JP2003188398A - 光電変換装置及び結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法 - Google Patents
光電変換装置及び結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高い光電変換特性を有した光電変換装置を得る
ことを課題とする。 【解決手段】透光性又は不透光性基板上に透明導電膜層
を介して形成される、ｐ層，ｉ層及びｎ層からなるｐｉ
ｎ型又はｎｉｐ型構造発電膜、さらに別の電極層を具備
した光電変換装置において、ｐ層，ｉ層及びｎ層すべて
あるいは少なくともｉ層は結晶性Ｓｉ薄膜で構成され、
その各結晶粒の基板に対する配向方位に関する体積分布
をとった場合に、方位<１１０>に極大値をもち、方位<
１１０>から１５°以上に傾いた方位に配向した結晶粒
の体積が方位<１１０>における体積の半分以下であるこ
とを特徴とする光電変換装置。
ことを課題とする。 【解決手段】透光性又は不透光性基板上に透明導電膜層
を介して形成される、ｐ層，ｉ層及びｎ層からなるｐｉ
ｎ型又はｎｉｐ型構造発電膜、さらに別の電極層を具備
した光電変換装置において、ｐ層，ｉ層及びｎ層すべて
あるいは少なくともｉ層は結晶性Ｓｉ薄膜で構成され、
その各結晶粒の基板に対する配向方位に関する体積分布
をとった場合に、方位<１１０>に極大値をもち、方位<
１１０>から１５°以上に傾いた方位に配向した結晶粒
の体積が方位<１１０>における体積の半分以下であるこ
とを特徴とする光電変換装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性Ｓｉ薄膜を
用いた光電変換装置及び結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法に関
する。なお、本願明細書において、「結晶性」及び「多
結晶」の用語は、少なくとも結晶Ｓｉを含み、部分的に
非晶質を含む場合をも意味するものとする。
用いた光電変換装置及び結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法に関
する。なお、本願明細書において、「結晶性」及び「多
結晶」の用語は、少なくとも結晶Ｓｉを含み、部分的に
非晶質を含む場合をも意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術】従来、薄膜型シリコン（Ｓｉ）光電変換
装置としては、例えば図１に示すものが知られている。
図１は、基板側から光が入射する形式である。
装置としては、例えば図１に示すものが知られている。
図１は、基板側から光が入射する形式である。
【０００３】図中の付番１は、ガラス基板を示す。この
基板１上には、ＩＴＯ，ＳｎＯ２等からなる透明導電膜
２を介して結晶性Ｓｉ薄膜（発電膜）３が形成されてい
る。ここで、結晶性Ｓｉ薄膜３は、ｐ型の結晶性Ｓｉ膜
３ａと、ｉ型の結晶性Ｓｉ発電膜３ｂと、ｎ型の結晶性
Ｓｉ膜３ｃとから構成されている。前記結晶性Ｓｉ薄膜
３上には、通常、図示しないが透明導電膜、金属電極膜
が順次形成される。
基板１上には、ＩＴＯ，ＳｎＯ２等からなる透明導電膜
２を介して結晶性Ｓｉ薄膜（発電膜）３が形成されてい
る。ここで、結晶性Ｓｉ薄膜３は、ｐ型の結晶性Ｓｉ膜
３ａと、ｉ型の結晶性Ｓｉ発電膜３ｂと、ｎ型の結晶性
Ｓｉ膜３ｃとから構成されている。前記結晶性Ｓｉ薄膜
３上には、通常、図示しないが透明導電膜、金属電極膜
が順次形成される。
【０００４】こうした構成の太陽電池において、太陽光
はガラス基板１側から入射して透明導電膜２を透過して
各発電膜に入射する。太陽光は、発電膜３ｂに吸収され
て、ｐ型の結晶性Ｓｉ膜３ａと、ｎ型の結晶性Ｓｉ膜３
ｃとの間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すこと
ができる。ところで、こうした太陽電池において、発電
膜３の製膜には一般にプラズマＣＶＤが用いられている
が、装置依存性が大きいため、製膜後の膜質の評価を以
てプラズマＣＶＤにおける製膜条件を設定するのが妥当
である。
はガラス基板１側から入射して透明導電膜２を透過して
各発電膜に入射する。太陽光は、発電膜３ｂに吸収され
て、ｐ型の結晶性Ｓｉ膜３ａと、ｎ型の結晶性Ｓｉ膜３
ｃとの間に起電力が発生し、電力を外部に取り出すこと
ができる。ところで、こうした太陽電池において、発電
膜３の製膜には一般にプラズマＣＶＤが用いられている
が、装置依存性が大きいため、製膜後の膜質の評価を以
てプラズマＣＶＤにおける製膜条件を設定するのが妥当
である。
【０００５】従来、結晶性Ｓｉ薄膜を有したＳｉ太陽電
池の膜質の指標として、Ｘ線回折のθ−２θ法による
（２２０），（１１１）面回折強度比を用いていた。し
かし、同じθ-２θ法の強度比であっても発電特性のば
らつきを抑えることが困難であり、強度比を制御して光
電変換装置を製造しても発電特性の向上とばらつきの抑
制が出来ないという問題があった。
池の膜質の指標として、Ｘ線回折のθ−２θ法による
（２２０），（１１１）面回折強度比を用いていた。し
かし、同じθ-２θ法の強度比であっても発電特性のば
らつきを抑えることが困難であり、強度比を制御して光
電変換装置を製造しても発電特性の向上とばらつきの抑
制が出来ないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情を考
慮してなされたもので、ｐ層，ｉ層及びｎ層すべてある
いは少なくともｉ層は結晶性Ｓｉ薄膜で構成され、その
各結晶粒の基板に対する配向方位に関する体積分布をと
った場合に、方位<１１０>に極大値をもち、方位<１１
０>から１５°以上に傾いた方位に配向した結晶粒の体
積が方位<１１０>における体積の半分以下とすることに
より、高い光電変換特性を有する光電変換装置及び結晶
性Ｓｉ薄膜の評価方法を提供することを目的とする。
慮してなされたもので、ｐ層，ｉ層及びｎ層すべてある
いは少なくともｉ層は結晶性Ｓｉ薄膜で構成され、その
各結晶粒の基板に対する配向方位に関する体積分布をと
った場合に、方位<１１０>に極大値をもち、方位<１１
０>から１５°以上に傾いた方位に配向した結晶粒の体
積が方位<１１０>における体積の半分以下とすることに
より、高い光電変換特性を有する光電変換装置及び結晶
性Ｓｉ薄膜の評価方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、透光性又は不
透光性基板上に透明導電膜層を介して形成される、ｐ
層，ｉ層及びｎ層からなるｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造、
さらに別の電極層を具備した光電変換装置において、ｐ
層，ｉ層及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層は結晶
性Ｓｉ薄膜で構成され、その多結晶粒の基板に対する配
向方位に関する体積分布をとった場合に、方位<１１０>
に極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾いた
方位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>における体
積の半分以下であることを特徴とする光電変換装置であ
る。
透光性基板上に透明導電膜層を介して形成される、ｐ
層，ｉ層及びｎ層からなるｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造、
さらに別の電極層を具備した光電変換装置において、ｐ
層，ｉ層及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層は結晶
性Ｓｉ薄膜で構成され、その多結晶粒の基板に対する配
向方位に関する体積分布をとった場合に、方位<１１０>
に極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾いた
方位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>における体
積の半分以下であることを特徴とする光電変換装置であ
る。
【０００８】また、本発明は、透光性又は不透光性基板
上に透明導電膜層を介して形成される、ｐ層，ｉ層及び
ｎ層からなるｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造発電膜、さらに
別の電極層を具備した光電変換装置における発電膜のう
ち、ｐ層，ｉ層及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層
は結晶性Ｓｉ薄膜で構成され、その各結晶粒の基板に対
する配向方位に関する体積分布をとった場合に、方位<
１１０>に極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上
に傾いた方位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>に
おける体積の半分以下となる製膜条件を特定する、製膜
中又は製膜後の結晶性Ｓｉ薄膜を評価する方法であり、
前記結晶性Ｓｉ薄膜のうち少なくともｉ層の方位<１１
０>に、前記Ｓｉ薄膜主面に対する入射Ｘ線の入射角を
θとしたとき、入射角θが０＜θ＜（２×Ｂｒａｇｇ
角）で回折強度のピーク値を持つか否かにより結晶性Ｓ
ｉ薄膜の良否を判断することを特徴とする結晶性Ｓｉ薄
膜の評価方法である。
上に透明導電膜層を介して形成される、ｐ層，ｉ層及び
ｎ層からなるｐｉｎ型又はｎｉｐ型構造発電膜、さらに
別の電極層を具備した光電変換装置における発電膜のう
ち、ｐ層，ｉ層及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層
は結晶性Ｓｉ薄膜で構成され、その各結晶粒の基板に対
する配向方位に関する体積分布をとった場合に、方位<
１１０>に極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上
に傾いた方位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>に
おける体積の半分以下となる製膜条件を特定する、製膜
中又は製膜後の結晶性Ｓｉ薄膜を評価する方法であり、
前記結晶性Ｓｉ薄膜のうち少なくともｉ層の方位<１１
０>に、前記Ｓｉ薄膜主面に対する入射Ｘ線の入射角を
θとしたとき、入射角θが０＜θ＜（２×Ｂｒａｇｇ
角）で回折強度のピーク値を持つか否かにより結晶性Ｓ
ｉ薄膜の良否を判断することを特徴とする結晶性Ｓｉ薄
膜の評価方法である。
【０００９】本発明において、前記透光性基板としては
例えばガラス基板が挙げられ、前記不透光性基板として
は例えば金属、樹脂が挙げられる。また、「製膜中又は
製膜後の結晶性Ｓｉ薄膜」とは、Ｓｉ薄膜のｐ層，ｉ層
又はｎ層のいずれか、あるいは各層を形成したＳｉ薄
膜、あるいは更に電極層まで形成した後のＳｉ薄膜を示
し、電極層まで形成した場合はＳｉ薄膜からの回折X線
のみが観察できるＢｒａｇｇ角を選択することになる。
例えばガラス基板が挙げられ、前記不透光性基板として
は例えば金属、樹脂が挙げられる。また、「製膜中又は
製膜後の結晶性Ｓｉ薄膜」とは、Ｓｉ薄膜のｐ層，ｉ層
又はｎ層のいずれか、あるいは各層を形成したＳｉ薄
膜、あるいは更に電極層まで形成した後のＳｉ薄膜を示
し、電極層まで形成した場合はＳｉ薄膜からの回折X線
のみが観察できるＢｒａｇｇ角を選択することになる。
【００１０】一般に、製膜条件（例えばプラズマＣＶＤ
装置における、基板温度、圧力、高周波の周波数、電力
等）が異なると結晶性Ｓｉ薄膜中の結晶成長の様式が変
化するために膜質が異なるが、θ-２θ法を用いた場合
には異なる製膜条件の下で作製した試料が同じ結果を示
すことがある。従って、本発明において、上記の結晶粒
配向範囲をもつ結晶性Ｓｉ薄膜を得るには、試験過程で
用いる評価法として、回折Ｘ線の２θ角はＢｒａｇｇ角
の２倍に固定しながら、入射Ｘ線と結晶性Ｓｉ薄膜を形
成した基板の角度を変化させるＸ線回折測定法を用いて
行うことが好ましい。これは一般にθスキャン、または
Ｆｉｅｌｄ−Ｍｅｒｃｈａｎｔ法とも呼ばれ、この測定
法の詳述は下記のとおりである。同じ目的の観察には、
Ｓｃｈｕｌｚ法によるχ−φ成分スキャンを用いれば薄
膜中の結晶粒分布を完全に把握できるが、薄膜結晶系Ｓ
ｉのようにごく薄い薄膜ではＸ線回折強度が元々弱いた
め、十分な情報を得るためにはスキャン時間をかなりか
けねばならない。また、薄膜結晶性Ｓｉは結晶粒径が小
さく急峻な配向を示さないため、回折Ｘ線のχ成分はχ
＝０を中心に同心円状の分布（繊維分布）を示す。
装置における、基板温度、圧力、高周波の周波数、電力
等）が異なると結晶性Ｓｉ薄膜中の結晶成長の様式が変
化するために膜質が異なるが、θ-２θ法を用いた場合
には異なる製膜条件の下で作製した試料が同じ結果を示
すことがある。従って、本発明において、上記の結晶粒
配向範囲をもつ結晶性Ｓｉ薄膜を得るには、試験過程で
用いる評価法として、回折Ｘ線の２θ角はＢｒａｇｇ角
の２倍に固定しながら、入射Ｘ線と結晶性Ｓｉ薄膜を形
成した基板の角度を変化させるＸ線回折測定法を用いて
行うことが好ましい。これは一般にθスキャン、または
Ｆｉｅｌｄ−Ｍｅｒｃｈａｎｔ法とも呼ばれ、この測定
法の詳述は下記のとおりである。同じ目的の観察には、
Ｓｃｈｕｌｚ法によるχ−φ成分スキャンを用いれば薄
膜中の結晶粒分布を完全に把握できるが、薄膜結晶系Ｓ
ｉのようにごく薄い薄膜ではＸ線回折強度が元々弱いた
め、十分な情報を得るためにはスキャン時間をかなりか
けねばならない。また、薄膜結晶性Ｓｉは結晶粒径が小
さく急峻な配向を示さないため、回折Ｘ線のχ成分はχ
＝０を中心に同心円状の分布（繊維分布）を示す。
【００１１】従って、Ｓｃｈｕｌｚ法によるχ−φ成分
スキャンで全てのφ成分をスキャンする必要はない。こ
のため、あるφの値で固定してχ成分のスキャンのみを
行えば十分である。また、Ｓｃｈｕｌｚ法によるχ−φ
成分スキャンでは専用アタッチメントを要するため、通
常行なわれているθ−２θ法と併用する場合は多くの手
間を必要とする。そこで、薄膜結晶系Ｓｉを簡便に計測
するために検討した結果、θ−２θ法のアタッチメント
のままでχ成分のスキャンのみを行っても同等の結果を
得られることを見出した。ここで、薄膜が既知材料であ
れば薄膜を通過するＸ線減衰量を評価できるため、基板
のＸ線応答特性を考慮して補正を行うと精度を高められ
るため、結晶性Ｓｉ薄膜の薄い場合は基板の影響を除い
ておく。以上の改善された手法を用いて、本発明でのＸ
線回折測定を行う。
スキャンで全てのφ成分をスキャンする必要はない。こ
のため、あるφの値で固定してχ成分のスキャンのみを
行えば十分である。また、Ｓｃｈｕｌｚ法によるχ−φ
成分スキャンでは専用アタッチメントを要するため、通
常行なわれているθ−２θ法と併用する場合は多くの手
間を必要とする。そこで、薄膜結晶系Ｓｉを簡便に計測
するために検討した結果、θ−２θ法のアタッチメント
のままでχ成分のスキャンのみを行っても同等の結果を
得られることを見出した。ここで、薄膜が既知材料であ
れば薄膜を通過するＸ線減衰量を評価できるため、基板
のＸ線応答特性を考慮して補正を行うと精度を高められ
るため、結晶性Ｓｉ薄膜の薄い場合は基板の影響を除い
ておく。以上の改善された手法を用いて、本発明でのＸ
線回折測定を行う。
【００１２】本発明における結晶性Ｓｉ薄膜を作製する
上で用いる評価法では、方位<１１０>におけるｉ層の回
折強度がＨのとき、Ｈ／２に対応した入射角の範囲で半
値幅をもつことが好ましい。図２は、本発明中で用いる
Ｘ線回折測定法で得られたＳｉ（２２０）面回折線の角
度分布（スペクトル）において、方位＜１１０＞に単一
ピークをもつガウス関数に似た対称形状を示し、かつそ
の半値幅の小さいスペクトルを示す。この場合、結晶面
（１１０）の法線が基板に垂直となっている、方位<１
１０>に配向した結晶粒の密度が、他の方位に配向した
結晶粒の密度よりも極めて大きいことを意味している。
また、立方晶であるＳｉの結晶構造から、方位<１１０>
に配向した結晶粒はその粒界部分において隣接する結晶
粒との格子整合が取りやすく粒界のダングリングボンド
密度が減少し、粒界における欠陥が減少し電気伝導特性
が改善されるからである。
上で用いる評価法では、方位<１１０>におけるｉ層の回
折強度がＨのとき、Ｈ／２に対応した入射角の範囲で半
値幅をもつことが好ましい。図２は、本発明中で用いる
Ｘ線回折測定法で得られたＳｉ（２２０）面回折線の角
度分布（スペクトル）において、方位＜１１０＞に単一
ピークをもつガウス関数に似た対称形状を示し、かつそ
の半値幅の小さいスペクトルを示す。この場合、結晶面
（１１０）の法線が基板に垂直となっている、方位<１
１０>に配向した結晶粒の密度が、他の方位に配向した
結晶粒の密度よりも極めて大きいことを意味している。
また、立方晶であるＳｉの結晶構造から、方位<１１０>
に配向した結晶粒はその粒界部分において隣接する結晶
粒との格子整合が取りやすく粒界のダングリングボンド
密度が減少し、粒界における欠陥が減少し電気伝導特性
が改善されるからである。
【００１３】薄膜内部に存在する各結晶粒の基板に対す
る配向方位に関する体積分布において、方位<１１０>に
極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾いた方
位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>における体積
の半分以下である特徴を満たす場合に対応して、図２に
おいて、高い<１１０>ピーク強度Ｈに対し、Ｈ／２に対
応した入射角を夫々θ１、θ２としたとき、半値幅Ｔｗ
は（θ２−θ１）＝４０°、望ましくは３０°以下の狭
い半値幅であることが好ましい。
る配向方位に関する体積分布において、方位<１１０>に
極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾いた方
位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>における体積
の半分以下である特徴を満たす場合に対応して、図２に
おいて、高い<１１０>ピーク強度Ｈに対し、Ｈ／２に対
応した入射角を夫々θ１、θ２としたとき、半値幅Ｔｗ
は（θ２−θ１）＝４０°、望ましくは３０°以下の狭
い半値幅であることが好ましい。
【００１４】これは、結晶粒の集団が特定方位に配向し
た場合、隣接する結晶粒の間に形成される粒界は基板に
対し垂直になり、粒界の種類が特定のものに限られるた
めである。ここで、粒界は、これを構成する２結晶粒か
ら規定される２種の面方位の結晶面で記述できる。そこ
で粒界の特性値として、２種の面方位から計算されるダ
ングリングボンド密度の差を導入すると、この値が小さ
いほど粒界として望ましいものになる。特に方位<１１
０>に配向した場合はダングリングボンド密度が小さ
く、良好な粒界になることが知られている。
た場合、隣接する結晶粒の間に形成される粒界は基板に
対し垂直になり、粒界の種類が特定のものに限られるた
めである。ここで、粒界は、これを構成する２結晶粒か
ら規定される２種の面方位の結晶面で記述できる。そこ
で粒界の特性値として、２種の面方位から計算されるダ
ングリングボンド密度の差を導入すると、この値が小さ
いほど粒界として望ましいものになる。特に方位<１１
０>に配向した場合はダングリングボンド密度が小さ
く、良好な粒界になることが知られている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る結晶
性Ｓｉ薄膜光電変換装置について説明する。
性Ｓｉ薄膜光電変換装置について説明する。
【００１６】まず、図１に示すようにガラス基板１上に
透明導電膜２を介して結晶性Ｓｉ薄膜を代表的製膜条件
で形成し、試料４を準備する。そして試料４を、結晶性
Ｓｉ薄膜側をＸ線入射側に向けて図３に示すようにセッ
トする。ここで、回折Ｘ線の２θ角はＢｒａｇｇ角（θ
Ｂｒａｇｇ）の２倍に固定しながら、試料４は回転でき
るようにセットするとともに、入射Ｘ線の試料４に対す
る入射角θは可変できるようにしたＸ線回折測定法を用
いた。
透明導電膜２を介して結晶性Ｓｉ薄膜を代表的製膜条件
で形成し、試料４を準備する。そして試料４を、結晶性
Ｓｉ薄膜側をＸ線入射側に向けて図３に示すようにセッ
トする。ここで、回折Ｘ線の２θ角はＢｒａｇｇ角（θ
Ｂｒａｇｇ）の２倍に固定しながら、試料４は回転でき
るようにセットするとともに、入射Ｘ線の試料４に対す
る入射角θは可変できるようにしたＸ線回折測定法を用
いた。
【００１７】このようにして、試料４の結晶性Ｓｉ薄膜
面側にＸ線を入射させ、上述したように２×（θ
Ｂｒａｇｇ）に固定しながら、入射角θを可変しながら
θスキャンすることにより、スペクトル特性を描く。そ
の結果、上述した前記結晶性Ｓｉ薄膜のうち少なくとも
ｉ層の方位<１１０>に、前記Ｓｉ薄膜主面に対する入射
角をθとしたとき、入射角θが０＜θ＜（２×θ
Ｂｒａｇｇ）で回折強度が高いピーク値を持つか否かを
判断する。ここで、薄膜が既知材料であれば薄膜を通過
する膜厚に対し指数関数的に減少するＸ線減衰量を評価
できる。基板のＸ線応答特性を考慮して測定結果からの
除去を行うと精度を高められるため、結晶性Ｓｉ薄膜の
薄い場合は基板の影響を除いておく。
面側にＸ線を入射させ、上述したように２×（θ
Ｂｒａｇｇ）に固定しながら、入射角θを可変しながら
θスキャンすることにより、スペクトル特性を描く。そ
の結果、上述した前記結晶性Ｓｉ薄膜のうち少なくとも
ｉ層の方位<１１０>に、前記Ｓｉ薄膜主面に対する入射
角をθとしたとき、入射角θが０＜θ＜（２×θ
Ｂｒａｇｇ）で回折強度が高いピーク値を持つか否かを
判断する。ここで、薄膜が既知材料であれば薄膜を通過
する膜厚に対し指数関数的に減少するＸ線減衰量を評価
できる。基板のＸ線応答特性を考慮して測定結果からの
除去を行うと精度を高められるため、結晶性Ｓｉ薄膜の
薄い場合は基板の影響を除いておく。
【００１８】その結果、上述した図２に示すように（θ
２−θ１）の狭い半値幅の領域で方位<１１０>で回折強
度のピーク値をもてば、結晶性Ｓｉ薄膜の膜質が良質で
あり、太陽電池は高効率セルを有する。一方、図４に示
すように、広い半値幅で方位<<１１０>で低い回折強度
をもつか、あるいは方位<１１０>以外のピークの存在が
認められれば、結晶性Ｓｉ薄膜の膜質が良質でなく、太
陽電池は低効率セルを有する。このようにして良質と判
断される結晶性Ｓｉ薄膜を作製する製膜条件を特定し、
プラズマＣＶＤ装置個々の特性に合わせた製膜条件を絞
込み決定する。
２−θ１）の狭い半値幅の領域で方位<１１０>で回折強
度のピーク値をもてば、結晶性Ｓｉ薄膜の膜質が良質で
あり、太陽電池は高効率セルを有する。一方、図４に示
すように、広い半値幅で方位<<１１０>で低い回折強度
をもつか、あるいは方位<１１０>以外のピークの存在が
認められれば、結晶性Ｓｉ薄膜の膜質が良質でなく、太
陽電池は低効率セルを有する。このようにして良質と判
断される結晶性Ｓｉ薄膜を作製する製膜条件を特定し、
プラズマＣＶＤ装置個々の特性に合わせた製膜条件を絞
込み決定する。
【００１９】事実、以上の製膜条件絞込みを行った結
果、結晶性Ｓｉ薄膜が図２に示すようなスペクトルを有
する太陽電池(イ)、及び結晶性Ｓｉ薄膜が図４に示すよ
うなスペクトルを有する太陽電池（ロ）について半値幅
と発電効率との関係を調べたところ、図５〜図７に示す
ような結果が得られた。図５〜図７は、夫々太陽電池の
特性値である、発電効率、短絡電流、形状因子と半値幅
の関係を示したものである。本発明で用いるＸ線回折測
定法においては、Ｂｒａｇｇ角を軸として対称に信号が
現れるため、図５〜図７中の単峰ピークは方位<１１０>
にピークをもつ太陽電池（イ）からの信号を意味し、双
峰ピークは方位<１１０>以外にピークをもつ太陽電池
（ロ）からの信号を意味する。
果、結晶性Ｓｉ薄膜が図２に示すようなスペクトルを有
する太陽電池(イ)、及び結晶性Ｓｉ薄膜が図４に示すよ
うなスペクトルを有する太陽電池（ロ）について半値幅
と発電効率との関係を調べたところ、図５〜図７に示す
ような結果が得られた。図５〜図７は、夫々太陽電池の
特性値である、発電効率、短絡電流、形状因子と半値幅
の関係を示したものである。本発明で用いるＸ線回折測
定法においては、Ｂｒａｇｇ角を軸として対称に信号が
現れるため、図５〜図７中の単峰ピークは方位<１１０>
にピークをもつ太陽電池（イ）からの信号を意味し、双
峰ピークは方位<１１０>以外にピークをもつ太陽電池
（ロ）からの信号を意味する。
【００２０】図５は発電効率と半値幅の関係を示したも
のであり、単峰ピークを示す太陽電池（イ）では半値幅
の低下とともに発電効率が上昇しているが、双峰ピーク
を示す太陽電池（ロ）では約３０°までは半値幅の低下
とともに発電効率が上昇するものの、約３０°以下の半
値幅では半値幅の低下とともに発電効率が低下する。こ
れはスペクトルに現れるピークの半値幅が結晶粒の配向
の集中度を意味し、半値幅が小さいほど結晶粒の配向方
位が揃っていることを意味することから、結晶粒の配向
が揃うことで粒界の構成種が絞られて粒界の性質が改善
されるものの、結晶粒が揃った後は粒界を構成する結晶
粒の方位により粒界の性質が決まり、これ以上の変化が
ないためである。
のであり、単峰ピークを示す太陽電池（イ）では半値幅
の低下とともに発電効率が上昇しているが、双峰ピーク
を示す太陽電池（ロ）では約３０°までは半値幅の低下
とともに発電効率が上昇するものの、約３０°以下の半
値幅では半値幅の低下とともに発電効率が低下する。こ
れはスペクトルに現れるピークの半値幅が結晶粒の配向
の集中度を意味し、半値幅が小さいほど結晶粒の配向方
位が揃っていることを意味することから、結晶粒の配向
が揃うことで粒界の構成種が絞られて粒界の性質が改善
されるものの、結晶粒が揃った後は粒界を構成する結晶
粒の方位により粒界の性質が決まり、これ以上の変化が
ないためである。
【００２１】図６は短絡電流と半値幅の関係を示したも
のであり、単峰ピークを示す太陽電池（イ）では半値幅
の低下とともに短絡電流が上昇し、双峰ピークを示す太
陽電池（ロ）では約３０°以下の半値幅で若干低下する
ものの飽和傾向を示している。半値幅が小さいほど結晶
粒の配向方位が揃っており、配向方位に当たる結晶粒が
膜厚方向に長く成長したために、膜厚方向の電流経路内
の粒界が少なくなっているためである。
のであり、単峰ピークを示す太陽電池（イ）では半値幅
の低下とともに短絡電流が上昇し、双峰ピークを示す太
陽電池（ロ）では約３０°以下の半値幅で若干低下する
ものの飽和傾向を示している。半値幅が小さいほど結晶
粒の配向方位が揃っており、配向方位に当たる結晶粒が
膜厚方向に長く成長したために、膜厚方向の電流経路内
の粒界が少なくなっているためである。
【００２２】図７は形状因子と半値幅の関係を示したも
のであり、発電効率と似た傾向を示している。これも発
電効率と同じ理由で説明できる。これにより、太陽電池
（イ）、（ロ）における結晶性Ｓｉ薄膜に対する評価が
正しかったことが明らかである。
のであり、発電効率と似た傾向を示している。これも発
電効率と同じ理由で説明できる。これにより、太陽電池
（イ）、（ロ）における結晶性Ｓｉ薄膜に対する評価が
正しかったことが明らかである。
【００２３】以上は、前述したように、ｐ層，ｉ層及び
ｎ層すべて、あるいは少なくともｉ層の結晶性Ｓｉを構
成する各結晶粒の基板に対する配向方位に関する体積分
布をとった場合に、方位<１１０>に極大値をもち、方位
<１１０>から１５°以上に傾いた方位に配向した結晶粒
の体積が方位<１１０>における体積の半分以下である特
徴をもつ結晶性Ｓｉ薄膜であることが望ましいことを示
している。
ｎ層すべて、あるいは少なくともｉ層の結晶性Ｓｉを構
成する各結晶粒の基板に対する配向方位に関する体積分
布をとった場合に、方位<１１０>に極大値をもち、方位
<１１０>から１５°以上に傾いた方位に配向した結晶粒
の体積が方位<１１０>における体積の半分以下である特
徴をもつ結晶性Ｓｉ薄膜であることが望ましいことを示
している。
【００２４】これを本発明記載の測定法で表現すると、
結晶性薄膜Ｓｉの太陽電池において、Ｓｉ（２２０）面
の回折線を観察して得た、本発明で用いるＸ線回折スペ
クトルで、Ｓｉ（２２０）面のBragg角に単一ピークを
もつこと、つまり方位<１１０>にピークをもつ場合に、
その半値幅が４０°以下、望ましくは３０°以下である
ことが、太陽電池として望ましい。これは、スペクトル
に現れるピークの半値幅が３０〜４０°以上の場合、結
晶粒配向が揃うことにより、粒界を構成する面方位の種
類が絞られるためであるが、半値幅が３０〜４０°以下
の場合、絞られた粒界種自体の性質に支配されるためで
ある。
結晶性薄膜Ｓｉの太陽電池において、Ｓｉ（２２０）面
の回折線を観察して得た、本発明で用いるＸ線回折スペ
クトルで、Ｓｉ（２２０）面のBragg角に単一ピークを
もつこと、つまり方位<１１０>にピークをもつ場合に、
その半値幅が４０°以下、望ましくは３０°以下である
ことが、太陽電池として望ましい。これは、スペクトル
に現れるピークの半値幅が３０〜４０°以上の場合、結
晶粒配向が揃うことにより、粒界を構成する面方位の種
類が絞られるためであるが、半値幅が３０〜４０°以下
の場合、絞られた粒界種自体の性質に支配されるためで
ある。
【００２５】また、方位<１１０>にピークを持たない結
晶性Ｓｉ薄膜においては、半値幅が２０度以上であるこ
とが性能上望ましい。これは製膜条件に対する装置上の
制約のため、方位<１１０>にピークをもつ薄膜が作製で
きない場合に適用される。
晶性Ｓｉ薄膜においては、半値幅が２０度以上であるこ
とが性能上望ましい。これは製膜条件に対する装置上の
制約のため、方位<１１０>にピークをもつ薄膜が作製で
きない場合に適用される。
【００２６】なお、上記実施例では、ガラス基板上に透
明導電膜を介して結晶性Ｓｉ薄膜を形成した試料にＸ線
を入射してＳｉ薄膜の評価を行なう場合について述べた
が、これに限らず、少なくとも、結晶性Ｓｉ薄膜のうち
ｉ層を形成した状態の試料にＸ線を入射してＳｉ薄膜の
評価を行なえばよい。また、上記試料はｐｉｎ型発電膜
の場合について述べたが、これに限らず、ｎｉｐ型発電
膜の試料の場合についても同様に適用できる。
明導電膜を介して結晶性Ｓｉ薄膜を形成した試料にＸ線
を入射してＳｉ薄膜の評価を行なう場合について述べた
が、これに限らず、少なくとも、結晶性Ｓｉ薄膜のうち
ｉ層を形成した状態の試料にＸ線を入射してＳｉ薄膜の
評価を行なえばよい。また、上記試料はｐｉｎ型発電膜
の場合について述べたが、これに限らず、ｎｉｐ型発電
膜の試料の場合についても同様に適用できる。
【００２７】また、上記ｐｉｎ層あるいは少なくともｉ
層が１個以上であり、かつｐｉｎ接合を２個以上有する
Ｓｉ薄膜太陽電池セルにおいても同様の効果が得られる
ことも明確である。
層が１個以上であり、かつｐｉｎ接合を２個以上有する
Ｓｉ薄膜太陽電池セルにおいても同様の効果が得られる
ことも明確である。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ｐ
層，ｉ層及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層は結晶
性Ｓｉ薄膜で構成され、その各結晶粒の基板に対する配
向方位に関する体積分布をとった場合に、方位<１１０>
に極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾いた
方位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>における体
積の半分以下とすることにより、高い光電変換特性を有
する光電変換装置及び結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法を提供
できる。
層，ｉ層及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層は結晶
性Ｓｉ薄膜で構成され、その各結晶粒の基板に対する配
向方位に関する体積分布をとった場合に、方位<１１０>
に極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾いた
方位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>における体
積の半分以下とすることにより、高い光電変換特性を有
する光電変換装置及び結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法を提供
できる。
【図１】結晶性Ｓｉ薄膜を有した太陽電池の断面図。
【図２】本発明の一実施例に係る太陽電池における結晶
性Ｓｉ薄膜に対する入射角と回折強度との関係を示す特
性図。
性Ｓｉ薄膜に対する入射角と回折強度との関係を示す特
性図。
【図３】本発明で用いるＸ線回折の測定法に関する説明
図。
図。
【図４】従来の太陽電池における結晶性Ｓｉ薄膜に対す
る入射角と回折強度との関係を示す特性図。
る入射角と回折強度との関係を示す特性図。
【図５】異なるスペクトル特性を有する太陽電池におけ
る半値幅と発電効率との関係を示す特性図。
る半値幅と発電効率との関係を示す特性図。
【図６】異なるスペクトル特性を有する太陽電池におけ
る半値幅と短絡電流との関係を示す特性図。
る半値幅と短絡電流との関係を示す特性図。
【図７】異なるスペクトル特性を有する太陽電池におけ
る半値幅と形状因子との関係を示す特性図。
る半値幅と形状因子との関係を示す特性図。
１…ガラス基板、
２…透明導電膜、
３…結晶性Ｓｉ薄膜（発電膜）、
３ａ，３ｂ，３ｃ…結晶性Ｓｉ発電膜、
４…試料。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 米倉 義道
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
(72)発明者 佐竹 宏次
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
Ｆターム(参考） 4M106 AA01 AB09 CB17 CB19 CB30
DH25 DH34
5F051 AA03 CB12 DA04 FA02 GA03
KA09
Claims (7)
- 【請求項１】 透光性又は不透光性基板上に透明導電膜
層を介して形成される、ｐ層，ｉ層及びｎ層からなるｐ
ｉｎ型又はｎｉｐ型構造発電膜、さらに別の電極層を具
備した光電変換装置において、 ｐ層，ｉ層及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層は結
晶性Ｓｉ薄膜で構成され、その各結晶粒の基板に対する
配向方位に関する体積分布をとった場合に、方位<１１
０>に極大値をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾
いた方位に配向した結晶粒の体積が方位<１１０>におけ
る体積の半分以下であることを特徴とする光電変換装
置。 - 【請求項２】 透光性又は不透光性基板上に透明導電膜
層を介して形成される、ｐ層，ｉ層及びｎ層からなるｐ
ｉｎ型又はｎｉｐ型構造発電膜、さらに別の電極層を具
備した光電変換装置における発電膜のうち、ｐ層，ｉ層
及びｎ層すべてあるいは少なくともｉ層は結晶性Ｓｉ薄
膜で構成され、その各結晶粒の基板に対する配向方位に
関する体積分布をとった場合に、方位<１１０>に極大値
をもち、方位<１１０>から１５°以上に傾いた方位に配
向した結晶粒の体積が方位<１１０>における体積の半分
以下となる製膜条件を特定する、製膜中又は製膜後の結
晶性Ｓｉ薄膜を評価する方法であり、 前記結晶性Ｓｉ薄膜のうち少なくともｉ層の方位<１１
０>に、前記Ｓｉ薄膜主面に対する入射Ｘ線の入射角を
θとしたとき、入射角θが０＜θ＜（２×Ｂｒａｇｇ
角）で回折強度のピーク値を持つか否かにより結晶性Ｓ
ｉ薄膜の良否を判断することを特徴とする結晶性Ｓｉ薄
膜の評価方法。 - 【請求項３】 方位<１１０>におけるｉ層の回折強度が
Ｈのとき、Ｈ／２に対応した入射角の範囲で半値幅をも
つことを特徴とする請求項２記載の結晶性Ｓｉ薄膜の評
価方法。 - 【請求項４】 結晶性Ｓｉ薄膜の評価は、回折Ｘ線の２
θ角はＢｒａｇｇ角の２倍に固定しながら、入射Ｘ線と
結晶性Ｓｉ薄膜を形成した基板の角度を変化させるＸ線
回折の測定を用いて行なうことを特徴とする請求項２も
しくは請求項３記載の結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法。 - 【請求項５】 請求項２〜４いずれか記載の方法を用
い、Ｓｉ（２２０）面回折線を測定した場合に、ｐｉｎ
層あるいは少なくともｉ層のＳｉ（２２０）面回折線の
示す曲線が、方位<１１０>に極大値をもち、半値幅が４
０°よりも小さく、Ｓｉ（２２０）面のＢｒａｇｇ角に
おいて方位<１１０>に対応する単一ピークをもつことを
特徴とする請求項１記載の光電変換装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の特性を有するｐｉｎ層あ
るいは少なくともｉ層が１個以上であり、かつｐｉｎ接
合を２個以上有することを特徴とする光電変換装置 - 【請求項７】 請求項２〜４いずれか記載の方法を用い
て結晶性Ｓｉ薄膜のＳｉ（２２０）面の測定した場合
に、ｐｉｎ層あるいは少なくともｉ層の示すＸ線回折特
性において方位<１１０>以外に１個以上のピークをもつ
場合は、その半値幅が２０°よりも大きいことを特徴と
する光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001384761A JP3727879B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001384761A JP3727879B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005069249A Division JP3905906B2 (ja) | 2005-03-11 | 2005-03-11 | 光電変換装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003188398A true JP2003188398A (ja) | 2003-07-04 |
| JP3727879B2 JP3727879B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=27594413
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001384761A Expired - Fee Related JP3727879B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 結晶性Ｓｉ薄膜の評価方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3727879B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216344A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Dainippon Printing Co Ltd | フレキシブル透明電極基板および有機ｅｌディスプレイデバイス |
| US20110290321A1 (en) * | 2006-10-30 | 2011-12-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing single crystal silicon solar cell and single crystal silicon solar cell |
| US20110290320A1 (en) * | 2006-10-30 | 2011-12-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing single crystal silicon solar cell and single crystal silicon solar cell |
| MD4377C1 (ro) * | 2010-05-19 | 2016-05-31 | Вильгельм КОСОВ | Convertor fotovoltaic semiconductor şi procedeu de fabricare a acestuia |
-
2001
- 2001-12-18 JP JP2001384761A patent/JP3727879B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| US20110290321A1 (en) * | 2006-10-30 | 2011-12-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing single crystal silicon solar cell and single crystal silicon solar cell |
| US20110290320A1 (en) * | 2006-10-30 | 2011-12-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing single crystal silicon solar cell and single crystal silicon solar cell |
| MD4377C1 (ro) * | 2010-05-19 | 2016-05-31 | Вильгельм КОСОВ | Convertor fotovoltaic semiconductor şi procedeu de fabricare a acestuia |
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|---|---|
| JP3727879B2 (ja) | 2005-12-21 |
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