JPH02191322A - P形炭素添加非晶質シリコンの生成方法 - Google Patents

P形炭素添加非晶質シリコンの生成方法

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、p−1−n形非晶質シリコン太陽電池の窓層
、すなわち光入射側の層の材料として用いられる硼素を
ドープしたp形の炭素添加非晶質シリコン(以下a−5
iC:Hと記す)の生成方法に関する。
〔従来の技術〕
p−1−n形非晶質シリコン太陽電池の窓層の材料とし
てa−3iC:Hの薄膜を用いることは、非晶質シリコ
ン太陽電池の光電変換効率向上に大きく寄与してきた0
例えば第2図に示すように、ガラス基板21上に、酸化
l(Snow)薄膜22、p形のaSIC:8層23、
l質の水素化非晶質シリコン(以下a−5i:Hと記す
)層24、n形のa −3t:H層25およびアルミニ
ウム電1M26を積層した構造をもつ非晶質シリコン太
陽電池に光27が入射したとき、大和圧らが雑誌[ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Journ
al of Applied Physics)J第5
3@(1982年) 5273〜5281頁に発表した
ところによれば第3図に示す特性を示す、このような太
陽電池の酸化錫薄膜22は真空蒸着法または熱CVD法
で形成し、アルミニウム電8i26は真空蒸着法または
スパッタリング法により形成する*a−5t:H層は、
モノシランガス(Sins)を、グロー放電により分解
する、いわゆるプラズマCVD法により形成する。この
時の基板温度は、250℃程度であるなお、n形a−5
l:H層25形成時には、フォスフインガス(pus)
を、モノシランガスに対する流量比で、1%程度混合す
る。また、p形a−5l:H層23形成時には、メタン
ガス(CHI)およびジボランガス(B2H4)を混合
する。
このような太陽電池に、ガラス基板21側から光27が
入射すると、p−1−n接合の光起電力効果により、p
側の酸化錫電極22に正、n側のアルミニウム電126
に負の電位を生じる。第3図には、100 mIA/−
強度の太陽光照射下での、発電特性が示されている。黒
丸で示されているのは、出力電流密度と出力電圧の積、
つまり太陽電池l−当たりの出力電力が最大となる点で
あり、この点での出力電力を一般的に太陽電池の出力と
呼び、その入射光量に対する割合を変換効率と呼んでい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような非晶質太陽電池では、光電変換作用は、ir
Mにしかないため、p層の光透過率を高くし、できるだ
け多くの光がillまで到達できるようにすることが、
出力を増加させる上で重要である。そのためには、p層
の光学吸収係数を低くしなければならない。pHの光学
吸収係数りは、バンドギャップEg (単位:を子ポル
トンを用いて、次式より計算される。
α−B !(E −Eg)”/ F、   (ただしE
<Eg)ここで、B!は定数、Eは光エネルギ (単位
:電子ボルト)を示す、上式より、吸収係数を低くする
ためには、E、を大きくすればよいことがわかる。
前出の雑誌の中で、大和用らは、p層としてバンドギャ
ップがa−5i:Hより大きなa  SiC:Hを使用
することによって、従来5〜6%であった非晶質太陽電
池の変換効率が8%程度まで向上することを報告してい
る。
第4図は、前出の雑誌の中で報告されている、非晶質形
a−3iC:H膜の光伝導度のバンドギャップに対する
依存性をプロットし直したものである。
前述のように、バンドギャップが高い程p層の光透過率
は高くなるが、同時に、光照射下での電気伝導度(光伝
導度)が低くなるため、太陽電池の直列抵抗成分が増加
する。pliの厚さは通常、10−’cm (10r+
m)程度であり、ソ(D 光転2m 度カ1O−6S/
c11である。この光伝導度の値は面積1dの太陽電池
については]Ωの直列抵抗成分の増加をもたらすので、
p層に許容される最低の光伝導度である。従って、第4
図から分かるように、1.0−’ S /〔以上の光伝
導度を得るためにバンドギャップが2.0電子ボルト以
上に高められた、透光性が優れたa−5i:H膜を、p
−1−n形非晶質シリコン太陽電池のp形窓層として供
給できないという問題があった。
本発明の目的は、上記の問題を解決し、従来の方法で生
成したp形a−SiC:H膜より高い光伝導度を有し、
バンドギャップをさらに高めて変換効率の向上した非晶
質シリコン太陽電池の窓層として用いることのできるp
形a−5iC:Hの生成方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的達成法のために、シリコン化合物。
炭化水素あるいは炭化弗素、硼素化合物を成分とするガ
スを水素ガスにより希釈してなる原料ガスをグロー放電
により分解してp形a−5iC:Hを生成する際に、水
素ガスの量をシリコン化合物置の100 m以上とし、
硼素化合物として弗化硼素系化合物を用いるものとする
(作用〕 m、nを自然数としてB、F、なる化学式を有する弗化
硼素化合物がグロー放電により分解されて生成する弗化
硼素系ラジカルB m−w F n−x (X+Vは順
に一1nより小さい自然数)は、ジボランより生成する
水素化硼素ラジカルB)13または8.H6よりも水素
との反応性が低い、そのため、a−3iC:II膜の成
長表面を覆っている水素原子を剥離する作用が少ない、
このことより、膜成長表面での水素原子密度は、原料ガ
スの水素希釈率を100倍以上に上げることによって高
められた密度に保たれる。
以上の結果、a−3iC:H膜成長時に生成される欠陥
が減少するため、光伝導度は向上する。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例に用いるプラズマCVD装置
を示す、内容積Ionの真空槽1には成膜基板2を支持
する円形電極31が加熱台4の上に載せられ、上部の円
形電極32と対向している。両電極31,32の面積は
15Mである。上部電極32には高周波tIt源51が
、加熱台4内のヒータ41には電源52が接続されてい
る。また、真空槽1にはガス導入管6および排気管7が
開口しており、排気管7にはコンダクタンスパルプ81
を介して真空ポンプ8が接続されている。この装置を用
いての本発明の一実施例は次の通りである。
原料ガスとしては、モノシラン1メタン、四弗化二硼素
(B$F4.)および水素を用いた。モノシランの流量
は1.0 cc/分、メタンの流量は4.0 cc/分
、B’zP4の流量は0.1 cc/分、水素の流量は
200 cc/分である。すなわち、モノシランガスの
水素希釈率は200倍である。この原料ガスを、真空排
気された槽内にガス導入管6を通して導入した。真空排
気速度をコンダクタンスバルブ81により調整し、真空
槽1での原料ガス圧力が100Paとなるようにした0
次いで、ヒータ41のスイッチを入れ、ガラス基板2の
温度が250℃となるようにした6次に、円形電極32
に、高周波電源51により、周波数13.56MHz、
電力2Wの高周波電力を印加し、円形電極31.32間
にグロー放電を発生させ、原料ガスを分解、ガラス基板
上にp形a −3iC:HW!Aを生成した。
生成速度は、0.1 人/秒であった。
このようにして生成したp形a−3iC:H膜のバンド
ギャップは2.1電子ボルト、光伝導度は1O−5S 
/ OILであり、第4図に示された従来技術により生
成したものに比べ、光伝導度が2桁も高くなったことが
わかる。
第5図は、ガラス基板の温度を250℃で一定とし、モ
ノシランガスの水素希釈率を変えて作成したp形a−5
tC:H膜の光伝導度を示す。この際、モノシラン1メ
タン、三弗化硼素の流量を、それぞれ1.0 cc/分
、4.0 cc/分+ 0.3 cc/分で一定とし、
水素の流量を25cc/分〜300 ec/分の範囲で
変え、原料ガスの水素希釈率を変化させた。図よりわか
るように、水素希釈率が100倍までは、水素希釈率の
増加につれて、光伝導度は増加する。
水素希釈率が100倍以上になると、光伝導度は、水素
希釈率にほとんど依存しない。なお、バンドギャップは
水素希釈率にほとんど依存せず、2.1電子ボルトであ
った。これらの結果より、p形a−SiCコ■膜の光伝
導度を1.0−’ S /−a++以上にするためには
、モノシランガス等のシリコン化合物に対する水素希釈
率が100倍以上であることが必要なことがわかる。
なお、上記の実施例では、弗化硼素系化合物として四弗
化二硼素を用いたが、これ以外にも、グロー放電分解に
より弗化硼素ラジカルを生ずる化合物、例えば三弗化硼
素(BF3)を用いても同様の効果が得られる。また、
上記のような弗化硼素化合物中の弗素の一部を、水素ま
たはメチル基1エチル基、ビニル基などの存機基で置換
した構造を持つものを用いても同様の効果が期待される
シリコン化合物としては、モノシランのほかにジシラン
あるいは四弗化シランを用いることができる。炭化水素
の代わりに炭化弗素を用いてもよく、炭化水素としては
メタンのほかにエタンあるいはアセチレンを、炭化弗素
としては四弗化メタンあるいは三弗化メタンを用いるこ
とができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、p形a−3iC:l(膜のプラズマC
VD法による成膜時に、シラン系ガスの水素希釈率10
0倍以上にし、ドーピング不純物源として硼素と弗素の
結合を有する弗化硼素系化合物を用いることにより、窓
層であるp形a−3iC:H膜の光学吸収係数を低くす
るためにバンドギャップを2.1電子ボルト以上に広く
しても、光伝導度を10′□’ S / cs以上とす
ることができるため、直列抵抗値が増加せず、光電変換
効率のすぐれた非晶質シリコン太陽電池が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に用いるプラズマCVD装置
の断面図、第2図はp系a−5iC:H膜を用いた太陽
電池の断面図、第3図はその電圧・電力特性線図、第4
図はp形a −3IC:H膜の光伝導度とバンドギャッ
プの関係線図、第5図はp形a−SiC:H膜の光伝導
度と成膜時の原料ガスの水素希釈率との関係線図である
。 1:真空槽、2:成膜基板、31,32 :円形電極、
4;加熱台、51:高周波電源、6:ガス導入管、8 
: 真空ポンプ。 第2図 電圧(V) 第3図 第1図 1.7 1.8 1゜9 2.0 2.1 パンドキνヅプ(電子ホ゛ルト) 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)シリコン化合物、炭化水素あるいは炭化弗素、硼素
    化合物を成分とするガスを水素ガスにより希釈してなる
    原料ガスをグロー放電により分解する際に、水素ガスの
    量をシリコン化合物量の100倍以上とし、硼素化合物
    として弗化硼素系化合物を用いることを特徴とするp形
    炭素添加非晶質シリコンの生成方法。
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