JP3568047B2 - Method of forming photovoltaic element - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、シリコン原子を含有する非単結晶n型層(またはp型層)、非単結晶i型層及び非単結晶p型層(またはn型層)を積層して成るpin構造を、少なくとも2構成以上積層して形成される大陽電池、センサー等の光起電力素子の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体中に存在する欠陥は、電荷の発生や再結合に密接に関係し、素子の特性を低下させるものである。
この様な欠陥準位を補償する方法として、水素プラズマ処理が提案されている。例えばUSP4113514(J.I.Pankove等、RCA社Sep.12,1978)には、完成された半導体素子の水素プラズマ処理について記載されている。また”EFFECT OF PLASMA TREATMENT OF THE TCO ON a−Si SOLAR CELL PERFORMANCE”, F.Demichelis et.al., Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.258,p9O5,1992には、基板上に堆積した透明電極を水素プラズマ処理し、その上にpin構造の太陽電池を形成する方法が示されている。更に”HYDROGEN−PLASMA REACTION FLUSHING F0R a−Si:H P−I−N SOLAR CELL FABRlCATION”,Y.S.Tsuo et.al., Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.149,p471,1989には、pin構造の太陽電池で、i層の堆積前にp層の表面を水素プラズマ処理する事が示されている。以上の様な従来の水素プラズマ処理においては、チャンバーに水素ガスのみを導入し、RFパワーで水素ガスを活性化して水素プラズマ処理を行っていた。
【0003】
水素プラズマは、処理しようとする基板、未完成素子、完成した素子に作用するように広がって行くのみならず、チャンバー全体に広がって行く。水素プラズマは非常に活性であるため、チャンバーの壁面から、壁面に吸着または含まれている、半導体層に取り込まれると欠陥準位となる不純物(例えば酸素、チッ素、炭素、鉄、クロム、ニッケル、アルミニウム等)を取り出してくるという問題点がある。
【0004】
また、水素ガスは放電を起こす事が他のガスよりも難しく、水素ガスのみによるプラズマは、プラズマを維持する事が他のガスよりも難しいため安定した水素プラズマ処理を行う事ができないという問題点がある。
さらに、pin構造を複数積層した光起電力素子において、pin構造の接するp型層とn型層の界面近傍で周期律表第III族元素と第V族元素が相互拡散して高抵抗な層が形成され光起電子の特性が低下するという問題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決する事を目的とする。即ち本発明の目的は、チャンバー壁面に吸着または含まれている不純物の取り込みが実質的に起こらない水素プラズマ処理方法を提供する事であり、更に安定した水素プラズマ処理を行う方法を提供する事である。
【0006】
また本発明の目的は、光起電力素子を高温高湿に置いた場合でも、半導体層の剥離が実質的に起こらない光起電力素子を形成する方法を提供する事にある。
更に本発明の目的は、柔軟な基板上にpin構造を形成した場合に、基板を折り曲げてもpin半導体層が剥離しにくい光起電力素子を形成する方法を提供する事にある。
【0007】
また更に加えて、本発明の目的は、高温高湿下で光照射した場合に、基板と半導体層の剥離や直列抵抗の増加等の光起電力素子の特性低下を抑制した光起電力素子の形成方法を提供する事にある。
また本発明の目的は、高い温度で使用した場合の特性の低下の少ない光起電力素子を提供する事にある。
【0008】
本発明の目的は、p型層からi型層への不純物の拡散等を防止し、初期効率の向上した光起電力素子を提供する事にある。
本発明の目的は、光起電力素子に逆バイアスを印加した場合に、壊れにくい光起電力素子を提供する事にある。
本発明の目的は、p型層とn型層の界面近傍で、周期律表第III族元素の分布を急激に変化する様に分布させて、該界面近傍での高抵抗な層が形成されていない光起電力素子を提供する事にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、p型層とn型層との間の形成方法によって上記目的を達成できる事を見い出した。
即ち、本発明は、基板上に、シリコン原子を含有する非単結晶n型層(またはp型層)、非単結晶i型のn/iバッファー層(またはp/iバッファー層)、非単結晶i型層、非単結晶i型のp/iバッファー層(またはn/iバッファー層)及び非単結晶p型層(またはn型層)を積層して成るpin構造を、少なくとも2構成以上積層した光起電力素子の形成方法において、前記p型層と前記n型層の接する界面近傍を、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスと周期律表第III族元素含有ガスとを含有する水素ガスでプラズマ処理する事を特徴とする。
【0010】
さらに、本発明は、前記基板と前記n型層の界面近傍(または前記基板と前記p型層の界面近傍)を、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスを含有する水素ガスでプラズマ処理する事を特徴とする。
またさらに本発明は、前記n/iバッファー層とn型層の接する界面近傍、前記n/iバッファー層と前記i型層の接する界面近傍、前記p/iバッファー層と前記i型層の接する界面近傍、及び前記p/iバッファー層と前記p型層の接する界面近傍を、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスを含有する水素ガスでプラズマ処理する事を特徴とする。
【0011】
また本発明は、前記シリコン原子含有ガスが、SiH、Si、SiF、SiFH、SiF、SiFH、SiCは、SiClH、SiClの内、少なくとも1種を含む事を特徴としている。
更に本発明は、前記シリコン原子含有ガスの水素ガスに対する含有率が、0.1%以下である事を特徴としている。
【0012】
【作用】
水素ガスにシリコン含有ガスを実質的に堆積に寄与しない程度に含有させて、水素プラズマ処理を行ってから半導体層を堆積して光起電力素子を形成すると前記目的を解決できるものである。その詳細なメカニズムについては、現在のところ明らかではないが、本発明者らは、以下の様に考えている。
【0013】
即ち、水素ガスにシリコン原子含有ガスを実質的に堆積に寄与しない程度に含有させて、水素プラズマ処理を行うと、活性化されたシリコン原子含有ガスが、チャンバー内壁に吸着している酸素や水に作用して安定な酸化珪素等を生じ、酸素や水という形でチャンバー内壁に吸着しているよりも安定な形となる。その結果、シリコン原子含有ガスを実質的に堆積に寄与しない程度に含有させて、プラズマ処理を行うとチャンバー壁面に吸着している酸素や水等の不純物を半導体中に取り込む事を非常に低く抑える事ができるものと考えられる。
【0014】
加えてシリコン原子含有ガスを微量に含有する水素ガスで水素プラズマ処理を行うと、チャンバー壁面では水素原子がチャンバー壁面の内部にまで深く拡散して行く事が抑えられて、チャンバー壁面の内部から半導体層に入って欠陥準位を形成するような不純物を取り出してくる様な反応を極力抑える事ができるものと考えられる。
【0015】
また水素ガスはイオン化エネルギーが高く、プラズマ放電を安定して長時間維持する事は難しいが、本発明の様にプラズマ放電を維持しやすいシリコン原子含有ガスの微量を水素ガスに添加する事によって、水素ガスのプラズマ放電の維持が容易になるものと考えている。この様な非常に安定した水素プラズマ放電を基板や素子に作用させる事によって、水素プラズマ処理の均一性や再現性が非常に向上するものである。この様な水素プラズマ処理の均一性や再現性の向上によって、水素プラズマ処理された基板や素子で長時間高温高湿且つ光照射下で半導体層の局所的な剥離や直列抵抗の増加等を防止できるものである。
【0016】
本発明の水素プラズマ処理は、基板の表面がテクスチャー構造を有し、テクスチャー構造が局所的に鋭利に発達している所に対して、シリコン原子含有ガスを含有するために鈍化させる方向に働くものである。その結果本発明の水素プラズマ処理を施したテクスチャー構造の基板上に、半導体層を堆積しても半導体層の異常成長を実質的に防止できるものである。故にpin構造を有する光起電力素子を形成した場合、光起電力素子の特性むらが少なく、基板と半導体層の密着性に優れ、また高温高湿下での耐久性の優れた光起電力素子が得られるものである。
【0017】
本発明の水素プラズマ処理を、p型層とn型層の界面近傍で行うと、該界面近傍の欠陥を減少させる事ができ、光で励起された電荷の移動を容易にするものである。特に実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスからプラズマによって生ずるシリコン原子含有活性種は、水素プラズマ処理を施している表面のシリコン原子と衝突したり置換したりして構造緩和が進み、表面状態が改善されるものである。特にp型層から光を照射する場合には、p層側で光で励起された電荷が多く発生するため、p層側で欠陥が多く生じやすくなりやすいが、本発明の水素プラズマによる処理をp型層とn型層の界面近傍で行う事で緩和することができるものである。また原子半径の小さいBでp型にされているp型層では、光励起された自由な電荷が増加すると、Bの拡散が促進されて、光起電力素子の特性が低下するという事が、本発明の水素プラズマ処理をp型層とn型層の界面近傍で行う事によって、防止できるものである。その結果、本発明の水素プラズマ処理を行った光起電力素子では、光起電力素子に逆バイアスが印加された場合に、光起電力素子が壊れにくくなるものである。
【0018】
更に本発明の水素プラズマ処理を、p型層とn型層の界面近傍で行うと、周期律表第III族元素と周期律表第V族元素の相互拡散を防止する事ができるため、p型層とn型層の界面近傍に高抵抗な層が形成される事を防止することができる。その結果直列抵抗を小さくできるものである。
本発明の水素プラズマ処理を、p/iバッファー層とp型層の界面で行うと、該界面近傍の欠陥を減少させる事ができ、光で励起された電荷の移動を容易にするものである。特に実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスからプラズマによって生ずるシリコン原子含有活性種は、水素プラズマ処理を施している表面のシリコン原子と衝突したり置換したりして構造緩和が進み、表面状態が改善されるものである。
【0019】
【実施態様例】
以下に本発明の実施態様例を詳細に説明する。
まず、本発明の光起電力素子の形成方法および形成装置について図面を用いて詳細に説明する。
(水素プラズマ処理条件)
図1〜2は本発明のシリコン原子含有ガスを微量に含有する水素ガスで水素プラズマ処理を行った光起電力素子の例である。
【0020】
図1はpin構造を2つ持つ光起電力素子の模式的説明図である。該光起電力素子は、基板290(支持体200、反射層201、反射増加層202)、第1のn型層(またはp型層)203、第1のn/iバッファー層(またはp/iバッファー層)251、第1のi型層204、第1のp/iバッファー層(またはn/iバッファー層)261、第1のp型層(またはn型層)205、第2のn型層(またはp型層)206、第2のn/iバッファー層(またはp/iバッファー層)252、第2のi型層207、第2のp/iバッファー層(またはn/iバッファー層)262、第2のp型層(またはn型層)208、透明電極212、集電電極213から構成されている。また基板側から光を照射する場合には、200を透光性の支持体にし、201を透明導電層、202を反射防止層、212を反射層を兼ねた導電層で構成される。
【0021】
図2はpin構造を3つ持つ光起電力素子の模式的説明図である。該光起電力素子は、基板390(支持体300、反射層301、反射増加層302)、第1のn型層(またはp型層)303、第1のn/iバッファー層(またはp/iバッファー層)351、第1のi型層304、第1のp/iバッファー層(またはn/iバッファー層)361、第1のp型層(またはn型層)305、第2のn型層(またはp型層)306、第2のn/iバッファー層(またはp/iバッファー層)352、第2のi型層307、第2のp/iバッファー層(またはn/iバッファー層)362、第2のp型層(またはn型層)308、第3のn型層(またはp型層)309、第3のn/iバッファー層(またはp/iバッファー層)353、第3のi型層310、第3のp/iバッファー層(またはn/iバッファー層)363、第3のp型層(またはn型層)311、透明電極312、集電電極313から構成されている。また基板側から光を照射する場合には、300を透光性の支持体にし、301を透明導電層、302を反射防止層、312を反射層を兼ねた導電層で構成される。
【0022】
本発明の実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガス及び周期律表第III族元素含有ガスを含有する水素ガスでのプラズマ処理は、p型層とn型層との界面近傍に行うのが効果的である。本発明の目的を達するに適した水素流量は、処理用のチャンバーの大きさによって適宜最適化されるものであるが、1〜2000sccmが適した流量である。水素流量が1sccmより少なくなると、プラズマ放電を維持するための電力が大きくなり、基坂に対する損傷がひどくなり、またチャンバー壁面から不純物を取り込みやすくなる。水素流量が2000sccmより多くなると、プラズマ放電内のシリコン系の活性種や水素の活性種のチャンバー内での滞留時間が短くなるため、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスを含有する水素ガスでのプラズマ処理の効果が現れにくくなるものである。
【0023】
本発明の水素プラズマ処理方法において、水素ガスに添加されるシリコン原子含有ガスの添加量は、0.001%から0.1%が好ましい範囲である。水素ガスに対するシリコン原子含有ガスの添加量が、0.001%より少ないと本発明の効果が現れなくなり、また0.1%より多くなるとシリコン原子の堆積が多くなるために、本来の水素プラズマ処理の効果が現れなくなるものである。
【0024】
本発明の水素プラズマ処理方法において、水素ガスに添加される周期律表第III族元素含有ガスの割合は、0.05〜3%が好適な範囲である。この範囲で周期律表第III族元素を含有し且つ実質的に堆積しない程度のシリコン原子を含有する水素プラズマで、p型層とn型層との界面近傍を処理する事によって、該界面近傍での周期律表第III族元素の分布を急峻に変化させる事ができる。また本発明の水素プラズマ処理によって、該界面近傍での周期律表第III族元素の活性化率が向上し、特にpin構造の光起電力で重要な、p型層とn型層との界面近傍で、周期律表第III族元素の添加量と活性化率が高くなる結果、直列抵抗が減少し光起電力素子としての特性が向上するものである。またp型層に対して本発明の水素プラズマ処理を比較的低温(280℃以下)で行った場合には、n型層への周期律表第III族の拡散は実質的にはとんど無く、p型層の極表面近傍に、周期律表第III族元素が高濃度で活性化率の高い状態で存在する様にできるものである。このように本発明の水素プラズマ処理において、p型層とn型層の界面近傍で周期律表第III族元素を非常に多く且つ高い活性化率で含有させることができるため、p型層を薄くする事ができ、光起電力素子に照射される光を一層有効に利用する事ができるものである。
【0025】
本発明の水素プラズマを発生させるために適したエネルギーは、電磁波であって、中でもRF(radio frequency)、VHF(very high frequency)、MW(microwave)が適したエネルギーである。本発明の水素プラズマ処理をRFで行う場合、好ましい周波数の範囲は、1MHzから50MHzの範囲である。本発明の水素プラズマ処理をVHFで行う場合、好ましい周波数の範囲は、51MHzから500MHzの範囲である。本発明の水素プラズマ処理をMWで行う場合、好ましい周波数の範囲は、0.51GHzから10GHzの範囲である。
【0026】
本発明の水素プラズマ処理を効果的に行うためには、真空度は重要な因子であって、好ましい範囲は、シリコン原子含有ガスを添加した水素ガスを活性化するために使用するエネルギーに大きく依存するものである。水素プラズマ処理をRFの周波数帯で行う場合に好ましい真空度は0.05Torrから10Torrの範囲である。VHFの周波数帯で水素プラズマ処理を行う場合に好ましい真空度は、0.0001Torrから1Torrの範囲である。MWの周波数帯で水素プラズマ処理を行う場合の好ましい真空度は、0.0001Torrから0.01Torrの範囲である。
【0027】
本発明の水素プラズマ処理において、水素プラズマを生じせしめるためにチャンバー内に投入されるパワー密度は、本発明の水素プラズマ処理を効果的に行うためには重要な因子である。この様なパワー密度は、使用する電磁波の周波数に依存する。RFの周波数帯を使用する場合には、パワー密度は、0.01から1W/cmが好ましい範囲である。VHFの周波数帯を使用する場合には、0.01から1W/cmが好ましい範囲である。特にVHFの周波数帯の場合には、広い圧力範囲でプラズマ放電が維持できるという特徴があり、高い圧力で水素プラズマ処理を行う場合には、比較的低いパワー密度で水素プラズマ処理を行う事が好ましく、一方低い圧力で水素プラズマ処理を行う場合には、比較的高いパワー密度で行う事が好ましいものである。MWの周波数帯を使用して本発明の水素プラズマ処理を行う場合には、0.1から10W/cmが好ましいパワー密度の範囲である。本発明の水素プラズマ処理を行うにあたって、パワー密度と水素プラズマ処理時間との間には密接な関係があって、パワー密度が高い場合には、水素プラズマ処理時間は比較的短い方が好ましいものである。
【0028】
本発明の水素プラズマ処理において、水素プラズマ処理時の基板温度は、本発明の効果を有効にするためには、非常に重要な因子である。RFの周波数帯を用いて水素プラズマ処理を行う場合には、基板温度は比較的高めの温度が好ましく、100から400℃が好ましい温度範囲である。VHFまたはMWの周波数帯を用いて本発明の水素プラズマ処理を行う場合には、基板温度は比較的低めの温度が好ましいものである。この場合には、50から300℃が好ましい温度範囲である。また本発明の水素プラズマ処理時の基板温度は、チャンバー内に投入されるパワー密度にも密接に依存し、投入するパワー密度が比較的高めの場合には、基板温度は低めの温度で行うのが好ましいものである。
【0029】
本発明の水素プラズマ処理を行う場合、以上の様なパワー密度、ガス流量、基板温度、圧力等は、処理時間に対して変化させても良いものである。通常基板は、表面近傍に欠陥が多くまた不純物も多く存在している。従って水素プラズマ処理は、処理開始時に比較的高いパワー密度、高い圧力で行うのが好ましいのものである。
【0030】
本発明の水素プラズマ処理において、水素ガスに添加される、シリコン原子含有ガスは、SiH、Si、SiF、SiFH、SiF、SiFH、SiFH5、SiCl、SiClH、SiCl、SlClH等の水素化シリコン化合物またはハロゲン化シリコン化合物が適したものである。これらのシリコン原子含有ガスは、単独で水素ガスに添加しても良く、複数組みあわせて添加しても良いものである。特にハロゲン原子を含有するシリコン原子含有ガスは、ハロゲン原子を含有しないシリコン原子含有ガスよりも多めに添加するのが好ましい混合割合である。
【0031】
(形成方法及び装置)
本発明の光起電力素子の形成方法及びこれに適した形成装置を説明する。形成装置の一例を図3の模式的説明図に示す。
図3において、形成装置400は、ロードチャンバ401、搬送チャンバー402、403、404、アンロードチャンバー405、ゲートバルブ406、407、408、409、基板加熱用ヒーター410、411、412、基板搬送用レール413、n型層(またはp型層)堆積チャンバー417、i型層堆積チャンバー418、p型層(またはn型層)堆積チャンバー419、プラズマ形成用カップ420、421、電源422、423、424、マイクロ波導入用窓425、導波管426、ガス導入管429、449、469、バルブ430、431、432、433、434、441、442、443、444、450、451、452、453、454、455、461、462、463、464、465、470、471、472、473、474、481、482、483、484、マスフローコントローラー436、437、438、439、456、457、458、459、460、476、477、478、479、シャッター427、バイアス棒428、基板ホルダー490、不図示の排気装置、不図示のマイクロ波電源、不図示の真空計、不図示の制御装置等から構成されている。
【0032】
本発明の水素プラズマ処理方法を適用した光起電力素子の形成方法は、図3に示す形成装置を使用して以下の様に行われるものである。
堆積装置400の全てのチャンバーを各チャンバーに接続してある不図示のターボ分子ポンプで10−6Torr以下の真空度に引き上げる。
本発明の水素プラズマ処理をRFで行う場合には、以下の様に行う。ステンレス支持体に銀等の反射層を蒸着し更に酸化亜鉛等の反射増加層を蒸着した基坂を基坂ホルダー490に取りつける。該基板ホルダー490をロードチャンバー401に入れる。ロードチャンバー401の扉を閉じ、ロードチャンバー401を不図示のメカニカルブースターポンプ/ロータリーポンプ(MP/RP)で所定の真空度に引き上げる。ロードチャンバーが所定の真空度になったならば、MP/RPをターボ分子ポンプに切り替えて10−6Torr以下の真空度に引き上げる。ロードチャンバーが10−6Torr以下の真空度になったならば、ゲートバルブ406を開け、基板搬送用レール413上の基板ホルダー490を搬送チャンバー402に移動させ、ゲートバルブ406を閉じる。搬送チャンバー402の基板加熱用ヒーター410を基板ホルダー490がぶつからない様に上に上げる。基板が該ヒーター直下に来る様に基板ホルダーの位置を決める。基板加熱用ヒーター410を下げ、基板をn型層堆積チャンバー内に入れる。
【0033】
基板温度をn型層の堆積に適した温度に変更し、n型層堆積用のSiH,Si等のシリコン原子含有ガス及びn型層堆積用の周期律表第V族元素含有ガスをバルブ443、マスフローコントローラー438、バルブ433を介して堆積チャンバー417に導入する。また水素ガスの流量もn型層に合わせて適宜調節するのが好ましいものである。この様にしてn型層堆積用の原料ガスを堆積チャンバー417に導入し、不図示の排気弁の開閉度を変えて堆積チャンバー417内を0.1から10Torrの所望の真空度にする。そしてRF電源422からプラズマ形成用カップ420にRFパワーを導入し、プラズマ放電を起こし、所望の時間放電を維持する。この様にして基板上にn型層の半導体層を所望の厚さ堆積する。
【0034】
n型層の堆積が終了した後、原料ガスを堆積チャンバー417に導入するのを停止し、該チャンバー内を水素ガスまたはヘリウムガスでパージする。十分にパージをしたならば、水素ガスまたはヘリウムガスの供給を止め、堆積チャンバー内をターボ分子ポンプで10−6Torrまで引き上げる。ゲートバルブ407を開けて基板ホルダー490を搬送チャンバー403に移動し、ゲートバルブ407を閉じる。基板が基板加熱用ヒーター411で加熱できる様に基板ホルダー位置を調節する。基板加熱用ヒーターを基板に接触させ基板を所定の温度に加熱する。同時に水素ガスまたはヘリウムガス等の不活性ガスを堆積チャンバー418に導入する。またその時の真空度は、n/iバッファー層を堆積するときと同じ真空度で行うのが好ましいものである。基板温度が所望の温度になったならば、基板加熱用のガスを止め、n/iバッファー層堆積用の原料ガスをガス供給装置から堆積チャンバー418に供給する。例えば水素ガス、シランガス、ゲルマンガスを、それぞれバルブ462、463、464を開け、マスフローコントローラー457、458、459で所望の設定し、バルブ452、453、454、450を開けてガス導入管449を介して堆積チャンバー418に供給する。同時に不図示の拡散ポンプで供給ガスを、堆積チャンバー418の真空度が所望の圧力になる様に真空引きする。チャンバー418内の真空度が所望の真空度で安定したならば、不図示のRF電源から所望の電力をバイアス印加用のバイアス棒に導入する。そしてRFプラズマCVD法でn/iバッファー層を堆積する。n/iバッファー層は、この後に堆積するi型層よりも堆積速度を遅くして堆積するのが好ましいものである。
【0035】
次に基板温度をi型層堆積の所定の温度になる様に加熱する。水素ガスやヘリウムガス等の不活性ガスをバルブ461を開け、マスフローコントローラーで所望の流量設定し、バルブ451、450を開けて流しながら基板加熱を行う事が好ましいものである。またその時の真空度は、i型層を堆積するときと同じ真空度で行うのが好ましいものである。
【0036】
基板温度が所望の温度になったならば、基板加熱用のガスを止め、i型層堆積用の原料ガスをガス供給装置から堆積チャンバー418に供給する。例えば水素ガス、シランガス、ゲルマンガスを、それぞれバルブ462、463、464を開け、マスフローコントローラー457、458、459で所望の流量設定し、バルブ452、453、454、450を開けてガス導入管449を介して堆積チャンバー418に供給する。同時に不図示の拡散ポンプで供給ガスを、堆積チャンバー418の真空度が所望の圧力になる様に真空引きする。チャンバー418内の真空度が所望の真空度で安定したならば、不図示のマイクロ波電源から所望の電力を導波管426とマイクロ波導入窓425を介して堆積チャンバー418に導入する。マイクロ波エネルギーの導入と同時に、堆積チャンバー418の拡大図に示す様に、バイアス印加用バイアス棒に外部のDC、RFまたはVHF電源424から所望のバイアス電力を堆積チャンバー418内に導入するのも好ましいものである。この様にして所望の層厚にi型層を堆積する。該i型層が所望の層厚に堆積できたならば、マイクロ波パワーとバイアスの印加を停止する。必要に応じて堆積チャンバー418内を水素ガスまたはヘリウムガス等の不活性ガスでパージする。
【0037】
この後、前記n/iバッファー層の堆積と同様にして、p/iバッファー層を所望の層厚に堆積する。その後、必要に応じて堆積チャンバー418内を水素ガスまたはヘリウムガス等の不活性ガスでパージする。
堆積チャンバー内をパージし、排気を拡散ポンプからターボ分子ポンプに替えて、堆積室内の真空度を10−6Torr以下の真空度にする。同時に基板加熱用のヒーターを上に上げ、基板ホルダーが移動できる様にする。ゲートバルブ408を開け、基坂ホルダーを搬送チャンバー403から搬送チャンバー404に移動させ、ゲートバルブ408を閉じる。
【0038】
基板ホルダーを基板加熱用ヒーター412の真下に移動させ、基板を基坂加熱用ヒーター412で加熱する。排気をターボ分子ポンプからMP/RPにかえて、加熱時に水素ガスやヘリウムガス等の不活性ガスをp型層の堆積時の圧力になる様に流して基板加熱を行う事はより好ましい形態である。基板温度が所望の基板温度に安定したならば、基板加熱用の水素ガスや不活性ガス等の基板加熱用のガスの供給を停止し、p型層堆積用の原料ガス、例えばH、SiH、BF等の周期律表第III族元素含有ガスをバルブ482、483、484を開け、マスフローコントローラー477、478、479を介して、更にバルブ472、473、474を開けて、堆積チャンバー419へガス導入管469を通して所望の流量供給する。堆積チャンバー419の内圧が所望の真空度になる様に排気バルブを調節する。堆積チャンバー419の内圧が所望の真空度で安定したならば、RF電源423からRFパワーをプラズマ形成用カップに供給する。そうして所望の時間堆積してp型層を堆積する。堆積終了後、RFパワー、原料ガスの供給を停止し、水素ガスまたはヘリウムガス等の不活性ガスで堆積チャンバー内を十分にパージする。
【0039】
p型層上に本発明の水素プラズマ処理は次の様にして行われるものである。チャンバー内に本発明の水素プラズマ処理を行うに必要な水素ガスとシリコン原子含有ガス及び周期律表第III族元素含有ガスをバルブ471、472、473、マスフローコントローラー476、477、478、バルブ481、482、483、バルブ470を介して所定の流量を堆積チャンバー419に導入する。不図示の排気弁の開閉度を変えて堆積チャンバー419内を所望の真空度にする。チャンバー419の真空度が安定したらRF電源423からRF電力をプラズマ形成用カップ421に導入し、プラズマを発生させる。この様にして所定の時間本発明の水素プラズマ処理を行う。基坂の表面状態やチャンバーの内壁の状態によって、水素プラズマ処理を行っている間に、水素ガスの流量、シリコン原子含有ガスの流量、RFパワー、基板温度等を適宜変化させることが望ましいものである。これらのパラメターの好ましい変化の形としては、最初は、水素流量を多くし時間とともに水素流量を少なくするものである。シリコン原子含有ガスの流量変化の形としては、最初にはシリコン原子含有ガスの流量が少なく時間とともにシリコン原子含有ガスの流量を増加させるものである。RFパワーは最初には高いパワーで時間の経過とともに低いパワーにして行く事が好ましい変化の形態である。
【0040】
このようにしてp型層上に本発明のプラズマ処理を行った後、前述と同様な方法でpin構造を形成する。
最終のp型層を積層し、パージを終了後、排気をMP/RPからターボ分子ポンプに替えて10−6Torr以下の真空度に排気する。同時に基板加熱用のヒーター412を上に上げ、ゲートバルブ409を開けて、基板ホルダー490をアンロードチャンバー405に移動させる。ゲートバルブ409を閉じ、基板ホルダーが100℃以下になったらアンロードチャンバーの扉を開けて、外に取り出す。この様にして本発明の水素プラズマ処理をしたpin半導体層が形成される。pin半導体層を形成した基板を、透明電極堆積用の真空蒸着器にセットして透明電極を半導体層上に形成する。次に透明電極を形成した光起電力素子を、集電電極堆積用の真空蒸着器にセットして、集電電極を蒸着する。この様にして光起電力素子を形成する。
【0041】
本発明の水素プラズマ処理をMWで行う場合には、例えば以下の様に行う。p型層を堆積後、ゲートバルブ408を開けて、基板ホルダー490を搬送チャンバー403に移動させて、ゲートバルブを閉じる。基板が該ヒーター直下に来る様に基板ホルダーの位置を決める。基板加熱用ヒーター411を下げ、基板をi型層堆積チャンバー内に入れる。基板加熱ヒーター411によって所望の基板温度に、基板温度を上げる。ターボ分子ポンプをMP/RPに切り替えて、チャンバー内に本発明の水素プラズマ処理を行うに必要な水素ガスとシリコン原子含有ガス及び周期律表第III族元素含有ガスをバルブ461、462、463、マスフローコントローラー456、457、458、バルブ451、452、453、バルブ450を介して所定の流量を堆積チャンバー418に導入する。不図示の排気弁の開閉度を変えて堆積チャンバー418内を所望の真空度にする。チャンバー418の真空度が安定したら不図示のMW電源からMW電力をマイクロ波導入窓425を介して堆積チャンバー418に導入し、プラズマを発生させる。この様にして所定の時間本発明の水素プラズマ処理を行う。基板の表面状態やチャンバーの内壁の状態によって、水素プラズマ処理を行っている間に、水素ガスの流量、シリコン原子含有ガスの流量、MWパワー、基板温度等を適宜変化させることが望ましいものである。これらのパラメターの好ましい変化の形としては、最初は、水素流量を多くし時間とともに水素流量を少なくするものである。シリコン原子含有ガスの流量変化の形としては、最初にはシリコン原子含有ガスの流量が少なく時間とともにシリコン原子含有ガスの流量を増加させるものである。MWパワーは最初には高いパワーで時間の経過とともに低いパワーにして行く事が好ましい変化の形態である。VHFで本発明の水素プラズマ処理を行う場合においても、MWで行う場合と同様に行う事が好ましいものである。
【0042】
また更に、基板とn型層の界面近傍についても、シリコン原子含有ガスを実質的に堆積しない程度に含有する水素ガスで水素プラズマ処理を行う事も好ましいものである。基板とn型層の界面近傍を水素プラズマ処理を行うには、n型層堆積用チャンバーまたはi型層堆積用チャンバーに基板を前記手順で搬送して、基板を所定の基板温度に保持し、前記手順でシリコン原子含有ガス及び水素ガスを所定の流量を堆積チャンバーに導入しする。RF,VHFまたは/及びMWパワー等の導入パワーの種類に対して適した真空度になる様に、圧力調整バルブで圧力を調整する。RF,VHFまたは/及びMWパワーを導入してプラズマ放電を起こし、基板上に所定の時間本発明の水素プラズマ処理を行う。
【0043】
またn/iバッファー層とi型層の界面近傍についても、シリコン原子含有ガスを堆積に寄与しない程度に含有する水素ガスによるプラズマ処理を行う事によって、光起電力素子の特性は更に向上するのであるが、n/i型層上に本発明の水素プラズマ処理は次の様にして行われるものである。チャンバー内に本発明の水素プラズマ処理を行うに必要な水素ガスとシリコン原子含有ガスをバルブ461、462、マスフローコントローラー456、457、バルブ451、452、バルブ450を介して所定の流量を堆積チャンバー418に導入する。不図示の排気弁の開閉度を変えて堆積チャンバー418内を所望の真空度にする。チャンバー418の真空度が安定したらRF電源424からRF電力をバイアス捧428に導入し、プラズマを発生させる。この様にして所定の時間本発明の水素プラズマ処理を行う。基板の表面状態やチャンバーの内壁の状態によって、水素プラズマ処理を行っている間に、水素ガスの流量、シリコン原子含有ガスの流量、RFパワー、基坂温度等を適宜変化させることが望ましいものである。これらのパラメターの好ましい変化の形としては、最初は、水素流量を多くし時間とともに水素流量を少なくするものである。シリコン原子含有ガスの流量変化の形としては、最初にはシリコン原子含有ガスの流量が少なく時間とともにシリコン原子含有ガスの流量を増加させるものである。RFパワーは最初には高いパワーで時間の経過とともに低いパワーにして行く事が好ましい変化の形態である。
i型層上に本発明の水素プラズマ処理は次の様にして行われるものである。チャンバー内に本発明の水素プラズマ処理を行うに必要な水素ガスとシリコン原子含有ガスをバルブ461、462、マスフロー456、457、バルブ451、452、バルブ450を介して所定の流量を堆積チャンバー418に導入する。不図示の排気弁の開閉度を変えて堆積チャンバー418内を所望の真空度にする。チャンバー418の真空度が安定したらRF電源424からRF電力をバイアス棒428に導入し、プラズマを発生させる。この様にして所定の時間本発明の水素プラズマ処理を行う。基板の表面状態やチャンバーの内壁の状態によって、水素プラズマ処理を行っている間に、水素ガスの流量、シリコン原子含有ガスの流量、RFパワー、基板温度等を適宜変化させることが望ましいものである。これらのパラメターの好ましい変化の形としては、最初は、水素流量を多くし時間とともに水素流量を少なくするものである。シリコン原子含有ガスの流量変化の形としては、最初にはシリコン原子含有ガスの流量が少なく時間とともにシリコン原子含有ガスの流量を増加させるものである。RFパワーは最初には高いパワーで時間の経過とともに低いパワーにして行く事が好ましい変化の形態である。
【0044】
p/iバッファ−層上に本発明の水素プラズマ処理は次の様にして行われるものである。チャンバー内に本発明の水素プラズマ処理を行うに必要な水素ガスとシリコン原子含有ガスをバルブ461、462、マスフローコントローラー456、457、バルブ451、452、バルブ450を介して所定の流量を堆積チャンバー418に導入する。不図示の排気弁の開閉度を変えて堆積チャンバー418内を所望の真空度にする。チャンバー418の真空度が安定したらRF電源424からRF電力をバイアス棒428に導入し、プラズマを発生させる。この様にして所定の時間本発明の水素プラズマ処理を行う。基板の正面状態やチャンバーの内壁の状態によって、水素プラズマ処理を行っている問に、水素ガスの流量、シリコン原子含有ガスの流量、RFパワー、基板温度等を適宜変化させることが望ましいものである。これらのパラメターの好ましい変化の形としては、最初は、水素流量を多くし時間とともに水素流量を少なくするものである。シリコン原子含有ガスの流量変化の形としては、最初にはシリコン原子含有ガスの流量が少なく時間とともにシリコン原子含有ガスの流量を増加させるものである。RFパワーは最初には高いパワーで時間の経過とともに低いパワーにして行く事が好ましい変化の形態である。
【0045】
以上の様にして1つのpin構造を形成し、次に該pin構造を形成した基板を保持した基板ホルダーを搬送チャンバー402に移動し前記pinの各層を堆積した操作手順でpin構造を積層する。トリプルセルの場合にはこの様な操作をもう一度繰り返せば良いものである。pin構造を複数積層した光起電力素子においては、光入射側から順にi型層のバンドギャップが狭くなって行く構成に積層するのが好ましい光起電力素子の構成である。
【0046】
以上の本発明の水素プラズマ処理を行う光起電力素子の形成方法において、ガスボンベは必要に応じて適宜必要なガスボンベと交換して使用すれば良いものである。その場合にガスラインは十分に加熱パージする事が好ましいものである。
次に、上記光起電力素子の構成要素を詳細に説明する。
(基板)
本発明において好適に用いられる支持体の材質としては、堆積膜形成時に必要とされる温度において変形、歪みが少なく、所望の強度を有し、また導電性を有するものであることが好ましく、また反射層や反射増加層を堆積した後に行う本発明の水素プラズマ処理を行っても反射層や反射増加層の支持体との密着性の低下しない支持体が好ましいものである。
【0047】
具体的にはステンレススチール、アルミニウム及びその合金、鉄及びその合金、銅及びその合金等の金属の薄膜及びその複合体、及びそれらの表面に異種材料の金属薄膜及び/またはSiO、Si、Al、AlN等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処理を行なったもの、あるいはポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ等の耐熱性樹脂性シートまたはこれらとガラスファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複合体の表面に金属単体または合金、及び透明導電性酸化物等を鍍金、蒸着、スパッタ、塗布等の方法で導電性処理を行なったものがあげられる。
【0048】
また、前記支持体の厚さとしては、支持体の移動時に形成される湾曲形状が維持される強度を発揮する範囲内であれば、コスト、収納スペース等を考慮して可能な限り薄いほうが望ましい。具体的には、好ましくは0.01mm乃至5mm、より好ましくは0.02mm乃至2mm、最適には0.05mm乃至1mmであることが望ましいが、金属等の薄膜を用いる場合、厚さを比較的薄くしても所望の強度が得られやすい。
【0049】
前記支持体の幅については、特に制限されることはなく、真空容器のサイズ等によって決定される。
前記支持体の長さについては、特に制限されることはなく、ロール状に巻き取られる程度の長さであっても、長尺のものを溶接等によってさらに長尺化したものであってもよい。
【0050】
本発明では支持体を短時間のうち加熱冷却するが、温度分布が支持体の長尺方向に広がるのは好ましくないため、支持体の移動方向の熱伝導は少ないほうが望ましく、支持体表面温度が、加熱冷却に追従するためには厚さ方向に熱伝導が大きい方が好ましい。
支持体の熱伝導を、移動方向に少なく厚さ方向に大きくするには、厚さを薄くすればよく、支持体が均一の場合、(熱伝導)×(厚さ)は好ましくは1×10−1W/K以下、より好ましくは0.5×10−1W/K以下であることが望ましい。
【0051】
(反射層)
反射層の材料としては、Ag、Au、Pt、Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Zn、Mo、Wなどの金属またはこれらの合金が挙げられ、これらの金属の薄膜を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリングなどで形成する。また、形成された金属薄膜が光起電力素子の出力に対して抵抗成分とならぬように配慮されねばならず、反射層のシート抵抗値は、好ましくは50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望ましいものである。
【0052】
前記支持体が透光性であって、透光性の支持体から光起電力素子に光を照射する場合、前記反射層の代わりに透光性の導電層を形成する事が好ましいものである。この様な目的に適した透光性の導電層としては酸化錫、酸化インジウムまたはこれらの合金等が適したものである。更にこれらの透光性の導電層の層厚としては、反射防止の条件になる様な層厚に堆積するのが好ましいものである。これらの透光性導電層のシート抵抗としては、、好ましくは50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望ましいものである。
【0053】
(反射増加層)
反射増加層は、半導体層を通過した基板からの反射光を各半導体層内に効率よく吸収させるために、光の反射率が85%以上であることが望ましく、さらに、電気的には光起電力素子の出力にたいして抵抗成分とならぬようシート抵抗値は100Ω以下であることが望ましい。このような特性を備えた材料として、SnΟ、In、ZnΟ、CdΟ、CdSnO、ITO(InΟ+SnO)などの金属酸化物が挙げられる。反射増加層は、光起電力素子においてはp型層またはn型層に接して積層され、相互の密着性の良いものを選ぶことが必要である。また反射増加層は反射増加の条件に合う様な層厚に堆積するのが好ましいものである。反射増加層の作製方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法などを用いることができ、所望に応じて適宜選択される。
【0054】
(i型層)
特にIV族もしくはIV族系合金非晶質半導体材料を用いた光起電力素子に於いて、pin接合に用いるi型層は照射光に対してキャリアを発生輸送する重要な層である。i型層としては、僅かp型、僅かn型の層も使用できるものである。非晶質半導体材料には、水素原子(H,D)またはハロゲン原子(X)が含有され、これが重要な働きを持つ。
【0055】
i型層に含有される水素原子(H,D)またはハロゲン原子(X)は、i型層の未結合手(ダングリングボンド)を補償する働きをし、i型層でのキァリアの移動度と寿命の積を向上させるものである。またp型層/i型層、n型層/i型層の各界面の界面準位を補償する働きをし、光起電力素子の光起電力、光電流そして光応答性を向上させる効果のあるものである。i型層に含有される水素原子または/及びハロゲン原子は1〜40at%が最適な含有量として挙げられる。特に、p型層/i型層、n型層/i型層の各界面側で水素原子または/及びハロゲン原子の含有量が多く分布しているものが好ましい分布形態として挙げられ、該界面近傍での水素原子または/及びハロゲン原子の含有量はバルク内の含有量の1.1〜2倍の範囲が好ましい範囲として拳げられる。更にシリコン原子の含有量に対応して水素原子または/及びハロゲン原子の含有量が変化していることが好ましいものである。
【0056】
本発明の光起電力素子において、pin構造を複数有する場合、光の入射側から順にi型層のバンドギャップが小さくなる様に積層するのが好ましいものである。比較的バンドギャップの広いi型層としては非晶質シリコンや非晶質炭化シリコンが用いられ、比較的バンドギャップの狭いi型半導体層としては、非晶質シリコンゲルマニウムが用いられる。非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウムは、ダングリングボンドを捕償する元素によって、a−Si:H、a−Si:F、a−Si:H:F、a−SiGe:H、a−SiGe:F、a−SiGe:H:F等と表記される。
【0057】
非晶質シリコンゲルマニウムをi型層として用いる場合には、ゲルマニウムの含有量をi型層の層厚方向に変化させるのが好ましいものである。特にn型層または/及びp型層方向でゲルマニウム含有量が連続的に減少しているのが好ましいゲルマニウムの分布形態である。ゲルマニウム原子の層厚中での分布の状態は、原料ガスに含有させるゲルマニウム含有ガスの流量比を変化させる事によって行うことができるものである。またMWプラズマCVD法でゲルマニウム原子のi型層中の含有量を変化させる方法としては、ゲルマニウム含有ガスの流量比を変化させる方法の他に、原料ガスの希釈ガスである水素ガスの流量を変化させる事によって同様に行うことができるものである。水素希釈量を多くする事によって堆積膜(i型層)中のゲルマニウム含有量を増加させる事ができるものである。
【0058】
本発明の水素プラズマ処理は、前記の様にゲルマニウム原子を連続的に変えた所謂グレーデットバンドギャップ層と該層と接するバッファー層との間の電気的な接続を特に向上させるものである。
さらに具体的には、例えば、本発明の光起電力素子のに好適なpin接合のi型半導体層としては、i型の水素化非晶質シリコン(a−Si:H)が挙げられ、その特性としては、光学的バンドギャップ(Eg)が、1.60eV〜1.85eV、水素原子の含有量(CH)が、1.0〜25.0%、AM1.5、100mW/cmの疑似太陽光照射下の光電導度(σp)が、1.0×10−5S/cm以上、暗電導度(σd)が、1.0x10−9S/cm以下、コンスタントフォトカレントメソッド(CPM)によるアーバックテイルの傾きが、55meV以下、局在準位密度は1017/cm以下のものが好ましいものである。
【0059】
また、本発明の光起電力素子のバンドギャップが比較的狭いi型半導体層を構成する半導体材料非晶質シリコンゲルマニウムは、その特性として光学的バンドギャップ(Eg)が、1.20eV〜1.60eV、水素原子の含有量(CH)が、1.0〜25%であり、コンスタントフォトカレントメソッド(CPM)によるアーバックテイルの傾きが、55meV以下、局在準位密度は1017cm以下のものが好ましいものである。
【0060】
本発明に適したi型層は、以下の様な条件で堆積するのが好ましいものである。非晶質半導体層は、RF、VHFまたはMWプラズマCVD法で堆積するのが好ましいものである。
RFプラズマCVD法で堆積する場合には、基板温度は、100から350℃、堆積室内の真空度は0.05から10Torr、RFの周波数は1から50MHzが適した範囲である。特にRFの周波数は13.56MHzが適している。また堆積室内に投入されるRFパワーは0.01から5W/cmが好適な範囲である。またRFパワーによって基板に印加されるセルフバイアスは、0から300が好適な範囲である。
【0061】
VHFプラズマCVD法で堆積する場合には、基板温度は、100から450℃、堆積室内の真空度は0.0001から1Torr、VHFの周波数は60から500MHzが適した範囲である。特にVHFの周波数は100MHzが適している。また堆積室内に投入されるVHFパワーは0.01から1W/cmが好適な範囲である。またVHFパワーによって基板に印加されるセルフバイアスは、10がら1000Vが好適な範囲である。またVHFに重畳してまたは別にバイアス棒を設けて、DCやRFを堆積チャンバーに導入する事によって堆積した非晶質膜の特性が向上するものである。DCバイアスをバイアス棒を使って導入する場合、バイアス棒が正極になる様にするのが好ましいものである。またDCバイアスを基板側に導入する場合には、基板側が負極になる様に導入するのが好ましいものである。RFバイアスを導入する場合、基板面積よりもRFを導入する電極の面積を狭くするのが好ましいものである。
【0062】
MWプラズマCVD法で堆積する場合には、基板温度は、100から450℃、堆積室内の真空度は0.0001から0.05Torr、MWの周波数は501MHzから10GHzが適した範囲である。特にMWの周波数は2.45GHzが適している。また堆積室内に投入されるMWパワーは0.01から1W/cmが好適な範囲である。MWパワーは、導波管で堆積チャンバーに導入するのが最適である。またMWに加えて、別にバイアス棒を設けて、DCやRFを堆積チャンバーに導入する事によって堆積した非晶質膜の特性が向上するものである。DCバイアスをバイアス棒を使って導入する場合、バイアス棒が正極になる様にするのが好ましいものである。またDCバイアスを基板側に導入する場合には、基板側が負極になる様に導入するのが好ましいものである。RFバイアスを導入する場合、基板面積よりもRFを導入する電極の面積を狭くするのが好ましいものである。
【0063】
本発明のプラズマ処理に適したi型層の堆積には、SiH、Si、SiF、SiF等のシラン系原料ガスが適している。またバンドギャップを広げるためには炭素、チッ素または酸素含有ガスを添加するのが好ましいものである。炭素、チッ素または酸素含有ガスは、i型層の中に均一に含有させるよりは、p型層または/及びn型層近傍で多く含有させる事が好ましいものである。この様にする事によってi型層中での電荷の走行性を阻害することなく、開放電圧を向上させることができるものである。炭素含有ガスとしては、C2n+2、C2nやC等が適している。チッ素含有ガスとしては、N、NO、N0、NO、NH等が適している。酸素含有ガスとしては、O,CO、O等が適している。またこれらのガスを複数組みあわせて導入しても良いものである。これらバンドギャップを大きくする原料ガスの添加量としては、0.1から50%が適した量である。
【0064】
更に、i型層は、周期律表第III族または/及び第V族の元素を添加することにより、特性が向上するものである。周期律表第III族元素としては、B、Al、Ga等が適したものである。特にBを添加する場合にはB、BF等のガスを用いて添加するのが好ましいものである。また周期律表第V族元素としては、N、P、As等が適したものである。特にPを添加する場合にはPHが適したものとして挙げられる。周期律表第III族または/及び第V族元素のi型層への添加量としては、0.1から1000ppmが適した範囲である。
【0065】
i型層に対して、n/iバッファー層やp/iバッファー層を設ける事によって、光起電力素子の特性が向上するものである。該バッファー層としては、前記i型層と同様な半導体層が使用可能であり、特にi型層よりは堆積速度を遅くして堆積するのが好ましいものである。該バッファー層は、i型層よりもバンドギャップが広い半導体が適している。該バンドギャップは、i型層からバッファー層に滑らかに連続的であるのが好ましいものである。該バッファー層でバンドギャップを連続的に変えるための方法としては、シリコン系の非単結晶半導体に含有させるゲルマニウム原子の含有量を増加させる事によって、バンドギャップを狭くすることができるものである。一方、シリコン系の非単結晶半導体中に含有される炭素原子、酸素原子または/及びチッ素原子の含有量を増加させる事によってバンドギャップは連続的に広くすることができるものである。バンドギャップの一番狭い所と一番広い所の比は1.01から1.5であるのが好ましい範囲である。
【0066】
また該バッファー層に周期律表第III族または/及び第V族の元素を添加する場合には、n/iバッファー層には周期律表第III族元素を添加し、p/iバッファー層には周期律表第V族元素を添加するのが好ましいものである。この様にする事によって、n型層または/及びp型層からの不純物のi型層への拡散による特性の低下を防止する事ができるものである。
【0067】
(n型層、p型層)
p型層またはn型層も、本発明の光起電力装置の特性を左右する重要な層である。p型層またはn型層の非晶質材料(a−と表示する)(微結晶材料(μc−と表示する)も非晶質材料の範ちゅうに入ることは言うまでもない。)としては、例えばa−Si:H,a−Si:HX,a−SiC:H,a−SiC:HX,a−SiGe:H,a−SiGeC:H,a−SiO:H,a−SiN:H,a−SiON:HX,a−SiOCN:HX,μc−Si:H,μc−SiC:H,μc−Si:HX,μc−SiC:HX,μc−SiGe:H,μc−SiO:H,μc−SiGeC:H,μc−SiN:H,μc−SiON:HX,μc−SiOCN:HX,等にp型の価電子制御剤(周期律表第III族原子B,Al,Ga,In,TI)やn型の価電子制御剤(周期律表第V族原子P,As,Sb,Bi)を高濃度に添加した材料が挙げられ、多結晶材料(poly−と表示する)としては、例えばpoly−Si:H,poly−Si:HX,poly−SiC:H,poly−SiC:HX,poly−SiGe:H,poly−Si,poly−SiC,poly−SiGe,等にp型の価電子制御剤(周期律表第III族原子B.Al,Ga,In,Tl)やn型の価電子制御剤(周期律表第V族原子P,As,Sb,Bi)を高濃度に添加した材料が挙げられる。
【0068】
特に光入射側のp型層またはn型層には、光吸収の少ない結晶性の半導体層か、バンドギァプの広い非晶質半導体層が適している。
p型層への周期律表第III族原子の添加量およびn型層への周期律表第V族原子の添加量は0.1〜50at%が最適量として挙げられる。
またp型層またはn型層に含有される水素原子(H,D)またはハロゲン原子はp型層またはn型層の未結合手を補償する働きをしp型層またはn型層のドーピング効率を向上させるものである。p型層またはn型層へ添加される水素原子またはハロゲン原子は0.1〜40at%が最適量として挙げられる。特にp型層またはn型層が結晶性の場合、水素原子またはハロゲン原子は0.1〜8at%が最適量として挙げられる。更にp型層/i型層、n型層/i型層の各界面側で水素原子または/及びハロゲン原子の含有量が多く分布しているものが好ましい分布形態として挙げられ、該界面近傍での水素原子または/及びハロゲン原子の含有量はバルク内の含有量の1.1〜2倍の範囲が好ましい範囲として拳げられる。このようにp型層/i型層、n型層/i型層の各界面近傍で水素原子またはハロゲン原子の含有量を多くすることによって該界面近傍の欠陥準位や機械的歪を減少させることができ本発明の光起電力素子の光起電力や光電流を増加させることができる。
【0069】
光起電力素子のp型層及びn型層の電気特性としては活性化エネルギーが0.2eV以下のものが好ましく、0.1eV以下のものが最適である。また比抵抗としては100Ωcm以下が好ましく、1Ωcm以下が最適である。さらにp型層及びn型層の層厚は1〜50nmが好ましく、3〜10nmが最適である。
本発明の光起電力素子の半導体層として好適なIV族及びIV族合金系非晶質半導体層を形成するために、最も好適な製造方法はマイクロ波プラズマCVD法であり、次に好適な製造方法はRFプラズマCVD法である。
【0070】
マイクロ波プラズマCVD法は、堆積チャンバーに原料ガス、希釈ガスなどの材料ガスを導入し、真空ポンプによって排気しつつ、堆積室の内圧を一定にして、マイクロ波電源によって発振されたマイクロ波を、導波管によって導き、誘電体窓(アルミナセラミックス等)を介して前記堆積チャンバーに導入して、材料ガスのプラズマを生起させて分解し、堆積室内に配置された基板上に所望の堆積膜を形成する方法であり、広い堆積条件で光起電力装置に適用可能な堆積膜を形成することができる。
【0071】
本発明の光起電力素子に好適な第IV族及び第IV族合金系非晶質半導体層の堆積に適した原料ガスとしては、シリコン原子を含有したガス化し得る化合物、ゲルマニウム原子を含有したガス化し得る化合物、炭素原子を含有したガス化し得る化合物、窒素原子を含有し先ガス化し得る化合物、酸素原子を含有したガス化し得る化合物等及び該化合物の混合ガスを拳げることができる。
【0072】
具体的にシリコン原子を含有するガス化し得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用いられ、具体的には例えば、SiH、Si、SiF、SiFH、SiF、SiFH,Si、SiD、SiHD,SiH、SiHD,SiFD,SiF,SiDH,Si、(SiF,(SiF,(SiF,Si,Si,Si,Si,SiCl,(SiCl,SiBr、(SiBr,SiCl、SiHCl、SiHBr、SiHCl,SiClなどのガス状態のまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。
【0073】
具体的にゲルマニウム原子を含有するガス化し得る化合物としてはGeH、GeD、GeF、GeFH、GeF、GeFH,GeHD、GeH、GeHD,Ge、Ge等が挙げられる。
具体的に炭素原子を含有するガス化し得る化合物としては、CH、CD、C2n+2(nは整数)、C2n(nは整数),C、C、CO、CO等が挙げられる。
【0074】
窒素含有ガスとしてはN、NH、ND,NO,NO、NOが挙げられる。
酸素含有ガスとしてはO,CO,CO、NO,NO、NO,CHCHOH,CHOH等が拳げられる。
また、価電子制御するためにp型層またはn型層に導入される物質としては周期律表第III族原及び第V族原子が挙げられる。
【0075】
第III族原子導入用の出発物質として有効に使用されるものとしては、具体的にはホウソ原子導入用としては、B、B10,B、B11,B10,B12,B14等の水素化ホウソ、BF、BCl等のハロゲン化ホウソ等を挙げることができる。このほかにAlCl、GaCl、InCl,TlCl等も挙げることができる。特にB,BFが適している
第V族原子導入用の出発物質として有効に使用されるのは、具体的には燐原子導入用としてはPH、Pの水素化燐、PHI,PF、PF、PCl、PCl、PBr,PBr、PI等のハロゲン化燐が挙げられる。このほかAsH,AsF、AsCl,AsBr,AsF、SbH,SbF、SbF,SbCl、SbCl、BiH、BiCl、BiBr等も挙げることができる。特にPH,PFが適している。
【0076】
また前記ガス化し得る化合物をH、He,Ne,Ar,Xe,Kr等のガスで適宜希釈して堆積室に導入しても良い。特に微結晶半導体やa−SiC:H等の光吸収の少ないかバンドギァプの広い層を堆積する場合は、水素ガスで2〜100倍に原料ガスを希釈し、マイクロ波パワー、あるいはRFパワーは比較的高いパワーを導入するのが好ましいものである。
【0077】
(透明電極)
透明電極は、太陽や白色蛍光灯などからの光を各半導体層内に効率よく吸収させるために、光の透過率が85%以上であることが望ましく、さらに、電気的には光起電力素子の出力にたいして抵抗成分とならぬようシート抵抗値は100Ω以下であることが望ましい。このような特性を備えた材料として、SnO、In、ZnO、CdO、CdSnO、ITO(In+SnO)などの金属酸化物や、Au、Al、Cuなどの金属を極めて薄く半透明状に成膜した金属薄膜などが挙げられる。透明電極は、光起電力素子においてはp型層またはn型層の上に積層され、透光性支持体上に光起電力素子を形成し、透光性支持体側から光照射をする場合には、支持体上に積層されるものであるため、相互の密着性の良いものを選ぶことが必要である。また透明電極は反射防止の条件に合う様な層厚に堆積するのが好ましいものである。透明電極の作製方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法などを用いることができ、所望に応じて適宜選択される。
【0078】
(集電電極)
本発明の水素プラズマ処理を行った光起電力素子の集電電極としては、銀ペーストをスクリーン印刷して形成する事や、Cr、Ag、Au、Cu、Ni、Μo、Al等をマスクをして真空蒸着で形成しても良い。またCu、Au、Ag、Al等の金属線に炭素やAg粉を樹脂とともに付けて光起電力素子の表面に張りつけて集電電極としても良い。
【0079】
なお、本発明の光起電力素子を用いて、所望の出力電圧、出力電流の光起電力装置を製造する場合には、本発明の光起電力素子を直列あるいは並列に接続し、表面と裏面に保護層を形成し、出力の取り出し電極等が取り付けられる。また、本発明の光起電力素子を直列接続する場合、逆流防止用のダイオードを組み込むことがある。
【0080】
【実施例】
以下、非単結晶シリコン系半導体材料からなる太陽電池について、本発明の光起電力素子の形成方法を詳細に説明するが、本発明はこれになんら限定されるものではない。
(実施例1)
図3に示す堆積装置を用いて図1のタンデム型太陽電池を作製した。
まず、基板の作製を行った。厚さ0.5mm、50×50mmのステンレス製の支持体(200)をアセトンとイソプロパノールで超音波洗浄し、温風乾燥させた。
【0081】
スパッタリング法を用いて室温でステンレス性の支持体(200)表面上に層厚0.3μmのAgの光反射層(201)とその上に350℃で層厚1.0μmのZnOの反射増加層(202)を形成し、基板の作製を終えた。
次に、堆積装置400を用いて、反射増加層上に各半導体層を形成した。堆積装置400はMWPCVD法とRFPCVD法の両方を実施することができる。
【0082】
堆積装置には不図示の原料ガスボンベがガス導入管を通して接続されている。原料ガスボンベはいずれも超高純度に精製されたもので、SiHガスボンベ、SiFガスボンベ、CHガスボンベ、GeHガスボンベ、GeFガスボンベ、Siガスボンベ、PH/H(希釈度:1000ppm)ガスボンベ、B/H(希釈度:2000ppm、1%、10%)ガスボンベ、BF/H(希釈度2000ppm、1%、10%)ガスボンベ、Hガスボンベ、Heガスボンベ、SiClガスボンベ、SiH/H(希釈度:1000ppm)ガスを接続した。
【0083】
次に、反射層201と反射増加層202が形成されている基板490をロードチャンバー401内の基板搬送用レール413上に配置し、不図示の真空排気ポンプによりロードチャンバー401内を圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー402及び堆積チャンバー417内へゲートバルブ406を開けて搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター410に密着させ加熱し、堆積チャンバー417内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0084】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、μc−SiからなるRFn型層203を形成した。
μc−SiからなるRFn型層を形成するには、Hガスを堆積チャンバー417内にガス導入管429を通して導入し、Hガス流量が300sccmになるようにバルブ441、431、430を開け、マスフローコントローラー436で調整した。堆積チャンバー417内の圧力が1.1Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が380℃になるように基坂加熱用ヒーター410を設定し、基板温度が安定したところで、SiHガス、PH/Hガスを堆積チャンバー417内にバルブ443、433、444、434を操作してガス導入管429を通して導入した。この時、SiHガス流量が1.5sccm、Hガス流量が100sccm、PH/Hガス流量が200sccmとなるようにマスフローコントローラー438、436、439で調整し、堆積チャンバー417内の圧力は1.1Torrとなるように調整した。RF電源422の電力を0.05W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ420にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、基板上にRFn型層の形成を開始し、層厚20nmのRFn型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFn型層203の形成を終えた。堆積チャンバー417内へのSiHガス、PH/Hの流入を止め、4分間、堆積室内へHガスを流し続けたのち、Hの流入も止め、堆積室内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0085】
次にa−Siからなるn/iバッファー層251をRFPCVD法によって形成した。まず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー403及びi型層堆積チャンバー418内へゲートバルブ407を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター411に密着させ加熱し、i型層堆積チャンバー418内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0086】
n/iバッファー層251を作製するには、基板490の温度が360℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453を徐々に開いて、Siガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が2.5sccm、Hガス流量が100sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、0.7Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.07W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでRFn型層上にn/iバッファー層の作製を開始し、層厚10nmのn/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、n/iバッファー層251の作製を終えた。バルブ464、454を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0087】
次にa−SiGeからなるMWi型層204をMWPCVD法によって形成した。MWi型層を作製するには、基板490の温度が380℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ461、451、450、462、452、463、453を徐々に開いて、SiHガス、GeHガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、SiHガス流量が37sccm、GeHガス流量が38sccm、Hガス流量が165sccmとなるように各々のマスフローコントローラー456、457、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、5mTorrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、高周波(以後「RF」と略記する)電源424を0.6W/cmに設定し、バイアス棒428に印加した。その後、不図示のMW電源の電力を0.28W/cmに設定し、導波管426及びマイクロ波導入用窓425を通じてi型層堆積チャンバー418内にMW電力導入し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでn/iバッファー層上にMWi型層の作製を開始し、層厚0.15μmのi型層を作製したところでMWグロー放電を止め、バイアス電源424の出力を切り、MWi型層204の作製を終えた。バルブ451、452を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiHガス、GeHガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0088】
次にa−Siからなるp/iバッファー層261をRFPCVD法によって形成した。
p/iバッファー層261を作製するには、基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453を徐々に開いて、Siガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が3sccm、Hガス流量が80sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、0.7Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.07W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでMWi型層上にp/iバッファー層261の作製を開始し、層厚20nmのp/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、p/iバッファー層261の作製を終えた。バルブ464、454を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0089】
次にa−SiCからなるRFp型層205を形成するには、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー404及びp型層堆積チャンバー419内へゲートバルブ408を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター412に密着させ加熱し、p型層堆積チャンバー419内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0090】
基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター412を設定し、基板温度が安定したところで、Hガス、SiH/Hガス、B/Hガス,CHガスを堆積チャンバー419内にバルブ481、471、470、482、472、483、473、484、474を操作してガス導入管469を通して導入した。この時、Hガス流量が60scm、SiH/Hガス流量が0.5sccm、B/H(希釈度:1%)ガス流量が1sccm,CHガス流量が0.3sccmとなるようにマスフローコントローラー476、477、478、479で調整し、堆積チャンバー419内の圧力は1.7Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。RF電源423の電力を0.07W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ421にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、p/iバッファー層上にRFp型層の形成を開始し、層厚10nmのRFp型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFp型層205の形成を終えた。バルブ472、482、473、483、474、484を閉じてp型層堆積チャンバー419内へのSiH/Hガス、B/Hガス,CHガスの流入を止め、3分間、p型層堆積チャンバー419内へHガスを流し続けたのち、バルブ471、481、470を閉じてHの流入も止め、p型層堆積チャンバ419内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0091】
次に本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表1(1)の条件で行った。本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行うには、第III族元素含有ガスとして、B/H(希釈度:1%)ガス、シリコン原子含有ガスとしてSiHガス、Hガスを堆積チャンバー419内にガス導入管469を通して導入し、Hガス流量が1200sccmになるようにバルブ481、471、470を開け、マスフローコントローラー476で調整した。第III族元素含有ガスBガスが全Hガス流量に対して0.3%になるようにバルブ483、473を開けマスフローコントローラー478で調整した。シリコン原子含有ガスは、SiHが全Hガス流量に対して0.01%になるように不図示のバルブを開け不図示のマスフローコントローラーで調整した。堆積チャンバー419内の圧力が0.7Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター412を設定し、基板温度が安定したところで、RF電源423の電力を0.05W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ421内にRFを導入しグロー放電を生起させ、3分間本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行った。その後RF電源を切って、グロー放電を止め、堆積チャンバー419内へのB/H、SiHガスの流入を止め、3分間、堆積チャンバー419内へHガスを流し続けたのち、Hガスの流入も止め、堆積チャンバー419内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0092】
次にμc−SiからなるRFn型層206を形成するために、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー403を通って搬送チャンバー402及び堆積チャンバー417内へゲートバルブ408、407を開けて搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター410に密着させ加熱し、堆積チャンバー417内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0093】
μc−SiからなるRFn型層を形成するには、Hガスを堆積チャンバー417内にガス導入管429を通して導入し、Hガス流量が200sccmになるようにバルブ441、431、430を開け、マスフローコントローラー436で調整した。堆積チャンバー417内の圧力が1.1Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター410を設定し、基板温度が安定したところで、SiHガス、PH/Hガスを堆積チャンバー417内にバルブ443、433、444、434を操作してガス導入管429を通して導入した。この時、SiHガス流量が1.5sccm、Hガス流量が80sccm、PH/Hガス流量が250sccmとなるようにマスフローコントローラー438、436、439で調整し、堆積チャンバー417内の圧力は1.1Torrとなるように調整した。RF電源422の電力を0.05W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ420にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、RFp型層上にRFn型層の形成を開始し、層厚10nmのRFn型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFn型層206の形成を終えた。堆積チャンバー417内へのSiHガス、PH/Hの流入を止め、2分間、堆積室内へHガスを流し続けたのち、Hの流入も止め、堆積室内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0094】
次にa−SiCからなるn/iバッファー層252をRFPCVD法によって形成した。まず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー403及びi型層堆積チャンバー418内へゲートバルブ407を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター411に密着させ加熱し、i型層堆積チャンバー418内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0095】
n/iバッファー層252を作製するには、基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453、465、455を徐々に開いて、Siガス、Hガス、CHガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が0.4sccm、Hガス流量が90sccm、CHガス流量が0.2sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458、460で調整した。
【0096】
i型層堆積チャンバー418内の圧力は、1.0Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.06W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでRFn型層上にn/iバッファー層の作製を開始し、層厚10nmのn/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、n/iバッファー層252の作製を終えた。バルブ464、454、465、455を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガス、CHガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内ヘHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0097】
次にa−SiからなるRFi型層207をRFPCVD法によって形成した。RFi型層を作製するには、基板490の温度が200℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453を徐々に開いて、Siガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が3sccm、Hガス流量が85sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、0.5Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.07W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでn/iバッファー層252上にRFi型層の作製を開始し、層厚110nmのi型層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、RFi型層207の作製を終えた。バルブ464、454を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0098】
次にa−Sicからなるp/iバッファー層262をRFPCVD法によって形成した。p/iバッファー層262を作製するには、基板490の温度が200℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453、465、455を徐々に開いて、Siガス、Hガス、CHガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が0.4sccm、Hガス流量が65sccm、CHガス流量が0.3sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458、460で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、1.1Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.06W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでRFi型層上にp/iバッファー層の作製を開始し、層厚15nmのp/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、p/iバッファー層262の作製を終えた。バルブ464、454、465、455を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガス、CHガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0099】
次にa−SiCからなるRFp型層208を形成するには、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー404及びp型層堆積チャンバー419内へゲートバルブ408を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター412に密着させ加熱し、p型層堆積チャンバー419内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0100】
基板490の温度が170℃になるように基板加熱用ヒーター412を設定し、基板温度が安定したところで、Hガス、SiH/Hガス、B/Hガス(希釈度:1%),CHガスを堆積チャンバー419内にバルブ481、471、470、482、472、483、473、484、474を操作してガス導入管469を通して導入した。この時、Hガス流量が70scm、SiH/Hガス流量が0.5sccm、B/H(希釈度:1%)ガス流量が1sccm,CHガス流量が0.3sccmとなるようにマスフローコントローラー476、477、478、479で調整し、堆積チャンバー419内の圧力は1.7Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。RF電源423の電力を0.07W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ421にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、p/iバッファー層262上にRFp型層の形成を開始し、層厚10nmのRFp型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFp型層208の形成を終えた。バルブ472、482、473、483、474、484を閉じてp型層堆積チャンバー419内へのSiH/Hガス、B/Hガス,CHガスの流入を止め、2分間、p型層堆積チャンバー419内へHガスを流し続けたのち、バルブ471、481、470を閉じてHの流入も止め、p型層堆積チャンバー419内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0101】
次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいたアンロードチャンバー405内へゲートバルブ409を開けて基板490を搬送し不図示のリークバルブを開けて、アンロードチャンバー405をリークした。
次に、RFp型層205上に、透明導電層212として、層厚70nmのITOを真空蒸着法で真空蒸着した。
【0102】
次に透明導電層212上に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)からなる櫛形の集電電極213を真空蒸着法で真空蒸着した。
以上で太陽電池の作製を終えた。この太陽電池を(SC実1)と呼ぶことにし、本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件、RFn型層、RFn/iバッファー層、MWi型層、RFp/iバッファー層、RFp型層の形成条件を表1(1)、1(2)に示す。
【0103】
<比較例1>
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行わず、他は実施例1と同じ条件で太陽電池(SC比1)を作製した。
太陽電池(SC実1)及び(SC比1)はそれぞれ8個づつ作製し、初期光電変換効率(光起電力/入射光電力)、振動劣化、光劣化、及びバイアス電圧印加時の高温高湿環境における振動劣化、光劣化の測定を行なった。
【0104】
初期光電変換効率は、作製した太陽電池を、AM1.5(100mW/cm)光照射下に設置して、V−I特性を測定することにより得られる。測定の結果、(SC比1)に対して、(SC実1)の初期光電変換効率の曲線因子(FF)、シリーズ抵抗(Rs)及び特性むらは以下のようになった。

Figure 0003568047
振動劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を湿度55%、温度26℃の暗所に設置し、振動周波数60Hzで振幅0.1mmの振動を500時間加えた後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(振動劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。
【0105】
光劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を、湿度55%、温度26℃の環境に設置し、AM1.5(100mW/cm)光を500時間照射後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(光劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。測定の結果、(SC実1)に対して(SC比1)の光劣化後の光電変換効率の低下率及び振動劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようになった。
【0106】
Figure 0003568047
バイアス印加時の高温高湿度環境における振動劣化及び光劣化の測定を行った。予め初期光電変換効率を測定しておいた2つの太陽電池を湿度92%、温度86℃の暗所に設置し、順方向バイアス電圧として0.72Vを印加した。一方の太陽電池には上記の振動を与えて、振動劣化を測定し、さらにもう一方の太陽電池にはAM1.5の光を照射して、光劣化の測定を行った。測定の結果、(SC実1)に対して、(SC比1)の振動劣化後の光電変換効率の低下率及び光劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようになった。
【0107】
Figure 0003568047
光学顕微鏡を用いて層剥離の様子を観察した。(SC実1)では層剥離は見られなかったが、(SC比1)では層剥離が僅かに見られた。
以上のように本発明の太陽電池(SC実1)が、従来の太陽電池(SC比1)よりも太陽電池の光電変換効率における曲線因子、シリーズ抵抗、特性むら、光劣化特性、密着性、耐久性においてさらに優れた特性を有することが分かった。
【0108】
(実施例2)
図3に示す堆積装置を用いて図1のタンデム型太陽電池を作製した。
実施例1と同様な方法により準備された反射層201と反射増加層202が形成されている基坂490をロードチャンバー401内の基板搬送用レール413上に配置し、不図示の真空排気ポンプによりロードチャンバー401内を圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0109】
次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー402及び堆積チャンバー417内へゲートバルブ406を開けて搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター410に密着させ加熱し、堆積チャンバー417内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0110】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、μc−SiからなるRFn型層203を形成した。
μc−SiからなるRFn型層を形成するには、Hガスを堆積チャンバー417内にガス導入管429を通して導入し、Hガス流量が300sccmになるようにバルブ441、431、430を開け、マスフローコントローラー436で調整した。堆積チャンバー417内の圧力が1.1Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が380℃になるように基坂加熱用ヒーター410を設定し、基板温度が安定したところで、SiHガス、PH/Hガスを堆積チャンバー417内にバルブ443、433、444、434を操作してガス導入管429を通して導入した。この時、SiHガス流量が1.2sccm、Hガス流量が90sccm、PH/Hガス流量が200sccmとなるようにマスフローコントローラー438、436、439で調整し、堆積チャンバー417内の圧力は1.1Torrとなるように調整した。RF電源422の電力を0.06W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ420にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、基板上にRFn型層の形成を開始し、層厚20nmのRFn型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFn型層203の形成を終えた。堆積チャンバー417内へのSiHガス、PH/Hの流入を止め、4分間、堆積室内へHガスを流し続けたのち、Hの流入も止め、堆積室内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0111】
次にa−Siからなるn/iバッファー層251をRFPCVD法によって形成した。まず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー403及びi型層堆積チャンバー418内へゲートバルブ407を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター411に密着させ加熱し、i型層堆積チャンバー418内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0112】
n/iバッファー層251を作製するには、基板490の温度が360℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453を徐々に開いて、Siガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が2.5sccm、Hガス流量が100sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、0.8Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.08W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでRFn型層上にn/iバッファー層の作製を開始し、層厚10nmのn/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、n/iバッファー層251の作製を終えた。バルブ464、454を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0113】
次にa−SiGeからなるMWi型層204をMWPCVD法によって形成した。MWi型層を作製するには、基板490の温度が380℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ461、451、450、462、452、463、453を徐々に開いて、SiHガス、GeHガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、SiHガス流量が43sccm、GeHガス流量が42sccm、Hガス流量が180sccmとなるように各々のマスフローコントローラー456、457、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、5mTorrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.60W/cmに設定し、バイアス棒428に印加した。その後、不図示のMW電源の電力を0.25W/cmに設定し、導波管426及びマイクロ波導入用窓425を通じてi型層堆積チャンバー418内にMW電力導入し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでn/iバッファー層上にMWi型層の作製を開始し、層厚0.15μmのi型層を作製したところでMWグロー放電を止め、バイアス電源424の出力を切り、MWi型層204の作製を終えた。バルブ451、452を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiHガス、GeHガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0114】
次にa−Siからなるp/iバッファー層261をRFPCVD法によって形成した。p/iバッファー層261を作製するには、基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453を徐々に開いて、Siガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が3sccm、Hガス流量が75sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、0.7Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.07W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでMWi型層上にp/iバッファー層261の作製を開始し、層厚20nmのp/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、p/iバッファー層261の作製を終えた。バルブ464、454を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0115】
次にa−SiCからなるRFp型層205を形成するには、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー404及びp型層堆積チャンバー419内へゲートバルブ408を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター412に密着させ加熱し、p型層堆積チャンバー419内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0116】
基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター412を設定し、基板温度が安定したところで、Hガス、SiH/Hガス、BF/H(希釈度:1%)ガス,CHガスを堆積チャンバー419内にバルブ481、471、470、482、472、483、473、484、474を操作してガス導入管469を通して導入した。この時、Hガス流量が60scm、SiH/Hガス流量が0.4sccm、BF/H(希釈度:1%)ガス流量が1sccm,CHガス流量が0.3sccmとなるようにマスフローコントローラー476、477、478、479で調整し、堆積チャンバー419内の圧力は1.7Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。RF電源423の電力を0.07W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ421にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、p/iバッファー層上にRFp型層の形成を開始し、層厚10nmのRFp型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFp型層205の形成を終えた。バルブ472、482、473、483、474、484を閉じてp型層堆積チャンバー419内へのSiH/Hガス、BF/Hガス,CHガスの流入を止め、3分間、p型層堆積チャンバー419内へHガスを流し続けたのち、バルブ471、481、470を閉じてHの流入も止め、p型層堆積チャンバ419内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0117】
次に本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表2(1)の条件で行った。本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行うには、第III族元素含有ガスとしてBF/H(希釈度:1%)ガス、シリコン原子含有ガスとしてSiガス、Hガスを堆積チャンバー419内にガス導入管469を通して導入し、Hガス流量が1000sccmになるようにバルブ481、471、470を開け、マスフローコントローラー476で調整した。第III族元素含有ガスBFガスが全Hガス流量に対して0.4%になるようにバルブ483、473を開けマスフローコントローラー478で調整した。シリコン原子含有ガスは、Siが全Hガス流量に対して0.03%になるように不図示のバルブを開け不図示のマスフローコントローラーで調整した。堆積チャンバー419内の圧力が0.013Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター412を設定し、基板温度が安定したところで、不図示のVHF電源のVHF電力を0.08W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ421内にVHF電力を導入し、グロー放電を生起させ、4分間本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行った。その後VHF電源を切って、グロー放電を止め、堆積チャンバー419内へのBF/H、Siガスの流入を止め、4分間、堆積チャンバー419内へHガスを流し続けたのち、Hガスの流入も止め、堆積チャンバー419内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0118】
次にμc−SiからなるRFn型層206を形成するために、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー403を通って搬送チャンバー402及び堆積チャンバー417内へゲートバルブ408、407を開けて搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター410に密着させ加熱し、堆積チャンバー417内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0119】
μc−SiからなるRFn型層を形成するには、Hガスを堆積チャンバー
417内にガス導入管429を通して導入し、Hガス流量が200sccmになるようにバルブ441、431、430を開け、マスフローコントローラー436で調整した。堆積チャンバー417内の圧力が1.1Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター410を設定し、基板温度が安定したところで、SiHガス、PH/Hガスを堆積チャンバー417内にバルブ443、433、444、434を操作してガス導入管429を通して導入した。この時、SiHガス流量が1.5sccm、Hガス流量が80sccm、PH/Hガス流量が250sccmとなるようにマスフローコントローラー438、436、439で調整し、堆積チャンバー417内の圧力は1.1Torrとなるように調整した。RF電源422の電力を0.04W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ420にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、RFp型層上にRFn型層の形成を開始し、層厚10nmのRFn型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFn型層206の形成を終えた。堆積チャンバー417内へのSiHガス、PH/Hの流入を止め、2分間、堆積室内へHガスを流し続けたのち、Hの流入も止め、堆積室内およびガス配管内を1×10 Torrまで真空排気した。
【0120】
次にa−SiCからなるn/iバッファー層252をRFPCVD法によって形成した。まず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー403及びi型層堆積チャンバー418内へゲートバルブ407を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター411に密着させ加熱し、i型層堆積チャンバー418内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0121】
n/iバッファー層252を作製するには、基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453、465、455を徐々に開いて、Siガス、Hガス、CHガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が0.4sccm、Hガス流量が90sccm、CHガス流量が0.2sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458、460で調整した。
【0122】
i型層堆積チャンバー418内の圧力は、1.0Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.06W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでRFn型層上にn/iバッファー層の作製を開始し、層厚10nmのn/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、n/iバッファー層252の作製を終えた。バルブ464、454、465、455を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガス、CHガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内ヘHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0123】
次にa−SiからなるRFi型層207をRFPCVD法によって形成した。RFi型層を作製するには、基板490の温度が200℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453を徐々に開いて、Siガス、Hガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が2sccm、Hガス流量が85sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、0.5Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.07W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでn/iバッファー層252上にRFi型層の作製を開始し、層厚110nmのi型層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、RFi型層207の作製を終えた。バルブ464、454を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
次にa−Sicからなるp/iバッファー層262をRFPCVD法によって形成した。p/iバッファー層262を作製するには、基板490の温度が200℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板が十分加熱されたところでバルブ464、454、450、463、453、465、455を徐々に開いて、Siガス、Hガス、CHガスをガス導入管449を通じてi型層堆積チャンバー418内に流入させた。この時、Siガス流量が0.4sccm、Hガス流量が65sccm、CHガス流量が0.3sccmとなるように各々のマスフローコントローラー459、458、460で調整した。i型層堆積チャンバー418内の圧力は、1.1Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次に、RF電源424を0.06W/cmに設定し、バイアス棒428に印加し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることでRFi型層上にp/iバッファー層の作製を開始し、層厚15nmのp/iバッファー層を作製したところでRFグロー放電を止め、RF電源424の出力を切り、p/iバッファー層262の作製を終えた。バルブ464、454、465、455を閉じて、i型層堆積チャンバー418内へのSiガス、CHガスの流入を止め、2分間i型層堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、バルブ453、450を閉じ、i型層堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0124】
次にa−SiCからなるRFp型層208を形成するには、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー404及びp型層堆積チャンバー419内へゲートバルブ408を開けて基板490を搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター412に密着させ加熱し、p型層堆積チャンバー419内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0125】
基板490の温度が170℃になるように基板加熱用ヒーター412を設定し、基板温度が安定したところで、Hガス、SiH/Hガス、BF/H(希釈度:1%)ガス,CHガスを堆積チャンバー419内にバルブ481、471、470、482、472、483、473、484、474を操作してガス導入管469を通して導入した。この時、Hガス流量が70scm、SiH/Hガス流量が0.4sccm、BF/H(希釈度:1%)ガス流量が1sccm,CHガス流量が0.3sccmとなるようにマスフローコントローラー476、477、478、479で調整し、堆積チャンバー419内の圧力は1.7Torrとなるように不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。RF電源423の電力を0.07W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ421にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、p/iバッファー層262上にRFp型層の形成を開始し、層厚10nmのRFp型層を形成したところでRF電源を切って、グロー放電を止め、RFp型層208の形成を終えた。バルブ472、482、473、483、474、484を閉じてp型層堆積チャンバー419内へのSiH/Hガス、BF/Hガス,CHガスの流入を止め、2分間、p型層堆積チャンバー419内へHガスを流し続けたのち、バルブ471、481、470を閉じてHの流入も止め、p型層堆積チャンバー419内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0126】
次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいたアンロードチャンバー405内へゲートバルブ409を開けて基板490を搬送し不図示のリークバルブを開けて、アンロードチャンバー405をリークした。
次に、RFp型層208上に、透明導電層212として、層厚70nmのITOを真空蒸着法で真空蒸着した。
【0127】
次に透明導電層212上に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)からなる櫛形の集電電極213を真空蒸着法で真空蒸着した。
以上で太陽電池の作製を終えた。この太陽電池を(SC実2)と呼ぶことにし、本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件、RFn型層、n/iバッファー層、MWi型層、p/iバッファー層、RFi型層、RFp型層の形成条件を表2(1)〜2(2)に示す。
【0128】
<比較例2>
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行わず、他は実施例2と同じ条件で太陽電池(SC比2)を作製した。
太陽電池(SC実2)及び(SC比2)はそれぞれ9個づつ作製し、初期光電変換効率(光起電力/入射光電力)、振動劣化、光劣化、及びバイアス電圧印加時の高温高湿環境における振動劣化、光劣化の測定を行なった。
【0129】
初期光電変換効率は、作製した太陽電池を、AM1.5(100mW/cm)光照射下に設置して、V−I特性を測定することにより得られる。測定の結果、(SC比2)に対して、(SC実2)の初期光電変換効率の曲線因子(F.F.)、シリーズ抵抗(Rs)及び特性むらは以下のようになった。
Figure 0003568047
振動劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を湿度55%、温度28℃の暗所に設置し、振動周波数60Hzで振幅0.1mmの振動を550時間加えた後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(振動劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。
【0130】
光劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を、湿度55%、温度28℃の環境に設置し、AM1.5(100mW/cm)光を500時間照射後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(光劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。測定の結果、(SC実2)に対して(SC比2)の光劣化後の光電変換効率の低下率及び振動劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようになった。
【0131】
Figure 0003568047
バイアス印加時の高温高湿度環境における振動劣化及び光劣化の測定を行った。予め初期光電変換効率を測定しておいた2つの太陽電池を湿度90%、温度82℃の暗所に設置し、順方向バイアス電圧として0.71Vを印加した。一方の太陽電池には上記の振動を与えて、振動劣化を測定し、さらにもう一方の太陽電池にはAM1.5の光を照射して、光劣化の測定を行った。測定の結果、(SC実2)に対して、(SC比2)の振動劣化後の光電変換効率の低下率及び光劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようになった。
【0132】
Figure 0003568047
光学顕微鏡を用いて層剥離の様子を観察した。(SC実2)では層剥離は見られなかったが、(SC比2)では層剥離が僅かに見られた。
以上のように本発明の太陽電池(SC実2)が、従来の太陽電池(SC比2)よりも太陽電池の光電変換効率における曲線因子、シリーズ抵抗、特性むら、光劣化特性、密着性、耐久性においてさらに優れた特性を有することが分かった。
【0133】
(実施例3)
図3に示す堆積装置を用いて図2のトリプル型太陽電池を作製した。
実施例1と同様の方法により準備された反射層301と反射増加層302が形成されている基坂490をロードチャンバー401内の基板搬送用レール413上に配置し、不図示の真空排気ポンプによりロードチャンバー401内を圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0134】
次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー402及び堆積チャンバー417内へゲートバルブ406を開けて搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター410に密着させ加熱し、堆積チャンバー417内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0135】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、実施例1と同様な方法によりμc−SiからなるRFn型層303を形成した。
次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー403及び堆積チャンバー418内へゲートバルブ407を開けて搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター411に密着させ加熱し、堆積チャンバー418内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0136】
次に、実施例1と同様な方法によりa−Siからなるn/iバッファー層351、a−SiGeからなるMWi型層304、a−Siからなるp/iバッファー層361,a−SiCからなるRFp型層305をRFPCVD法及びMWPCVD法により順次形成した。
次に、本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行うために、実施例1と同様な方法により、基板490を堆積チャンバー418内に搬送した。
【0137】
次に本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表3(1)の条件で行った。本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行うには、第III族元素含有ガスとしてB/H(希釈度:10%)ガス、シリコン原子含有ガスとしてSiCl/He(希釈度:1000ppm)ガス、Hガスを堆積チャンバー418内にガス導入管449を通して導入し、Hガス流量1000sccmになるようにバルブ463、453、450を開け、マスフローコントローラー458で調整した。第III族元素含有ガスB/H(希釈度:10%)ガスが全Hガス流量に対して2.2%になるようにバルブ468、466を開けマスフローコントローラー467で調整した。シリコン原子含有ガスは、SiCl/He(希釈度:1000ppm)が全Hガス流量に対してSiClガスの割合が0.04%になるように不図示のバルブを開け不図示のマスフローコントローラーで調整した。堆積チャンバー418内の圧力が0.008Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が300℃になるように基板加熱用ヒーター411を設定し、基板温度が安定したところで、不図示のMW電源の電力を0.15W/cmに設定し、導波管426及びマイクロ波導入用窓425を通じてi型層堆積チャンバー418内にMW電力導入し、グロー放電を生起させ、シャッター427を開けることで、4分間本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行った。その後MW電源を切って、グロー放電を止め、堆積チャンバー418内へのB/H(希釈度10%)ガス、SiCl/He(希釈度:1000ppm)ガスの流入を止め、4分間、堆積チャンバー418内へHガスを流し続けたのち、Hガスの流入も止め、堆積チャンバー418内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0138】
次に実施例1と同様な方法により、μc−SiからなるRFn型層306、a−Siからなるn/iバッファー層352、a−SiGeからなるMWi型層307、a−Siからなるp/iバッファー層362、a−SiCからなるRFp型層308をRFPCVD法及びMWPCVD法により順次形成した。
次に本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表3(2)の条件で行った。本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行うには、第III族元素含有ガスとしてB/H(希釈度:10%)ガス、シリコン原子含有ガスとしてSiHガス、Hガスを堆積チャンバー417内にガス導入管429を通して導入し、Hガス流量が1300sccmになるようにバルブ441、431、430を開け、マスフローコントローラー436で調整した。第III族元素含有ガスBガスが全Hガス流量に対して1.3%になるように不図示のバルブを開け不図示のマスフローコントローラーで調整した。シリコン原子含有ガスは、SiHガスが全Hガス流量に対して0.04%になるようにバルブ443、433を開けマスフローコントローラー438で調整した。堆積チャンバー417内の圧力が0.7Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が250℃になるように基板加熱用ヒーター410を設定し、基板温度が安定したところで、RF電源424の電力を0.03W/cmに設定し、プラズマ形成用カップ420内にRF電力を導入し、グロー放電を生起させ、3分間本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行った。その後RF電源を切って、グロー放電を止め、堆積チャンバー417内へのB/H(希釈度:10%)ガス、SiHガスの流入を止め、3分間、堆積チャンバー417内へHガスを流し続けたのち、Hガスの流入も止め、堆積チャンバー417内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0139】
次に実施例1と同様な方法により、μc−SiからなるRFn型層309、a−SiCからなるn/iバッファー層353、a−SiからなるRFi型層310、a−SiCからなるp/iバッファー層363、a−SiCからなるRFp型層311をRFPCVD法により順次形成した。
次に、RFp型層311上に、透明導電層312として、層厚70nmのITOを真空蒸着法で真空蒸着した。
【0140】
次に透明導電層312上に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)からなる櫛形の集電電極313を真空蒸着法で真空蒸着した。
以上で太陽電池の作製を終えた。この太陽電池を(SC実3)と呼ぶことにし、本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件、RFn型層、n/iバッファー層、MWi型層、p/iバッファー層、RFi型層、RFp型層の形成条件を表3(1)〜3(3)に示す。
【0141】
<比較例3>
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を行わず、他は実施例3と同じ条件で太陽電池(SC比3)を作製した。
太陽電池(SC実3)及び(SC比3)はそれぞれ7個づつ作製し、初期光電変換効率(光起電力/入射光電力)、振動劣化、光劣化、バイアス電圧印加時の高温高湿環境における振動劣化、光劣化、及び逆方向バイアス電圧印加特性の測定を行なった。
【0142】
初期光電変換効率は、作製した太陽電池を、AM1.5(100mW/cm)光照射下に設置して、V−I特性を測定することにより得られる。測定の結果、(SC比3)に対して、(SC実3)の初期光電変換効率の曲線因子(FF)、シリーズ抵抗(Rs)及び特性むらは以下のようになった。
Figure 0003568047
振動劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を湿度55%、温度27℃の暗所に設置し、振動周波数60Hzで振幅0.1mmの振動を550時間加えた後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(振動劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。
【0143】
光劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を、湿度55%、温度27℃の環境に設置し、AM1.5(100mW/cm)光を550時間照射後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(光劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。測定の結果、(SC実3)に対して(SC比3)の光劣化後の光電変換効率の低下率及び振動劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようになった。
【0144】
Figure 0003568047
バイアス印加時の高温高湿度環境における振動劣化及び光劣化の測定を行った。予め初期光電変換効率を測定しておいた2つの太陽電池を湿度90%温度80℃の暗所に設置し、順方向バイアス電圧として0.71Vを印加した。一方の太陽電池には上記の振動を与えて、振動劣化を測定し、さらにもう一方の太陽電池にはAM1.5の光を照射して、光劣化の測定を行った。
【0145】
測定の結果、(SC実3)に対して、(SC比3)の振動劣化後の光電変換効率の低下率及び光劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようになった。
Figure 0003568047
逆方向バイアス電圧印加特性の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を湿度53%、温度80℃の暗所に設置し、逆方向バイアス電圧を5.0V、100時間印加した後、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率を測定し、その低下率(逆方向バイアス電圧印加後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。
【0146】
測定の結果、(SC実3)に対して、(SC比3)の逆方向バイアス電圧印加後の低下率は以下のようなった。
(SC比3) 0.85倍
光学顕微鏡を用いて層剥離の様子を観察した。(SC実3)では層剥離は見られなかったが、(SC比3)では層剥離が僅かに見られた。
【0147】
以上のように本発明の太陽電池(SC実3)が、従来の太陽電池(SC比3)よりも太陽電池の光電変換効率における曲線因子、シリーズ抵抗、特性むら、光劣化特性、密着性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性においてさらに優れた特性を有することが分かった。
(実施例4)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表4(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表4(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表4(2)に示す。
【0148】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表4(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の水素流量は、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において1〜2000sccmが適した流量であることが分かった。
【0149】
(実施例5)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表5(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表5(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表5(2)に示す。
【0150】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の表価を行った。その結果を表5(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の投入電力を実施例4のRF電源からVHF電源に変えても、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において水素流量は、1〜2000sccmが適した流量であることが分かった。
【0151】
(実施例6)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表6(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表6(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表6(2)に示す。
【0152】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表6(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の、水素ガスに添加される第III族元素含有ガスの添加量は、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において、0.05%から3%が好ましい範囲であることが分かった。
【0153】
(実施例7)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表7(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。徴量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表7(1)に、卜リプル型太陽電池の作製条件を表7(2)に示す。
【0154】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表7(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の水素ガスに添加される第III族元素含有ガスの添加量は、投入電力を実施例6のRF電源からVHF電源に変えても、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ低抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.05%から3%が好ましい範囲であることが分かった。
【0155】
(実施例8)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表8(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表8(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表8(2)に示す。
【0156】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表8(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の水素ガスに添加される第III族元素含有ガスの添加量は、投入電力を実施例6のRF電源からMW電源に変えても、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.05%から3%が好ましい範囲であることが分かった。
【0157】
(実施例9)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表9(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表9(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表9(2)に示す。
【0158】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表9(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の、水素ガスに添加されるシリコン原子含有ガスの添加量は、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において、0.001%から0.1%が好ましい範囲であることが分かった。
【0159】
(実施例10)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表10(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表10(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表10(2)に示す。
【0160】
実施例3と同様に、作製した卜リプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表10(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の水素ガスに添加されるシリコン原子含有ガスの添加量は、投入電力を実施例9のRF電源からVHF電源に変えても、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.001%から0.1%が好ましい範囲であることが分かった。
【0161】
(実施例11)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表11(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表11(1)に、卜リプル型太陽電池の作製条件を表11(2)に示す。
【0162】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表11(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の水素ガスに添加されるシリコン原子含有ガスの添加量は、投入電力を実施例9のRF電源からMW電源に変えても、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.001%から0.1%が好ましい範囲であることが分かった。
【0163】
(実施例12)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表12(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表12(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表12(2)に示す。
【0164】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表12(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の圧力は、投入電力にRF電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.05Torrから10Torrが好ましい範囲であることが分かった。
【0165】
(実施例13)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表13(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表13(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表13(2)に示す。
【0166】
実施例3と同様に、作製した卜リプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表13(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の圧力は、投入電力にVHF電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.0001Torrから1Torrが好ましい範囲であることが分かった。
【0167】
(実施例14)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表14(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表14(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表14(2)に示す。
【0168】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表14(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の圧力は、投入電力にMW電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.0001Torrから0.01Torrが好ましい範囲であることが分かった。
【0169】
(実施例15)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表15(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表15(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表15(2)に示す。
【0170】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表15(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の投入パワー密度(電力量)は、投入電力にRF電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.01W/cmから1.0W/cmが好ましい範囲であることが分かった。
【0171】
(実施例16)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表16(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表16(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表16(2)に示す。
【0172】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表16(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の投入パワー密度(電力量)は、投入電力にVHF電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において0.01W/cmから1.0W/cmが好ましい範囲であることが分かった。
【0173】
(実施例17)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表17(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表17(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表17(2)に示す。
【0174】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表17(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の投入パワー密度(電力量)は、投入電力にMW電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性において0.1W/cmから10W/cmが好ましい範囲であることが分かった。
【0175】
(実施例18)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表18(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表18(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表18(2)に示す。
【0176】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表18(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の基板温度は、投入電力にRF電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において100℃から400℃が好ましい範囲であることが分かった。
【0177】
(実施例19)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表19(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表19(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表19(2)に示す。
【0178】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表19(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の基板温度は、投入電力にVHF電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性において50℃から300℃が好ましい範囲であることが分かった。
【0179】
(実施例20)
実施例3と同様に図3に示す堆積装置を用いて本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表20(1)の条件において2回行い、実施例3と同様に図2のトリプル型太陽電池を作製した。微量第III族元素含有水素プラズマ処理条件を表20(1)に、トリプル型太陽電池の作製条件を表20(2)に示す。
【0180】
実施例3と同様に、作製したトリプル型太陽電池の評価を行った。その結果を表20(3)に示す。
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理の基板温度は、投入電力にMW電源を使用した場合、太陽電池の光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリ−ズ抵抗特性、耐久性において50℃から300℃が好ましい範囲であることが分かった。
【0181】
(実施例21)
図3に示す堆積装置を用いて図2のトリプル型太陽電池を作製した。
実施例1と同様の方法により準備された反射層301と反射増加層302が形成されている基板490をロードチャンバー401内の基板搬送用レール413上に配置し、不図示の真空排気ポンプによりロードチャンバー401内を圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0182】
次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬送チャンバー402及び堆積チャンバー417内へゲートバルブ406を開けて搬送した。基板490の裏面を基板加熱用ヒーター410に密着させ加熱し、堆積チャンバー417内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約1×10−5Torrになるまで真空排気した。
【0183】
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(1)の条件で行った。微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を行うには、シリコン原子含有ガスとしてSiH/H(希釈度:1000ppm)ガス、Hガスを堆積チャンバー417内にガス導入管429を通して導入し、Hガス流量が1150sccmになるようにバルブ441、431、430を開け、マスフローコントローラー436で調整した。シリコン原子含有ガスは、全Hガス流量に対してSiHガスの割合が0.03%になるようにバルブ442、432を開けマスフローコントローラー437で調整した。堆積チャンバー417内の圧力が0.8Torrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。基板490の温度が360℃になるように基板加熱用ヒーター410を設定し、基板温度が安定したところで、RF電源422の電力を0.04W/cmに設定し、RF電力を導入し、プラズマ形成用カップ420内にグロー放電を生起させ、3分間微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を行った。その後RF電源を切って、グロー放電を止め、堆積チャンバー417内へのSiH/H(希釈度:1000ppm)ガスの流入を止め、5分間、堆積チャンバー417内へHガスを流し続けたのち、Hガスの流入も止め、堆積チャンバー417内およびガス配管内を1×10−5Torrまで真空排気した。
【0184】
以上のようにして成膜の準備が完了した後、実施例2と同様な方法によりμc−SiからなるRFn型層303を形成した。
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(2)の条件で行った。次に実施例2と同様な方法によりa−SiCからなるn/iバッファー層351をRFPCVD法によって形成した。
【0185】
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(3)の条件で行った。次に実施例2と同様な方法によりa−SiGeからなるMWi型層304をMWPCVD法により形成した。
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(4)の条件で行った。次に実施例2と同様な方法によりa−SiCからなるp/iバッファー層361をRFPCVD法によって形成した。
【0186】
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(5)の条件で行った。次に実施例2と同様な方法によりa−SiCからなるRFp型層305をRFPCVD法によって形成した。
次に本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表21(6)の条件で行った。
【0187】
次に実施例2と同様な方法によりμc−SiからなるRFn型層306をRFPCVD法によって形成した。
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(7)の条件で行った。次に実施例2と同様な方法によりa−SiCからなるn/iバッファー層352をRFPCVD法によって形成した。
【0188】
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(8)の条件で行った。次に実施例2と同様な方法によりa−SiGeからなるMWi型層307をMWPCVD法により形成した。
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(9)の条件で行った。次に実施例2と同様な方法によりa−SiCからなるp/iバッファー層362をRFPCVD法によって形成した。
【0189】
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(10)の条件で行った。 次に実施例2と同様な方法により、a−SiCからなるRFp型層308を形成した。
次に本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理を表21(11)の条件で行った。
【0190】
次に実施例2と同様な方法により、μc−SiからなるRFn型層309を形成した。
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(12)の条件で行った。 次に実施例2と同様な方法によりa−SiCからなるn/iバッファー層353をRFPCVD法によって形成した。
【0191】
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(13)の条件で行った。 次に実施例2と同様な方法によりa−SiからなるRFi型層310をRFPCVD法によって形成した。
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理表21(14)の条件でを行った。 次に実施例2と同様な方法によりa−SiCからなるp/iバッファー層363をRFPCVD法によって形成した。
【0192】
次に微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を表21(15)の条件で行った。 次に実施例2と同様な方法により、a−SiCからなるRFp型層311をRFPCVD法によって形成した。
次に、RFp型層311上に、透明導電層312として、層厚70nmのITOを真空蒸着法で真空蒸着した。
次に透明導電層312上に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)からなる櫛形の集電電極313を真空蒸着法で真空蒸着した。
【0193】
以上で太陽電池の作製を終えた。この太陽電池を(SC実21)と呼ぶことにし、本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理及び微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理条件、RFn型層、n/iバッファー層、MWi型層、p/iバッファー層、RFi型層、RFp型層の形成条件を表21(1)〜21(16)に示す。
【0194】
<比較例21>
本発明の微量第III族元素含有水素プラズマ処理及び微量シラン系ガス含有水素プラズマ処理を行わず、他は実施例21と同じ条件で太陽電池(SC比21)を作製した。
太陽電池(SC実21)及び(SC比21)はそれぞれ8個づつ作製し、初期光電変換効率(光起電力/入射光電力)、振動劣化、光劣化、バイアス電圧印加時の高温高湿環境における振動劣化、光劣化、及び逆方向バイアス電圧印加特性の測定を行なった。
【0195】
初期光電変換効率は、作製した太陽電池を、AM1.5(100mW/cm)光照射下に設置して、V−I特性を測定することにより得られる。測定の結果、(SC比21)に対して、(SC実21)の初期光電変換効率の曲線因子(FF)、シリーズ抵抗(Rs)及び特性むらは以下のようになった。
Figure 0003568047
振動劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を湿度57%、温度26℃の暗所に設置し、振動周波数60Hzで振幅0.1mmの振動を550時間加えた後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(振動劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。光劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を、湿度57%、温度26℃の環境に設置し、AM1.5(100mW/cm)光を550時間照射後の、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率の低下率(光劣化試験後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。
【0196】
測定の結果、(SC実21)に対して(SC比21)の光劣化後の光電変換効率の低下率及び振動劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようなった。
Figure 0003568047
バイアス印加時の高温高湿度環境における振動劣化及び光劣化の測定を行った。予め初期光電変換効率を測定しておいた2つの太陽電池を湿度94%温度83℃の暗所に設置し、順方向バイアス電圧として0.71Vを印加した。ー方の太陽電池には上記の振動を与えて、振動劣化を測定し、さらにもう一方の太陽電池にはAM1.5の光を照射して、光劣化の測定を行った。
【0197】
測定の結果、(SC実21)に対して、(SC比21)の振動劣化後の光電変換効率の低下率及び光劣化後の光電変換効率の低下率は以下のようなった。
Figure 0003568047
逆方向バイアス電圧印加特性の測定は、予め初期光電変換効率を測定しておいた太陽電池を湿度52%、温度80℃の暗所に設置し、逆方向バイアス電圧を5.0V、100時間印加した後、AM1.5(100mW/cm)照射下での光電変換効率を測定し、その低下率(逆方向バイアス電圧印加後の光電変換効率/初期光電変換効率)により行った。
【0198】
測定の結果、(SC実21)に対して、(SC比21)の逆方向バイアス電圧印加後の低下率は以下のようなった。
(SC比21) 0.83倍
光学顕微鏡を用いて層剥離の様子を観察した。(SC実21)では層剥離は見られなかったが、(SC比21)では層剥離が僅かに見られた。以上のように本発明の太陽電池(SC実21)が、従来の太陽電池(SC比21)よりも太陽電池の光電変換効率における曲線因子、シリーズ抵抗、特性むら、光劣化特性、密着性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性においてさらに優れた特性を有することが分かった。
【0199】
以上の実施例では、基板上にn型層、n/iバッファー層、i型層、p/iバッファー層、p型層の順に積層した太陽電池について説明したが、基板上にp型層、p/iバッファー層、i型層、n/iバッファー層、n型層の順に積層した太陽電池についても、同様な水素プラズマ処理を行って太陽電池を作製した。
上記実施例と同様な評価を行ったところ、p型層とn型層の間をシリコン原子含有ガス及び周期律表第III族元素含有ガスを含む水素ガスでプラズマ処理した太陽電池は、光電変換効率における曲線因子、特性むら、光劣化特性、シリーズ抵抗特性、耐久性、逆方向バイアス電圧印加特性に優れた特性を有する事が確認された。また、基板とp型層の界面近傍、さらにはn/iバッファー層とn型層の接する界面近傍、またはn/iバッファー層とi型層の接する界面近傍、p/iバッファー層とi型層の接する界面近傍、及びp/iバッファー層とp型層の接する界面近傍を、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスを含有する水素ガスでプラズマ処理する事により上記特性はいっそう向上する事が分かった。
【0200】
【表1(1)】
Figure 0003568047
【0201】
【表1(2)】
Figure 0003568047
【0202】
【表2(1)】
Figure 0003568047
【0203】
【表2(2)】
Figure 0003568047
【0204】
【表3(1)】
Figure 0003568047
【0205】
【表3(2)】
Figure 0003568047
【0206】
【表3(3)】
Figure 0003568047
【0207】
【表4(1)】
Figure 0003568047
【0208】
【表4(2)】
Figure 0003568047
【0209】
【表4(3)】
Figure 0003568047
【0210】
【表5(1)】
Figure 0003568047
【0211】
【表5(2)】
Figure 0003568047
【0212】
【表5(3)】
Figure 0003568047
【0213】
【表6(1)】
Figure 0003568047
【0214】
【表6(2)】
Figure 0003568047
【0215】
【表6(3)】
Figure 0003568047
【0216】
【表7(1)】
Figure 0003568047
【0217】
【表7(2)】
Figure 0003568047
【0218】
【表7(3)】
Figure 0003568047
【0219】
【表8(1)】
Figure 0003568047
【0220】
【表8(2)】
Figure 0003568047
【0221】
【表8(3)】
Figure 0003568047
【0222】
【表9(1)】
Figure 0003568047
【0223】
【表9(2)】
Figure 0003568047
【0224】
【表9(3)】
Figure 0003568047
【0225】
【表10(1)】
Figure 0003568047
【0226】
【表10(2)】
Figure 0003568047
【0227】
【表10(3)】
Figure 0003568047
【0228】
【表11(1)】
Figure 0003568047
【0229】
【表11(2)】
Figure 0003568047
【0230】
【表11(3)】
Figure 0003568047
【0231】
【表12(1)】
Figure 0003568047
【0232】
【表12(2)】
Figure 0003568047
【0233】
【表12(3)】
Figure 0003568047
【0234】
【表13(1)】
Figure 0003568047
【0235】
【表13(2)】
Figure 0003568047
【0236】
【表13(3)】
Figure 0003568047
【0237】
【表14(1)】
Figure 0003568047
【0238】
【表14(2)】
Figure 0003568047
【0239】
【表14(3)】
Figure 0003568047
【0240】
【表15(1)】
Figure 0003568047
【0241】
【表15(2)】
Figure 0003568047
【0242】
【表15(3)】
Figure 0003568047
【0243】
【表16(1)】
Figure 0003568047
【0244】
【表16(2)】
Figure 0003568047
【0245】
【表16(3)】
Figure 0003568047
【0246】
【表17(1)】
Figure 0003568047
【0247】
【表17(2)】
Figure 0003568047
【0248】
【表17(3)】
Figure 0003568047
【0249】
【表18(1)】
Figure 0003568047
【0250】
【表18(2)】
Figure 0003568047
【0251】
【表18(3)】
Figure 0003568047
【0252】
【表19(1)】
Figure 0003568047
【0253】
【表19(2)】
Figure 0003568047
【0254】
【表19(3)】
Figure 0003568047
【0255】
【表20(1)】
Figure 0003568047
【0256】
【表20(2)】
Figure 0003568047
【0257】
【表20(3)】
Figure 0003568047
【0258】
【表21(1)】
Figure 0003568047
【0259】
【表21(2)】
Figure 0003568047
【0260】
【表21(3)】
Figure 0003568047
【0261】
【表21(4)】
Figure 0003568047
【0262】
【表21(5)】
Figure 0003568047
【0263】
【表21(6)】
Figure 0003568047
【0264】
【表21(7)】
Figure 0003568047
【0265】
【表21(8)】
Figure 0003568047
【0266】
【表21(9)】
Figure 0003568047
【0267】
【表21(10)】
Figure 0003568047
【0268】
【表21(11)】
Figure 0003568047
【0269】
【表21(12)】
Figure 0003568047
【0270】
【表21(13)】
Figure 0003568047
【0271】
【表21(14)】
Figure 0003568047
【0272】
【表21(15)】
Figure 0003568047
【0273】
【表21(16)】
Figure 0003568047
【0274】
【発明の効果】
本発明により、通常水素プラズマ処理で見られる堆積チャンバー壁面に吸着または含まれている半導体層に取り込まれると欠陥準位となる不純物(例えば酸素、チッ素、炭素、鉄、クロム、二ッケル、アルミニウム等)を取り出してくるという問題点を解決することができる。また、安定した水素プラズマ処理を行う事が可能となる。この結果、
1)光起電力素子を高温高湿に置いた場合の半導体層の剥離の実質的にない光起電力素子を提供する事が可能となる。
【0275】
2)柔軟な基板上にpin構造をを形成した場合に、基板を折り曲げてもpin半導体層が剥離しにくい光起電力素子を提供する事ができる。
3)長時間の光照射によって基板と半導体層の界面近傍の欠陥準位の増加を抑制した光起電力素子を提供する事が可能となる。
4)高温高湿下で光照射した場合でも、基板と半導体層の剥離がなく、直列抵抗の増加等の特性低下を抑えた光起電力素子を提供する事が可能となる。
【0276】
5)高い温度で使用した場合でも、特性の低下の少ない光起電力素子を提供する事ができる。
6)光起電力素子に逆バイアスを印加した場合に、壊れにくい光起電力素子を提供することができる。
7)光起電力素子を形成した初期においても直列抵抗の小さい光起電力素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光起電力素子の形成方法を適用した光起電力素子の模式的説明図である。
【図2】本発明の光起電力素子の形成方法を適用した他の光起電力素子の模式的説明図である。
【図3】本発明の光起電力素子の形成方法に適した光起電力素子の形成装置の模式的説明図である。
【符号の説明】
200,300 支持体、
201,301 反射層(または透明導電層)、
202,302 反射増加層(または反射防止層)、
203,303 第1のn型層(またはp型層)、
204,304 第1のi型層、
205,305 第1のp型層(またはn型層)、
212,312 透明導電層(または導電層)、
213,313 集電電極、
251,351 第1のn/iバッファー層、
261,361 第iのp/iバッファー層、
206,306 第2のn型層(またはp型層)、
207,307 第2のi型層、
208,308 第2のp型層(またはn型層)、
252,352 第2のn/iバッファー層、
262,362 第2のp/iバッフアー層、
309 第3のn(またはp型層)、
311 第3のp型層(またはn型層)、
310 第3のi型層、
353 第3のn/iバッファー層、
363 第3のp/iバッファー層、
400 形成装置、
401 ロードチャンバー、
402,403,404 搬送チゃンバー、
405 アンロードチャンバー、
406,407,408,409 ゲートバルブ、
410,411,412 基板加熱用ヒーター、
413 基板搬送用レール、
417 n型層(またはp型層)堆積チャンバー、
418 i型層堆積チャンバー、
419 p型層(またはn型層)堆積チャンバー、
420,421 プラズマ形成用カップ、
422,423,424 電源、
425 マイクロ波導入用窓、
426 導波管、
427 シャッタ、
428 バイアス棒、
429,449,469 ガス導入管、
430,431,432,433,434,441,442,443,444, 450,451,452,453,454,455,461,462,463, 464,465,468,466,470,471,472,473,474, 481,482,483,484 バルブ、
436,437,438,439,456,457,458,459,460, 467,476,477,478,479 マスフローコントローラ、
490 基板ホルダー。[0001]
[Industrial applications]
The present invention provides a pin structure formed by laminating a non-single-crystal n-type layer (or p-type layer) containing silicon atoms, a non-single-crystal i-type layer, and a non-single-crystal p-type layer (or n-type layer), The present invention relates to a method for forming a photovoltaic element such as a solar cell or a sensor formed by stacking at least two or more components.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, defects existing in a semiconductor are closely related to generation of electric charge and recombination, and deteriorate the characteristics of an element.
As a method for compensating for such a defect level, a hydrogen plasma treatment has been proposed. For example, US Pat. No. 4,113,514 (JI Pankove et al., RCA Sep. 12, 1978) describes hydrogen plasma treatment of a completed semiconductor device. In addition, "EFFECT OF PLASMA TREAMENT OF THE TCO ON a-Si SOLAR CELL PERFORMANCE", F.S. Demichelis et. al. , Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 258, p9O5, 1992 show a method of forming a solar cell having a pin structure on a transparent electrode deposited on a substrate by a hydrogen plasma treatment. Further, "HYDROGEN-PLASMA RECTION FLUSHING F0R a-Si: HPIN SOLAR CELL FABRlCATION", Y. S. Tsuo et. al. , Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 149, p471, 1989, show that in a solar cell having a pin structure, the surface of the p-layer is subjected to hydrogen plasma treatment before the deposition of the i-layer. In the conventional hydrogen plasma processing as described above, only the hydrogen gas is introduced into the chamber, and the hydrogen gas is activated by the RF power to perform the hydrogen plasma processing.
[0003]
The hydrogen plasma spreads not only to act on the substrate to be processed, the unfinished device, the finished device, but also throughout the chamber. Since hydrogen plasma is very active, impurities (such as oxygen, nitrogen, carbon, iron, chromium, and nickel) adsorbed or contained on the wall of the chamber and become defect levels when incorporated into the semiconductor layer are absorbed from the wall of the chamber. , Aluminum, etc.).
[0004]
In addition, hydrogen gas is more difficult to cause discharge than other gases, and plasma using only hydrogen gas is more difficult to maintain plasma than other gases, so that stable hydrogen plasma processing cannot be performed. There is.
Further, in a photovoltaic device having a plurality of pin structures stacked, a group III element and a group V element of the periodic table interdiffuse in the vicinity of the interface between the p-type layer and the n-type layer in contact with the pin structure and have a high resistance. Is formed, and there is a problem that the characteristics of photoelectrons are deteriorated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a hydrogen plasma processing method in which the absorption of impurities contained in or contained in a chamber wall does not substantially occur, and a method for performing a more stable hydrogen plasma processing. is there.
[0006]
It is another object of the present invention to provide a method for forming a photovoltaic element in which the semiconductor layer does not substantially peel even when the photovoltaic element is placed at high temperature and high humidity.
It is a further object of the present invention to provide a method for forming a photovoltaic element in which a pin semiconductor layer is not easily peeled off even when a pin structure is formed on a flexible substrate.
[0007]
Still further, an object of the present invention is to provide a photovoltaic element that suppresses deterioration in characteristics of the photovoltaic element such as separation of a substrate and a semiconductor layer and an increase in series resistance when irradiated with light under high temperature and high humidity. It is to provide a forming method.
It is another object of the present invention to provide a photovoltaic element in which the characteristics are less deteriorated when used at a high temperature.
[0008]
An object of the present invention is to provide a photovoltaic device having improved initial efficiency by preventing diffusion of impurities from a p-type layer to an i-type layer.
An object of the present invention is to provide a photovoltaic element that is not easily broken when a reverse bias is applied to the photovoltaic element.
An object of the present invention is to form a high-resistance layer near the interface by distributing the distribution of the Group III element of the periodic table so as to change rapidly near the interface between the p-type layer and the n-type layer. It is to provide a photovoltaic element which is not used.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, have found that the above object can be achieved by a method of forming between a p-type layer and an n-type layer.
That is, the present invention provides a non-single-crystal n-type layer (or p-type layer) containing silicon atoms, a non-single-crystal i-type n / i buffer layer (or p / i buffer layer), A pin structure formed by laminating a crystalline i-type layer, a non-single-crystal i-type p / i buffer layer (or n / i buffer layer), and a non-single-crystal p-type layer (or n-type layer) has at least two or more configurations. In the method for forming a stacked photovoltaic element, the vicinity of the interface where the p-type layer and the n-type layer are in contact with each other contains a silicon atom-containing gas and a group III element-containing gas in the periodic table that do not substantially deposit. It is characterized by performing a plasma treatment with a hydrogen gas.
[0010]
Further, in the present invention, the vicinity of the interface between the substrate and the n-type layer (or the vicinity of the interface between the substrate and the p-type layer) is subjected to a plasma treatment with a hydrogen gas containing a gas containing silicon atoms to such an extent that substantially no deposition occurs. It is characterized by doing.
Still further, in the present invention, the vicinity of the interface where the n / i buffer layer contacts the n-type layer, the vicinity of the interface where the n / i buffer layer contacts the i-type layer, and the contact of the p / i buffer layer and the i-type layer. The plasma processing is performed on the vicinity of the interface and the vicinity of the interface where the p / i buffer layer and the p-type layer are in contact with each other with a hydrogen gas containing a silicon atom-containing gas to such an extent that substantially no deposition occurs.
[0011]
Also, in the present invention, the silicon atom-containing gas is SiH4, Si2H6, SiF4, SiFH3, SiF2H2, SiF3H, SiC2H2, SiCl3H, SiCl4Is characterized by including at least one of them.
The present invention is further characterized in that the content of the silicon atom-containing gas with respect to hydrogen gas is 0.1% or less.
[0012]
[Action]
The object can be solved by forming a photovoltaic element by adding a silicon-containing gas to a hydrogen gas so as not to substantially contribute to the deposition, performing a hydrogen plasma treatment, and then depositing a semiconductor layer. The detailed mechanism is not clear at present, but the present inventors consider as follows.
[0013]
That is, when hydrogen gas is added to the hydrogen gas to such an extent that the silicon atom-containing gas does not substantially contribute to the deposition, the activated silicon atom-containing gas is exposed to oxygen or water adsorbed on the inner wall of the chamber. To form stable silicon oxide and the like, which is more stable than adsorbed on the inner wall of the chamber in the form of oxygen or water. As a result, the silicon atom-containing gas is contained to such an extent that it does not substantially contribute to deposition, and when plasma processing is performed, the incorporation of impurities such as oxygen and water adsorbed on the chamber wall surface into the semiconductor is suppressed to a very low level. It is thought that things can be done.
[0014]
In addition, when hydrogen plasma treatment is performed with hydrogen gas containing a small amount of silicon atom-containing gas, hydrogen atoms are prevented from diffusing deeply into the chamber wall on the chamber wall, and semiconductor It is considered that a reaction such as taking out an impurity which enters the layer and forms a defect level can be suppressed as much as possible.
[0015]
In addition, hydrogen gas has high ionization energy and it is difficult to maintain plasma discharge stably for a long time, but by adding a small amount of silicon atom-containing gas that easily maintains plasma discharge to hydrogen gas as in the present invention, It is considered that the maintenance of the plasma discharge of hydrogen gas is facilitated. By applying such a very stable hydrogen plasma discharge to a substrate or an element, the uniformity and reproducibility of the hydrogen plasma treatment are greatly improved. By improving the uniformity and reproducibility of the hydrogen plasma treatment, it is possible to prevent local separation of the semiconductor layer and increase in series resistance under high temperature, high humidity and light irradiation for a long time on substrates and elements that have been subjected to the hydrogen plasma treatment. You can do it.
[0016]
The hydrogen plasma treatment of the present invention has a textured structure on the surface of the substrate, and works in a direction in which the textured structure is locally sharply developed, so that it contains a silicon atom-containing gas and becomes dull. It is. As a result, abnormal growth of the semiconductor layer can be substantially prevented even if the semiconductor layer is deposited on the substrate having the texture structure subjected to the hydrogen plasma treatment of the present invention. Therefore, when a photovoltaic device having a pin structure is formed, the photovoltaic device has less characteristic unevenness, excellent adhesion between the substrate and the semiconductor layer, and excellent durability under high temperature and high humidity. Is obtained.
[0017]
When the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed in the vicinity of the interface between the p-type layer and the n-type layer, defects near the interface can be reduced, and the transfer of charges excited by light can be facilitated. In particular, silicon atom-containing active species generated by plasma from silicon atom-containing gas to such an extent that substantially no deposition occurs collide with or replace silicon atoms on the surface subjected to the hydrogen plasma treatment, and the structural relaxation progresses, and the surface state is reduced. Is improved. In particular, when light is irradiated from the p-type layer, many charges excited by light are generated on the p-layer side, so that many defects are likely to be generated on the p-layer side. This can be alleviated by performing near the interface between the p-type layer and the n-type layer. Also, in the p-type layer which is p-type with B having a small atomic radius, when the free charge excited by light increases, the diffusion of B is promoted, and the characteristics of the photovoltaic element deteriorate. This can be prevented by performing the hydrogen plasma treatment of the present invention near the interface between the p-type layer and the n-type layer. As a result, in the photovoltaic device that has been subjected to the hydrogen plasma treatment of the present invention, the photovoltaic device is less likely to break when a reverse bias is applied to the photovoltaic device.
[0018]
Further, when the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed near the interface between the p-type layer and the n-type layer, mutual diffusion of the group III element of the periodic table and the group V element of the periodic table can be prevented. The formation of a high-resistance layer near the interface between the mold layer and the n-type layer can be prevented. As a result, the series resistance can be reduced.
When the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed at the interface between the p / i buffer layer and the p-type layer, defects near the interface can be reduced, and the transfer of charges excited by light can be facilitated. . In particular, silicon atom-containing active species generated by plasma from silicon atom-containing gas to such an extent that substantially no deposition occurs collide with or replace silicon atoms on the surface subjected to the hydrogen plasma treatment, and the structural relaxation progresses, and the surface state is reduced. Is improved.
[0019]
[Example of embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, a method and an apparatus for forming a photovoltaic element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Hydrogen plasma processing conditions)
FIGS. 1 and 2 show an example of a photovoltaic element of the present invention in which a hydrogen plasma treatment is performed with a hydrogen gas containing a trace amount of a silicon atom-containing gas.
[0020]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a photovoltaic element having two pin structures. The photovoltaic element includes a substrate 290 (support 200, reflection layer 201, reflection enhancement layer 202), a first n-type layer (or p-type layer) 203, a first n / i buffer layer (or p / i buffer layer) 251, first i type layer 204, first p / i buffer layer (or n / i buffer layer) 261, first p type layer (or n type layer) 205, second n Mold layer (or p-type layer) 206, second n / i buffer layer (or p / i buffer layer) 252, second i-type layer 207, second p / i buffer layer (or n / i buffer) Layer 262, a second p-type layer (or n-type layer) 208, a transparent electrode 212, and a current collecting electrode 213. When light is irradiated from the substrate side, 200 is a light-transmitting support, 201 is a transparent conductive layer, 202 is an antireflection layer, and 212 is a conductive layer also serving as a reflective layer.
[0021]
FIG. 2 is a schematic explanatory view of a photovoltaic element having three pin structures. The photovoltaic element includes a substrate 390 (a support 300, a reflective layer 301, and a reflection enhancing layer 302), a first n-type layer (or p-type layer) 303, and a first n / i buffer layer (or p / i-buffer layer) 351, first i-type layer 304, first p / i buffer layer (or n / i buffer layer) 361, first p-type layer (or n-type layer) 305, second n Mold layer (or p-type layer) 306, second n / i buffer layer (or p / i buffer layer) 352, second i-type layer 307, second p / i buffer layer (or n / i buffer) Layer) 362, second p-type layer (or n-type layer) 308, third n-type layer (or p-type layer) 309, third n / i buffer layer (or p / i buffer layer) 353, Third i-type layer 310, third p / i buffer layer (or n / i buffer ) 363, a third p-type layer (or n-type layer) 311, transparent electrode 312, and a collecting electrode 313. When light is irradiated from the substrate side, 300 is a light-transmitting support, 301 is a transparent conductive layer, 302 is an antireflection layer, and 312 is a conductive layer also serving as a reflective layer.
[0022]
In the present invention, the plasma treatment with a hydrogen gas containing a silicon atom-containing gas and a gas containing a Group III element in the periodic table that does not substantially deposit is preferably performed near the interface between the p-type layer and the n-type layer. It is effective. The hydrogen flow rate suitable for achieving the object of the present invention is appropriately optimized depending on the size of the processing chamber, and the suitable flow rate is 1 to 2000 sccm. When the hydrogen flow rate is less than 1 sccm, the power for maintaining the plasma discharge increases, the damage to the base slope becomes severe, and impurities are easily taken in from the chamber wall. When the flow rate of hydrogen is more than 2000 sccm, the residence time of the silicon-based active species and the active species of hydrogen in the plasma discharge in the chamber is shortened. The effect of the plasma treatment at the step becomes difficult to appear.
[0023]
In the hydrogen plasma processing method of the present invention, the preferable addition amount of the silicon atom-containing gas added to the hydrogen gas is 0.001% to 0.1%. If the addition amount of the silicon atom-containing gas to the hydrogen gas is less than 0.001%, the effect of the present invention will not be exhibited, and if it is more than 0.1%, the deposition of silicon atoms will increase. The effect of is no longer apparent.
[0024]
In the hydrogen plasma treatment method of the present invention, the ratio of the Group III element containing gas added to the hydrogen gas is preferably in the range of 0.05 to 3%. By treating the vicinity of the interface between the p-type layer and the n-type layer with a hydrogen plasma containing a Group III element in the periodic table and containing silicon atoms to such an extent that substantially no deposition occurs, the vicinity of the interface can be improved. Can sharply change the distribution of Group III elements in the periodic table. In addition, the hydrogen plasma treatment of the present invention improves the activation rate of the Group III element of the periodic table near the interface, and is particularly important for the photovoltaic power of the pin structure, which is the interface between the p-type layer and the n-type layer. In the vicinity, the addition amount and the activation rate of the group III element of the periodic table are increased, so that the series resistance is reduced and the characteristics as a photovoltaic element are improved. Further, when the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed on the p-type layer at a relatively low temperature (280 ° C. or lower), the diffusion of Group III of the periodic table into the n-type layer is substantially almost impossible. In addition, it is possible to make the Group III element of the periodic table exist at a high concentration and a high activation rate in the vicinity of the very surface of the p-type layer. As described above, in the hydrogen plasma treatment of the present invention, the Group III element of the periodic table can be contained in an extremely large amount and at a high activation rate near the interface between the p-type layer and the n-type layer. The thickness can be reduced, and the light applied to the photovoltaic element can be used more effectively.
[0025]
The energy suitable for generating the hydrogen plasma of the present invention is an electromagnetic wave, particularly RF (radio frequency), VHF (very high frequency), and MW (microwave). When the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed by RF, a preferable frequency range is 1 MHz to 50 MHz. When the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed by VHF, a preferable frequency range is from 51 MHz to 500 MHz. When the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed by MW, a preferable frequency range is from 0.51 GHz to 10 GHz.
[0026]
In order to effectively perform the hydrogen plasma treatment of the present invention, the degree of vacuum is an important factor, and the preferable range largely depends on the energy used to activate the hydrogen gas to which the silicon atom-containing gas is added. Is what you do. When the hydrogen plasma treatment is performed in the RF frequency band, the degree of vacuum is preferably in the range of 0.05 Torr to 10 Torr. The preferred degree of vacuum when performing hydrogen plasma processing in the VHF frequency band is in the range of 0.0001 Torr to 1 Torr. A preferred degree of vacuum when performing the hydrogen plasma treatment in the MW frequency band is in the range of 0.0001 Torr to 0.01 Torr.
[0027]
In the hydrogen plasma processing of the present invention, the power density supplied into the chamber to generate hydrogen plasma is an important factor for effectively performing the hydrogen plasma processing of the present invention. Such power density depends on the frequency of the electromagnetic wave used. When using the RF frequency band, the power density is 0.01 to 1 W / cm.3Is a preferable range. When using the VHF frequency band, 0.01 to 1 W / cm3Is a preferable range. In particular, in the case of the VHF frequency band, the plasma discharge can be maintained in a wide pressure range, and when performing the hydrogen plasma processing at a high pressure, it is preferable to perform the hydrogen plasma processing at a relatively low power density. On the other hand, when the hydrogen plasma treatment is performed at a low pressure, it is preferable to perform the treatment at a relatively high power density. When performing the hydrogen plasma treatment of the present invention using the MW frequency band, 0.1 to 10 W / cm3Is a preferable power density range. In performing the hydrogen plasma treatment of the present invention, there is a close relationship between the power density and the hydrogen plasma treatment time, and when the power density is high, the relatively short hydrogen plasma treatment time is preferable. is there.
[0028]
In the hydrogen plasma processing of the present invention, the substrate temperature during the hydrogen plasma processing is a very important factor for making the effects of the present invention effective. In the case where the hydrogen plasma treatment is performed using the RF frequency band, the substrate temperature is preferably relatively high, and the preferable temperature range is 100 to 400 ° C. When performing the hydrogen plasma treatment of the present invention using the VHF or MW frequency band, the substrate temperature is preferably relatively low. In this case, 50 to 300 ° C. is a preferable temperature range. Further, the substrate temperature during the hydrogen plasma treatment of the present invention also depends closely on the power density input into the chamber, and when the input power density is relatively high, the substrate temperature is set to a lower temperature. Is preferred.
[0029]
When performing the hydrogen plasma treatment of the present invention, the power density, gas flow rate, substrate temperature, pressure, and the like as described above may be changed with respect to the treatment time. Usually, a substrate has many defects and many impurities near its surface. Therefore, the hydrogen plasma treatment is preferably performed at a relatively high power density and a high pressure at the start of the treatment.
[0030]
In the hydrogen plasma treatment of the present invention, the silicon atom-containing gas added to the hydrogen gas is SiH4, Si2H6, SiF4, SiF3H, SiF2H2, SiF3H, Si2FH5, SiCl4, SiClH3, SiCl2H2, SlClH3And the like are suitable. These silicon atom-containing gases may be added alone to the hydrogen gas, or may be added in combination of two or more. In particular, the mixing ratio of a silicon atom-containing gas containing a halogen atom is preferably added more than a silicon atom-containing gas not containing a halogen atom.
[0031]
(Formation method and apparatus)
A method for forming a photovoltaic element of the present invention and a forming apparatus suitable for the method will be described. An example of the forming apparatus is shown in a schematic explanatory view of FIG.
3, a forming apparatus 400 includes a load chamber 401, transfer chambers 402, 403, and 404, an unload chamber 405, gate valves 406, 407, 408, and 409, substrate heaters 410, 411, and 412, and a substrate transfer rail. 413, an n-type layer (or p-type layer) deposition chamber 417, an i-type layer deposition chamber 418, a p-type layer (or n-type layer) deposition chamber 419, plasma forming cups 420, 421, power supplies 422, 423, 424, Microwave introduction window 425, waveguide 426, gas introduction tubes 429, 449, 469, valves 430, 431, 432, 433, 434, 441, 442, 443, 444, 450, 451, 452, 453, 454, 455, 461, 462, 463, 464, 465, 470, 471, 72, 473, 474, 481, 482, 483, 484, mass flow controllers 436, 437, 438, 439, 456, 457, 458, 459, 460, 476, 477, 478, 479, shutter 427, bias rod 428, substrate It comprises a holder 490, an exhaust device (not shown), a microwave power supply (not shown), a vacuum gauge (not shown), a control device (not shown), and the like.
[0032]
A method for forming a photovoltaic element to which the hydrogen plasma processing method of the present invention is applied is performed as follows using a forming apparatus shown in FIG.
All chambers of the deposition apparatus 400 are connected to each chamber by a turbo-molecular pump (not shown).-6Raise the vacuum to Torr or less.
When the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed by RF, it is performed as follows. A base layer on which a reflective layer of silver or the like is deposited on a stainless steel support and a reflection-enhancing layer of zinc oxide or the like is further deposited is attached to a base holder 490. The substrate holder 490 is put into the load chamber 401. The door of the load chamber 401 is closed, and the load chamber 401 is pulled up to a predetermined degree of vacuum by a mechanical booster pump / rotary pump (MP / RP) (not shown). When the load chamber reaches a predetermined degree of vacuum, the MP / RP is switched to a turbo molecular pump and 10-6Raise the vacuum to Torr or less. 10 load chambers-6When the degree of vacuum becomes equal to or lower than Torr, the gate valve 406 is opened, the substrate holder 490 on the substrate transfer rail 413 is moved to the transfer chamber 402, and the gate valve 406 is closed. The substrate heating heater 410 of the transfer chamber 402 is raised so that the substrate holder 490 does not hit. The position of the substrate holder is determined so that the substrate comes directly under the heater. The substrate heating heater 410 is lowered, and the substrate is put into the n-type layer deposition chamber.
[0033]
The substrate temperature is changed to a temperature suitable for the deposition of the n-type layer, and the SiH4, Si2H6A silicon atom-containing gas and a gas containing a Group V element of the periodic table for n-type layer deposition are introduced into the deposition chamber 417 via a valve 443, a mass flow controller 438, and a valve 433. It is also preferable that the flow rate of the hydrogen gas is appropriately adjusted in accordance with the n-type layer. In this manner, the source gas for depositing the n-type layer is introduced into the deposition chamber 417, and the degree of opening and closing of the exhaust valve (not shown) is changed to make the inside of the deposition chamber 417 a desired degree of vacuum of 0.1 to 10 Torr. Then, RF power is introduced from the RF power supply 422 to the plasma forming cup 420 to cause plasma discharge and maintain the discharge for a desired time. Thus, an n-type semiconductor layer having a desired thickness is deposited on the substrate.
[0034]
After the deposition of the n-type layer is completed, the introduction of the source gas into the deposition chamber 417 is stopped, and the inside of the chamber is purged with hydrogen gas or helium gas. After sufficient purging, supply of hydrogen gas or helium gas is stopped, and the inside of the deposition chamber is-6Raise to Torr. The gate valve 407 is opened, the substrate holder 490 is moved to the transfer chamber 403, and the gate valve 407 is closed. The position of the substrate holder is adjusted so that the substrate can be heated by the substrate heating heater 411. A substrate heating heater is brought into contact with the substrate to heat the substrate to a predetermined temperature. At the same time, an inert gas such as a hydrogen gas or a helium gas is introduced into the deposition chamber 418. Further, it is preferable that the degree of vacuum at that time is the same as that at the time of depositing the n / i buffer layer. When the substrate temperature reaches a desired temperature, the gas for heating the substrate is stopped, and the source gas for depositing the n / i buffer layer is supplied to the deposition chamber 418 from the gas supply device. For example, hydrogen gas, silane gas, and germane gas are set as desired with the mass flow controllers 457, 458, and 459 by opening the valves 462, 463, and 464, respectively, and the valves 452, 453, 454, and 450 are opened, and the gas is introduced through the gas introduction pipe 449. And supply it to the deposition chamber 418. At the same time, the supply gas is evacuated by a diffusion pump (not shown) so that the degree of vacuum in the deposition chamber 418 becomes a desired pressure. When the degree of vacuum in the chamber 418 is stabilized at a desired degree of vacuum, desired power is introduced from a RF power supply (not shown) into a bias rod for applying a bias. Then, an n / i buffer layer is deposited by RF plasma CVD. Preferably, the n / i buffer layer is deposited at a lower deposition rate than the i-type layer deposited thereafter.
[0035]
Next, the substrate is heated to a predetermined temperature for i-type layer deposition. Preferably, the substrate is heated while an inert gas such as a hydrogen gas or a helium gas is opened by opening a valve 461, a desired flow rate is set by a mass flow controller, and valves 451 and 450 are opened. Further, it is preferable that the degree of vacuum at that time is the same as that at the time of depositing the i-type layer.
[0036]
When the substrate temperature reaches a desired temperature, the gas for heating the substrate is stopped, and the source gas for depositing the i-type layer is supplied to the deposition chamber 418 from the gas supply device. For example, hydrogen gas, silane gas, and germane gas are opened at the respective valves 462, 463, and 464, and the desired flow rates are set at the mass flow controllers 457, 458, and 459, and the valves 452, 453, 454, and 450 are opened, and the gas introduction pipe 449 is opened. To the deposition chamber 418. At the same time, the supply gas is evacuated by a diffusion pump (not shown) so that the degree of vacuum in the deposition chamber 418 becomes a desired pressure. When the degree of vacuum in the chamber 418 is stabilized at a desired degree of vacuum, desired power is introduced from a microwave power supply (not shown) into the deposition chamber 418 via the waveguide 426 and the microwave introduction window 425. Simultaneously with the introduction of the microwave energy, it is also preferable to introduce the desired bias power into the deposition chamber 418 from an external DC, RF or VHF power supply 424 to the biasing bias bar, as shown in an enlarged view of the deposition chamber 418. Things. Thus, the i-type layer is deposited to a desired thickness. When the i-type layer has been deposited to a desired thickness, the application of microwave power and bias is stopped. If necessary, the inside of the deposition chamber 418 is purged with an inert gas such as hydrogen gas or helium gas.
[0037]
Thereafter, a p / i buffer layer is deposited to a desired thickness in the same manner as the deposition of the n / i buffer layer. Thereafter, if necessary, the inside of the deposition chamber 418 is purged with an inert gas such as a hydrogen gas or a helium gas.
The inside of the deposition chamber was purged, the exhaust was changed from a diffusion pump to a turbo molecular pump, and the degree of vacuum in the deposition chamber was reduced to 10-6The degree of vacuum is set to Torr or less. At the same time, the heater for heating the substrate is raised so that the substrate holder can be moved. The gate valve 408 is opened, the base holder is moved from the transfer chamber 403 to the transfer chamber 404, and the gate valve 408 is closed.
[0038]
The substrate holder is moved directly below the substrate heating heater 412, and the substrate is heated by the base heating heater 412. It is more preferable that the substrate be heated by changing the exhaust from the turbo molecular pump to MP / RP and flowing an inert gas such as a hydrogen gas or a helium gas to a pressure at the time of deposition of the p-type layer during heating. is there. When the substrate temperature is stabilized at a desired substrate temperature, supply of a substrate heating gas such as a hydrogen gas or an inert gas for substrate heating is stopped, and a source gas for p-type layer deposition, for example, H2, SiH4, BF3Gases containing a Group III element such as the periodic table are opened through valves 482, 483, and 484, and further opened through valves 472, 473, and 474 via mass flow controllers 477, 478, and 479, and are introduced into the deposition chamber 419. The desired flow rate is supplied through 469. The exhaust valve is adjusted so that the internal pressure of the deposition chamber 419 becomes a desired degree of vacuum. When the internal pressure of the deposition chamber 419 is stabilized at a desired degree of vacuum, RF power is supplied from the RF power supply 423 to the plasma forming cup. The p-type layer is then deposited for the desired time. After the deposition, the supply of the RF power and the source gas is stopped, and the inside of the deposition chamber is sufficiently purged with an inert gas such as a hydrogen gas or a helium gas.
[0039]
The hydrogen plasma treatment of the present invention is performed on a p-type layer as follows. In the chamber, hydrogen gas, silicon atom-containing gas, and group III element containing gas required for performing the hydrogen plasma treatment of the present invention are supplied to valves 471, 472, 473, mass flow controllers 476, 479, 478, valve 481, A predetermined flow rate is introduced into the deposition chamber 419 via 482, 483 and the valve 470. The degree of vacuum is changed in the deposition chamber 419 by changing the opening / closing degree of an exhaust valve (not shown). When the degree of vacuum in the chamber 419 is stabilized, RF power is supplied from the RF power supply 423 to the plasma forming cup 421 to generate plasma. In this manner, the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed for a predetermined time. It is desirable to appropriately change the flow rate of the hydrogen gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas, the RF power, the substrate temperature, etc. during the hydrogen plasma treatment depending on the surface state of the base slope and the state of the inner wall of the chamber. is there. The preferred form of variation of these parameters is to initially increase the hydrogen flow and decrease the hydrogen flow over time. As a form of the change in the flow rate of the silicon atom-containing gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas is initially small and the flow rate of the silicon atom-containing gas is increased with time. A preferred form of change is that the RF power is initially high and then reduced over time.
[0040]
After performing the plasma treatment of the present invention on the p-type layer in this manner, a pin structure is formed in the same manner as described above.
After the final p-type layer is laminated and the purging is completed, the evacuation is changed from MP / RP to turbo molecular pump to 10-6Evacuate to a vacuum of Torr or less. At the same time, the heater 412 for heating the substrate is raised, the gate valve 409 is opened, and the substrate holder 490 is moved to the unload chamber 405. The gate valve 409 is closed, and when the temperature of the substrate holder becomes 100 ° C. or less, the door of the unload chamber is opened and taken out. Thus, a pin semiconductor layer subjected to the hydrogen plasma treatment of the present invention is formed. The substrate on which the pin semiconductor layer is formed is set in a vacuum evaporator for depositing a transparent electrode, and a transparent electrode is formed on the semiconductor layer. Next, the photovoltaic element on which the transparent electrode is formed is set in a vacuum evaporator for depositing a collecting electrode, and the collecting electrode is deposited. Thus, a photovoltaic element is formed.
[0041]
When the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed by MW, for example, it is performed as follows. After depositing the p-type layer, the gate valve 408 is opened, the substrate holder 490 is moved to the transfer chamber 403, and the gate valve is closed. The position of the substrate holder is determined so that the substrate comes directly under the heater. The substrate heating heater 411 is lowered, and the substrate is put into the i-type layer deposition chamber. The substrate temperature is raised to a desired substrate temperature by the substrate heater 411. The turbo molecular pump is switched to MP / RP, and hydrogen gas, a silicon atom-containing gas, and a group III element-containing gas of the periodic table necessary for performing the hydrogen plasma treatment of the present invention are supplied to the chamber by valves 461, 462, 463, A predetermined flow rate is introduced into the deposition chamber 418 via the mass flow controllers 456, 457, 458, the valves 451, 452, 453, and the valve 450. The inside of the deposition chamber 418 is set to a desired degree of vacuum by changing the opening / closing degree of an exhaust valve (not shown). When the degree of vacuum in the chamber 418 is stabilized, MW power is supplied from a MW power supply (not shown) to the deposition chamber 418 through the microwave introduction window 425 to generate plasma. In this manner, the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed for a predetermined time. Depending on the surface state of the substrate and the state of the inner wall of the chamber, it is desirable to appropriately change the flow rate of the hydrogen gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas, the MW power, the substrate temperature, etc. during the hydrogen plasma treatment. . The preferred form of variation of these parameters is to initially increase the hydrogen flow and decrease the hydrogen flow over time. As a form of the change in the flow rate of the silicon atom-containing gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas is initially small and the flow rate of the silicon atom-containing gas is increased with time. A preferred form of change is that the MW power is initially high and then reduced over time. When performing the hydrogen plasma treatment of the present invention with VHF, it is preferable to perform the same treatment as with MW.
[0042]
Further, it is also preferable to perform a hydrogen plasma treatment on the vicinity of the interface between the substrate and the n-type layer with a hydrogen gas containing a gas that does not substantially deposit a silicon atom-containing gas. To perform the hydrogen plasma treatment near the interface between the substrate and the n-type layer, the substrate is transported to the n-type layer deposition chamber or the i-type layer deposition chamber in the above-described procedure, and the substrate is maintained at a predetermined substrate temperature. In the above procedure, a predetermined flow rate of the silicon atom-containing gas and the hydrogen gas is introduced into the deposition chamber. The pressure is adjusted by the pressure adjusting valve so that the degree of vacuum is appropriate for the type of the introduced power such as RF, VHF and / or MW power. A plasma discharge is generated by introducing RF, VHF or / and MW power, and the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed on the substrate for a predetermined time.
[0043]
In addition, the characteristics of the photovoltaic element are further improved by performing a plasma treatment on the vicinity of the interface between the n / i buffer layer and the i-type layer with a hydrogen gas that does not contribute to the deposition of the silicon atom-containing gas. However, the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed on the n / i-type layer as follows. A predetermined amount of hydrogen gas and a gas containing silicon atoms required for performing the hydrogen plasma treatment of the present invention are supplied to the deposition chamber 418 via valves 461 and 462, mass flow controllers 456 and 457, valves 451 and 452, and a valve 450. To be introduced. The inside of the deposition chamber 418 is set to a desired degree of vacuum by changing the opening / closing degree of an exhaust valve (not shown). When the degree of vacuum in the chamber 418 is stabilized, RF power is supplied from the RF power supply 424 to the bias power supply 428 to generate plasma. In this manner, the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed for a predetermined time. Depending on the surface state of the substrate and the state of the inner wall of the chamber, it is desirable to appropriately change the flow rate of the hydrogen gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas, the RF power, the base temperature, etc. during the hydrogen plasma treatment. is there. The preferred form of variation of these parameters is to initially increase the hydrogen flow and decrease the hydrogen flow over time. As a form of the change in the flow rate of the silicon atom-containing gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas is initially small and the flow rate of the silicon atom-containing gas is increased with time. A preferred form of change is that the RF power is initially high and then reduced over time.
The hydrogen plasma treatment of the present invention is performed on the i-type layer as follows. A predetermined amount of hydrogen gas and a silicon atom-containing gas required for performing the hydrogen plasma treatment of the present invention are supplied to the deposition chamber 418 through valves 461 and 462, mass flows 456 and 457, valves 451 and 452, and a valve 450. Introduce. The inside of the deposition chamber 418 is set to a desired degree of vacuum by changing the opening / closing degree of an exhaust valve (not shown). When the degree of vacuum in the chamber 418 becomes stable, RF power is introduced from the RF power supply 424 to the bias rod 428 to generate plasma. In this manner, the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed for a predetermined time. Depending on the surface state of the substrate and the state of the inner wall of the chamber, it is desirable to appropriately change the flow rate of the hydrogen gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas, the RF power, the substrate temperature, etc. during the hydrogen plasma treatment. . The preferred form of variation of these parameters is to initially increase the hydrogen flow and decrease the hydrogen flow over time. As a form of the change in the flow rate of the silicon atom-containing gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas is initially small and the flow rate of the silicon atom-containing gas is increased with time. A preferred form of change is that the RF power is initially high and then reduced over time.
[0044]
The hydrogen plasma treatment of the present invention on the p / i buffer layer is performed as follows. A predetermined amount of hydrogen gas and a gas containing silicon atoms required for performing the hydrogen plasma treatment of the present invention are supplied to the deposition chamber 418 through valves 461 and 462, mass flow controllers 456 and 457, valves 451 and 452, and a valve 450. To be introduced. The inside of the deposition chamber 418 is set to a desired degree of vacuum by changing the opening / closing degree of an exhaust valve (not shown). When the degree of vacuum in the chamber 418 becomes stable, RF power is introduced from the RF power supply 424 to the bias rod 428 to generate plasma. In this manner, the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed for a predetermined time. It is desirable to appropriately change the flow rate of the hydrogen gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas, the RF power, the substrate temperature, and the like, depending on whether the hydrogen plasma processing is performed depending on the front state of the substrate or the state of the inner wall of the chamber. . The preferred form of variation of these parameters is to initially increase the hydrogen flow and decrease the hydrogen flow over time. As a form of the change in the flow rate of the silicon atom-containing gas, the flow rate of the silicon atom-containing gas is initially small and the flow rate of the silicon atom-containing gas is increased with time. A preferred form of change is that the RF power is initially high and then reduced over time.
[0045]
As described above, one pin structure is formed, and then the substrate holder holding the substrate on which the pin structure is formed is moved to the transfer chamber 402, and the pin structure is stacked by the operation procedure of depositing each layer of the pin. In the case of a triple cell, such an operation may be repeated once. In a photovoltaic element in which a plurality of pin structures are stacked, it is preferable that the i-type layers be stacked in such a manner that the band gap becomes narrower in order from the light incident side.
[0046]
In the above-described method for forming a photovoltaic element for performing a hydrogen plasma treatment according to the present invention, the gas cylinder may be replaced with a necessary gas cylinder as needed. In that case, it is preferable that the gas line be sufficiently heated and purged.
Next, the components of the photovoltaic element will be described in detail.
(substrate)
The material of the support preferably used in the present invention is preferably a material having little deformation and distortion at a temperature required at the time of forming a deposited film, having a desired strength, and having conductivity. A support that does not reduce the adhesion of the reflective layer or the reflection enhancing layer to the support even when the hydrogen plasma treatment of the present invention is performed after depositing the reflective layer or the reflection enhancing layer is preferable.
[0047]
Specifically, thin films of metals such as stainless steel, aluminum and its alloys, iron and its alloys, copper and its alloys and their composites, and metal thin films of different materials and / or SiO on their surfaces2, Si3N4, Al2O3, AlN or other insulating thin film that has been subjected to surface coating by sputtering, vapor deposition, plating, or the like, or a heat-resistant resin sheet such as polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, or epoxy, or a glass fiber or carbon fiber , Boron fiber, metal fiber, etc., on the surface of which a metal alone or alloy, a transparent conductive oxide or the like is subjected to a conductive treatment by a method such as plating, vapor deposition, sputtering, or coating.
[0048]
The thickness of the support is preferably as thin as possible in consideration of cost, storage space, and the like, as long as the strength is such that the curved shape formed when the support is moved is maintained. . Specifically, the thickness is preferably from 0.01 mm to 5 mm, more preferably from 0.02 mm to 2 mm, and most preferably from 0.05 mm to 1 mm. Desired strength is easily obtained even when thin.
[0049]
The width of the support is not particularly limited and is determined by the size of the vacuum vessel and the like.
The length of the support is not particularly limited, and may be a length that can be wound into a roll, or may be a longer one that is made longer by welding or the like. Good.
[0050]
In the present invention, the support is heated and cooled in a short time, but it is not preferable that the temperature distribution spreads in the longitudinal direction of the support. In order to follow the heating and cooling, it is preferable that the heat conduction is large in the thickness direction.
To reduce the heat conduction of the support in the moving direction and increase it in the thickness direction, the thickness may be reduced. When the support is uniform, (heat conduction) × (thickness) is preferably 1 × 10-1W / K or less, more preferably 0.5 × 10-1It is desirable that it is not more than W / K.
[0051]
(Reflective layer)
Examples of the material for the reflective layer include metals such as Ag, Au, Pt, Ni, Cr, Cu, Al, Ti, Zn, Mo, and W, and alloys thereof. It is formed by vapor deposition, sputtering, or the like. Also, care must be taken that the formed metal thin film does not become a resistance component with respect to the output of the photovoltaic element, and the sheet resistance of the reflective layer is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less. Is desirable.
[0052]
When the support is light-transmitting and the photovoltaic element is irradiated with light from the light-transmitting support, it is preferable to form a light-transmitting conductive layer instead of the reflective layer. . As a light-transmitting conductive layer suitable for such a purpose, tin oxide, indium oxide, an alloy thereof, or the like is suitable. Further, it is preferable that these light-transmitting conductive layers are deposited to a thickness that satisfies the condition of antireflection. The sheet resistance of these translucent conductive layers is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.
[0053]
(Reflection increasing layer)
The reflection increasing layer desirably has a light reflectance of 85% or more in order to efficiently absorb the reflected light from the substrate that has passed through the semiconductor layer into each semiconductor layer. The sheet resistance is desirably 100Ω or less so as not to become a resistance component with respect to the output of the power element. As a material having such characteristics, SnΟ2, In2O3, ZnΟ, CdΟ, Cd2SnO4, ITO (In2Ο3+ SnO2And the like. In the photovoltaic element, the reflection increasing layer is laminated in contact with the p-type layer or the n-type layer, and it is necessary to select a layer having good mutual adhesion. Further, it is preferable that the reflection enhancing layer is deposited to a thickness that meets the conditions for increasing the reflection. As a method for forming the reflection increasing layer, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and is appropriately selected as desired.
[0054]
(I-type layer)
In particular, in a photovoltaic device using a group IV or group IV alloy amorphous semiconductor material, an i-type layer used for a pin junction is an important layer for generating and transporting carriers with respect to irradiation light. As the i-type layer, a slightly p-type or slightly n-type layer can also be used. The amorphous semiconductor material contains a hydrogen atom (H, D) or a halogen atom (X), which has an important function.
[0055]
Hydrogen atoms (H, D) or halogen atoms (X) contained in the i-type layer work to compensate for dangling bonds in the i-type layer, and the carrier mobility in the i-type layer. And product life. Further, it works to compensate for the interface state at each interface of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer, and has the effect of improving the photovoltaic power, photocurrent and photoresponsiveness of the photovoltaic element. There is something. The optimum content of hydrogen atoms and / or halogen atoms contained in the i-type layer is 1 to 40 at%. In particular, those having a large content of hydrogen atoms and / or halogen atoms distributed on each interface side of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer are mentioned as a preferable distribution form. The content of the hydrogen atom and / or the halogen atom in the above is preferably 1.1 to 2 times the content in the bulk as a preferable range. Further, it is preferable that the content of hydrogen atoms and / or halogen atoms is changed in accordance with the content of silicon atoms.
[0056]
When the photovoltaic device of the present invention has a plurality of pin structures, it is preferable to stack the i-type layers in order from the light incident side such that the band gap of the i-type layers becomes smaller. Amorphous silicon or amorphous silicon carbide is used as the i-type layer having a relatively wide band gap, and amorphous silicon germanium is used as the i-type semiconductor layer having a relatively narrow band gap. Amorphous silicon and amorphous silicon germanium are formed by a-Si: H, a-Si: F, a-Si: H: F, a-SiGe: H, a-Si: H, a-Si: F, depending on an element for capturing a dangling bond. It is described as SiGe: F, a-SiGe: H: F, or the like.
[0057]
When amorphous silicon germanium is used for the i-type layer, it is preferable to change the germanium content in the thickness direction of the i-type layer. In particular, it is a preferable distribution form of germanium that the germanium content continuously decreases in the direction of the n-type layer and / or the p-type layer. The distribution of germanium atoms in the layer thickness can be achieved by changing the flow ratio of the germanium-containing gas contained in the source gas. As a method of changing the content of germanium atoms in the i-type layer by the MW plasma CVD method, in addition to a method of changing a flow rate ratio of a germanium-containing gas, a method of changing a flow rate of a hydrogen gas which is a diluent gas of a source gas is used. This can be done in the same way. By increasing the amount of hydrogen dilution, the germanium content in the deposited film (i-type layer) can be increased.
[0058]
The hydrogen plasma treatment of the present invention particularly improves the electrical connection between a so-called graded band gap layer in which germanium atoms are continuously changed and a buffer layer in contact with the so-called graded band gap layer.
More specifically, for example, a pin junction i-type semiconductor layer suitable for the photovoltaic device of the present invention includes i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H). As characteristics, the optical band gap (Eg) is 1.60 eV to 1.85 eV, the hydrogen atom content (CH) is 1.0 to 25.0%, AM 1.5, 100 mW / cm.2Has a photoelectric conductivity (σp) under simulated sunlight irradiation of 1.0 × 10-5S / cm or more, dark conductivity (σd) is 1.0 × 10-9S / cm or less, inclination of Urbach tail by constant photocurrent method (CPM) is 55 meV or less, and localized level density is 1017/ Cm3The following are preferred.
[0059]
The semiconductor material amorphous silicon germanium constituting the i-type semiconductor layer having a relatively narrow band gap of the photovoltaic device of the present invention has an optical band gap (Eg) of 1.20 eV to 1. 60 eV, the content of hydrogen atoms (CH) is 1.0 to 25%, the slope of the Urbach tail by the constant photocurrent method (CPM) is 55 meV or less, and the localized level density is 1017cm3The following are preferred.
[0060]
The i-type layer suitable for the present invention is preferably deposited under the following conditions. The amorphous semiconductor layer is preferably deposited by RF, VHF or MW plasma CVD.
When the deposition is performed by the RF plasma CVD method, the substrate temperature is 100 to 350 ° C., the degree of vacuum in the deposition chamber is 0.05 to 10 Torr, and the RF frequency is 1 to 50 MHz. Particularly, the RF frequency is preferably 13.56 MHz. The RF power supplied into the deposition chamber is 0.01 to 5 W / cm.2Is a preferable range. The preferable range of the self-bias applied to the substrate by the RF power is 0 to 300.
[0061]
When the deposition is performed by the VHF plasma CVD method, the substrate temperature is 100 to 450 ° C., the degree of vacuum in the deposition chamber is 0.0001 to 1 Torr, and the frequency of VHF is 60 to 500 MHz. Particularly, the frequency of VHF is suitably 100 MHz. The VHF power input into the deposition chamber is 0.01 to 1 W / cm.3Is a preferable range. The preferable range of the self-bias applied to the substrate by the VHF power is 10 to 1000 V. In addition, the characteristics of the deposited amorphous film are improved by introducing DC or RF into the deposition chamber by overlapping with VHF or separately providing a bias rod. When a DC bias is introduced using a bias bar, it is preferred that the bias bar be positive. When the DC bias is introduced to the substrate side, it is preferable to introduce the DC bias so that the substrate side becomes a negative electrode. When introducing an RF bias, it is preferable to make the area of the electrode into which RF is introduced smaller than the substrate area.
[0062]
When the deposition is performed by the MW plasma CVD method, the substrate temperature is 100 to 450 ° C., the degree of vacuum in the deposition chamber is 0.0001 to 0.05 Torr, and the frequency of the MW is 501 MHz to 10 GHz. In particular, the MW frequency is suitably 2.45 GHz. The MW power input into the deposition chamber is 0.01 to 1 W / cm.3Is a preferable range. MW power is optimally introduced into the deposition chamber via a waveguide. Also, in addition to the MW, a bias rod is separately provided to introduce DC or RF into the deposition chamber, thereby improving the characteristics of the deposited amorphous film. When a DC bias is introduced using a bias bar, it is preferred that the bias bar be positive. When the DC bias is introduced to the substrate side, it is preferable to introduce the DC bias so that the substrate side becomes a negative electrode. When introducing an RF bias, it is preferable to make the area of the electrode into which RF is introduced smaller than the substrate area.
[0063]
For the deposition of the i-type layer suitable for the plasma treatment of the present invention, SiH4, Si2H6, SiF4, SiF2H2And the like. To widen the band gap, it is preferable to add a gas containing carbon, nitrogen or oxygen. It is preferable that carbon-, nitrogen-, or oxygen-containing gas is contained more in the vicinity of the p-type layer and / or the n-type layer than in the i-type layer. By doing so, the open-circuit voltage can be improved without impairing the traveling properties of charges in the i-type layer. As the carbon-containing gas, CnH2n + 2, CnH2nAnd C2H2Etc. are suitable. As a nitrogen-containing gas, N2, NO, N20, NO2, NH3Etc. are suitable. Oxygen-containing gases include O2, CO2, O3Etc. are suitable. Also, a plurality of these gases may be introduced in combination. A suitable amount of the source gas for increasing the band gap is 0.1 to 50%.
[0064]
Further, the characteristics of the i-type layer are improved by adding an element of Group III and / or Group V of the periodic table. As the Group III element of the periodic table, B, Al, Ga and the like are suitable. Especially when B is added, B2H6, BF3It is preferable to use a gas such as the above. N, P, As, etc. are suitable as Group V elements of the periodic table. Especially when P is added, PH3Are suitable. The suitable amount of the Group III and / or Group V element of the periodic table added to the i-type layer is 0.1 to 1000 ppm.
[0065]
By providing an n / i buffer layer or a p / i buffer layer for the i-type layer, the characteristics of the photovoltaic element are improved. As the buffer layer, a semiconductor layer similar to the i-type layer can be used, and it is particularly preferable to deposit the buffer layer at a lower deposition rate than the i-type layer. As the buffer layer, a semiconductor having a wider band gap than the i-type layer is suitable. Preferably, the band gap is smoothly continuous from the i-type layer to the buffer layer. As a method for continuously changing the band gap in the buffer layer, the band gap can be narrowed by increasing the content of germanium atoms contained in a silicon-based non-single-crystal semiconductor. On the other hand, the band gap can be continuously increased by increasing the content of carbon atoms, oxygen atoms, and / or nitrogen atoms contained in a silicon-based non-single-crystal semiconductor. It is a preferable range that the ratio of the narrowest band gap to the widest band gap is 1.01 to 1.5.
[0066]
When an element of Group III or / and Group V of the periodic table is added to the buffer layer, a Group III element of the periodic table is added to the n / i buffer layer and the p / i buffer layer is added to the p / i buffer layer. Is preferably a group V element of the periodic table. By doing so, it is possible to prevent a decrease in characteristics due to diffusion of impurities from the n-type layer and / or the p-type layer into the i-type layer.
[0067]
(N-type layer, p-type layer)
The p-type layer or the n-type layer is also an important layer that affects the characteristics of the photovoltaic device of the present invention. As an amorphous material (denoted as a-) of a p-type layer or an n-type layer (it goes without saying that a microcrystalline material (denoted as μc-) is also included in the range of an amorphous material). a-Si: H, a-Si: HX, a-SiC: H, a-SiC: HX, a-SiGe: H, a-SiGeC: H, a-SiO: H, a-SiN: H, a- SiON: HX, a-SiOCN: HX, μc-Si: H, μc-SiC: H, μc-Si: HX, μc-SiC: HX, μc-SiGe: H, μc-SiO: H, μc-SiGeC: H, μc-SiN: H, μc-SiON: HX, μc-SiOCN: HX, etc., p-type valence electron controlling agents (Group III atoms B, Al, Ga, In, TI) in the periodic table and n-type Valence electron controlling agents (Group V group atoms P, As, Sb, Bi) were added at a high concentration. Materials include polycrystalline materials (denoted as poly-), for example, poly-Si: H, poly-Si: HX, poly-SiC: H, poly-SiC: HX, poly-SiGe: H, poly -Si, poly-SiC, poly-SiGe, etc., p-type valence electron control agents (Group III atoms B. Al, Ga, In, Tl) and n-type valence electron control agents (periodic table) Materials to which Group V atoms (P, As, Sb, Bi) are added at a high concentration may be mentioned.
[0068]
In particular, as the p-type layer or the n-type layer on the light incident side, a crystalline semiconductor layer with little light absorption or an amorphous semiconductor layer with a wide band gap is suitable.
The optimal amount of the group III atom in the periodic table to be added to the p-type layer and the group V atom to be added to the n-type layer is 0.1 to 50 at%.
Hydrogen atoms (H, D) or halogen atoms contained in the p-type layer or the n-type layer work to compensate for dangling bonds of the p-type layer or the n-type layer, and doping efficiency of the p-type layer or the n-type layer. Is to improve. The optimum amount of hydrogen atoms or halogen atoms added to the p-type layer or the n-type layer is 0.1 to 40 at%. In particular, when the p-type layer or the n-type layer is crystalline, the optimal amount of hydrogen atoms or halogen atoms is 0.1 to 8 at%. Further, a preferable distribution form is one in which the content of hydrogen atoms and / or halogen atoms is large at each interface side of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer. The content of the hydrogen atom and / or the halogen atom is preferably in a range of 1.1 to 2 times the content in the bulk. As described above, by increasing the content of hydrogen atoms or halogen atoms near each interface between the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer, the defect level and mechanical strain near the interface are reduced. Accordingly, the photovoltaic power and the photocurrent of the photovoltaic device of the present invention can be increased.
[0069]
The p-type layer and the n-type layer of the photovoltaic element preferably have an activation energy of 0.2 eV or less, and most preferably have an activation energy of 0.1 eV or less. The specific resistance is preferably 100 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less. Further, the thickness of the p-type layer and the n-type layer is preferably 1 to 50 nm, and most preferably 3 to 10 nm.
In order to form a group IV and group IV alloy-based amorphous semiconductor layer suitable as a semiconductor layer of the photovoltaic device of the present invention, the most preferable manufacturing method is a microwave plasma CVD method, and then the most preferable manufacturing method. The method is an RF plasma CVD method.
[0070]
In the microwave plasma CVD method, a material gas such as a raw material gas or a dilution gas is introduced into a deposition chamber, and while the inside pressure of the deposition chamber is kept constant while being evacuated by a vacuum pump, a microwave oscillated by a microwave power supply is used. Guided by a waveguide, introduced into the deposition chamber through a dielectric window (alumina ceramics or the like), a plasma of a material gas is generated and decomposed, and a desired deposited film is formed on a substrate disposed in the deposition chamber. This is a method for forming a deposited film that can be applied to a photovoltaic device under a wide range of deposition conditions.
[0071]
Examples of the source gas suitable for depositing the group IV and group IV alloy-based amorphous semiconductor layers suitable for the photovoltaic device of the present invention include a gasizable compound containing silicon atoms and a gas containing germanium atoms. Compounds which can be converted to gas, compounds which can be gasified containing carbon atoms, compounds which can be pre-gasified containing nitrogen atoms, compounds which can be gasified containing oxygen atoms, and mixed gas of these compounds can be prepared.
[0072]
Specific examples of the gasizable compound containing a silicon atom include a chain or cyclic silane compound.4, Si2H6, SiF4, SiFH3, SiF2H2, SiF3H, Si3H8, SiD4, SiHD3, SiH2D2, SiH3D, SiFD3, SiF2D2, SiD3H, Si2D3H3, (SiF2)5, (SiF2)6, (SiF2)4, Si2F6, Si3F8, Si2H2F4, Si2H3F3, SiCl4, (SiCl2)5, SiBr4, (SiBr2)5, Si2Cl6, SiHCl3, SiH2Br2, SiH2Cl2, Si2Cl3F3And those which can be easily gasified in a gas state.
[0073]
Specifically, a gasizable compound containing a germanium atom is GeH4, GeD4, GeF4, GeFH3, GeF2H2, GeF3H, GeHD3, GeH2D2, GeH3D, Ge2H6, Ge2D6And the like.
Specific examples of the gasizable compound containing a carbon atom include CH4, CD4, CnH2n + 2(N is an integer), CnH2n(N is an integer), C2H2, C6H6, CO2, CO and the like.
[0074]
N as a nitrogen-containing gas2, NH3, ND3, NO, NO2, N2O.
The oxygen-containing gas is O2, CO, CO2, NO, NO2, N2O, CH3CH2OH, CH3OH is fisted.
In addition, as a substance introduced into the p-type layer or the n-type layer for controlling valence electrons, there may be mentioned a Group III element and a Group V atom of the periodic table.
[0075]
Effectively used as a starting material for introducing a group III atom, specifically, for introducing a boron atom, B2H6, B4H10, B5H9, B5H11, B6H10, B6H12, B6H14Such as hydrogenated boron, BF3, BCl3And the like. In addition, AlCl3, GaCl3, InCl3, TlCl3And the like. Especially B2H6, BF3Is suitable
Effectively used as a starting material for introducing a group V atom is, specifically, PH for introducing a phosphorus atom.3, P2H4Phosphorus hydride, PH4I, PF3, PF5, PCl3, PCl5, PBr3, PBr5, PI3And the like. In addition, AsH3, AsF3, AsCl3, AsBr3, AsF5, SbH3, SbF3, SbF5, SbCl3, SbCl5, BiH3, BiCl3, BiBr3And the like. Especially PH3, PF3Is suitable.
[0076]
Further, the compound capable of being gasified is H2, He, Ne, Ar, Xe, Kr, etc., may be appropriately diluted and introduced into the deposition chamber. In particular, when depositing a layer having a small light absorption or a wide band gap such as a microcrystalline semiconductor or a-SiC: H, dilute the source gas 2 to 100 times with hydrogen gas, and compare the microwave power or RF power. It is preferable to introduce extremely high power.
[0077]
(Transparent electrode)
The transparent electrode desirably has a light transmittance of 85% or more to efficiently absorb light from the sun, a white fluorescent lamp, or the like into each semiconductor layer. The sheet resistance is desirably 100Ω or less so as not to become a resistance component with respect to the output. As a material having such characteristics, SnO 22, In2O3, ZnO, CdO, Cd2SnO4, ITO (In2O3+ SnO2), And a metal thin film formed of a metal such as Au, Al, Cu, etc. in a very thin and translucent state. The transparent electrode is laminated on the p-type layer or the n-type layer in the photovoltaic element, forms the photovoltaic element on the translucent support, and irradiates light from the translucent support side. Is laminated on a support, it is necessary to select one having good mutual adhesion. Further, it is preferable that the transparent electrode is deposited to a thickness that meets the antireflection conditions. As a method for manufacturing the transparent electrode, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and is appropriately selected as desired.
[0078]
(Collecting electrode)
The current collecting electrode of the photovoltaic element which has been subjected to the hydrogen plasma treatment of the present invention may be formed by screen printing a silver paste or using a mask of Cr, Ag, Au, Cu, Ni, Μo, Al, or the like. And may be formed by vacuum evaporation. Alternatively, carbon or Ag powder may be attached to a metal wire such as Cu, Au, Ag, or Al together with a resin and attached to the surface of the photovoltaic element to form a current collecting electrode.
[0079]
When manufacturing a photovoltaic device having a desired output voltage and output current using the photovoltaic device of the present invention, the photovoltaic devices of the present invention are connected in series or in parallel, and the front and rear surfaces are connected. , A protective layer is formed, and an output output electrode and the like are attached. When the photovoltaic elements of the present invention are connected in series, a diode for preventing backflow may be incorporated.
[0080]
【Example】
Hereinafter, a method for forming a photovoltaic element of the present invention will be described in detail for a solar cell made of a non-single-crystal silicon-based semiconductor material, but the present invention is not limited thereto.
(Example 1)
The tandem solar cell of FIG. 1 was manufactured using the deposition apparatus shown in FIG.
First, a substrate was manufactured. 0.5mm thick, 50x50mm2The stainless steel support (200) was ultrasonically washed with acetone and isopropanol and dried with hot air.
[0081]
An Ag light reflecting layer (201) having a thickness of 0.3 μm on a surface of a stainless steel support (200) at room temperature using a sputtering method and a ZnO reflection increasing layer having a thickness of 1.0 μm at 350 ° C. (202) was formed, and the production of the substrate was completed.
Next, each semiconductor layer was formed on the reflection increasing layer using the deposition apparatus 400. The deposition apparatus 400 can perform both the MWPCVD method and the RFPCVD method.
[0082]
A source gas cylinder (not shown) is connected to the deposition apparatus through a gas introduction pipe. All raw material gas cylinders have been purified to ultra-high purity.4Gas cylinder, SiF4Gas cylinder, CH4Gas cylinder, GeH4Gas cylinder, GeF4Gas cylinder, Si2H6Gas cylinder, PH3/ H2(Dilution: 1000 ppm) Gas cylinder, B2H6/ H2(Dilution: 2000 ppm, 1%, 10%) Gas cylinder, BF3/ H2(Dilution 2000ppm, 1%, 10%) Gas cylinder, H2Gas cylinder, He gas cylinder, SiCl2H2Gas cylinder, SiH4/ H2(Dilution: 1000 ppm) Gas was connected.
[0083]
Next, the substrate 490 on which the reflection layer 201 and the reflection enhancement layer 202 are formed is arranged on the substrate transport rail 413 in the load chamber 401, and the pressure in the load chamber 401 is reduced to about 1 by a vacuum exhaust pump (not shown). × 10-5The system was evacuated to Torr. Next, the gate valve 406 was opened and transferred into the transfer chamber 402 and the deposition chamber 417 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 410 and heated, and the pressure inside the deposition chamber 417 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0084]
After the preparation for film formation was completed as described above, an RF n-type layer 203 made of μc-Si was formed.
To form an RF n-type layer made of μc-Si, H2Gas is introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429, and H2The valves 441, 431, and 430 were opened so that the gas flow rate became 300 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 436. The pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr by a conductance valve (not shown). The base heating heater 410 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 380 ° C., and when the substrate temperature is stabilized, the SiH4Gas, PH3/ H2The gas was introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429 by operating the valves 443, 433, 444, and 434. At this time, SiH4Gas flow rate 1.5 sccm, H2Gas flow rate 100 sccm, PH3/ H2The mass flow controllers 438, 436, and 439 adjusted the gas flow rate to 200 sccm, and the pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr. The power of the RF power supply 422 is set to 0.05 W / cm.3RF power is introduced into the plasma forming cup 420 to cause glow discharge to start forming an RF n-type layer on the substrate. Then, the glow discharge was stopped, and the formation of the RF n-type layer 203 was completed. SiH into the deposition chamber 4174Gas, PH3/ H2The flow of H into the deposition chamber for 4 minutes.2After continuing to flow gas, H2Is stopped, and 1 × 10-5Evacuated to Torr.
[0085]
Next, an n / i buffer layer 251 made of a-Si was formed by RFPCVD. First, the gate valve 407 was opened and the substrate 490 was transferred into the transfer chamber 403 and the i-type layer deposition chamber 418 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 411 and heated, and the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0086]
In order to manufacture the n / i buffer layer 251, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 360 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, and 453 are set. Open gradually, Si2H6Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 2.5 sccm, H2The mass flow controllers 459, 458 adjusted the gas flow rate to 100 sccm. The opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 0.7 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.07 W / cm3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and the shutter 427 is opened to start forming an n / i buffer layer on the RF n-type layer, thereby forming an n / i buffer layer having a layer thickness of 10 nm. Then, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the fabrication of the n / i buffer layer 251 was completed. The valves 464 and 454 are closed to allow the Si to enter the i-type layer deposition chamber 418.2H6Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0087]
Next, an MWi-type layer 204 made of a-SiGe was formed by MWPCVD. To manufacture the MWi-type layer, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 380 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 461, 451, 450, 462, 452, 463, 453 are formed. Gradually open the SiH4Gas, GeH4Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, SiH4Gas flow rate 37 sccm, GeH4Gas flow rate 38 sccm, H2The mass flow controllers 456, 457, and 458 adjusted the gas flow rate to 165 sccm. The opening of the conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 5 mTorr. Next, a high frequency (hereinafter abbreviated as “RF”) power supply 424 is set to 0.6 W / cm.3And applied to the bias bar 428. Thereafter, the power of the MW power supply (not shown) is increased to 0.28 W / cm.3MW power is introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the waveguide 426 and the microwave introduction window 425 to generate glow discharge, and the shutter 427 is opened to open the MWi type on the n / i buffer layer. When the production of the layer was started and the i-type layer having a thickness of 0.15 μm was produced, the MW glow discharge was stopped, the output of the bias power supply 424 was turned off, and the production of the MWi-type layer 204 was completed. The valves 451 and 452 are closed and the SiH into the i-type layer deposition chamber 4184Gas, GeH4Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0088]
Next, ap / i buffer layer 261 made of a-Si was formed by RFPCVD.
In order to form the p / i buffer layer 261, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, and 453 are set. Open gradually, Si2H6Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 3 sccm, H2The mass flow controllers 459 and 458 adjusted the gas flow rate to 80 sccm. The opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 0.7 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.07 W / cm3Is applied to the bias rod 428 to generate glow discharge, and by opening the shutter 427, the production of the p / i buffer layer 261 is started on the MWi-type layer. After the fabrication, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the fabrication of the p / i buffer layer 261 was completed. The valves 464 and 454 are closed to allow the Si to enter the i-type layer deposition chamber 418.2H6Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0089]
Next, in order to form the RF p-type layer 205 made of a-SiC, the gate valve 408 is opened into the transfer chamber 404 and the p-type layer deposition chamber 419 that have been evacuated in advance by a vacuum pump (not shown). 490 was conveyed. The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 412 and heated, and the pressure in the p-type layer deposition chamber 419 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0090]
The substrate heating heater 412 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate temperature becomes stable, H2Gas, SiH4/ H2Gas, B2H6/ H2Gas, CH4The gas was introduced into the deposition chamber 419 through the gas introduction pipe 469 by operating the valves 481, 471, 470, 482, 472, 483, 473, 484, and 474. At this time, H2Gas flow rate 60scm, SiH4/ H2Gas flow rate 0.5 sccm, B2H6/ H2(Dilution: 1%) Gas flow rate is 1 sccm, CH4The mass flow controllers 476, 477, 478, and 479 adjusted the gas flow rate to 0.3 sccm, and the opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the deposition chamber 419 became 1.7 Torr. The power of the RF power supply 423 is set to 0.07 W / cm3RF power is introduced into the plasma forming cup 421 to generate glow discharge, start forming an RFp-type layer on the p / i buffer layer, and form an RFp-type layer having a layer thickness of 10 nm. The power was turned off, the glow discharge was stopped, and the formation of the RFp type layer 205 was completed. Close the valves 472, 482, 473, 483, 474, 484 and place the SiH into the p-type layer deposition chamber 419.4/ H2Gas, B2H6/ H2Gas, CH4Stop the flow of gas and introduce H into the p-type layer deposition chamber 419 for 3 minutes.2After the gas continues to flow, the valves 471, 481, and 470 are closed and H2Is stopped, and the inside of the p-type layer deposition chamber 419 and the gas pipe is-5Evacuated to Torr.
[0091]
Next, hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed under the conditions shown in Table 1 (1). In order to carry out the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of a group III element according to the present invention, B is used as a group III element-containing gas.2H6/ H2(Dilution: 1%) SiH as a gas containing silicon atoms4Gas, H2A gas is introduced into the deposition chamber 419 through a gas introduction pipe 469, and H2The valves 481, 471, and 470 were opened so that the gas flow rate became 1200 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 476. Group III element-containing gas B2H6Gas is all H2The valves 483 and 473 were opened so that the gas flow rate became 0.3%, and the mass flow controller 478 adjusted the flow rate. The gas containing silicon atoms is SiH4Is all H2A valve (not shown) was opened to adjust the gas flow rate to 0.01% with a mass flow controller (not shown). The conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the deposition chamber 419 became 0.7 Torr. The substrate heating heater 412 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate temperature is stabilized, the power of the RF power supply 423 is reduced to 0.05 W / cm.3, And RF was introduced into the plasma forming cup 421 to generate glow discharge, and the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed for 3 minutes. Thereafter, the RF power is turned off to stop the glow discharge, and the B gas is introduced into the deposition chamber 419.2H6/ H2, SiH4Stop the flow of gas and enter H into the deposition chamber 419 for 3 minutes.2After continuing to flow gas, H2The flow of gas was stopped, and the inside of the deposition chamber 419 and the inside of the gas pipe were-5Evacuated to Torr.
[0092]
Next, in order to form the RF n-type layer 206 made of μc-Si, the gate valve 408 is introduced into the transfer chamber 402 and the deposition chamber 417 through the transfer chamber 403 previously evacuated by a vacuum pump (not shown). 407 was opened and transported. The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 410 and heated, and the pressure inside the deposition chamber 417 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0093]
To form an RF n-type layer made of μc-Si, H2Gas is introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429, and H2The valves 441, 431, and 430 were opened so that the gas flow rate became 200 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 436. The pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr by a conductance valve (not shown). The substrate heating heater 410 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate temperature is stabilized, the SiH4Gas, PH3/ H2The gas was introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429 by operating the valves 443, 433, 444, and 434. At this time, SiH4Gas flow rate 1.5 sccm, H2Gas flow rate 80 sccm, PH3/ H2The mass flow controllers 438, 436, and 439 adjusted the gas flow rate to 250 sccm, and the pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr. The power of the RF power supply 422 is set to 0.05 W / cm.3RF power is introduced into the plasma forming cup 420 to cause glow discharge to start the formation of the RF n-type layer on the RF p-type layer. When the RF n-type layer having a thickness of 10 nm is formed, the RF power supply is turned on. Then, the glow discharge was stopped, and the formation of the RF n-type layer 206 was completed. SiH into the deposition chamber 4174Gas, PH3/ H2The flow of H into the deposition chamber for 2 minutes.2After continuing to flow gas, H2Is stopped, and 1 × 10-5Evacuated to Torr.
[0094]
Next, an n / i buffer layer 252 made of a-SiC was formed by RFPCVD. First, the gate valve 407 was opened and the substrate 490 was transferred into the transfer chamber 403 and the i-type layer deposition chamber 418 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 411 and heated, and the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0095]
To form the n / i buffer layer 252, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, 453, 465 and 455 are gradually opened, and Si2H6Gas, H2Gas, CH4The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 0.4 sccm, H2Gas flow rate 90 sccm, CH4The mass flow controllers 459, 458, and 460 adjusted the gas flow rate to 0.2 sccm.
[0096]
The opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 1.0 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.06 W / cm.3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and the shutter 427 is opened to start forming an n / i buffer layer on the RF n-type layer, thereby forming an n / i buffer layer having a layer thickness of 10 nm. Then, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the fabrication of the n / i buffer layer 252 was completed. The valves 464, 454, 465, 455 are closed and the Si into the i-type layer deposition chamber 418 is2H6Gas, CH4Stop the flow of gas and place H in the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0097]
Next, an RFi-type layer 207 made of a-Si was formed by an RFPCVD method. To manufacture the RFi-type layer, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 200 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, and 453 are gradually opened. And Si2H6Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 3 sccm, H2The mass flow controllers 459 and 458 adjusted the gas flow rate to 85 sccm. The opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 0.5 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.07 W / cm3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and by opening the shutter 427, the production of the RFi-type layer is started on the n / i buffer layer 252 to produce an i-type layer having a layer thickness of 110 nm. The RF glow discharge was stopped, the output of the RF power source 424 was turned off, and the fabrication of the RFi-type layer 207 was completed. The valves 464 and 454 are closed to allow the Si to enter the i-type layer deposition chamber 418.2H6Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0098]
Next, ap / i buffer layer 262 made of a-Sic was formed by RFPCVD. To form the p / i buffer layer 262, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 200 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, 453, 465 and 455 are gradually opened, and Si2H6Gas, H2Gas, CH4The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 0.4 sccm, H2Gas flow rate 65 sccm, CH4The mass flow controllers 459, 458, and 460 adjusted the gas flow rate to 0.3 sccm. The opening of the conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 1.1 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.06 W / cm.3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and the shutter 427 is opened to start forming a p / i buffer layer on the RFi-type layer, thereby forming a 15 nm thick p / i buffer layer. Then, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the production of the p / i buffer layer 262 was completed. The valves 464, 454, 465, 455 are closed and the Si into the i-type layer deposition chamber 418 is2H6Gas, CH4Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0099]
Next, in order to form the RF p-type layer 208 made of a-SiC, the gate valve 408 is opened into the transfer chamber 404 and the p-type layer deposition chamber 419 evacuated by a vacuum pump (not shown) in advance. 490 was conveyed. The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 412 and heated, and the pressure in the p-type layer deposition chamber 419 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0100]
The substrate heating heater 412 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 170 ° C.2Gas, SiH4/ H2Gas, B2H6/ H2Gas (dilution: 1%), CH4The gas was introduced into the deposition chamber 419 through the gas introduction pipe 469 by operating the valves 481, 471, 470, 482, 472, 483, 473, 484, and 474. At this time, H2Gas flow rate 70scm, SiH4/ H2Gas flow rate 0.5 sccm, B2H6/ H2(Dilution: 1%) Gas flow rate is 1 sccm, CH4The mass flow controllers 476, 477, 478, and 479 adjusted the gas flow rate to 0.3 sccm, and the opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the deposition chamber 419 became 1.7 Torr. The power of the RF power supply 423 is set to 0.07 W / cm3, And RF power is introduced into the plasma forming cup 421 to generate glow discharge, start forming an RFp-type layer on the p / i buffer layer 262, and form a 10-nm-thick RFp-type layer. The RF power was turned off to stop glow discharge, and the formation of the RF p-type layer 208 was completed. Close the valves 472, 482, 473, 483, 474, 484 and place the SiH into the p-type layer deposition chamber 419.4/ H2Gas, B2H6/ H2Gas, CH4Stop the flow of gas and introduce H into the p-type layer deposition chamber 419 for 2 minutes.2After the gas continues to flow, the valves 471, 481, and 470 are closed and H2Is stopped, and the inside of the p-type layer deposition chamber 419 and the gas-5Evacuated to Torr.
[0101]
Next, the gate valve 409 was opened into the unload chamber 405 previously evacuated by the evacuation pump (not shown), the substrate 490 was transported, and the unload chamber 405 was leaked by opening the leak valve (not shown).
Next, as the transparent conductive layer 212, ITO having a thickness of 70 nm was vacuum-deposited on the RFp type layer 205 by a vacuum deposition method.
[0102]
Next, a mask having a comb-shaped hole was placed on the transparent conductive layer 212, and a comb-shaped current collecting electrode 213 made of Cr (40 nm) / Ag (1000 nm) / Cr (40 nm) was vacuum-deposited by a vacuum deposition method.
Thus, the production of the solar cell has been completed. This solar cell will be referred to as (SC Ex. 1), and the hydrogen plasma treatment conditions of the present invention containing a small amount of group III element, RFn-type layer, RFn / i buffer layer, MWi-type layer, RFp / i buffer layer, and RFp-type The conditions for forming the layers are shown in Tables 1 (1) and 1 (2).
[0103]
<Comparative Example 1>
A solar cell (SC ratio: 1) was produced under the same conditions as in Example 1 except that the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was not performed.
Eight solar cells (SC Ex. 1) and (SC ratio 1) were manufactured, each having eight photoelectric conversion efficiencies (photovoltaic power / incident optical power), vibration deterioration, light deterioration, and high temperature and high humidity when bias voltage was applied. Vibration degradation and light degradation in the environment were measured.
[0104]
The initial photoelectric conversion efficiency was measured using an AM1.5 (100 mW / cm2) It is obtained by installing under light irradiation and measuring VI characteristics. As a result of the measurement, the fill factor (FF), series resistance (Rs), and characteristic unevenness of the initial photoelectric conversion efficiency of (SC Ex. 1) with respect to (SC ratio 1) were as follows.
Figure 0003568047
Vibration degradation was measured by placing a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance in a dark place with a humidity of 55% and a temperature of 26 ° C., and applying a vibration with a vibration frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.1 mm for 500 hours. AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after vibration degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used.
[0105]
The photodegradation was measured by placing a solar cell, whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance, in an environment with a humidity of 55% and a temperature of 26 ° C., and an AM of 1.5 (100 mW / cm).2) After irradiation with light for 500 hours, AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after light degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used. As a result of the measurement, the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after light deterioration (SC ratio 1) and the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration deterioration with respect to (SC actual 1) were as follows.
[0106]
Figure 0003568047
Vibration degradation and light degradation in a high temperature and high humidity environment at the time of bias application were measured. Two solar cells whose initial photoelectric conversion efficiencies were measured in advance were placed in a dark place at a humidity of 92% and a temperature of 86 ° C., and 0.72 V was applied as a forward bias voltage. The above-mentioned vibration was applied to one of the solar cells to measure the vibration degradation, and the other solar cell was irradiated with AM1.5 light to measure the light degradation. As a result of the measurement, the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration degradation of (SC ratio 1) and the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after light degradation of (SC ratio 1) with respect to (SC actual 1) were as follows.
[0107]
Figure 0003568047
The state of delamination was observed using an optical microscope. In (SC Ex. 1), no delamination was observed, but in (SC ratio 1), delamination was slightly observed.
As described above, the solar cell (SC Ex. 1) of the present invention has a better fill factor, series resistance, characteristic unevenness, photodegradation characteristic, adhesion, and so on than the conventional solar cell (SC ratio 1) in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell. It was found that it had more excellent properties in durability.
[0108]
(Example 2)
The tandem solar cell of FIG. 1 was manufactured using the deposition apparatus shown in FIG.
The base slope 490 provided with the reflection layer 201 and the reflection enhancement layer 202 prepared by the same method as in the first embodiment is arranged on the substrate transport rail 413 in the load chamber 401, and is operated by a vacuum exhaust pump (not shown). The pressure in the load chamber 401 is about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0109]
Next, the gate valve 406 was opened and transferred into the transfer chamber 402 and the deposition chamber 417 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 410 and heated, and the pressure inside the deposition chamber 417 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0110]
After the preparation for film formation was completed as described above, an RF n-type layer 203 made of μc-Si was formed.
To form an RF n-type layer made of μc-Si, H2Gas is introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429, and H2The valves 441, 431, and 430 were opened so that the gas flow rate became 300 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 436. The pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr by a conductance valve (not shown). The base heating heater 410 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 380 ° C., and when the substrate temperature is stabilized, the SiH4Gas, PH3/ H2The gas was introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429 by operating the valves 443, 433, 444, and 434. At this time, SiH4Gas flow rate 1.2 sccm, H2Gas flow rate 90 sccm, PH3/ H2The mass flow controllers 438, 436, and 439 adjusted the gas flow rate to 200 sccm, and the pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr. The power of the RF power supply 422 is set to 0.06 W / cm3RF power is introduced into the plasma forming cup 420 to cause glow discharge to start forming an RF n-type layer on the substrate. Then, the glow discharge was stopped, and the formation of the RF n-type layer 203 was completed. SiH into the deposition chamber 4174Gas, PH3/ H2The flow of H into the deposition chamber for 4 minutes.2After continuing to flow gas, H2Is stopped, and 1 × 10-5Evacuated to Torr.
[0111]
Next, an n / i buffer layer 251 made of a-Si was formed by RFPCVD. First, the gate valve 407 was opened and the substrate 490 was transferred into the transfer chamber 403 and the i-type layer deposition chamber 418 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 411 and heated, and the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0112]
In order to manufacture the n / i buffer layer 251, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 360 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, and 453 are set. Open gradually, Si2H6Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 2.5 sccm, H2The mass flow controllers 459, 458 adjusted the gas flow rate to 100 sccm. The opening of the conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 0.8 Torr. Next, the RF power supply 424 was set to 0.08 W / cm3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and the shutter 427 is opened to start forming an n / i buffer layer on the RF n-type layer, thereby forming an n / i buffer layer having a layer thickness of 10 nm. Then, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the fabrication of the n / i buffer layer 251 was completed. The valves 464 and 454 are closed to allow the Si to enter the i-type layer deposition chamber 418.2H6Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0113]
Next, an MWi-type layer 204 made of a-SiGe was formed by MWPCVD. To manufacture the MWi-type layer, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 380 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 461, 451, 450, 462, 452, 463, 453 are formed. Gradually open the SiH4Gas, GeH4Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, SiH4Gas flow rate 43sccm, GeH4Gas flow rate is 42 sccm, H2The mass flow controllers 456, 457, and 458 adjusted the gas flow rate to 180 sccm. The opening of the conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 5 mTorr. Next, the RF power supply 424 is turned on at 0.60 W / cm.3And applied to the bias bar 428. Then, the power of the MW power supply (not shown) is increased to 0.25 W / cm.3MW power is introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the waveguide 426 and the microwave introduction window 425 to generate glow discharge, and the shutter 427 is opened to open the MWi type on the n / i buffer layer. When the production of the layer was started and the i-type layer having a thickness of 0.15 μm was produced, the MW glow discharge was stopped, the output of the bias power supply 424 was turned off, and the production of the MWi-type layer 204 was completed. The valves 451 and 452 are closed and the SiH into the i-type layer deposition chamber 4184Gas, GeH4Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0114]
Next, ap / i buffer layer 261 made of a-Si was formed by RFPCVD. In order to form the p / i buffer layer 261, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, and 453 are set. Open gradually, Si2H6Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 3 sccm, H2The mass flow controllers 459 and 458 adjusted the gas flow rate to 75 sccm. The opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 0.7 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.07 W / cm3Is applied to the bias rod 428 to generate glow discharge, and by opening the shutter 427, the production of the p / i buffer layer 261 is started on the MWi-type layer. After the fabrication, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the fabrication of the p / i buffer layer 261 was completed. The valves 464 and 454 are closed to allow the Si to enter the i-type layer deposition chamber 418.2H6Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0115]
Next, in order to form the RF p-type layer 205 made of a-SiC, the gate valve 408 is opened into the transfer chamber 404 and the p-type layer deposition chamber 419 that have been evacuated in advance by a vacuum pump (not shown). 490 was conveyed. The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 412 and heated, and the pressure in the p-type layer deposition chamber 419 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0116]
The substrate heating heater 412 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate temperature becomes stable, H2Gas, SiH4/ H2Gas, BF3/ H2(Dilution: 1%) Gas, CH4The gas was introduced into the deposition chamber 419 through the gas introduction pipe 469 by operating the valves 481, 471, 470, 482, 472, 483, 473, 484, and 474. At this time, H2Gas flow rate 60scm, SiH4/ H2Gas flow 0.4 sccm, BF3/ H2(Dilution: 1%) Gas flow rate is 1 sccm, CH4The mass flow controllers 476, 477, 478, and 479 adjusted the gas flow rate to 0.3 sccm, and the opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the deposition chamber 419 became 1.7 Torr. The power of the RF power supply 423 is set to 0.07 W / cm3RF power is introduced into the plasma forming cup 421 to generate glow discharge, start forming an RFp-type layer on the p / i buffer layer, and form an RFp-type layer having a layer thickness of 10 nm. The power was turned off, the glow discharge was stopped, and the formation of the RFp type layer 205 was completed. Close the valves 472, 482, 473, 483, 474, 484 and place the SiH into the p-type layer deposition chamber 419.4/ H2Gas, BF3/ H2Gas, CH4Stop the flow of gas and introduce H into the p-type layer deposition chamber 419 for 3 minutes.2After the gas continues to flow, the valves 471, 481, and 470 are closed and H2Is stopped, and the inside of the p-type layer deposition chamber 419 and the gas pipe is-5Evacuated to Torr.
[0117]
Next, a hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed under the conditions shown in Table 2 (1). In order to carry out the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element of the present invention, BF is used as a group III element-containing gas.3/ H2(Dilution: 1%) gas, silicon atom-containing gas2H6Gas, H2A gas is introduced into the deposition chamber 419 through a gas introduction pipe 469, and H2The valves 481, 471, and 470 were opened so that the gas flow rate became 1000 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 476. Group III element containing gas BF3Gas is all H2The valves 483 and 473 were opened so that the gas flow rate became 0.4%, and the mass flow controller 478 adjusted. The gas containing silicon atoms is Si2H6Is all H2The valve (not shown) was opened to adjust the gas flow rate to 0.03% with a mass flow controller (not shown). The pressure in the deposition chamber 419 was adjusted with a conductance valve (not shown) so as to be 0.013 Torr. The substrate heating heater 412 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate temperature becomes stable, the VHF power of a VHF power supply (not shown) is reduced to 0.08 W / cm.3, VHF power was introduced into the plasma forming cup 421 to generate glow discharge, and the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed for 4 minutes. Thereafter, the VHF power supply is turned off, the glow discharge is stopped, and the BF3/ H2, Si2H6Stop the flow of gas and enter H into the deposition chamber 419 for 4 minutes.2After continuing to flow gas, H2The flow of gas was stopped, and the inside of the deposition chamber 419 and the inside of the gas pipe were-5Evacuated to Torr.
[0118]
Next, in order to form the RF n-type layer 206 made of μc-Si, the gate valve 408 is introduced into the transfer chamber 402 and the deposition chamber 417 through the transfer chamber 403 previously evacuated by a vacuum pump (not shown). 407 was opened and transported. The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 410 and heated, and the pressure inside the deposition chamber 417 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0119]
To form an RF n-type layer made of μc-Si, H2Gas deposition chamber
417 is introduced through a gas introduction pipe 429,2The valves 441, 431, and 430 were opened so that the gas flow rate became 200 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 436. The pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr by a conductance valve (not shown). The substrate heating heater 410 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate temperature is stabilized, the SiH4Gas, PH3/ H2The gas was introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429 by operating the valves 443, 433, 444, and 434. At this time, SiH4Gas flow rate 1.5 sccm, H2Gas flow rate 80 sccm, PH3/ H2The mass flow controllers 438, 436, and 439 adjusted the gas flow rate to 250 sccm, and the pressure in the deposition chamber 417 was adjusted to 1.1 Torr. The power of the RF power supply 422 is set to 0.04 W / cm3RF power is introduced into the plasma forming cup 420 to cause glow discharge to start the formation of the RF n-type layer on the RF p-type layer. When the RF n-type layer having a thickness of 10 nm is formed, the RF power supply is turned on. Then, the glow discharge was stopped, and the formation of the RF n-type layer 206 was completed. SiH into the deposition chamber 4174Gas, PH3/ H2The flow of H into the deposition chamber for 2 minutes.2After continuing to flow gas, H2Is stopped, and 1 × 10 5Evacuated to Torr.
[0120]
Next, an n / i buffer layer 252 made of a-SiC was formed by RFPCVD. First, the gate valve 407 was opened and the substrate 490 was transferred into the transfer chamber 403 and the i-type layer deposition chamber 418 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 411 and heated, and the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0121]
To form the n / i buffer layer 252, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, 453, 465 and 455 are gradually opened, and Si2H6Gas, H2Gas, CH4The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 0.4 sccm, H2Gas flow rate 90 sccm, CH4The mass flow controllers 459, 458, and 460 adjusted the gas flow rate to 0.2 sccm.
[0122]
The opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 1.0 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.06 W / cm.3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and the shutter 427 is opened to start forming an n / i buffer layer on the RF n-type layer, thereby forming an n / i buffer layer having a layer thickness of 10 nm. Then, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the fabrication of the n / i buffer layer 252 was completed. The valves 464, 454, 465, 455 are closed and the Si into the i-type layer deposition chamber 418 is2H6Gas, CH4Stop the flow of gas and place H in the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0123]
Next, an RFi-type layer 207 made of a-Si was formed by an RFPCVD method. To manufacture the RFi-type layer, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 200 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, and 453 are gradually opened. And Si2H6Gas, H2The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 2 sccm, H2The mass flow controllers 459 and 458 adjusted the gas flow rate to 85 sccm. The opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 0.5 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.07 W / cm3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and by opening the shutter 427, the production of the RFi-type layer is started on the n / i buffer layer 252 to produce an i-type layer having a layer thickness of 110 nm. The RF glow discharge was stopped, the output of the RF power source 424 was turned off, and the fabrication of the RFi-type layer 207 was completed. The valves 464 and 454 are closed to allow the Si to enter the i-type layer deposition chamber 418.2H6Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
Next, ap / i buffer layer 262 made of a-Sic was formed by RFPCVD. To form the p / i buffer layer 262, the substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 200 ° C., and when the substrate is sufficiently heated, the valves 464, 454, 450, 463, 453, 465 and 455 are gradually opened, and Si2H6Gas, H2Gas, CH4The gas was introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the gas introduction pipe 449. At this time, Si2H6Gas flow rate 0.4 sccm, H2Gas flow rate 65 sccm, CH4The mass flow controllers 459, 458, and 460 adjusted the gas flow rate to 0.3 sccm. The opening of the conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the i-type layer deposition chamber 418 became 1.1 Torr. Next, the RF power supply 424 is set to 0.06 W / cm.3Is applied to the bias rod 428 to generate a glow discharge, and the shutter 427 is opened to start forming a p / i buffer layer on the RFi-type layer, thereby forming a 15 nm thick p / i buffer layer. Then, the RF glow discharge was stopped, the output of the RF power supply 424 was turned off, and the production of the p / i buffer layer 262 was completed. The valves 464, 454, 465, 455 are closed and the Si into the i-type layer deposition chamber 418 is2H6Gas, CH4Stop the flow of gas and introduce H into the i-type layer deposition chamber 418 for 2 minutes.2After continuing the gas flow, the valves 453 and 450 are closed, and the inside of the i-type layer deposition chamber 418 and the gas pipe are-5Evacuated to Torr.
[0124]
Next, in order to form the RF p-type layer 208 made of a-SiC, the gate valve 408 is opened into the transfer chamber 404 and the p-type layer deposition chamber 419 evacuated by a vacuum pump (not shown) in advance. 490 was conveyed. The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 412 and heated, and the pressure in the p-type layer deposition chamber 419 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0125]
The substrate heating heater 412 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 170 ° C.2Gas, SiH4/ H2Gas, BF3/ H2(Dilution: 1%) Gas, CH4The gas was introduced into the deposition chamber 419 through the gas introduction pipe 469 by operating the valves 481, 471, 470, 482, 472, 483, 473, 484, and 474. At this time, H2Gas flow rate 70scm, SiH4/ H2Gas flow 0.4 sccm, BF3/ H2(Dilution: 1%) Gas flow rate is 1 sccm, CH4The mass flow controllers 476, 477, 478, and 479 adjusted the gas flow rate to 0.3 sccm, and the opening of a conductance valve (not shown) was adjusted so that the pressure in the deposition chamber 419 became 1.7 Torr. The power of the RF power supply 423 is set to 0.07 W / cm3, And RF power is introduced into the plasma forming cup 421 to generate glow discharge, start forming an RFp-type layer on the p / i buffer layer 262, and form a 10-nm-thick RFp-type layer. The RF power was turned off to stop glow discharge, and the formation of the RF p-type layer 208 was completed. Close the valves 472, 482, 473, 483, 474, 484 and place the SiH into the p-type layer deposition chamber 419.4/ H2Gas, BF3/ H2Gas, CH4Stop the flow of gas and introduce H into the p-type layer deposition chamber 419 for 2 minutes.2After the gas continues to flow, the valves 471, 481, and 470 are closed and H2Is stopped, and the inside of the p-type layer deposition chamber 419 and the gas-5Evacuated to Torr.
[0126]
Next, the gate valve 409 was opened into the unload chamber 405 previously evacuated by the evacuation pump (not shown), the substrate 490 was transported, and the unload chamber 405 was leaked by opening the leak valve (not shown).
Next, as the transparent conductive layer 212, ITO having a layer thickness of 70 nm was vacuum-deposited on the RFp-type layer 208 by a vacuum deposition method.
[0127]
Next, a mask having a comb-shaped hole was placed on the transparent conductive layer 212, and a comb-shaped current collecting electrode 213 made of Cr (40 nm) / Ag (1000 nm) / Cr (40 nm) was vacuum-deposited by a vacuum deposition method.
Thus, the production of the solar cell has been completed. This solar cell will be referred to as (SC Ex. 2), and the hydrogen plasma treatment conditions of the present invention containing a small amount of Group III element, RF n-type layer, n / i buffer layer, MWi type layer, p / i buffer layer, RFi type Tables 2 (1) and 2 (2) show the conditions for forming the layers and the RFp-type layers.
[0128]
<Comparative Example 2>
A solar cell (SC ratio: 2) was produced under the same conditions as in Example 2 except that the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was not performed.
Nine solar cells (SC Ex. 2) and (SC ratio 2) were manufactured, each having an initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident optical power), vibration deterioration, light deterioration, and high temperature and high humidity when bias voltage was applied. Vibration degradation and light degradation in the environment were measured.
[0129]
The initial photoelectric conversion efficiency was measured using an AM1.5 (100 mW / cm2) It is obtained by installing under light irradiation and measuring VI characteristics. As a result of the measurement, the fill factor (FF), series resistance (Rs), and characteristic unevenness of the initial photoelectric conversion efficiency of (SC Ex. 2) with respect to (SC ratio 2) were as follows.
Figure 0003568047
Vibration degradation was measured by placing a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance in a dark place with a humidity of 55% and a temperature of 28 ° C., and applying a vibration having a vibration frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.1 mm for 550 hours. AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after vibration degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used.
[0130]
The photodegradation was measured by installing a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency had been measured in advance in an environment of 55% humidity and a temperature of 28 ° C., and having an AM of 1.5 (100 mW / cm).2) After irradiation with light for 500 hours, AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after light degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used. As a result of the measurement, the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after light degradation (SC ratio 2) and the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration degradation with respect to (SC actual 2) were as follows.
[0131]
Figure 0003568047
Vibration degradation and light degradation in a high temperature and high humidity environment at the time of bias application were measured. Two solar cells whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance were placed in a dark place at a humidity of 90% and a temperature of 82 ° C., and 0.71 V was applied as a forward bias voltage. The above-mentioned vibration was applied to one of the solar cells to measure the vibration degradation, and the other solar cell was irradiated with AM1.5 light to measure the light degradation. As a result of the measurement, the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the vibration deterioration of (SC ratio 2) and the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the light deterioration of (SC ratio 2) with respect to (SC actual 2) are as follows.
[0132]
Figure 0003568047
The state of delamination was observed using an optical microscope. In (SC Ex. 2), no delamination was observed, but in (SC ratio 2), delamination was slightly observed.
As described above, the solar cell (SC Ex. 2) of the present invention has a better fill factor, series resistance, characteristic unevenness, photodegradation property, adhesion, and so on in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell than the conventional solar cell (SC Ex. 2). It was found that it had more excellent properties in durability.
[0133]
(Example 3)
The triple solar cell of FIG. 2 was manufactured using the deposition apparatus shown in FIG.
The base slope 490 provided with the reflection layer 301 and the reflection enhancement layer 302 prepared by the same method as in the first embodiment is disposed on the substrate transport rail 413 in the load chamber 401, and is operated by a vacuum pump (not shown). The pressure in the load chamber 401 is about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0134]
Next, the gate valve 406 was opened and transferred into the transfer chamber 402 and the deposition chamber 417 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 410 and heated, and the pressure inside the deposition chamber 417 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0135]
After the preparation for film formation was completed as described above, an RF n-type layer 303 made of μc-Si was formed in the same manner as in Example 1.
Next, the gate valve 407 was opened and transported into the transport chamber 403 and the deposition chamber 418 that were previously evacuated by a vacuum exhaust pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is heated by bringing the back surface of the substrate 490 into close contact with the heater 411 for heating the substrate, and the pressure in the deposition chamber 418 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0136]
Next, an n / i buffer layer 351 made of a-Si, an MWi type layer 304 made of a-SiGe, a p / i buffer layer 361 made of a-Si, and a-SiC are formed in the same manner as in the first embodiment. The RFp type layer 305 was sequentially formed by the RFPCVD method and the MWPCVD method.
Next, the substrate 490 was transported into the deposition chamber 418 in the same manner as in Example 1 in order to carry out the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention.
[0137]
Next, hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed under the conditions shown in Table 3 (1). In order to carry out the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of a group III element according to the present invention, B gas as a group III element-containing gas is used.2H6/ H2(Dilution: 10%) SiCl as gas and silicon atom-containing gas2H2/ He (dilution: 1000 ppm) gas, H2A gas is introduced into the deposition chamber 418 through a gas introduction pipe 449, and H2The valves 463, 453, and 450 were opened so that the gas flow rate became 1000 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 458. Group III element-containing gas B2H6/ H2(Dilution: 10%) Gas is all H2The valves 468 and 466 were opened to adjust the gas flow rate to 2.2%, and the gas flow rate was adjusted by the mass flow controller 467. The silicon atom-containing gas is SiCl2H2/ He (dilution: 1000 ppm)2SiCl to gas flow rate2H2The valve (not shown) was opened so that the gas ratio became 0.04%, and the gas flow was adjusted by a mass flow controller (not shown). The pressure in the deposition chamber 418 was adjusted with a conductance valve (not shown) so as to be 0.008 Torr. The substrate heating heater 411 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 300 ° C. When the substrate temperature is stabilized, the power of the MW power supply (not shown) is increased to 0.15 W / cm.3MW power is introduced into the i-type layer deposition chamber 418 through the waveguide 426 and the microwave introduction window 425 to generate a glow discharge, and the shutter 427 is opened. A group-element-containing hydrogen plasma treatment was performed. Thereafter, the MW power supply is turned off to stop the glow discharge, and the B gas is introduced into the deposition chamber 418.2H6/ H2(Dilution 10%) Gas, SiCl2H2/ He (dilution: 1000 ppm) gas is stopped from flowing into the deposition chamber 418 for 4 minutes.2After continuing to flow gas, H2The flow of gas was also stopped, and the inside of the deposition chamber 418 and the inside of the gas pipe were-5Evacuated to Torr.
[0138]
Next, the RF n-type layer 306 made of μc-Si, the n / i buffer layer 352 made of a-Si, the MWi type layer 307 made of a-SiGe, and the p / An i-buffer layer 362 and an RFp-type layer 308 made of a-SiC were sequentially formed by RFPCVD and MWPCVD.
Next, hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed under the conditions shown in Table 3 (2). In order to carry out the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of a group III element according to the present invention, B gas as a group III element-containing gas is used.2H6/ H2(Dilution: 10%) SiH as gas and silicon atom-containing gas4Gas, H2Gas is introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429, and H2The valves 441, 431, and 430 were opened so that the gas flow rate became 1300 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 436. Group III element-containing gas B2H6Gas is all H2The valve (not shown) was opened to adjust the gas flow rate to 1.3% with a mass flow controller (not shown). The gas containing silicon atoms is SiH4Gas is all H2The valves 443 and 433 were opened and adjusted by the mass flow controller 438 so that the gas flow rate became 0.04%. The pressure inside the deposition chamber 417 was adjusted with a conductance valve (not shown) so as to be 0.7 Torr. The substrate heating heater 410 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 250 ° C., and when the substrate temperature is stabilized, the power of the RF power supply 424 is reduced to 0.03 W / cm.3, RF power was introduced into the plasma forming cup 420 to generate glow discharge, and a hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed for 3 minutes. Thereafter, the RF power supply is turned off, the glow discharge is stopped, and B2H6/ H2(Dilution: 10%) Gas, SiH4Stop the flow of gas and enter H into the deposition chamber 417 for 3 minutes.2After continuing to flow gas, H2The flow of gas was also stopped, and the inside of the deposition chamber 417 and the gas pipe was-5Evacuated to Torr.
[0139]
Next, the RF n-type layer 309 made of μc-Si, the n / i buffer layer 353 made of a-SiC, the RFi-type layer 310 made of a-Si, and the p / An i-buffer layer 363 and an RFp-type layer 311 made of a-SiC were sequentially formed by RFPCVD.
Next, as the transparent conductive layer 312, ITO having a thickness of 70 nm was vacuum-deposited on the RFp-type layer 311 by a vacuum deposition method.
[0140]
Next, a mask having a comb-shaped hole was placed on the transparent conductive layer 312, and a comb-shaped current collecting electrode 313 made of Cr (40 nm) / Ag (1000 nm) / Cr (40 nm) was vacuum-deposited by a vacuum deposition method.
Thus, the production of the solar cell has been completed. This solar cell is referred to as (SC Ex. 3), and the hydrogen plasma treatment conditions containing a trace amount of group III element of the present invention, RF n-type layer, n / i buffer layer, MWi type layer, p / i buffer layer, RFi type Tables 3 (1) to 3 (3) show the conditions for forming the layer and the RFp type layer.
[0141]
<Comparative Example 3>
A solar cell (SC ratio: 3) was manufactured under the same conditions as in Example 3 except that the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was not performed.
Seven solar cells (SC Ex. 3) and (SC ratio 3) were manufactured in each of 7 units, and the initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident optical power), vibration deterioration, light deterioration, and high temperature and high humidity environment when bias voltage was applied , Vibration degradation, light degradation, and reverse bias voltage application characteristics were measured.
[0142]
The initial photoelectric conversion efficiency was measured using an AM1.5 (100 mW / cm2) It is obtained by installing under light irradiation and measuring VI characteristics. As a result of the measurement, the fill factor (FF), series resistance (Rs), and characteristic unevenness of the initial photoelectric conversion efficiency of (SC Ex. 3) with respect to (SC ratio 3) were as follows.
Figure 0003568047
The measurement of vibration deterioration is performed by placing a solar cell, whose initial photoelectric conversion efficiency has been measured in advance, in a dark place with a humidity of 55% and a temperature of 27 ° C., and applying a vibration having a vibration frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.1 mm for 550 hours. AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after vibration degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used.
[0143]
The photodegradation was measured by placing a solar cell, whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance, in an environment with a humidity of 55% and a temperature of 27 ° C., and an AM of 1.5 (100 mW / cm).2) After irradiation with light for 550 hours, AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after light degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used. As a result of the measurement, the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after light deterioration (SC ratio 3) and the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration deterioration with respect to (SC actual 3) were as follows.
[0144]
Figure 0003568047
Vibration degradation and light degradation in a high temperature and high humidity environment at the time of bias application were measured. Two solar cells whose initial photoelectric conversion efficiencies were measured in advance were placed in a dark place at a humidity of 90% and a temperature of 80 ° C., and 0.71 V was applied as a forward bias voltage. The above-mentioned vibration was applied to one of the solar cells to measure the vibration degradation, and the other solar cell was irradiated with AM1.5 light to measure the light degradation.
[0145]
As a result of the measurement, the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the vibration deterioration of (SC ratio 3) and the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the light deterioration of (SC ratio 3) are as follows with respect to (SC actual 3).
Figure 0003568047
To measure the reverse bias voltage application characteristics, a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency has been measured in advance is placed in a dark place with a humidity of 53% and a temperature of 80 ° C., and a reverse bias voltage of 5.0 V is applied for 100 hours. After that, AM1.5 (100 mW / cm2) The photoelectric conversion efficiency under irradiation was measured, and the reduction rate (photoelectric conversion efficiency after application of reverse bias voltage / initial photoelectric conversion efficiency) was used.
[0146]
As a result of the measurement, the drop rate after application of the reverse bias voltage of (SC ratio 3) with respect to (SC actual 3) was as follows.
(SC ratio 3) 0.85 times
The state of delamination was observed using an optical microscope. In (SC Ex. 3), no delamination was observed, but in (SC ratio 3), delamination was slightly observed.
[0147]
As described above, the solar cell (SC Ex. 3) of the present invention has more fill factor, series resistance, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, adhesion, and so on in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell than the conventional solar cell (SC ratio 3). It has been found that the device has more excellent durability and reverse bias voltage application characteristics.
(Example 4)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 4 (1). A solar cell was fabricated. Table 4 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 4 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0148]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 4 (3).
The hydrogen flow rate of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element of the present invention is 1 to 3 in the fill factor in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, the series resistance characteristic, the durability, and the reverse bias voltage application characteristic. 2000 sccm was found to be a suitable flow rate.
[0149]
(Example 5)
The hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element of the present invention was performed twice using the deposition apparatus shown in FIG. 3 under the conditions shown in Table 5 (1) as in Example 3. A solar cell was fabricated. Table 5 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 5 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0150]
In the same manner as in Example 3, the prepared triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 5 (3).
Even if the input power of the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was changed from the RF power supply of Example 4 to the VHF power supply, the fill factor, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, and the series resistance characteristic in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell were obtained. It was found that the hydrogen flow rate was 1 to 2000 sccm in terms of durability, durability, and reverse bias voltage application characteristics.
[0151]
(Example 6)
The hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 6 (1) using the deposition apparatus shown in FIG. A solar cell was fabricated. Table 6 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 6 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0152]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 6 (3).
The amount of the Group III element-containing gas added to the hydrogen gas in the trace plasma of the Group III element-containing hydrogen plasma of the present invention is determined by the following factors: the fill factor in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, uneven characteristics, light degradation characteristics, and series resistance. In the characteristics, durability, and reverse bias voltage application characteristics, 0.05% to 3% were found to be preferable ranges.
[0153]
(Example 7)
The hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 7 (1) using the deposition apparatus shown in FIG. A solar cell was fabricated. Table 7 (1) shows the hydrogen plasma treatment conditions containing the collected group III element, and Table 7 (2) shows the fabrication conditions of the triple solar cell.
[0154]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 7 (3).
The addition amount of the Group III element-containing gas added to the hydrogen gas in the trace amount of Group III element-containing hydrogen plasma treatment of the present invention can be changed even if the input power is changed from the RF power supply of Embodiment 6 to the VHF power supply. It has been found that 0.05% to 3% is a preferable range in the fill factor in photoelectric conversion efficiency, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, series low resistance characteristic, durability, and reverse bias voltage application characteristic.
[0155]
(Example 8)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 8 (1). A solar cell was fabricated. Table 8 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element, and Table 8 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0156]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 8 (3).
The addition amount of the group III element-containing gas added to the hydrogen gas in the trace plasma of the group III element-containing hydrogen plasma of the present invention can be changed even if the input power is changed from the RF power supply of the sixth embodiment to the MW power supply. It has been found that 0.05% to 3% are preferable ranges in terms of the fill factor in photoelectric conversion efficiency, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, series resistance characteristic, durability, and reverse bias voltage application characteristic.
[0157]
(Example 9)
The hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 9 (1) using the deposition apparatus shown in FIG. A solar cell was fabricated. Table 9 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 9 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0158]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 9 (3).
The amount of the silicon atom-containing gas added to the hydrogen gas in the trace plasma of the Group III element-containing hydrogen plasma of the present invention is determined by the fill factor in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, the series resistance characteristic, It has been found that 0.001% to 0.1% is a preferable range in durability and reverse bias voltage application characteristics.
[0159]
(Example 10)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 10 (1). A solar cell was fabricated. Table 10 (1) shows the conditions for the treatment with the hydrogen plasma containing a trace amount of Group III element, and Table 10 (2) shows the conditions for manufacturing the triple solar cell.
[0160]
In the same manner as in Example 3, the fabricated triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 10 (3).
The addition amount of the silicon atom-containing gas to be added to the hydrogen gas in the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element according to the present invention can be changed even if the input power is changed from the RF power supply of the ninth embodiment to the VHF power supply. It was found that 0.001% to 0.1% is a preferable range in the fill factor in the efficiency, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, the series resistance characteristic, the durability, and the reverse bias voltage application characteristic.
[0161]
(Example 11)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 11 (1). A solar cell was fabricated. Table 11 (1) shows the conditions for the treatment with the hydrogen plasma containing a trace amount of Group III element, and Table 11 (2) shows the conditions for manufacturing the triple solar cell.
[0162]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 11 (3).
The addition amount of the silicon atom-containing gas to be added to the hydrogen gas in the hydrogen plasma treatment of the trace group III element-containing element of the present invention can be changed even if the input power is changed from the RF power supply of the ninth embodiment to the MW power supply. It was found that 0.001% to 0.1% is a preferable range in the fill factor in the efficiency, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, the series resistance characteristic, the durability, and the reverse bias voltage application characteristic.
[0163]
(Example 12)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 12 (1). A solar cell was fabricated. Table 12 (1) shows the conditions of the treatment with the hydrogen plasma containing a trace amount of Group III element, and Table 12 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0164]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 12 (3).
The pressure of the trace Group III element-containing hydrogen plasma treatment of the present invention, when an RF power supply is used as input power, a fill factor in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, series resistance characteristic, durability, It was found that 0.05 Torr to 10 Torr was a preferable range in the reverse bias voltage application characteristics.
[0165]
(Example 13)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 13 (1). A solar cell was fabricated. Table 13 (1) shows the conditions for the treatment with the hydrogen plasma containing a trace amount of Group III element, and Table 13 (2) shows the conditions for manufacturing the triple solar cell.
[0166]
In the same manner as in Example 3, the fabricated triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 13 (3).
When the VHF power supply is used as the input power, the pressure of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element of the present invention is a fill factor in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, series resistance characteristic, durability, It has been found that the preferable range of the reverse bias voltage application characteristic is 0.0001 Torr to 1 Torr.
[0167]
(Example 14)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 14 (1). A solar cell was fabricated. Table 14 (1) shows the conditions for the treatment with the hydrogen plasma containing a trace amount of Group III element, and Table 14 (2) shows the conditions for manufacturing the triple solar cell.
[0168]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 14 (3).
When the MW power supply is used for the input power, the pressure of the trace amount of Group III element-containing hydrogen plasma treatment of the present invention is a fill factor in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, series resistance characteristic, durability, It has been found that the preferable range is 0.0001 Torr to 0.01 Torr in the reverse bias voltage application characteristics.
[0169]
(Example 15)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 15 (1). A solar cell was fabricated. Table 15 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 15 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0170]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 15 (3).
The input power density (electric energy) of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element according to the present invention is such that when an RF power source is used as the input power, the fill factor, the characteristic unevenness, the photodegradation characteristic, and the series in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell. 0.01 W / cm in resistance characteristics, durability, and reverse bias voltage application characteristics3From 1.0W / cm3Was found to be a preferable range.
[0171]
(Example 16)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 16 (1). A solar cell was fabricated. Table 16 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element, and Table 16 (2) shows the conditions for manufacturing the triple solar cell.
[0172]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 16 (3).
The input power density (electric energy) of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element according to the present invention is as follows: when a VHF power supply is used as the input power, the fill factor, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, 0.01 W / cm in resistance characteristics, durability, and reverse bias voltage application characteristics3From 1.0W / cm3Was found to be a preferable range.
[0173]
(Example 17)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 17 (1). A solar cell was fabricated. Table 17 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 17 (2) shows the conditions for manufacturing the triple solar cell.
[0174]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 17 (3).
The input power density (power amount) of the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention is as follows: when an MW power source is used as the input power, the fill factor, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, 0.1 W / cm in resistance characteristics and durability3From 10W / cm3Was found to be a preferable range.
[0175]
(Example 18)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 18 (1). A solar cell was fabricated. Table 18 (1) shows the conditions for the treatment with the hydrogen plasma containing a trace amount of Group III element, and Table 18 (2) shows the conditions for manufacturing the triple solar cell.
[0176]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 18 (3).
The substrate temperature of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element according to the present invention is as follows. In the reverse bias voltage application characteristics, it was found that 100 ° C. to 400 ° C. was a preferable range.
[0177]
(Example 19)
As in Example 3, using the deposition apparatus shown in FIG. 3, the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 19 (1). A solar cell was fabricated. Table 19 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 19 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0178]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 19 (3).
The substrate temperature in the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of group III element according to the present invention is determined by using a VHF power supply as the input power, the fill factor in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, the characteristic unevenness, the light deterioration characteristic, the series resistance characteristic, and the durability. It was found that the preferable range was 50 ° C. to 300 ° C. in the reverse bias voltage application characteristics.
[0179]
(Example 20)
The hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements of the present invention was performed twice under the conditions shown in Table 20 (1) using the deposition apparatus shown in FIG. A solar cell was fabricated. Table 20 (1) shows the conditions of the hydrogen plasma treatment containing a trace amount of Group III element, and Table 20 (2) shows the manufacturing conditions of the triple solar cell.
[0180]
In the same manner as in Example 3, the manufactured triple solar cell was evaluated. The results are shown in Table 20 (3).
When the MW power source is used as the input power, the substrate temperature of the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention may be a fill factor in photoelectric conversion efficiency of a solar cell, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, series resistance characteristic, It turned out that 50 degreeC-300 degreeC are the preferable ranges in durability.
[0181]
(Example 21)
The triple solar cell of FIG. 2 was manufactured using the deposition apparatus shown in FIG.
The substrate 490 provided with the reflection layer 301 and the reflection enhancement layer 302 prepared by the same method as in the first embodiment is arranged on the substrate transport rail 413 in the load chamber 401, and is loaded by a vacuum pump (not shown). The pressure inside the chamber 401 is about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0182]
Next, the gate valve 406 was opened and transferred into the transfer chamber 402 and the deposition chamber 417 that were previously evacuated by a vacuum pump (not shown). The back surface of the substrate 490 is brought into close contact with the substrate heating heater 410 and heated, and the pressure inside the deposition chamber 417 is reduced to about 1 × 10-5The system was evacuated to Torr.
[0183]
Next, a hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (1). In order to perform hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas, SiH is used as a gas containing silicon atoms.4/ H2(Dilution: 1000 ppm) Gas, H2Gas is introduced into the deposition chamber 417 through the gas introduction pipe 429, and H2The valves 441, 431, and 430 were opened so that the gas flow rate became 1150 sccm, and adjustment was performed by the mass flow controller 436. The gas containing silicon atoms is H2SiH to gas flow rate4The valves 442 and 432 were opened so that the gas ratio was 0.03%, and the gas flow rate was adjusted by the mass flow controller 437. The pressure inside the deposition chamber 417 was adjusted with a conductance valve (not shown) so as to be 0.8 Torr. The substrate heating heater 410 is set so that the temperature of the substrate 490 becomes 360 ° C., and when the substrate temperature is stabilized, the power of the RF power supply 422 is reduced to 0.04 W / cm.3, And RF power was introduced, glow discharge was generated in the plasma forming cup 420, and hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed for 3 minutes. Thereafter, the RF power is turned off to stop the glow discharge, and the SiH4/ H2(Dilution: 1000 ppm) Stop the inflow of gas and enter H into the deposition chamber 417 for 5 minutes.2After continuing to flow gas, H2The flow of gas was also stopped, and the inside of the deposition chamber 417 and the gas pipe was-5Evacuated to Torr.
[0184]
After the preparation for film formation was completed as described above, an RF n-type layer 303 made of μc-Si was formed in the same manner as in Example 2.
Next, a hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (2). Next, an n / i buffer layer 351 made of a-SiC was formed by RFPCVD in the same manner as in Example 2.
[0185]
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (3). Next, an MWi type layer 304 made of a-SiGe was formed by the MWPCVD method in the same manner as in the second embodiment.
Next, a hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (4). Next, a p / i buffer layer 361 made of a-SiC was formed by RFPCVD in the same manner as in Example 2.
[0186]
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (5). Next, an RFp type layer 305 made of a-SiC was formed by an RFPCVD method in the same manner as in the second embodiment.
Next, a hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed under the conditions shown in Table 21 (6).
[0187]
Next, an RF n-type layer 306 made of μc-Si was formed by the RFPCVD method in the same manner as in Example 2.
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (7). Next, an n / i buffer layer 352 made of a-SiC was formed by RFPCVD in the same manner as in Example 2.
[0188]
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (8). Next, the MWi type layer 307 made of a-SiGe was formed by the MWPCVD method in the same manner as in the second embodiment.
Next, a hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (9). Next, a p / i buffer layer 362 made of a-SiC was formed by RFPCVD in the same manner as in Example 2.
[0189]
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (10). Next, an RFp-type layer 308 made of a-SiC was formed in the same manner as in Example 2.
Next, a hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements according to the present invention was performed under the conditions shown in Table 21 (11).
[0190]
Next, an RF n-type layer 309 made of μc-Si was formed in the same manner as in Example 2.
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (12). Next, an n / i buffer layer 353 made of a-SiC was formed by RFPCVD in the same manner as in Example 2.
[0191]
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (13). Next, an RFi-type layer 310 made of a-Si was formed by an RFPCVD method in the same manner as in Example 2.
Next, hydrogen plasma treatment containing a small amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (14). Next, a p / i buffer layer 363 made of a-SiC was formed by RFPCVD in the same manner as in Example 2.
[0192]
Next, hydrogen plasma treatment containing a trace amount of silane-based gas was performed under the conditions shown in Table 21 (15). Next, an RFp-type layer 311 made of a-SiC was formed by an RFPCVD method in the same manner as in Example 2.
Next, as the transparent conductive layer 312, ITO having a thickness of 70 nm was vacuum-deposited on the RFp-type layer 311 by a vacuum deposition method.
Next, a mask having a comb-shaped hole was placed on the transparent conductive layer 312, and a comb-shaped current collecting electrode 313 made of Cr (40 nm) / Ag (1000 nm) / Cr (40 nm) was vacuum-deposited by a vacuum deposition method.
[0193]
Thus, the production of the solar cell has been completed. This solar cell will be referred to as (SC Ex 21), and the conditions of the hydrogen plasma treatment containing trace group III elements and the hydrogen plasma containing trace silane-based gas of the present invention, RF n-type layer, n / i buffer layer, and MWi-type layer , P / i buffer layer, RFi-type layer, and RFp-type layer are shown in Tables 21 (1) to 21 (16).
[0194]
<Comparative Example 21>
A solar cell (SC ratio: 21) was manufactured under the same conditions as in Example 21 except that the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of Group III elements and the hydrogen plasma treatment containing trace amounts of silane-based gas of the present invention were not performed.
Eight solar cells (SC actual 21) and (SC ratio 21) were manufactured respectively, and the initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident optical power), vibration deterioration, light deterioration, and high temperature and high humidity environment when bias voltage was applied , Vibration degradation, light degradation, and reverse bias voltage application characteristics were measured.
[0195]
The initial photoelectric conversion efficiency was measured using an AM1.5 (100 mW / cm2) It is obtained by installing under light irradiation and measuring VI characteristics. As a result of the measurement, with respect to (SC ratio 21), the fill factor (FF), series resistance (Rs), and characteristic unevenness of the initial photoelectric conversion efficiency of (SC actual 21) were as follows.
Figure 0003568047
The measurement of the vibration deterioration is performed by placing a solar cell, whose initial photoelectric conversion efficiency has been measured in advance, in a dark place with a humidity of 57% and a temperature of 26 ° C., and applying a vibration having a vibration frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.1 mm for 550 hours. AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after vibration degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used. The photodegradation was measured by installing a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency had been measured in advance in an environment with a humidity of 57% and a temperature of 26 ° C., and an AM of 1.5 (100 mW / cm).2) After irradiation with light for 550 hours, AM1.5 (100 mW / cm2) The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after light degradation test / initial photoelectric conversion efficiency) was used.
[0196]
As a result of the measurement, the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after photodegradation (SC ratio 21) and the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration degradation with respect to (SC actual 21) were as follows.
Figure 0003568047
Vibration degradation and light degradation in a high temperature and high humidity environment at the time of bias application were measured. Two solar cells whose initial photoelectric conversion efficiencies were measured in advance were placed in a dark place at a humidity of 94% and a temperature of 83 ° C., and 0.71 V was applied as a forward bias voltage. The above-mentioned vibration was applied to one of the solar cells to measure the vibration deterioration, and the other solar cell was irradiated with AM1.5 light to measure the light deterioration.
[0197]
As a result of the measurement, the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the vibration deterioration of (SC ratio 21) and the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the light deterioration of (SC ratio 21) are as follows with respect to (SC actual 21).
Figure 0003568047
To measure the reverse bias voltage application characteristics, a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance was placed in a dark place at a humidity of 52% and a temperature of 80 ° C., and a reverse bias voltage of 5.0 V was applied for 100 hours. After that, AM1.5 (100 mW / cm2) The photoelectric conversion efficiency under irradiation was measured, and the reduction rate (photoelectric conversion efficiency after application of reverse bias voltage / initial photoelectric conversion efficiency) was used.
[0198]
As a result of the measurement, the decrease rate after application of the reverse bias voltage of (SC ratio 21) with respect to (SC actual 21) was as follows.
(SC ratio 21) 0.83 times
The state of delamination was observed using an optical microscope. In (SC Ex. 21), no delamination was observed, but in (SC ratio 21), delamination was slightly observed. As described above, the solar cell (SC actual 21) of the present invention has a better fill factor, series resistance, characteristic unevenness, light degradation characteristic, adhesion, and so on than the conventional solar cell (SC ratio 21) in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell. It has been found that the device has more excellent durability and reverse bias voltage application characteristics.
[0199]
In the above embodiment, the solar cell in which the n-type layer, the n / i buffer layer, the i-type layer, the p / i buffer layer, and the p-type layer are stacked in this order on the substrate has been described. With respect to a solar cell in which a p / i buffer layer, an i-type layer, an n / i buffer layer, and an n-type layer were stacked in this order, the same hydrogen plasma treatment was performed to produce a solar cell.
When the same evaluation as in the above example was performed, the solar cell in which the p-type layer and the n-type layer were plasma-treated with a hydrogen gas containing a silicon atom-containing gas and a gas containing a Group III element in the periodic table showed a photoelectric conversion. It has been confirmed that it has excellent characteristics such as a fill factor in efficiency, characteristic unevenness, light deterioration characteristic, series resistance characteristic, durability, and reverse bias voltage application characteristic. Further, the vicinity of the interface between the substrate and the p-type layer, the vicinity of the interface between the n / i buffer layer and the n-type layer, the vicinity of the interface between the n / i buffer layer and the i-type layer, the vicinity of the p / i buffer layer and the i-type layer. The above properties are further improved by performing a plasma treatment on the vicinity of the interface where the layers contact and the vicinity of the interface where the p / i buffer layer and the p-type layer come into contact with a hydrogen gas containing a silicon atom-containing gas to such an extent that substantially no deposition occurs. I understood that.
[0200]
[Table 1 (1)]
Figure 0003568047
[0201]
[Table 1 (2)]
Figure 0003568047
[0202]
[Table 2 (1)]
Figure 0003568047
[0203]
[Table 2 (2)]
Figure 0003568047
[0204]
[Table 3 (1)]
Figure 0003568047
[0205]
[Table 3 (2)]
Figure 0003568047
[0206]
[Table 3 (3)]
Figure 0003568047
[0207]
[Table 4 (1)]
Figure 0003568047
[0208]
[Table 4 (2)]
Figure 0003568047
[0209]
[Table 4 (3)]
Figure 0003568047
[0210]
[Table 5 (1)]
Figure 0003568047
[0211]
[Table 5 (2)]
Figure 0003568047
[0212]
[Table 5 (3)]
Figure 0003568047
[0213]
[Table 6 (1)]
Figure 0003568047
[0214]
[Table 6 (2)]
Figure 0003568047
[0215]
[Table 6 (3)]
Figure 0003568047
[0216]
[Table 7 (1)]
Figure 0003568047
[0217]
[Table 7 (2)]
Figure 0003568047
[0218]
[Table 7 (3)]
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[0219]
[Table 8 (1)]
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[0220]
[Table 8 (2)]
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[0221]
[Table 8 (3)]
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[0222]
[Table 9 (1)]
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[0223]
[Table 9 (2)]
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[0224]
[Table 9 (3)]
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[0225]
[Table 10 (1)]
Figure 0003568047
[0226]
[Table 10 (2)]
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[0227]
[Table 10 (3)]
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[0228]
[Table 11 (1)]
Figure 0003568047
[0229]
[Table 11 (2)]
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[0230]
[Table 11 (3)]
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[0231]
[Table 12 (1)]
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[0232]
[Table 12 (2)]
Figure 0003568047
[0233]
[Table 12 (3)]
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[0234]
[Table 13 (1)]
Figure 0003568047
[0235]
[Table 13 (2)]
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[0236]
[Table 13 (3)]
Figure 0003568047
[0237]
[Table 14 (1)]
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[0238]
[Table 14 (2)]
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[0239]
[Table 14 (3)]
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[0240]
[Table 15 (1)]
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[0241]
[Table 15 (2)]
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[0242]
[Table 15 (3)]
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[0243]
[Table 16 (1)]
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[0244]
[Table 16 (2)]
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[0245]
[Table 16 (3)]
Figure 0003568047
[0246]
[Table 17 (1)]
Figure 0003568047
[0247]
[Table 17 (2)]
Figure 0003568047
[0248]
[Table 17 (3)]
Figure 0003568047
[0249]
[Table 18 (1)]
Figure 0003568047
[0250]
[Table 18 (2)]
Figure 0003568047
[0251]
[Table 18 (3)]
Figure 0003568047
[0252]
[Table 19 (1)]
Figure 0003568047
[0253]
[Table 19 (2)]
Figure 0003568047
[0254]
[Table 19 (3)]
Figure 0003568047
[0255]
[Table 20 (1)]
Figure 0003568047
[0256]
[Table 20 (2)]
Figure 0003568047
[0257]
[Table 20 (3)]
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[0258]
[Table 21 (1)]
Figure 0003568047
[0259]
[Table 21 (2)]
Figure 0003568047
[0260]
[Table 21 (3)]
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[0261]
[Table 21 (4)]
Figure 0003568047
[0262]
[Table 21 (5)]
Figure 0003568047
[0263]
[Table 21 (6)]
Figure 0003568047
[0264]
[Table 21 (7)]
Figure 0003568047
[0265]
[Table 21 (8)]
Figure 0003568047
[0266]
[Table 21 (9)]
Figure 0003568047
[0267]
[Table 21 (10)]
Figure 0003568047
[0268]
[Table 21 (11)]
Figure 0003568047
[0269]
[Table 21 (12)]
Figure 0003568047
[0270]
[Table 21 (13)]
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[0271]
[Table 21 (14)]
Figure 0003568047
[0272]
[Table 21 (15)]
Figure 0003568047
[0273]
[Table 21 (16)]
Figure 0003568047
[0274]
【The invention's effect】
According to the present invention, impurities that become defect levels when taken into a semiconductor layer adsorbed on or contained in a deposition chamber wall usually seen in a hydrogen plasma treatment (eg, oxygen, nitrogen, carbon, iron, chromium, nickel, aluminum) Etc.) can be solved. In addition, stable hydrogen plasma processing can be performed. As a result,
1) It is possible to provide a photovoltaic element that is substantially free from peeling of the semiconductor layer when the photovoltaic element is placed at high temperature and high humidity.
[0275]
2) When a pin structure is formed on a flexible substrate, it is possible to provide a photovoltaic element in which a pin semiconductor layer is not easily peeled off even when the substrate is bent.
3) It is possible to provide a photovoltaic element in which an increase in defect levels near the interface between the substrate and the semiconductor layer is suppressed by long-time light irradiation.
4) Even when light is irradiated under high temperature and high humidity, it is possible to provide a photovoltaic element in which the substrate and the semiconductor layer do not peel off and the characteristic deterioration such as an increase in series resistance is suppressed.
[0276]
5) Even when used at a high temperature, it is possible to provide a photovoltaic element with less deterioration in characteristics.
6) It is possible to provide a photovoltaic element that is not easily broken when a reverse bias is applied to the photovoltaic element.
7) A photovoltaic element having a small series resistance can be provided even at the initial stage of forming the photovoltaic element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a photovoltaic element to which a method for forming a photovoltaic element according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic explanatory view of another photovoltaic element to which the method for forming a photovoltaic element of the present invention is applied.
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a photovoltaic element forming apparatus suitable for the photovoltaic element forming method of the present invention.
[Explanation of symbols]
200,300 supports,
201, 301 reflective layer (or transparent conductive layer),
202, 302 reflection enhancement layer (or anti-reflection layer),
203, 303 first n-type layer (or p-type layer);
204, 304 a first i-type layer;
205, 305 first p-type layer (or n-type layer);
212, 312 transparent conductive layer (or conductive layer),
213,313 collecting electrode,
251,351 first n / i buffer layer,
261,361, the ith p / i buffer layer,
206, 306 a second n-type layer (or p-type layer);
207,307 second i-type layer;
208, 308 second p-type layer (or n-type layer);
252,352 second n / i buffer layer,
262,362 second p / i buffer layer;
309 third n (or p-type layer);
311 a third p-type layer (or n-type layer);
310 third i-type layer,
353 third n / i buffer layer;
363 third p / i buffer layer,
400 forming device,
401 load chamber,
402, 403, 404 transport chamber,
405 unload chamber,
406, 407, 408, 409 Gate valve,
410, 411, 412 substrate heater,
413 board transfer rail,
417 n-type (or p-type) layer deposition chamber;
418 i-type layer deposition chamber,
419 p-type (or n-type) layer deposition chamber;
420, 421 plasma forming cup,
422, 423, 424 power supply,
425 Microwave introduction window,
426 waveguide,
427 shutter,
428 bias rod,
429,449,469 gas introduction pipe,
430,431,432,433,434,441,442,443,444,450,451,452,453,454,455,461,462,463,464,465,468,466,470,471,472 473,474,481,482,483,484 valves,
436, 437, 438, 439, 456, 457, 458, 459, 460, 467, 476, 477, 478, 479 Mass flow controller,
490 Substrate holder.

Claims (5)

基板上に、シリコン原子を含有する非単結晶n型層(またはp型層)、非単結晶i型のn/iバッファー層(またはp/iバッファー層)、非単結晶i型層、非単結晶i型のp/iバッファー層(またはn/iバッファー層)及び非単結晶p型層(またはn型層)を積層して成るpin構造を、少なくとも2構成以上積層した光起電力素子の形成方法において、前記p型層と前記n型層の接する界面近傍を、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスと周期律表第III族元素含有ガスとを含有する水素ガスでプラズマ処理する事を特徴とする光起電力素子の形成方法。A non-single-crystal n-type layer (or p-type layer) containing silicon atoms, a non-single-crystal i-type n / i buffer layer (or p / i buffer layer), a non-single-crystal i-type layer, A photovoltaic element in which at least two or more pin structures each formed by laminating a single-crystal i-type p / i buffer layer (or n / i buffer layer) and a non-single-crystal p-type layer (or n-type layer) are laminated. In the vicinity of the interface where the p-type layer and the n-type layer are in contact with each other, a plasma treatment is performed using a hydrogen gas containing a silicon atom-containing gas and a group III element-containing gas that do not substantially deposit. A method for forming a photovoltaic element. 前記基板と前記n型層の界面近傍(または前記基板と前記p型層の界面近傍)を、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスを含有する水素ガスでプラズマ処理する事を特徴とする請求項1に記載の光起電力素子の形成方法。The vicinity of the interface between the substrate and the n-type layer (or the vicinity of the interface between the substrate and the p-type layer) is plasma-treated with a hydrogen gas containing a silicon atom-containing gas to such an extent that substantially no deposition occurs. A method for forming a photovoltaic device according to claim 1. 前記n/iバッファー層とn型層の接する界面近傍、前記n/iバッファー層と前記i型層の接する界面近傍、前記p/iバッファー層と前記i型層の接する界面近傍、及び前記p/iバッファー層と前記p型層の接する界面近傍を、実質的に堆積しない程度のシリコン原子含有ガスを含有する水素ガスでプラズマ処理する事を特徴とする請求項1または2に記載の光起電力素子の形成方法。Near the interface where the n / i buffer layer and the n-type layer are in contact, near the interface where the n / i buffer layer and the i-type layer are in contact, near the interface where the p / i buffer layer and the i-type layer are in contact, and 3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the vicinity of the interface between the / i buffer layer and the p-type layer is plasma-treated with a hydrogen gas containing a gas containing a silicon atom to such an extent that substantially no deposition occurs. A method for forming a power element. 前記シリコン原子含有ガスは、SiH、Si、SiF、SiFH、SiF、SiFH、SiCl、SiClH、SiClの内、少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光起電力素子の形成方法。The silicon atom-containing gas includes at least one of SiH 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 , SiFH 3 , SiF 2 H 2 , SiF 3 H, SiCl 2 H 2 , SiCl 3 H, and SiCl 4. The method for forming a photovoltaic element according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記シリコン原子含有ガスの水素ガスに対する含有率が、0.1%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光起電力素子の形成方法。5. The method according to claim 1, wherein a content of the silicon atom-containing gas with respect to a hydrogen gas is 0.1% or less. 6.
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