JP3679937B2

JP3679937B2 - Amorphous silicon solar cell and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3679937B2
Application number: JP33970298A
Authority: JP
Inventors: 章二森田; 正義村田; 良昭竹内; 立淳西宮; 暁己高野; 一晃大嶋; 辰史青井; 竜治堀岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000164908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に太陽電池発電システムで使用される非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ｐｉｎ型ａ−Ｓｉ太陽電池としては、図３に示す構成のものが知られている（特公平５−１０８３５号）。
図中の符番１はガラス基板（又は透明フィルム）である。このガラス基板１上には、ＳｎＯ₂からなる透明電極２が形成されている。ここで、透明電極２の表面Ｓは、光閉じ込め効果を向上させる目的でヘイズ率１０％程度の凹凸を有している。この透明電極２上には、ｐ層３，ｉ層４及びｎ層５からなる非晶質シリコン層６がプラズマＣＶＤ法により形成されている。この非晶質シリコン層６上には、真空蒸着などの手段により金属電極７が形成されている。
【０００３】
こうした構成の太陽電池において、光はガラス基板１側から入射された後、透明電極２，ｐ層３を通過してｉ層４に達し、このｉ層４で光エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０００４】
ところで、上記太陽電池において、生産性向上による低コスト化を図るためには、最も膜厚の厚いｉ層４の高速成膜化が必須である。そして、非晶質シリコン成膜方法であるプラズマＣＶＤ法において成膜速度を増大させるには高周波電力を増大させ、プラズマ密度を高める方法が最も一般的かつ直接的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の太陽電池によれば、下記の問題点を有していた。
(1) 高速成膜のためにプラズマを発生させる高周波電力を増大させると、プラズマ中のイオンエネルギーも増大する。ｉ層４成膜初期に高エネルギーイオンがｐ層３／ｉ層４界面に衝突すると、欠陥準位を生じ、キャリア再結合損失が増大するため、短絡電流が増大する。
【０００６】
(2) 高速成膜したｉ層４は表面の凹凸が大きいため、ｉ層４とｎ層５の密着性が低下し、隙間を生じ、電池としての有効面積が減少する。
【０００７】
(3) 凹凸を有する透明電極２上に高速でａ−Ｓｉ太陽電池を構成すると、透明電極２を構成する結晶粒間の谷からｉ層５の膜厚方向に微細な亀裂が生じ、キャリアの再結合中心となるため短絡電流が低下する。
【０００８】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、透明電極上のｐ層上に低欠陥密度のｉ層初期膜及びｉ層バルク膜からなるｉ層を設けることにより、ｐ層／ｉ層界面付近の欠陥準位を低減させ、短波長感度を改善して短絡電流を増大しえる非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、透明電極上のｐ層上にｉ層バルク膜及び低欠陥で表面被覆性に優れたｉ層後期膜を有するｉ層を設けることにより、ｉ層／ｎ層界面の密着性を向上し、長波長感度を改善して短絡電流を増大しえるとともに、ｎ層も膜厚分布を改善しｉ層内の内部電界の均一性を向上して開放電圧を増大しえる非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
更に、本発明は、透明電極上のｐ層上に低欠陥密度のｉ層初期膜及び低欠陥で表面被覆性に優れたｉ層後期膜を設けることにより、ｉ層の膜厚方向の亀裂発生を抑制し、ｉ層内でのキャリア再結合を低減し、短絡電流を増大しえる非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、透明基板と、この透明基板上に形成された透明電極と、この透明電極上に形成されたｐ層と、このｐ層上に順次形成された、ｉ層初期膜、高速成膜されたｉ層バルク膜、及びｉ層後期膜を有したｉ層と、このｉ層上に形成されたｎ層と、このｎ層上に形成された金属電極とを具備し、該ｉ層初期膜は、成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓで形成され、その膜厚が５〜５０ｎｍの範囲であり、その欠陥密度が８×１０ ^１４個／ｃｃ以下であり、前記ｉ層後期膜は、成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓで形成され、前記ｉ層バルク膜の膜厚方向の亀裂発生を抑制するように設けられており、その欠陥密度が８×１０ ^１４個／ｃｃ以下であり、その表面粗さが２００〜３００ｎｍの範囲であることを特徴とする非晶質シリコン太陽電池である。
【００１５】
本願第２の発明は、透明基板上に透明電極を形成する工程と、この透明電極上にｐ層を形成する工程と、このｐ層上に成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓで形成されるｉ層初期膜、高速成膜されるｉ層バルク膜、及び該ｉ層バルク膜の膜厚方向の亀裂発生を抑制するように設け、成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓで形成されるｉ層後期膜を有したｉ層を形成する工程と、このｉ層上にｎ層を形成する工程と、このｎ層上に金属電極を形成する工程とを具備し、前記ｉ層初期膜の膜厚が５〜５０ｎｍの範囲であり、その欠陥密度が８×１０ ^１４個／ｃｃ以下であり、前記ｉ層後期膜の欠陥密度が８×１０ ^１４個／ｃｃ以下であり、その表面粗さが２００〜３００ｎｍの範囲であることを特徴とする非晶質シリコン太陽電池の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例に係る非晶質シリコン太陽電池について図１を参照して説明する。
図中の符号１１は、透明基板としてのガラス基板を示す。このガラス基板１１上には、酸化スズからなる表面粗さ４００〜５００ｎｍの透明電極１２が形成されている。この透明電極１２上には、ｐ層１３と、バッファ層１４と、膜厚５〜５０ｎｍのｉ層初期膜１５と、ｉ層バルク膜１６と、膜厚１０〜５０ｎｍのｉ層後期膜１７と、ｎ層１８からなる非晶質シリコン層１９が形成されている。
【００１７】
なお、ｉ層初期膜１５の膜厚が５ｎｍ未満の場合、ｐ層／ｉ層界面特性を改善する効果が小さい。一方、ｉ層初期膜１５の膜厚が５０ｎｍを超えると、ｐ層／ｉ層界面特性を改善する効果は飽和する。また、ｉ層後期膜１７の膜厚が５ｎｍ未満の場合、ｉ層／ｎ層界面特性を改善する効果が小さい。一方、ｉ層後期膜１７の膜厚が５０ｎｍを超えると、ｉ層／ｎ層界面特性を改善する効果は飽和する。
【００１８】
前記ｉ層初期膜１５の欠陥密度は、８×１０¹⁴個／ｃｃ以下である。ここで、ｉ層初期膜１５の欠陥密度が８×１０¹⁴個／ｃｃを超えると、ｉ層初期膜としてのｐ層／ｉ層界面特性を改善する効果が低減する。前記ｉ層後期膜１７の欠陥密度は、８×１０¹⁴個／ｃｃ以下である。ここで、ｉ層後期膜１７の欠陥密度が８×１０¹⁴個／ｃｃを超えると、ｉ層後期膜としてのｉ層／ｎ層界面特性を改善する効果が低減する。前記非晶質シリコン層１９上には、Ａｌからなる金属電極２０が形成されている。
【００１９】
上記した構成の非晶質シリコン太陽電池は、図２に示す製造装置を用いて形成される。図中の符番２１は反応容器であり、内部に基板加熱用ヒータ２２，アース線２３に接続された放電用電極２４が対向して配置されている。前記放電用電極２４には、高周波電源２５がインピーダンス整合器２６を介して接続されている。前記基板加熱用ヒータ２２には、基板２７が支持されている。この基板２７と前記放電用電極２４間には、製膜表面ヒータ用電源２８に接続されたメッシュ状の製膜表面ヒータ２９が配置されている。前記反応容器２１には、放電用電極２４周辺に反応ガスを導入する反応ガス導入管３０が接続されている。また、前記反応容器２１には、排気管３１を介して真空ポンプ３２が接続されている。
【００２０】
次に、図２の製造装置を用いて図１の非晶質シリコン太陽電池を製造する方法について説明する。
まず、ガラス基板１１上に透明電極１２を形成した。つづいて、この透明電極１２上に、ｐ層１３と，バッファ層１４と，膜厚５〜５０ｎｍのｉ層初期膜１５と，ｉ層バルク膜１６と，膜厚１０〜５０ｎｍのｉ層後期膜１７と，ｎ層１８からなる非晶質シリコン層１９を形成した。前記ｉ層初期膜１５の形成に際しては、成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓ，製膜表面ヒータ電力１５０〜２００Ｗ，放電周波数２７〜１００ＭＨｚの少なくともいずれかの条件を満たしながら、欠陥密度８×１０¹⁴個／ｃｃ以下とした。また、ｉ層バルク膜１６は、ｉ層初期膜１５を形成後、放電を維持したまま形成した。さらに、ｉ層後期膜１７はｉ層バルク膜１６を形成後、放電を維持したまま形成した。
【００２１】
ｉ層初期膜１５の成膜速度を上記のように設定したのは、０．１ｎｍ／ｓ未満では、放電が不安定となって品質の安定した太陽電池の製造が困難になるからであり、０．４ｎｍ／ｓを超えると、欠陥密度の小さい高品質膜が得られないため、ｉ層初期膜としてのｐ層／ｉ層界面特性の改善効果が小さいからである。
【００２２】
製膜表面ヒータ電力を上記のように設定したのは、次の理由による。即ち、電力が１５０Ｗ未満の場合、ラジカルに与えるエネルギーが小さいため、ラジカルの表面拡散が不十分となり、低欠陥密度膜が得られず、ｉ層初期膜としてのｐ層／ｉ層界面特性の改善効果が小さい。一方、電力が２００Ｗを超えると、基板が高温となるため、透明電極１２からｐ層１３、ｐ層１３からｉ層初期膜１５への不純物拡散が顕著になり、ｐ層１３及びｉ層初期膜１５の膜質が低下するからである。
【００２３】
放電周波数を上記のように設定したのは、次の理由による。即ち、放電周波数が２７ＭＨｚ未満の場合、プラズマの高周波数化に伴う電子温度低下の効果が小さいため、低欠陥密度膜が得られず、ｉ層初期膜としてのｐ層／ｉ層初期膜としてのｐ層／ｉ層界面特性の改善効果が小さい。一方、放電周波数が１００ＭＨｚを超えると、放電が局所的となり、均一なプラズマが得られないため、太陽電池特性がばらつく。
【００２４】
前記ｉ層後期膜１７の形成に際しては、ｉ層バルク膜１６の形成後、成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓ，製膜表面ヒータ電力１５０〜２００Ｗ，放電周波数２７〜１００ＭＨｚの少なくともいずれかの条件を満たしながら、欠陥密度８×１０¹⁴個／ｃｃ以下とした。また、ｉ層後期膜１７の表面粗さは２００〜３００ｎｍとした。
【００２５】
ｉ層後期膜１７の成膜速度を上記の設定したのは、０．１ｎｍ／ｓ未満では、放電が不安定となって品質の安定した太陽電池の製造が困難になるからであり、０．４ｎｍ／ｓを超えると、欠陥密度の小さい高品質膜が得られないため、ｉ層後期膜としてのｉ層／ｎ層界面特性の改善効果が小さいからである。
【００２６】
ｉ層後期膜１７を形成する際の製膜表面ヒータ電力を上記のように設定したのは、次の理由による。即ち、電力が１５０Ｗ未満の場合、ラジカルに与えるエネルギーが小さいため、ラジカルの表面拡散が不十分となり、低欠陥密度膜が得られず、ｉ層後期膜としてのｉ層／ｎ層界面特性の改善効果が小さい。一方、電力が２００Ｗを超えると、基板が高温となるため、既に積層した層間の不純物拡散が顕著になるとともに最表面層であるｉ層１６の熱的変質が生じるからである。
【００２７】
ｉ層後期膜１７を形成する際の放電周波数を上記のように設定したのは、次の理由による。即ち、放電周波数が２７ＭＨｚ未満の場合、プラズマの高周波数化に伴う電子温度低下の効果が小さいため、低欠陥密度膜が得られず、ｉ層後期膜１７としてのｉ層／ｎ層界面特性の改善効果が小さい。一方、放電周波数が１００ＭＨｚを超えると、放電が局所的となり、均一なプラズマが得られないため、太陽電池特性がばらつくからである。
【００２８】
ｉ層後期膜１７の表面粗さを上記のように設定したのは、次の理由による。４００から５００ｎｍの表面粗さを有する透明電極１２上にｉ層を積層するが、ｉ層高速成膜条件であること及びｉ層の表面粗さが透明電極１２の影響を受けるため、その上に積層するｉ層後期膜１７の表面粗さは基本的には２００ｎｍ以下未満に制御することは困難である。一方、ｉ層後期膜１７の表面粗さが３００ｎｍを超えた場合、ｎ層１８との密着性が低下し、隙間が多くなるため発電有効面積が減少する。
【００２９】
図４は、ｉ層初期膜〜ｉ層後期膜における成膜速度と時間の関係を示す特性図を示す。図４において、Ｔ₁はｉ層初期膜１５形成時間を、Ｔ₂及びＴ₄は移行膜形成時間を、Ｔ₃はｉ層バルク膜１６形成時間を、Ｔ₅はｉ層後期膜１７形成時間を示す。
【００３０】
図５は、ｉ層初期膜〜ｉ層後期膜における製膜表面ヒータ電力と時間の関係を示す特性図を示す。図５において、Ｔ₁はｉ層初期膜１５形成時間を、Ｔ₂はｉ層バルク膜１６形成時間を、Ｔ₃はｉ層後期膜１７形成時間を示す。
【００３１】
図６は、ｉ層初期膜〜ｉ層後期膜における放電周波数と時間の関係を示す特性図を示す。図６において、Ｔ₁はｉ層初期膜１５形成時間を、Ｔ₂はｉ層バルク膜１６形成時間を、Ｔ₃はｉ層後期膜１７形成時間を示す。
【００３２】
このようにして製造される非晶質シリコン太陽電池によれば、以下に述べる効果を有する。
1)低欠陥密度のｉ層初期膜１５をｐ層１３上にバッファ層１４を介して設けることにより、ｐ層１３／ｉ層バルク膜１６界面付近の欠陥準位が低減し、短波長感度を改善でき、短絡電流を増大できる。
【００３３】
2)低欠陥で表面被覆性に優れたｉ層後期膜１７をｉ層バルク膜１６上に設けることにより、ｉ層バルク膜１６／ｎ層１８界面の密着性を向上できる。その結果、長波長が改善され、短絡電流を増大できる。また、ｎ層１８の膜厚分布が改善され、ｉ層バルク膜１６内の内部電界の均一性が向上するため、開放電圧が増大する。
【００３４】
3)低欠陥密度のｉ層初期膜１５及び低欠陥で表面被覆性に優れたｉ層後期膜１７を設けることにより、ｉ層バルク膜１６の亀裂発生が抑制されるため、ｉ層バルク膜１６内でのキャリア再結合が向上低減し、短絡電流が増大する。
【００３５】
事実、ｉ層初期膜及びｉ層後期膜のいずれも設けない場合（比較例）の効率を１００とした場合、既述したような条件下でｉ層初期膜を設けた場合、ｉ層後期膜を設けた場合、ｉ層初期膜及びｉ層後期膜の両者を設けた場合の夫々の効率は、１１５、１２０、１２０であることが判明した。これにより、本発明に寄る効果が確認できた。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、透明基板と、この透明基板上に形成された透明電極と、この透明電極上に形成されたｐ層と、このｐ層上に順次形成された、ｉ層初期膜、高速成膜されたｉ層バルク膜、及びｉ層後期膜を有したｉ層と、このｉ層上に形成されたｎ層と、このｎ層上に形成された金属電極とを具備し、該ｉ層初期膜は、成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓで形成され、その膜厚が５〜５０ｎｍの範囲であり、その欠陥密度が８×１０ ^１４個／ｃｃ以下であり、前記ｉ層後期膜は、成膜速度０．１〜０．４ｎｍ／ｓで形成され、前記ｉ層バルク膜の膜厚方向の亀裂発生を抑制するように設けられており、その欠陥密度が８×１０ ^１４個／ｃｃ以下であり、その表面粗さが２００〜３００ｎｍの範囲であることにより、ｐ層／ｉ層界面付近の欠陥準位を低減させて短波長感度を改善し、ｉ層／ｎ層界面の密着性を向上させて長波長感度を改善し、ｉ層の膜厚方向の亀裂発生を抑制して i 層内でのキャリア再結合を低減し、短絡電流を増大しえる非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る非晶質シリコン太陽電池の断面図。
【図２】図１の非晶質シリコン太陽電池の製造に用いた製造装置の説明図。
【図３】従来の非晶質シリコン太陽電池の断面図。
【図４】図１の非晶質シリコン太陽電池において、ｉ層初期膜〜ｉ層後期膜の成膜における成膜速度の特性図。
【図５】図１の非晶質シリコン太陽電池において、ｉ層初期膜〜ｉ層後期膜の成膜におけるラジカルヒータ電力の特性図。
【図６】図１の非晶質シリコン太陽電池において、ｉ層初期膜〜ｉ層後期膜の成膜に
おける放電周波数の特性図。
【符号の説明】
１１…ガラス基板、
１２…透明電極、
１３…ｐ層、
１４…バッファ層、
１５…ｉ層初期膜、
１６…ｉ層バルク膜、
１７…ｉ層後期膜、
１８…ｎ層、
１９…非晶質シリコン層、
２０…金属電極、
２１…真空容器、
２２…基板加熱用ヒータ、
２３…アース線、
２４…放電用電極、
２５…高周波電源、
２６…インピーダンス整合器、
２７…基板、
２８…製膜表面ヒータ用電源、
２９…製膜表面ヒータ、
３０…ガス導入管、
３１…排気管、
３２…真空ポンプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to an amorphous silicon solar cell used in a solar cell power generation system and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a pin-type a-Si solar cell, the structure shown in FIG. 3 is known (Japanese Patent Publication No. 5-10835).
Reference numeral 1 in the figure is a glass substrate (or transparent film). On this glass substrate 1, transparent electrodes 2 made of SnO ₂ is formed. Here, the surface S of the transparent electrode 2 has irregularities with a haze ratio of about 10% for the purpose of improving the light confinement effect. On the transparent electrode 2, an amorphous silicon layer 6 composed of a p layer 3, an i layer 4 and an n layer 5 is formed by a plasma CVD method. A metal electrode 7 is formed on the amorphous silicon layer 6 by means such as vacuum deposition.
[0003]
In the solar cell having such a configuration, light is incident from the glass substrate 1 side, then passes through the transparent electrode 2 and the p layer 3 to reach the i layer 4, and light energy is converted into electric energy in the i layer 4. .
[0004]
By the way, in the solar cell, in order to reduce the cost by improving the productivity, it is essential to form the i layer 4 having the thickest film at a high speed. In order to increase the deposition rate in the plasma CVD method, which is an amorphous silicon deposition method, the most common and direct method is to increase the high-frequency power and increase the plasma density.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional solar cell has the following problems.
(1) Increasing the high-frequency power that generates plasma for high-speed film formation increases the ion energy in the plasma. When high energy ions collide with the interface between the p layer 3 and the i layer 4 at the initial stage of the formation of the i layer 4, a defect level is generated and a carrier recombination loss increases, so that a short circuit current increases.
[0006]
(2) Since the i-layer 4 formed at high speed has large surface irregularities, the adhesion between the i-layer 4 and the n-layer 5 is reduced, a gap is formed, and the effective area as a battery is reduced.
[0007]
(3) When an a-Si solar cell is constructed on the transparent electrode 2 having irregularities at a high speed, fine cracks are generated in the film thickness direction of the i layer 5 from the valleys between the crystal grains constituting the transparent electrode 2, and the carrier Since it becomes a recombination center, a short circuit current falls.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by providing an i layer comprising a low defect density i layer initial film and an i layer bulk film on the p layer on the transparent electrode, the p layer / i layer interface is provided. An object of the present invention is to provide an amorphous silicon solar cell capable of reducing the defect level in the vicinity, improving the short wavelength sensitivity and increasing the short-circuit current, and a method for manufacturing the same.
[0009]
In addition, the present invention provides an i layer / n layer interface adhesion by providing an i layer bulk film and an i layer late film having low defects and excellent surface coverage on the p layer on the transparent electrode. Can improve the long wavelength sensitivity and increase the short-circuit current, and the n layer can also improve the film thickness distribution and improve the uniformity of the internal electric field in the i layer to increase the open circuit voltage. It aims at providing a silicon solar cell and its manufacturing method.
[0010]
Furthermore, the present invention provides an i-layer initial film having a low defect density and an i-layer late film having a low defect and excellent surface coverage on the p-layer on the transparent electrode, thereby generating cracks in the thickness direction of the i-layer. It is an object to provide an amorphous silicon solar cell and a method for manufacturing the same, which can suppress short circuit current, reduce carrier recombination in the i layer, and increase the short-circuit current.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The first invention of the present application includes a transparent substrate, a transparent electrode formed on the transparent substrate, a p layer formed on the transparent electrode , an i-layer initial film sequentially formed on the p layer , comprising the i layer having a high-speed film formation has been i layer bulk layer, and the i-layer late film, and the i layer n layer formed on, and a metal electrode formed on the n layer, the The i-layer initial film is formed at a deposition rate of 0.1 to 0.4 nm / s, the film thickness is in the range of 5 to 50 nm, the defect density is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less, The i-layer late film is formed at a deposition rate of 0.1 to 0.4 nm / s, and is provided so as to suppress the occurrence of cracks in the film thickness direction of the i-layer bulk film. 10 ¹⁴ / cc or less, an amorphous silicon solar, characterized in that the surface roughness is in the range of 200~300nm It is.
[0015]
The second invention of the present application includes a step of forming a transparent electrode on a transparent substrate, a step of forming a p layer on the transparent electrode, and a film formation rate of 0.1 to 0.4 nm / s on the p layer. An i-layer initial film to be formed, an i-layer bulk film to be formed at a high speed, and a film formation rate of 0.1 to 0.4 nm / s are provided so as to suppress the occurrence of cracks in the film thickness direction of the i-layer bulk film. A step of forming an i layer having an i layer late film formed in step i, a step of forming an n layer on the i layer, and a step of forming a metal electrode on the n layer. The film thickness of the initial layer film is in the range of 5 to 50 nm, the defect density thereof is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less, the defect density of the i-layer late film is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less, The surface roughness is in a range of 200 to 300 nm .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an amorphous silicon solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The code | symbol 11 in a figure shows the glass substrate as a transparent substrate. On the glass substrate 11, a transparent electrode 12 made of tin oxide and having a surface roughness of 400 to 500 nm is formed. On this transparent electrode 12, a p-layer 13, a buffer layer 14, an i-layer initial film 15 having a thickness of 5 to 50 nm, an i-layer bulk film 16, and an i-layer late film 17 having a thickness of 10 to 50 nm, , An amorphous silicon layer 19 made of the n layer 18 is formed.
[0017]
When the film thickness of the i-layer initial film 15 is less than 5 nm, the effect of improving the p-layer / i-layer interface characteristics is small. On the other hand, when the film thickness of the i-layer initial film 15 exceeds 50 nm, the effect of improving the p-layer / i-layer interface characteristics is saturated. Further, when the film thickness of the i-layer late film 17 is less than 5 nm, the effect of improving the i-layer / n-layer interface characteristics is small. On the other hand, when the film thickness of the i-layer late film 17 exceeds 50 nm, the effect of improving the i-layer / n-layer interface characteristics is saturated.
[0018]
The defect density of the i-layer initial film 15 is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less. Here, when the defect density of the i-layer initial film 15 exceeds 8 × 10 ¹⁴ / cc, the effect of improving the p-layer / i-layer interface characteristics as the i-layer initial film is reduced. The defect density of the i-layer late film 17 is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less. Here, when the defect density of the i-layer late film 17 exceeds 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc, the effect of improving the i-layer / n-layer interface characteristics as the i-layer late film is reduced. A metal electrode 20 made of Al is formed on the amorphous silicon layer 19.
[0019]
The amorphous silicon solar cell having the above-described configuration is formed using the manufacturing apparatus shown in FIG. Reference numeral 21 in the figure denotes a reaction vessel, in which a substrate heating heater 22 and a discharge electrode 24 connected to a ground wire 23 are arranged facing each other. A high frequency power source 25 is connected to the discharge electrode 24 via an impedance matching unit 26. A substrate 27 is supported on the substrate heating heater 22. Between the substrate 27 and the discharge electrode 24, a mesh-shaped film-forming surface heater 29 connected to a film-forming surface heater power source 28 is disposed. Connected to the reaction vessel 21 is a reaction gas introduction tube 30 for introducing a reaction gas around the discharge electrode 24. A vacuum pump 32 is connected to the reaction vessel 21 through an exhaust pipe 31.
[0020]
Next, a method for manufacturing the amorphous silicon solar cell of FIG. 1 using the manufacturing apparatus of FIG. 2 will be described.
First, the transparent electrode 12 was formed on the glass substrate 11. Subsequently, on this transparent electrode 12, a p layer 13, a buffer layer 14, an i layer initial film 15 having a thickness of 5 to 50 nm, an i layer bulk film 16, and an i layer late film having a thickness of 10 to 50 nm. 17 and an amorphous silicon layer 19 composed of an n layer 18 were formed. In forming the i-layer initial film 15, the defect density is satisfied while satisfying at least one of the conditions of a film formation speed of 0.1 to 0.4 nm / s, a film-forming surface heater power of 150 to 200 W, and a discharge frequency of 27 to 100 MHz. 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less. The i-layer bulk film 16 was formed while maintaining the discharge after the i-layer initial film 15 was formed. Further, the i-layer late film 17 was formed while maintaining the discharge after the i-layer bulk film 16 was formed.
[0021]
The reason why the film formation rate of the i-layer initial film 15 is set as described above is that when it is less than 0.1 nm / s, the discharge becomes unstable and it becomes difficult to manufacture a solar cell with stable quality. This is because if the thickness exceeds 0.4 nm / s, a high-quality film having a low defect density cannot be obtained, so that the effect of improving the p-layer / i-layer interface characteristics as the i-layer initial film is small.
[0022]
The reason why the film forming surface heater power is set as described above is as follows. That is, when the electric power is less than 150 W, the energy imparted to the radical is small, so that the surface diffusion of the radical becomes insufficient, a low defect density film cannot be obtained, and the p layer / i layer interface characteristics as the i layer initial film are improved. Small effect. On the other hand, when the power exceeds 200 W, the temperature of the substrate becomes high, so that impurity diffusion from the transparent electrode 12 to the p layer 13 and from the p layer 13 to the i layer initial film 15 becomes significant. It is because the film quality of 15 falls.
[0023]
The reason for setting the discharge frequency as described above is as follows. That is, when the discharge frequency is less than 27 MHz, the effect of lowering the electron temperature due to the higher frequency of plasma is small, so a low defect density film cannot be obtained, and the p layer / i layer initial film as the i layer initial film is not obtained. The effect of improving the p-layer / i-layer interface characteristics is small. On the other hand, when the discharge frequency exceeds 100 MHz, the discharge becomes local and uniform plasma cannot be obtained, so that the solar cell characteristics vary.
[0024]
When forming the i-layer late film 17, after forming the i-layer bulk film 16, at least one of a film formation speed of 0.1 to 0.4 nm / s, a film-forming surface heater power of 150 to 200 W, and a discharge frequency of 27 to 100 MHz. While satisfying these conditions, the defect density was set to 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less. The surface roughness of the i-layer late film 17 was 200 to 300 nm.
[0025]
The reason why the film formation rate of the i-layer late film 17 is set as described above is that if it is less than 0.1 nm / s, the discharge becomes unstable and it becomes difficult to manufacture a solar cell with stable quality. This is because if the thickness exceeds 4 nm / s, a high-quality film having a low defect density cannot be obtained, so that the effect of improving the i-layer / n-layer interface characteristics as the i-layer late film is small.
[0026]
The reason for setting the film-forming surface heater power when forming the i-layer late film 17 as described above is as follows. That is, when the electric power is less than 150 W, the energy given to the radical is small, so that the surface diffusion of the radical becomes insufficient, a low defect density film cannot be obtained, and the i layer / n layer interface characteristics as an i layer late film are improved. Small effect. On the other hand, when the electric power exceeds 200 W, the substrate becomes high temperature, so that impurity diffusion between the already laminated layers becomes remarkable and thermal alteration of the i-layer 16 which is the outermost surface layer occurs.
[0027]
The reason why the discharge frequency when forming the i-layer late film 17 is set as described above is as follows. That is, when the discharge frequency is less than 27 MHz, the effect of lowering the electron temperature due to the higher frequency of the plasma is small, so a low defect density film cannot be obtained, and the i layer / n layer interface characteristic as the i layer late film 17 is not obtained. The improvement effect is small. On the other hand, if the discharge frequency exceeds 100 MHz, the discharge becomes local and uniform plasma cannot be obtained, so that the solar cell characteristics vary.
[0028]
The reason why the surface roughness of the i-layer late film 17 is set as described above is as follows. The i layer is laminated on the transparent electrode 12 having a surface roughness of 400 to 500 nm. However, since the i layer has a high-speed film forming condition and the surface roughness of the i layer is affected by the transparent electrode 12, the i layer is formed thereon. It is difficult to basically control the surface roughness of the laminated i-layer late film 17 to be less than 200 nm or less. On the other hand, when the surface roughness of the i-layer late film 17 exceeds 300 nm, the adhesion with the n-layer 18 is lowered and the gap is increased, so that the power generation effective area is reduced.
[0029]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition rate and time in the i-layer initial film to the i-layer late film. In FIG. 4, T ₁ is the formation time of the i-layer initial film 15, T ₂ and T ₄ are the transition film formation time, T ₃ is the formation time of the i-layer bulk film 16, and T ₅ is the formation time of the i-layer late film 17. Indicates.
[0030]
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition surface heater power and time in the i-layer initial film to the i-layer late film. In FIG. 5, T ₁ represents the formation time of the i-layer initial film 15, T ₂ represents the formation time of the i-layer bulk film 16, and T ₃ represents the formation time of the i-layer late film 17.
[0031]
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the discharge frequency and time in the i-layer initial film to the i-layer late film. In FIG. 6, T ₁ indicates the formation time of the i-layer initial film 15, T ₂ indicates the formation time of the i-layer bulk film 16, and T ₃ indicates the formation time of the i-layer late film 17.
[0032]
The amorphous silicon solar cell thus manufactured has the following effects.
1) By providing the low defect density i-layer initial film 15 on the p-layer 13 via the buffer layer 14, the defect level near the interface of the p-layer 13 / i-layer bulk film 16 is reduced, and the short wavelength sensitivity is improved. It can be improved and the short circuit current can be increased.
[0033]
2) By providing the i-layer late film 17 with low defects and excellent surface coverage on the i-layer bulk film 16, the adhesion at the interface between the i-layer bulk film 16 and the n-layer 18 can be improved. As a result, the long wavelength is improved and the short circuit current can be increased. In addition, since the film thickness distribution of the n layer 18 is improved and the uniformity of the internal electric field in the i layer bulk film 16 is improved, the open circuit voltage increases.
[0034]
3) Since the i-layer initial film 15 having a low defect density and the i-layer late film 17 having a low defect and excellent surface coverage are provided, the generation of cracks in the i-layer bulk film 16 is suppressed. The carrier recombination is improved and reduced, and the short circuit current is increased.
[0035]
In fact, when neither the i-layer initial film nor the i-layer late film is provided (comparative example), the efficiency is 100. When the i-layer initial film is provided under the conditions described above, the i-layer late film It was found that the respective efficiencies when both the i-layer initial film and the i-layer late film were provided were 115, 120, and 120. Thereby, the effect close to the present invention was confirmed.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the transparent substrate, the transparent electrode formed on the transparent substrate, the p layer formed on the transparent electrode, and the p layer are sequentially formed. an i-layer having an i-layer initial film, an i-layer bulk film formed at a high speed, an i-layer late film, an n-layer formed on the i-layer, and a metal electrode formed on the n-layer The i-layer initial film is formed at a deposition rate of 0.1 to 0.4 nm / s, the film thickness is in the range of 5 to 50 nm, and the defect density is 8 × 10 ¹⁴ / cc. The i-layer late film is formed at a deposition rate of 0.1 to 0.4 nm / s, and is provided so as to suppress the occurrence of cracks in the film thickness direction of the i-layer bulk film. When the defect density is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less and the surface roughness is in the range of 200 to 300 nm, p layer / i By reducing the defect level in the vicinity of the layer interface improves short wavelength sensitivity, i layer / n layer to improve the adhesion at the interface to improve the long wavelength sensitivity, suppressing the thickness direction of the crack generation of the i layer Thus, it is possible to provide an amorphous silicon solar cell that can reduce carrier recombination in the i layer and increase a short-circuit current, and a method for manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an amorphous silicon solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing apparatus used for manufacturing the amorphous silicon solar cell of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional amorphous silicon solar cell.
4 is a characteristic diagram of film formation speed in the formation of an i-layer initial film to an i-layer late film in the amorphous silicon solar cell of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram of radical heater power in the formation of an i-layer initial film to an i-layer late film in the amorphous silicon solar cell of FIG.
6 is a characteristic diagram of discharge frequency in the formation of an i-layer initial film to an i-layer late film in the amorphous silicon solar cell of FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
11 ... Glass substrate,
12 ... Transparent electrode,
13 ... p layer,
14 ... buffer layer,
15 ... i layer initial film,
16 ... i layer bulk film,
17 ... I layer late membrane,
18 ... n layer,
19 ... amorphous silicon layer,
20: Metal electrode,
21 ... Vacuum container,
22 ... Substrate heating heater,
23 ... Earth wire,
24 ... Electrode for discharge,
25 ... High frequency power supply,
26: Impedance matching device,
27 ... substrate
28 ... Power source for film-forming surface heater,
29 ... Film-forming surface heater,
30: Gas introduction pipe,
31 ... exhaust pipe,
32 ... Vacuum pump.

Claims

Transparent substrate, transparent electrode formed on this transparent substrate, p layer formed on this transparent electrode , i layer initial film formed on this p layer in sequence, i layer formed at high speed The i-layer having a bulk film and an i-layer late film , an n-layer formed on the i-layer, and a metal electrode formed on the n-layer , The film is formed at a film speed of 0.1 to 0.4 nm / s, the film thickness is in the range of 5 to 50 nm, the defect density is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less, and the i-layer late film is composed of It is formed at a film speed of 0.1 to 0.4 nm / s, and is provided so as to suppress the occurrence of cracks in the film thickness direction of the i-layer bulk film, and its defect density is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less. An amorphous silicon solar cell having a surface roughness in the range of 200 to 300 nm .

A step of forming a transparent electrode on a transparent substrate, a step of forming a p layer on the transparent electrode, and an i-layer initial film formed on the p layer at a film formation rate of 0.1 to 0.4 nm / s I layer bulk film formed at high speed, and i layer late film formed at a film formation rate of 0.1 to 0.4 nm / s, so as to suppress the occurrence of cracks in the film thickness direction of the i layer bulk film A step of forming an i layer having a film; a step of forming an n layer on the i layer; and a step of forming a metal electrode on the n layer. The defect density is in the range of 5 to 50 nm, the defect density is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less, the defect density of the i-layer late film is 8 × 10 ¹⁴ pieces / cc or less, and the surface roughness is 200 to A method for producing an amorphous silicon solar cell, characterized by being in a range of 300 nm .