JP2005244037A - シリコン膜の製造方法及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
シリコン膜の製膜時において、基板表面へのHラジカルの供給量を減らさずに、プラズマから基板表面へ入射する不要なイオンの量及びエネルギーを低減する。
【解決手段】
(a)ステップと(b)ステップとを具備するシリコン膜の製造方法を用いる。(a)ステップでは、基板34が設置された第1電極33と、第1電極33から離れて設置された第2電極32との間にシラン系ガスと水素ガスとを含む製膜ガス51を供給する。(b)ステップでは、第1電極33と第2電極32の間に交流電力を印加し、所定の範囲の割合で負イオンを含むプラズマを発生させながら、基板34上にシリコン系の膜を製膜する。プラズマ中の負イオンの濃度は、18%以上55%以下の範囲で存在していても良い。
【選択図】 図6
Description
本発明では、プラズマ中に所定の濃度(割合)の負イオンを積極的に発生させて、プラズマ電位を低下させることができる。それにより、基板表面へのHラジカルの供給量を減らさずに、基板面へのイオン衝撃を低減させることができる。そして、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することが可能となる。ここで、シラン系ガスとは、モノシラン、ジシラン、或いはそれらに結合する水素の一部をた元素に置換したガスに例示される。シリコン膜としては、太陽電池のp層、i層、n層に用いる(微)結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜に例示される。
本発明では、プラズマ中のその負イオンの濃度をこの範囲にすることで、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することが可能となる。
本発明では、その製膜ガスの圧力をこの範囲にすることで、負イオン濃度を上記範囲にでき、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することが可能となる。
本発明では、そのプラズマのプラズマ電位をこの範囲にすることで、負イオン濃度を上記範囲にでき、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することが可能となる。
本発明では、その交流電力の周波数をこの範囲にすることで、プラスマ電位を上記範囲にでき、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することが可能となる。
本発明では、プラズマ中に所定の濃度(割合)の負イオンを積極的に発生させて、プラズマ電位を低下させることができ、それにより基板(34)面へのイオン衝撃を低減させることができる。そして、高速で高品質の太陽電池用のシリコン系膜を製膜することが可能となる。
ハロゲンガス等は、プラズマ中に負イオンを形成しやすい点で好ましい。
ハロゲンガスとしては、Cl2及びF2がその特性やコストの面からより好ましい。
この濃度の範囲にすることで、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することができる。
ハロゲンを含むガスとしては、SF6、SiF4及びNF3がその特性やコストの面からより好ましい。
プラズマ中で負イオンになり易い酸素ガスを製膜初期に導入することで、プラズマ中により容易に負イオンを生成できるので、プラズマ電位を低下させることができ、それにより基板(34)面へのイオン衝撃を低減させることができる。これは、製膜初期に特にイオン衝撃を低減することができる。そして、高速で高品質の太陽電池用のシリコン系膜を製膜することが可能となる。
この濃度の範囲にすることで、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することができる。
(b)ステップは、(b2)そのプラズマに所定の範囲のエネルギーを有する電子ビームを照射するステップを備える。
本発明では、プラズマ中により容易に負イオンを生成できるので、プラズマ電位を低下させることができ、それにより基板(34)面へのイオン衝撃を低減させることができる。そして、高速で高品質の太陽電池用のシリコン系膜を製膜することが可能となる。
本発明では、このような電極間隔が小さい場合でも、基板(34)面へのイオン衝撃を低減させることができる。そして、高速で高品質の太陽電池用のシリコン系膜を製膜することが可能となる。
本発明では、プラズマ中に所定の割合で負イオンを発生させるので、高速で高品質の太陽電池用のシリコン膜を製膜することができる。それにより、高効率の太陽電池を生産性よく生産することが可能となる。ここで、シリコン膜としては、太陽電池のp層、i層、n層に用いる(微)結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜に例示される。
以下、本発明のシリコン膜の製造方法及び太陽電池の製造方法の第1の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図2は、プラズマ化学蒸着装置の構成の一例を示す図である。プラズマ化学蒸着装置30は、ガス排出管39を有する真空容器31、基板34を支持可能な基板ホルダー33、ラダー電極32とガス供給部38とシールド板40を有する製膜ユニット35、マッチングボックス36、及びVHF電源37を備える。実験用に、ラングミュアプローブ41が、基板34とラダー電極32との間に形成されるプラズマの状態を計測可能なように設置されていても良い。
図3は、製膜時の圧力とプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。縦軸はプラズマの電子温度(eV)、横軸は製膜時の圧力(Pa)である。黒丸は電極間隔が5mmの場合、白丸は34mmの場合を示す。プラズマの電子温度は、プローブ法を用いて計測されている。図3に示すように、電極間隔を狭くした場合、電極間隔が広い場合と比較して電子温度は高くなる。その傾向は、圧力を高くしても変わらない。
以下、本発明のシリコン膜の製造方法及び太陽電池の製造方法の第2の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
その結果、図10に示すように、F2を添加しない場合(0%)に比べ、F2を添加すると徐々に効率が向上する。そして、SiH4+H2に対して5%のF2を添加した時に効率が最大の9.0%となった。このときの製膜速度は1.5nm/s、微結晶i層22aの膜厚は上述のように1.5μmであることから、従来に比較して非常に高い効率が得られた。このように、適正なF2を添加することにより、従来と比べ高速製膜条件においても高い変換効率が得られる。8%以上の変換効率を目標と考えると、図10からSiH4+H2に対するF2の濃度は0.5%以上5.5%以下が好ましい。これは、Cl2を用いた場合もほぼ同様であった。
以下、本発明のシリコン膜の製造方法及び太陽電池の製造方法の第3の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
また、本発明によれば、a−Si/微結晶シリコン積層型太陽電池においてアモルファスi層の数倍の厚さが必要である微結晶i層をアモルファスi層と同程度の製膜時間で製造できるようになるので、従来と比べ生産性を向上しえるa−Si/微結晶シリコン積層型太陽電池を製造できる。
2 (ガラス)基板
4 透明電極
6 金属電極
8、9 酸化亜鉛
10 a−Siセル
11 p型a−SiXC1−X:H層(p層)
12 i型a−SiYC1−Y:H層(i層)
13 i型a−Si:H層(i層)
14 n型a−Si:H層(n層)
20、20a 微結晶Siセル
21、21a 微結晶(シリコン)p層
22、22a 微結晶(シリコン)i層
23、23a 微結晶(シリコン)n層
30 プラズマ化学蒸着装置
31 真空容器
32 ラダー電極
33 基板ホルダー
34 基板
35 製膜ユニット
36 マッチングボックス
37 VHF電源
38 ガス供給部
40 シールド板
41 ラングミュアプローブ
51 製膜ガス
52 排出ガス
Claims (15)
- (a)基板が設置された第1電極と前記第1電極から離れて設置された第2電極との間に、シラン系ガスと水素ガスとを含む製膜ガスを供給するステップと、
(b)前記第1電極と前記第2電極との間に交流電力を印加し、所定の範囲の割合で負イオンを含むプラズマを発生させながら、前記基板上にシリコン系の膜を製膜するステップと
を具備する
シリコン膜の製造方法。 - 請求項1に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記プラズマ中の前記負イオンの濃度が18%以上55%以下の範囲で存在する
シリコン膜の製造方法。 - 請求項2に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記製膜ガスの圧力が280Pa以上1500Pa以下の範囲である
シリコン膜の製造方法。 - 請求項2又は3に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記プラズマのプラズマ電位が2V以上20V以下の範囲である
シリコン膜の製造方法。 - 請求項4に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記交流電力の周波数が20MHz以上120MHz以下の範囲である
シリコン膜の製造方法。 - 請求項1に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記(a)ステップは、
(a1)前記第1電極と前記第2電極との間に、前記シラン系ガスと前記水素ガスとプラズマ化した場合に負イオンを作りやすい負性ガスとを含む前記製膜ガスを供給するステップを備える
シリコン膜の製造方法。 - 請求項6に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記負性ガスは、ハロゲンガス及びハロゲンを含むガスの少なくとも一つを含む
シリコン膜の製造方法。 - 請求項7に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記ハロゲンガスは、Cl2及びF2の少なくとも一方を含む
シリコン膜の製造方法。 - 請求項8に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記Cl2及びF2の少なくとも一方の流量は、前記シラン系ガスと前記水素ガスの合計流量に対して0.5%以上5.5%以下の範囲である
シリコン膜の製造方法。 - 請求項7に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記ハロゲンを含むガスハロゲンガスは、SF6、SiF4及びNF3の少なくとも一方を含む
シリコン膜の製造方法。 - 請求項1に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記(a)ステップは、
(a2)前記第1電極と前記第2電極との間に、前記シラン系ガスと前記水素ガスと酸素ガスとを含む前記製膜ガスを供給するステップを備え、
前記(b)ステップは、
(b1)前記製膜の途中で、前記製膜ガスのうち前記酸素ガスの供給を停止するステップを備える
シリコン膜の製造方法。 - 請求項11に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記酸素ガスの流量は、前記シラン系ガスと前記水素ガスの合計流量に対して0.4%以上1.5%以下の範囲である
シリコン膜の製造方法。 - 請求項1に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記(b)ステップは、
(b2)前記プラズマに所定の範囲のエネルギーを有する電子ビームを照射するステップを備える
シリコン膜の製造方法。 - 請求項1乃至13のいずれか一項に記載のシリコン膜の製造方法において、
前記第1電極と前記第2電極との距離は、4mm以上10mm以下である
シリコン膜の製造方法。 - (c)基板上に電極層を形成するステップと、
(d)前記電極層上に複数の半導体層を有する光電変換層を形成するステップと
を具備し、
前記複数の半導体層のうちの少なくとも一層は、請求項1乃至14のいずれか一項に記載のシリコン膜の製造方法を用いて形成される
太陽電池の製造方法。
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