JP3453315B2 - Amorphous silicon solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents
Amorphous silicon solar cell and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、特に太陽電池発電
システムで使用される非晶質シリコン太陽電池及びその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an amorphous silicon solar cell used in a solar cell power generation system and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、太陽電池としては、図２に示す構
成のものが知られている（特許第２５３０４０８号）。2. Description of the Related Art Conventionally, a solar cell having a structure shown in FIG. 2 is known (Japanese Patent No. 2530408).
【０００３】図中の符番１はガラス基板（又は透明フィ
ルム）である。このガラス基板１上には、透明電極２，
ｐ型ａ−Ｓｉx Ｃ1-x ：Ｈ層（ｐ層）３，ｉ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層（ｉ層）４，ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層（ｎ層）５及
び金属電極６が順次形成されている。ところで、窓層で
ある前記ｐ層３は、ｐ層３の光学的禁制帯幅を広げるた
め、非晶質シリコンカーバイトから構成されている。ま
た、ｐ層３の価電子制御用のため、ｐ層３の形成時ドー
ピングガスとして原料ガスにジボラン（Ｂ2 Ｈ6）を添
加している。こうした構成の太陽電池において、光はガ
ラス基板１側から入射された後、透明電極２，ｐ層３を
通過してｉ層４に達し、このｉ層４で光エネルギーが電
気エネルギーに変換される。Reference numeral 1 in the figure is a glass substrate (or transparent film). On this glass substrate 1, transparent electrodes 2,
p-type a-Si x C 1-x : H layer (p layer) 3, i-type a-S
An i: H layer (i layer) 4, an n-type a-Si: H layer (n layer) 5 and a metal electrode 6 are sequentially formed. By the way, the p-layer 3, which is the window layer, is made of amorphous silicon carbide in order to widen the optical band gap of the p-layer 3. Further, for controlling the valence electrons of the p-layer 3, diborane (B 2 H 6 ) is added to the source gas as a doping gas when the p-layer 3 is formed. In the solar cell having such a structure, light is incident from the glass substrate 1 side, passes through the transparent electrode 2 and the p layer 3 and reaches the i layer 4, and the i layer 4 converts light energy into electric energy. .
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
太陽電池によれば、下記の問題点を有していた。However, the conventional solar cell has the following problems.
【０００５】（１）ｐ層３の光学的禁制帯幅を拡げるた
めに原料ガスのＣＨ4 流量比を増大させると、ｐ層３の
導電率が低下するとともに透明電極２とｐ層３の界面特
性が低下し、ｐ層３内でのキャリア再結合損失が増大
し、短絡電流が低下する。(1) When the CH 4 flow rate ratio of the source gas is increased in order to widen the optical band gap of the p layer 3, the conductivity of the p layer 3 is lowered and the interface between the transparent electrode 2 and the p layer 3 is decreased. The characteristics deteriorate, the carrier recombination loss in the p layer 3 increases, and the short-circuit current decreases.
【０００６】（２）逆に、ｐ層３の導電率を改善するた
めに原料ガスのＢ2 Ｈ6 流量比を増大させると、光学的
禁制帯幅が小さくなり、発電層であるｉ層４へ到達する
光量が減少する。(2) On the contrary, when the B 2 H 6 flow rate ratio of the source gas is increased in order to improve the conductivity of the p layer 3, the optical bandgap becomes smaller and the i layer 4 which is the power generation layer. The amount of light that reaches is reduced.
【０００７】（３）ｐ層３にａ−ＳｉＣを用いた場合、
カーボンを含まないｉ層４との組成不整合に伴う界面欠
陥が生じ、キャリア再結合損失が増大し、短絡電流が低
下する。(3) When a-SiC is used for the p layer 3,
An interface defect occurs due to a composition mismatch with the i-layer 4 that does not contain carbon, carrier recombination loss increases, and the short-circuit current decreases.
【０００８】（４）ｐ層３にａ−ＳｉＣを用いた場合、
バンドギャップ（Ｅｇ）と導電率は図５に示すように相
反する関係にあるため、セルに適用できる材料の特性は
ほぼ一意に決定され、効率向上が困難であった。(4) When a-SiC is used for the p layer 3,
Since the band gap (Eg) and the conductivity have a contradictory relationship as shown in FIG. 5, the characteristics of the material applicable to the cell are almost uniquely determined, and it is difficult to improve the efficiency.
【０００９】（５）ｐ層３の成膜速度を増加すると、図
５に示すように低速の場合と比べ同じＥgでも抵抗が増
加するため、ｐ層３の高速成膜と高効率の同時達成は困
難であった。なお、図５において、ＤＲ（deposition r
ate）は成膜速度を示す。(5) When the film formation speed of the p layer 3 is increased, the resistance increases even with the same Eg as shown in FIG. Was difficult. In addition, in FIG. 5, DR (deposition r
ate) indicates the film formation rate.
【００１０】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、透明電極上に低炭素組成のｐ層初期膜及びバル
ク膜からなるｐ層を設けることにより、透明電極／ｐ層
界面欠陥を減少させ、キャリア再結合損失を低減しえる
非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and reduces the transparent electrode / p layer interface defect by providing a p layer made of a low carbon composition p layer initial film and a bulk film on the transparent electrode. Therefore, it is an object of the present invention to provide an amorphous silicon solar cell capable of reducing carrier recombination loss and a manufacturing method thereof.
【００１１】また、本発明は、ｐ層とｉ層間にバッファ
層を設けることにより、ｐ層とｉ層の組成不整合を緩和
し、キャリア再結合損失を低減しえる非晶質シリコン太
陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。Further, the present invention provides an amorphous silicon solar cell capable of reducing composition recombination loss and reducing carrier recombination loss by providing a buffer layer between the p layer and the i layer. It is an object to provide a manufacturing method thereof.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、透明
基板と、この透明基板上に形成された透明電極と、この
透明電極上に形成され、ｐ層初期膜及びｐ層バルク膜か
らなるｐ層と、このｐ層上に形成されたｉ層と、このｉ
層上に形成されたｎ層と、このｎ層上に形成された金属
電極とを具備した非晶質シリコン太陽電池において、 前
記ｐ層初期膜は、膜厚が０．５〜３ｎｍであり、前記ｐ
層バルク膜と比べて低炭素であり、且つシランとメタン
とから構成される原料ガス中の炭素とシリコンの原子数
の和に対する炭素原子数の比が０．２〜０．６の範囲と
して形成されて得られる膜であることを特徴とする非晶
質シリコン太陽電池である。The first invention of the present application is a transparent substrate, a transparent electrode formed on the transparent substrate, and a p-layer initial film and a p-layer bulk film formed on the transparent electrode .
A p-layer, an i-layer formed on the p-layer, and an i-layer
And n layer formed on the layer, the amorphous silicon solar cell and a metal electrode formed on the n layer, before
The p-layer initial film has a film thickness of 0.5 to 3 nm,
Low carbon and silane and methane compared to single layer bulk film
The number of carbon and silicon atoms in the source gas consisting of
The ratio of the number of carbon atoms to the sum of
It is an amorphous silicon solar cell characterized by being a film obtained by being formed .
【００１３】第１の発明において、前記ｐ層とｉ層との
間にバッファ層を設けることが好ましい。ここで、バッ
ファ層は、バッファ層バルク膜とバッファ層後期膜とか
ら構成される。バッファ層を設けることにより、ｐ層と
ｉ層の組成不整合が低減し、キャリア再結合損失が低減
する。In the first invention, it is preferable to provide a buffer layer between the p layer and the i layer. Here, the buffer layer is composed of a buffer layer bulk film and a buffer layer late film. By providing the buffer layer, composition mismatch between the p layer and the i layer is reduced, and carrier recombination loss is reduced.
【００１４】本願第２の発明は、透明基板上に透明電極
を形成する工程と、この透明電極上にｐ層初期膜及びｐ
層バルク膜からなるｐ層を形成する工程と、このｐ層上
にｉ層及びｎ層を順次形成する工程と、前記ｎ層上に金
属電極を形成する工程とを具備し、前記ｐ層初期膜は、
膜厚が０．５〜３ｎｍであること、前記ｐ層バルク膜と
比べて低炭素であること、及びシランとメタンを原料ガ
スとして用い、原料ガス中の炭素とシリコンの原子数の
和に対する炭素原子数の比が０．２〜０．６の範囲であ
ることを特徴とする非晶質シリコン太陽電池の製造方法
である。The second invention of the present application is a step of forming a transparent electrode on a transparent substrate, and a p-layer initial film and a p-layer initial film on the transparent electrode.
The method includes the steps of forming a p-layer formed of a bulk layer film, sequentially forming an i-layer and an n-layer on the p-layer, and forming a metal electrode on the n-layer. The membrane is
A film thickness of 0.5 to 3 nm, and the p-layer bulk film
By comparison, the carbon content is low and the ratio of the number of carbon atoms to the sum of the numbers of carbon and silicon atoms in the source gas is 0.2 to 0.6 using silane and methane as the source gas. It is a method for producing a characteristic amorphous silicon solar cell.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る非
晶質シリコン太陽電池について図１を参照して説明す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An amorphous silicon solar cell according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【００１６】図中の符号１１は、透明基板としてのガラ
ス基板を示す。このガラス基板１１上には、酸化スズか
らなる透明電極１２が形成されている。この透明電極１
２上には、膜厚０．５〜３ｎｍのｐ層初期膜１３ａとｐ
層バルク膜１３ｂからなるｐ層１３が形成されている。
前記ｐ層初期膜１３ａはｐ層バルク膜１３ｂと比べ低炭
素（Ｃ）組成となっており、原料ガス中のＣモル比をｐ
層バルク膜１３ｂのモル比よりも小さくすることで実現
できる。前記ｐ層１３上には、膜厚３〜１５ｎｍのバッ
ファ層バルク膜１４ａと膜厚１〜６ｎｍのバッファ層後
期膜１４ｂからなるバッファ層１４が形成されている。
このバッファ層1４上には、ｉ層１５，ｎ層１６及びＡ
ｌからなる金属電極１７が順次形成されている。前記ｉ
層１５及びｎ層１６は非晶質シリコン層より構成されて
いる。また、前記ｐ層１３及びバッファ層１４は、非晶
質シリコンカーバイト層より構成されている。Reference numeral 11 in the figure indicates a glass substrate as a transparent substrate. A transparent electrode 12 made of tin oxide is formed on the glass substrate 11. This transparent electrode 1
On the second layer, p-layer initial films 13a and p having a film thickness of 0.5 to 3 nm are formed.
A p-layer 13 composed of a layer bulk film 13b is formed.
The p-layer initial film 13a has a low carbon (C) composition as compared with the p-layer bulk film 13b, and the C mole ratio in the source gas is p.
It can be realized by making it smaller than the molar ratio of the layer bulk film 13b. A buffer layer 14 is formed on the p-layer 13 and includes a buffer layer bulk film 14a having a thickness of 3 to 15 nm and a buffer layer late film 14b having a thickness of 1 to 6 nm.
The i layer 15, the n layer 16 and the A layer are formed on the buffer layer 14.
The metal electrodes 17 made of 1 are sequentially formed. I
The layer 15 and the n layer 16 are composed of an amorphous silicon layer. The p layer 13 and the buffer layer 14 are composed of an amorphous silicon carbide layer.
【００１７】こうした構成の非晶質シリコン太陽電池
は、次のようにして製造する。The amorphous silicon solar cell having such a structure is manufactured as follows.
【００１８】１）まず、ガラス基板１１上に透明電極１
２を形成した。つづいて、この透明電極１２上に原料ガ
スのＣＨ4 流量比を低下させたｐ層初期膜１３ａを膜厚
０．５〜３ｎｍ形成した。これは、透明電極１２とｐ層
１３界面特性を改善するためである。ここで、ｐ層初期
膜１３ａの膜厚が０．５ｎｍ未満の場合、成膜時間が極
端に短くなるため、プロセス制御が困難になる。また、
ｐ層初期膜１３ａは、後述するｐ層バルク膜と比較して
光学的禁制帯幅が小さいため、その膜厚が３ｎｍを越え
ると、ｐ層初期膜１３ａでの光吸収が増大するため、ｉ
層１５に到達する光量が減少する。1) First, the transparent electrode 1 is formed on the glass substrate 11.
Formed 2. Subsequently, the p layer initial film 13a having a reduced CH 4 flow rate ratio of the raw material gas on the transparent electrode 12 and the thickness 0.5~3nm formed. This is to improve the interface characteristics between the transparent electrode 12 and the p layer 13. Here, when the film thickness of the p-layer initial film 13a is less than 0.5 nm, the film formation time becomes extremely short, which makes process control difficult. Also,
Since the p-layer initial film 13a has a smaller optical band gap than the p-layer bulk film described later, if the film thickness exceeds 3 nm, the light absorption in the p-layer initial film 13a increases.
The amount of light reaching layer 15 is reduced.
【００１９】２)次に、ｐ層初期膜１３ａ上にｐ層バル
ク膜１３ｂ（ボロンＢを添加したｐ型ａ−ＳｉＣ）を形
成し、ｐ層１３を形成した。前記ｐ層初期膜１３ａ，ｐ
層バルク膜１３ｂを形成する時の時間とＣＨ4 流量比：
ＣＨ4 ／（ＣＨ4 ＋ＳｉＨ4）との関係は、例えば図３
に示す通りである。但し、図３において、Ｔ1 はｐ層初
期膜１３ａ形成時間、Ｔ2 は移行膜形成時間、Ｔ3 はｐ
層バルク膜１３ｂ形成時間をそれぞれ示す。ｐ層初期膜
ＣＨ4 流量比：ＣＨ4 ／（ＣＨ4 ＋ＳｉＨ4 ）は０．２
〜０．６である。2) Next, a p-layer bulk film 13b (p-type a-SiC added with boron B) was formed on the p-layer initial film 13a to form the p-layer 13. The p-layer initial film 13a, p
Time for forming the layer bulk film 13b and CH 4 flow rate ratio:
The relationship with CH 4 / (CH 4 + SiH 4 ) is shown in FIG.
As shown in. However, in FIG. 3, T 1 is the p-layer initial film 13a formation time, T 2 is the transition film formation time, and T 3 is p.
The formation time of the layer bulk film 13b is shown respectively. P-layer initial film CH 4 flow rate ratio: CH 4 / (CH 4 + SiH 4 ) is 0.2
~ 0.6.
【００２０】ここで、ＣＨ4 流量比が０．２未満の場
合、ｐ層初期膜１３ａの光学的禁制帯幅が小さくなり、
ｐ層初期膜１３ａでの光吸収が増大するため、ｉ層１５
に到達する光量が減少する。一方、ＣＨ4 流量比が０．
６を越えると、ｐ層初期膜１３ａの導電率が低下し、ｐ
層１３／透明電極１２界面での欠陥が増大する。When the CH 4 flow rate ratio is less than 0.2, the optical band gap of the p-layer initial film 13a becomes small,
Since the light absorption in the p-layer initial film 13a increases, the i-layer 15
The amount of light that reaches is reduced. On the other hand, the CH 4 flow rate ratio is 0.
When it exceeds 6, the conductivity of the p-layer initial film 13a decreases, and p
The defects at the layer 13 / transparent electrode 12 interface are increased.
【００２１】なお、ＣＨ4 流量比０．６以下で成膜した
ｐ層１３は膜構造の乱れが小さいため、そのような膜を
初期膜として用いると、その上に成長するバルク膜の膜
構造も通常に比べ良くなる。従って、バルク膜に高いＣ
Ｈ4 流量比（０．７以上）を用いることができる（従来
よりも広いバンドギャップのｐ層を用いることができ
る）。Since the p layer 13 formed with a CH 4 flow rate ratio of 0.6 or less has a small disorder of the film structure, when such a film is used as an initial film, the film structure of the bulk film grown on the p layer 13 is increased. Will be better than usual. Therefore, high C
A H 4 flow rate ratio (0.7 or more) can be used (a p layer having a wider bandgap than conventional can be used).
【００２２】３)次に、ｐ層バルク膜１３ｂ表面をジボ
ラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を含むプラズマ中で処理した。これ
は、ｐ層１３の導電率を改善するためである。ここで、
ｐ層バルク膜１３ｂのドーピング率（ＳｉＨ4 に対する
Ｂ2 Ｈ6 の流量比）は、０．３％以下とした。ここで、
ドーピング率が０．３％を超えると導電率は向上するも
のの、それと同時に光学的禁制帯幅が小さくなり、ｐ層
１３での光吸収が増大するため、ｉ層１５に到達する光
量が減少する。導電率は、本発明に係るプラズマ処理に
よって増大するため、ドーピング率は０．３％以下が望
ましい。また、ジボランプラズマ処理の高周波電力は５
〜３０Ｗ、ジボランプラズマ処理時間は１５〜９０秒と
した。3) Next, the surface of the p-layer bulk film 13b was treated in a plasma containing diborane (B 2 H 6 ). This is to improve the conductivity of the p layer 13. here,
The doping rate (flow rate ratio of B 2 H 6 to SiH 4 ) of the p-layer bulk film 13b was set to 0.3% or less. here,
When the doping rate exceeds 0.3%, the conductivity is improved, but at the same time, the optical band gap is reduced and the light absorption in the p layer 13 is increased, so that the amount of light reaching the i layer 15 is decreased. . Since the conductivity is increased by the plasma treatment according to the present invention, the doping rate is preferably 0.3% or less. The high frequency power of diborane plasma treatment is 5
˜30 W, and the diborane plasma treatment time was 15 to 90 seconds.
【００２３】高周波電力を５〜３０Ｗとするのは、５Ｗ
未満の場合、プラズマ処理による導電率向上効果が小さ
いからであり、３０Ｗを越えると、下地層であるｐ層１
３及び透明電極１２にダメージを与え、太陽電池として
の特性が低下するからである。また、ジボランプラズマ
処理時間を１５〜９０秒としたのは、処理時間が１５秒
未満の場合、プラズマ処理による導電率向上効果が小さ
く、処理時間が９０秒を越えると、下地層であるｐ層１
３及び透明電極１２にダメージを与え、太陽電池として
の特性が低下するからである。High frequency power of 5 to 30 W is 5 W
If it is less than 30 W, the effect of improving the conductivity by the plasma treatment is small.
3 and the transparent electrode 12 are damaged and the characteristics as a solar cell are deteriorated. Further, the diborane plasma treatment time is set to 15 to 90 seconds because the effect of improving the conductivity by the plasma treatment is small when the treatment time is less than 15 seconds and the p layer which is the underlayer when the treatment time exceeds 90 seconds. 1
3 and the transparent electrode 12 are damaged and the characteristics as a solar cell are deteriorated.
【００２４】４）次に、ｐ層13上に、ｐ層１３と後述す
るｉ層の中間的組成を有するバッファ層１４を形成し
た。ここで、バッファ層１４は、膜厚３〜１５ｎｍのバ
ッファ層バルク膜１４ａと膜厚１〜６ｎｍのバッファ層
後期膜１４ｂから構成される。つまり、バッファ層バル
ク膜１４ａをｐ層バルク膜１３ｂ上に形成した後、放電
を維持したまま原料ガスのＣＨ4 流量比：ＣＨ4 ／（Ｃ
Ｈ4 ＋ＳｉＨ4 ）を徐々に低下するように調整しながら
バッファ層後期膜１４ｂを形成した。4) Next, a buffer layer 14 having an intermediate composition between the p layer 13 and an i layer described later was formed on the p layer 13. Here, the buffer layer 14 is composed of a buffer layer bulk film 14a having a film thickness of 3 to 15 nm and a buffer layer late film 14b having a film thickness of 1 to 6 nm. That is, after the buffer layer bulk film 14a is formed on the p-layer bulk film 13b, the CH 4 flow rate ratio of the source gas: CH 4 / (C
The buffer layer late film 14b was formed while adjusting H 4 + SiH 4 ) so as to gradually decrease.
【００２５】バッファ層バルク膜１４ａの膜厚を３〜１
５ｎｍとしたのは、その膜厚が３ｎｍ未満の場合、バッ
ファ層の機能である組成不整合の緩和効果が小さく、そ
の膜厚が１５ｎｍを越えると、バッファ層バルク膜１４
ａでの光吸収損失が無視できなくなり、ｉ層１５に到達
する光量が減少するからである。また、バッファ層後期
膜１４ｂの膜厚を１〜６ｎｍとしたのは、膜厚が１ｎｍ
未満では、バッファ層の機能である組成不整合の緩和効
果が小さく、その膜厚が６ｎｍを越えると、光照射に伴
うバッファ層後期膜１４ｂの導電率の低下の影響が大き
くなり、バッファ層後期膜挿入効果が小さくなるからで
ある。The buffer layer bulk film 14a has a thickness of 3 to 1
When the thickness is less than 3 nm, the effect of relaxing the composition mismatch, which is a function of the buffer layer, is small, and when the thickness exceeds 15 nm, the buffer layer bulk film 14 has a thickness of 5 nm.
This is because the light absorption loss at a cannot be ignored and the amount of light reaching the i layer 15 decreases. The thickness of the buffer layer late film 14b is set to 1 to 6 nm because the film thickness is 1 nm.
When the thickness is less than 1, the effect of reducing the composition mismatch, which is a function of the buffer layer, is small, and when the thickness exceeds 6 nm, the influence of the decrease in the conductivity of the late buffer layer film 14b due to the light irradiation becomes large, and the late buffer layer This is because the membrane insertion effect becomes smaller.
【００２６】バッファ層成膜におけるＣＨ4 流量パター
ンの一例は、図４に示す通りである。図４において、Ｔ
1 はバッファ層バルク膜１４ａ形成時間を、Ｔ2 はバッ
ファ層後期膜１４ｂ形成時間をそれぞれ示す。An example of the CH 4 flow rate pattern in forming the buffer layer is as shown in FIG. In FIG. 4, T
1 indicates the formation time of the buffer layer bulk film 14a, and T 2 indicates the formation time of the buffer layer bulk film 14b.
【００２７】バッファ層バルク膜１４ａのＣＨ4 流量比
は、０．３〜０．７である。ここで、ＣＨ4 流量比が
０．３未満の場合、バッファ層バルク膜１４ａの光学的
禁制帯幅が小さくなり、バッファ層バルク膜１４ａでの
光吸収が増大するため、ｉ層１５に到達する光量が減少
する。一方、ＣＨ4 流量比が０．７を越えると、バッフ
ァ層バルク膜１４ａの導電率が小さくなるため、キャリ
ア再結合損失が増大し、短絡電流が低下する。The CH 4 flow rate ratio of the buffer layer bulk film 14a is 0.3 to 0.7. Here, if the CH 4 flow rate ratio is less than 0.3, the optical forbidden band width of the buffer layer bulk film 14a becomes small and the light absorption in the buffer layer bulk film 14a increases, so that the i layer 15 is reached. The amount of light decreases. On the other hand, when the CH 4 flow rate ratio exceeds 0.7, the conductivity of the buffer layer bulk film 14a decreases, so that the carrier recombination loss increases and the short circuit current decreases.
【００２８】このようにして製造される非晶質シリコン
太陽電池によれば、以下に述べる効果を有する。The amorphous silicon solar cell manufactured in this way has the following effects.
【００２９】（１）ｐ層バルク膜１3ｂ表面をジボラン
（Ｂ2 Ｈ6 ）を含むプラズマ中で処理することにより、
ｐ層１３の導電率が改善され、ｐ層13内のキャリア再結
合損失が低減する。(1) By treating the surface of the p-layer bulk film 13b in a plasma containing diborane (B 2 H 6 ),
The conductivity of the p layer 13 is improved, and the carrier recombination loss in the p layer 13 is reduced.
【００３０】（２）透明電極１２上に低Ｃ組成のｐ層初
期膜１３ａを設けることにより、透明電極１２／ｐ層１
３界面欠陥が低減し、キャリア再結合損失が低減する。(2) By providing the p-layer initial film 13a of low C composition on the transparent electrode 12, the transparent electrode 12 / p-layer 1
3 Interface defects are reduced and carrier recombination loss is reduced.
【００３１】（３）ｐ層１３とｉ層１５間にバッファ層
１４を設けることにより、ｐ層１３とｉ層１５の組成不
整合が緩和され、キャリア再結合損失が低減する。(3) By providing the buffer layer 14 between the p layer 13 and the i layer 15, the composition mismatch between the p layer 13 and the i layer 15 is relaxed, and the carrier recombination loss is reduced.
【００３２】（４）上記のようにキャリア再結合損失が
低減することにより、分光感度スペクトルにおいて短波
長感度が改善され、短絡電流が増大する。(4) By reducing the carrier recombination loss as described above, the short wavelength sensitivity is improved in the spectral sensitivity spectrum and the short circuit current is increased.
【００３３】（５）上記（２）のように低Ｃ組成のｐ層
初期膜１３ａを設けることにより、透明電極１２との接
触抵抗が小さくなる。また、膜構造の乱れが小さい低Ｃ
組成のｐ層初期膜１３ａが下地にあるため、その上に連
続的に成長する高Ｃ組成であるｐ層バルク膜１３ｂの膜
構造乱れも小さくなる。従って、抵抗の増大を伴わず、
バンドギャップの大きい高Ｃ組成の膜をｐ層バルク膜１
３ｂ適用できるため、ｐ層１３での光吸収ロスが小さく
なる（図６参照）。(5) By providing the p-layer initial film 13a having a low C composition as described in (2) above, the contact resistance with the transparent electrode 12 becomes small. In addition, low C with less disorder of the film structure
Since the p-layer initial film 13a having the composition is the underlying layer, the film structure disorder of the p-layer bulk film 13b having a high C composition and continuously grown thereon is also small. Therefore, without increasing the resistance,
A p-type bulk film 1 having a high C composition with a large band gap is formed.
Since 3b can be applied, the light absorption loss in the p layer 13 is reduced (see FIG. 6).
【００３４】なお、図６において、曲線（イ）はｐ層初
期膜が０ｎｍ（ｐ層初期膜無し）の場合、曲線（ロ）は
ｐ層初期膜が１ｎｍの場合、曲線（ハ）はｐ層初期膜が
２ｎｍの場合を示す。ｐ層初期膜が３ｎｍの場合もその
特性を確認したが、曲線（ｂ）の場合とほぼ同じような
結果が得られた。その結果、図７に示すように従来より
効率が向上できる。また、同じ理由により、ｐ層バルク
膜１３ｂを高速で成膜してもｐ層バルク膜の構造が乱れ
が抑制されるので、ｐ層高速成膜で問題となっていた効
率の低下を抑制できる（図８参照）。なお、図８におい
て、初期膜とはｐ層初期膜１３ａを意味し、高速本体膜
とはｐ層バルク膜１３ｂを意味する。In FIG. 6, the curve (a) shows the case where the p-layer initial film is 0 nm (no p-layer initial film), the curve (b) shows the case where the p-layer initial film is 1 nm, and the curve (c) shows p. The case where the initial layer film is 2 nm is shown. The characteristics were confirmed also when the p-layer initial film was 3 nm, but almost the same result as in the case of the curve (b) was obtained. As a result, as shown in FIG. 7, efficiency can be improved as compared with the conventional case. Further, for the same reason, the disorder of the structure of the p-layer bulk film is suppressed even when the p-layer bulk film 13b is formed at a high speed, so that it is possible to suppress the decrease in efficiency which has been a problem in the high-speed p-layer film formation. (See Figure 8). In FIG. 8, the initial film means the p-layer initial film 13a, and the high-speed main body film means the p-layer bulk film 13b.
【００３５】事実、ｐ層初期膜及びバッファ層を設けな
い場合（比較例）の効率を１００とした場合、既述した
ようにｐ層初期膜１３ａを設けた場合、ｐ層バルク膜１
３ｂをプラズマ処理した場合、ｐ層バルク膜１３ｂとｉ
層１５間にバッファ膜１４を設けた場合の夫々効率は、
１１５、１１０、１１５であることが判明した。これに
より、本発明による効果が確認できた。In fact, when the efficiency in the case where the p-layer initial film and the buffer layer are not provided (Comparative Example) is 100, the p-layer initial film 13a is provided as described above, and the p-layer bulk film 1 is provided.
When 3b is plasma-treated, the p-layer bulk film 13b and i
When the buffer film 14 is provided between the layers 15, the respective efficiencies are
It was found to be 115, 110, 115. This confirmed the effect of the present invention.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、透
明電極上に低炭素組成のｐ層初期膜及びバルク膜からな
るｐ層を設けることにより、透明電極／ｐ層界面欠陥を
減少させ、キャリア再結合損失を低減しえる非晶質シリ
コン太陽電池及びその製造方法を提供できる。As described above in detail, according to the present invention, the transparent electrode / p layer interface defect is reduced by providing the p layer including the p layer initial film and the bulk film of the low carbon composition on the transparent electrode. Thus, an amorphous silicon solar cell capable of reducing carrier recombination loss and a method for manufacturing the same can be provided.
【００３７】また、本発明によれば、ｐ層とｉ層間にバ
ッファ層を設けることにより、ｐ層とｉ層の組成不整合
を緩和し、キャリア再結合損失を低減しえる非晶質シリ
コン太陽電池及びその製造方法を提供できる。Further, according to the present invention, by providing a buffer layer between the p layer and the i layer, the composition mismatch between the p layer and the i layer can be relaxed, and the carrier recombination loss can be reduced. A battery and a method for manufacturing the battery can be provided.
【図１】本発明の一実施例に係る非晶質シリコン太陽電
池の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of an amorphous silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来の太陽電池の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional solar cell.
【図３】図１の非晶質シリコン太陽電池において、ｐ層
初期膜〜ｐ層バルク膜成膜におけるＣＨ４流量パターン
の特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram of a CH 4 flow rate pattern in forming a p-layer initial film to a p-layer bulk film in the amorphous silicon solar cell of FIG.
【図４】図１の非晶質シリコン太陽電池において、バッ
ファ層成膜におけるＣＨ４流量パターンの特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram of a CH 4 flow rate pattern in forming a buffer layer in the amorphous silicon solar cell of FIG.
【図５】成膜速度０．０２ｎｍ／ｓ，０．１ｎｍ／ｓの
場合の、ｐ層のバンドギャップと導電率との関係を示す
特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the band gap of the p layer and the conductivity when the film forming rates are 0.02 nm / s and 0.1 nm / s .
【図６】ｐ層初期膜を変えたときの波長と量子効率との
関係を示す特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between wavelength and quantum efficiency when the p-layer initial film is changed.
【図７】ｐ層初期膜の膜厚と安定化効率との関係を示す
特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the p-layer initial film and the stabilization efficiency.
【図８】ｐ層初期膜の有無の場合の安定化効率、形状因
子との関係を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the stabilization efficiency and the shape factor when the p-layer initial film is provided or not.
１１…ガラス基板、１２…透明電極、１３ａ…ｐ層初期
膜、１３ｂ…ｐ層バルク膜、１３…ｐ層、１４ａ…バッ
ファ層バルク膜、１４ｂ…バッファ層後期膜、１４…バ
ッファ層、１５…ｉ層、１６…ｎ層、１７…金属電極。11 ... Glass substrate, 12 ... Transparent electrode, 13a ... P layer initial film, 13b ... P layer bulk film, 13 ... P layer, 14a ... Buffer layer bulk film, 14b ... Buffer layer late film, 14 ... Buffer layer, 15 ... i layer, 16 ... N layer, 17 ... Metal electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西宮 立淳 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 高野 暁己 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 大嶋 一晃 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 青井 辰史 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 堀岡 竜治 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三菱重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−163875（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−32683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165374（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−25486（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−143877（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tatsujun Nishimiya 5-717-1 Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Akemi Takano 5-chome, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Prefecture 717-1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Kazuaki Oshima 1-1, Atsunoura-machi, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Shipyard (72) Inventor Tatsushi Aoi Nagasaki, Nagasaki-shi, Aginoura-cho 1-1 No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Shipyard (72) Inventor Ryuji Horioka 2-5-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (56) Reference JP-A-59-163875 (JP, A) ) JP-A-1-32683 (JP, A) JP-A-62-165374 (JP, A) JP-A-1-25486 (JP, A) JP-A-63-143877 (JP, A) (58) Fields (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31/078
Claims (6)
た透明電極と、この透明電極上に形成され、ｐ層初期膜
及びｐ層バルク膜からなるｐ層と、このｐ層上に形成さ
れたｉ層と、このｉ層上に形成されたｎ層と、このｎ層
上に形成された金属電極とを具備した非晶質シリコン太
陽電池において、 前記ｐ層初期膜は、膜厚が０．５〜３ｎｍであり、前記
ｐ層バルク膜と比べて低炭素であり、且つシランとメタ
ンとから構成される原料ガス中の炭素とシリコンの原子
数の和に対する炭素原子数の比が０．２〜０．６の範囲
として形成されて得られる膜である ことを特徴とする非
晶質シリコン太陽電池。1. A transparent substrate, a transparent electrode formed on the transparent substrate, and a p-layer initial film formed on the transparent electrode.
A p-layer composed of, and p layer bulk layer, and the i-layer formed on the p layer, a non-equipped and the i layer n layer formed on, and a metal electrode formed on the n layer Crystalline silicon thick
In the positive battery, the p-layer initial film has a thickness of 0.5 to 3 nm, and
Low carbon compared to p-layer bulk film, and silane and meta
Carbon and silicon atoms in the source gas composed of
The ratio of the number of carbon atoms to the sum of numbers is in the range of 0.2 to 0.6
An amorphous silicon solar cell, which is a film obtained by being formed as .
れていることを特徴とする請求項１記載の非晶質シリコ
ン太陽電池。2. The amorphous silicon solar cell according to claim 1, wherein a buffer layer is provided between the p layer and the i layer.
バッファ層後期膜とから構成されていることを特徴とす
る請求項２記載の非晶質シリコン太陽電池。3. The amorphous silicon solar cell according to claim 2, wherein the buffer layer comprises a buffer layer bulk film and a buffer layer late film.
と、この透明電極上にｐ層初期膜及びｐ層バルク膜から
なるｐ層を形成する工程と、このｐ層上にｉ層及びｎ層
を順次形成する工程と、前記ｎ層上に金属電極を形成す
る工程とを具備し、前記ｐ層初期膜は、膜厚が０．５〜
３ｎｍであること、前記ｐ層バルク膜と比べて低炭素で
あること、及びシランとメタンを原料ガスとして用い、
原料ガス中の炭素とシリコンの原子数の和に対する炭素
原子数の比が０．２〜０．６の範囲であることを特徴と
する非晶質シリコン太陽電池の製造方法。4. A step of forming a transparent electrode on a transparent substrate, a step of forming a p layer made of a p layer initial film and a p layer bulk film on the transparent electrode, and an i layer and an n layer on the p layer. The method further comprises a step of sequentially forming layers, and a step of forming a metal electrode on the n-layer, and the p-layer initial film has a thickness of 0.5 to
3 nm, low carbon compared to the p-layer bulk film
Using that, and silane and methane as the raw material gas,
A method for producing an amorphous silicon solar cell, wherein the ratio of the number of carbon atoms to the sum of the numbers of carbon and silicon atoms in the raw material gas is in the range of 0.2 to 0.6.
ッファ層を形成し、このバッファ層上にｉ層及びｎ層を
順次形成することを特徴とする請求項４記載の非晶質シ
リコン太陽電池の製造方法。5. The amorphous structure according to claim 4, wherein after forming the p layer, a buffer layer is formed on the p layer, and an i layer and an n layer are sequentially formed on the buffer layer. Method for high quality silicon solar cell.
バッファ層後期膜とから構成されていることを特徴とす
る請求項５記載の非晶質シリコン太陽電池の製造方法。6. The method for manufacturing an amorphous silicon solar cell according to claim 5, wherein the buffer layer is composed of a buffer layer bulk film and a buffer layer late film.
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