JP2003197538A - プラズマcvd装置、光電変換素子および光電変換素子の製造方法 - Google Patents
プラズマcvd装置、光電変換素子および光電変換素子の製造方法Info
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Abstract
しく低減することが可能なプラズマCVD装置を提供す
る。 【解決手段】 反応容器と、この反応容器内に配置さ
れ、加熱用ヒーターを内蔵した被処理物を支持し、かつ
接地電位とした支持電極と、前記反応容器内に前記支持
電極と所望の距離離間して平行に配置され、前記支持電
極側に複数のガス吹き出し孔が開口された中空棒を組み
合わせたはしご型電極と、前記はしご型電極に高周波電
力を供給するための高周波電源と、前記はしご型電極に
絶縁管を介して連結されたガス供給手段と、有底環状の
形状をなし、前記反応容器内にその有底環状の開口部が
前記支持電極と反対側の前記はしご型電極と近接するよ
うに配置されたガス吸引部材と、一端が前記ガス吸引部
材に連結された排気管とを具備したことを特徴とする。
Description
置、例えば太陽電池のような光電変換素子および光電変
換素子の製造方法に関し、特に原料ガスの供給形態およ
び排気形態を改良したプラズマCVD装置、このプラズ
マCVD装置によりpin構造またはnip構造を持つ
微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、i型
の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を製膜した
光電変換素子および光電変換素子の製造方法に係わる。
VD装置は、図5に示すように反応容器101と、この
反応容器内に配置され、加熱用ヒーターを内蔵した被処
理物を支持するための支持電極102と、前記反応容器
101内に前記支持電極102と所望の距離離間して平
行に配置された平板電極103と、この平板電極103
にインピーダンス整合器104を通して高周波電力を供
給するため高周波電源105と、前記反応容器101に
反応ガスを供給するためのガス供給管106と、前記反
応容器101内のガス排気するための真空ポンプのよう
な排気設備(図示せず)が連結された排気管107とを
具備した構造を有する。
in構造の薄膜結晶性シリコン層(微結晶シリコン層ま
たは多結晶シリコン層)を有する例えば太陽電池のよう
な光電変換素子における発電層である前記i型の微結晶
シリコン層または多結晶シリコン層は次のような方法に
より製膜される。すなわち、接地電位とする前記支持電
極102に被処理物108を支持させた後、真空ポンプ
を作動して前記反応容器101内のガスを排気し、さら
に被処理物108を加熱し、さらに排気を続行しなが
ら、例えばSiH4とH2との混合ガスを原料ガスとして
ガス供給管106から前記反応容器101内に供給す
る。前記反応容器101内が所定の圧力に到達した後、
高周波電源105から高周波電力をインピーダンス整合
器104を通して前記平板電極103に供給することに
より、接地電位の前記支持電極102との間でプラズマ
109を発生させる。このようなプラズマ109の発生
により前記SiH4が解離して前記被処理物108表面
にi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層とし
て製膜される。
容器101内の被処理物108が支持された支持電極1
02と平板電極103の間の領域にSiH4とH2との混
合ガス(原料ガス)をガス供給管106から供給し、前
記支持部材102と前記平板電極103の間でプラズマ
109を発生させる。このため、前記原料ガスが反応容
器101を飛行する過程で微粒子を生成し、この微粒子
が被処理物108表面に成膜された膜(例えばi型の微
結晶シリコン層または多結晶シリコン層)に取り込まれ
る。また、前記プラズマ中で生成した微粒子が滞留して
被処理物表面に成膜された膜(例えばi型の微結晶シリ
コン層または多結晶シリコン層)に取り込まれる。
されたi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層
に微粒子が取り込まれ、そのi型の微結晶シリコン層ま
たは多結晶シリコン層に欠陥を生じる。このような欠陥
を持つi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層
を有する光電変換素子は、光電変換効率が著しく低下す
る。
中に取り込まれる微粒子の量を著しく低減することが可
能なプラズマCVD装置を提供しようとするものであ
る。
持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有する
光電変換素子の製造において、少なくともi型の微結晶
シリコン層または多結晶シリコン層の製膜中に取り込ま
れる微粒子の量を著しく低減することが可能な光電変換
素子の製造方法を提供しようとするものである。
持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有し、
少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコ
ン層の製膜中に取り込まれる微粒子の量を著しく低減し
た光電変換素子を提供しようとするものである。
持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有する
光電変換素子の製造において、少なくともi型の微結晶
シリコン層または多結晶シリコン層の製膜中に取り込ま
れる微粒子の量を著しく低減でき、さらに前記i型の微
結晶シリコン層または多結晶シリコン層を(110)優
先配向させることを可能にした光電変換素子の製造方法
を提供しようとするものである。
持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有し、
少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコ
ン層の製膜中に取り込まれる微粒子の量を著しく低減さ
れ、さらに前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シ
リコン層を(110)優先配向された光電変換素子を提
供しようとするものである。
VD装置は、反応容器と、前記反応容器内に配置され、
加熱用ヒーターを内蔵した被処理物を支持し、かつ接地
電位とした支持電極と、前記反応容器内に前記支持電極
と所望の距離離間して平行に配置され、前記支持電極側
に複数のガス吹き出し孔が開口された中空棒を組み合わ
せたはしご型電極と、前記はしご型電極に高周波電力を
供給するため高周波電源と、前記はしご型電極に絶縁管
を介して連結されたガス供給手段と、有底環状の形状を
なし、前記反応容器内にその有底環状の開口部が前記支
持電極と反対側の前記はしご型電極と近接するように配
置されたガス吸引部材と、前記反応容器を貫通し、一端
が前記ガス吸引部材に連結された排気管とを具備したこ
とを特徴とするものである。
て、前記ガス吸引部材に正の電圧を供給するための直流
電源を接続し、かつ前記ガス吸引部材に前記ガス排気管
を絶縁管を介して連結することが好ましい。
基板上にpin構造またはnip構造を持つ微結晶シリ
コン層または多結晶シリコン層を有する光電変換素子を
製造するに際し、前記pin構造またはnip構造を持
つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少
なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン
層は、前述したプラズマCVD装置における反応容器内
の支持電極に前記基板を有する被処理物を支持させ、前
記反応容器内のガスをガス排気管からガス吸引部材を通
して排気しながら、前記支持電極の加熱ヒーターにより
前記被処理物を加熱し、Si含有ガスとH2との混合ガ
スを原料ガスとしてガス供給手段およびはしご型電極の
ガス吹き出し孔から前記反応容器内に供給し、高周波電
源から前記はしご型電極に高周波電力を供給して接地電
位の前記支持電極との間でプラズマを発生させて製膜さ
れることを特徴とするものである。
は、基板上にpin構造またはnip構造を持つ微結晶
シリコン層または多結晶シリコン層を有する光電変換素
子を製造するに際し、前記pin構造またはnip構造
を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のう
ち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シ
リコン層は、前述したプラズマCVD装置における反応
容器内の支持電極に前記基板を有する被処理物を支持さ
せ、前記反応容器内のガスをガス排気管からガス吸引部
材を通して排気しながら、前記支持電極の加熱ヒーター
により前記被処理物を加熱し、SiH4とSiH2C
l2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なく
とも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガ
スを原料ガスとしてガス供給手段およびはしご型電極の
ガス吹き出し孔から前記反応容器内に供給し、高周波電
源から前記はしご型電極に高周波電力を供給して接地電
位の前記支持電極との間でプラズマを発生させて製膜さ
れることを特徴とするものである。
いて、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶
シリコン層の製膜は、前記ガス吸引部材にさらに正の電
圧を供給するための直流電源を接続し、かつ前記ガス吸
引部材に前記ガス排気管を絶縁管を介して連結した構造
のプラズマCVD装置を用いることが好ましい。
ずれかの方法で製造されることを特徴とするものであ
る。
前述したいずれかの方法で製造されたpin型ユニッ
ト、もしくはnip型ユニットを少なくとも1組み含む
ことを特徴とするものである。
態のプラズマCVD装置を示す概略図、図2は図1のプ
ラズマCVD装置に組み込まれるはしご型電極を示す斜
視図である。
示しない加熱ヒーターを内蔵した支持電極2が配置され
ている。この支持電極2は、接地されている。はしご型
電極3は、前記支持部材2の下方に所望距離隔てて対向
配置されている。このはしご型電極3は、図2に示すよ
うに前記支持電極2側に複数のガス吹き出し孔4が開口
された中空棒を組み合わせた矩形形状をなすものであ
る。つまり、前記はしご型電極3は、原料ガスの供給部
材を兼ねている。
を貫通して前記はしご型電極3に絶縁管6を介して連結
されている。高周波電源7は、インピーダンス整合器8
を通して前記はしご型電極3に接続されている。なお、
前記絶縁管6は前記高周波電源7から高周波電力を前記
はしご型電極3に供給した時に高周波電力がガス供給管
5に流れるのを防止する役目をなす。
口部で前記はしご型電極3の下部側と近接するように前
記反応容器1内に配置されている。排気管10は、上端
が外部から前記反応容器1の底部を貫通して前記ガス吸
引部材を9に連通されている。排気管10は、下部側面
に連結され、かつ下端が図示しない真空ポンプのような
排気部材に連結されている。
を説明する。
2に被処理物11を保持させた後、図示しない真空ポン
プを作動して排気管10およびガス吸引部材9を通して
前記反応容器1内を真空排気する。つづいて、前記支持
電極2に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理
物11を所望温度に加熱する。加熱ヒーターによる加熱
温度が十分安定した後、ガス供給管5から原料ガスを前
記はしご型電極3に供給し、この原料ガスをはしご型電
極3の複数のガス吹き出し孔4を通して反応容器1内の
前記支持電極2とはしご型電極3と間の領域に供給し、
反応容器1内を所定の圧力に制御する。被処理物11の
温度および反応容器1内の圧力が十分安定した後、高周
波電源7から高周波電力をインピーダンス整合器8を通
して前記はしご型電極3に供給することによりこのはし
ご型電極3と接地電位とした前記支持電極2との間にプ
ラズマ12を発生させ、前記支持電極2に保持された前
記被処理物11上に所定の膜を製膜する。この時、原料
ガスの供給部材を兼ねるはしご型電極3と支持電極2の
間でプラズマ12を発生させるため、従来のように電極
とは別の箇所に設けたガス供給管から原料ガスを供給す
る場合のような原料ガスがプラズマ領域に達するまでの
飛行距離が長くなく、ほぼその飛行距離がゼロであるた
め、プラズマ12中に浮遊される微粒子の量を著しく低
減することができる。また、前記ガス吸引部材9を前記
はしご型電極3の下部側と近接するように配置すること
によって、プラズマ12に滞留する微粒子を速やかにガ
ス吸引部材9及びガス排気管10を通して排気すること
ができる。その結果、前記支持電極2に保持された前記
被処理物11上に微粒子の取り込み量が著しく少ない所
定の膜を製膜することができる。
は反応容器内に加熱用ヒーターを内蔵した被処理物を支
持し、かつ接地電位とした支持電極を配置し、前記反応
容器内に前記支持電極側に複数のガス吹き出し孔が開口
された中空棒を組み合わせたはしご型電極を前記支持電
極と所望の距離離間して平行に配置し、このはしご型電
極に高周波電力を供給するため高周波電源を接続し、前
記はしご型電極にガス供給手段を絶縁管を介して連結
し、前記反応容器内に有底環状の形状のガス吸引部材を
その有底環状の開口部が前記支持電極と反対側の前記は
しご型電極と近接するように配置し、ガス排気部材にガ
ス排気管の一端を前記反応容器を貫通して連結された構
造を有する。このような構造のプラズマCVD装置によ
れば、前記支持電極とはしご型電極の間に浮遊微粒子の
量の少ないプラズマを発生でき、かつプラズマ中に浮
遊、滞留する微粒子を速やかにガス吸引部材およびガス
排気管を通して排気できるため、微粒子の取り込み量が
少なく、この微粒子に起因する欠陥が少ない良好な膜質
を有する所望の膜を製膜することができる。
太陽電池の製造方法を前述した図1および図2に示すプ
ラズマCVD装置を参照して説明する。
電極を形成する。
すソーダライムガラスから作られる。
O2)、酸化インジウム錫(ITO)または酸化亜鉛
(ZnO)のような金属酸化物から作られる。ここで
は、水素による第1透明電極の還元を抑制するため数十
nmの厚さの酸化亜鉛膜(図示せず)を第1透明電極上
へ形成する。
CVD装置の支持電極2に前記第1透明電極が形成され
た透明絶縁性基板を被処理物11として保持させた後、
図示しない真空ポンプを作動して排気管10およびガス
吸引部材9を通して前記反応容器1内を真空排気する。
つづいて、前記支持電極2に内蔵された加熱ヒーターに
通電し、前記被処理物11を所望温度に加熱する。加熱
ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、ガス供給管
5から原料ガスであるSi含有ガス(例えばSi
H4)、H2およびp型不純物ガスを前記はしご型電極3
に供給し、この原料ガスをはしご型電極3の複数のガス
吹き出し孔4を通して反応容器1内の前記支持電極2と
はしご型電極3と間の領域に供給し、反応容器1内を所
定の圧力に制御する。被処理物11の温度および反応容
器1内の圧力が十分安定した後、高周波電源7から高周
波電力をインピーダンス整合器8を通して前記はしご型
電極3に供給することにより、このはしご型電極3と接
地電位とした前記支持電極2との間にプラズマ12を発
生させ、前記被処理物11の第1透明電極上にp型の微
結晶シリコン層または多結晶シリコン層を製膜する。
を用いることができる。
は多結晶シリコン層を製膜した後、高周波電力および原
料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気する。
つづいて、前記支持部材2に内蔵された加熱ヒーターに
通電し、前記被処理物11の基板を所望温度に加熱す
る。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、ガ
ス供給管5から原料ガスとしてSi含有ガス(例えばS
iH4)およびH2を前記はしご型電極3に供給し、この
原料ガスをはしご型電極3の複数のガス吹き出し孔4を
通して反応容器1内の前記支持電極2とはしご型電極3
と間の領域に供給し、反応容器1内を所定の圧力に制御
する。被処理物11の温度および反応容器内1の圧力が
十分安定した後、高周波電源7から高周波電力をインピ
ーダンス整合器8を通して前記はしご型電極3に供給す
ることにより、このはしご型電極3と接地電位とした前
記支持電極2との間にプラズマ12を発生させ、前記被
処理物11のp型の微結晶シリコン層または多結晶シリ
コン層上に実質的に真性のi型の微結晶シリコン層また
は多結晶シリコン層を製膜する。
被処理物12の加熱は、120〜400℃の温度にする
ことが好ましい。
rrの範囲に設定することが好ましい。
H2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少
なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスをさらに含有
することを許容する。このような塩素化ケイ素系化合物
ガスを原料ガスに添加することによって、前記支持部材
2の加熱ヒーターによる被処理物の透明絶縁性基板を1
20〜300℃の比較的低温の加熱条件の下で(11
0)優先配向性を有する実質的に真性のi型の微結晶シ
リコン層または多結晶シリコン層を製膜することが可能
になる。
iH4と前記塩素化ケイ素系化合物ガスの合計流量に対
して流量比で1〜80%の範囲にて前記反応容器1に供
給することが好ましい。前記塩素化ケイ素系化合物ガス
の流量比を1%未満にすると、120〜300℃の比較
的低温の加熱条件の下では膜質が良好な実質的に真性の
i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を製膜
することが困難になる。一方、前記塩素化ケイ素系化合
物ガスの流量比が80%を超えると、i型微結晶シリコ
ン層または多結晶シリコン層がCl、Cl2等にエッチ
ングされ製膜速度が低下する、またi型シリコン層がア
モルファス化する虞がある。より好ましい前記塩素化ケ
イ素系化合物ガスの流量比は、10%〜40%である。
1〜80%に設定することによって、(110)優先配
向がより向上され、かつ塩素を1×1018cm-3〜8×
10 20cm-3含有する実質的に真性のi型の微結晶シリ
コン層または多結晶シリコン層を形成することが可能に
なる。
iH4とH2とに混合するにあたり、H2で希釈したガス
を使用することを許容する。
シリコン層または多結晶シリコン層を製膜した後、高周
波電力および原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を
真空排気する。つづいて、前記支持部材2に内蔵された
加熱ヒーターに通電し、前記被処理物11の基板を所望
温度に加熱する。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安
定した後、ガス供給管5から原料ガスであるSi含有ガ
ス(例えばSiH4)、H2およびn型不純物ガスを前記
はしご型電極3に供給し、この原料ガスをはしご型電極
3の複数のガス吹き出し孔4を通して反応容器1内の前
記支持電極2とはしご型電極3と間の領域に供給し、反
応容器1内を所定の圧力に制御する。被処理物11の温
度および反応容器1内の圧力が十分安定した後、高周波
電源7から高周波電力をインピーダンス整合器8を通し
て前記はしご型電極3に供給することにより、このはし
ご型電極3と接地電位とした前記支持電極2との間にプ
ラズマ12を発生させ、前記被処理物11の実質的に真
性のi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層上
にn型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を製
膜する。この後、前記被処理物11をプラズマCVD装
置の反応容器1から取り出し、前記n型の微結晶シリコ
ン層または多結晶シリコン層上に第2透明電極および裏
面電極を順次形成して太陽電池を製造する。この太陽電
池は、透明絶縁性基板側から太陽光のような光を入射さ
せて前記pin構造の微結晶シリコン層または多結晶シ
リコン層で光電変換させることにより起電される。
3等を用いることができる。
ム錫(ITO)、酸化錫、酸化亜鉛などから作られる。
ら作られる。
入射するタイプの前記太陽電池の製造において第1透明
電極側からp型、i型、n型の微結晶シリコン層または
多結晶シリコン層を順次製膜してpin構造としたが、
n型、i型、p型の微結晶シリコン層または多結晶シリ
コン層を順次製膜してnip構造としてもよい。
またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶
シリコン層との間に、p、i、nの配列が前記微結晶シ
リコン層または多結晶シリコン層と同様なpin構造ま
たはnip構造を持つアモルファスシリコン層を配置す
ることを許容する。
ら光を入射するタイプの太陽電池の製造方法にも同様に
適用することができる。この太陽電池の製造において、
第1透明電極側からn型、実質的に真性のi型、p型の
微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を順次製膜し
てnip構造としたり、p型、i型、n型の微結晶シリ
コン層または多結晶シリコン層を順次製膜してpin構
造としたり、いずれでもよい。また、前記nip構造ま
たはpin構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シ
リコン層と前記第2透明電極との間に、p、i、nの配
列が前記微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と同
様なnip構造またはpin構造を持つアモルファスシ
リコン層を配置することを許容する。
て図1および図2に示すプラズマCVD装置を用いて支
持電極2に基板を有する被処理物11を支持させ、ガス
吸引部材9およびガス排気管10を通して排気し、前記
被処理物11を加熱し、ガス供給管5から原料ガスであ
るSi含有ガス(例えばSiH4)およびH2を前記はし
ご型電極3に供給し、この原料ガスをはしご型電極3の
複数のガス吹き出し孔4を通して反応容器1内の前記支
持電極2とはしご型電極3と間の領域に供給し、高周波
電源7から高周波電力を前記はしご型電極3に供給して
このはしご型電極3と接地電位とした前記支持電極2と
の間にプラズマ12を発生させることにより、前記被処
理物11表面への微粒子の取り込みを著しく低減できる
ため、微粒子の取り込みに起因する欠陥が少なく良好な
膜質を有する実質的に真性のi型の微結晶シリコン層ま
たは多結晶シリコン層を製膜することが可能になる。そ
の結果、高い光電変換効率を示す光電変換素子を製造す
ることができる。
l3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素
化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスを原料ガスと
して用い、支持電極とはしご型電極との間にプラズマを
発生させることによって、120〜300℃の比較的低
温の加熱条件の下で(110)優先配向性を有する実質
的に真性のi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコ
ン層を製膜することが可能になる。その結果、(11
0)優先配向性を有する実質的に真性のi型の微結晶シ
リコン層または多結晶シリコン層を製膜でき、例えば透
明絶縁性基板側から太陽光のような光を入射した際、高
い光電変換効率を示す光電変換素子を製造することがで
きる。
態のプラズマCVD装置を示す概略図である。なお、図
3において前述した図1と同様な部材は同符号を付して
説明を省略する。
0に絶縁管13が介装され、かつ直流電源14がこのガ
ス排気管10に連結されたガス吸引部材9に接続した構
造を有する。なお、前記絶縁管13は、前記直流電源1
4から正の電圧を前記ガス吸引部材9に供給した時に直
流電力が前記ガス排気管10に流れるのを防止する役目
をなす。
を説明する。
2に被処理物11を保持させた後、図示しない真空ポン
プを作動して排気管10およびガス吸引部材9を通して
前記反応容器1内を真空排気する。つづいて、前記支持
電極2に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理
物11を所望温度に加熱する。加熱ヒーターによる加熱
温度が十分安定した後、ガス供給管5から原料ガスを前
記はしご型電極3に供給し、この原料ガスをはしご型電
極3の複数のガス吹き出し孔4を通して反応容器1内の
前記支持電極2とはしご型電極3と間の領域に供給し、
反応容器1内を所定の圧力に制御する。反応容器1内の
温度および圧力が十分安定した後、高周波電源7から高
周波電力をインピーダンス整合器8を通して前記はしご
型電極3に供給することによりこのはしご型電極3と接
地電位とした前記支持電極2との間にプラズマ12を発
生させ、前記支持電極2に保持された前記被処理物11
上に所定の膜を製膜する。
ご型電極3と支持電極2の間でプラズマ12を発生させ
るため、従来のように電極とは別の箇所に設けたガス供
給管から原料ガスを供給する場合のような原料ガスがプ
ラズマ領域に達するまでの飛行距離が長くなく、ほぼそ
の飛行距離がゼロであるため、プラズマ12中に浮遊さ
れる微粒子の量を著しく低減することができる。
電極3の下部側と近接するように配置し、かつ直流電源
14から正の電圧を前記ガス吸引部材9に供給すること
によって、プラズマ12に滞留する微粒子を速やかにガ
ス排気管10を通して排気することができる。特に、微
粒子は負に帯電されているため、前記ガス吸引部材9に
正の電圧を供給することによって、前記微粒子を前記ガ
ス吸引部材9に電気的に引き込むことが可能になるた
め、プラズマ12に滞留する微粒子をより一層速やかに
ガス吸引部材9及びガス排気管10を通して排気するこ
とができる。
によれば、前記支持電極2とはしご型電極3の間に浮遊
微粒子の量の少ないプラズマ12を発生でき、かつプラ
ズマ12中に浮遊、滞留する微粒子をより一層速やかに
ガス吸引部材9およびガス排気管10を通して排気でき
るため、微粒子の取り込み量が少なく、この微粒子に起
因する欠陥が少ない良好な膜質を有する所望の膜を製膜
することができる。
換素子の製造において第2実施形態のプラズマCVD装
置を用いれば、微粒子の取り込みに起因する欠陥がより
一層少なく良好な膜質を有する実質的に真性のi型の微
結晶シリコン層または多結晶シリコン層を製膜すること
が可能になり、より高い光電変換効率を示す光電変換素
子を製造することができる。
に説明する。
性基板側から光を入射するタイプでpin構造が微結晶
シリコンからなる太陽電池の製造工程を図4を参照して
説明する。
×1mmのソーダライムガラスからなる透明絶縁性基板
21上に酸化錫(SnO2)とこれよりも薄い酸化亜鉛
(ZnO)の二層膜からなる第1透明電極22を形成し
た。
D装置における反応容器1内の支持電極2に前記透明電
極22が形成された透明絶縁性基板21を被処理物11
として保持させた後、図示しない真空ポンプを作動して
排気管10およびガス吸引部材9を通して前記反応容器
1内を1×10− 8Torr以下に真空排気した。つづ
いて、前記支持部材2に内蔵された加熱ヒーターに通電
し、前記被処理物11の基板を160℃に加熱した。加
熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、ガス供給
管5から原料ガスであるSiH4、H2およびB2H6を前
記はしご型電極3に供給し、この原料ガスをはしご型電
極3の複数のガス吹き出し孔4を通して反応容器1内の
前記支持電極2とはしご型電極3と間の領域に供給し、
反応容器1内を500mTorrの圧力に制御した。被
処理物11の基板21の温度および反応容器1内の圧力
が十分安定した後、高周波電源7から高周波電力をイン
ピーダンス整合器8を通してはしご型電極3に供給する
ことにより、このはしご型電極3と接地電位とした前記
支持電極2との間にプラズマ12を発生させ、前記支持
電極2に支持された前記被処理物11の第1透明電極2
2上に厚さ30nmのp型微結晶シリコン層23を製膜
した。
膜した後、高周波電力および原料ガスの供給を停止し、
反応容器1内を真空排気した後、下記条件で厚さ1.5
μmの実質的に真性のi型微結晶シリコン層24を製膜
した。
m、 水素ガス(H2)300sccm。
後、高周波電力および原料ガスの供給を停止し、反応容
器1内を排気管10およびガス吸引部材9を通して前記
反応容器1内を1×10− 8Torr以下に真空排気し
た。つづいて、支持電極2に内蔵された加熱ヒーターに
通電し、前記被処理物11の基板21を160℃に加熱
した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、
ガス供給管5から原料ガスであるSiH4、H2およびP
H3を前記はしご型電極3に供給し、この原料ガスをは
しご型電極3の複数のガス吹き出し孔4を通して反応容
器1内の前記支持電極2とはしご型電極3と間の領域に
供給し、反応容器1内を700mTorrの圧力に制御
した。被処理物11の基板21の温度および反応容器内
1の圧力が十分安定した後、高周波電源7から高周波電
力をインピーダンス整合器8を通してはしご型電極3に
供給することにより、このはしご型電極3と接地電位と
した前記支持電極2との間にプラズマ12を発生させ、
前記支持電極2に支持された前記被処理物11のi型の
微結晶シリコン層24上にn型の微結晶シリコン層25
を製膜した。この後、前記被処理物11をプラズマCV
D層の反応容器1から取り出し、前記n型微結晶シリコ
ン層25に酸化インジウム(ITO)からなる第2透明
電極26およびAlからなる裏面電極27を順次形成し
て図4に示す太陽電池を製造した。
CVD装置を用いてi型の微結晶シリコン層を下記条件
で製膜した。
m、 ・基板温度:180℃、 ・圧力:1Torr、 ・平行平板電極−基板間間隔(d):15mm、 ・高周波電力:30W、 ・原料ガス流量:モノシランガス(SiH4)5scc
m 水素ガス(H2)300sccm、 ・膜厚:1.5μm。
i型の微結晶シリコン層について、直径5μm以上の微
粒子状生成物の存在密度を測定した。その結果、実施例
1では存在密度が5個/mm2であるのに対し、比較例
1では存在密度が140個/mm2と高い値を示した。
膜したi型の微結晶シリコン層について、X線回折法で
(220)/(111)配向比を計測した。ここで、配
向比とは、θ−2θ法で計測したX線回折ピークのう
ち、(220)面により回折した強度の、(111)面
により回折した強度に対する比で表す。その結果、実施
例1では6.8、比較例1では2.1であった。
池の光電変換効率は、前述した図5に示すプラズマCV
D装置を用いてp型、i型およびn型の微結晶シリコン
層を製膜した比較例1の太陽電池に比べて1.055倍
であった。
置を用いてi型微結晶シリコン層を下記条件で製膜した
以外、実施例1と同様な方法により太陽電池を製造し
た。
m、 ジクロロシランガス(SiH2Cl2)1sccm([モ
ノシランガス+ジクロロシランガス]の合計流量に対す
る流量比で20%) 水素ガス(H2)300sccm、 ・膜厚:1.5μm。
リコン層について、直径5μm以上の微粒子状生成物の
存在密度を測定した。その結果、実施例1では存在密度
が5個/mm2であった。
シリコン層の(220)/(111)配向比は、21で
あった。原料ガスにジクロロシランガスを添加すること
により、実施例1に比べて高配向性の実質的に真性のi
型の微結晶シリコン層を製膜できることがわかる。
の光電変換効率は、前述した図5に示すプラズマCVD
装置を用いてp型、i型およびn型の微結晶シリコン層
を製膜した比較例1の太陽電池に比べて1.103倍で
あった。
置を用いてi型微結晶シリコン層を下記条件で製膜した
以外、実施例1と同様な方法により太陽電池を製造し
た。
m、 ・基板温度:180℃、 ・圧力:1Torr、 ・平行平板電極−基板間間隔(d):15mm、 ・高周波電力:10W、 ・ガス吸引部材に印加する直流電圧:+50V、 ・原料ガス流量:モノシランガス(SiH4)5scc
m 水素ガス(H2)300sccm、 ・膜厚:1.5μm。
リコン層について、直径5μm以上の微粒子状生成物の
存在密度を測定した。その結果、実施例3では存在密度
が2.5個/mm2であった。
シリコン層の(220)/(111)配向比は、6.6
であった。
の光電変換効率は、前述した図5に示すプラズマCVD
装置を用いてp型、i型およびn型の微結晶シリコン層
を製膜した比較例1の太陽電池に比べて1.067倍で
あった。
膜時に膜中に取り込まれる微粒子の量を著しく低減して
欠陥の少ない膜質が良好な所望の膜を製膜することが可
能なプラズマCVD装置を提供することができる。
構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を
有する光電変換素子の製造において、少なくともi型の
微結晶シリコン層または多結晶シリコン層の製膜中に取
り込まれる微粒子の量を著しく低減して微粒子に起因す
る欠陥密度を低くでき、光電変換効率が向上されること
が可能な光電変換素子の製造方法を提供することができ
る。
構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を
有し、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶
シリコン層の製膜中に取り込まれる微粒子の量を著しく
低減して微粒子に起因する欠陥密度を低く、光電変換効
率が向上された光電変換素子を提供することができる。
構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を
有する光電変換素子の製造において、少なくともi型の
微結晶シリコン層または多結晶シリコン層の製膜中に取
り込まれる微粒子の量を著しく低減して微粒子に起因す
る欠陥密度を低くでき、さらに前記i型の微結晶シリコ
ン層または多結晶シリコン層を(110)優先配向させ
ることを可能にし、光電変換効率が向上された光電変換
素子の製造方法を提供することができる。
構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を
有し、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶
シリコン層の製膜中に取り込まれる微粒子の量を著しく
低減して微粒子に起因する欠陥密度を低く、さらに前記
i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層が(1
10)優先配向され、光電変換効率が向上された光電変
換素子を提供することができる。
示す概略図。
図。
示す概略図。
を示す断面図。
Claims (9)
- 【請求項1】 反応容器と、 前記反応容器内に配置され、加熱用ヒーターを内蔵した
被処理物を支持し、かつ接地電位とした支持電極と、 前記反応容器内に前記支持電極と所望の距離離間して平
行に配置され、前記支持電極側に複数のガス吹き出し孔
が開口された中空棒を組み合わせたはしご型電極と、 前記はしご型電極に高周波電力を供給するため高周波電
源と、 前記はしご型電極に絶縁管を介して連結されたガス供給
手段と、 有底環状の形状をなし、前記反応容器内にその有底環状
の開口部が前記支持電極と反対側の前記はしご型電極と
近接するように配置されたガス吸引部材と、 前記反応容器を貫通し、一端が前記ガス吸引部材に連結
された排気管とを具備したことを特徴とするプラズマC
VD装置。 - 【請求項2】 さらに、正の電圧を供給するための直流
電源は前記ガス吸引部材に接続され、かつ前記ガス排気
管は前記ガス吸引部材に絶縁管を介して連結されている
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマCVD装置。 - 【請求項3】 基板上にpin構造またはnip構造を
持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有する
光電変換素子を製造するに際し、 前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン
層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微
結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、請求項1記
載のプラズマCVD装置における反応容器内の支持電極
に前記基板を有する被処理物を支持させ、前記反応容器
内のガスをガス排気管からガス吸引部材を通して排気し
ながら、前記支持電極の加熱ヒーターにより前記被処理
物を加熱し、Si含有ガスとH2との混合ガスを原料ガ
スとしてガス供給手段およびはしご型電極のガス吹き出
し孔から前記反応容器内に供給し、高周波電源から前記
はしご型電極に高周波電力を供給して接地電位の前記支
持電極との間でプラズマを発生させて製膜されることを
特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 【請求項4】 基板上にpin構造またはnip構造を
持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有する
光電変換素子を製造するに際し、 前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン
層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微
結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、請求項1記
載のプラズマCVD装置における反応容器内の支持電極
に前記基板を有する被処理物を支持させ、前記反応容器
内のガスをガス排気管からガス吸引部材を通して排気し
ながら、前記支持電極の加熱ヒーターにより前記被処理
物を加熱し、SiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およ
びSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ
素系化合物ガスとH2との混合ガスを原料ガスとしてガ
ス供給手段およびはしご型電極のガス吹き出し孔から前
記反応容器内に供給し、高周波電源から前記はしご型電
極に高周波電力を供給して接地電位の前記支持電極との
間でプラズマを発生させて製膜されることを特徴とする
光電変換素子の製造方法。 - 【請求項5】 少なくとも前記i型の微結晶シリコン層
または多結晶シリコン層の製膜において、前記支持部材
の加熱ヒーターにより120〜400℃の温度に加熱す
ることを特徴とする請求項3または4記載の光電変換素
子の製造方法。 - 【請求項6】 少なくともi型の微結晶シリコン層また
は多結晶シリコン層の製膜において、前記反応容器の圧
力を0.1〜5Torrの範囲に設定することを特徴と
する請求項3または4記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記塩素化ケイ素系化合物ガスは、前記
SiH4と前記塩素化ケイ素系化合物ガスの合計流量に
対して流量比で1〜80%の範囲にて前記反応容器に供
給されることを特徴とする請求項4記載の光電変換素子
の製造方法。 - 【請求項8】 請求項3〜7のいずれかの方法で製造し
たことを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項9】 請求項3〜7のいずれかの方法で製造し
たpin型ユニット、もしくはnip型ユニットを少な
くとも1組み含むことを特徴とするタンデム型光電変換
素子。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001392605A JP3513504B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | プラズマcvd装置、光電変換素子および光電変換素子の製造方法 |
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CN1648282B (zh) * | 2004-01-27 | 2010-06-16 | 三星电子株式会社 | 等离子体增强的半导体淀积设备 |
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- 2001-12-25 JP JP2001392605A patent/JP3513504B2/ja not_active Expired - Fee Related
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