JPH03280476A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、太陽電池等の光電変換装置の製造方法に関し
、特に導電型の異なる２つの不純物半導体層（ｐ層、ｎ
層）の間に真性半導体層（ｉ層）を設けた非単結晶半導
体からなる充電変換装置の製造方法に関する。

［従来の技術］ 非単結晶半導体からなる光電変換装置は、安定性が良く
ないといわれている。特にアモルファスシリコン太陽電
池の場合には、５ｔａｅｂｌｅｒ−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果
と呼ばれる現象がある。すなわち、ｐ層、ｉ層及びｎ層
からなる素子のうち活性層であるｉ層の電導度が光照射
によりしたいに低下してキャリア輸送能が下刃、（す、
素子の変換効率が低下するのである。

そこで、ｉ層を薄膜化してこの層の電界強度を高める試
みがなされている。キャリア輸送能を予め上げておくこ
とによって素子の劣化を抑制しようとするのである。

また、それぞれｐ層、ｉ層及びｎ層からなる複数の素子
をタンデム接続し、受光面側素子のｉ層を薄膜化する試
みもなされている。このようなタンデム構造の採用によ
り、受光面側素子はｉ層薄膜化の効果で劣化が抑制され
、裏面側素子は長波長光のみが照射されるために劣化が
抑制されると考えられている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記ｉ層薄膜化技術やタンデム構造の採用によっても太
陽電池の劣化の抑制は十分ではなく１年問屋外使用した
ときの光電変換効率の劣化の割合が１５％を上回る問題
があった。

さて、ｐ層とｎ層との間のｉ層を高温で成膜することは
劣化抑制に効果があるものと考えられる。しかしながら
、本発明者らは、太陽電池の製造過程において単にｉ層
を高温で成膜するだけでは初期変換効率が著しく低下す
ることを見いだした。ｐ層上にｉ層を高温成膜する際に
ｐ層中の不純物がｉ層内に拡散してｐ　／　ｉ界面に不
活性層か生成し、これにより初期変換効率が低下するも
のと考えられる。

本発明は、導電型の異なる２つの不純物半導体層の間に
真性半導体層を設けた非単結晶半導体からなる光電変換
装置に関し、初期変換効率の低下を防止しながら劣化の
抑制を実現する製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る光電変換装置の製造方法は、第１の不純物
半導体層（ｐ層又はｎ層）を成膜し、この層の成膜温度
と同等又はこれより高い温度でこの層に熱処理を施し、
この第１の不純物半導体層の成膜温度と同等又はこれよ
り高い温度でｉ層を成膜したうえで、第２の不純物半導
体層（ｎ層又はｐ層）を成膜するものである。

第１の不純物半導体層の熱処理温度及びｉ層の成膜温度
は、１００℃以上、４００’Ｃ以下とする。

［作　用コ 本発明に係る方法によれば、成膜した第１の不純物半導
体層に熱処理を施すことによってこの層の耐熱性及び耐
プラズマ性を向上させたうえで高温ｉ層の成膜を行なう
から、高温ｉ層の成膜中に第１の不純物半導体層から高
温ｉ層中に不純物か拡散することはない。したがって、
初期変換効率の低下が防止できる。

また、高温１層は光照射を受けてもキャリア輸送能が安
定しており、劣化が抑制される。

［実施例〕 第１図は、本発明の実施例に係る方法で製造した有効面
積１．０ｃｍ２　（１，０ｃｍＸ１゜Ｏｃｍ）の太陽電
池の断面図である。ただし、各半導体層の成膜には平行
平板容量結合型グロー放電装置を使用するのが適当であ
る。

ガラス基板（１）上の例えばＳ　ｎ　０２からなる透明
電極（２）の上に、まずａ−ＳｉＣ：Ｈからなるｐ層（
３）を２５０人成膜する。グロー放電装置に供給するガ
ス流量は、Ｓ　Ｉ　Ｈ４が５ｓｅｃｍ、ＣＨ４が１５ｓ
ｃｃｍＳＢ２Ｈ６（１０００ｐｐｍＨ２希釈品）が１５
ｓｅｃｍ、Ｈ２が５０ｓｃｃｍである。他の条件は、反
応圧力１．０Ｔｏｒｒ、基板温度２００℃、ＲＦパワー
５０ｍＷ／ｃｍ２である。

次に、真空中でｐ層（３）に３００℃、１時間の熱処理
を施す。

熱処理か完了したｐ層（３）の上に基板温度３２０℃の
高温でａ−Ｓｉ：Ｈからなるｉ層（４）を５０００人成
膜する。他の成膜条件は、ＳｉＨ４のガス流量１０１０
５ｅ、反応圧力０．　３Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー５０ｍＷ
／ｃｍ２である。

続いてｉ層（４）の上に、微結晶化したａ−Ｓｉ：Ｈか
らなるｎ層（５）を３００人成膜する。

ガス流量は、Ｓ　ｉＨ４が５　ｓ　ｅ　ｃｍ、　ＰＨ３
（１０００ｐ　ｐ　ｍ　Ｈ２希釈品）が１０１００５ｃ
　ＳＨ２が２００ｓｅｃｍである。他の条件は、反応圧
力１．０Ｔｏｒｒ、基板温度２００”Ｃ１ＲＦパワ一５
００ｍＷ／ｃｍ２である。

最後に金属からなる裏面電極（６）をｎ層（５）上に成
膜する。

第２図は、以上に説明した方法で製造した太陽電池の初
期外部特性（電流電圧特性）を示すグラフである。測定
には、ＡＭ−１，１００ｍＷ　／　ｃ　ｍ　２のソーラ
ーシミュレート光を用いた。

特性値は、開放電圧０．８２１ｖ、ｏｌｔｓ　ｓ短絡電
流１６．５８ｍＡ／ｃｍ　　　ＦＦ　（フィルファクタ
）６１．１１％、光電変換効率８．３２８％である。１
年問屋外使用したときの光電変換効率の劣化の割合は１
０％未満であって、従来に比べて大幅に劣化が抑制され
ている。

第３図は、比較例の初期外部特性を示すグラフである。

この比較例に係る太陽電池は、ｐ層（３）に熱処理を施
さない意思外は上記実施例と全く同じに作成したもので
ある。つまり、ｐ層（３）に熱処理を施さないで３２０
℃の高温でｉ層（４）を成膜したものである。実施例の
場合と同じ条件で測定した比較例の特性値は、開放電圧
０．８０６ｖｏｌｔｓ　、短絡電流１５．５８ｍＡ／ｃ
ｍ　　　ＦＦ４７．８２％、光電変換効率６゜０１４％
である。

両特性の比較から、ｉ層（４）の高温成膜前にｐ層（３
）に熱処理を施すことによって、ＦＦ等の初期外部特性
が改善されることがわかる。特に初期変換効率の大幅な
改善が認められる。

ｐ層（３）の成膜温度は、５０℃以上、４００℃以下が
望ましい。

ｐ層（３）の熱処理温度は、この層（３）の成膜温度と
同等又はこれより高いことが必要であって、１００℃以
上、４００℃以下であることが必要である。ｐ層成脱湿
度より１００℃程度高い温度が最適である。処理時間は
１０分以上、２時間以下が望ましい。なお、本実施例で
は真空中で熱処理を行っているが、水素雰囲気でも良く
、窒素等の不活性ガスの雰囲気でも良い。

ｉ層（４）の成膜温度も、ｐ層（３）の成膜温度と同等
又はこれより高いことが必要であって、１００℃以上、
４００℃以下であることが必要である。このうち２００
℃以上、４００℃以下の範囲が望ましい。

半導体層のうち最後に成膜するｎ　層（５）の成膜温度
は、ｐ層（３）の成膜温度と同等又はｉ層（４）の成膜
温度と同等が適当である。なお、以上のｐ、１、ｎ各層
（３，４，５）の膜厚は、前記の値に限定されない。

前記Ｓ　ｎ　０２以外の透明電極（２）の構成材料とし
ては、ＩＴＯやＺｎＯ等の他の透明な金属酸化物をあげ
ることができる。これらの材料を複合使用しても良い。

光電変換装置を構成する非単結晶半導体としてはＳ　ｉ
ＳＳ　ｉｃ、Ｓ　ｉＮ。

５ｉｄｅ、５ｉＳｎ等の水素化合金（例えば実施例でｐ
層（３）に使用したａ−３ｉＣ：Ｈやｉ層（４）に使用
したａ−３ｉ：Ｈ）やフッ素化合金等の一般に光起電力
素子に使用されるアモルファスシリコン系半導体をあげ
ることができる。

上記実施例においてｎ層（５）に使用したような微結晶
を含むアモルファス半導体でも良いし、多結晶半導体で
も良い。受光面側には、上記実施例のようにａ−３ｉＣ
：Ｈに周期律表ｍｂ族の元素をドープしたｐ層（３）を
配するのが最も好適である。ただし、受光面側にｎ層を
配置しても良く、この場合のｎ層には周期律表ｖｂ族の
元素をドープしたａ−３ｉＣ：Ｈを使用するのか最適で
ある。

ｐ層（３）と１層（４）との間又はｎ層（５）とｉ層（
４）との間にｉ層（４）に向かって光学的禁制帯幅及び
不純物濃度か段階的に減少する層を設けても良い。この
不純物半導体層の膜厚は、３０Ａ以上、５００λ以下が
適当であり、より好ましくは５０Å以上、２００Å以下
である。

受光面側の不純物半導体層（ｐ層（３）又はｎ層）と透
明電極（２）との間に、両者間の接触抵抗を下げる目的
で、受光面側不純物半導体層と同じ導電型の高濃度ドー
ピング層を設けても良い。この高濃度ドーピング層の膜
厚は、５Å以上、１００Å以下が適当であり、より好ま
しくは１０Å以上、５０Å以下である。不純物濃度は、
受光面側不純物半導体層の５倍以上、５０倍以下が適当
である。

それぞれｐ層、ｉ層及びｎ層からなる２素子をタンデム
接続した２段タンデム構造を採用する場合には、受光面
より遠い側の素子について本発明を適用するのが効果的
である。

［発明の効果コ 以上に説明したように、本発明に係る製造方法は、導電
型の異なる２つの不純物半導体層の間に真性半導体層を
設けた非単結晶半導体からなる光電変換装置の製造方法
であって、第１の不純物半導体層を成膜し、この層の成
膜温度と同等又はこれより高い温度でこの層に熱処理を
施し、この第１の不純物半導体層の成膜温度と同等又は
これより高い温度で真性半導体層を成膜したうえで、第
２の不純物半導体層を成膜するものであるから、光電変
換装置の初期変換効率の低下を防止しながらその劣化を
抑制することができる。したがって、本発明によれば高
効率かつ高信頼性の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図は本発明の実施例に係る方法で製造した太陽電池
の断面図、第２図は前回の太陽電池の初期外部特性を示
すグラフ、第３図は比較例の初期外部特性を示すグラフ
である。 符号の説明 ■・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・ｐ層
、４・・・ｉ層、５・・・ｎ層、６・・・裏面電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電型の異なる２つの不純物半導体層の間に真性半
   導体層を設けた非単結晶半導体からなる光電変換装置の
   製造方法であって、第１の不純物半導体層を成膜し、こ
   の層の成膜温度と同等又はこれより高い温度でこの層に
   熱処理を施し、この第１の不純物半導体層の成膜温度と
   同等又はこれより高い温度で真性半導体層を成膜したう
   えで、第２の不純物半導体層を成膜する製造方法。 ２、第１の不純物半導体層の熱処理温度を１００℃以上
   、４００℃以下とする請求項１記載の製造方法。 ３、真性半導体層の成膜温度を１００℃以上、４００℃
   以下とする請求項１又は２に記載の製造方法。