JPH02276241A

JPH02276241A - 半導体薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH02276241A
Application number: JP1096349A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ashida; 芦田　芳徳; Nobuhiro Fukuda; 福田　信弘; Masato Koyama; 正人小山
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1990-11-13

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】〔技術分野］本発明は非晶質太陽電池の高性能化に関し、とくに、そ
の構成する非晶質薄膜の高品質化を図る技術に関する。

〔背景技術〕

非晶質太陽電池は電卓や時計を駆動するための、出力の
小さいエネルギー供給源としてすでに実用化されている
。しかしながら、出力の大きいエネルギー供給源として
は、性能・安定性および価格の点において、十分とはい
えず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されてい
る。太陽電池の実用化のためには、高い変換効率を有す
る太陽電池を、再現性よく、高スループツトで製造する
必要がある。しかしながら、現在、非晶質太陽電池にお
いては、プラズマＣＶＤ法による製造のために、再現性
・高速製造という点で十分な成果が得られていない、こ
れらの問題を解決するために、太陽電池を構成する層の
中でもっとも厚い層であるｉ層を高速堆積する研究や真
空処理時間の短縮など、また高周波電極の設計を含めた
プラズマＣＶＤ装置の設計により、安定放電の試みがな
されている。しかし、太陽電池の実用化という観点から
は、これらの研究の結果は十分な効果をもたらしていな
い、また、従来技術においては、非晶質半導体薄膜の高
品質化を目的に、メツシュ電極など第３の電極、高周波
電圧が印加される高周波電極あるいは基板電極に直流電
圧を印加する方法の試みがなされているが、放電安定性
、成膜速度、形成される薄膜特性などを考慮した場合、
十分な結果、効果が得られていない。しかしながら、高
周波グロー放電形態、反応性ガスのグロー放電分解、高
速堆積条件、高周波電圧、直流自己バイアス電圧などを
鋭意検討した結果、グロー放電が発生した場合に、高周
波電極に自然に印加される直流自己バイアス電圧の変動
に問題があるという結果を得、かつ交流電圧印加電極に
対向する電極上の基板が導電性の基板を選択することに
より、驚くべき結果を得、本発明を完成するに到った。

〔発明の基本的着想〕

直流自己バイアス電圧が変動することによりグロー放電
状態が変動し、直流自己バイアス電圧を制御することで
放電形態を任意に制御することを検討し、導電性基板上
に高速堆積にて再現性良く、良好な光電特性を有する半
導体薄膜を形成することができた。

〔発明の開示〕

本発明は、グロー放電を発生させるために交流電圧を印
加する電極に、交流電圧とは独立に、交流電圧と同時に
直流電圧を印加し、反応性ガスのグロー放電を発生維持
させ、導電性の基板上に半導体薄膜を形成する方法に関
する。

ここでいう交流とは、周波数１　ｋ）Ｉｚ以上であり、
上限はとくにないが、実用上、５０ＭＨｚまでであり、
電波上許可されている１３．５６Ｍ）ｌｚ　　が利用上
最適である。また、印加する交流電圧については、グロ
ー放電を維持するために、必要であるＩＯＶ以上１０ｋ
Ｖ程度であり、好ましくは、５０〜２０００Ｖである。

交流電圧を印加する電極に交流電圧とは独立に印加する
直流電圧は、第１図に示したローパスフィルターを介し
て導入・印加し、印加する電圧は、＋５００〜−５００
■の範囲であり、本発明の効果を発揮するには、＋２０
０〜−２００■の直流電圧で十分である。また、印加す
る直流電圧は、一定電圧を保持する定電圧ｉ源から供給
し、極めて精密に変動を抑え、±５ｖ程度以内の変動に
する。

本発明でいう導電性基板とは、１０４Ω・ｃｍ以下の抵
抗率を有する基板であり、具体的には、ステンレス、チ
タン、アルミニウム、モリブデンなどの金属基板やホウ
ケイ酸ガラス、青板ガラスや石英ガラスなどのガラス基
材あるいはポリエチレンフタレートやポリイミドなどの
高分子フィルムに上記金属であるステンレス、モリブデ
ン、チタン、恨、アルミニウムなどの金属を形成したも
のも基板材料として用いることができる。また、透明電
極を上記ガラス基材、高分子フィルムや金属基板に形成
した基板も用いることができ、透明電極としては、酸化
スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物や透光
性の金属等を有効に用いることができる。さらに、結晶
性シリコン基板、ゲルマニウム基板、ガリウムヒ素基板
等も用いることができる。

本発明において、グロー放電を発生させるために導入す
る反応性ガスとは、一般式Ｓｉ＋ｔＨｚａ＊ｔ（ここで
れは自然数）で表されるシラン化合物はであり、モノシ
ラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン等である。

取り扱い上、モノシラン、ジシラン、トリシランが好ま
しい、さらに同時添加するガスとして、上記のシラン化
合物に水素、フッ素、塩素等の反応性ガス、ヘリウム、
アルゴン、ネオン等の不活性ガス、窒素等の支持ガスを
導入しても良い。希釈添加率としては、添加ガスに対す
るシラン化合物の割合で表現した場合、０．１〜１００
％（容積比率）の範囲であり、成膜速度から・１％以上
の濃度が好ましく用いられる。

ガスｔＮ　Ｉについては、１〜２００ｓｅｃ−であり、
グロー放電圧力については、５　ｍｔｏｒｒ　〜５０ｔ
ｏｒｒの範囲であるが、成膜速度に応じて、流量・圧力
は任意に選択することができる。これらの条件は本発明
を実施する上において何ら妨げるものではない。

基板温度は、５０〜５００　”Ｃであり、基板の耐熱性
、得られる膜特性から考えられる温度は、１５０〜３５
０°Ｃが好ましい。

〔実施例１〕

本発明を実施するための具体的な装置を第１図に示した
。基板を加熱するための加熱ヒーター交流電圧を印加す
る電極、半導体薄膜を形成する基板、反応性ガスなどの
原料ガスを反応装置内に導入するガス供給系（ガス配管
と流量計から成る）、一定の直流電圧を印加することの
できる定電圧直流電源、交流電圧と直流電圧を同時にか
つ相互干渉を起こすことを防止するローパスフィルター
から成る。プラズマを発生させるための電源は、１３．
５６ＭＨｚの高周波電源を用いて行った。成膜方法とし
ては、基板を保持するサセプター上に基板を載せ、反応
装置内に移動設置する。高真空に排気後、原料ガスのジ
シランを２５ｓｅｃｍ導入し、基板温度２５０°Ｃ１反
応圧力０．１　ｔｏｒｒにおいて、高周波電圧１７０ｖ
を印加し、かつ同時に直流電圧を一１００Ｖ〜＋１００
　Ｖを印加した。所定の時間成膜し、１μの薄膜を得た
。用いた基板は、酸化スズが８０００人コートされたガ
ラス基板である。得られた非晶質薄膜は、反応装置から
取り出し、膜特性を評価した。成膜速度の直流電圧印加
の効果の結果を、第２図にまとめた。また、得られた膜
特性の評価を行ったが、−１００Ｖ印加し作製した膜の
特性は、擬似太陽光ＣＡＭ−１，５）　１００ｍＷ／ｃ
ｊ照射下の導電率（光導電率）は２Ｘ１０−’　Ｓ／ｃ
ｓ＋　、暗導電率は１　Ｘ　１０−　”　５ａｃ１１．
光学的バンドギャップｌ　、　７５ｅ。

活性化エネルギー０．８９ｅＶ　、結合水素量１７ａｔ
χ、成膜速度１８人〆秒であった。

この膜特性は以下の比較例１及び２で示された膜特性に
比べ同等であるが、成膜速度において、約３倍の向上が
認められ、本実施例により、膜特性を維持したまま、成
膜速度を増加させることができた。

さらに、ガラス基板上に酸化スズ８０００人コートした
基板を用い、ｐｉｎ型アモルファス太陽電池の作製をお
こなった。２層にはａ−５ｉＣ層を、１層にはμｃ−３
ｉ層を用い、１層に本発明の方法を適用し、成膜速度１
５人／秒で１層を高速形成し、太陽電池を作製した。こ
の太陽電池の光照射（擬似太陽光）下での電流−電圧特
性を測定した結果、開放端電圧０．８６　Ｖ、短絡光電
流１７．５ｍＡ／ｃｍ”、曲線因子０．６７８　、変換
効率１０．２％と高い変換効率が得られ、本発明が極め
て効果的であることが示され、従来技術から飛躍的な効
果が得られた。

〔比較例１〕実施例１において、直流電圧を外部から印加せず、自己
バイアス電圧のみの状況で放電し、約１μを成膜した６
本方法により得られたＦｊｌｌｌの特性は、光導電率４
Ｘ１０−’　　Ｓ／ｃｅ、暗導電率５ｘ１ｏ−”　　５
７ｃｍ　、結合水素量は、１２　ａｔ＄、成膜速度６人
／秒であった。

〔比較例２〕実施例１において、半導体薄膜を形成する基板を、石英
製ガラス基板に置き換え、同じ放電条件にて、同様に直
流電圧を一１００ｖを印加し成膜した。得られた膜特性
として、光導電率はｌＸｌ０−’Ｓ／ｃｍ　、暗導電率
は５　Ｘ　１０−　”　５７ｃｍ、光学的バンドギャッ
プ１．７２ｅＶ　、結合水素ｆｌ　１３ａｔχ、成膜速
度５人／秒であった。

〔発明の効果〕

以上の実施例ならびに比較例から明らかなように、本方
法を用いて作製した非晶質半導体薄膜は、極めて良好な
光電特性を有しながら、高速堆積速度により、形成され
た。即ち、従来技術で成膜された非晶質半導体薄膜に比
べ、きわめて高成膜速度で、かつ高い充電特性を有する
薄膜が得られ、本発明の半導体ｌ１ｗａ形成法が有効で
あることが分かった。すなわち、本発明は実用レベルに
おいて、非晶質太陽電池の光電変換効率の改善に大きく
貢献するものである。このように、本発明は電力用太陽
電池に要求される高変換効率を可能にする技術を提供で
きるものであり、エネルギー産業にとって、きわめて有
用な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための、非晶質半導体薄膜製
造装置の例である。１・・・基板、２・・・基板ホルダー３・・・基板加熱ヒーター４・・・高周波電極、５・・・高周波電極、６・・・ローパスフィルター７・・・整合回路、８・・・定電圧電源、９・・・ガス供給系。第２図は、直流電圧を−１００Ｖ　〜＋１００　Ｖ　ニ変化させた
場合に形成した半導体薄膜の成膜速度の変化である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）グロー放電を発生させるために交流電圧を印加す
る電極に、交流電圧とは独立に、交流電圧と同時に直流
電圧を印加し、反応性ガスのグロー放電を発生維持させ
、導電性の基板上に半導体薄膜を形成する方法。