JP4691889B2 - 非単結晶太陽電池および非単結晶太陽電池の製造方法 - Google Patents
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"Formation ofinterface defects by enhanced impurity diffusion in microcrystalline siliconsolar cells" Y.Nasuno et.al. Appl.Phys.Lett. 81, 3155 (2002) " Perrinet.al. Surf. Sci. 210, 114(1989)"
またボロン供給原料が、ジボラン、トリメチルボロン、又はフッ化ボロンのガスであることを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法である(請求項5の発明)。
また前記p型半導体層がシリコンを主成分とし、シラン、水素、ジボシランの混合ガスを用いたプラズマCVD法でボロンドープp型半導体層を形成することを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法である(請求項6の発明)。
またガリウム供給原料が、トリメチルガリウム、トリエチルガリウムのガスであることを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法である(請求項7の発明)。
また前記p型半導体層がシリコンを主成分とし、シラン、水素、トリメチルガリウムの混合ガスを用いたプラズマCVD法でガリウムドープp型半導体層を形成することを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法である(請求項8の発明)。
本発明のp型半導体層はプラズマCVD法、光CVD法、熱CVD法、Hot−wire CVD法のうちの何れかを任意に組み合わせた方法または蒸着法、スパッタ法等で製造することができるが、好ましくはプラズマCVD法である。ガリウムを導入するためには特願2003−090794に開示されているように冷却されたトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムを供給原料として用い、これらの材料を冷却した上で水素等をキャリアガスとして真空漕内へと導入し、方法が好ましいが、これに限定されるものではない。ボロンを導入するためにはジボラン、トリメチルボロン、フッ化ボロン等のガスを真空漕内へ導入する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
本発明のp型半導体層は非晶質、微結晶、もしくは非晶質と微結晶が混在した系のいずれの形態をとっても構わない。
上記のシリコンおよびゲルマニウムを主成分とする非単結晶太陽電池においては、pin型(スーパーストレートタイプ)太陽電池、nip型(サブストレートタイプ)太陽電池のどちらの構成をとっても構わないし、いわゆるタンデム型、トリプル型太陽電池のように素子を複数個積層しても構わない。
図5に本実施例の非単結晶太陽電池を製造するために用いたプラズマCVD装置の概略断面図を示す。まず、コーニング7059ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープしたZnOを膜厚200nm設けた。引き続きこのZnO薄膜を有するガラス(11)を、図5に示したような真空漕10の中に入れ、上部電極20の下部に配置した後、170℃まで昇温した後、バルブ18を開いてキャリア水素用マスフロー14から水素ガス[ガスAと規定]を、またシラン用マスフロー15からシランを0.5SCCM、水素用マスフロー16から水素を500SCCMを流し、ジボラン用マスフロー17を開いてジボランガス(H2:99%、B2H6ガス:1%)[ガスBと規定]を流して、圧力100Paになるように保持する。ドーパント用材料容器12内にはトリエチルガリウムが入っており、恒温漕13によって−20℃に保持している。流量が安定した後、ここで電源19から下部電極20に電力を供給し(投入電力15W、励起周波数54.24MHz)、プラズマCVD法でp型微結晶シリコンを製造した。成膜中にトリエチルガリウムのキャリア用水素ガス(ガスA)とジボランガス(ガスB)を図9のように変化させてp層内でのドーパント濃度を変化させた。
微結晶i層製造条件
SiH4流量:7SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力150Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚300nm
n型アモルファス層作成条件
SiH4流量:10SCCM、H2で希釈したPH3ガス(H2:99%、PH3ガス:1%)流量:20SCCM、動作圧力20Pa、投入電力10W、励起周波数13.56MHz、基板温度:250℃、膜厚25nm
その後、真空漕から取り出して、スパッタ法でZnO膜を30nm成膜し、さらにAgを200nm真空蒸着法で設けた。
このように製造した本発明のp型半導体層を有する微結晶シリコン太陽電池とボロンをドープした微結晶p層を用いた微結晶シリコン太陽電池、ガリウムをドープした微結晶p層を用いた微結晶シリコン太陽電池の特性をそれぞれ比較した。比較例を表1に示す。
表1の比較結果に示すように、本発明のp型半導体層を用いた方が開放電圧、短絡電流共に高く、優れたセル特性を示していることが分かる。
実施例と同様にまず、コーニング7059ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープしたZnOを膜厚200nm設けた。引き続きこのZnO薄膜を有するガラス(11)を、図5に示したような真空漕10の中に入れ、上部電極20の下部に配置した後、170℃まで昇温した後、プラズマCVD法でボロンドープp型微結晶シリコン層を以下の条件で20nm設けた。
SiH4流量:7SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力150Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚300nm
n型アモルファス層作成条件
SiH4流量:10SCCM、H2で希釈したPH3ガス(H2:99%、PH3ガス:1%)流量:20SCCM、動作圧力20Pa、投入電力10W、励起周波数13.56MHz、基板温度:250℃、膜厚25nm
その後、真空漕から取り出して、スパッタ法でZnO膜を30nm成膜し、さらにAgを200nm真空蒸着法で設けた。
実施例と同様にまず、コーニング7059ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープしたZnOを膜厚200nm設けた。
微結晶i層製造条件
SiH4流量:7SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力150Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚300nm
n型アモルファス層作成条件
SiH4流量:10SCCM、H2で希釈したPH3ガス(H2:99%、PH3ガス:1%)流量:20SCCM、動作圧力20Pa、投入電力10W、励起周波数13.56MHz、基板温度:250℃、膜厚25nm
その後、真空漕から取り出して、スパッタ法でZnO膜を30nm成膜し、さらにAgを200nm真空蒸着法で設けた。
2 透明導電膜
3 p型半導体層
4 実質的に真性なi型半導体層
5 n型半導体層
6 透明導電膜2
7 金属電極
10 真空漕
11 試料
12 ドーパント原材料用容器
13 高温漕
14 キャリア水素用マスフロー
15 シラン用マスフロー
16 水素用マスフロー
17 ジボランガス用マスフロー
18 自動圧力制御装置
19 高周波電源
20 下部電極
Claims (8)
- シリコンもしくはゲルマニウムを主成分とするp型半導体層、実質的に真性なi型半導体層、n型半導体層を積層したpin接合を少なくとも一つ有する太陽電池において、少なくとも一つのp型半導体層のp層内において、i層界面へ向けて、傾斜的にまたは階段的にボロンが減少し、同時に傾斜的にもしくは階段的にガリウムが増加することを特徴とする非単結晶太陽電池。
- p層膜中でのボロンおよびガリウムの元素数の合計が1×10−6atom%以上、1atom%以下であることを特徴とする請求項1記載の非単結晶太陽電池。
- 前記p型半導体層がp型微結晶シリコンであり、前記i型半導体層がi型微結晶シリコンであり、前記n型半導体層がn型アモルファスシリコンであることを特徴とする請求項1又は2記載の非単結晶太陽電池。
- 請求項1に記載の非単結晶太陽電池の製造方法であって、
ボロンドープp型半導体層およびガリウムドープp型半導体層が、p型半導体層を形成する作製装置内に、ボロン供給原料およびガリウム供給原料を含むガスをそれぞれ導入して形成することを特徴とする非単結晶太陽電池の製造方法。 - ボロン供給原料が、ジボラン、トリメチルボロン、又はフッ化ボロンのガスであることを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法。
- 前記p型半導体層がシリコンを主成分とし、シラン、水素、ジボシランの混合ガスを用いたプラズマCVD法でボロンドープp型半導体層を形成することを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法。
- ガリウム供給原料が、トリメチルガリウム、トリエチルガリウムのガスであることを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法。
- 前記p型半導体層がシリコンを主成分とし、シラン、水素、トリメチルガリウムの混合ガスを用いたプラズマCVD法でガリウムドープp型半導体層を形成することを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法。
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