JP2012151506A - シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法は、第1のp型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12、および第1のn型半導体層13を含む非晶質pin構造積層体10を備え、非晶質pin構造積層体10が第1のp型半導体層11または第1のn型半導体層13に結晶質シリコン系半導体を含む積層型シリコン系薄膜光電変換装置100の非晶質pin構造積層体を、同一のプラズマCVD成膜室内で、プラズマCVD成膜室のカソードとアノードの距離が3mm以上20mm以下、成膜圧力が200Pa以上3000Pa以下および電極単位面積当たりの電力密度が0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下の条件で形成する。
【選択図】図1
Description
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法の一つの実施形態は、図1および図2を参照して、基板1上に透明導電膜2を形成する工程と、透明導電膜2上に第1のp型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12、第1のn型半導体層13、第2のp型半導体層21、i型微結晶シリコン系光電変換層22および第2のn型半導体層23を順次連続して形成して二重pin構造積層体30を形成する工程とを含み、二重pin構造積層体30を形成する工程は同一のプラズマCVD成膜室220内で行い、第1のp型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12および第1のn型半導体層13は、プラズマCVD成膜室における成膜圧力が200Pa以上3000Pa以下および電極単位面積当たりの電力密度が0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下で形成されることを特徴とする。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法の他の実施形態は、図1および図2を参照して、上記実施形態1において、二重pin構造積層体を形成する工程の後に、この二重pin構造積層体を含むシリコン系薄膜光電変換装置100をプラズマCVD成膜室220から搬出する工程と、プラズマCVD成膜室220のカソード222上および/または室内面221上の残留膜を除去する工程とを含む。すなわち、本実施形態のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法は、二重pin構造積層体30を形成した後に、二重pin構造積層体30を含むシリコン系薄膜光電変換装置100をプラズマCVD成膜室220から搬出し、プラズマCVD成膜室220のカソード222上および/または室内面221上の残留膜を除去することを特徴とする。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法のさらに他の実施形態は、図3を参照して、上記実施形態1または実施形態2の製造方法により形成された二重pin構造積層体30の第2のn型半導体層23上に、さらに、p型半導体層41、i型結晶質シリコン系光電変換層42およびn型半導体層43から構成される結晶質pin構造積層体40を少なくとも1つ積層することを特徴とする。
実施形態2の製造方法により製造されるシリコン系薄膜光電変換装置についてさらに具体的に説明する。本実施形態のシリコン系薄膜光電変換装置は、積層型シリコン薄膜光電変換装置であって、図1を参照して、透明な基板1上に、透明導電膜2、非晶質pin構造積層体10を構成する第1のp型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12および第1のn型半導体層13、微結晶pin構造積層体20を構成する第2のp型半導体層21、i型微結晶シリコン系光電変換層22および第2のn型半導体層23、導電膜3ならびに金属電極4が順に形成されているタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置である。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の一つの実施形態は、図1を参照して、基板1上に形成された透明導電膜2と、二重pin構造積層体30とを含む積層型シリコン系薄膜光電変換装置100であって、二重pin構造積層体30は、透明導電膜2上に順次形成されている第1のp型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12、第1のn型半導体層13、第2のp型半導体層21、i型微結晶シリコン系光電変換層22および第2のn型半導体層23から構成され、第1のn型半導体層13および第2のp型半導体層21は、それぞれ不純物窒素原子濃度が1×1019cm-3以下、かつ、不純物酸素原子濃度が1×1020cm-3以下であることを特徴とする。実施形態1から実施形態4までに示した製造方法を用いることにより、第1のn型半導体層13および第2のp型半導体層21は、それぞれ不純物窒素原子濃度が1×1019cm-3以下、かつ、不純物酸素原子濃度が1×1020cm-3以下である光電変換効率の高い積層型シリコン系薄膜光電変換装置が得られる。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の他の実施形態は、図1を参照して、基板1上に形成された透明導電膜2と、二重pin構造積層体30とを含む積層型シリコン系薄膜光電変換装置100であって、二重pin構造積層体30は、透明導電膜2上に順次形成されている第1のp型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12、第1のn型半導体層13、第2のp型半導体層21、i型微結晶シリコン系光電変換層22および第2のn型半導体層23から構成され、第1のn型半導体層13の導電型決定不純物原子濃度が3×1019cm-3以下であり、第2のp型半導体層21の導電型決定不純物原子濃度が5×1019cm-3以下であることを特徴とする。第1のn型半導体層13および第2のp型半導体層21の導電型決定不純物原子濃度を上記の濃度以下とすることにより、実施形態1から実施形態4までの製造方法において、第1のn型半導体層13の導電型決定不純物原子の他の層(第1のn型半導体層13以外の層)への混入、第2のp型半導体層21の導電型決定不純物原子の他の層(第2のp型半導体層21以外の層)への混入が効果的に抑制され、光電変換効率の高い積層型シリコン系薄膜光電変換装置が得られる。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法のさらに他の実施形態は、図2および図5を参照して、基板1上に形成された透明導電膜2上に、p型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12およびn型半導体層13を、同一のプラズマCVD成膜室220内で、順次連続して形成して非晶質pin構造積層体10を形成する工程を含み、p型半導体層11、i型非晶質シリコン系光電変換層12およびn型半導体層13は、プラズマCVD成膜室220における成膜圧力が200Pa以上3000Pa以下および電極単位面積当たりの電力密度が0.01w/cm2以上0.3W/cm2以下で形成されることを特徴とする。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法の他の実施形態は、上記実施形態7において、非晶質pin構造積層体10を形成する工程の後に、この非晶質pin構造積層体10を含むシリコン系薄膜光電変換装置500をプラズマCVD成膜室220から搬出する工程と、プラズマCVD成膜室220のカソード222上および/または室内面221上の残留膜を除去する工程とを含むものである。すなわち、本実施形態のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法は、非晶質pin構造積層体10を形成した後に、非晶質pin構造積層体10を含むシリコン系薄膜光電変換装置500をプラズマCVD成膜室220から搬出し、プラズマCVD成膜室220のカソード222上および/または室内面221上の残留膜を除去することを特徴とする。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法のさらに他の実施形態は、図2および図6を参照して、基板1上に形成された透明導電膜2上に、第1のp型半導体層11、第1のi型非晶質シリコン系光電変換層12、第1のn型半導体層13、第2のp型半導体層21、第2のi型非晶質シリコン系光電変換層52および第2のn型半導体層23を、同一のプラズマCVD成膜室220内で、順次形成して二重pin構造積層体60を形成する工程を含み、第1のp型半導体層11、第1のi型非晶質シリコン系光電変換層12、第1のn型半導体層13、第2のp型半導体層21、第2のi型非晶質シリコン系光電変換層52および第2のn型半導体層23は、プラズマCVD成膜室220における成膜圧力が200Pa以上3000Pa以下および電極単位面積当たりの電力密度が0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下で形成されることを特徴とする。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法のさらに他の実施形態は、上記実施形態9において、二重pin構造積層体60を形成する工程の後に、この二重pin構造積層体60を含むシリコン系薄膜光電変換装置600をプラズマCVD成膜室220から搬出する工程と、プラズマCVD成膜室220のカソード222上および/または室内面221上の残留膜を除去する工程とを含むものである。すなわち、本実施形態のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法は、二重pin構造積層体60を形成した後に、この二重pin構造積層体60を含むシリコン系薄膜光電変換装置600をプラズマCVD成膜室220から搬出し、プラズマCVD成膜室220のカソード222上および/または室内面221上の残留膜を除去することを特徴とする。
本発明にかかるシリコン系薄膜光電変換装置の製造装置の一つの実施形態は、図7を参照して、実施形態1(図1を参照)、実施形態7(図5を参照)または実施形態9(図6を参照)などの製造方法に用いられるシリコン系薄膜光電変換装置の製造装置であって、このシリコン系薄膜光電変換装置の製造装置は、内部にカソード222およびアノード223が配置されているプラズマCVD成膜室220と、プラズマCVD成膜室220内のガス圧力を調整するガス圧力調整部211と、カソード222に電力を供給する電力供給部201とを含み、カソード222とアノード223の距離は3mm以上20mm以下であり、ガス圧力調整部211はプラズマCVD成膜室220内のガス圧力を200Pa以上3000Pa以下の範囲で制御でき、電力供給部201はカソードの単位面積当たりの電力密度を0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下の範囲で制御できる装置である。なお、図7において、矢印G1はプラズマCVD成膜室220に導入されるガスの流れを、矢印G2はプラズマCVD成膜室220から排出されるガスの流れを示す。
本実施例は、図1に示す二重pin構造積層体30 (非晶質pin構造積層体10および微結晶pin構造積層体20)を図2に示す同一のプラズマCVD成膜室220内で繰り返し形成して積層型シリコン系薄膜光電変換装置を繰り返し製造するものである。
図4に示すS1〜S5に従って、図2に示すプラズマCVD装置200の同一の成膜室220内で、図1に示す二重pin構造積層体30(非晶質pin構造積層体10および微結晶pin構造積層体20)を連続して(繰り返し)形成して積層型シリコン薄膜光電変換装置であるタンデム型シリコン系光電変換装置を得た。
本実施例は、図5に示す非晶質pin構造積層体10を図2に示す同一のプラズマCVD成膜室220で形成したシリコン系薄膜光電変換装置を繰り返し製造するものである。
本実施例は、図6に示す二重pin構造積層体60(第1の非晶質pin構造積層体10および第2の非晶質pin構造積層体50)を図2に示す同一のプラズマCVD成膜室220内で形成した積層型シリコン系薄膜光電変換装置を繰り返し製造するものである。
Claims (10)
- 第1のp型半導体層、i型非晶質シリコン系光電変換層、および第1のn型半導体層がこの順に形成された非晶質pin構造積層体を備え、前記非晶質pin構造積層体は前記第1のp型半導体層または前記第1のn型半導体層に結晶質シリコン系半導体を含む、シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法であって、
基板上に形成された透明導電膜上に前記非晶質pin構造積層体を同一のプラズマCVD成膜室内で形成する非晶質pin構造積層体形成工程を含み、
前記非晶質pin構造積層体形成工程は、前記プラズマCVD成膜室のカソードとアノードの距離が3mm以上20mm以下、成膜圧力が200Pa以上3000Pa以下および電極単位面積当たりの電力密度が0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下の条件で行なわれるシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。 - 前記非晶質pin構造積層体は前記第1のn型半導体層に結晶質シリコン系半導体を含む請求項1に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記非晶質pin構造積層体形成工程において、前記プラズマCVD成膜室の前記カソードと前記アノードの距離が固定されている請求項1または請求項2に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記非晶質pin構造積層体に加えて、第2のp型半導体層、i型微結晶シリコン系光電変換層、および第2のn型半導体層がこの順に形成された微結晶pin構造積層体を備えるシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法であって、
前記非晶質pin構造積層体の前記第1のn型半導体層上に、前記微結晶pin構造積層体を前記プラズマCVD成膜室内で形成する微結晶pin構造積層体形成工程をさらに含み、
前記微結晶pin構造積層体形成工程は、前記プラズマCVD成膜室の前記カソードと前記アノードの距離が3mm以上20mm以下、成膜圧力が200Pa以上3000Pa以下および電極単位面積当たりの電力密度が0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下の条件で行なわれる請求項1から請求項3のいずれかに記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。 - 前記微結晶pin構造積層体形成工程において、前記プラズマCVD成膜室の前記カソードと前記アノードの距離が固定されている請求項4に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記第1のn型半導体層の導電型決定不純物原子濃度が3×1019cm-3以下であり、前記第2のp型半導体層の導電型決定不純物原子濃度が5×1019cm-3以下である請求項4または請求項5に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記非晶質pin構造積層体形成工程および前記微結晶pin構造積層体形成工程の後、前記非晶質pin構造積層体および前記微結晶pin構造積層体を備える二重pin構造積層体を前記プラズマCVD成膜室から搬出する工程と、前記非晶質pin構造積層体形成工程および前記微結晶pin構造積層体形成工程において前記プラズマCVD成膜室の前記カソードおよび/または室内面に形成される残留膜を、前記残留膜の表面層から前記第1のn型半導体層までと前記i型非晶質シリコン系光電変換層の厚さ方向に10nm以上の深さでその層の厚さの90%以下の深さまでとをエッチング除去する工程と、前記エッチング除去後の前記プラズマCVD成膜室内で前記非晶質pin構造積層体形成工程および前記微結晶pin構造積層体形成工程を行なう工程と、をさらに備える請求項4から請求項6に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記非晶質pin構造積層体形成工程および前記微結晶pin構造積層体形成工程の後、前記非晶質pin構造積層体および前記微結晶pin構造積層体を備える二重pin構造積層体を前記プラズマCVD成膜室から搬出する工程と、前記非晶質pin構造積層体形成工程および前記微結晶pin構造積層体形成工程において前記プラズマCVD成膜室の前記カソードおよび/または室内面に形成される残留膜の厚さが10μm以上1000μm以下であるときに、前記残留膜をすべてエッチング除去する工程と、前記残留膜がエッチング除去された前記カソードにシリコン膜を予備堆積する工程と、前記予備堆積された前記カソードを有する前記プラズマCVD成膜室内で前記非晶質pin構造積層体形成工程および前記微結晶pin構造積層体形成工程を行なう工程と、をさらに備える請求項4から請求項7に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記微結晶pin構造積層体形成工程において、前記基板の下地温度が250℃以下である請求項4から請求項8のいずれかに記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
- 前記非晶質pin構造積層体形成工程において、前記基板の下地温度が250℃以下である請求項1から請求項9のいずれかに記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
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