JP2644901B2 - ｐｉｎ型アモルファスシリコン太陽電池の製造方法 - Google Patents
ｐｉｎ型アモルファスシリコン太陽電池の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、pin型アモルファスシリコン太陽電池およ
びその製造方法に関する。
びその製造方法に関する。
pin型アモルファスシリコン太陽電池は、高効率化を
実現するために、ｉ層に、水素化アモルファスシリコン
（ａ−Si:H）よりも光学ギャップの小さい。水素化アモ
ルファスシリコンゲルマニウム（ａ−SiGe:H）を用い
て、長波長光の吸収を増大させる工夫がされてきた。
実現するために、ｉ層に、水素化アモルファスシリコン
（ａ−Si:H）よりも光学ギャップの小さい。水素化アモ
ルファスシリコンゲルマニウム（ａ−SiGe:H）を用い
て、長波長光の吸収を増大させる工夫がされてきた。
しかし、ａ−SiGe:H膜は、膜形成する際のSi原料ガス
とGe原料ガスの反応性が大きく異なる。このため、この
膜は均一にSi原子とGe原子が分布し、しかも膜中のダン
グリングボンドの少ない膜を形成することが難しく、ａ
−SiGe:H膜の優位性を発揮できなかった。
とGe原料ガスの反応性が大きく異なる。このため、この
膜は均一にSi原子とGe原子が分布し、しかも膜中のダン
グリングボンドの少ない膜を形成することが難しく、ａ
−SiGe:H膜の優位性を発揮できなかった。
そこで、ジャーナル・オブ・ノンクリスタル・ソリッ
ズ97,98巻（1987年）第1367〜第1347頁（Journal of No
n−Crystalline Solids,97＆98（1987）1367〜1374）
に、トライオード方式のプラズマCVD法あるいは水素希
釈法により、ａ−SiGe:H膜の光導電特性を改善すること
が提案されている。
ズ97,98巻（1987年）第1367〜第1347頁（Journal of No
n−Crystalline Solids,97＆98（1987）1367〜1374）
に、トライオード方式のプラズマCVD法あるいは水素希
釈法により、ａ−SiGe:H膜の光導電特性を改善すること
が提案されている。
さらに最近、高真空域でマイクル波プラズマCVD法を
用いることにより、Si原料ガスとGe原料ガスの分解反応
性の差をなくし、光導電特性を改善する方法も注目され
ている。
用いることにより、Si原料ガスとGe原料ガスの分解反応
性の差をなくし、光導電特性を改善する方法も注目され
ている。
しかし、トライオード方式を用いると、成膜速度が１
Å/sec以下と遅く、膜厚が数1000Å必要なpin型太陽電
池のｉ層としては実用的ではない。
Å/sec以下と遅く、膜厚が数1000Å必要なpin型太陽電
池のｉ層としては実用的ではない。
また、水素希釈法あるいはマイクロ波プラズマCVD法
を用いた時、光導電特性が優れたpin型太陽電池のｉ層
を形成する成膜条件では、原料ガス（SiH4,GeH4等）か
ら多くの水素ガスが発生し、基板上に形成されている膜
に損傷を生じやすく、結局、変換効率が低下してしま
う。
を用いた時、光導電特性が優れたpin型太陽電池のｉ層
を形成する成膜条件では、原料ガス（SiH4,GeH4等）か
ら多くの水素ガスが発生し、基板上に形成されている膜
に損傷を生じやすく、結局、変換効率が低下してしま
う。
このようにいまだ、アモルファスシリコンゲルマニウ
ムの特性を生かした太陽電池は、開発されていなかっ
た。
ムの特性を生かした太陽電池は、開発されていなかっ
た。
そこで、本発明の目的は、長波長光の吸収に優れた水
素化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−SiGe:H）
を用いた、安価で、光導電特性に優れ、変換効率に優れ
ている太陽電池を提供することにある。
素化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−SiGe:H）
を用いた、安価で、光導電特性に優れ、変換効率に優れ
ている太陽電池を提供することにある。
本発明の目的は ｉ層としてアモルファスシリコンゲルマニウムを用い
たpin型アモルファスシリコン太陽電池において、 ｐ層とアモルファスシリコンゲルマニウム膜との間
に、少なくとも１層の水素ガス耐性のある保護膜を有す
ることを特徴とするアモルファスシリコン太陽電池によ
って達成される。
たpin型アモルファスシリコン太陽電池において、 ｐ層とアモルファスシリコンゲルマニウム膜との間
に、少なくとも１層の水素ガス耐性のある保護膜を有す
ることを特徴とするアモルファスシリコン太陽電池によ
って達成される。
また、本発明の目的は、 少なくともｐ層、ｉ層、ｎ層および基板からなるアモ
ルファスシリコン太陽電池において、 ｉ層が少なくとも、アモルファスシリコンゲルマニウ
ム膜と、水素ガス耐性のある保護膜とからなり、 前記保護膜が前記アモルファスシリコンゲルマニウム
膜より基板側にあることを特徴とするpin型アモルファ
スシリコン太陽電池によって達成される。
ルファスシリコン太陽電池において、 ｉ層が少なくとも、アモルファスシリコンゲルマニウ
ム膜と、水素ガス耐性のある保護膜とからなり、 前記保護膜が前記アモルファスシリコンゲルマニウム
膜より基板側にあることを特徴とするpin型アモルファ
スシリコン太陽電池によって達成される。
さらに、本発明の目的は、 アモルファスシリコンゲルマニウムを用いたpin型ア
モルファスシリコン太陽電池の製造方法において、 ｉ層の形成にあたり、プラズマパワー密度が0.05W/cm
2以下で、水素含有量10％以下のガスをプラズマ分解す
ることにより、ｐ層上にアモルファスシリコン膜を成膜
した後、 前記アモルファスシリコン膜上にアモルファスシリコ
ンゲルマニウム膜を形成したことを特徴とするpin型ア
モルファスシリコン太陽電池の製造方法によっても達成
される。
モルファスシリコン太陽電池の製造方法において、 ｉ層の形成にあたり、プラズマパワー密度が0.05W/cm
2以下で、水素含有量10％以下のガスをプラズマ分解す
ることにより、ｐ層上にアモルファスシリコン膜を成膜
した後、 前記アモルファスシリコン膜上にアモルファスシリコ
ンゲルマニウム膜を形成したことを特徴とするpin型ア
モルファスシリコン太陽電池の製造方法によっても達成
される。
保護膜の組成は、製造時に、保護膜形成以前に基板に
成膜されている膜（例えば、電極膜やｐ層を指す。以
下、下地膜という。）に損傷を与えなければ、特に限定
されることはないが、光導電特性の優れたａ−Si:H膜が
好ましく用いられる。この場合には、ａ−Si:H膜とａ−
SiGe:H膜よりなる多層化したｉ層を有するpin型太陽電
池となる。本発明においては、ｉ層は何層になろうと限
定されない。
成膜されている膜（例えば、電極膜やｐ層を指す。以
下、下地膜という。）に損傷を与えなければ、特に限定
されることはないが、光導電特性の優れたａ−Si:H膜が
好ましく用いられる。この場合には、ａ−Si:H膜とａ−
SiGe:H膜よりなる多層化したｉ層を有するpin型太陽電
池となる。本発明においては、ｉ層は何層になろうと限
定されない。
保護膜の膜厚は、太陽電池を構成する他の膜の成膜条
件により異なるが、一般的に1000Å以上が好ましい。10
00Åより膜が薄いと下地膜への損傷を食い止める効果が
少なくなってしまう。
件により異なるが、一般的に1000Å以上が好ましい。10
00Åより膜が薄いと下地膜への損傷を食い止める効果が
少なくなってしまう。
保護膜の成膜手段は、光CVD法、あるいは成膜速度の
小さいグロー放電プラズマCVD法等が好ましい。
小さいグロー放電プラズマCVD法等が好ましい。
ａ−Si:H膜を、プラズマパワー密度0.05W/cm2以下
で、水素含有量10％以下のガスをプラズマ分解して形成
することが好ましい。
で、水素含有量10％以下のガスをプラズマ分解して形成
することが好ましい。
水素含有量が10％以上のガスを用いると、下地膜に損
傷を与え変換効率が低下する。また、プラズマパワー密
度0.05W/cm2以上のプラズマ分解でも、下地膜に損傷を
与えてしまう。
傷を与え変換効率が低下する。また、プラズマパワー密
度0.05W/cm2以上のプラズマ分解でも、下地膜に損傷を
与えてしまう。
本発明のアモルファスシリコンゲルマニウムを用いた
太陽電池は、ａ−SiGe:H膜を形成する以前に、水素ガス
から下地膜上を保護する膜を作る。
太陽電池は、ａ−SiGe:H膜を形成する以前に、水素ガス
から下地膜上を保護する膜を作る。
上記保護膜が、光導電特性が高いａ−SiGe:H膜の製造
時に発生する水素ガスによって引き起こされる、ドーピ
ングを施した下地膜に対する物理的、化学的な損傷を防
止する。
時に発生する水素ガスによって引き起こされる、ドーピ
ングを施した下地膜に対する物理的、化学的な損傷を防
止する。
さらに、上記保護膜としてプラズマパワー密度が0.05
W/cm2以下で、水素含有量10％以下のガスをプラズマ分
解して成膜したａ−Si:H膜を用いれば、下地膜が水素ガ
スにより損傷を受けない、光導電特性が優れた膜を成膜
することができる。
W/cm2以下で、水素含有量10％以下のガスをプラズマ分
解して成膜したａ−Si:H膜を用いれば、下地膜が水素ガ
スにより損傷を受けない、光導電特性が優れた膜を成膜
することができる。
本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに
限定されるものではない。
限定されるものではない。
第１図は、本発明のａ−SiGe:H膜を用いた太陽電池の
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
太陽電池は、SnO2膜２を形成したガラス基板１上に、
ｐ層としてのＢ原子ドープａ−Si:H膜３と、保護膜して
第１項目のｉ層のａ−Si:H膜４、第２層目のｉ層として
のａ−SiGe:H膜５と、ｐ原子ドーブ微結晶Si膜６と裏面
Al電極７とを順次積層して構成されている。
ｐ層としてのＢ原子ドープａ−Si:H膜３と、保護膜して
第１項目のｉ層のａ−Si:H膜４、第２層目のｉ層として
のａ−SiGe:H膜５と、ｐ原子ドーブ微結晶Si膜６と裏面
Al電極７とを順次積層して構成されている。
ガラス基板１は青板ガラスを用い、この上にSnO2膜２
を5000Å程度形成する。ｐ型ａ−Si:H膜は、H2希釈B2O6
とSiH4を通常の13.56MHzの平行平板型rfプラズマCVD法
により形成する。
を5000Å程度形成する。ｐ型ａ−Si:H膜は、H2希釈B2O6
とSiH4を通常の13.56MHzの平行平板型rfプラズマCVD法
により形成する。
保護膜である第１層目のｉ−ａ−Si:H膜４はSiH4ガス
を通常の13.56MHzの平行平板型rfプラズマCVD法によ
り、低い電力密度（好ましくは15mW/cm2以下）で1500Å
形成する。
を通常の13.56MHzの平行平板型rfプラズマCVD法によ
り、低い電力密度（好ましくは15mW/cm2以下）で1500Å
形成する。
第２層目のｉ−ａ−SiGe:H膜５は、第３図に示すよう
な有磁場マイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成す
る。上記有磁場マイクロ波プラズマCVD装置は、排気口1
9から排気される真空室12と、その上部に、配置された
放電管13と、マイクロ波を供給するマグネトロン10と、
供給されるマイクロ波を上記放電管13に導波する導波管
11とを備える。上記放電管13の周囲には、磁場を発生す
るソレノイドコイル14が設けられている。真空室12に
は、基板17を載置する試料台18が設けてあり、また先端
が放電管13方向に開口する放電ガス導入口15と、試料台
18方向に開口する成膜がガス導入口16が設けてある。上
記ｎ型微結晶Si膜６は、平行平板型rfプラズマCVD法に
より形成することができる。また、裏面Al電極７は通常
の真空蒸着法により形成する。
な有磁場マイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成す
る。上記有磁場マイクロ波プラズマCVD装置は、排気口1
9から排気される真空室12と、その上部に、配置された
放電管13と、マイクロ波を供給するマグネトロン10と、
供給されるマイクロ波を上記放電管13に導波する導波管
11とを備える。上記放電管13の周囲には、磁場を発生す
るソレノイドコイル14が設けられている。真空室12に
は、基板17を載置する試料台18が設けてあり、また先端
が放電管13方向に開口する放電ガス導入口15と、試料台
18方向に開口する成膜がガス導入口16が設けてある。上
記ｎ型微結晶Si膜６は、平行平板型rfプラズマCVD法に
より形成することができる。また、裏面Al電極７は通常
の真空蒸着法により形成する。
本発明の太陽電池と、本発明外の太陽電池の性能を比
較するために、次のような太陽電池を製造した。
較するために、次のような太陽電池を製造した。
（本発明の太陽電池の製造） 青板ガラスからなるガラス基板１上に、SnO2膜２を約
5000Å形成したものを用いた。この基板に13.56MHzの平
行平板型rfプラズマCVD法を用い、原料ガスとしてH2希
釈１％B2H6（ジボラン）20sccmとSiH420sccmを流し、基
板温度160℃、反応圧力200mTorr、rf電力3Wの条件でＢ
原子をドーブしたａ−Si:H膜３を形成した。
5000Å形成したものを用いた。この基板に13.56MHzの平
行平板型rfプラズマCVD法を用い、原料ガスとしてH2希
釈１％B2H6（ジボラン）20sccmとSiH420sccmを流し、基
板温度160℃、反応圧力200mTorr、rf電力3Wの条件でＢ
原子をドーブしたａ−Si:H膜３を形成した。
次にこの上に保護膜である第１層目のｉ層４として、
SiH425sccm,基板温度180℃，反応圧力200mTorr,rf電力3
W（プラズマパワー密度9.6W/cm2）の条件でａ−Si:H膜
を（１）1000Å，（２）1500Å，（３）2000Å各々形成
したものを作製した。なお、水素ガス濃度は０％であ
る。
SiH425sccm,基板温度180℃，反応圧力200mTorr,rf電力3
W（プラズマパワー密度9.6W/cm2）の条件でａ−Si:H膜
を（１）1000Å，（２）1500Å，（３）2000Å各々形成
したものを作製した。なお、水素ガス濃度は０％であ
る。
各々の試料に対して同じ条件で第２層目のｉ層とし
て、第３図に示す有磁場マイクロ波プラズマCVD装置を
用い、ａ−SiGe:H膜５を形成した。成膜ガス導入口16か
らSiH48sccmとGeH4sccm、放電ガス導入口15からH26sccm
を流し、マイクロ波周波数2.54GHz、マイクロ波出力100
W、放電ガス圧1.6mTorr、基板温度180℃、放電管13の排
気側端部での磁場強度を875Gの条件でａ−SiGe:H膜を形
成した。
て、第３図に示す有磁場マイクロ波プラズマCVD装置を
用い、ａ−SiGe:H膜５を形成した。成膜ガス導入口16か
らSiH48sccmとGeH4sccm、放電ガス導入口15からH26sccm
を流し、マイクロ波周波数2.54GHz、マイクロ波出力100
W、放電ガス圧1.6mTorr、基板温度180℃、放電管13の排
気側端部での磁場強度を875Gの条件でａ−SiGe:H膜を形
成した。
次に前記３試料についてｎ型微結晶Si膜６をH2希釈10
00ppm,ホスフィン50sccm,SiH42sccm,成膜温度170℃，反
応圧力600mTorrの条件で平行平板型rfプラズマCVD法で
放電電力60Wで形成した。
00ppm,ホスフィン50sccm,SiH42sccm,成膜温度170℃，反
応圧力600mTorrの条件で平行平板型rfプラズマCVD法で
放電電力60Wで形成した。
ついで、裏面Al電極を抵抗加熱蒸着により形成し、太
陽電池を得た。
陽電池を得た。
ａ−Si:H膜を（１）1000Å，（２）1500Å，（３）20
00Åの太陽電池を実施例−1,同−2,同−３とする。
00Åの太陽電池を実施例−1,同−2,同−３とする。
水素ガス濃度は９％であるSiH425sccm,基板温度180
℃，反応圧力200mTorr,rf電力13W（プラズマパワー密度
0.04W/cm2）の条件で、保護膜としてａ−Si:H膜４を形
成した以外は、上記実施例−２と同様にして実施例−４
の太陽電池を作成した。
℃，反応圧力200mTorr,rf電力13W（プラズマパワー密度
0.04W/cm2）の条件で、保護膜としてａ−Si:H膜４を形
成した以外は、上記実施例−２と同様にして実施例−４
の太陽電池を作成した。
（比較例の太陽電池の製造） 保護膜のａ−Si:H膜４を形成せず、上記ｐ層ａ−Si:H
膜３の上に直接ｉ−ａ−SiGe:H膜５を形成したことを除
いて、他の条件を全く同一として比較例−１の太陽電池
を形成した。
膜３の上に直接ｉ−ａ−SiGe:H膜５を形成したことを除
いて、他の条件を全く同一として比較例−１の太陽電池
を形成した。
ａ−Si:H膜４の形成に際し、水素含有量が12％のガス
を、rf電力16W（プラズマパワー密度が0.05W/cm2）で形
成したことを除いて、他の条件を実施例−２と同一とし
て比較例−２の太陽電池を形成した。
を、rf電力16W（プラズマパワー密度が0.05W/cm2）で形
成したことを除いて、他の条件を実施例−２と同一とし
て比較例−２の太陽電池を形成した。
ａ−Si:H膜４の形成に際し、水素含有量が10％のガス
を、rf電力19W（プラズマパワー密度が0.06W/cm2）で形
成したことを除いて、他の条件を実施例−２と同一とし
て比較例−３の太陽電池を形成した。
を、rf電力19W（プラズマパワー密度が0.06W/cm2）で形
成したことを除いて、他の条件を実施例−２と同一とし
て比較例−３の太陽電池を形成した。
ａ−Si:H膜４の形成に際し、水素含有量が12％のガス
を、rf電力19W（プラズマパワー密度が0.06W/cm2）で形
成したことを除いて、他の条件を実施例−２と同一とし
て比較例−４の太陽電池を形成した。
を、rf電力19W（プラズマパワー密度が0.06W/cm2）で形
成したことを除いて、他の条件を実施例−２と同一とし
て比較例−４の太陽電池を形成した。
（本発明の太陽電池と比較例の太陽電池の性能比較） 上記の本発明と比較例の太陽電池をAM1.5,100mW/cm2
赤色フィルター下においてＩ−Ｖ特性の測定を行った。
赤色フィルター下においてＩ−Ｖ特性の測定を行った。
その結果を第２図に示す。
第２図は、ａ−Si:H膜厚1500Åである本発明の実施例
−２の太陽電池のＩ−Ｖ特性８を基準に、比較例−１の
太陽電池のＩ−Ｖ特性９を示している。短絡電流、開放
電圧はそれほど差がないが、曲線因子は比較例（曲線
９）で0.457に対し、本発明の太陽電池（曲線８）では
0.571と大きく向上しており、曲線因子が改善されてい
る。
−２の太陽電池のＩ−Ｖ特性８を基準に、比較例−１の
太陽電池のＩ−Ｖ特性９を示している。短絡電流、開放
電圧はそれほど差がないが、曲線因子は比較例（曲線
９）で0.457に対し、本発明の太陽電池（曲線８）では
0.571と大きく向上しており、曲線因子が改善されてい
る。
このように本発明の太陽電池では、曲線因子が大きい
ため、曲線因子×開放電圧×短絡電流密度で表わされる
変換効率が改善される。
ため、曲線因子×開放電圧×短絡電流密度で表わされる
変換効率が改善される。
同様にして、本発明のａ−Si:H膜厚が1000Å,2000Å
の実施例−1,同−３さらに実施例−４の太陽電池は、曲
線因子0.55以上の良好な特性のものが得られた。これに
対し、比較例−2,同−3,同−４の太陽電池は曲線因子が
0.50以下となり、曲線因子が小さかった。
の実施例−1,同−３さらに実施例−４の太陽電池は、曲
線因子0.55以上の良好な特性のものが得られた。これに
対し、比較例−2,同−3,同−４の太陽電池は曲線因子が
0.50以下となり、曲線因子が小さかった。
本発明のように、下地膜上に保護膜としてａ−Si:H膜
を設けることにより、下地膜に損傷がなく、変換効率が
良好な太陽電池を得ることができる。
を設けることにより、下地膜に損傷がなく、変換効率が
良好な太陽電池を得ることができる。
特に、長波長光域にまで吸収特性を有するａ−SiGe:H
膜を、下地膜の損傷なしにｉ層として形成することがで
きるので、アモルファスシリコンゲルマニウムを用いた
太陽電池の効率を大幅に向上できる。
膜を、下地膜の損傷なしにｉ層として形成することがで
きるので、アモルファスシリコンゲルマニウムを用いた
太陽電池の効率を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明のシリコンゲルマニウムを用いたアモ
ルファス太陽電池の構成の一例を示す断面図である。 第２図は、本発明の実施例及び比較例のシリコンゲルマ
ニウムを用いたアモルファス太陽電池のＩ−Ｖ特性を示
す図である。 第３図は、太陽電池のｉ層ａ−SiGe:H膜形成に用いるマ
イクロ波プラズマCVD装置の一例の構造の概要を示す図
である。 １……ガラス基板 ２……SnO2膜 ３……ｐ型ａ−Si:H膜 ４……ｉ−ａ−Si:H膜 ５……ｉ−ａ−SiGe:H膜 ６……ｎ−微結晶Si膜 ７……裏面Al電極 ８……本発明の実施例により作製した太陽電池のＩ−Ｖ
特性 ９……比較例により作製した太陽電池のＩ−Ｖ特性 10……マグネトロン 11……導波管 12……真空室 13……放電管 14……ソレノイドコイル 15……放電ガス導入口 16……成膜ガス導入口 17……基板 18……試料台 19……排気口
ルファス太陽電池の構成の一例を示す断面図である。 第２図は、本発明の実施例及び比較例のシリコンゲルマ
ニウムを用いたアモルファス太陽電池のＩ−Ｖ特性を示
す図である。 第３図は、太陽電池のｉ層ａ−SiGe:H膜形成に用いるマ
イクロ波プラズマCVD装置の一例の構造の概要を示す図
である。 １……ガラス基板 ２……SnO2膜 ３……ｐ型ａ−Si:H膜 ４……ｉ−ａ−Si:H膜 ５……ｉ−ａ−SiGe:H膜 ６……ｎ−微結晶Si膜 ７……裏面Al電極 ８……本発明の実施例により作製した太陽電池のＩ−Ｖ
特性 ９……比較例により作製した太陽電池のＩ−Ｖ特性 10……マグネトロン 11……導波管 12……真空室 13……放電管 14……ソレノイドコイル 15……放電ガス導入口 16……成膜ガス導入口 17……基板 18……試料台 19……排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−49672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−107574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−61907（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ｐ層アモルファスシリコン膜上に、放電ガ
ス圧力1.6mTorrの条件下で有磁場マイクロ波プラズマCV
D法を用いて成膜されるアモルファスシリコンゲルマニ
ウム膜をｉ層として有するpin型アモルファスシリコン
太陽電池の製造方法において、 アモルファスシリコンゲルマニウム膜を設ける前に、ｐ
層アモルファスシリコン膜上に、水素ガス濃度が９％以
下であるSiH4原料ガスを、RFプラズマCVD法を用いて、
プラズマパワー密度0.04W/cm2以下、反応圧力200mTorr
の条件下で分解することにより、ｉ型アモルファスシリ
コン膜を1000Å以上の膜厚で形成すること を特徴とするpin型アモルファスシリコン太陽電池の製
造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2008231A JP2644901B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | ｐｉｎ型アモルファスシリコン太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2008231A JP2644901B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | ｐｉｎ型アモルファスシリコン太陽電池の製造方法 |
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ID=11687388
Family Applications (1)
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