JP5239003B2 - 光電変換素子およびそれの製造方法ならびに製造装置 - Google Patents
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Description
まず、公知の洗浄方法により洗浄ガラス基板(コーニング社製1737番)に、スパッタ法によりITO膜を成膜した。次に、この基板を内容積が20Lで、プロセスガス流量制御器からプロセスチャンバまでの距離が5mの1/4インチステンレス配管が接続されたプロセスチャンバに導入し、アルゴンプラズマで表面クリーニングを行った後、トリメチルシランとシランおよびアルゴンの混合ガスに切り替えて40秒で0.1μmの厚さにp型Si3.5Cを、不純物ガスを止めて120秒で0.3μm厚の真性型Si3.5Cを、さらにn型不純物ガスを加えて40秒で0.1μm厚のn型Si3.5Cを300℃の基板温度でそれぞれ成膜した。各導電型のドーピング用プロセスガスとして、p型にはB2H6、n型にはPH3を用いた。次に同一のチャンバでガスをArとシランの混合ガスに切替を行い、40秒で0.1μmの厚さにp型シリコンを、不純物ガスを止めて400秒で1.0μmの厚さに真性型シリコンを、n型不純物ガスを加えて40秒で0.1μm厚のn型シリコンをそれぞれ成膜した。ドーピング用プロセスガスは前述のものを用いた。このときのガス切替時間はそれぞれ1秒であった。次に同一のチャンバでガスをアルゴンおよびモノゲルマンの混合ガスに切り替え、p型不純物ガスを加えて40秒で0.1μm厚のp型Geを、不純物ガスを止めて600秒で1.5μm厚の真性型Ge、n型不純物ガスを加えて40秒で0.1μm厚のn型Geをそれぞれ成膜した。ドーピング用プロセスガスは前述のものを用いた。このときのガス切り替え時間はそれぞれ1秒であった。各プロセスにおいて、プラズマ源として、2.45GHzのマイクロ波を用い、平面型スロットアンテナを用いてチャンバ内にマイクロ波を導入した。プロセスガスはシャワープレートを用いて、基板表面に均一に照射されるように供給した。チャンバ壁面温度は、反応副生成物が堆積しない温度として150℃とした。
2 第2の光電変換積層部
3 第3の光電変換積層部
10 光電変換素子
11 透明基板
12 透明電極
13 電極
20 光電変換素子の製造装置
21 プロセスチャンバ
22a,22b,22c ガス供給配管
23a,23b 流量制御器及び弁
24 排気ポンプ
25 プログラム制御器
26 パージガス
Claims (26)
- 光到来側となる基板上に第1の光電変換積層部と前記第1の光電変換積層部上に形成された第2の光電変換積層部を備え、入射した光を電気エネルギに変換する光電変換素子において、前記第1の光電変換積層部はSiおよびCを含み、前記第2の光電変換積層部は、Si及びCを含むか又は、Si及びGeの内のいずれか一種を含み、光到来側に接近した前記第1の光電変換積層部の方が光到来側から離れた前記第2の光電変換積層部よりも光の吸収波長が短くなるように形成され、前記第1及び第2の光電変換積層部の夫々は、互いに同一の半導体材料で構成され、真性型半導体層の表裏面に、p型及びn型半導体層を夫々備えた3層構造を有することを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1に記載の光電変換素子において、前記第1の光電変換積層部のSiおよびCの含有量は、0<C/Si<1の関係を満たすことを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1又は2の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、更に、前記第2の光電変換素子上に形成された第3の光電変換積層部を備え、前記第3の光電変換積層部はSi、Geの一成分、およびSiとCの2成分内のいずれかを含むことを特徴とする光電変換素子。
- 請求項3に記載の光電変換素子において、前記第2の光電変換積層部は、Siを含み、前記第3の光電変換積層部はGeを含んでいることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項3又は4に記載の光電変換素子において、前記第3の光電変換積層部は、第2の光電変換積層部よりも、吸収波長が長くなるように形成されていることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1乃至5の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、Si及びCを含む前記光電変換積層部の内で、光到来側の光電変換積層部よりも更に離れて形成された光電変換積層部の方がC成分量が少なく形成されていることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1乃至6の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記基板は可視光線に対して透明な透明基板からなることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1に記載の光電変換素子において、前記光電変換積層部の3層構造は、同一種類の半導体材料からなることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1に記載の光電変換素子において、前記真性半導体層、p型またはn型半導体層は、多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1乃至9の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記光電変換積層部はタンデム構造を備えていることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項10に記載の光電変換素子において、前記光電変換積層部のタンデム構造は、単一のプロセスチャンバにおいて成膜形成されてなることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1乃至11の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記第1の光電変換積層部はSiをCに対して実質的に3.5:1の割合で含むことを特徴とする光電変換素子。
- 請求項1乃至12の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記光は太陽光であることを特徴とする太陽電池。
- プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって、基板上に、Si及びCを調整された組成比で含む第1の光電変換積層部を備えた光電変換膜を形成することを含む光電変換素子の製造方法であって、前記シランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記第1の光電変換積層部の前記Si及びCの組成比を調整するとともに、
前記第1の光電変換積層部上に、更に、Si及びCを含むか又は、Si及びGeの内のいずれか一種を含む第2の光電変換積層部を形成することを含み、
前記第1及び第2の光電変換積層部の夫々を、互いに同一の半導体材料で、真性型半導体層の表裏面に、p型及びn型半導体層を備えた3層構造を形成するとともに光到来側に接近した側の光電変換積層部の方が光到来側から離れたものの方よりも光の吸収波長が短くなるように形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 請求項14に記載の光電変換素子の製造方法において、前記第1の光電変換積層部のSiおよびCの含有量が、0<C/Si<1の関係を満たすように形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
- 請求項14に記載の光電変換素子の製造方法において、前記真性型半導体層、前記p型及びn型半導体層は多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
- 請求項14乃至16の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法において、前記第1および第2の光電変換積層部はタンデム構造をなすように単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜されることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
- 請求項14乃至17の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法において、組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は10秒以内であることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
- 中に基板を配置するチャンバと、プロセスガスを前記チャンバ内に導入する導入管と、プラズマを発生するプラズマ発生器とを備え、前記プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって前記基板上にSi及びCを調整された組成比で含む第1の光電変換積層部を形成し、更にその上にSi及びCを含むか又は、Si及びGeの内のいずれか一種を含む第2の光電変換積層部を形成するとともに、前記第1及び第2の光電変換積層部として、真性半導体層の表裏面に、互いに同一の半導体材料からなるp型およびn型半導体層を備えた3層構造を夫々形成した光電変換膜を形成するためのプラズマ処理装置であって、前記シランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記光電変換積層部のSi及びCの組成比を調整することで、
前記光変換膜は、光到来側に接近した側の光電変換積層部の方が光到来側から離れたものの方よりも光の吸収波長が短くなるように形成されていることを特徴とする光電変換素子の製造装置。 - 請求項19に記載の光電変換素子の製造装置において、前記第1の光電変換積層部をSiおよびCの含有比率が0<C/Si<1であるように形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
- 請求項19に記載の光電変換素子の製造装置において、前記3層構造の前記真性半導体層と前記p型およびn型半導体層は、同一種類の半導体材料から形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
- 請求項19乃至21の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、前記光電変換膜は、更に、前記第2の光電変換積層部上に形成された第3の光電変換積層部を備え、前記第3の光電変換積層部をSi、Geの一成分、およびSiとCの2成分内のいずれかを含むように形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
- 請求項19に記載の光電変換素子の製造装置において、前記半導体層は多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子の製造装置。
- 請求項19乃至23の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、前記光電変換膜を前記光電変換積層部がタンデム構造をなすように単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
- 請求項19乃至24の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は10秒以内であることを特徴とする光電変換素子の製造装置。
- 請求項19乃至25の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、前記プロセスガス導入管は、ガス流量制御器を備え、前記チャンバ内容積Vcと前記チャンバと前記ガス流量制御器の間のガス導入管の内容積VTとの関係が、VT/Vc<1であることを特徴とする光電変換素子の製造装置。
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