JP5109230B2 - Non-single crystal solar cell manufacturing method - Google Patents
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Description
この発明は、微結晶膜,非晶質膜,多結晶膜などの非単結晶膜を用いた薄膜非単結晶太陽電池及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thin-film non-single-crystal solar cell using a non-single-crystal film such as a microcrystalline film, an amorphous film, or a polycrystalline film, and a method for manufacturing the same.
シリコンおよびゲルマニウムを主体とする薄膜シリコン光電変換素子のp型ドープ材料としては一般にボロン(B)が用いられてきた。p層の特性向上は太陽電池デバイスにおいては開放電圧や曲線因子(FF)を増加させるための最重要因子である。 In general, boron (B) has been used as a p-type doping material of a thin film silicon photoelectric conversion element mainly composed of silicon and germanium. The improvement in the characteristics of the p layer is the most important factor for increasing the open circuit voltage and the fill factor (FF) in the solar cell device.
従来p層ドーパントとして用いられてきたボロンは150℃以下の低温成膜条件下では水素によってパッシベーションされやすく、ボロンが膜内に導入されても活性化されないという大きな問題があった。またいわゆるスーパーストレート型太陽電池(pin型太陽電池)においてはp層成膜後にi層を作製することになるが、i層を200℃以上の高温で作製するとp層内のボロンがi層内へ拡散したり、pi界面でi層作製中にボロンがi層内の水素をはぎ取って(いわゆるオートドーピング)、pi界面に欠陥準位を誘起し、太陽電池特性を大幅に悪化させることが知られている。 Boron conventionally used as a p-layer dopant has a big problem that it is easily passivated by hydrogen under a low temperature film formation condition of 150 ° C. or less and is not activated even if boron is introduced into the film. In a so-called super straight type solar cell (pin type solar cell), the i layer is produced after the p layer is formed. However, if the i layer is produced at a high temperature of 200 ° C. or higher, boron in the p layer is converted into the i layer. It is known that boron diffuses into the pi interface and boron in the i layer is stripped of hydrogen in the i layer (so-called auto-doping), induces defect levels at the pi interface, and greatly deteriorates the solar cell characteristics. It has been.
以下に公知の文献を示す。
前述の課題を解決するために原子半径の小さいボロンに代わって、ガリウムを薄膜シリコン光電変換素子のp型ドーパントとして用いることが、特許文献1に公開されている。ガリウムはボロンと比較して原子が大きく従って拡散が少ないためpi界面で欠陥準位が形成されにくいという特性がある。しかしながら、ガリウムは金属元素であるために薄膜中で偏析しやすいという難点があり、ボロンドープp型薄膜と同等の吸収係数とキャリア濃度を併せ持つガリウムドープp型薄膜を形成することが難しいという問題があった。このため、曲線因子や変換効率の劣る非単結晶太陽電池であった。
In order to solve the above-described problem,
以下に公知の特許文献を示す。
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、ボロンドープp型薄膜に比べ、曲線因子や変換効率のよい、優れたセル特性を有する非単結晶太陽電池及びその製造方法並びにその製造装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such problems. A non-single-crystal solar cell having excellent cell characteristics, a good fill factor and conversion efficiency, and a method for manufacturing the non-single crystal solar cell, as compared with a boron-doped p-type thin film. The issue is to provide.
そこで、前述の課題を達成するため、本発明では以下のような手段を講じる。 Therefore, in order to achieve the above-mentioned problems, the present invention takes the following measures.
本発明の請求項1の発明は、シリコンを主成分とする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の製造方法において、少なくとも一つのp型半導体層の形成を、ガリウムドープp型半導体層と、ボロンドープp型半導体層とを交互に積層し、デルタドープ層として形成し、かつ、前記ガリウムドープp型半導体層が、シランと水素を真空槽内に導入し、さらにトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムを冷却した上で水素をキャリアガスとして真空槽内へ導入してプラズマCVD法によって形成し、前記ボロンドープp型半導体層が、シランと水素を真空槽内に導入し、さらにジボラン、トリメチルボロン、フッ化ボロンのいずれかを真空槽内に導入してプラズマCVD法によっ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としたものである。
The invention of
本発明の請求項2の発明は、デルタドープp型半導体層の、pi界面側をガリウムドープp型半導体層で形成することを特徴とする請求項1記載の非単結晶太陽電池の製造方法としたものである。
The invention of
ガリウムドープp層/ボロンドープp層を超格子状に積み重ねた構造(デルタドープ)のp層を用いることで偏析の無いガリウム/ボロンドープp層を作製できる。そのため、例えばpin型太陽電池(スーパーストレート型)においてはi層を従来よりも高温で作製してもセル特性の劣化を引き起こさないという利点がある。またこの技術によりガリウムおよびボロンが活性化されやすくなりドーピング効率が上昇することで高い変換効率の太陽電池デバイスを提供することができる。 A gallium / boron-doped p layer without segregation can be produced by using a p-layer having a structure in which gallium-doped p-layer / boron-doped p-layer are stacked in a superlattice form (delta-doped). Therefore, for example, in a pin type solar cell (super straight type), there is an advantage that cell characteristics are not deteriorated even if the i layer is produced at a higher temperature than in the past. In addition, gallium and boron are easily activated by this technique, and the doping efficiency is increased, so that a solar cell device with high conversion efficiency can be provided.
またガリウムはボロンと比較してi層内へ拡散しにくい特性があるため、p型半導体層とi型半導体層の界面においてp型半導体層がガリウムドープp型半導体層で形成されているとi型層内へのドーパントの拡散が防げるために、より高い変換効率が実現できる。 In addition, gallium has a characteristic that it is difficult to diffuse into the i layer as compared with boron. Therefore, if the p-type semiconductor layer is formed of a gallium-doped p-type semiconductor layer at the interface between the p-type semiconductor layer and the i-type semiconductor layer, i Since the diffusion of the dopant into the mold layer can be prevented, higher conversion efficiency can be realized.
またガリウム供給原料とボロン供給原料の双方が供給可能な装置を使用することで、請求項1記載記載のp型半導体材料を作製することができる。
In addition, the p-type semiconductor material according to
以上説明したように、本発明によれば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型半導体層が、ガリウムドープp層、ボロンドープp層からなるデルタドープ層であることで、優れた効率を有する太陽電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a solar cell having at least one pin junction in which a p-type semiconductor layer mainly composed of silicon or germanium, a substantially intrinsic i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer is laminated. In the above, at least one p-type semiconductor layer is a delta doped layer including a gallium doped p layer and a boron doped p layer, so that a solar cell having excellent efficiency can be provided.
以下に発明の具体的な形態を詳述する。 Specific embodiments of the invention will be described in detail below.
本発明でのガリウムをドープしたp型半導体層およびボロンをドープした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、スパッタ法等で作製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許文献1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する方法が好ましいが、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。
The gallium-doped p-type semiconductor layer and the boron-doped p-type semiconductor layer according to the present invention are any combination of plasma CVD, photo-CVD, thermal CVD, and hot-wire CVD. Alternatively, it can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like, but a plasma CVD method is preferable. In order to introduce gallium, trimethylgallium or triethylgallium cooled as disclosed in
図2は本発明のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の製造装置の一例を示した説明図である。ガリウム供給原料(ドーパント用材料容器12に入れておく)としてはトリエチルガリウムやトリメチルガリウムを用い、更にソース温度を0℃以下に冷却することが好ましい(恒温漕13を用いる)。ガリウム材料の導入量をコントロールするためにキャリアガスとして水素、重水素、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンキセノン等)等を使用することができるがこれらに限定されるものではない。またボロンはジボラン、トリメチルボロン、フッ化ボロン等を用いることができ、それらのガスは図2のように別々の系統で真空漕10内へと導入することができるし、真空漕10外の配管中で一系統にまとめられ真空漕内へと導入することもできる(キャリア水素用マスフロー14、シラン用マスフロー15、水素用マスフロー16、ジボラン用マスフロー17等を利用)。またカソード側の電極に多数の孔を空け、そこから源材料を導入(いわゆるカソードシャワー)することもできる。なおガリウム供給原料とボロン供給原料の双方が供給可能な作製装置はこれらに限定されるものではない。
FIG. 2 is an explanatory view showing an example of an apparatus for manufacturing a non-single crystal solar cell including a p-type semiconductor layer according to the present invention. It is preferable to use triethyl gallium or trimethyl gallium as the gallium feedstock (stored in the dopant material container 12), and further cool the source temperature to 0 ° C. or lower (using the thermostatic chamber 13). In order to control the introduction amount of the gallium material, hydrogen, deuterium, rare gas (helium, neon, argon, krypton xenon, etc.) or the like can be used as a carrier gas, but is not limited thereto. As the boron, diborane, trimethylboron, boron fluoride, etc. can be used, and these gases can be introduced into the
p型半導体層全体の膜厚は8nm以上45nm以下であることが必要であり好ましくは15nm以上25nm以下である。デルタドープを構成する単位層の厚さ1A以上5nm以下であることが好ましいがこれらに限定されるものではない。デルタドープを構成するガリウムドープおよびボロンドープp型半導体層のバンドギャップを上昇させるために膜内に炭素や酸素を混入させることも好ましい。この場合、炭素を導入するためにはメタン、エチレン、アセチレン等を用い、酸素を導入するためには二酸化炭素ガス等を用いるがこれらに限定されるものではない。またpi界面において炭素や酸素をi層方向へ向けて漸減的に減らしていくことも高い開放電圧を得るためには好ましい。 The film thickness of the entire p-type semiconductor layer needs to be 8 nm or more and 45 nm or less, and preferably 15 nm or more and 25 nm or less. The thickness of the unit layer constituting the delta dope is preferably 1 A or more and 5 nm or less, but is not limited thereto. In order to increase the band gap of the gallium-doped and boron-doped p-type semiconductor layers constituting the delta dope, it is also preferable to incorporate carbon or oxygen into the film. In this case, methane, ethylene, acetylene, or the like is used to introduce carbon, and carbon dioxide gas or the like is used to introduce oxygen, but is not limited thereto. In order to obtain a high open circuit voltage, it is also preferable to gradually reduce carbon and oxygen toward the i layer direction at the pi interface.
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。 The non-single crystal solar cell mainly composed of silicon and germanium may have either a pin type (super straight type) solar cell or a nip type (substrate type) solar cell, so-called tandem type or triple type. A plurality of elements may be stacked like a solar cell.
透明電極は、厚さ10〜500nmの酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の酸化物、もしくは厚さ5〜15nmの金、白金、パラジウム、銀およびこれらの合金等の金属薄膜などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの透光性の導電膜は入射太陽光を良く透過し、かつ表面抵抗の小さい層が好ましく、厚さ5〜15nmの金、白金層、厚さ30〜200nmのスズドープ酸化インジウム層が好ましい。透明電極はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCV D法、ゾルゲル法、印刷法等で堆積させる。 Examples of the transparent electrode include oxides such as tin oxide, indium oxide, and zinc oxide having a thickness of 10 to 500 nm, or metal thin films such as gold, platinum, palladium, silver, and alloys thereof having a thickness of 5 to 15 nm. It is not limited to these. These light-transmitting conductive films are preferably layers that transmit incident sunlight well and have a low surface resistance, and are preferably 5 to 15 nm thick gold and platinum layers and 30 to 200 nm thick tin-doped indium oxide layers. The transparent electrode is deposited by sputtering, vacuum deposition, ion plating, plasma CV D, sol-gel, printing, or the like.
また透明電極上に金属等によるグリッド電極を形成することもできる。この場合、グリッド電極はスクリーン印刷法、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、プラズマCV D法、ゾルゲル法等で作製することができる。 A grid electrode made of metal or the like can be formed on the transparent electrode. In this case, the grid electrode can be produced by a screen printing method, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plasma CVD method, a sol-gel method, or the like.
裏面電極としては、鉄、クロム、チタン、タンタル、ニオブ、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、コバルト等の金属、ニクロム、ステンレス等の合金からなる金属薄膜が用いられるがこれらに限定されるものではない。これらの金属層は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング法、印刷法、メッキ法の手段によって設ける。またこれらの
金属層と光電変換層との間に厚さ2nm〜500nmの透明な電極を設けることも可能である。また裏面電極として透明導電性酸化物薄膜を用いて太陽電池全面に透視性をもたせる、いわゆる“シースルー型太陽電池”とすることも可能である。
As the back electrode, a metal thin film made of a metal such as iron, chromium, titanium, tantalum, niobium, molybdenum, nickel, aluminum, cobalt, or an alloy such as nichrome, stainless steel is used, but is not limited thereto. These metal layers are provided by means of vacuum deposition, sputtering, ion plating, printing, or plating. It is also possible to provide a transparent electrode having a thickness of 2 nm to 500 nm between the metal layer and the photoelectric conversion layer. Also, a so-called “see-through type solar cell” can be used in which a transparent conductive oxide thin film is used as the back electrode to provide transparency to the entire surface of the solar cell.
本発明の太陽電池の基材としては絶縁性材料、導電性材料のどちらであっても構わないし、また可撓性、非可撓性のどちらでも可能である。具体的にはガラス、石英、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、ポリイミド、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、SUS薄板、Alフォイルなどを使用することができるが、これらに限定されるわけではない。これらは単独の基材として使用してもよいが、二種以上を積層した複合基材を使用することもできる。 The substrate of the solar cell of the present invention may be either an insulating material or a conductive material, and may be either flexible or inflexible. Specifically, glass, quartz, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene sulfide, polyethersulfone, polyolefin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, triacetyl cellulose, polyvinyl fluoride film, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin, Use weather resistant polyethylene terephthalate, weather resistant polypropylene, glass fiber reinforced acrylic resin film, glass fiber reinforced polycarbonate, polyimide, transparent polyimide, fluororesin, cyclic polyolefin resin, polyacrylic resin, SUS thin plate, Al foil, etc. However, it is not limited to these. These may be used as a single substrate, but a composite substrate in which two or more kinds are laminated can also be used.
また太陽電池素子の耐候性をあげるために、上記の層上あるいは層間のいずれかに設けガスバリアー層を設けることも可能である。ケイ素酸化物(SiOx)、ケイ素窒化物(SiNx)、酸化アルミニウム(AlxOy)のいずれかの単独、もしくは二種以上の混合系の蒸着層、または無機−有機のハイブリッドコート層のうちのいずれか一種、または二種以上を組み合わせた複合層を好適に使用できる。 In order to increase the weather resistance of the solar cell element, it is possible to provide a gas barrier layer on either the above layer or between the layers. Any one of silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), aluminum oxide (AlxOy) alone, or a mixed deposition layer of two or more kinds, or an inorganic-organic hybrid coat layer Alternatively, a composite layer in which two or more kinds are combined can be suitably used.
上記、ケイ素酸化物(SiOx)、ケイ素窒化物(SiNx)、酸化アルミニウム(AlxOy)などの蒸着層は蒸着法、スパッタ法、CVD法、ディッピング法、ゾルゲル法などにより基材フィルム上に容易に形成することができる。このようなバリア層の厚さは5〜500nmの範囲が適当であり、特に30〜150nmの範囲が好ましい。 Evaporation layers such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), and aluminum oxide (AlxOy) can be easily formed on a substrate film by vapor deposition, sputtering, CVD, dipping, sol-gel, etc. can do. The thickness of such a barrier layer is suitably in the range of 5 to 500 nm, particularly preferably in the range of 30 to 150 nm.
以下に本発明のp型半導体層を持つ太陽電池の作製方法を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1]
図1(a)はp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の実施例の概略断面図で、図1(b)は、本発明の非単結晶太陽電池に係るp型半導体層の概略断面図である。図2は本発明のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の製造装置の一例を示した説明図である。
A method for manufacturing a solar cell having a p-type semiconductor layer of the present invention will be specifically described below. However, the present invention is not limited to these.
[Example 1]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a non-single crystal solar cell including a p-type semiconductor layer, and FIG. 1B is a schematic cross-section of a p-type semiconductor layer according to the non-single crystal solar cell of the present invention. FIG. FIG. 2 is an explanatory view showing an example of an apparatus for manufacturing a non-single crystal solar cell including a p-type semiconductor layer according to the present invention.
まず、基材1のコーニング1737ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープした透明電極2のZnOを膜厚200nm設けた。引き続きこのZnO薄膜を有するガラスを試料11として、図2示したような真空漕10の中に入れ、上部電極21の下部に配置した後、170℃まで昇温し、バルブ20を開け、シラン用マスフロー15、水素用マスフロー16、ジボラン用マスフロー17を通して成膜ガスを真空漕内へと導入し、以下のパラメータでプラズマCVD法によりボロンドープp型微結晶シリコン層32を5A設けた(図1(b))。
First, on the Corning 1737 glass (thickness 0.5 mm) of the
SiH4流量:2.5SCCM、H2流量:500SCCM、H2で希釈したB2H6ガス(H2:99%、B2H6ガス:1%)流量:1SCCM、動作圧力200Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基材温度:170℃
成膜後、導入ガスを止め、7×10-5Paまで真空漕内を排気した後、バルブ19、20を開け、シラン用マスフロー15、水素用マスフロー16、キャリア水素用マスフロー14、自動圧力制御装置18を通して成膜ガスを真空漕10内へと導入し、以下のパラメータでプラズマCVD法によりガリウムドープp型微結晶シリコン層31を5A設けた(
図1(b))。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。
SiH 4 flow rate: 2.5 sccm, H 2 flow rate: 500SCCM, B 2 H 6 gas diluted with H 2 (H 2: 99% , B 2
After film formation, the introduced gas is stopped and the inside of the vacuum chamber is evacuated to 7 × 10 −5 Pa. Then, the
FIG. 1 (b)). The dopant material container 12 contains triethylgallium and is kept at −20 ° C. by a constant temperature bath 13.
SiH4流量:2.5SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力200Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基材温度:170℃
この操作を20回繰り返し、[ガリウムドープp型微結晶層(5A)/ ボロンドープp型微結晶層(5A)]からなるデルタドープp型半導体層3を20nmの厚さまで積層した(図1(b))。
SiH 4 flow rate: 2.5 SCCM, H 2 flow rate: 500 SCCM, operating pressure 200 Pa, input power 15 W, excitation frequency 54.24 MHz, substrate temperature: 170 ° C.
This operation was repeated 20 times, and a delta-doped p-
さらに、以下の条件で微結晶i層5、アモルファスn層6を作製した。
微結晶i層5作製条件
SiH4流量:15SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力266Pa、投入電力5W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚2μm
n型アモルファス層6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10から取り出して、スパッタ法で透明導電膜(2)7としてZnO膜を30nm成膜し、さらに金属電極8としてAgを500nm真空蒸着法で設けた。
Further, a
n-type
Thereafter, the ZnO film was formed as a transparent conductive film (2) 7 with a thickness of 30 nm by sputtering, and Ag as a
[比較例1]
図1(a)に比較例のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の概略断面図を図2に本実施例の非単結晶太陽電池を作製するために用いた装置の概略断面図を示す。
[Comparative Example 1]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a non-single crystal solar cell including a p-type semiconductor layer of a comparative example, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an apparatus used for manufacturing the non-single crystal solar cell of this example. Show.
まず、基材1のコーニング1737ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープした透明電極膜2のZnOを膜厚200nm設けた。引き続きこのZnO薄膜を有するガラスを試料11として、図2に示したような真空漕10の中に入れ、上部電極21の下部に配置した後、170℃まで昇温し、バルブ19、20を開け、シラン用マスフロー15、水素用マスフロー16、キャリア水素用マスフロー14、自動圧力制御装置18を通して成膜ガスを真空漕内へと導入し、以下のパラメータでプラズマCVD法によりガリウムドープp型微結晶シリコン層を20nm設けた。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。
First, on the Corning 1737 glass (thickness 0.5 mm) of the
SiH4流量:2.5SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力200Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基材温度:170℃
さらに、以下の条件で微結晶i層5、アモルファスn層6を作製した。
SiH 4 flow rate: 2.5 SCCM, H 2 flow rate: 500 SCCM, operating pressure 200 Pa, input power 15 W, excitation frequency 54.24 MHz, substrate temperature: 170 ° C.
Further, a
微結晶i層5作製条件
SiH4流量:15SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力266Pa、投入電力5W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚2μm
n型アモルファス層6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、スパッタ法で透明電極膜(2)7としてZnO膜を30nm成膜し、さらにAgを500nm真空蒸着法で設けた。
n-type
Thereafter, the ZnO film was formed as a transparent electrode film (2) 7 with a thickness of 30 nm as a transparent electrode film (2) 7 by a sputtering method, and Ag was further provided by a 500 nm vacuum evaporation method.
[比較例2]
図1(a)に他の比較例のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の概略断面図を図2に本実施例の非単結晶太陽電池を作製するために用いた装置の概略断面図を示す。
[Comparative Example 2]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a non-single-crystal solar cell including a p-type semiconductor layer of another comparative example, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an apparatus used for producing the non-single-crystal solar cell of this example. The figure is shown.
まず、基材1のコーニング1737ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープした透明電極膜2のZnOを膜厚200nm設けた。引き続きこのZnO薄膜を有するガラスを試料11として、図4に示したような真空漕10の中に入れ、上部電極21の下部に配置した後、170℃まで昇温し、バルブ20を開け、シラン用マスフロー15、水素用マスフロー16、ジボラン用マスフロー17を通して成膜ガスを真空漕10内へと導入し、以下のパラメータでプラズマCVD法によりボロンドープp型微結晶シリコン層を20nm設けた。
First, on the Corning 1737 glass (thickness 0.5 mm) of the
SiH4流量:2.5SCCM、H2流量:500SCCM、H2で希釈したB2H6ガス(H2:99%、B2H6ガス:1%)流量:1SCCM、動作圧力200Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基材温度:170℃
さらに、以下の条件で微結晶i層5、アモルファスn層6を作製した。
微結晶i層5作製条件
SiH4流量:15SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力266Pa、投入電力5W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚2μm
n型アモルファス層6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、スパッタ法で透明電極膜(2)7としてZnO膜を30nm成膜し、さらに金属電極8としてAgを500nm真空蒸着法で設けた。
SiH 4 flow rate: 2.5 sccm, H 2 flow rate: 500SCCM, B 2 H 6 gas diluted with H 2 (H 2: 99% , B 2
Further, a
n-type
Thereafter, the ZnO film was formed as a transparent electrode film (2) 7 with a thickness of 30 nm as a transparent electrode film (2) 7 by sputtering, and Ag was provided as a
[試験および結果]
このように作製した本発明のp型半導体層を有する微結晶シリコン太陽電池とガリウムをドープした微結晶p層、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の特性をそれぞれ比較した。比較例を表1に示す。
[Tests and results]
The characteristics of the microcrystalline silicon solar cell having the p-type semiconductor layer of the present invention thus fabricated, the microcrystalline p layer doped with gallium, and the microcrystalline silicon solar cell using the microcrystalline p layer doped with boron are compared. did. A comparative example is shown in Table 1.
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。 As shown in the comparison results of Table 1, it can be seen that the use of the p-type semiconductor layer of the present invention has higher open circuit voltage and short circuit current, and exhibits excellent cell characteristics.
1・・・・基材
2・・・・透明導電膜
3・・・・p型半導体層
31・・・・ガリウムドープp型微結晶シリコン層
32・・・・ボロンドープp型微結晶シリコン層
5・・・・微結晶i層
6・・・・アモルファスn層
7・・・・透明導電膜(2)
8・・・・金属電極
10・・・真空漕
11・・・試料
12・・・ドーパント用材料容器
13・・・恒温漕
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・・・ジボラン用マスフロー
18・・・自動圧力制御装
19・・・バルブ
20・・・バルブ
21・・・上部電極
22・・・下部電極
23・・・電源
DESCRIPTION OF
8 ....
Claims (2)
少なくとも一つのp型半導体層の形成を、ガリウムドープp型半導体層と、ボロンドープp型半導体層とを交互に積層し、デルタドープ層として形成し、かつ、
前記ガリウムドープp型半導体層が、シランと水素を真空槽内に導入し、さらにトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムを冷却した上で水素をキャリアガスとして真空槽内へ導入してプラズマCVD法によって形成し、
前記ボロンドープp型半導体層が、シランと水素を真空槽内に導入し、さらにジボラン、トリメチルボロン、フッ化ボロンのいずれかを真空槽内に導入してプラズマCVD法によって形成する
ことを特徴とする非単結晶太陽電池の製造方法。 P-type semiconductor layer to the silicon down mainly in a substantially intrinsic i-type semiconductor layer, the manufacturing method of the solar cell having at least one pin junction formed by laminating an n-type semiconductor layer,
Forming at least one p-type semiconductor layer by alternately laminating gallium-doped p-type semiconductor layers and boron-doped p-type semiconductor layers, and forming a delta-doped layer; and
The gallium-doped p-type semiconductor layer is formed by plasma CVD by introducing silane and hydrogen into a vacuum chamber, further cooling trimethylgallium or triethylgallium and introducing hydrogen into the vacuum chamber as a carrier gas,
The boron-doped p-type semiconductor layer is formed by a plasma CVD method by introducing silane and hydrogen into a vacuum chamber and further introducing any one of diborane, trimethylboron, and boron fluoride into the vacuum chamber. A method for producing a non-single crystal solar cell.
2. The method for producing a non-single-crystal solar cell according to claim 1, wherein a pi-doped p-type semiconductor layer is formed on a pi interface side of the delta-doped p-type semiconductor layer.
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