JP5520834B2 - パッシベーション膜の成膜方法、及び太陽電池素子の製造方法 - Google Patents

パッシベーション膜の成膜方法、及び太陽電池素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、パッシベーション膜の成膜方法、及び太陽電池素子の製造方法に関する。
クリーンなエネルギー源として注目されている太陽電池素子は、出力特性向上のために、出力特性の損失を抑制することが求められている。太陽電池素子における出力特性の損失の原因としては、光学的な損失、例えば反射損失や透過損失等と、電気的損失、例えばキャリアの再結合による損失やオーミック損失が挙げられる。
例えば、特許文献１では、反射損失を抑制すると共にキャリアの再結合による損失を抑制するために、半導体層と、半導体層上に形成されたパッシベーション膜と、電極とを備えた太陽電池素子において、半導体層とパッシベーション層との間に酸素過多領域が形成されている。このため、半導体表面に対して窒素プラズマ処理を行ったあとにパッシベーション膜を形成している。なお、パッシベーション膜とは、半導体層を保護する保護膜として機能すると共に、反射防止膜としても機能する膜をいう。
特開２００５−１５９１７１号公報（請求項１、請求項７等）
しかしながら、窒素プラズマ処理後にパッシベーション膜を成膜して酸素過多領域が形成されたとしても、パッシベーション膜自体の膜質が良くないと太陽電池素子におけるキャリアの再結合による損失を十分に抑制することができないという問題がある。
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、キャリアの再結合による損失を十分に抑制できる太陽電池素子用のパッシベーション膜を形成する成膜方法を提供しようとするものである。また、これを用いた太陽電池素子の製造方法を提供しようとするものである。
本発明の成膜方法は、シリコンと、窒素及び酸素から選ばれた少なくとも１種とを含む成膜ガスを導入し、この成膜ガスを導入するシャワープレートを放電電極として高周波電源から高周波数の電圧を印加してプラズマを発生させて太陽電池素子の拡散層にパッシベーション膜を成膜する成膜方法において、成膜時に、さらに低周波電源から低周波数の電圧をシャワープレート又は前記拡散層に印加しながら、前記拡散層に正の固定電荷を有するパッシベーション膜を成膜することからなり、前記低周波電源の投入電力が、前記高周波電源の投入電力の１４〜３７％であることを特徴とする。本発明の成膜方法においては、成膜時に、高周波電源から高周波数の電圧を印加し、さらに低周波電源から低周波数の電圧をシャワープレート又は成膜対象に印加しながら、成膜対象に成膜することで、膜の膜質、即ち膜密度及び膜中固定電荷濃度が向上する。この得られた膜を、例えば太陽電池素子のパッシベーション膜として用いると、膜質の向上に伴い、キャリアの再結合による損失を十分に抑制することができる。
前記低周波電源は、前記低周波数の電圧を前記シャワープレートに印加しながら、前記拡散層に正の固定電荷を有するパッシベーション膜を成膜することが好ましい。前記低周波数の電圧を前記シャワープレートに印加しながら、成膜対象に太陽電池素子用のパッシベーション膜を成膜することで、成膜速度が高くなるからである。
さらに、前記低周波電源の投入電力は、前記高周波電源の投入電力の１４〜３７％であることが好ましい。この範囲であれば、より膜質が向上し、キャリアの再結合による損失を十分に抑制することができる。
本発明の太陽電池素子の製造方法は、半導体基板の一方面に拡散層を形成する拡散層形成工程と、前記拡散層上にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、前記パッシベーション膜上にグリッド電極を形成し、その後、さらに半導体基板の他方面に裏面電極を形成し、加熱することで前記グリッド電極を前記拡散層に接続させる電極形成工程とを含み、前記パッシベーション膜形成工程は、シリコンと、窒素及び酸素から選ばれた少なくとも１種とを含む成膜ガスを導入し、この成膜ガスを導入するシャワープレートを放電電極として高周波電源から高周波数の電圧を印加すると共に、低周波電源から低周波数の電圧を前記シャワープレート又は前記拡散層が形成された半導体基板に印加しプラズマを発生させて、前記拡散層上に正の固定電荷を有する前記パッシベーション膜を形成することからなり、前記低周波電源の投入電力が、前記高周波電源の投入電力の１４〜３７％であることを特徴とする。本発明の太陽電池素子の製造方法においては、高周波電源から高周波数の電圧を印加すると共に、低周波電源から低周波数の電圧を前記シャワープレート又は前記拡散層が形成された半導体基板に印加していることで、パッシベーション膜の膜質、即ち膜密度及び膜中固定電荷濃度が高く、これにより、太陽電池素子におけるキャリアの再結合による損失を十分に抑制することができる。
本発明のパッシベーション膜の成膜方法によれば、得られたパッシベーション膜の膜質がよく、太陽電池素子におけるキャリアの再結合による損失を抑制できるので、出力特性の向上という優れた効果を奏し得る。また、本発明の太陽電池素子の製造方法によれば、パッシベーション膜の膜質がよいのでキャリアの再結合による損失を抑制できるので、出力特性の向上という優れた効果を奏し得る。
太陽電池素子の模式的断面図である。 本実施形態の成膜装置の模式図である。 別の実施形態の成膜装置の模式図である。 実施例１〜４の結果を示すグラフである。 実施例５の結果を示すグラフである。 実施例６の結果を示すグラフである。 実施例７〜１０の結果を示すグラフである。
はじめに、太陽電池について説明する。太陽電池の各セルである太陽電池素子１は、ｐ型半導体基板１１を有する。ｐ型半導体基板１１は、テクスチャエッチングにより表面に図示しない凹凸が設けられている。このｐ型半導体基板１１の一方面には、ｎ型拡散層１２が設けられている。ｎ型拡散層１２は、例えば、ｐ型半導体基板１１の表面にリンを含む塗料を塗布した後に熱処理を加えて形成するものである。ｎ型拡散層１２の表面には、パッシベーション層１３が形成されている。
パッシベーション層１３は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）、シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）のいずれかの膜（パッシベーション膜）からなる。このパッシベーション膜は、詳細は後述する本実施形態の成膜方法により成膜される。本実施形態の成膜方法により形成されることで、パッシベーション膜の膜質が向上する。その結果、キャリアの再結合を抑制しているかどうかの指標として挙げられるキャリアのライフタイムが長くなり、即ち、キャリアの損失が抑制される。従って、太陽電池素子１における出力効率は向上する。
パッシベーション層１３には、グリッド電極１４が設けられている。このグリッド電極１４は、パッシベーション膜上に設けられ、その後加熱することによりパッシベーション膜を突き破ってｎ型拡散層１２に接続している。ｐ型半導体基板１１の他方面には、ＢＳＦ層１５及び裏面電極層１６がこの順で設けられている。ＢＳＦ層１５は、高濃度ｐ型拡散層であり、ＢＳＦ層は、裏面電極層１６形成時に同時に形成されるものである。裏面電極層１６は、ｐ＋層のｐ型不純物供給源及びグリッド電極として機能する第一裏面電極層１６ａと、太陽電池裏面全体からの集電電極として機能する第二裏面電極層１６ｂとからなる。第一裏面電極層１６ａは、アルミニウムイオンが素子中に拡散してｐ＋層のｐ型不純物供給源とするために、アルミニウム単体またはアルミニウムを含むペーストを塗布し、焼成することで形成される。また、第二裏面電極層１６ｂは、低抵抗の銀からなる。
この太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜を形成する成膜方法を実施する成膜装置を説明する。成膜装置２は、プラズマＣＶＤ法を実施してパッシベーション膜を形成するためのものである。成膜装置２は、所望の真空状態を保持できる真空室２１を備える。真空室２１には、図示しない加熱装置を備えた載置台２２が設けられており、載置台２２にはｎ型拡散層１２が形成されたｐ型半導体基板１１を複数並べてなる成膜対象Ｓが載置されている。加熱装置により、成膜時においてこの成膜対象Ｓを所望の基板温度となるように調整することができる。
真空室２１の天井面には、成膜対象Ｓに対向するようにシャワープレート２３が設けられている。シャワープレート２３には、成膜ガスを導入するガス導入手段２４が接続されている。ガス導入手段２４として、本実施形態では、例えば３種類のガスを導入できるように構成されており、異なるガス（本実施形態では、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２）がそれぞれ封入されているガス源２４ａ、２４ｂ、２４ｃが、ガス導入管２４ｄにそれぞれバルブ２４ｅを介して接続されている。なお、本実施形態では、３種類のガスを導入できるように構成しているが、所望の膜構成に応じて導入できるように、例えば６種類のガス源を備えるようにし、膜構成に応じてガスを選択するように構成してもよい。
また、シャワープレート２３には高周波電源２５が接続され、高周波数の電圧が印加されるように構成されている。従って、シャワープレート２３は、成膜ガスを真空室２１内に均一になるように導入するガス導入口として機能すると共に、高周波数の電圧が印加されて放電電極としても機能するものである。
さらに、本実施形態においては、載置台２２に低周波電源２６が設けられており、成膜対象Ｓ側に低周波電圧を印加することが可能である。即ち、本実施形態の成膜装置２においては、成膜時に高周波電源２５及び低周波電源２６により異なる周波数の電圧を印加してプラズマを形成して成膜を行うことができるように構成している。
成膜装置２を用いた成膜方法について説明する。はじめに、真空室２１内の載置台２２に成膜対象Ｓを載置する。次いで真空室２１内を所望の真空状態とする。そして、ガス導入手段２４から成膜ガスを導入すると共に、高周波電源２５及び低周波電源２６から電圧を印加して、プラズマを発生させ、成膜対象Ｓに対してパッシベーション膜を形成する。本実施形態においては、高周波電源２５及び低周波電源２６から電圧を印加しながらパッシベーション膜の成膜を行うことで、膜質のよいパッシベーション膜を形成することができ、それによりこの膜を用いた太陽電池素子１におけるライフタイムを向上させることが可能である。
成膜ガスとしては、パッシベーション膜としてシリコン窒化膜を形成する場合には、Ｓｉ含有ガスとしてＳｉＨ４を導入すると共に、Ｎ含有ガスとしてＮＨ３、Ｎ２及びＮＦ３から選ばれた１以上のガスを導入する。シリコン酸化膜を形成する場合には、Ｓｉ含有ガスとしてＳｉＨ４を導入すると共に、Ｏ含有ガスとしてＮ２Ｏ及びＯ２から選ばれた１以上のガスを導入する。また、シリコン酸化窒化膜を形成する場合には、Ｓｉ含有ガスとしてＳｉＨ４を導入すると共に、Ｎ含有ガスとしてＮ含有ガスとしてＮＨ３、Ｎ２、ＮＦ３から選ばれた１以上のガスを、Ｏ含有ガスとしてＮ２Ｏ及びＯ２から選ばれた１以上のガスを導入する。さらにまた、成膜ガスにはキャリアガスとして、不活性ガス例えばＡｒガスを導入してもよい。例えば、ＳｉＮ膜をパッシベーション膜として形成する場合には、各ガスの流量は、ＳｉＨ４が１５００〜１６００ｓｃｃｍ、ＮＨ３が、３０００〜６０００ｓｃｃｍ、Ｎ２が、４０００〜７０００ｓｃｃｍである。
高周波電源２５としては、１３．５６〜２７．１２ＭＨｚの高周波数の電圧を印加することができればよく、低周波電源２６としては、２０〜４００ｋＨｚの低周波数の電圧を印加することができればよい。
また、高周波電源２５の投入電力は、１０００〜３５００Ｗである。低周波電源２６の投入電力は３００〜２０００Ｗ、好ましくは５００〜１２５０Ｗである。また、低周波電源２６の投入電力は、高周波電源２５の投入電力の約１４〜３７％、好ましくは約２６〜３４％となることが好ましい。低周波電源２６の投入電力は、高周波電源２５の投入電力に対してこの範囲にあることで、より膜質のよいパッシベーション膜が形成でき、これにより太陽電池素子におけるライフタイムを向上させることができる。その結果、太陽電池素子における出力特性が向上する。
かかるパッシベーション膜のその他の成膜条件は、以下の通りである。基板温度：３８０〜４２０℃、真空室内圧力：１００〜２５０Ｐａ、基板―シャワープレート間距離（Ｅ／Ｓ）１２〜２５ｍｍである。
上述のように成膜条件で形成されるパッシベーション膜は、成膜時間２５秒で、膜厚８００Å、屈折率が１．９〜２．２であり、この膜を設けた太陽電池素子１のライフタイムは１０００μｓ以上、さらに２５００μｓ以上となる場合もあり、キャリアの再結合による損失が抑制されていることが分かる。
次に、成膜装置２の別の実施形態について図３を用いて説明する。図３は、成膜装置の別の実施形態を示す模式図である。この別の実施形態にかかる成膜装置３では、低周波電源２６が、高周波電源２５が設けられたシャワープレート２３に設けられている。このように低周波電源２６がシャワープレート２３側に設けられたとしても、同一の成膜条件で上述した成膜装置２と同一の膜質の良い膜を形成できるという効果を得ることができる。さらに、図３に示す別の成膜装置３は、図２に示す成膜装置２よりも成膜速度が速いという利点がある。即ち、本発明は、真空室２１内のプラズマの発生に寄与するカソード電極として機能するシャワープレート２３及びアノード電極として機能する載置台２２のいずれかに低周波電源が設けられ、このいずれかに高周波電源により高周波数の電圧を印加しながら低周波数の電圧を印加して、パッシベーション膜の膜質を向上でき、これにより太陽電池素子におけるキャリアの再結合による損失を抑制しているのである。
従来、高周波数（１３．５６MHｚ〜２７．１２MHｚ）の電圧のみを印加して形成されたプラズマでは、ガス種類、投入電力、電極間距離などのプラズマを生成するための条件によってプラズマ密度およびプラズマポテンシャルが決まるが、３０Å／ｓ以上の高速度成膜条件においては、太陽電池素子に必要な膜質、即ち膜密度および膜中固定電荷を得ることができなかった。このため、従来のパッシベーション膜ではキャリアの再結合による損失を十分に抑制することができなかった。
これに対し、本実施形態では、高周波及び低周波の異なる周波数の電圧を重畳して印加してパッシベーション膜を形成することで、パッシベーション膜が、例えば太陽電池素子１として好ましい膜質、具体的には高膜密度および高膜中固定電荷濃度となる。これは、低周波数の電圧で励起されたイオンの電荷が、高周波数の電圧で励起されたプラズマの電荷に加わることで、基板とプラズマとの電位差、すなわちシース電界を増大させることができ、その結果、基板表面へ入射するイオンエネルギーを増大させることができる。このイオンエネルギーの増大により、基板表面への入射イオンによるイオン衝撃も増大し、パッシベーション膜がより緻密に形成され（高膜密度）、パッシベーション膜中に存在する電荷も増大する結果、パッシベーション膜は高い正の固定電荷濃度を有する。
このようなパッシベーション膜が形成されることで、パッシベーション膜界面へと移動してきた正のキャリア（正孔）は、反発し押し戻される。これにより、欠陥密度の高い界面でも正孔密度を低減できるため、キャリアの再結合を抑制することができ、キャリアのライフタイムを長くすることができる。
各実施形態の成膜装置においては、前記シャワープレート又は前記載置部に、低周波数の電圧を印加する低周波電源が接続されていることで、形成された膜の膜質、即ち膜密度及び膜中固定電荷濃度が向上する。この得られた膜を、例えば太陽電池素子のパッシベーション膜として用いると、膜質の向上に伴い、キャリアの再結合による損失を十分に抑制することができる。また、シャワープレート１３に高周波電源及び低周波電源が接続されていることで、成膜速度が高くなる。
以下、実施例により詳細に本発明を説明する。
本実施例では、図２に示す成膜装置２を用いてパッシベーション膜を形成して太陽電池素子を作製した。
はじめに、テクスチャエッチングにより表面に凹凸が設けられた厚み２２０μｍの単結晶シリコンのｐ型半導体基板１１（１５６ｍｍ×１５６ｍｍ）の表面にｎ型拡散層１２を形成した。これらを複数枚トレイに並べて成膜対象Ｓとした。
次いで、図２に示す成膜装置２に成膜対象Ｓを搬入し、基板温度：３５０℃、ＳｉＨ４流量：１５００ｓｃｃｍ、ＮＨ３流量：５０００ｓｃｃｍ、Ｎ２流量：６０００ｓｃｃｍ、高周波電源２５の周波数：１３．５６ＭＨｚ、高周波電源２５の投入電力：１５００Ｗ、真空室内圧力：１００Ｐａ、Ｅ／Ｓ：１４ｍｍ、低周波数電源の周波数：３００ｋＨｚ、低周波電源２６の投入電力：５００Ｗとしてシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜を形成した。
次いで、パッシベーション膜を形成した成膜対象Ｓを成膜装置２から取り出してスクリーン印刷法により銀ペーストを１０μｍの厚みでパッシベーション膜上に格子状に塗布し、その後１５０℃で１０分間乾燥させたグリッド電極膜とした。
その後、スクリーン印刷法により銀ペーストを１０μｍの厚みで塗布し、１５０℃で１０分間乾燥させ、第一裏面電極膜を形成した。次いで、第二裏面電極膜を、スクリーン印刷法によりアルミニウムペーストを１０μｍの厚みで塗布し、その後１５０℃で１０分間乾燥させて形成した。最後に、成膜対象Ｓを７５０℃で３秒間熱処理を行って第一裏面電極膜及び第二裏面電極膜を第一裏面電極層１６ａと第二裏面電極層１６ｂとし、また、裏面電極層１６とｐ型半導体基板１１との間にＢＳＦ層１５が形成された。グリッド電極膜がパッシベーション膜を突き破ってｎ型拡散層１２と接触してグリッド電極１４とした。このようにして、成膜装置２によりパッシベーション膜がパッシベーション層１３として形成された太陽電池素子１を得た。
本実施例では、実施例１とは、低周波電源２６の投入電力：１０００Ｗとした以外は全て同一の条件で太陽電池素子１を作製した。
本実施例では、図３に示す成膜装置３を用いてパッシベーション膜を形成した点以外は実施例１と同一条件で太陽電池素子１を作製した。
本実施例では、実施例３とは、低周波電源２６の投入電力：１０００Ｗとした以外は全て同一の条件で太陽電池素子１を作製した。
実施例１〜４により得られた太陽電池素子１のライフタイムをマイクロ波光導電減衰法を用いたライフタイム測定装置（コベルコ科研社製）により測定した。測定結果を図４に示す。
図４に示すように、低周波電源２６の投入電力が１０００Ｗの場合、図２に示す装置及び図３に示す装置のどちらの場合もライフタイムはほとんど２０００μｓであった。５００Ｗの場合には、図２に示す成膜装置２及び図３に示す成膜装置３のどちらの場合もライフタイムは２０００μｓを超えたが、図３に示す成膜装置３の方がやや高くなった。通常、太陽電池素子のライフタイムは、１０００μｓ程度であるので、図２に示す成膜装置２及び図３に示す成膜装置３の結果は、共に従来よりも向上、即ち長くなった。
従って、本実施形態においては、高周波電源２５及び低周波電源２６を設けて、高周波数の電圧及び低周波数の電圧を印加しながらパッシベーション膜を形成することで、膜質のよいパッシベーション膜を形成でき、これにより太陽電池素子のライフタイムを向上させることができた。
本実施例では、図３に示す成膜装置３を用いて、低周波電源２６の投入電力を変化させてパッシベーション膜を形成して太陽電池素子を作製した。即ち、パッシベーション膜の形成にあたり、低周波電源の投入電力は、０Ｗ、５００Ｗ、１０００Ｗでそれぞれ太陽電池素子を作製した点以外は、全て実施例３と同一条件で太陽電池素子１を作製した。
得られた各太陽電池素子のライフタイムをマイクロ波光導電減衰法により測定した。測定結果を図５に示す。
図５に示すように、低周波電源２６の投入電力が５００Ｗの場合が最もライフタイムが長くなり、２５００μｓを超えた。また、低周波電源２６の投入電力が０である時、即ち低周波電源２６を設けない場合よりも１０００Ｗの場合の方がライフタイムが長く、２０００μｓであった。また、これらの結果から、低周波電源２６の投入電力が２５０〜１０００Ｗである場合、即ち低周波電源２６の投入電力が高周波電源２５の投入電力の約１６〜６７％である場合、ライフライムが２０００μｓを超えた。特に、低周波電源２６の投入電力が４００〜７００Ｗである場合、即ち低周波電源２６の投入電力が高周波電源２５の投入電力の約２６〜４５％である場合、ライフライムが２５００μｓを超えてよりよい結果を得ることができた。
本実施例では、実施例３とは高周波電源２５の投入電力を変更した点及び低周波電源２６の投入電力を変更した点以外は同一の条件でパッシベーション膜を形成して太陽電池素子を作製した。即ち、高周波電源２５の投入電力を３５００Ｗとし、低周波電源２６の投入電力は、５００Ｗ、１０００Ｗ、１５００Ｗ、１９００Ｗでそれぞれ太陽電池素子を作製した点以外は、全て実施例３と同一条件で太陽電池素子１を作製した。
実施例６により得られた太陽電池素子１のライフタイムをマイクロ波光導電減衰法により測定した。測定結果を図６に示す。
図６に示すように、低周波電源の投入電力が１０００Ｗである場合が最もライフタイムが長くなり、３０００μｓを超えた。なお、低周波電源２６の投入電力が１５００Ｗ及び１９００Ｗである場合には、ライフタイムは１０００μｓ程度であった。これらの結果から、低周波電源２６の投入電力が５００〜１５００Ｗである場合、即ち低周波電源２６の投入電力が高周波電源２５の投入電力の約１４〜３７％である場合、ライフライムが２０００μｓを超えた。特に、低周波電源２６の投入電力が５５０〜１２００Ｗである場合、即ち低周波電源２６の投入電力が高周波電源２５の投入電力の約１５〜３４％である場合、ライフライムが２５００μｓを超えてよりよい結果を得ることができた。
これらの実施例５、６の結果から、低周波電源２６の投入電力が高周波電源２５の投入電力の約１４〜３７％であること、特に低周波電源２６の投入電力が高周波電源２５の投入電力の約２６〜３４％であることが好ましいことが分かった。
本実施例では、実施例１とは、ＳｉＨ４流量：３０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３流量：１８００ｓｃｃｍ、Ｎ２流量：２５００ｓｃｃｍと変更した点以外は全て実施例１と同様としてシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜を形成した。
本実施例では、実施例７とは、低周波電源２６の投入電力：１０００Ｗと変更した点以外は全て実施例７と同様にとしてシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜を形成した。
本実施例では、成膜装置３を用いた点以外は全て実施例７と同一の条件で成膜を行い、膜厚を測定した。
本実施例では、成膜装置３を用いた点以外は全て実施例８と同一の条件で成膜を行い、膜厚を測定した。
各実施例で得られた膜について、膜厚をエリプソメータ（アルバック社製、ＥＳＭ‐３０００ＡＴ）で測定し、測定した膜厚を成膜時間で割って成膜速度を求めた。結果を図７に示す。
図７に示すように、同一の成膜条件であっても、成膜装置２を用いて成膜した場合よりも成膜装置３を用いて成膜した場合の方が成膜速度が速かった。従って、成膜装置３のように、シャワープレート２３に高周波電圧及び低周波電圧を印加することが好ましいことが分かった。
本実施形態の成膜方法及び成膜装置により得られるパッシベーション膜は、例えば有機ＥＬ等のパッシベーション膜としても利用することができるが、本実施形態のような太陽電池素子のパッシベーション膜として用いることが好ましい。
本発明は、太陽電池素子の製造分野において利用可能である。
１ 太陽電池素子
２ 成膜装置
３ 成膜装置
１１ ｐ型半導体基板
１２ ｎ型拡散層
１３ パッシベーション層
１４ グリッド電極
１５ ＢＳＦ層
１６ 裏面電極層
１６ａ 第一裏面電極層
１６ｂ 第二裏面電極層
２１ 真空室
２２ 載置台
２３ シャワープレート
２４ ガス導入手段
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ ガス源
２４ｄ ガス導入管
２４ｅ バルブ
２４ ガス導入手段
２５ 高周波電源
２６ 低周波電源
Ｓ 成膜対象

Claims (4)

  1. シリコンと、窒素及び酸素から選ばれた少なくとも１種とを含む成膜ガスを導入し、この成膜ガスを導入するシャワープレートを放電電極として高周波電源から高周波数の電圧を印加してプラズマを発生させて太陽電池素子の拡散層にパッシベーション膜を成膜する成膜方法において、
    成膜時に、さらに低周波電源から低周波数の電圧をシャワープレート又は前記拡散層に印加しながら、前記拡散層に正の固定電荷を有するパッシベーション膜を成膜することからなり、前記低周波電源の投入電力が、前記高周波電源の投入電力の１４〜３７％であることを特徴とする成膜方法。
  2. 前記低周波電源は、前記低周波数の電圧を前記シャワープレートに印加しながら、前記拡散層にパッシベーション膜を成膜することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記低周波電源の設定周波数は、２０〜４００ｋＨｚであり、前記高周波電源の設定周波数は、１３．５６〜２７．１２ＭＨｚであることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜方法。
  4. 半導体基板の一方面に拡散層を形成する拡散層形成工程と、
    前記拡散層上にパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、
    前記パッシベーション膜上にグリッド電極を形成し、その後、さらに半導体基板の他方面に裏面電極を形成し、加熱することで前記グリッド電極を前記拡散層に接続させる電極形成工程とを含み、
    前記パッシベーション膜形成工程は、
    シリコンと、窒素及び酸素から選ばれた少なくとも１種とを含む成膜ガスを導入し、この成膜ガスを導入するシャワープレートを放電電極として高周波電源から高周波数の電圧を印加すると共に、低周波電源から低周波数の電圧を前記シャワープレート又は前記拡散層が形成された半導体基板に印加しプラズマを発生させて、前記拡散層上に正の固定電荷を有する前記パッシベーション膜を形成することからなり、
    前記低周波電源の投入電力が、前記高周波電源の投入電力の１４〜３７％であることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5350345B2 (ja) * 2010-09-22 2013-11-27 株式会社神戸製鋼所 薄膜半導体の結晶性評価装置および方法
JP5882801B2 (ja) * 2012-03-16 2016-03-09 株式会社神戸製鋼所 半導体結晶性評価装置および該方法
US20140158192A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 Michael Cudzinovic Seed layer for solar cell conductive contact
CN104103717A (zh) * 2014-06-30 2014-10-15 浙江晶科能源有限公司 一种新型太阳能电池减反射膜的制备方法
EP3459118A4 (en) * 2016-05-17 2020-01-15 The Government Of The United States Of America As The Secretary of The Navy DAMAGE-FREE, PLASMA SUPPORTED CVD PASSIVATION OF ALGAN / GAN TRANSISTORS WITH HIGH ELECTRON MOBILITY
CN108322991A (zh) * 2018-01-08 2018-07-24 青海师范大学 一种半封闭常压双频大面积辉光放电实验装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08339992A (ja) * 1995-06-13 1996-12-24 Toshiba Corp 薄膜形成装置および薄膜形成方法
JPH09298193A (ja) * 1996-05-08 1997-11-18 Fuji Film Micro Device Kk パッシベーション膜の製造方法
WO2006137322A1 (ja) * 2005-06-22 2006-12-28 Kyocera Corporation 太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5930130B2 (ja) 1979-09-20 1984-07-25 富士通株式会社 気相成長方法
JPS5930130A (ja) * 1982-08-10 1984-02-17 Kazuyuki Kinoshita 入力装置
US5987487A (en) 1996-03-11 1999-11-16 Cirrus Logic, Inc. Methods and apparatus for the processing of digital signals
JP3350433B2 (ja) 1998-02-16 2002-11-25 シャープ株式会社 プラズマ処理装置
US20050189015A1 (en) * 2003-10-30 2005-09-01 Ajeet Rohatgi Silicon solar cells and methods of fabrication
JP2005159171A (ja) 2003-11-27 2005-06-16 Kyocera Corp 太陽電池素子およびその製造方法
US7767561B2 (en) * 2004-07-20 2010-08-03 Applied Materials, Inc. Plasma immersion ion implantation reactor having an ion shower grid
TWI267577B (en) * 2004-12-14 2006-12-01 Chuang Su Lan Decorative connecting strips for wall plates
JP4864661B2 (ja) * 2006-11-22 2012-02-01 東京エレクトロン株式会社 太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08339992A (ja) * 1995-06-13 1996-12-24 Toshiba Corp 薄膜形成装置および薄膜形成方法
JPH09298193A (ja) * 1996-05-08 1997-11-18 Fuji Film Micro Device Kk パッシベーション膜の製造方法
WO2006137322A1 (ja) * 2005-06-22 2006-12-28 Kyocera Corporation 太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法

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