JP2004087933A - Plasma enhanced cvd system, method of manufacturing photovoltaic element, and photovoltaic element - Google Patents

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森田 章二
Yoshimichi Yonekura
米倉 義道
Yoji Nakano
中野 要治
Masayuki Kureya
呉屋 真之
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma enhanced CVD system with which a photovoltaic element having an excellent photoelectric conversion characteristic can be manufactured without giving damages to a transparent electrode which is the base layer of a p-type microcrystalline layer or an n-type amorphous layer, and to provide a method of manufacturing photovoltaic element and a photovoltaic element. <P>SOLUTION: The plasma enhanced CVD system 30 is provided with a substrate heater 7 which heats a substrate 22 by holding the rear surface of the substrate 22 and an electrode 2 provided to face the heater 7. The system 30 forms a semiconductor layer on the surface side of the substrate 22 by generating a plasma gas between the heater 7 and electrode 2 by supplying a gaseous starting material between the heater 7 and electrode 2. This system 30 is also provided with a heater 12 which heats the surface side of the substrate 22 between the substrate heater 7 and electrode 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマCVD法によって製造される光起電力素子の製造方法及び光起電力素子並びにその製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコン系薄膜を用いた光起電力素子の代表格として、非晶質シリコン系の太陽電池がある。非晶質シリコンは、通常、原料ガスとしてシランあるいはジシラン等の水素化珪素ガスを原料ガスとするプラズマCVD法によって製造される。プラズマの発生には、通常、周波数13.56MHzの高周波電源が最も一般的に用いられる。非晶質シリコンは、200℃以下の低温でガラス、金属あるいはプラスチック等の安価な基板上に製膜することができ、かつ、大面積製膜が可能であることを特徴とする。非晶質シリコン系太陽電池は、この特徴を活かし、量産時の低コスト化が可能であることから、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンからなるバルクシリコン型太陽電池を凌駕するものとして期待され、開発が進められている。
【0003】
しかし、非晶質シリコン系太陽電池に光を照射すると光電変換層であるi層内に欠陥が発生し、光キャリアがトラップされるため、光電変換効率が初期状態と比較して、1割から3割程度低下する光劣化現象(いわゆるステブラーロンスキー効果)が実用化する上で大きな障害となっている。光劣化現象のメカニズムについては種々の研究が精力的に行われているにもかかわらず、完全には解明されていないため、その抜本的な解決策も確立されていないのが現状である。
【0004】
これに対し、近年、実質的にi型の光電変換層として非晶質シリコンの代わりに微結晶シリコンを用いる試みが報告されている(J. Meier et A1., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vo.420. P3(1996))。これによると、周波数110MHzのVHF帯の電源を用いた高周波プラズマCVD法によりpin型の光起電力素子を形成しており、非晶質シリコンのような光劣化現象を伴わないと報告されている。また、光電変換層として微結晶シリコンを用いた光起電力素子は、非晶質シリコンを用いた光起電力素子と比較して、分光感度スペクトルのピークが長波長側に存在するため、非晶質シリコンをトップセル、微結晶シリコンをボトムセルの光電変換層とする積層型の光起電力素子、いわゆるタンデム化により光電変換の高効率化を図ることも可能である。
【0005】
前述したように、微結晶シリコンを用いた光起電力素子は、基本的に従来と同様の構成のプラズマCVD法による製膜が可能であり、かつ光劣化現象を伴わないという長所がある。ここで、微結晶シリコン膜とは、非晶質シリコン以外の膜を意味し、多結晶シリコン膜や膜中に非晶質を含んだ結晶質シリコン膜も含まれ、光電変換層に微結晶シリコン層を用いる光起電力素子では、通常、いわゆるpin型が採用され、この場合、p層及びn層もi層と同様に微結晶シリコンが用いられる。この微結晶シリコンを用いる光起電力素子としては、その構造上の相違から、サブストレート型とスーパーストレート型に大別できる。
【0006】
サブストレート型素子は、光を透過しない基板、例えばステンレス等からなる基板を備えてなるものであり、基板と反対側から光が入射する構成のものである。これに対し、スーパーストレート型素子は、ガラス等の光を透過する基板を備えてなるものであり、基板側から光を入射する構成のものである。このスーパーストレート型素子は、非晶質シリコンと同様の集積型モジュールを構成できるという特徴がある。
【0007】
ここで、結晶質シリコンp型半導体層(以下、微結晶p層という)は、通常、その電気的特性を制御するため、ドーピング元素としてボロンを含んでいるが、気相合成からシリコンを結晶成長させる場合、ボロン元素はシリコンの結晶成長を阻害することが経験的に知られている。このため、ボロンを含む微結晶p層を成長させるためには、結晶成長を促進するため、他の層に比べて高い基板温度、もしくは高いVHF電力で設定された製膜条件で製膜される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような高い基板温度、もしくは高いVHF電力で設定された製膜条件では、下地層の膜質が劣化する等、下地層に対して過酷な条件となる。例えば、金属酸化物の透明電極が下地層の場合、高い基板温度、もしくは高いVHF電力下で微結晶p層を製膜すると、透明電極が還元され、透明電極としての光の透過率及び電気伝導率が低下したり、この還元で析出した金属元素が微結晶p層に拡散し、その電気的特性を著しく低下させるという問題がある。
また、タンデム素子の場合、下地層である非晶質n層上に、前述と同様の製膜条件下で微結晶p層を製膜すると、非晶質n層がエッチングされ、その膜厚が薄くなるという問題がある。さらに、非晶質シリコンn層のドーピング元素であるリンが析出し、微結晶p層に拡散して、その電気的特性を著しく低下させるという問題がある。
【0009】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、微結晶p層の下地層である透明電極もしくは非晶質n層に損傷を与えることなく、良好な光電変換特性を有する光起電力素子を製造するプラズマCVD装置並びに光起電力素子の製造方法及び光起電力素子を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明のプラズマCVD装置は、基板の裏面を保持し該基板を加熱する基板ヒータと、該基板ヒータに対向して設けられた電極とを備え、前記基板ヒータと前記電極との間に原料ガスを供給し、前記基板ヒータと前記電極との間にプラズマガスを生成して、前記基板表面側に半導体層を形成するプラズマCVD装置であって、前記基板ヒータと前記電極との間に、前記基板の表面側を加熱するヒータが設けられていることを特徴とする。
【0011】
また、本発明のプラズマCVD装置は、前記ヒータは、前記ヒータは、金網状ヒータ本体又は表裏面を貫通する複数の孔を備えた平板状ヒータ本体を備えることを特徴とする。
【0012】
また、本発明のプラズマCVD装置は、前記原料ガスはシリコンを含むガスであり、前記半導体層として微結晶シリコン層を形成することを特徴とする。
【0013】
これらプラズマCVD装置では、基板ヒータと電極との間に、基板の表面側を加熱するヒータが設けられているため、基板表面側に半導体層を形成する際に、基板の表面側及び裏面側から基板を加熱することができる。これにより、半導体層を形成する製膜条件、例えば高周波電力、基板温度等を下地層に対して負荷の低い条件としても良好に半導体層を形成することができる。さらに、前記ヒータは、金網状ヒータ本体又は表裏面を貫通する複数の孔が形成された平板状ヒータ本体を備えているので、基板と電極との間にプラズマガスを良好に生成することができ、製造上の不具合を発生させることなく前記効果を奏する半導体層を形成することができる。
【0014】
この光起電力素子の製造方法は、基板と電極との間にシリコンを含む原料ガス及び水素ガスを同時に供給するとともに、高周波を印加しプラズマガスを生成して、前記基板表面側に微結晶シリコンからなる、微結晶p層と、微結晶i層と、微結晶n層とを順次積層したセルを有する光起電力素子の製造方法であって、 前記微結晶p層を形成するに際し、微結晶シリコンのバルク層を形成する前に、予め、請求項3記載のプラズマCVD装置を用いて、前記基板表面側及び裏面側から前記基板を加熱しながら前記基板表面側に微結晶シリコンの初期層を形成することを特徴とする。
【0015】
また、本発明の光起電力素子の製造方法は、前記バルク層を形成する前に、予め、該バルク層を形成する際の前記基板裏面側の加熱温度より、低い加熱温度で前記初期層を形成することを特徴とする。
【0016】
これら光起電力素子の製造方法では、微結晶シリコンのバルク層を形成する前に、予め、基板表面側及び裏面側から基板を加熱し、基板表面側に微結晶シリコンの初期層を形成した後、基板裏面側を加熱し、前記初期層上に前記バルク層を形成するため、初期層を形成する際の製膜条件のうち基板裏面の温度を低温に設定することができる。すなわち、基板の表面のみならず裏面をも加熱して、初期層を製膜するため、前記製膜条件下においても、初期層の製膜に関与する水素ラジカル及びシリコン系ラジカルの表面拡散が促進される状態とすることができる。これにより、下地層に与える負荷を最小限に抑制することができる製膜条件下においても、微結晶p層初期層の結晶化を阻害することなく、良好に光起電力素子を形成することができる。以上により、高い光電変換効率を有する光起電力素子を良好に形成することができる。なお、前述した製造方法では、製膜条件のうちVHF電力を低電力に設定しても前述と同様の効果を奏することができる。
【0017】
また、本発明の光起電力素子の製造方法は、前記初期層の厚さを、5nm以上100nm以下とすることを特徴とする。この膜厚は特に、10nm以上50nm以下が好ましい。
【0018】
この光起電力素子の製造方法では、初期層の膜厚を5nm以上100nm以下とするため、下地層から析出した元素等の微結晶p層への拡散進入を抑制し、微結晶p層の半導体特性低下の発生を抑制することができる。さらに、初期層での光の吸収量を最適なものとすることができ、光起電力素子としての短絡電流の低下発生を抑制することができる。以上により、高い光電変換効率を有する光起電力素子を形成することができる。
【0019】
また、本発明の光起電力素子の製造方法は、前記セルを形成する前に、予め、前記基板表面側に非晶質シリコンからなる、非晶質p層と、非晶質i層と、非晶質n層とを順次積層形成することを特徴とする。
【0020】
この光起電力素子の製造方法では、前記セルを形成する前に、予め、前記基板表面側に非晶質シリコンからなる、非晶質p層と、非晶質i層と、非晶質n層とを順次積層形成するため、高い光電変換効率を有するタンデム型の光起電力素子を形成することができる。
【0021】
本発明の光起電力素子は、請求項4から7のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法により作製されたことを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光起電力素子及びその製造方法の第一実施形態を、図1から図4を参照しながら説明する。
図1に示す光起電力素子23は、基板22と、微結晶シリコン素子からなるセル21と、裏面電極17とを備え、これらが順次積層された構成となっている。基板22は、光を透過するガラス基板9と、ITO、酸化スズSnOあるいは酸化亜鉛ZnO等の金属酸化物からなる透明電極13とを備え、これらが順次積層された構成となっている。セル21は、p型の微結晶シリコンからなる微結晶p層14と、i型の微結晶シリコンからなる微結晶i層15と、n型の微結晶シリコンからなる微結晶n層16とを備え、これらが順次積層された構成となっている。
【0023】
微結晶p層14は、後述する製膜の初期段階で透明電極13表面に積層形成された初期層14aと、この初期層14a表面に積層形成されたバルク層14bとから構成されている。初期層14aを形成する際の基板9及び透明電極13の温度は、後述するように、バルク層14bを形成する際の前記温度より低温に設定される。
【0024】
以上のように構成された光起電力素子23のうち、微結晶p層14、微結晶i層15及び微結晶n層16、すなわち微結晶シリコン層の製造方法について説明する。まず、微結晶シリコン層のうち微結晶p層14を構成する初期層14aの製造に供するプラズマCVD装置30について図2に従い説明する。
【0025】
図2に示すプラズマCVD装置30は、ステンレス製の真空容器1と、ガス混合箱11と、基板22裏面側を保持し基板22を加熱する基板ヒータ7と、基板ヒータ7と対向するように設けられた放電用の電極2と、真空容器1内の圧力を減圧する真空ポンプ8と、基板ヒータ7と電極2との間に設けられるとともに、電源12bに接続され基板22の表面側を加熱するヒータ12とを備えている。基板ヒータ7は、基板22のガラス基板9形成面を密着保持する機構(図示せず)と、基板22の温度が間接又は直接的に検出可能に設けられた図示しない温度センサとを備えている。温度センサは図示しない制御器の入力部に接続され、温度検出信号が制御器に入力されると、これに基づき制御器は基板ヒータ7への給電量を制御するようになっている。
【0026】
電極2は、基板ヒータ7と対向するように配設され、同軸ケーブル10を介してインピーダンス整合器5及び高周波電源4に接続されている。また、高周波電源4から電極2への給電線は分岐され、各分岐線を介して電極2の複数箇所に多点給電する構成となっており、これにより、電源の高周波数化に伴う電極内の電圧分布を緩和可能としている。
【0027】
基板22の表面側を加熱するヒータ12は、図3に示すように、金網状に形成された矩形状のヒータ本体31と、ヒータ本体31の相対する2辺と各別に当接しヒータ本体31を保持する固定治具32と、各固定治具32の両端側にヒータ本体31から離反する方向に突出して設けられるとともに、先端部にバネ部材33aを備えた張力調整機構33と、各張力調整機構33を覆うように固定治具32上に設けられた碍子部材34とを備え、これらが、張力調整機構33及び碍子部材34の先端部を除いて、外枠35に覆われた構成となっている。すなわち、張力調整機構33及び碍子部材34の先端部は、外枠35から突出した構成となっている。また、ヒータ本体31の1辺に設けられた1の固定治具32の1の端部側には、電源給電端子32aが設けられ、ヒータ本体31を加熱及び温度調整可能とする構成となっている。ここで、ヒータ本体31は、前述したように金網状に形成されており、電極2と基板ヒータ7との間に良好にプラズマガスを生成できる構成となっている。
【0028】
以上のように構成されたプラズマCVD装置30において、まず、脱脂洗浄及び乾燥させた基板22を基板ヒータ7表面に密着保持した後、真空ポンプ8により、排気管3を介して真空容器1内を1.33×10−4Pa以下に排気する。次に、原料ガス導入管6を介して、原料ガスを所定流量、ガス混合箱11に供給する。原料ガスの流量は、図示しないマスフローコントローラによって制御されている。
【0029】
原料ガスは、少なくともシリコンを含むガス、具体的にはシラン、ジシラン等の水素化珪素ガス、弗化珪素ガスあるいはジクロロシラン、トリクロロシラン等のハロシランガス及び水素を用いる。さらに、この原料ガスに、III族元素を含むガス、例えばB、BF等のボロンを含むガスを添加する。ここで、シリコンを含むガスの流量に対する水素の流量比は、5倍以上100倍以下に設定する。これは、水素の流量比が5倍未満の場合、水素ラジカルの発生量が少ないため、成長中の膜表面のダングリングボンドの終端が不十分となり、その結果、製膜に関与するシリコン系ラジカルの表面拡散が不十分となり、結晶性が良好な微結晶シリコンが十分に成長しないためである。一方、水素の流量比が100倍を超えた場合、微結晶シリコンは成長するものの、製膜に関与するシリコン系ラジカルが少ないため、その製膜速度が極めて小さくなり、非晶質シリコンよりも厚い光電変換層を必要とする微結晶シリコン系の光起電力素子の場合、生産性が著しく低下するからである。
【0030】
次に、図示しない圧力調整弁により真空容器1内を13.3Pa以上665Pa以下に設定する。13.3Pa未満の場合、製膜に関与するシリコン系ラジカルが少ないため、製膜速度が極めて小さく、生産性が著しく低下するからである。一方、圧力が665Paを超える場合、製膜中に気相中で粉が生じ易くなるからである。この製膜中に発生した粉は、膜中に取り込まれて、微結晶シリコンの膜質を極端に低下させる他、真空容器1の開放保守の頻度を高める等の悪影響を及ぼすことになる。
【0031】
この真空容器1内の圧力調整と併行して、基板ヒータ7及びヒータ12に通電加熱し、基板22がガラス等の安価な材質を備えた場合でも適用可能な100℃以上500℃以下に加熱する。基板温度が100℃未満の場合、基板22表面に吸着した製膜に関与するシリコン系ラジカルの表面拡散が不十分となるため、結晶性が良好な微結晶シリコンが十分に成長しないからである。
【0032】
そして、基板温度及び圧力が安定した後、高周波電源4から周波数10MHz以上300MHz以下の高周波電力を電極2に供給し、プラズマガスを発生させ、基板22表面に微結晶p層14の初期層14aを形成する。この際、反射電力が最小となるようにインピーダンス整合器5を調整する。ここで、周波数が10MHz未満の場合、プラズマ密度が低く、プラズマ中で励起される水素ラジカルが少ないため、成長中の膜表面のダングリングボンドの終端が不十分となり、その結果、製膜に関与するシリコン系ラジカルの表面拡散が不十分となり、微結晶シリコンの結晶化が促進されないという問題があるからである。一方、周波数が300MHzを超える場合、電極2内での電圧分布が大きくなり、均一な放電が困難となるからである。
そして、所定時間製膜した後、原料ガスを排気するとともに、基板22を冷却した後、真空容器1から初期層14aが形成された基板22を取り出す。
【0033】
その後、プラズマCVD装置30において、ヒータ12と電源12bとを備えていない別のプラマCVD装置に、初期層14aが形成された基板22を設置する。すなわち、基板22のガラス基板9形成面を基板ヒータ7に密着保持した後、前記原料ガスにIII族元素を含むガスをガス混合箱11に供給し、初期層14aを形成した際の基板温度より高い温度で、又は、高周波電力より高い電力で、微結晶p層14のバルク層14bを初期層14a上に積層形成する。
【0034】
その後、前記原料ガスをガス混合箱11に供給し、前述と同様にして微結晶i層15を形成し、その後、前記原料ガスにV族元素を含むガス、例えばPH等のリンを含むガスをガス混合箱11に供給し、前述と同様にして微結晶n層16を形成する。以上により、微結晶シリコン層が形成される。
【0035】
次に、図1に示す光起電力素子23の製造方法について説明する。
まず、脱脂、洗浄したガラス基板9上にCVD法、またはスパッタ法等のPVD法を施し、ITO、フッ素Fをドープした酸化スズSnO、又はアルミニウムAlもしくはガリウムGaをドープした酸化亜鉛ZnO等の金属酸化物の内、本実施形態においては、アルミニウムAlをドープした酸化亜鉛ZnOからなる膜厚700nmの透明電極13を積層形成し、基板22を形成する。次に、基板22上に、前述した方法により、微結晶p層14の初期層14a、微結晶p層14のバルク層14b、微結晶i層15及び微結晶n層16を順次積層形成し、セル21を形成する。この際、初期層14aは、ヒータ12に150Wの電力を通電するとともに、基板ヒータ7を150℃に設定して形成した。
【0036】
ここで、初期層14aの膜厚は5nm以上100nm以下で形成する。これは、初期層14aの膜厚が5nm未満の場合、部分的に透明電極13が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、初期層14aが製膜されていない部分は、正常な半導体pn接合が実現できないため、光起電力素子としての光電変換特性が著しく低下するからである。一方、初期層14aの膜厚が100nmを超えると、光入射側の層である初期層14aでの光の吸収量が過多となり、光電変換層である微結晶i層15へ到達する光量が減少するため、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。
【0037】
また、バルク層14bの膜厚は、5nm以上100nm以下で形成する。これは、バルク層14bの膜厚が5nm未満になると、部分的に透明電極13が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、バルク層14bが製膜されていない部分は、正常な半導体pn接合が実現できないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、バルク層14bの膜厚が100nmを超えると、光入射側の層であるバルク層14bでの光の吸収量が過多となり、光電変換層である微結晶i層15へ到達する光量が減少するため、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。
【0038】
また、微結晶i層15の膜厚は、透明電極13、微結晶p層14のバルク層14b及び微結晶i層15の表面形状に依存する光閉じ込め状態にも拠るが、1000nm以上10000nm以下で形成する。これは、微結晶i層15の膜厚が1000nm未満になると、入射光を十分に吸収できなくなるため、光起電力素子としての短絡電流が小さくなるという問題を生じるからである。一方、微結晶i層15の膜厚が10000nmを超えると、微結晶i層15に生じる内部電界が弱くなり、光起電力素子としての開放電圧が低下するとともに、製膜時間が長くなり、品質および生産性の低下を招くことになるからである。
【0039】
また、微結晶n層16の膜厚は、5nm以上100nm以下で形成する。これは、微結晶n層16の膜厚が5nm未満になると、部分的に微結晶i層15が露出した状態、いわゆる島状成長となる。この場合、微結晶n層16が製膜されていない部分は、正常な半導体pn接合が実現できないため、光起電力素子としての光電変換特性が著しく低下するからである。一方、微結晶n層16の膜厚が100nmを超えると、微結晶n層16での光の吸収量が過多となり、裏面電極17で反射した光を有効に利用できず、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。
【0040】
その後、このように形成されたセル21上に、アルミニウムAl、銀Ag、チタンTi、ニッケルNi、クロムCr、銅Cuあるいはそれらの合金から成る裏面電極17を、真空蒸着法またはスパッタ法等の物理蒸着法を用いて形成する。本実施形態においては、真空蒸着法により膜厚500nmのアルミニウムAlで形成した。この裏面電極17は、微結晶i層15を透過した光を充分に反射できるように膜厚200nm以上で形成されるのが好ましい。以上により、図1に示す光起電力素子23が完成する。
【0041】
以上により形成された光起電力素子23の効果を以下に説明する。
まず、光起電力素子23の比較対象として、光起電力素子23と同一構成の光起電力素子を形成した。この構成において、初期層14aを基板22上に形成する際に、基板22表面側を加熱するヒーター12を用いず基板ヒーター7のみを用いこれを200℃に設定し、その他の条件は全て前述した第一実施形態における製膜条件と同一にして光起電力素子を形成した(以下、この光起電力素子を比較例1という)。そして、この比較例1及び本第一実施形態の光起電力素子23に、ガラス基板9側から模擬太陽光(AM(通過空気量)1.5、100mW/cm)を照射し、それぞれの光電変換効率を計測した。その結果、比較例1の光電変換効率を1.00とした場合、光起電力素子23の光電変換効率は1.12となり、光電変換効率が12%向上したことが確認できた。
【0042】
これは、第一実施形態においては、初期層14aを製膜する際の基板ヒータ7の温度を、比較例1において初期層14aを製膜する際の基板ヒータ7の温度より低温に設定したため、下地層である透明電極13の還元を抑制し、透明電極13の光透過率及び電気伝導率の低下を抑制するができたこと、さらに、前述した透明電極13の還元抑制効果に伴い、透明電極13から析出した金属元素の微結晶p層14への拡散を抑制することができたことに起因する。
【0043】
次に、それぞれで微結晶p層14の初期層14aの膜厚のみを異ならせ、その他時間を除く製膜条件の全てを第一実施形態と同一として複数の光起電力素子23を形成し、前述と同様にして、それぞれの光起電力素子23について光電変換効率を計測した。ここで、比較対象として、微結晶p層14が微結晶シリコンのバルク層14bのみからなる光起電力素子も形成し(以下、この光起電力素子を比較例2という)、前述と同様にして、光電変換効率を計測した。これらの結果を図4に示す。図4は、比較例2の光電変換効率を1.00とした相対値で示している。
【0044】
図4において、初期層14aの膜厚が5nmから100nmの範囲で、光電変換効率が向上したことが確認できる。これは、前述した透明電極13の損傷発生抑制効果と、初期層14aでの光の吸収量の最適化、すなわち光起電力素子としての短絡電流の低下発生を抑制したこととにより、光電変換効率が向上したことに起因する。なお、初期層14aの膜厚が特に、10nmから50nmの範囲で光電変換効率の向上が顕著であることが確認できる。
【0045】
次に、本発明に係る第二実施形態について説明するが、前述の第一実施形態と同様の部位には、同一符号を付し、その説明を省略する。
本第二実施形態による光起電力素子25は、図5に示すように、基板22と、非晶質シリコン素子からなるトップセル26と、微結晶シリコン素子からなるボトムセル27と、裏面電極17とを備え、これらが順次積層された構成となっている。
【0046】
トップセル26は、p型の非晶質シリコンである非晶質p層18と、i型の非晶質シリコンである非晶質i層19と、n型の非晶質シリコンである非晶質n層20とを備え、これらが順次積層された構成となっている。また、ボトムセル27は、微結晶p層14と、微結晶i層15と、微結晶n層16とを備え、これらが順次積層された構成となっており、ボトムセル27は、微結晶p層14を介してトップセル26上に設けられるとともに、微結晶n層16上に裏面電極17が設けられた構成となっている。ここで、微結晶p層14は、製膜の初期段階で透明電極13表面に積層形成された初期層14aと、この初期層14a表面に積層形成されたバルク層14bとから構成されている。
【0047】
ここで、非晶質p層18の膜厚は、5nm以上50nm以下で形成されている。これは、この膜厚が5nm未満の場合、部分的に透明電極13が露出した状態、いわゆる島状成長となり、この場合、非晶質p層18が製膜されていない部分は、正常な半導体pn接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、非晶質p層18の膜厚が50nmを超える場合、光入射層である非晶質p層18での光の吸収量が過多となり、光電変換層である非晶質i層19及び微結晶i層15への入射光量が減少し、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。
【0048】
また、非晶質i層19の膜厚は、100nm以上500nm以下で形成されている。これは、この膜厚が100nm未満の場合、入射する光を充分に吸収できないため、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。一方、非晶質i層19の膜厚が500nmを超える場合、吸収した光によって非晶質i層19の欠陥が増加する、いわゆるステブラーロンスキー効果により、光劣化が大きくなるからである。
【0049】
また、非晶質n層20の膜厚は、5nm以上50nm以下で形成されている。これは、この膜厚が5nm未満の場合、部分的に非晶質i層19が露出した状態、いわゆる島状成長となり、この場合、非晶質n層20が製膜されていない部分は、正常な半導体pn接合が形成されないため、光起電力素子としての特性が著しく低下するからである。一方、非晶質n層20の膜厚が50nmを超える場合、非晶質n層20での光の吸収量が過多となり、ボトムセル27への入射光量が減少し、光起電力素子としての短絡電流が低下するからである。
【0050】
次に、図5に示す光起電力素子25の製造方法について説明する。
まず、第一実施形態と同様にして、ガラス基板9と透明電極13とからなる基板22を形成する。次に、基板22の透明電極13形成面に、トップセル26を形成する。すなわち、透明電極13上にプラズマCVD法を施し、非晶質p層18、非晶質i層19及び非晶質n層20を順次積層形成する。
【0051】
ここで、プラズマCVD法に用いる原料ガスは、シランSiHあるいはジシランSi等の水素化珪素ガス、またはジクロロシラン、トリクロロシラン等のハロシラン系ガスを用い、このときの電源周波数は、13.56MHzに設定する。非晶質p層18を製膜する場合は、ドーピングガスとして、III族元素を含むB、BF等を添加する。また、非晶質n層20を製膜する場合には、ドーピングガスとして、V族元素を含むPH等を添加する。
【0052】
次に、トップセル26上に、前述の第一実施形態においてセル21及び裏面電極17を形成する際に使用した装置と同一の装置及び同一の製膜条件で、微結晶p層14、微結晶i層15及び微結晶n層16を順次積層形成しボトムセル27を形成し、さらに、ボトムセル27上にアルミニウムAlからなる裏面電極17を積層形成し、光起電力素子25を形成する。
【0053】
以上により形成された光起電力素子25の効果を以下に説明する。
まず、光起電力素子25の比較対象として、光起電力素子25と同一の構成の光起電力素子を形成した。この構成において、初期層14aを基板22上に形成する際に、基板22表面側を加熱するヒーター12を用いず基板ヒーター7のみを用いこれを200℃に設定し、その他の条件は全て前述した第二実施形態における製膜条件と同一にして光起電力素子を形成した(以下、この光起電力素子を比較例2という)。そして、この比較例2及び本第二実施形態の光起電力素子25に、ガラス基板9側から模擬太陽光(AM(通過空気量)1.5、100mW/cm)を照射し、それぞれの光電変換効率を計測した。その結果、比較例2の光電変換効率を1.00とした場合、光起電力素子25の光電変換効率は1.10となり、光電変換効率が10%向上したことが確認できた。
【0054】
これは、第二実施形態においては、初期層14aを製膜する際の基板ヒータ7の温度を、比較例2において初期層14aを製膜する際の基板ヒータ7の温度より低温で形成したため、下地層である透明電極13の還元を抑制し、透明電極13の光透過率及び電気伝導率の低下を抑制するができたこと、さらに、前述した透明電極13の還元抑制効果に伴い、透明電極13から析出した金属元素の微結晶p層14への拡散を抑制することができたことに起因する。
【0055】
次に、本発明に係る第三実施形態について説明するが、前述の第二実施形態と同様の部位には、同一符号を付し、その説明を省略する。
本第三実施形態による光起電力素子28は、図6に示すように、基板22と、非晶質シリコン素子からなるトップセル26と、アルミニウムAl若しくはガリウムGaをドープした酸化亜鉛ZnO、又はフッ素Fをドープした酸化錫SnO等の金属酸化物からなる膜厚30nmの中間層21と、微結晶シリコン素子からなるボトムセル27と、裏面電極17とを備え、これらが順次積層された構成となっている。
【0056】
ここで、中間層21の膜厚は、10nm以上100nm以下で形成されている。これは、この膜厚が10nm未満の場合、非晶質i層19を透過した光を有効に反射できないからである。一方、中間層21の膜厚が100nmを超える場合、中間層21における光吸収量が過多となり、微結晶i層15に到達する光量が減少するからである。
【0057】
次に、図6に示す光起電力素子28の製造方法について説明する。
まず、第二実施形態と同様にして、ガラス基板9と透明電極13とからなる基板22を形成した後、基板22の透明電極13形成面に、非晶質p層18、非晶質i層19及び非晶質n層20を順次積層形成し、トップセル26を形成する。次に、トップセル26上に、スパッタ法により、アルミニウムAlをドープした酸化亜鉛ZnOの金属酸化物からなる中間層21を形成する。そして、中間層21上に第二実施形態と同様にして、微結晶p層14、微結晶i層15及び微結晶n層16を順次積層形成し、ボトムセル27を形成し、このボトムセル27上にアルミニウムAlからなる裏面電極17を積層形成し、光起電力素子28を形成する。
【0058】
以上により形成された光起電力素子28の効果を以下に説明する。
まず、光起電力素子28の比較対象として、光起電力素子28と同一の構成の光起電力素子を形成した。この構成において、初期層14aを基板22上に形成する際に、基板22表面側を加熱するヒーター12を用いず基板ヒーター7のみを用いこれを200℃に設定し、その他の条件は全て前述した第二実施形態における製膜条件と同一にして光起電力素子を形成した(以下、この光起電力素子を比較例3という)。そして、この比較例3及び本第三実施形態の光起電力素子28に、ガラス基板9側から模擬太陽光(AM(通過空気量)1.5、100mW/cm)を照射し、それぞれの光電変換効率を計測した。その結果、比較例3の光電変換効率を1.00とした場合、光起電力素子28の光電変換効率は1.10となり、光電変換効率が10%向上したことが確認できた。
【0059】
これは、第三実施形態においては、初期層14aを製膜する際の基板ヒータ7の温度を、比較例3において初期層14aを製膜する際の基板ヒータ7の温度より低温で形成したため、下地層である透明電極13の還元を抑制し、透明電極13の光透過率及び電気伝導率の低下を抑制するができたこと、さらに、前述した透明電極13の還元抑制効果に伴い、透明電極13から析出した金属元素の微結晶p層14への拡散を抑制することができたことに起因する。
【0060】
なお、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、第一〜第三実施形態においては、下地層に与える負荷を低減する手段として、微結晶p層14の初期層14aを形成する際の基板22の温度を、バルク層14b形成時の基板22の温度より低く設定したが、微結晶p層14の初期層14aを形成する際のVHF電力を、バルク層14b形成時のVHF電力より低く設定してもよい。
【0061】
また、ヒータ本体31を金網状に形成したものを示したが、この形状に限らず、矩形状の枠体の中に複数の棒を枠体の1組の辺と平行に、略同一ピッチで配設した構成、又は、表裏面を貫通する複数の孔を備えた平板状に形成してもよい。さらに、プラズマCVD装置30を微結晶p層14の初期層14aを形成する際にのみに用いたが、これに限らずその他の半導体層の形成に用いてもよい。
【0062】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るプラズマCVD装置並びに光起電力素子の製造方法及び光起電力素子によれば、下地層に与える負荷を最小限に抑制することができる製膜条件下においても、微結晶p層の初期層の結晶化を阻害することなく、良好に光起電力素子を形成することができる。これにより、高い光電変換効率を有する光起電力素子を良好に形成することができる。
【0063】
また、初期層での光の吸収量を最適なものとすることができ、光起電力素子としての短絡電流の低下発生を抑制することができる。これにより、高い光電変換効率を有する光起電力素子を確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第一実施形態において、光起電力素子を示す断面図である。
【図2】本発明に係る一実施形態において、光起電力素子の製造装置を示す概略図である。
【図3】図2に示すヒータの平面図である。
【図4】微結晶p層の初期層の膜厚と光起電力素子の光電変換効率との関係を示す図である。
【図5】本発明に係る第二実施形態において、光起電力素子を示す断面図である。
【図6】本発明に係る第三実施形態において、光起電力素子を示す断面図である。
【符号の説明】
2…電極
7…基板ヒータ
12…ヒータ
14…微結晶p層
14a…初期層
14b…バルク層
15…微結晶i層
16…微結晶n層
21…セル
22…基板
23、25、28…光起電力素子
27…ボトムセル(セル)
30…プラズマCVD装置
31・・・ヒータ本体
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic element manufactured by a plasma CVD method, a photovoltaic element, and an apparatus for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
A typical example of a photovoltaic element using a silicon-based thin film is an amorphous silicon-based solar cell. Amorphous silicon is usually manufactured by a plasma CVD method using a silicon hydride gas such as silane or disilane as a source gas. In general, a high frequency power supply having a frequency of 13.56 MHz is most commonly used for generating plasma. Amorphous silicon is characterized in that it can be formed on an inexpensive substrate such as glass, metal, or plastic at a low temperature of 200 ° C. or lower, and that a large-area film can be formed. Amorphous silicon-based solar cells are expected to be superior to bulk silicon solar cells made of single-crystal silicon or polycrystalline silicon. Is being promoted.
[0003]
However, when the amorphous silicon solar cell is irradiated with light, defects occur in the i-layer, which is a photoelectric conversion layer, and photocarriers are trapped. Therefore, the photoelectric conversion efficiency is reduced by 10% compared to the initial state. The photodegradation phenomenon (the so-called Stepler-Lonski effect), which is reduced by about 30%, is a major obstacle to practical use. Although various studies have been conducted energetically on the mechanism of the photodegradation phenomenon, it has not been completely elucidated, and at present, no drastic solution has been established.
[0004]
In contrast, in recent years, attempts have been reported to use microcrystalline silicon instead of amorphous silicon as the i-type photoelectric conversion layer (J. Meier et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vo.420.P3 (1996)). According to this, a pin-type photovoltaic element is formed by a high-frequency plasma CVD method using a power supply in a VHF band at a frequency of 110 MHz, and it is reported that the pin-type photovoltaic element does not involve a photodegradation phenomenon such as amorphous silicon. . In addition, a photovoltaic element using microcrystalline silicon as a photoelectric conversion layer has a peak in a spectral sensitivity spectrum on a longer wavelength side as compared with a photovoltaic element using amorphous silicon, It is also possible to increase the efficiency of photoelectric conversion by a so-called tandem type of stacked photovoltaic element in which porous silicon is used as a top cell and microcrystalline silicon is used as a photoelectric conversion layer in a bottom cell.
[0005]
As described above, the photovoltaic element using microcrystalline silicon has an advantage that a film can be formed by a plasma CVD method having a configuration basically similar to that of the related art, and there is no light deterioration phenomenon. Here, the microcrystalline silicon film means a film other than amorphous silicon, and includes a polycrystalline silicon film and a crystalline silicon film containing amorphous in the film. In a photovoltaic element using a layer, a so-called pin type is usually adopted, and in this case, microcrystalline silicon is used for the p layer and the n layer similarly to the i layer. Photovoltaic elements using this microcrystalline silicon can be roughly classified into a substrate type and a superstrate type from the structural difference.
[0006]
The substrate type element is provided with a substrate that does not transmit light, for example, a substrate made of stainless steel or the like, and has a configuration in which light is incident from the side opposite to the substrate. On the other hand, the superstrate type element includes a substrate such as glass that transmits light, and has a configuration in which light is incident from the substrate side. This superstrate element has a feature that an integrated module similar to that of amorphous silicon can be formed.
[0007]
Here, the crystalline silicon p-type semiconductor layer (hereinafter, referred to as a microcrystalline p-layer) usually contains boron as a doping element in order to control its electric characteristics. It is empirically known that the boron element hinders the crystal growth of silicon. Therefore, in order to grow a microcrystalline p-layer containing boron, the film is formed under a film-forming condition set at a higher substrate temperature or a higher VHF power than other layers in order to promote crystal growth. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, under such a film formation condition set at a high substrate temperature or a high VHF power, severe conditions are applied to the underlayer, such as deterioration of the film quality of the underlayer. For example, when a transparent electrode of a metal oxide is an underlayer, when a microcrystalline p-layer is formed at a high substrate temperature or under a high VHF power, the transparent electrode is reduced, and the light transmittance and electrical conductivity of the transparent electrode are reduced. However, there is a problem that the metal element deposited by this reduction is diffused into the microcrystalline p-layer and the electrical characteristics thereof are significantly reduced.
In the case of a tandem element, when a microcrystalline p-layer is formed on an amorphous n-layer as a base layer under the same film-forming conditions as described above, the amorphous n-layer is etched, and the thickness of the amorphous n-layer is reduced. There is a problem of becoming thin. Further, there is a problem that phosphorus which is a doping element of the amorphous silicon n-layer is precipitated and diffuses into the microcrystalline p-layer, thereby significantly deteriorating its electrical characteristics.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide a transparent electrode or an amorphous n-layer which is a base layer of a microcrystalline p-layer, and have good photoelectric conversion characteristics. It is an object of the present invention to provide a plasma CVD apparatus for manufacturing a photovoltaic element having a photovoltaic element, a method for manufacturing a photovoltaic element, and a photovoltaic element.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve such an object, the present invention proposes the following means.
The plasma CVD apparatus of the present invention includes a substrate heater for holding the back surface of a substrate and heating the substrate, and an electrode provided opposite to the substrate heater, and a source gas is provided between the substrate heater and the electrode. A plasma CVD apparatus that generates a plasma gas between the substrate heater and the electrode to form a semiconductor layer on the substrate surface side, wherein the substrate heater and the electrode A heater for heating the front surface side of the substrate is provided.
[0011]
Further, in the plasma CVD apparatus according to the present invention, the heater is provided with a wire mesh heater body or a flat heater body having a plurality of holes penetrating the front and back surfaces.
[0012]
Further, in the plasma CVD apparatus according to the present invention, the source gas is a gas containing silicon, and a microcrystalline silicon layer is formed as the semiconductor layer.
[0013]
In these plasma CVD apparatuses, since a heater for heating the front surface of the substrate is provided between the substrate heater and the electrode, when a semiconductor layer is formed on the front surface of the substrate, the semiconductor layer is heated from the front side and the back side of the substrate. The substrate can be heated. Accordingly, the semiconductor layer can be favorably formed even when film forming conditions for forming the semiconductor layer, for example, high-frequency power, substrate temperature, and the like are conditions under which the load on the underlying layer is low. Furthermore, since the heater includes a wire mesh heater body or a plate-like heater body having a plurality of holes penetrating through the front and back surfaces, a plasma gas can be favorably generated between the substrate and the electrode. In addition, it is possible to form a semiconductor layer exhibiting the above-mentioned effects without causing a manufacturing defect.
[0014]
The method of manufacturing this photovoltaic element comprises simultaneously supplying a source gas containing silicon and a hydrogen gas between a substrate and an electrode, applying a high frequency to generate a plasma gas, and forming microcrystalline silicon on the substrate surface side. A microcrystalline p-layer, a microcrystalline i-layer, and a microcrystalline n-layer in which a microcrystalline n-layer is sequentially stacked, the method comprising the steps of: Before forming the silicon bulk layer, an initial layer of microcrystalline silicon is previously formed on the substrate front side while heating the substrate from the substrate front side and the back side using the plasma CVD apparatus according to claim 3. It is characterized by forming.
[0015]
Further, in the method of manufacturing a photovoltaic device of the present invention, before forming the bulk layer, the initial layer is heated at a lower heating temperature than the heating temperature of the substrate rear surface when the bulk layer is formed. It is characterized by forming.
[0016]
In these photovoltaic device manufacturing methods, before forming a microcrystalline silicon bulk layer, the substrate is heated in advance from the substrate front side and the back side, and an initial layer of microcrystalline silicon is formed on the substrate front side. Since the back surface of the substrate is heated to form the bulk layer on the initial layer, the temperature of the back surface of the substrate can be set to a low temperature among the film forming conditions for forming the initial layer. That is, since the initial layer is formed by heating not only the front surface but also the back surface of the substrate, the surface diffusion of hydrogen radicals and silicon-based radicals involved in the formation of the initial layer is promoted even under the above-mentioned film forming conditions. State. This makes it possible to form a favorable photovoltaic element without hindering the crystallization of the microcrystalline p-layer initial layer even under film-forming conditions that can minimize the load applied to the underlayer. it can. As described above, a photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency can be favorably formed. In the above-described manufacturing method, the same effect as described above can be obtained even when the VHF power is set to a low power among the film forming conditions.
[0017]
In the method for manufacturing a photovoltaic element according to the present invention, the thickness of the initial layer is set to 5 nm or more and 100 nm or less. The thickness is particularly preferably from 10 nm to 50 nm.
[0018]
In this method for manufacturing a photovoltaic element, the thickness of the initial layer is set to 5 nm or more and 100 nm or less, so that diffusion of elements and the like deposited from the underlayer into the microcrystalline p layer is suppressed, and the semiconductor of the microcrystalline p layer is formed. The occurrence of characteristic deterioration can be suppressed. Further, the amount of light absorption in the initial layer can be optimized, and a decrease in short-circuit current as a photovoltaic element can be suppressed. As described above, a photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency can be formed.
[0019]
Further, in the method of manufacturing a photovoltaic device according to the present invention, before forming the cell, an amorphous p layer, an amorphous i layer, and an amorphous silicon It is characterized in that an amorphous n-layer is sequentially formed.
[0020]
In this method of manufacturing a photovoltaic element, before forming the cell, an amorphous p layer, an amorphous i layer, and an amorphous n Since the layers are sequentially stacked, a tandem photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency can be formed.
[0021]
A photovoltaic device according to the present invention is manufactured by the method for manufacturing a photovoltaic device according to any one of claims 4 to 7.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a photovoltaic element and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The photovoltaic element 23 shown in FIG. 1 includes a substrate 22, a cell 21 made of a microcrystalline silicon element, and a back electrode 17, which are sequentially stacked. The substrate 22 is made of a glass substrate 9 that transmits light, ITO, tin oxide SnO 2 Alternatively, a transparent electrode 13 made of a metal oxide such as zinc oxide ZnO is provided, and these are sequentially laminated. The cell 21 includes a microcrystalline p-layer 14 made of p-type microcrystalline silicon, a microcrystalline i-layer 15 made of i-type microcrystalline silicon, and a microcrystalline n-layer 16 made of n-type microcrystalline silicon. , Are sequentially laminated.
[0023]
The microcrystalline p-layer 14 is composed of an initial layer 14a laminated on the surface of the transparent electrode 13 in an initial stage of film formation described later, and a bulk layer 14b laminated on the surface of the initial layer 14a. The temperatures of the substrate 9 and the transparent electrode 13 when forming the initial layer 14a are set to be lower than the temperatures when forming the bulk layer 14b, as described later.
[0024]
A method of manufacturing the microcrystalline p-layer 14, the microcrystalline i-layer 15, and the microcrystalline n-layer 16, that is, the microcrystalline silicon layer in the photovoltaic element 23 configured as described above will be described. First, the plasma CVD apparatus 30 used for manufacturing the initial layer 14a constituting the microcrystalline p layer 14 of the microcrystalline silicon layer will be described with reference to FIG.
[0025]
The plasma CVD apparatus 30 shown in FIG. 2 is provided so as to oppose the substrate heater 7, the stainless steel vacuum vessel 1, the gas mixing box 11, the substrate heater 7 for holding the back surface of the substrate 22 and heating the substrate 22. The electrode 2 for discharging, the vacuum pump 8 for reducing the pressure in the vacuum vessel 1, and the substrate 2 are provided between the substrate heater 7 and the electrode 2 and connected to the power supply 12b to heat the front side of the substrate 22. A heater 12 is provided. The substrate heater 7 includes a mechanism (not shown) for closely holding the surface of the substrate 22 on which the glass substrate 9 is formed, and a temperature sensor (not shown) provided so that the temperature of the substrate 22 can be detected indirectly or directly. . The temperature sensor is connected to an input section of a controller (not shown). When a temperature detection signal is input to the controller, the controller controls the amount of power supplied to the substrate heater 7 based on the signal.
[0026]
The electrode 2 is disposed so as to face the substrate heater 7, and is connected to the impedance matching device 5 and the high frequency power supply 4 via the coaxial cable 10. Further, the power supply line from the high-frequency power supply 4 to the electrode 2 is branched, and a multipoint power is supplied to a plurality of points of the electrode 2 via each branch line. Can be alleviated.
[0027]
As shown in FIG. 3, the heater 12 that heats the front side of the substrate 22 abuts the heater main body 31 in a rectangular shape formed in a wire mesh, and two opposing sides of the heater main body 31 to contact the heater main body 31. Fixing jigs 32 to be held, tension adjusting mechanisms 33 provided at both ends of each fixing jig 32 so as to protrude in a direction away from the heater main body 31, and having a spring member 33 a at a distal end thereof; And an insulator member 34 provided on the fixing jig 32 so as to cover 33, and these components are covered with an outer frame 35 except for the tension adjusting mechanism 33 and the distal end portion of the insulator member 34. I have. That is, the distal ends of the tension adjusting mechanism 33 and the insulator member 34 are configured to protrude from the outer frame 35. A power supply terminal 32a is provided on one end side of one fixing jig 32 provided on one side of the heater main body 31, so that the heater main body 31 can be heated and adjusted in temperature. I have. Here, the heater main body 31 is formed in a wire mesh shape as described above, and has a configuration in which a plasma gas can be favorably generated between the electrode 2 and the substrate heater 7.
[0028]
In the plasma CVD apparatus 30 configured as described above, first, the substrate 22 that has been degreased, washed and dried is held in close contact with the surface of the substrate heater 7, and then the inside of the vacuum vessel 1 is exhausted by the vacuum pump 8 through the exhaust pipe 3. 1.33 × 10 -4 Exhaust to below Pa. Next, the raw material gas is supplied to the gas mixing box 11 at a predetermined flow rate via the raw material gas introduction pipe 6. The flow rate of the source gas is controlled by a mass flow controller (not shown).
[0029]
As a source gas, a gas containing at least silicon, specifically, a silicon hydride gas such as silane or disilane, a silicon fluoride gas, a halosilane gas such as dichlorosilane or trichlorosilane, and hydrogen are used. Further, a gas containing a group III element such as B 2 H 6 , BF 3 A gas containing boron is added. Here, the flow rate ratio of hydrogen to the flow rate of the gas containing silicon is set to 5 times or more and 100 times or less. This is because, when the flow rate ratio of hydrogen is less than 5, the amount of hydrogen radicals generated is small, so that the termination of dangling bonds on the surface of the growing film becomes insufficient. Is insufficient, and microcrystalline silicon having good crystallinity is not sufficiently grown. On the other hand, when the flow rate ratio of hydrogen exceeds 100 times, although microcrystalline silicon grows, since the silicon-based radicals involved in film formation are small, the film formation speed becomes extremely low and is thicker than amorphous silicon. This is because, in the case of a microcrystalline silicon-based photovoltaic element requiring a photoelectric conversion layer, productivity is significantly reduced.
[0030]
Next, the pressure inside the vacuum vessel 1 is set to 13.3 Pa or more and 665 Pa or less by a pressure adjusting valve (not shown). If the pressure is less than 13.3 Pa, since the amount of silicon-based radicals involved in film formation is small, the film formation speed is extremely low, and the productivity is significantly reduced. On the other hand, if the pressure exceeds 665 Pa, powder is likely to be generated in the gas phase during film formation. The powder generated during the film formation is taken into the film and extremely deteriorates the film quality of the microcrystalline silicon, and also has an adverse effect such as increasing the frequency of the open maintenance of the vacuum vessel 1.
[0031]
Concurrently with the pressure adjustment in the vacuum vessel 1, the substrate heater 7 and the heater 12 are energized and heated so that the substrate 22 is heated to 100 ° C. or more and 500 ° C. or less even when the substrate 22 is provided with an inexpensive material such as glass. . If the substrate temperature is lower than 100 ° C., the surface diffusion of silicon-based radicals involved in film formation adsorbed on the surface of the substrate 22 becomes insufficient, so that microcrystalline silicon having good crystallinity does not grow sufficiently.
[0032]
After the substrate temperature and pressure are stabilized, high-frequency power having a frequency of 10 MHz or more and 300 MHz or less is supplied from the high-frequency power supply 4 to the electrode 2 to generate plasma gas, and the initial layer 14 a of the microcrystalline p-layer 14 is formed on the surface of the substrate 22. Form. At this time, the impedance matching device 5 is adjusted so that the reflected power is minimized. Here, when the frequency is less than 10 MHz, the plasma density is low and the number of hydrogen radicals excited in the plasma is small, so that the termination of dangling bonds on the surface of the growing film becomes insufficient. This is because there is a problem that the surface diffusion of the silicon-based radicals becomes insufficient and the crystallization of microcrystalline silicon is not promoted. On the other hand, when the frequency exceeds 300 MHz, the voltage distribution in the electrode 2 becomes large, and uniform discharge becomes difficult.
Then, after forming the film for a predetermined time, the raw material gas is exhausted, the substrate 22 is cooled, and then the substrate 22 on which the initial layer 14 a is formed is taken out from the vacuum vessel 1.
[0033]
After that, in the plasma CVD apparatus 30, the substrate 22 on which the initial layer 14a is formed is installed in another plasma CVD apparatus not having the heater 12 and the power supply 12b. That is, after the glass substrate 9 forming surface of the substrate 22 is held in close contact with the substrate heater 7, a gas containing a group III element as the source gas is supplied to the gas mixing box 11, and the substrate temperature when the initial layer 14 a is formed is determined. The bulk layer 14b of the microcrystalline p-layer 14 is formed on the initial layer 14a at a high temperature or at a power higher than the high-frequency power.
[0034]
Thereafter, the source gas is supplied to the gas mixing box 11 to form the microcrystalline i-layer 15 in the same manner as described above, and thereafter, a gas containing a group V element, for example, PH 3 A gas containing phosphorus or the like is supplied to the gas mixing box 11 to form the microcrystalline n-layer 16 in the same manner as described above. Thus, a microcrystalline silicon layer is formed.
[0035]
Next, a method for manufacturing the photovoltaic element 23 shown in FIG. 1 will be described.
First, the degreased and washed glass substrate 9 is subjected to a PVD method such as a CVD method or a sputtering method to form ITO or fluorine oxide-doped tin oxide SnO. 2 In the present embodiment, among the metal oxides such as zinc oxide ZnO doped with aluminum Al or gallium Ga, in the present embodiment, a 700 nm-thick transparent electrode 13 made of zinc oxide ZnO doped with aluminum Al is formed by lamination. 22 is formed. Next, the initial layer 14a of the microcrystalline p-layer 14, the bulk layer 14b of the microcrystalline p-layer 14, the microcrystalline i-layer 15, and the microcrystalline n-layer 16 are sequentially formed on the substrate 22 by the above-described method. A cell 21 is formed. At this time, the initial layer 14a was formed by applying a power of 150 W to the heater 12 and setting the substrate heater 7 to 150 ° C.
[0036]
Here, the initial layer 14a is formed to have a thickness of 5 nm to 100 nm. If the thickness of the initial layer 14a is less than 5 nm, the transparent electrode 13 is partially exposed, that is, so-called island growth. In this case, since a normal semiconductor pn junction cannot be realized in a portion where the initial layer 14a is not formed, the photoelectric conversion characteristics as a photovoltaic element are significantly reduced. On the other hand, if the thickness of the initial layer 14a exceeds 100 nm, the amount of light absorbed by the initial layer 14a, which is the light incident side layer, becomes excessive, and the amount of light reaching the microcrystalline i-layer 15, which is the photoelectric conversion layer, decreases. This is because the short-circuit current as a photovoltaic element decreases.
[0037]
The thickness of the bulk layer 14b is 5 nm or more and 100 nm or less. When the thickness of the bulk layer 14b is less than 5 nm, the transparent electrode 13 is partially exposed, that is, so-called island growth. In this case, since a normal semiconductor pn junction cannot be realized in a portion where the bulk layer 14b is not formed, characteristics as a photovoltaic element are significantly reduced. On the other hand, when the thickness of the bulk layer 14b exceeds 100 nm, the amount of light absorbed by the bulk layer 14b on the light incident side becomes excessive, and the amount of light reaching the microcrystalline i-layer 15 as the photoelectric conversion layer decreases. This is because the short-circuit current as a photovoltaic element decreases.
[0038]
The thickness of the microcrystalline i-layer 15 depends on the light trapping state depending on the surface shape of the transparent electrode 13, the bulk layer 14b of the microcrystalline p-layer 14, and the microcrystalline i-layer 15, but is not less than 1000 nm and not more than 10,000 nm. Form. This is because if the thickness of the microcrystalline i-layer 15 is less than 1000 nm, the incident light cannot be sufficiently absorbed, and a short-circuit current as a photovoltaic element is reduced. On the other hand, when the thickness of the microcrystalline i-layer 15 exceeds 10000 nm, the internal electric field generated in the microcrystalline i-layer 15 is weakened, the open-circuit voltage as a photovoltaic element is reduced, and the film forming time is prolonged. This is because the productivity is lowered.
[0039]
The microcrystalline n-layer 16 is formed to have a thickness of 5 nm or more and 100 nm or less. This is because when the film thickness of the microcrystalline n-layer 16 is less than 5 nm, the microcrystalline i-layer 15 is partially exposed, so-called island-like growth. In this case, since a normal semiconductor pn junction cannot be realized in a portion where the microcrystalline n-layer 16 is not formed, the photoelectric conversion characteristics as a photovoltaic element are significantly reduced. On the other hand, when the thickness of the microcrystalline n-layer 16 exceeds 100 nm, the amount of light absorbed by the microcrystalline n-layer 16 becomes excessive, and the light reflected by the back electrode 17 cannot be used effectively, and as a photovoltaic element This is because the short-circuit current of the semiconductor device decreases.
[0040]
Thereafter, a back electrode 17 made of aluminum Al, silver Ag, titanium Ti, nickel Ni, chromium Cr, copper Cu or an alloy thereof is formed on the cell 21 thus formed by physical vapor deposition or sputtering. It is formed using an evaporation method. In this embodiment, it is formed of aluminum Al having a thickness of 500 nm by a vacuum evaporation method. The back electrode 17 is preferably formed with a thickness of 200 nm or more so that the light transmitted through the microcrystalline i-layer 15 can be sufficiently reflected. Thus, the photovoltaic element 23 shown in FIG. 1 is completed.
[0041]
The effect of the photovoltaic element 23 formed as described above will be described below.
First, as a comparison object of the photovoltaic element 23, a photovoltaic element having the same configuration as the photovoltaic element 23 was formed. In this configuration, when the initial layer 14a is formed on the substrate 22, only the substrate heater 7 is used without using the heater 12 for heating the surface side of the substrate 22, and the temperature is set to 200 ° C., and all other conditions are as described above. A photovoltaic element was formed under the same film forming conditions as in the first embodiment (hereinafter, this photovoltaic element is referred to as Comparative Example 1). Then, simulated sunlight (AM (passing air amount) 1.5, 100 mW / cm) was applied to the photovoltaic element 23 of Comparative Example 1 and the first embodiment from the glass substrate 9 side. 2 ) And the respective photoelectric conversion efficiencies were measured. As a result, when the photoelectric conversion efficiency of Comparative Example 1 was 1.00, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element 23 was 1.12, and it was confirmed that the photoelectric conversion efficiency was improved by 12%.
[0042]
This is because, in the first embodiment, the temperature of the substrate heater 7 when forming the initial layer 14a is set to be lower than the temperature of the substrate heater 7 when forming the initial layer 14a in Comparative Example 1. The reduction of the transparent electrode 13 serving as the underlying layer was suppressed, and the reduction in the light transmittance and the electrical conductivity of the transparent electrode 13 could be suppressed. This is because the diffusion of the metal element precipitated from 13 into microcrystalline p-layer 14 could be suppressed.
[0043]
Next, a plurality of photovoltaic elements 23 are formed by making only the film thickness of the initial layer 14a of the microcrystalline p-layer 14 different from each other, and setting all the film forming conditions except for the other time to be the same as those of the first embodiment. In the same manner as described above, the photoelectric conversion efficiency of each photovoltaic element 23 was measured. Here, as a comparative object, a photovoltaic element in which the microcrystalline p-layer 14 is composed only of the microcrystalline silicon bulk layer 14b is also formed (hereinafter, this photovoltaic element is referred to as Comparative Example 2), and the same as described above. And the photoelectric conversion efficiency was measured. These results are shown in FIG. FIG. 4 shows the relative values when the photoelectric conversion efficiency of Comparative Example 2 is 1.00.
[0044]
In FIG. 4, it can be confirmed that the photoelectric conversion efficiency was improved when the thickness of the initial layer 14a was in the range of 5 nm to 100 nm. This is because the above-described effect of suppressing the occurrence of damage to the transparent electrode 13 and the optimization of the amount of light absorbed in the initial layer 14a, that is, the suppression of the occurrence of a decrease in the short-circuit current as a photovoltaic element, have been achieved. Is improved. It can be confirmed that the improvement of the photoelectric conversion efficiency is remarkable particularly when the thickness of the initial layer 14a is in the range of 10 nm to 50 nm.
[0045]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. Parts similar to those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 5, the photovoltaic element 25 according to the second embodiment includes a substrate 22, a top cell 26 made of an amorphous silicon element, a bottom cell 27 made of a microcrystalline silicon element, and a back electrode 17. , And these are sequentially laminated.
[0046]
The top cell 26 includes an amorphous p-layer 18 of p-type amorphous silicon, an amorphous i-layer 19 of i-type amorphous silicon, and an amorphous And an n-type layer 20, which is sequentially laminated. The bottom cell 27 includes a microcrystalline p-layer 14, a microcrystalline i-layer 15, and a microcrystalline n-layer 16, which are sequentially stacked. , And a back electrode 17 is provided on the microcrystalline n-layer 16. Here, the microcrystalline p-layer 14 is composed of an initial layer 14a formed on the surface of the transparent electrode 13 in the initial stage of film formation, and a bulk layer 14b formed on the surface of the initial layer 14a.
[0047]
Here, the film thickness of the amorphous p layer 18 is 5 nm or more and 50 nm or less. This is because when the film thickness is less than 5 nm, the transparent electrode 13 is partially exposed, that is, so-called island-shaped growth. In this case, the portion where the amorphous p-layer 18 is not formed is a normal semiconductor. This is because the pn junction is not formed, so that the characteristics as a photovoltaic element are significantly reduced. On the other hand, when the thickness of the amorphous p-layer 18 exceeds 50 nm, the amount of light absorbed by the amorphous p-layer 18 which is a light incident layer becomes excessive, and the amorphous i-layer 19 and the photoelectric conversion layer This is because the amount of light incident on the microcrystalline i-layer 15 decreases, and the short-circuit current as a photovoltaic element decreases.
[0048]
Further, the film thickness of the amorphous i-layer 19 is 100 nm or more and 500 nm or less. This is because if the film thickness is less than 100 nm, the incident light cannot be sufficiently absorbed, and the short-circuit current as a photovoltaic element decreases. On the other hand, when the film thickness of the amorphous i-layer 19 exceeds 500 nm, the light degradation becomes large due to the so-called Stebralonski effect, in which the absorbed light increases defects in the amorphous i-layer 19.
[0049]
The thickness of the amorphous n-layer 20 is 5 nm or more and 50 nm or less. This is because, when the film thickness is less than 5 nm, the amorphous i-layer 19 is partially exposed, that is, a so-called island-like growth. In this case, the portion where the amorphous n-layer 20 is not formed is This is because a normal semiconductor pn junction is not formed, so that characteristics as a photovoltaic element are significantly reduced. On the other hand, when the film thickness of the amorphous n-layer 20 exceeds 50 nm, the amount of light absorbed by the amorphous n-layer 20 becomes excessive, the amount of light incident on the bottom cell 27 decreases, and a short circuit as a photovoltaic element occurs. This is because the current decreases.
[0050]
Next, a method for manufacturing the photovoltaic element 25 shown in FIG. 5 will be described.
First, the substrate 22 including the glass substrate 9 and the transparent electrode 13 is formed as in the first embodiment. Next, a top cell 26 is formed on the surface of the substrate 22 on which the transparent electrode 13 is formed. That is, a plasma CVD method is performed on the transparent electrode 13, and an amorphous p layer 18, an amorphous i layer 19, and an amorphous n layer 20 are sequentially stacked.
[0051]
Here, the source gas used for the plasma CVD method is silane SiH 4 Or disilane Si 2 H 6 Or a halosilane-based gas such as dichlorosilane or trichlorosilane, and the power supply frequency at this time is set to 13.56 MHz. When the amorphous p-layer 18 is formed, B containing a group III element as a doping gas is used. 2 H 6 , BF 3 And so on. When the amorphous n-layer 20 is formed, PH containing a group V element is used as a doping gas. 3 And so on.
[0052]
Next, the microcrystalline p-layer 14 and the microcrystalline p-layer 14 are formed on the top cell 26 using the same apparatus and the same film forming conditions as those used when forming the cell 21 and the back electrode 17 in the first embodiment. The i-layer 15 and the microcrystalline n-layer 16 are sequentially laminated to form a bottom cell 27, and a back electrode 17 made of aluminum Al is laminated on the bottom cell 27 to form a photovoltaic element 25.
[0053]
The effect of the photovoltaic element 25 formed as described above will be described below.
First, as a comparison object of the photovoltaic element 25, a photovoltaic element having the same configuration as the photovoltaic element 25 was formed. In this configuration, when the initial layer 14a is formed on the substrate 22, only the substrate heater 7 is used without using the heater 12 for heating the surface side of the substrate 22, and the temperature is set to 200 ° C., and all other conditions are as described above. A photovoltaic element was formed under the same film forming conditions as in the second embodiment (hereinafter, this photovoltaic element is referred to as Comparative Example 2). Then, simulated sunlight (AM (passing air amount) 1.5, 100 mW / cm) was applied to the photovoltaic element 25 of Comparative Example 2 and the second embodiment from the glass substrate 9 side. 2 ) And the respective photoelectric conversion efficiencies were measured. As a result, when the photoelectric conversion efficiency of Comparative Example 2 was set to 1.00, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element 25 was 1.10, and it was confirmed that the photoelectric conversion efficiency was improved by 10%.
[0054]
This is because, in the second embodiment, the temperature of the substrate heater 7 when forming the initial layer 14a is lower than the temperature of the substrate heater 7 when forming the initial layer 14a in Comparative Example 2. The reduction of the transparent electrode 13 serving as the underlying layer was suppressed, and the reduction in the light transmittance and the electrical conductivity of the transparent electrode 13 could be suppressed. This is because the diffusion of the metal element precipitated from 13 into microcrystalline p-layer 14 could be suppressed.
[0055]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. Parts similar to those in the above-described second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 6, a photovoltaic device 28 according to the third embodiment includes a substrate 22, a top cell 26 made of an amorphous silicon device, zinc oxide ZnO doped with aluminum Al or gallium Ga, or fluorine. F-doped tin oxide SnO 2 And a bottom cell 27 made of a microcrystalline silicon element, and a back electrode 17, which are sequentially laminated.
[0056]
Here, the thickness of the intermediate layer 21 is formed to be 10 nm or more and 100 nm or less. This is because if the film thickness is less than 10 nm, the light transmitted through the amorphous i-layer 19 cannot be effectively reflected. On the other hand, if the thickness of the intermediate layer 21 exceeds 100 nm, the amount of light absorbed in the intermediate layer 21 becomes excessive, and the amount of light reaching the microcrystalline i-layer 15 decreases.
[0057]
Next, a method for manufacturing the photovoltaic element 28 shown in FIG. 6 will be described.
First, in the same manner as in the second embodiment, after forming a substrate 22 including the glass substrate 9 and the transparent electrode 13, an amorphous p layer 18 and an amorphous i layer 19 and the amorphous n-layer 20 are sequentially laminated to form a top cell 26. Next, the intermediate layer 21 made of a metal oxide of zinc oxide ZnO doped with aluminum Al is formed on the top cell 26 by a sputtering method. Then, similarly to the second embodiment, the microcrystalline p-layer 14, the microcrystalline i-layer 15, and the microcrystalline n-layer 16 are sequentially formed on the intermediate layer 21 to form a bottom cell 27. A back electrode 17 made of aluminum Al is formed by lamination to form a photovoltaic element 28.
[0058]
The effect of the photovoltaic element 28 formed as described above will be described below.
First, as a comparison object of the photovoltaic element 28, a photovoltaic element having the same configuration as the photovoltaic element 28 was formed. In this configuration, when the initial layer 14a is formed on the substrate 22, only the substrate heater 7 is used without using the heater 12 for heating the surface side of the substrate 22, and the temperature is set to 200 ° C., and all other conditions are as described above. A photovoltaic element was formed under the same film forming conditions as in the second embodiment (hereinafter, this photovoltaic element is referred to as Comparative Example 3). Then, simulated sunlight (AM (passing air amount) 1.5, 100 mW / cm) was applied to the photovoltaic element 28 of Comparative Example 3 and the third embodiment from the glass substrate 9 side. 2 ) And the respective photoelectric conversion efficiencies were measured. As a result, when the photoelectric conversion efficiency of Comparative Example 3 was 1.00, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element 28 was 1.10, and it was confirmed that the photoelectric conversion efficiency was improved by 10%.
[0059]
This is because, in the third embodiment, the temperature of the substrate heater 7 when forming the initial layer 14a is lower than the temperature of the substrate heater 7 when forming the initial layer 14a in Comparative Example 3. The reduction of the transparent electrode 13 serving as the underlying layer was suppressed, and the reduction in the light transmittance and the electrical conductivity of the transparent electrode 13 could be suppressed. This is because the diffusion of the metal element precipitated from 13 into microcrystalline p-layer 14 could be suppressed.
[0060]
Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the first to third embodiments, as a means for reducing the load applied to the underlying layer, the temperature of the substrate 22 when the initial layer 14a of the microcrystalline p-layer 14 is formed is reduced by changing the temperature of the substrate when the bulk layer 14b is formed. Although the temperature is set lower than the temperature of 22, the VHF power when forming the initial layer 14a of the microcrystalline p-layer 14 may be set lower than the VHF power when forming the bulk layer 14b.
[0061]
Although the heater main body 31 is formed in a wire mesh shape, the present invention is not limited to this shape. A plurality of rods are provided in a rectangular frame at substantially the same pitch in parallel with one set of sides of the frame. It may be formed in an arrangement or a flat plate having a plurality of holes penetrating the front and back surfaces. Further, although the plasma CVD apparatus 30 is used only when forming the initial layer 14a of the microcrystalline p-layer 14, it is not limited to this, and may be used for forming other semiconductor layers.
[0062]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the plasma CVD apparatus, the method for manufacturing a photovoltaic element, and the photovoltaic element according to the present invention, the film forming conditions capable of minimizing the load applied to the underlayer. Even below, a photovoltaic element can be favorably formed without inhibiting the crystallization of the initial layer of the microcrystalline p-layer. Thereby, a photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency can be favorably formed.
[0063]
In addition, the amount of light absorption in the initial layer can be optimized, and a decrease in short-circuit current as a photovoltaic element can be suppressed. Thereby, a photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency can be reliably formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a photovoltaic element in a first embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an apparatus for manufacturing a photovoltaic element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the heater shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of an initial layer of a microcrystalline p-layer and the photoelectric conversion efficiency of a photovoltaic element.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a photovoltaic element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a photovoltaic element in a third embodiment according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 ... electrode
7 ... substrate heater
12 ... heater
14 ... microcrystalline p-layer
14a: Initial layer
14b ... bulk layer
15 ... Microcrystalline i-layer
16 ... Microcrystalline n-layer
21 ... cell
22 ... Substrate
23, 25, 28 ... photovoltaic elements
27 ... Bottom cell (cell)
30 ... plasma CVD equipment
31 ... heater body

Claims (8)

基板の裏面を保持し該基板を加熱する基板ヒータと、該基板ヒータに対向して設けられた電極とを備え、前記基板ヒータと前記電極との間に原料ガスを供給し、前記基板ヒータと前記電極との間にプラズマガスを生成して、前記基板表面側に半導体層を形成するプラズマCVD装置であって、
前記基板ヒータと前記電極との間に、前記基板の表面側を加熱するヒータが設けられていることを特徴とするプラズマCVD装置。
A substrate heater that holds the back surface of the substrate and heats the substrate, comprising an electrode provided to face the substrate heater, supplying a source gas between the substrate heater and the electrode, A plasma CVD apparatus that generates a plasma gas between the electrodes and forms a semiconductor layer on the substrate surface side,
A plasma CVD apparatus, wherein a heater for heating a front surface side of the substrate is provided between the substrate heater and the electrode.
請求項1記載のプラズマCVD装置において、
前記ヒータは、金網状のヒータ本体又は表裏面を貫通する複数の孔を備えた平板状のヒータ本体を備えることを特徴とするプラズマCVD装置。
The plasma CVD apparatus according to claim 1,
The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the heater includes a wire mesh heater body or a flat heater body having a plurality of holes penetrating the front and back surfaces.
請求項1又は2に記載のプラズマCVD装置において、
前記原料ガスはシリコンを含むガスであり、前記半導体層として微結晶シリコン層を形成することを特徴とするプラズマCVD装置。
The plasma CVD apparatus according to claim 1,
The plasma CVD apparatus, wherein the source gas is a gas containing silicon, and forms a microcrystalline silicon layer as the semiconductor layer.
基板と電極との間にシリコンを含む原料ガス及び水素ガスを同時に供給するとともに、高周波を印加しプラズマガスを生成して、前記基板表面側に微結晶シリコンからなる、微結晶p層と、微結晶i層と、微結晶n層とを順次積層したセルを有する光起電力素子の製造方法であって、
前記微結晶p層を形成するに際し、微結晶シリコンのバルク層を形成する前に、予め、請求項3記載のプラズマCVD装置を用いて、前記基板表面側及び裏面側から前記基板を加熱しながら前記基板表面側に微結晶シリコンの初期層を形成することを特徴とする光起電力素子の製造方法。
A source gas containing silicon and a hydrogen gas are simultaneously supplied between the substrate and the electrode; a high frequency is applied to generate a plasma gas; and a microcrystalline p-layer made of microcrystalline silicon is formed on the substrate surface side; A method for manufacturing a photovoltaic device having a cell in which a crystalline i layer and a microcrystalline n layer are sequentially stacked,
In forming the microcrystalline p-layer, before forming the microcrystalline silicon bulk layer, the substrate is heated from the front surface side and the rear surface side by using the plasma CVD apparatus according to claim 3 in advance. A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising forming an initial layer of microcrystalline silicon on the substrate surface side.
請求項4記載の光起電力素子の製造方法において、
前記バルク層を形成する前に、予め、該バルク層を形成する際の前記基板裏面側の加熱温度より、低い加熱温度で前記初期層を形成することを特徴とする光起電力素子の製造方法。
The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 4,
A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising: before forming the bulk layer, forming the initial layer at a heating temperature lower than a heating temperature on the back side of the substrate when the bulk layer is formed. .
請求項4又は5に記載の光起電力素子の製造方法において、
前記初期層の厚さを、5nm以上100nm以下とすることを特徴とする光起電力素子の製造方法。
The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 4 or 5,
A method for manufacturing a photovoltaic device, wherein the thickness of the initial layer is 5 nm or more and 100 nm or less.
請求項4から6のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法において、
前記セルを形成する前に、予め、前記基板表面側に非晶質シリコンからなる、非晶質p層と、非晶質i層と、非晶質n層とを順次積層形成することを特徴とする光起電力素子の製造方法。
The method for manufacturing a photovoltaic device according to any one of claims 4 to 6,
Before forming the cell, an amorphous p-layer, an amorphous i-layer, and an amorphous n-layer made of amorphous silicon are sequentially formed on the substrate surface side in advance. A method for manufacturing a photovoltaic element.
請求項4から7のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法により作製されたことを特徴とする光起電力素子。A photovoltaic device manufactured by the method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 4.
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