型半導体層、お
よび第一導電型層と逆の導電型の第二導電型層を積層
し、更に透明電極、金属グリッド電極を形成してなる非
単結晶薄膜太陽電池の製造方法において、微結晶相を主
とする積層の一部を第一の基板温度で製膜した後、その
上に第一の基板温度よりも高い第二の基板温度で製膜す
ることによって、従来の一つの基板温度で製膜したとき
に問題となっていた非晶質相の発生や、微結晶の成長不
良が大幅に改善され、その結果、Eff を大幅に改善する
ことが可能となった。
後、i型半導体層を第一の基板温度より高い第二の基板
温度で製膜しても良いし、第一導電型層の一部を第一の
基板温度で製膜した後、第一導電型層の残部を第一の基
板温度より高い第二の基板温度で製膜し、i型半導体層
を第一の基板温度より高い基板温度で製膜しても良い。
また第一導電型層を第二の基板温度より低い基板温度で
製膜した後、i型半導体層の一部を第一の基板温度で製
膜し、i型半導体層の残部を第一の基板温度より高い第
二の基板温度で製膜しても良い。
し、第二の基板温度を120〜450℃とすることによ
って、製膜初期の非晶質層の発生が抑制され、製膜初期
から微結晶層が形成される。一旦微結晶層が基板表面を
覆うと、それが核になるので高温でも非晶質層は形成さ
れず、その上に結晶性のよい微結晶膜を形成できて、結
晶粒径が大きくなり、結晶性、光電特性が改善される効
果がある。初期の微結晶層についても、製膜温度より高
い温度でアニールされるので微結晶粒が成長し、セルの
効率向上に効果がある。
度変化の少なくとも一部を連続的にし、その間も製膜す
ることによって、セル効率向上に効果があるとともに、
セル作成時間を短縮できる。透光性基板を用いて、光の
入射をその基板を通しておこなう構造の非単結晶薄膜太
陽電池においても本発明は同様に有効であり、第一の基
板温度とそれより高い第二の基板温度で製膜することに
よって、セル効率向上に効果がある。
陽電池の構造および製造方法に関し、重要な発明であ
る。
温度プログラム図
式図
温度プログラム図
温度プログラム図
温度プログラム図
の温度プログラム図
の温度プログラム図
真の模式図
M写真の模式図
Claims (20)
- 【請求項1】基板上に導電膜を介して、微結晶相を主と
する第一導電型層、微結晶相を主とし実質的に真性なi
型半導体層、および第一導電型層と逆の導電型の第二導
電型層を積層し、更に透明電極、金属グリッド電極を形
成してなる非単結晶薄膜太陽電池の製造方法において、
微結晶相を主とする積層の一部を第一の基板温度で製膜
した後、その上に第一の基板温度よりも高い第二の基板
温度で製膜することを特徴とする非単結晶薄膜太陽電池
の製造方法。 - 【請求項2】透光性基板上に透明導電膜を介して、微結
晶相を主とする第一導電型層、微結晶相を主とし実質的
に真性なi型半導体層、および第一導電型層と逆の導電
型の第二導電型層を積層し、更に金属電極を形成してな
る非単結晶薄膜太陽電池の製造方法において、微結晶相
を主とする積層の一部を第一の基板温度で製膜した後、
その上に第一の基板温度よりも高い第二の基板温度で製
膜することを特徴とする非単結晶薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項3】第一導電型層を第一の基板温度で製膜した
後、i型半導体層を第一の基板温度よりも高い第二の基
板温度で製膜することを特徴とする請求項1または2に
記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項4】第一導電型層の一部を第一の基板温度で製
膜した後、第一導電型層の残部を第一の基板温度よりも
高い第二の基板温度で製膜し、i型半導体層を第一の基
板温度より高い基板温度で製膜することを特徴とする請
求項1または2に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項5】第一導電型層を第二の基板温度より低い基
板温度で製膜した後、i型半導体層の一部を第一の基板
温度で製膜し、i型半導体層の残部を第一の基板温度よ
り高い第二の基板温度で製膜することを特徴とする請求
項1または2に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項6】i型半導体層の材質がシリコンまたはシリ
コン合金であることを特徴とする請求項1ないし5のい
ずれかに記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項7】i型半導体層の材質がシリコンゲルマニウ
ム合金であることを特徴とする請求項6に記載の非単結
晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項8】基板上に導電膜を介して、微結晶相を主と
する第一導電型層、および第一導電型層と逆の導電型の
第二導電型層を積層し、更に透明電極、グリッド電極を
形成してなる非単結晶薄膜太陽電池の製造方法におい
て、微結晶相を主とする積層の一部を第一の基板温度で
製膜した後、その上に第一の基板温度よりも高い第二の
基板温度で製膜することを特徴とする非単結晶薄膜太陽
電池の製造方法。 - 【請求項9】透光性基板上に透明導電膜を介して、微結
晶相を主とする第一導電型層、および第一導電型層と逆
の導電型の第二導電型層を積層し、更に金属電極を形成
してなる非単結晶薄膜太陽電池の製造方法において、微
結晶相を主とする層の一部を第一の基板温度で製膜した
後、その上に第一の基板温度よりも高い第二の基板温度
で製膜することを特徴とする非単結晶薄膜太陽電池の製
造方法。 - 【請求項10】第一導電型層を第一の基板温度で製膜し
た後、第二導電型層を第一の基板温度よりも高い第二の
基板温度で製膜することを特徴とする請求項8または9
に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項11】第一導電型層の一部を第一の基板温度で
製膜した後、第一導電型層の残部を第一の基板温度より
高い第二の基板温度で製膜し、第二導電型層を第一の基
板温度より高い基板温度で製膜することを特徴とする請
求項8または9に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項12】第一導電型層を第二の基板温度より低い
基板温度で製膜した後、第二導電型層の一部を第一の基
板温度で製膜し、第二導電型層の残部を第一の基板温度
より高い第二の基板温度で製膜することを特徴とする請
求項8または9に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項13】第一の基板温度から第二の基板温度への
変化の少なくとも一部を連続的におこない、その間も製
膜することを特徴とする請求項1ないし12のいずれか
に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項14】第一の基板温度を70℃以上、120℃
未満の温度とすることを特徴とする請求項1ないし13
のいずれかに記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項15】第二の基板温度を120℃以上、450
℃未満の温度とすることを特徴とする請求項14に記載
の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項16】第一導電型層の材質がシリコンまたはシ
リコン合金であることを特徴とする請求項1ないし15
のいずれかに記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項17】第一導電型層の材質がシリコン合金であ
り、シリコンオキサイド、シリコンカーバイド、シリコ
ンナイトライドのいずれかであることを特徴とする請求
項16に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項18】第二導電型層が非晶質膜または微結晶相
を含む非晶質膜であることを特徴とする請求項1ないし
17のいずれかに記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項19】第二導電型層の材質がシリコンまたはシ
リコン合金であることを特徴とする請求項18に記載の
非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項20】第二導電型層の材質がシリコン合金であ
り、シリコンオキサイド、シリコンカーバイド、シリコ
ンナイトライドのいずれかであることを特徴とする請求
項19に記載の非単結晶薄膜太陽電池の製造方法。
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JP2000181892A JP4032610B2 (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 非単結晶薄膜太陽電池の製造方法 |
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