JP2883231B2 - 積層型光起電力装置の製造方法 - Google Patents
積層型光起電力装置の製造方法Info
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- photovoltaic device
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は広い光学的バンドギャッ
プ及び高い光導電率を有する積層型光起電力装置の製造
方法に関する。
プ及び高い光導電率を有する積層型光起電力装置の製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】非晶質半導体（ａ−Ｓｉ）を主体とする
光起電力装置においては、その変換効率を向上するた
め、ｐ型、ｉ型、ｎ型又はｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質シ
リコン層を２層以上積層した積層型の光起電力装置の研
究が従来より盛んに行われている。
光起電力装置においては、その変換効率を向上するた
め、ｐ型、ｉ型、ｎ型又はｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質シ
リコン層を２層以上積層した積層型の光起電力装置の研
究が従来より盛んに行われている。
【０００３】この積層型の光起電力装置にあっては、光
の有効利用のために、光入射側の第１層にはバンドギャ
ップの広いものが好ましい。
の有効利用のために、光入射側の第１層にはバンドギャ
ップの広いものが好ましい。
【０００４】このため、従来では、ａ−Ｓｉ膜中にＣ
（炭素）やＯ（酸素）等を添加して光学的バンドギャッ
プを広くする方法が用いられている。しかしながらこの
場合、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ，９７＆９８（１９８７）」
の１０２７頁ないし１０３４頁に記載されているよう
に、Ｃ等を添加すると、ａ−Ｓｉの膜質（光導電率等）
が低下するという問題があった。
（炭素）やＯ（酸素）等を添加して光学的バンドギャッ
プを広くする方法が用いられている。しかしながらこの
場合、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ，９７＆９８（１９８７）」
の１０２７頁ないし１０３４頁に記載されているよう
に、Ｃ等を添加すると、ａ−Ｓｉの膜質（光導電率等）
が低下するという問題があった。
【０００５】一方、Ｃ等を添加することなくａ−Ｓｉ中
の水素（Ｈ）濃度を高くすることにより、広いバンドギ
ャップを有する膜を形成することができる。水素濃度を
高くするには、基板温度を低下させてａ−Ｓｉ膜を形成
すれば良い。例えば、膜の形成時における基板温度を１
００℃以下とすれば、３０ａｔｍ・％のＨ原子を有する
ａ−Ｓｉが得られる。
の水素（Ｈ）濃度を高くすることにより、広いバンドギ
ャップを有する膜を形成することができる。水素濃度を
高くするには、基板温度を低下させてａ−Ｓｉ膜を形成
すれば良い。例えば、膜の形成時における基板温度を１
００℃以下とすれば、３０ａｔｍ・％のＨ原子を有する
ａ−Ｓｉが得られる。
【０００６】しかしながら、基板温度を低下させると、
ａ−Ｓｉ膜の光導電率が低下し、この場合も優れた膜特
性を有するａ−Ｓｉを形成できないという問題があっ
た。
ａ−Ｓｉ膜の光導電率が低下し、この場合も優れた膜特
性を有するａ−Ｓｉを形成できないという問題があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のａ−Ｓｉ膜の製造方法では、広いバンドギャップ及び
優れた膜特性、特に高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜を
形成することができなかった。
のａ−Ｓｉ膜の製造方法では、広いバンドギャップ及び
優れた膜特性、特に高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜を
形成することができなかった。
【０００８】この発明は、上述した従来の問題点を解消
し、ＣやＯを添加することなく、広いバンドギャップを
備えたａ−Ｓｉ膜における光導電率を向上させ、広いバ
ンドギャップ及び高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜を用
いた積層型光起電力装置の製造方法を提供することを目
的とする。
し、ＣやＯを添加することなく、広いバンドギャップを
備えたａ−Ｓｉ膜における光導電率を向上させ、広いバ
ンドギャップ及び高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜を用
いた積層型光起電力装置の製造方法を提供することを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の積層型光起電
力装置の製造方法は、基板上に、一導電型の非晶質シリ
コン層、ｉ型非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコ
ン層からなる光起電力素子を２層以上積層し、光入射側
の第１層には広い光学バンドギャップのｉ型非晶質シリ
コン層を用いる積層型の光起電力装置の製造方法であっ
て、上記第１層目のｉ型非晶質シリコン層は、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて膜厚１００Å以下のｉ型非晶質シリコ
ン膜の形成後、希ガスによるシリコン薄膜の改質処理を
交互に繰り返し、所定の膜厚に形成することを特徴とす
る。
力装置の製造方法は、基板上に、一導電型の非晶質シリ
コン層、ｉ型非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコ
ン層からなる光起電力素子を２層以上積層し、光入射側
の第１層には広い光学バンドギャップのｉ型非晶質シリ
コン層を用いる積層型の光起電力装置の製造方法であっ
て、上記第１層目のｉ型非晶質シリコン層は、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて膜厚１００Å以下のｉ型非晶質シリコ
ン膜の形成後、希ガスによるシリコン薄膜の改質処理を
交互に繰り返し、所定の膜厚に形成することを特徴とす
る。
【００１０】
【００１１】
【作用】この本発明の方法は、高い光導電率（≧１×１
０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の形成温度で
ａ−Ｓｉ薄膜を形成した後、希ガスをプラズマ反応させ
ることで、ａ−Ｓｉ薄膜を改質することができる。従っ
て、この発明の方法を用いることにより広いバンドギャ
ップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖｓ・（αｈν）1/3プロッ
トによる）と高い光導電率（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）
のａ−Ｓｉ薄膜を容易に得ることができ、この薄膜を光
入射側の第１層目のｉ型非晶質シリコン層として用いる
ことで、変換効率の向上が図れる。
０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の形成温度で
ａ−Ｓｉ薄膜を形成した後、希ガスをプラズマ反応させ
ることで、ａ−Ｓｉ薄膜を改質することができる。従っ
て、この発明の方法を用いることにより広いバンドギャ
ップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖｓ・（αｈν）1/3プロッ
トによる）と高い光導電率（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）
のａ−Ｓｉ薄膜を容易に得ることができ、この薄膜を光
入射側の第１層目のｉ型非晶質シリコン層として用いる
ことで、変換効率の向上が図れる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例につき説明する。こ
の発明は、プラズマＣＶＤ法を用いて、高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の
形成温度で、所定時間シラン（ＳｉＨ4）ガスをプラズ
マ分解し、基板上に１００Å以下ａ−Ｓｉ薄膜を形成す
る。そして、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アル
ゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）
等の希ガスを用い、この希ガスを所定時間プラズマ反応
させて、ａ−Ｓｉ薄膜を改質させる。この工程を繰り返
すことにより、所望の膜厚のａ−Ｓｉ薄膜を形成するも
のである。
の発明は、プラズマＣＶＤ法を用いて、高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の
形成温度で、所定時間シラン（ＳｉＨ4）ガスをプラズ
マ分解し、基板上に１００Å以下ａ−Ｓｉ薄膜を形成す
る。そして、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アル
ゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）
等の希ガスを用い、この希ガスを所定時間プラズマ反応
させて、ａ−Ｓｉ薄膜を改質させる。この工程を繰り返
すことにより、所望の膜厚のａ−Ｓｉ薄膜を形成するも
のである。
【００１３】このようにして形成されたａ−Ｓｉ薄膜
は、広い光学的バンドギャップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖ
ｓ．（αｈν）1/3プロットによる）と高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）を有する。しかも、ＳｉＨ
2／ＳｉＨ結合比が減少し、高いσphの高品質なａ−Ｓ
ｉ薄膜が得られる。
は、広い光学的バンドギャップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖ
ｓ．（αｈν）1/3プロットによる）と高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）を有する。しかも、ＳｉＨ
2／ＳｉＨ結合比が減少し、高いσphの高品質なａ−Ｓ
ｉ薄膜が得られる。
【００１４】表１に、この発明のａ−Ｓｉ膜形成条件を
示す。
示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１に示す条件を用い、プラズマＣＶＤ法
を用いて形成する１回のａ−Ｓｉ薄膜形成を５０Åと固
定して、Ａｒプラズマの処理時間を３０秒から２分と変
化させた結果を図１に示す。比較のために、本方法を用
いず表１の膜形成条件を用いて連続で形成した膜、即
ち、Ａｒガスのプラズマ処理を行なわないａ−Ｓｉ薄膜
の特性も合わせて示す。
を用いて形成する１回のａ−Ｓｉ薄膜形成を５０Åと固
定して、Ａｒプラズマの処理時間を３０秒から２分と変
化させた結果を図１に示す。比較のために、本方法を用
いず表１の膜形成条件を用いて連続で形成した膜、即
ち、Ａｒガスのプラズマ処理を行なわないａ−Ｓｉ薄膜
の特性も合わせて示す。
【００１７】図１に示したように、処理時間を長くする
ことにより、バンドギャップも次第に拡がっていき、Ａ
ｒ処理時間が２分では連続形成の膜よりもバンドギャッ
プが０．１ｅＶ広い膜が得られた。しかも、電気的特性
は連続形成の膜とほぼ等しく、この発明方法によるａ−
Ｓｉ膜が広いバンドギャップ及び優れた電気的特性を持
つ膜であることがわかる。
ことにより、バンドギャップも次第に拡がっていき、Ａ
ｒ処理時間が２分では連続形成の膜よりもバンドギャッ
プが０．１ｅＶ広い膜が得られた。しかも、電気的特性
は連続形成の膜とほぼ等しく、この発明方法によるａ−
Ｓｉ膜が広いバンドギャップ及び優れた電気的特性を持
つ膜であることがわかる。
【００１８】また、図１に示すように、膜中のＳｉＨ2
／ＳｉＨ結合比についても連続形成膜と同等であり、Ｓ
ｉＨ2結合の少ない膜である。この膜中のＳｉＨ2結合が
少ないということは、膜の光劣化が小さいということを
意味しており、この発明方法を用いることにより広いバ
ンドギャップで優れた電気的特性を持つばかりでなく信
頼性も高い膜が得られる。
／ＳｉＨ結合比についても連続形成膜と同等であり、Ｓ
ｉＨ2結合の少ない膜である。この膜中のＳｉＨ2結合が
少ないということは、膜の光劣化が小さいということを
意味しており、この発明方法を用いることにより広いバ
ンドギャップで優れた電気的特性を持つばかりでなく信
頼性も高い膜が得られる。
【００１９】また、この効果はＡｒばかりでなく他の希
ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）でも同様である。
ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）でも同様である。
【００２０】図２に、今度はＡｒの処理時間を２分に固
定し、ａ−Ｓｉ薄膜の膜厚を５０〜１００Åと変化させ
た時の水素量とバンドギャップの変化を示す。図２から
分かるように、ａ−Ｓｉの膜厚が１００Åをこえるとこ
の処理はほとんど効果がないことが分かる。
定し、ａ−Ｓｉ薄膜の膜厚を５０〜１００Åと変化させ
た時の水素量とバンドギャップの変化を示す。図２から
分かるように、ａ−Ｓｉの膜厚が１００Åをこえるとこ
の処理はほとんど効果がないことが分かる。
【００２１】本形成法により得られた、バンドギャップ
が広くかつ光導電率の高いａ−Ｓｉは、例えば図３に示
すように、２層積層型のアモルファス太陽電池の１層目
のｉ層として用いることができる。図３に従いこの光起
電力装置について説明する。
が広くかつ光導電率の高いａ−Ｓｉは、例えば図３に示
すように、２層積層型のアモルファス太陽電池の１層目
のｉ層として用いることができる。図３に従いこの光起
電力装置について説明する。
【００２２】ガラス基板１上に、ＳｎＯ2、ＩＴＯ等か
らなる透明電極２、１層目の光起電力素子を構成する膜
厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜から
なるｐ型層３をプラズマＣＶＤ法により透明電極２上に
形成する。
らなる透明電極２、１層目の光起電力素子を構成する膜
厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜から
なるｐ型層３をプラズマＣＶＤ法により透明電極２上に
形成する。
【００２３】続いて、膜厚１０００Åの本発明によるａ
−Ｓｉからなるｉ型層４を形成する。この形成は、ま
ず、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｉ型のａ−Ｓｉ膜を５
０Å形成し、Ａｒプラズマ処理を２分間行う。この処理
を繰り返してｉ型層４を形成する。
−Ｓｉからなるｉ型層４を形成する。この形成は、ま
ず、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｉ型のａ−Ｓｉ膜を５
０Å形成し、Ａｒプラズマ処理を２分間行う。この処理
を繰り返してｉ型層４を形成する。
【００２４】その後、膜厚５０〜３００ÅのＰ（リン）
ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層５をプラズマＣＶＤ法
により形成する。
ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層５をプラズマＣＶＤ法
により形成する。
【００２５】引き続き、２層目の光起電力素子を構成す
る膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜
からなるｐ型層６、膜厚３０００Åの従来法によるａ−
Ｓｉからなるｉ型層７、膜厚５０〜３００ÅのＰ（リ
ン）ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層８、及びＡｇ等の
金属から成る金属電極９をこの順序で積層して光起電力
装置を形成する。
る膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜
からなるｐ型層６、膜厚３０００Åの従来法によるａ−
Ｓｉからなるｉ型層７、膜厚５０〜３００ÅのＰ（リ
ン）ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層８、及びＡｇ等の
金属から成る金属電極９をこの順序で積層して光起電力
装置を形成する。
【００２６】上述したこの発明により形成した光起電力
装置と、ｉ型層を従来の方法で形成した光起電力装置と
を比較したところ、本発明の方法で形成した光起電力装
置では、開放電圧が１．７５Ｖから１．８５Ｖに向上し
た。
装置と、ｉ型層を従来の方法で形成した光起電力装置と
を比較したところ、本発明の方法で形成した光起電力装
置では、開放電圧が１．７５Ｖから１．８５Ｖに向上し
た。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば広
いバンドギャップ及び高い光導電率を備え、かつ膜中の
ＳｉＨ2 結合が少なく低光劣化の非晶質シリコン膜を提
供することができる。この非晶質シリコン膜を積層型光
起電力装置に用いることで、太陽電池特性が向上する。
いバンドギャップ及び高い光導電率を備え、かつ膜中の
ＳｉＨ2 結合が少なく低光劣化の非晶質シリコン膜を提
供することができる。この非晶質シリコン膜を積層型光
起電力装置に用いることで、太陽電池特性が向上する。
【図１】この発明における膜形成時のＡｒのプラズマ処
理時間と膜特性の関係を示す特性図である。
理時間と膜特性の関係を示す特性図である。
【図２】この発明における膜形成時のＡｒのプラズマ処
理を施すａ−Ｓｉの処理膜厚と膜特性の関係を示す特性
図である。
理を施すａ−Ｓｉの処理膜厚と膜特性の関係を示す特性
図である。
【図３】この発明方法により形成した膜を用いた光起電
力装置の例を示す断面図である。
力装置の例を示す断面図である。
１ ガラス基板 ２ 透明電極 ３ ｐ型層 ４ ｉ型層 ５ ｎ型層 ６ ｐ型層 ７ ｉ型層 ８ ｎ型層 ９ 金属電極
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に、一導電型の非晶質シリコン
層、ｉ型非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコン層
からなる光起電力素子を２層以上積層し、光入射側の第
１層には広い光学バンドギャップのｉ型非晶質シリコン
層を用いる積層型光起電力装置の製造方法であって、上
記第１層目のｉ型非晶質シリコン層は、プラズマＣＶＤ
法を用いて膜厚１００Å以下のｉ型非晶質シリコン膜の
形成後、希ガスによるシリコン薄膜の改質処理を交互に
繰り返し、所定の膜厚に形成することを特徴とする積層
型光起電力装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273304A JP2883231B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 積層型光起電力装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273304A JP2883231B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 積層型光起電力装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582456A JPH0582456A (ja) | 1993-04-02 |
| JP2883231B2 true JP2883231B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=17526003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3273304A Expired - Fee Related JP2883231B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 積層型光起電力装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2883231B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0620155B2 (ja) * | 1982-10-20 | 1994-03-16 | 三井東圧化学株式会社 | 非晶質光電変換素子の製造方法および製造装置 |
| JPH03217014A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-24 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 非晶質半導体薄膜 |
| JP2880322B2 (ja) * | 1991-05-24 | 1999-04-05 | キヤノン株式会社 | 堆積膜の形成方法 |
-
1991
- 1991-09-24 JP JP3273304A patent/JP2883231B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0582456A (ja) | 1993-04-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |