JPH02177376A - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業の利用分野〕 本発明は、Ｐ−１−Ｎ接合した光電変換層を有する光電
変換装置の製造方法に関するものであり、具体的には、
ＰＦ６又はＮＦの下地層から１層光電変換層への不純物
混入を防止する光電変換装置の製造方法に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

今日、非晶質シリコン半導体層を有する光学デバイスが
種々使用されているが、非晶質シリコン半導体層の物性
などについては、充分に解明されていないのが現状であ
る。

非晶質シリコン半導体層は、一般にシラン、ジシランな
どのシリコン水素化合物ガスを水素などのキャリアガス
で希釈し・て、グロー放電分解することによって形成さ
れることが知られている。このような非晶質シリコン半
導体層は、価電子制御が可能であり、実際太陽電池など
ではＰ−１−Ｎ接合などが行われている。

Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層は、通常、
２層形成用チャンバー　１層形成用チャンバー及びＮ層
形成用チャンバーを連設したインライン装置により形成
されるが、各チャンバー間を気密的に仕切ってもＩＪ５
形成時の下地層となるＰ層又はＮ層からＰ型又はＮ型ド
ーパントが混入してしまい１層非晶質シリコン半導体層
の膜質の低下、引いては太陽電池素子の特性、例えば短
絡電流値やＦＦ値の低下の大きな要因となっていた。

第５図は、導電膜が形成された基板上に、Ｎ層１層及び
Ｐ層と順次積層した非晶質シリコン半導体層の、１層中
にオートドープされるＮ型ドーパント、即ちリンＣＰ）
原子の混入状況を示すデプスプロファイル特性図である
。

１層の下地層となっているＮ層は、微結晶状態の層であ
り、シランに対してフォスフインが２０００ｐｐｏ＋の
濃度で混合された反応ガスにて成膜されたものである。

図から明かのように、１層非晶質シリコン半導体層には
、略全体に１０′６〜１０１７個のリン（Ｐ）原子が混
入してしまっている。

また、リン（Ｐ）原子の混入量が多い場合には、第６図
の負耐圧特性図で示されるように、暗状態の負耐特性が
極めて不安定となって１．まう。

そこで、本発明者は、上述の現象の解明を鋭意研究し、
工型非晶質シリコン半導体層の成膜前に、不活性ガスに
よるプラズマ処理を行うことで大きく改善できることを
知見した。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の知見に基づいて案出されたものであり
、その目的は、ドーピングされた下地層からＩ型非晶質
シリコン半導体層へのオートドープを防止して、短絡に
よるＰ−１−Ｎ接合の破壊のない、負耐圧特性及び短絡
電流、ＦＦ（フィルファクター）値が向上した光電変換
装置の製造方法を提供することにあご。

〔目的を達成するための具体的な手段〕本発明は、上述
の目的を達成するために行った具体的な手段は、耐熱基
板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変換層、及び導電膜を
形成した光電変換装置の製造方法において、該光電変換
ｊヨの１層形成前に、下地層であるＰＭ又はＮ１ｆＡの
表面を不活性ガスによるプラズマ処理を行う光電変換装
置の語造方法である。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて詳述する。

第１図は、本発明により製造した光電変換装置の断面構
造を示す断面図である。

光電変換装置は、耐熱基板１上に、第１の導電膜２、Ｐ
−１−Ｎ接合した光電変換層３及び第２の導電膜４を順
次積層した構成となっている。

耐熱基板１は、該基板１上に積層される第１及び２の導
電膜２．４、光電変換層３の形成における温度が充分耐
ええる程度の基板であり、例えば、ガラス、セラミック
、ステンレスなどが用いられる。

第１の導電１１！２２は、光の入射方向によって透明導
電膜などが用いられるが、本実施例においては、光電変
換層３の成膜温度に充分耐ええる程度の全屈膜、例えば
チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン−銀（Ｔｉ
−Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス、タングステン
（Ｗ）　、８３１！　（Ａｇ）　、白金（Ｐｔ）、タン
タル（Ｔａ）、コバルト（ＣＯ）等が用いられる。具体
的には、第１の導電膜２であるチタン２を薄膜技法によ
って被着した後、フォスフイン（ＰＨ３）と水素の混合
ガス雰囲気中でプラズマ処理して、チタン２の表面を活
性化する。

Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変換層３は、少なくとも、■型
非晶質シリコン半導体層３１を含むものであり、全体と
してＰ−１−Ｎ接合している。

本実施例では、基板側より、Ｎ型微結晶シリ３７層３ｎ
、Ｉ型非晶質シリコン半導体層３ｉ、Ｐ型機結晶シリコ
ン層３ｐを被着した構成の光電変換層３である。ここで
、微結晶シリコン石とは、結晶粒径５０〜２００人”の
シリコン結晶から成る又は非晶質シリコン内に混在した
状態をいうものである。具体的には、Ｎ型微結晶シリ３
７層３ｎを形成した後、アルゴン雰囲気中でプラズマ処
理し、続いてＩ型非晶質シリコン半導体層３１、及びＰ
型機結晶シリコン結晶ｐを形成する。

このＮ型及びＰ型機結晶シリコンＮ３ｎ、３ｐは、例え
ば、通常の非晶質シリコン半導体層のＮ型及びＰ型層の
成膜条件で、反応ガス中の水素濃度を高く設定すること
により形成されるものである。

工型非晶質シリコン半導体層３１は、シラン、ジシラン
などのシリコン化合物ガスと水素ガスとを混合した反応
ガスをグロー放電分解によって形成されるものである。

本発明では、この夏型非晶質シリコン半導体層３１で、
夏型非晶質シリコン半導体層３１の下地層であるＮ型微
結晶９９３７層３ｎからのリン原子のオートドープを防
止するために、Ｎ型機結晶シリコン層３ｎ上をアルゴン
、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中でプラズマ処理す
るものである。

具体的なプラズマ処理の条件の一例は次の通りである。

プラズマ作成方法　　　グロー放電 反応ガス　　　　　　　アルゴン ガス圧　　　　　　　０．７　Ｔｏｒｒ基板温度　　　
　　　　２５０℃ 出力　　　　　　　　　２．８讐／Ｃｌ１１２このよう
にＮ型機結晶シリコンＨａｎ上をプラズマ処理すること
により、Ｎ型微結晶９９３７層３ｎを形成した際に発生
する表面吸着や表面近傍付近で余分に存在するリンのド
ーピング原子を除去できるためである。

第６図で示した特性の非晶質シリコン半導体層では、同
ロフト中でＰ−１−Ｎ接合の光電層内での短絡による不
良が約４％発生したが、本発明のようにプラズマ処理に
より、その不良を全くなくすことができた。また、セル
特性として、短ｔ６電流値及びＦＦ値を約１０％向上さ
せることができた。

第２図は、本発明により成膜したＰ−１−Ｎ接合の光電
層の装置の暗状態の負耐圧をしめず特性図である。

・図からあきらかのように、−１５，８Ｖまでの電圧で
は、電流密度がＯとなり、極めて安定している。また、
−１５，８Ｖとい・）高い耐圧を得ることができる。

第３図及び第４図は、夫々本発明の光電変換装置の製造
方法を可能にする製造装置を示す概略図である。

第３図は、Ｎ型、夏型及びＰ型部晶質シリコン半導体層
又は微結晶シリコン半導体層を形成する夫々のチャンバ
ー３１〜３３が連設されたインライン装置である。各チ
ャンバー３１〜３３には成膜用混合ガスが導入されるバ
ルブ３４〜３６が設けられている。

本装置では、夏型非晶質シリコン半導体層３１の下地と
なるＮ型微結晶シリコン半導体層３ｎを形成するチャン
バー３１に成膜用混合ガスが導入されるバルブ３４とは
別に不活性ガスが導入されるバルブ３７が設けられてい
る。これにより、Ｎ型機結晶シリコン半導体Ｅ３ｎがチ
ャンバー３１で成膜されると、その直後に成膜用混合ガ
スの供給を停止して、不活性ガスが導入され、グロー放
電分解によるプラズマ処理が行われる。

第４図は、Ｎ型、夏型及びＰ型非晶質シリコン半導体層
又は微結晶シリコン半導体層を形成する夫々の成膜用チ
ャンバー４１〜４３と特にＮ型、ｒ型用゛のチャンバー
４１．４２間に不活性ガスによるプラズマ処理用の専有
チャンバー４８が連設されたインライン装置である。

第３図同様に成膜用チャンバー４１〜４３には、成膜用
混合ガスが導入されるバルブ４４〜４６が設けられてい
る。そして、プラズマ処理用の専有チャンバー４８には
、不活性ガスのみが導入されるバルブ４７が設けられて
いる。

このように、プラズマ処理用の専有チャンバー４８を設
けることにより、−層の■型部晶質シリコン半導体Ｂ３
１へのオートドープがなくなり、また、プラズマ処理時
間と他の膜の成膜時間を合わせやすく、効率のよい量産
性に優れた製造方法が達成される。

上述の実施例では、Ｐ−ｒ−Ｎ接合した光電層３が基板
１側よりＮ層、１層及びＰ層と順次積層しているが、基
板１側よりＰ層、１層及びＮ層と積層させた光電変換装
置においても、Ｐ層上を不活性ガスによるプラズマ処理
することにより、上述と同様の効果が得られるのである
。

また、この場合には、Ｐ型チャンバーに不活性ガスをも
導入可能にしたり、Ｐ型チャンバーとＩ型チャンバーと
の間にプラズマ処理用の専有チャンバーを設けるとよい
。

尚、暗状態の負耐圧の向上により、太陽電池などの光起
電力装置は勿論のこと光を感知してそれに応じた信号を
出力するセンサーにも幅広く利用できる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、耐熱基板上に、Ｐ−Ｔ−Ｎ接合
した光電変換層、及び導電膜を形成した光電変換装置の
製造方法において、該光電変換層の１型層形成前に、Ｐ
型層又はＮ型層の下地層表面を不活性ガスによるプラズ
マ処理を行うことにより、ドーピングされた下地層から
Ｉ型非晶質シリコン半導体層へのオートドープが防止さ
れ、短絡による歩留の低下のない、負耐圧特性及び短絡
電流、ＦＦ（フィルファクター）値が向上した光電変換
装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置の断面構造を示す断面図
である。 第２図は本発明の光電変換装置におけるＰ−１−Ｎ接合
の光電変換層の暗状態の負耐圧を示す特性図である。 第３図及び第４図は、夫々本発明の光電変換装置の製造
方法に係る製造装置を示す概略図である。 第５図は従来の光電変換装置のようにＮ層上に１層を成
膜した時のオートドープ量を示すデプスプロファイル特
性図である。 第６図は従来の光電変換装置における暗状態の負耐圧特
性図である。 ・耐熱基板 ・・・・・第１の導電膜 ・Ｐ−■−Ｎ接合した光電変換層 ・・・・・・・・・第２の導電膜 ・・・Ｉ型非晶質シリコン半導体層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 耐熱基板上に、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した光電変換層、及び導
   電膜を形成した光電変換装置の製造方法において、 前記光電変換層のＩ層形成前に、下地層であるＰ層又は
   Ｎ層の表面を不活性ガスによるプラズマ処理を行うこと
   を特徴とする光電変換装置の製造方法。