JP3070309B2 - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池の製造方法Info
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Description
リコン (以下a−Siと記す) 系半導体薄膜によって形成
されるp−i−n接合を持つ薄膜太陽電池の製造方法に
関する。
形成する場合、異なる性質の薄膜ごとに成膜室を設けて
望ましくない不純物が室内の雰囲気中に混入するのを防
ぐのが理想的であるが、そのためには一つのp−i−n
接合を形成するのに少なくとも3成膜室を必要とするこ
とになり、製造設備が大型になる。そこで、一つの成膜
室で順次反応ガスを入れ換えてp−i−n接合を形成す
ることが行われる。そして、複数のp−i−n接合をも
つ薄膜太陽電池を製造する場合には、成膜室の数が形成
するp−i−n接合の数に等しく、第一の成膜室で第一
のp−i−n接合、第二の成膜室で第二のp−i−n接
合というように順次形成する装置を用いる。以下図1に
示す製造装置を例にとり、図2に示す断面構造をもつa
−Si/a−Si2段タンデムセルの製造方法について説明
する。まず、ガラス等の透光性絶縁物10上にSnO2 、I
TO、ZnO等の透明導電膜20を形成した成膜基板1を装
着したサセプタ2を搬入室11に導入してバルブ5、真空
計6を介して接続された真空ポンプ7により10-4Torr程
度に真空引きを行う。同時に赤外線ランプ3等の加熱に
よりサセプタ2を150 〜200 ℃程度に加熱する。次に、
サセプタ2を第一成膜室12に搬送し、SiH4 またはSi2
H6 を主ガス、H2 を希釈ガスをとしてバルブ5を介し
て接続されたガス導入管8より導入し、RF電極4に電
圧を印加してプラズマCVD法によりp層21、p/i界
面層22、i層23、n層24をそれぞれ5〜30nm、50〜100n
m 、5〜30nmの厚さに成膜する。その際、光入射側の窓
層になるp層21の成膜時には、ドーピングガスとしてB
2 H6 を添加し、さらにワイドギャップ化のためにCH
4 等の炭化水素を添加してa−SiC膜とするか、CO2
等を添加してa−SiO膜としている。また、n層の成膜
時にはドーピングガスとしてPH3 を添加する。このよ
うにして第一p−i−n接合を形成した後に、サセプタ
2を第二成膜室13に搬送し、同様な方法で第二p−i−
n接合を形成する。その際のp層25、p/i界面層26、
i層27、n層28の膜厚はそれぞれ5〜30nm、5〜30nm、
200 〜600nm 、5〜30nmである。このあと、サセプタを
取り出し室14に移し、この室を大気圧にしてから取り出
す。
を持つ薄膜太陽電池では、各接合のi層膜厚は一定でな
く、一般に光入射側から順に厚くなっている。二段タン
デムセルの場合の典型的なi層膜厚としては、第一i層
23の膜厚が70nm、第二i層27の膜厚が300nm である。こ
の場合の各層成膜時間、すなわち純粋な成膜時間+ガス
導入時間 (0.5分) +成膜後の真空引き時間 (0.5分)
を表1に示す。ここで、p層、p/i界面層、i層およ
びn層の成膜速度は、良好な膜特性が得られる妥当な値
として、それぞれ6nm/分、2nm/分、6nm/分、4nm
/分とした。
p−i−n接合形成時間28分と第二p−i−n接合形成
時間66分とは大きく異なり、これがタクトタイムを長く
する原因になっていた。すなわち、インライン型成膜装
置の場合のタクトタイムは、最も長いプロセス時間で決
まり、今回の例の場合は66分となっていた。
ンライン型の複数の成膜室を用いてp−i−n接合を形
成する場合にタクトタイムを短くすることのできる薄膜
太陽電池の製造方法を提供することにある。
めに、本発明は、複数の成膜室を通じて搬送される基板
上に一つ以上のp−i−n接合を形成する薄膜太陽電池
の製造方法において、少なくとも一つのi層の成膜を一
つの成膜室に基板が搬入されてから最初に行い、その基
板上へのその成膜室内での成膜をドープ層の成膜で終
え、その基板をその成膜室外へ搬出したのち、その成膜
室のクリーニングを行うものとする。そして、複数のp
−i−n接合を形成する際に最も厚いi層の成膜を一つ
の成膜室に基板を搬入して最初に行うか、あるいは一つ
の成膜室と隣接した成膜室とに分割して行うことが有効
である。上記のクリーニングを真性半導体膜を成膜する
場合と同一の操作を成膜室内で実施することによって行
うことが有効である。その場合、10nm以上の厚さの真性
半導体膜を成膜する場合と同一の操作を行うことが効果
的である。さらに、成膜される半導体膜がアモルファス
シリコン系膜であることが有効である。
とが望ましくない。従ってi層単独の成膜室が必要とな
るが、前述のように製造設備の小型化には複数層を一つ
の成膜室で形成することが効果的である。しかし、例え
ば一つの太陽電池のためのp−i−n接合のうちのi層
と次のn層を成膜し、そのあとその室で次の太陽電池製
造のために上面にp層がある基板を搬入してi層を成膜
しようとすると残存するn層のための不純物がp−i接
合特性を損なうことになる。n層形成のためにクリーニ
ングを行えば、このような支障が生ずることがなく、良
好な太陽電池特性が得られる。従って、タンデムセル製
造の場合に最も厚いi層とその次の層を一つの成膜室で
成膜し、他の層をその前の成膜室で成膜すること、ある
いは最も厚い層を隣接する二つの成膜室で分割して行う
ことが可能となり、成膜室間の成膜時間の差が小さくな
り、特に成膜室を増加することなくタクトタイムを短縮
することができる。また、シングルセルの製造において
も、製造に要する時間短縮のためi層以後の各層の形成
をそれ以前の層の形成とを成膜室を別にして行う場合
に、本発明を適用すれば太陽電池特性を維持したまま生
産性を高めることができる。
に示した装置を用いて製造した本発明の実施例について
述べる。先ず、基板1を装着したサセプタ2を第一成膜
室12に搬送し、第一p−i−n接合のp層21、p/i界
面層22、i層23、n層24、および第二p層25、第二p/
i界面層26を順次形成する。つづいて、サセプタ2を第
二成膜室13に搬送し、第二i層27、第二n層28を順次形
成する。そしてサセプタ2を取り出し室14に搬送した後
に、第二成膜室13内のクリーニングを行う。クリーニン
グは、基板の存在しない第二成膜室13にSiH4 およびH
2 を導入し、プラズマCVD法により真性a−Si膜を成
膜するのと同じ操作を1分間行う。その際の操作条件
は、通常、基板上に25nm/分の成膜速度でi−a−Si膜
が堆積する条件になっている。次いでこの装置で次のセ
ルの製造を行った。クリーニングは、その際第二成膜室
13で形成される第二i層27へのりんの混入を防ぐ効果が
ある。本発明の実施例の際の各成膜室でのプロセス時間
を示す。
第一成膜室12に移したことによりタクトタイムが59分に
短縮された。
する。図3にクリーニング時の成膜室において試料基板
上へのa−Si形成膜厚と、そのあと作製された面積1cm
2 の2段タンデムセルの変換効率の関係を示す。クリー
ニングを全くしない場合、すなわちa−Si形成膜厚の0
nmのあとのセルの変換効率は8.6%であり、従来のプロ
セスで形成したタンデムセルの変換効率11.8%に比べて
かなり低くなっている。これに対し、厚さ10nm成膜のク
リーニングを行うことで10.9%まで向上しており、厚さ
20nm以上成膜のクリーニングを行えば、従来のプロセス
と同等の11.5%以上の効率が得られることが分かった。
また、実線31で示した成膜速度25nm/分の場合と、点線
32で示した成膜速度5nm/分の場合で、挙動に大きな違
いが見られないことから、クリーニングの効果は処理時
間によらず、その間に形成されるべき真性a−Si膜の膜
厚によることがわかった。
実施例における第一および第二成膜室12、13でのプロセ
ス時間にまだ22分の差があるのを解消するために、第二
i層27の成膜の一部を第一成膜室12で行うようにした。
これにより、表3に示したとおり、第一、第二成膜室1
2、13でのプロセス時間が等しくなり、プロセス時間が4
8.5に短縮された。この実施例により製造された2段タ
ンデムセルでは12.0%の変換効率が得られており、太陽
電池の特性上も問題がないことがわかった。
金属基板9上に第一n層28、第一i層27、第一p/i界
面層26、第一p層25、第二n層24、第二i層23、第二p
/i界面層22、第二p層21の順にセルを形成した。各層
の膜厚は、図2のセル形成の場合の同一符号を付した層
の膜厚と成膜条件を同じにして全く等しくした。そし
て、第一i層27の成膜を第一、第二成膜室12、13で分割
して行った。この場合のプロセス時間は表4に示すとお
りで、タクトタイムは従来の66分から48.5分に短縮され
た。
の役割がi層へほう素が混入するのを防ぐという点であ
る。クリーニングを行わない場合のセルの変換効率が7.
8 %と低いのに対し、クリーニングを行った場合のセル
の効率は、11.1%に向上した。従来法により形成したセ
ルの効率が11.2%だったので、クリーニングは、ほう素
に対しても有効であることがわかった。
とって説明したが、本発明は、a−SiGe等をボトムセル
にもつ3段タンデムセルにも有効である。また、シング
ルセルの厚いi層を二つの成膜室で分割して形成し、実
成膜所要時間の短縮する場合にも有効である。
プ膜成膜に使用した成膜室をそのあと真性半導体膜成膜
と同一の操作を行うなどの方法でクリーニングすること
により、次に搬入される基板上への真性薄膜の形成の際
の不純物混入が防止されるため、タンデムセルの最も厚
いi層を一つの成膜室で最初に形成する方法、あるいは
二つの成膜室で分割して形成する方法が実施可能とな
り、薄膜太陽電池の量産に用いるインライン型の成膜装
置における各成膜室のプロセス時間の均一化を図ること
によってタクトタイムが、例えば2段タンデムセルの場
合で73%短縮することができた。またシングルセルにお
いても厚いi層の分割形成による実成膜所要時間の短縮
も可能になった。
の断面構造図
さと製造された太陽電池の変換効率との関係線図
電池の断面構造図
Claims (6)
- 【請求項1】複数の成膜室を通じて搬送される基板上に
一つ以上のp−i−n接合を形成する薄膜太陽電池の製
造方法において、少なくとも一つのi層の成膜を一つの
成膜室に基板が搬入されてから最初に行い、その基板上
へのその成膜室内での成膜をドープ層の成膜で終え、そ
の基板をその成膜室外へ搬出したのち、その成膜室のク
リーニングを行うことを特徴とする薄膜太陽電池の製造
方法。 - 【請求項2】複数のp−i−n接合を形成する際に最も
厚いi層の成膜を一つの成膜室に基板を搬入して最初に
行う請求項1記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項3】複数のp−i−n接合を形成する際に最も
厚いi層の成膜を一つの成膜室と隣接した成膜室とに分
割して行う請求項1記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項4】クリーニングを真性半導体膜を成膜する場
合と同一操作を成膜室内で実施することによって行う請
求項1ないし3のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造
方法。 - 【請求項5】10nm以上の厚さの真性半導体膜を成膜する
場合と同一操作を行う請求項4記載の薄膜太陽電池の製
造方法。 - 【請求項6】成膜される半導体膜がアモルファスシリコ
ン系膜である請求項1ないし5のいずれかに記載の薄膜
太陽電池の製造方法。
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JP4325865A JP3070309B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
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JP4325865A JP3070309B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
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JPH06177409A JPH06177409A (ja) | 1994-06-24 |
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JP4325865A Expired - Fee Related JP3070309B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
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US7582515B2 (en) * | 2007-01-18 | 2009-09-01 | Applied Materials, Inc. | Multi-junction solar cells and methods and apparatuses for forming the same |
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JP2009277757A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Denso Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-12-07 JP JP4325865A patent/JP3070309B2/ja not_active Expired - Fee Related
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