JPH0233919A - アモルファスシリコンカーバイド膜の光劣化抑制方法 - Google Patents
アモルファスシリコンカーバイド膜の光劣化抑制方法Info
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- JPH0233919A JPH0233919A JP63183484A JP18348488A JPH0233919A JP H0233919 A JPH0233919 A JP H0233919A JP 63183484 A JP63183484 A JP 63183484A JP 18348488 A JP18348488 A JP 18348488A JP H0233919 A JPH0233919 A JP H0233919A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
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〕
本発明はアモルファスシリコンカーバイド膜の光劣化抑
制方法に係る。
制方法に係る。
アモルファスシリコンを用いた太陽電池は単結晶シリコ
ン太陽電池と比べて製造コストが安価であることから注
目され、開発が進められている。
ン太陽電池と比べて製造コストが安価であることから注
目され、開発が進められている。
その基本構造はｐｉｎ型又はｎｉｐ型であるが、ｐ型又
はｎ型の窓材料をアモルファスシリコンカーバイドで構
成することによって窓部での光吸収を低減し、太陽電池
の光電変換効率を改良する技術が提案されている（特開
昭５７−１２６１７５号公報）。
はｎ型の窓材料をアモルファスシリコンカーバイドで構
成することによって窓部での光吸収を低減し、太陽電池
の光電変換効率を改良する技術が提案されている（特開
昭５７−１２６１７５号公報）。
この提案に係るアモルファスシリコンカーバイドは、シ
ラン又はその誘４体、フン化シラン又はその誘導体から
選ばれる少なくとも一種以上のガスと、ハイドロカーボ
ン、フッ化ハイドロカーボン、アルキルシラン又はフッ
化アルキルシラン又はその誘導体から選ばれる少なくと
も一種以」二のガスとの混合物をグロー放電分解して得
られる。
ラン又はその誘４体、フン化シラン又はその誘導体から
選ばれる少なくとも一種以上のガスと、ハイドロカーボ
ン、フッ化ハイドロカーボン、アルキルシラン又はフッ
化アルキルシラン又はその誘導体から選ばれる少なくと
も一種以」二のガスとの混合物をグロー放電分解して得
られる。
アモルファスシリコン太陽電池の実用化にとって光劣化
の防止、抑制が最大の問題の一つであることは知られて
いる通りであるが、アモルファスシリコン太陽電池の窓
材料としてアモルファスシリコンカーバイド膜を用いる
場合にもこれは変らない。アモルファスシリコン膜につ
いて３００℃以下の温度での水素プラズマ処理を施す方
法が試みられているが、アモルファスシリコンカーバイ
ド膜について有効な光劣化防止方法は未だ報告されてい
ない。
の防止、抑制が最大の問題の一つであることは知られて
いる通りであるが、アモルファスシリコン太陽電池の窓
材料としてアモルファスシリコンカーバイド膜を用いる
場合にもこれは変らない。アモルファスシリコン膜につ
いて３００℃以下の温度での水素プラズマ処理を施す方
法が試みられているが、アモルファスシリコンカーバイ
ド膜について有効な光劣化防止方法は未だ報告されてい
ない。
そこで、本発明は、アモルファスシリコンカーバイド膜
の光劣化を抑制する方法を提供することを目的として為
されたものである。
の光劣化を抑制する方法を提供することを目的として為
されたものである。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究する過
程で、プラズマＣＶＤ法で得られるアモルファスシリコ
ンカーバ・イド（ａ −ＳｉＣ： Ｈ） ｎｆＪヲ特定
の温度の水素プラズマ雰囲気中で処理して遊離水素を放
出させると、アモルファスシリコンカーバイド膜の光劣
化を抑制できることを見い出し、本発明を完成した。
程で、プラズマＣＶＤ法で得られるアモルファスシリコ
ンカーバ・イド（ａ −ＳｉＣ： Ｈ） ｎｆＪヲ特定
の温度の水素プラズマ雰囲気中で処理して遊離水素を放
出させると、アモルファスシリコンカーバイド膜の光劣
化を抑制できることを見い出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は、プラズマＣＶＤ法で得られ
るアモルファスシリコンカーバイド（ａＳｉＣ：Ｈ）膜
を水素プラズマ雰囲気中で２５０〜５５０℃の温度で処
理して遊離水素を放出させることを特徴とするアモルフ
ァスシリコンカーバイド膜の光劣化抑制方法にある。
るアモルファスシリコンカーバイド（ａＳｉＣ：Ｈ）膜
を水素プラズマ雰囲気中で２５０〜５５０℃の温度で処
理して遊離水素を放出させることを特徴とするアモルフ
ァスシリコンカーバイド膜の光劣化抑制方法にある。
本発明のアモルファスシリコンカーバイド膜は、炭素及
び水素を含有するアモルファスシリコン膜であるが、真
空反応槽内に所定のガスを導入して、所定の内圧とした
後、プラズマ分解することによって製造することができ
る。本発明においてプラズマ分解法とは、プラズマ雰囲
気下で基板上にシリコン膜を形成する方法をいい、この
ようなプラズマ雰囲気は周知の如く、高周波放電、低周
波放電を初め、直流放電等の各種放電法によって容易に
実現することができる。
び水素を含有するアモルファスシリコン膜であるが、真
空反応槽内に所定のガスを導入して、所定の内圧とした
後、プラズマ分解することによって製造することができ
る。本発明においてプラズマ分解法とは、プラズマ雰囲
気下で基板上にシリコン膜を形成する方法をいい、この
ようなプラズマ雰囲気は周知の如く、高周波放電、低周
波放電を初め、直流放電等の各種放電法によって容易に
実現することができる。
プラズマ雰囲気下で少なくとも、水素及び炭素を不純物
として含有するシリコン膜を形成するためには、プラズ
マ中に少なくともシリコン原子、水素原子及び炭素原子
、又はそれらのイオン等を存在せしめることが必要であ
る。
として含有するシリコン膜を形成するためには、プラズ
マ中に少なくともシリコン原子、水素原子及び炭素原子
、又はそれらのイオン等を存在せしめることが必要であ
る。
周知の如く、プラズマ分解法により水素を不純物として
含有するシリコン膜を製造するためには、シラン又はそ
の誘導体の如く水素を含有するシリコン化合物を原料ガ
スとし、或いは水素Ｈ−Ｔりや希ガスをキャリヤーガス
として放電し、プラズマ雰囲気を実現すればよ（、更に
炭素を原料ガス中に添加することにより、炭素及び水素
を不純物として含有するアモルファスシリコンカーバイ
ド膜を製造することができる。
含有するシリコン膜を製造するためには、シラン又はそ
の誘導体の如く水素を含有するシリコン化合物を原料ガ
スとし、或いは水素Ｈ−Ｔりや希ガスをキャリヤーガス
として放電し、プラズマ雰囲気を実現すればよ（、更に
炭素を原料ガス中に添加することにより、炭素及び水素
を不純物として含有するアモルファスシリコンカーバイ
ド膜を製造することができる。
アモルファスシリコンカーバイド膜の物理的性質は、膜
が含有する不純物の種類とその量に大きく依存するが、
特に物理的性質の内、吸収係数及び基板又は透明電極へ
の付着性の改善については、炭素が不純物として含まれ
る量に太き（依存する。
が含有する不純物の種類とその量に大きく依存するが、
特に物理的性質の内、吸収係数及び基板又は透明電極へ
の付着性の改善については、炭素が不純物として含まれ
る量に太き（依存する。
即ち、本発明のアモルファスシリコンカーバイドに含ま
れる炭素の存在は、バンドギャップの大きい炭化珪素（
〜６． ＯｅＶ）の構造を部分的に存在せしめることに
なるので、ａ−３ｉ半導体のバンドギャップが広げられ
、これによって吸収係数を小さくすることが出来る。更
に、屈折率に関しても同様に、炭化珪素（屈折率２．４
８）の構造を部分的に持つことにより、ａ−３ｉ半導体
の屈折率を制御することが出来る。
れる炭素の存在は、バンドギャップの大きい炭化珪素（
〜６． ＯｅＶ）の構造を部分的に存在せしめることに
なるので、ａ−３ｉ半導体のバンドギャップが広げられ
、これによって吸収係数を小さくすることが出来る。更
に、屈折率に関しても同様に、炭化珪素（屈折率２．４
８）の構造を部分的に持つことにより、ａ−３ｉ半導体
の屈折率を制御することが出来る。
又、Ｃは４配位のＳｉのネットワーク中に入ることがで
きるために、アモルファスシリコン半導体薄膜の構造的
なストレスを緩和し、その結果として基板や透明電極と
の付着性を改善することが出来る。
きるために、アモルファスシリコン半導体薄膜の構造的
なストレスを緩和し、その結果として基板や透明電極と
の付着性を改善することが出来る。
アモルファスシリコンカーバイド中に更にｐ型又はｎ型
ドーパントを導入することにより、吸収係数及び基板又
は透明電極に対する付着性が改善されたｐ型又はｎ型ア
モルファスシリコン膜を製造することが出来る。
ドーパントを導入することにより、吸収係数及び基板又
は透明電極に対する付着性が改善されたｐ型又はｎ型ア
モルファスシリコン膜を製造することが出来る。
吸収係数及び基板、又は透明電極に対する付着性が改善
された本発明のアモルファスシリコンカーバイドの特徴
は、薄膜中に含有される炭素が０．１原子％（この場合
の原子％は他の不純物の有無にかかわらず１００ＸＣ／
（Ｓｉ ＋Ｃ）を意味する）以上であることであるが
、以下の製膜条件によって初めて製造することができる
。即ち、製膜条件は、 電力密度 ０．０１〜Ｉ Ｗ／ｃｄガス流１ｉ〜１
１００５ＣＣ 基板温度 １５０〜４００℃ 放電時圧力 ０．、０５〜２ ＴｏｒｒＣ／ Ｓ ｉ
Ｏ，００１〜３であり、製膜速度等を考慮
すれば、 電力密度 ０．０１〜０．５Ｗ／ｃｄガス流量
５〜５０５ＣＣＭ 基板温度 ２００〜３５０℃ 放電時圧力 ０．０５〜Ｉ ＴｏｒｒＣ／ Ｓ ｉ
０．０１〜２ であることが好ましい。
された本発明のアモルファスシリコンカーバイドの特徴
は、薄膜中に含有される炭素が０．１原子％（この場合
の原子％は他の不純物の有無にかかわらず１００ＸＣ／
（Ｓｉ ＋Ｃ）を意味する）以上であることであるが
、以下の製膜条件によって初めて製造することができる
。即ち、製膜条件は、 電力密度 ０．０１〜Ｉ Ｗ／ｃｄガス流１ｉ〜１
１００５ＣＣ 基板温度 １５０〜４００℃ 放電時圧力 ０．、０５〜２ ＴｏｒｒＣ／ Ｓ ｉ
Ｏ，００１〜３であり、製膜速度等を考慮
すれば、 電力密度 ０．０１〜０．５Ｗ／ｃｄガス流量
５〜５０５ＣＣＭ 基板温度 ２００〜３５０℃ 放電時圧力 ０．０５〜Ｉ ＴｏｒｒＣ／ Ｓ ｉ
０．０１〜２ であることが好ましい。
ｐ型ドーパントガスは、元素周期律表第■族の元素又は
その化合物であり、水素化物、特に水素化硼素（Ｂｚｌ
が好ましい、ｎ型ドーパントガスは、元素周期律表第■
族の元素又はその化合物であり、水素化物、とくにホス
フィン（ｐ＋ｂ）又はアルシン（Ａｓｌｌｉ）が好まし
い。
その化合物であり、水素化物、特に水素化硼素（Ｂｚｌ
が好ましい、ｎ型ドーパントガスは、元素周期律表第■
族の元素又はその化合物であり、水素化物、とくにホス
フィン（ｐ＋ｂ）又はアルシン（Ａｓｌｌｉ）が好まし
い。
本発明において、基板としては、例えばガラス、多結晶
シリコン、アルミニウム、銀、ステンレス等を挙げるこ
とができる。
シリコン、アルミニウム、銀、ステンレス等を挙げるこ
とができる。
ガラス等の太陽電池を製造する場合には基板上へ透明電
極、ｐ型又はｎ型シリコン膜、ｉ型アモルファスシリコ
ン膜、ｎ型又はｎ型シリコン膜、更に金属電極を形成す
る。ステンレス等の基板を使用する場合には、基板上へ
ｐ型又はｎ型シリコン膜、ｉ型ａ−３ｉ膜、ｎ型又はｎ
型シリコン膜、更に透明電極を形成し、保護膜で被覆し
て太陽電池を得る。本発明のアモルファスシリコンカー
バイド膜は上記の如き太陽電池の窓層、特にｐ型層、又
はｉｌのシリコン膜に好ましく適用されるものである。
極、ｐ型又はｎ型シリコン膜、ｉ型アモルファスシリコ
ン膜、ｎ型又はｎ型シリコン膜、更に金属電極を形成す
る。ステンレス等の基板を使用する場合には、基板上へ
ｐ型又はｎ型シリコン膜、ｉ型ａ−３ｉ膜、ｎ型又はｎ
型シリコン膜、更に透明電極を形成し、保護膜で被覆し
て太陽電池を得る。本発明のアモルファスシリコンカー
バイド膜は上記の如き太陽電池の窓層、特にｐ型層、又
はｉｌのシリコン膜に好ましく適用されるものである。
本発明者は、上記のアモルファスシリコンカーバイド生
成過程で取り込まれた水素のうち、遊離水素として膜中
に存在する水素を、特定温度下で水素プラズマ処理して
除去することによって膜の光劣化を抑制でき、しかもこ
の水素プラズマ処理によれば、水素放出時の欠陥の発生
を抑制し、膜の特性を高く維持することができることを
見い出し、本発明を完成した。
成過程で取り込まれた水素のうち、遊離水素として膜中
に存在する水素を、特定温度下で水素プラズマ処理して
除去することによって膜の光劣化を抑制でき、しかもこ
の水素プラズマ処理によれば、水素放出時の欠陥の発生
を抑制し、膜の特性を高く維持することができることを
見い出し、本発明を完成した。
本発明の目的を達成するための水素プラズマ処理の条件
としては、２５０〜５５０℃、より好ましくは３５０〜
４００℃の温度、０．５〜２００５ＣＣＭ、より好まし
くは１〜１５０５ＣＣＭの水素流量、０．０１〜１．Ｏ
Ｗ／ｄ、より好ましくは０．１〜０．５Ｗ／ｃｄの電流
密度、０．０５〜Ｉ Ｔｏｒｒ、より好ましくは０．１
〜０．５Ｔｏｒｒの放電時圧力、１〜６０分、より好ま
しくは５〜３０分の処理時間が好ましく採用できること
が実験的に見い出されている。水素プラズマ処理の温度
が低すぎると光劣化抑制の効果がなく、−方温度が高す
ぎるとａ −ＳｉＣ：Ｈ膜が剥離するなど特性劣化が見
られるようになり好ましくない。
としては、２５０〜５５０℃、より好ましくは３５０〜
４００℃の温度、０．５〜２００５ＣＣＭ、より好まし
くは１〜１５０５ＣＣＭの水素流量、０．０１〜１．Ｏ
Ｗ／ｄ、より好ましくは０．１〜０．５Ｗ／ｃｄの電流
密度、０．０５〜Ｉ Ｔｏｒｒ、より好ましくは０．１
〜０．５Ｔｏｒｒの放電時圧力、１〜６０分、より好ま
しくは５〜３０分の処理時間が好ましく採用できること
が実験的に見い出されている。水素プラズマ処理の温度
が低すぎると光劣化抑制の効果がなく、−方温度が高す
ぎるとａ −ＳｉＣ：Ｈ膜が剥離するなど特性劣化が見
られるようになり好ましくない。
本発明の水素プラズマ処理によれば、ａ −ＳｉＣ：Ｈ
膜中に存在する遊離水素を除去して膜の光劣化を抑制し
、かつ遊離水素放出に伴なう膜中の欠陥の発生を防止し
、それによって膜質を良好に保つことができる。水素プ
ラズマ雰囲気で処理することによって遊離水素が放出さ
れて生成する欠陥を直ちに水素プラズマがターミネイト
して欠陥の増加を防止するものと考えられる。
膜中に存在する遊離水素を除去して膜の光劣化を抑制し
、かつ遊離水素放出に伴なう膜中の欠陥の発生を防止し
、それによって膜質を良好に保つことができる。水素プ
ラズマ雰囲気で処理することによって遊離水素が放出さ
れて生成する欠陥を直ちに水素プラズマがターミネイト
して欠陥の増加を防止するものと考えられる。
基板としてコーニング７０５９ （商品名）を用い、シ
ランとＣｚｌｌ□／１１□、 Ｃｔ１４． Ｃｚｌｌ□
、又はＣ）１．／ＩＩ□との混合ガスをグロー放電分解
して光学バンドギャップＥｇｏｐｔ＝ １．９５ｅＶの
アモルファスシリコンカーバイド（ａ−３ｉＣ：Ｈ）膜
を製膜した４種類の試料を作製した。
ランとＣｚｌｌ□／１１□、 Ｃｔ１４． Ｃｚｌｌ□
、又はＣ）１．／ＩＩ□との混合ガスをグロー放電分解
して光学バンドギャップＥｇｏｐｔ＝ １．９５ｅＶの
アモルファスシリコンカーバイド（ａ−３ｉＣ：Ｈ）膜
を製膜した４種類の試料を作製した。
製膜条件は次のとおりとした。
電流密度 ０．１Ｗ／ｃＪ
ガス流量 ３０５ＣＣＭ
基板温度 ２５０℃又は３００℃
放電時圧力 ０．５ Ｔｏｒｒ
Ｃ／ Ｓ ｉ １
これらの膜を次の条件で水素プラズマ処理した。
温 度 ３８０℃
水素ガス流 ５０ ＳＣＣＭ
圧 力 ０．２ Ｔｏｒｒ放電電流密度
０．１Ｗ／α直 処理時間 １０分間 こうした水素プラズマ処理した膜の光電特性を調べた。
０．１Ｗ／α直 処理時間 １０分間 こうした水素プラズマ処理した膜の光電特性を調べた。
暗導電率は暗室中での導電率を電流計（ＫＦＰＩＩＬＹ
社調）テ測定し、光導電率はＡＭ １ （１００ｍＷ／
Ｃシ）照明下の導電率を同じ電流計で測定して求めた。
社調）テ測定し、光導電率はＡＭ １ （１００ｍＷ／
Ｃシ）照明下の導電率を同じ電流計で測定して求めた。
光劣化率は４Ｍ１の照明を５時間照射後の光導電率の変
化によって求めた。また、ａ −ＳｉＣ：Ｉ（膜の光学
エネルギーバンドギャップ（Ｅｇ、。ｐｔ）、膜中結合
水素濃度（Ｃ工）、及び中心波数（ν、）も調べた。
化によって求めた。また、ａ −ＳｉＣ：Ｉ（膜の光学
エネルギーバンドギャップ（Ｅｇ、。ｐｔ）、膜中結合
水素濃度（Ｃ工）、及び中心波数（ν、）も調べた。
結果を表１に示す。表１には比較のために製膜後水素プ
ラズマ処理しない例をあわせて示した。
ラズマ処理しない例をあわせて示した。
表１では水素プラズマ中での水素放出によりＵｇｏｐｔ
の減少した膜と製膜温度を高温（３００℃）にすること
によりＵｇｏｐＬを減少させた膜の特性を比較した。両
膜では同程度のＦ、ｇｏｐｔ ＋ Ｃイを示すが、水
素プラズマ中で水素放出した膜の方がν１が減少してお
り５ｉｌｌｚの減少が見られる。また、初期光導電率も
水素プラズマ中で水素放出した膜の方が一桁以上大きく
高温で製膜した膜に比べ欠陥が少ないことが示唆された
。つまり、高温で製膜すると構造の熱的緩和の効果より
も成長表面の水素被覆率が低下することによる膜中欠陥
の増加が大きく、結果的に初期光導電率の低い膜が形成
される。
の減少した膜と製膜温度を高温（３００℃）にすること
によりＵｇｏｐＬを減少させた膜の特性を比較した。両
膜では同程度のＦ、ｇｏｐｔ ＋ Ｃイを示すが、水
素プラズマ中で水素放出した膜の方がν１が減少してお
り５ｉｌｌｚの減少が見られる。また、初期光導電率も
水素プラズマ中で水素放出した膜の方が一桁以上大きく
高温で製膜した膜に比べ欠陥が少ないことが示唆された
。つまり、高温で製膜すると構造の熱的緩和の効果より
も成長表面の水素被覆率が低下することによる膜中欠陥
の増加が大きく、結果的に初期光導電率の低い膜が形成
される。
ところが最適化された温度あるいはそれ以下で製膜した
のち水素プラズマ中で水素放出した膜は高温製膜した膜
よりも欠陥が少なく良好な電気的特性を示す。
のち水素プラズマ中で水素放出した膜は高温製膜した膜
よりも欠陥が少なく良好な電気的特性を示す。
表 １
〔発明の効果〕
本発明によれば、アモルファスシリコンカーバイドの光
劣化が抑制され、この材料を用いたアモルファスシリコ
ン太陽電池の信頼性を高める上で効果がある。
劣化が抑制され、この材料を用いたアモルファスシリコ
ン太陽電池の信頼性を高める上で効果がある。
Claims (1)
- １、プラズマＣＶＤ法で得られるアモルファスシリコン
カーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）膜を２５０〜５５０℃の
温度で水素プラズマ雰囲気処理して遊離水素を放出させ
ることを特徴とするアモルファスシリコンカーバイド膜
の光劣化抑制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63183484A JPH0233919A (ja) | 1988-07-25 | 1988-07-25 | アモルファスシリコンカーバイド膜の光劣化抑制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63183484A JPH0233919A (ja) | 1988-07-25 | 1988-07-25 | アモルファスシリコンカーバイド膜の光劣化抑制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0233919A true JPH0233919A (ja) | 1990-02-05 |
Family
ID=16136621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63183484A Pending JPH0233919A (ja) | 1988-07-25 | 1988-07-25 | アモルファスシリコンカーバイド膜の光劣化抑制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0233919A (ja) |
-
1988
- 1988-07-25 JP JP63183484A patent/JPH0233919A/ja active Pending
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