JP4124309B2 - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、非晶質薄膜半導体を光発電層に用いた光起電力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、原料ガスのグロー放電分解や光CVD法により形成される非晶質シリコン(以下、a−Siと記す。)を主材料にした光起電力装置は、薄膜、大面積化が容易という特長を持ち、低コスト光起電力装置として期待されている。
【0003】
この種の光起電力装置の構造としては、pin接合を有するpin型a−Si光起電力装置が一般的である。図5はこのような光起電力装置の構造を示し、ガラス基板1上に、透明電極2、p型a−SiC層3、i型a−Si層4、n型微結晶シリコン(以下、μc−Si層と記す。)5、裏面金属電極7を順次積層することにより作成される。この光起電力装置は、ガラス基板1を通して入射する光により光起電力が発生する。また、裏面金属電極7は、i型a−Si層4で吸収しきれなかった光を反射し、再びi型a−Si層4に入射させ、半導体層の光吸収を増加させるためにある。この裏面金属電極7としては、アルミニウムや銀などが用いられる。そして、裏面金属電極7と半導体層5との間には、ZnOやITOなどの透明導電層6を設けることが半導体層と裏面金属との合金化等を抑制し、反射を良好に行うなどの点から望ましい。
【0004】
ところで、上記の透明導電層6の中でZnO膜を用いた場合には、n型層として、a−Si層を用いると、オーミック性が劣化し、太陽電池特性が落ちる。このため、n型層としては、μc−Si層を用いる方がオーミック性などが改善され、太陽電池特性が向上する。このため、上記したように、n型層にはμc−Si層が用いられる場合が多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラズマCVD法による微結晶シリコン層の形成は、水素を高希釈化した状態で形成されるため、その成膜速度はa−Siに比べて遅くなる。また、微結晶シリコン膜は200Å以下の膜厚では、高品質な膜質が得られない。
【0006】
このため、従来のn型層に微結晶シリコン(μc−Si)層を用いた光起電力装置においては、スループットが低くなるという問題があった。
【0007】
この発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものにして、効率及びスループットの向上を図れる光起電力装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板上に形成された透明電極上に、p型、i型、n型の半導体層、透明導電膜および裏面金属電極をこの順に形成する光起電力装置の製造方法であって、前記i型の半導体層上にn型非晶質Si層を形成し、次いで高水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成することにより前記n型の半導体層を形成することを特徴とする。
【0009】
また、この発明は、基板上に形成された透明電極上に、p型、i型、n型の半導体層を複数組形成する光起電力装置の製造方法であって、前記i型層上にn型非晶質Si層を形成し、次いで高水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成することにより逆接合になるn型の半導体層を形成することを特徴とする。
【0010】
上記した構成によれば、n型a−Si層で主にドナーを供給し、その上の微結晶シリコン膜が核生成層となり、その上に高速で微結晶シリコン層が形成される。これによってn型層の特性は改善され、さらに後の微結晶部は200Å以下の膜厚で高品質なものが高速に得られる。これにより、効率は向上し、さらにスループットも向上する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は、この発明の実施形態にかかる光起電力装置を示す断面図であり、図5と共通の部分には共通の符号を付す。
【0012】
この光起電力装置は以下のように作製される。まず、ガラス基板1上に透明電極2として酸化錫(SnO2)等の膜を5000〜10000Åの厚さに形成する。このSnO2は、形成する条件を適宜選択することにより、表面に光閉じ込め効果に適した凹凸が形成される。
【0013】
続いて、モノシラン(SiH4)、CH4を主ガス、H2を希釈ガス、ジボラン(B2H6)をドーピングガスとして用い、プラズマCVD法により、p型層3(p型a−SiC:H)を100〜200Åの厚さに形成する。
【0014】
その後、このp型層3上に、モノシラン(SiH4)を主ガス、H2を希釈ガスとして用い、プラズマCVD法によりi型層(i型a−Si:H)4を2000〜5000Åの厚さに形成する。
【0015】
さらに、このi型層4の上にモノシラン(SiH4)を主ガス、ホスフィン(PH3)をドーピングガスとして用い、プラズマCVD法により、n型層51(n型a−Si:H)を100Åの厚さに形成する。そして、このn型a−Si層51上にモノシラン(SiH4)を主ガス、H2ガスで高希釈してホスフィン(PH3)をドーピングガスとして用い、プラズマCVD法により、膜厚30Åのn型微結晶シリコン(μc−Si)層52を形成する。その後、n型層52上にモノシラン(SiH4)を主ガス、H2ガスで低希釈してホスフィン(PH3)をドーピングガスとして用い、プラズマCVD法により、膜厚150〜200Åのn型微結晶シリコン(μc−Si)層53を形成する。すなわち、この発明における光起電力装置においては、n型層5が、n型a−Si層51、成膜速度が遅い良質な膜からなる微結晶シリコン層52と、高速で形成された微結晶シリコン層53の3層の層で形成される。
【0016】
最後に、ZnOからなる透明導電膜6を形成した後、裏面金属電極7として銀(Ag)やアルミニウム(Al)を蒸着又はスパッタ法により形成する。
【0017】
上記した、各膜の形成条件を表1に示す。なお、成膜はプラズマCVD法により行った。なお、表1には、従来のn型微結晶シリコン層の製造条件も併せて記載している。
【0018】
【表1】
【0019】
図3に、この発明により形成したn型層5の各膜における水素量のSIMSプロファイルを、図4に従来のn型層の水素量のSIMSプロファイルを示す。
【0020】
図3及び図4から明らかなように、従来のものでは、膜中水素量が徐々に低下し、膜質が徐々に向上しているのに対し、この発明のものでは、微結晶シリコン層52を形成した時点で急激に膜中水素濃度が減少し、良好な膜が形成される。その後、微結晶シリコン膜53を高速で堆積しても良好な膜が得られていることが分かる。この発明においては、表1から明らかなように、成膜時間も大幅に短縮できる。
【0021】
次に、この発明における光起電力素子と従来の微結晶シリコンを用いた光起電力素子の光照射後の変換効率をそれぞれ測定した結果を示す。
【0022】
【表2】
【0023】
表2から明らかなように、この発明によれば、変換効率が向上していることが分かる。
【0024】
図2はこの発明の他の実施の形態にかかる光起電力装置を示す断面図である。尚、上記した実施の形態と同じ部分には、同じ符号を付し説明を省略する。
【0025】
この実施の形態は、pin構造の半導体層を数段階積層した所謂タンデム構造である。すなわち、ガラス基板1上に透明導電膜2を設け、その上にp型非晶質薄膜半導体層3、i型非晶質薄膜半導体層4、この発明にかかるn型半導体層5をこの順序で数段階積層形成している。
【0026】
上記タンデム構造のp型層3、n型層5は上記した実施形態と同じ膜で上記表1と同じ条件により形成した。
【0027】
ところで、各i型層4、4aのバンドギャップを光入射側では一番大きくし、その後は順次小さくしていくことによって各層で吸収できる波長領域が決定され、広範囲の波長領域で感度の高い光起電力装置が得られる。このため、光入射側のi型層4はi型a−Si層で構成され、その下のi型層4aは、例えばa−SiGeなどで構成される。光入射側のi層4は前述した表1と同じ条件で作成し、その下側のi層4aはモノシラン(SiH4)、ゲルマン(GeH4)を主ガス、H2を希釈ガスとして用い、プラズマCVD法によりi型層(i型a−Si:H)4を2000〜5000Åの厚さに形成した。
【0028】
次に、上記したこの発明における光起電力素子と従来の微結晶シリコンを用いた光起電力素子の光照射後の変換効率をそれぞれ測定した結果を表3に示す。
【0029】
【表3】
【0030】
表3から明らかなように、この発明によれば、変換効率が向上していることが分かる。
【0031】
なお、上記した実施形態にかかるタンデム構造の光起電力装置においては、i型層のバッドギャップを変化させているが、同じ組成のpin型の膜を複数組積層してもよい。同じ組成のものを複数組積層することで、各組のi型層の膜厚を少なくすることができる。その結果、光照射後の劣化率を減少させることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、n型a−Si層で主にドナーを供給し、その上の微結晶シリコン膜が核生成層となり、その上に高速で微結晶シリコン層が形成される。これによってn型層特性は改善され、さらに後の微結晶部は200Å以下の膜厚で高品質なものが高速に得られる。これにより、効率は向上し、さらにスループットも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかる光起電力装置を示す断面図である。
【図2】この発明の他の実施形態にかかる光起電力装置を示す断面図である
【図3】この発明により形成したn型層における各層の水素量のSIMSプロファイルである。
【図4】従来のn型層の水素量のSIMSプロファイルである。
【図5】従来の光起電力装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板
2 透明導電膜(SnO2)
3 p型層
4 i型層
5 n型層
51 n型層(n型a−Si:H)
52 n型微結晶シリコン(μc−Si)層
53 n型微結晶シリコン(μc−Si)層
6 ZnO膜
7 裏面金属電極
Claims (2)
- 基板上に形成された透明電極上に、p型、i型、n型の半導体層、透明導電膜および裏面金属電極をこの順に形成する光起電力装置の製造方法であって、
前記i型の半導体層上にn型非晶質Si層を形成し、次いで高水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成することにより前記n型の半導体層を形成することを特徴とする光起電力装置の製造方法。 - 基板上に形成された透明電極上に、p型、i型、n型の半導体層を複数組形成する光起電力装置の製造方法であって、
前記i型層上にn型非晶質Si層を形成し、次いで高水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でn型微結晶シリコン層を形成することにより逆接合になるn型の半導体層を形成することを特徴とする光起電力装置の製造方法。
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