JPH04116870A - 受光素子の製造方法 - 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】 〔概　要〕 非晶質半導体層より構成される受光素子の製造方法に関
し、 複数の非晶質層の接合面を平坦化する一方で、基板を金
属により形成する場合には非晶質半導体層を剥離し雛＜
シ、あるいは、透明基板の上に透明を橿を形成する場合
には透明電極と非晶質半導体層との界面の凹凸を残存さ
せることを目的とし、基板上に非晶質半導体層を形成し
た後に、該非晶質半導体層に半導体イオンを注入して該
非晶質半導体層表面を平坦化する工程を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、受光素子の製造方法に関し、より詳しくは、
多層の非晶質半導体層を有する受光素子の製造方法に関
する。

〔従来の技術〕

受光素子は、例えば第６図に示す太陽電池は、ステンレ
ス鋼、アルミニウム、モリブデン等の金属により形成し
た基板ａの上に、ｎ型非晶質２９３７層す、ｉ型非晶質
シリコン層Ｃ及びｎ型非晶質シリコン層ｄを気相成長法
により順に積層し、透明電極層ｅをスパッタ法により積
層した後に、ガラス層ｆを気相成長法により形成した構
造となっている。

ところで、非晶質シリコン層ｂ−ｄを成長させる場合に
は、第２図に例示するような気相成長装置ｌＯの反応室
１１内に例えばモノシランガスを供給するとともに、反
応室１１内に設けた一対の電極間１２．１３に直流電界
又は高周波電界を与えてグロー放電を生じさせ、分解に
より生じたシリコンを基板ａの上に堆積するようにして
いる。

しかし、基板ａ上のｐ型非晶質シリコンｌｂは、０．１
〜１μｍと非常に薄い厚さに形成されるために、その下
地となる基板ａの表面の凹凸がそのまま表出し、ｎ型非
晶質２９３７層すの上面に１００〜５００人の凹凸が形
成される。

このため、ｎ型非晶質２９３７層すの上に積層されるｉ
型非晶質１ｃ、ｎ型非晶質層ｄの上下面にも凹凸が発生
し、それらの接合面の凹凸により電界が集中してリーク
電流が増大したり、或いは堆積膜厚が不均一になって非
晶質シリコン層ｂ−ｄにピンホールが生じ易く、これら
が太陽電池の変換効率を低下させる要因となる。

そこで、非晶質シリコン層間の界面を平坦に形成する方
法が種々提案されている。

例えば、基板ａを金属により形成する場合には、その表
面を＄１ＯＯＯ〜１５００程度まで段階的に分けて粒研
磨し、その後に更に電界研磨を施して鏡面仕上げする方
法が用いられているが、この方法によれば、工程操作が
複雑で長時間を要するといった問題がある。

この問題を解消するために、ステンレス鋼よりなる基板
の表面に電界メツキ法によりニッケル膜を被覆して基板
ａ上面の凹凸を軽減する方法が特開昭６１２８７１７５
号において提案されている。

また、特開昭６３−１４３８７５号においては、ガラス
等よりなる透明基板の表面に、二酸化錫（ＳｎＯ□）よ
りなる透明電極を形成し、この上に熱硬化性の樹脂を塗
布し、この樹脂膜を加熱して平坦化した後に、スパッタ
エツチング法により樹脂層から透明電極の上層に至まで
均一にエツチングし、透明電極の上面の凹凸を０．１〜
０．２μｍまで小さくして平坦化する方法が提案されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の方法によれば、基板を構成するス
テンレス鋼とニッケルに存在している残留応力が、シリ
コン膜を堆積する際の基板加熱温度（４００℃程度）に
より緩和される一方、シリコン膜形成の後に冷却されて
元の状態に戻るために、基板上の非晶質シリコン膜に応
力が加わり、シリコン膜が基板から剥離し易くなるとい
った問題がある。

また、後者の方法によれば、透明電極に入射した光がそ
の上の半導体層に乱反射せずに照射することになるが、
透明電極においては、その表面から入射した光を散乱さ
せてから半導体層に入れ、吸収係数の小さな長波長光を
有効利用して変換効率を高くすることが重要であり（参
考資料；　ＴＥＥ　ＥＬＥＣＴＯＲＯＮ　ＤＥ、　ＶＩ
ＣＥ　ＬＥＴＴＥＲ５，ＥＯＲ−４，１９８３，ｐ、１
５７〜１５９）、表面を平坦化することは好ましくない
。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、ｎ型、ｉ型及びｎ型の非晶質層間の接合面を平坦化す
る一方で、非晶質半導体層を金属基板から剥離し難くし
、あるいは、透明電極の上に形成された透明電極と非晶
質半導体膜の界面に凹凸を残存させることができる受光
素子の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〕

上記した課題は、第１．５図に例示するように、基板１
の上に一導電型非晶質半導体層２を形成する工程と、該
一導電型非晶質半導体層２の上層部に該半導体層２を平
坦化させるための半導体イオンを注入して該一導電型非
晶質半導体層２の上面を平坦化する工程と、前記一導電
型非晶質半導体層２の上に非晶質真正半導体層３、反対
導電型非晶質半導体層４を順に積層する工程と、該反対
導電型非晶質半導体層４の上に電極５を形成する工程と
を有することを特徴とする受光素子の製造方法、 または、透明基板７の上に透明電極層８を形成する工程
と、該透明電極層８の上に反対導電型非晶質半導体層４
を積層する工程と、該反対導電型非晶質半導体層４の上
層部に該半導体層４を平坦化させるための半導体イオン
を注入して該反対導電型非晶質半導体層４の上面を平坦
化する工程と、該反対導電型非晶質半導体層４の上に非
晶質真正半導体層３、一導電型非晶質半導体層２を順に
積層する工程と、該一導電型非晶質半導体層２の上に電
極９を形成する工程とを有することを特徴とする受光素
子の製造方法、 または、前記半導体イオンの注入量を５Ｘ１０”７１以
上としたことを特徴とする受光素子の製造方法によって
達成する。

〔作　用〕

本発明によれば、基板１上に形成する非晶質半導体層２
の表面に半導体イオンを注入して、その表面を平坦化す
るようにしている。

このため、基板１の上に形成される非晶質半導体層２の
上面だけが平坦化され、この上に連続的に形成される別
の非晶質半導体層が平坦化され、リーク電流の発生が抑
制される。

また、第１の本発明によれば、基板１の非晶質半導体Ｎ
２の上面をイオン注入により平坦化するようにしている
ために、金属基板１の上にニッケル等の平坦化膜を形成
する必要はなくなり、多層金属基板の温度変化による応
力を受けることがなくなり、非晶質半導体層２が基板１
から剥離し難（なる。

さらに、第２の本発明によれば、透明電極層８を介して
透明基板７に非晶質半導体層４を積層する場合に、透明
電極を平坦化する必要がなくなるため、非晶質半導体層
４と透明電極層８との界面に生じる凹凸はそのまま残存
することになる。

この結果、透明基板７から入る光を、透明電極層８上面
の凹凸面によって散乱させてから非晶質半導体層４に入
射させることが可能になり、吸収係数の小さな長波長光
を有効利用することができ、変換効率はさらに高まる。

なお、半導体イオンの注入量が５Ｘ１０１ｓ／ｃ＋ａ以
上になれば、非晶質半導体層の凹凸を完全になくすこと
ができる。

〔実施例〕

そこで、以下に本発明の詳細を図面に基づいて説明する
。

（ａ）本発明の第１の実施例の説明 第１図は、本発明の一実施例装置の製造工程を示す断面
図であって、図中符号１は、アルミニウムよりなる基板
で、その上面は、＃１０００の粗さに粒研磨されている
。

まず、第２図に例示するような気相成長装置１０におけ
る反応室１１内の支持電極１２の上に上記基板１を載置
する。

そして、反応室１１内を減圧してガス圧力を０．４Ｔｏ
ｒｒにするとともに、基板１を３００℃まで加熱し、ま
た、出力２０Ｗａｔｔ、周波数１３．５５ＭＨｚの高周
波電源Ｒｆを対向電極１３に接続し、さらに、ジボラン
（Ｂｚｎ、）を０．７％含有するシラン（ＳｉＨｓ）ガ
スを１２０　ｃｃ／ｓｉｎの流速でガス供給口１４から
反応室１１内に供給する。

これにより、電極１２．１３間に供給された反応ガスは
グロー放電により分解され、基板１の上面にｐ型の非晶
質シリコン層２が積層する。この場合、ｐ型非晶質シリ
コン層２の膜厚が平均５００人程度になるまで膜を成長
させる（第１図（ａ））。

この段階で、Ｐ型非晶質シリコン層２０表面状態を高分
解能ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によって観察したとこ
ろ、その上面に生じる凹凸の高さは３００人程０になっ
ていた。

次に、気相成長装置１０から基板ｌを取り出した後に、
加速エネルギ２０ｋｅＶ、注入量ｌＸｌ０”〜８　Ｘ　
１０　′ｓ／ｄの条件で、シリコン（Ｓｉ）イオンをＰ
型非晶質シリコン膜２の上面に注入した後に（第１図（
ｂ））、その面を高分解能ＳＥＭにより観察すると、凹
凸の高さは小さ（なる。

この場合のイオン注入の深さは、凹凸の高さと同程度で
あれば十分であり、例えば凸部上端から３００人とする
。また、Ｓｉイオンの注入量が多くなるにつれて凹凸の
高さはさらに減少し、その注入量を５×１０Ｉｓ／ｃ４
以上にすると、高分解能ＳＥＭを４０万倍まで倍率を上
げても凹凸の存在が観察されず、完全に平坦化されるこ
とが明らかになった（第３図）。

次に、気相成長装Ｗ１０の反応室ＩＩに基板１を入れ、
５１ｇ４ガスを用いてＰ型非晶質シリコン層２の上↓こ
ｎ型非晶質シリコンＮ３を５０００人程度積層しく第１
図（Ｃ））、この後に、ホスフィン（Ｐ）Ｉ３）を０．
２％含有した５ｉＨｎガスを用いてｎ型非晶質９９３７
層３の上にｎ型非晶質シリコンＮ４を３００人程０に厚
さに堆積する（第１図（ｄ））。

この場合、ｎ型非晶質９９３７層３は、平坦化されたＰ
型非晶質シリコン層２の上に形成されるために平坦な上
面が得られ、また、この上に形成されるｎ型非晶質９９
３２層４の上面も平坦になるため、各非晶質シリコン層
２〜４相互間の界面は凹凸の小さな接合面、又は凹凸の
ない接合面となる。

この後に、スバンタ法等によってｎ型非晶質９９３２層
４の上にＩＴＯ（Ｍ化インジウムＩ）よりなる透明電極
層５を形成し、その上にガラス層６を配置する。

なお、基板ｌと透明電極５には図示しない配線層が接続
され、それらの間に電圧を印加するように構成されてい
る。

上記した実施例において、ニッケル膜を介さずに金属基
板１の上にＰ型非晶質シリコン層２を直接形成している
ために、基板の温度変化による大きな応力を受けること
がなく、シリコン層の剥離は生じ難くなる。

また、ｎ型非晶質２９３７層２の上面にＳｔイオンを注
入してその上面を平坦化しているために、その上に形成
されるｎ型非晶質９９３７層３及びｎ型の非晶質シリコ
ン層４の上下面も平坦になり、ｐ型、ｎ型及びｎ型の非
晶質シリコン層２〜４のそれぞれの接合面は平坦になり
、リーク電流の発生は抑制される。

ところで、ｎ型非晶質２９３７層２へのＳｉイオン注入
量を相違させ、その表面の凹凸を変えて種々の太陽電池
を形成した結果、Ｓｉイオン注入量と変換効率との関係
は第４図に示すようになり、これによれば、Ｓｉイオン
注入量が増えるにしたがって各非晶質シリコン層２〜４
の各接合面の凹凸が小さ（なり、変換効率が高くなって
ゆくことがわかる。

例えば、イオン注入量を５Ｘ１０”／ｅ１Ｍとしたとき
に、開放電圧０．８４Ｖ、短絡電流１７ｍＡ／ｃｊ、Ｆ
Ｆ（フィルタファクター）０．６９で変換効率は９゜８
５％であり、また、イオン注入量を８Ｘ１０”／ｉまで
増加させても、凹凸の平坦化は５Ｘ１０”／ｄの状態で
既に完了しているために、変換効率の上昇は見られない
。

（ｂ）本発明の他の実施例の説明 上記した実施例は、アルミニウムよりなる基板１の上に
Ｐ型非晶質シリコン層２を形成してからこれにＳｉイオ
ンを注入して平坦化し、この上にｎ型及びｎ型の非晶質
シリコン層３．４を形成するものであるが、第５図に示
すように、上面に凹凸があるガラスよりなる透明基板７
の上に透明を掻層８を形成してから、この上にｎ型非晶
質９９３２層４を積層してこれをＳｉイオン注入により
平坦化した後に、ｎ型及びｐ型の非晶質シリコン層３．
２を順に堆積し、さらに、この上に金属層９を積層する
ことによって太陽電池を構成することも可能である。

これによれば、ｎ型非晶質９９３２層４の下面は透明電
極層８の上面に沿った形状となってこれらの界面に凹凸
を生じさせる一方で、ｎ型非晶質シリコン層４の上面を
イオン注入によって平坦化しているために、透明基板７
から入る光を透明電極層８の凹凸面によって散乱させて
からｎ型非晶質９９３２層４に入射させることが可能に
なり、吸収係数の小さな長波長光を有効利用することが
でき、変換効率をさらに高めることが可能になる。

また、上記した実施例においては、グロー放電法により
二層目、三層目の非晶質シリコン層を形成する場合に、
原料ガスのガス圧を上げる等によって膜の堆積速度を速
くすると、膜中のピンホール濃度が増加してしまうため
、このような堆積条件化で膜を形成するときには非晶質
膜を形成する毎にシリコンイオンを注入してピンボール
を除去することが望ましい。

なお、非晶質シリコン膜を形成する方法としては、上記
したグロー放電法の他に、熱ＣＶＤ法、レーザＣＶＤ法
、ＭＢＥ法等がある。また、基板を構成する金属材料と
して、アルミニウムの他にステンレス鋼、モリブデン等
の金属やセラミックを用いることも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、基板上に形成する非
晶質半導体層の表面に半導体イオンを注入して、その表
面を平坦化するようにしているので、基板の上に形成さ
れる非晶質半導体層の上面側だけを平坦化することがで
き、この非晶質半導体層の上に連続的に形成される別の
非晶質半導体層の面に凹凸が生じることを防止して、リ
ーク電流の発生を抑制することができる。

また、本発明によれば、非晶質半導体層をイオン注入に
より直接平坦化するようにしているので、金属基板の上
にニッケル等の平坦化膜を形成する必要はなくなり、金
Ｉｌｌ：基板の温度変化による反りの応力を受けること
がないために、非晶質半導体層を基板から剥離しにくく
することが可能になる。

さらに、透明基板の上に透明電極を形成する場合に、透
明電極を平坦化する必要がなくなるために、非晶質シリ
コン層と透明電極との界面に凹凸を生じさせるとともに
、その非晶質シリコン層の上面を平坦化することができ
、透明基板から入る光を、透明電極の凹凸面によって散
乱させてから非晶質シリコン層に入射させることが可能
になり、吸収係数の小さな長波長光を有効利用すること
ができ、変換効率をさらに高めることができる。

なお、半導体イオンの注入量が５Ｘ１０”／ｃｄ以上に
なれば、非晶質半導体層の凹凸を完全になくすことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製造工程の第１実施例を示す断面図
、 第２図は、本発明に用いる成膜装置の一例を示す構成図
、 第３図は、本発明の第１／Ｓ１一実施例において注入す
７字るＳｉイオン注入量と非晶質シリコン膜の平坦性の
関係を示す特性図、 第４図は、本発明方法により形成した太陽電池のＳｉイ
オン注入量と変換効率との関係を示す特性図、第５図は
、本発明の製造工程の第２実施例を示す断面図、 第６図は、従来方法によって形成された装置の一例を示
す断面図である。 （符号の説明） ｌ・・・基板、 ２・・・ｐ型非晶質シリコン層、 ３・・・ｉ型非晶質シリコン層、 ４・・・ｎ型非晶質シリコン層、 ５・・・透明電極層、 ６・・・ガラス層、 ７・・・透明基板、 ８・・・透明電極層、 ９・・・金属層。 出　願　人　　富士通株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板（１）の上に一導電型非晶質半導体層（２）
   を形成する工程と、 該一導電型非晶質半導体層（２）の上層部に該半導体層
   （２）を平坦化させるための半導体イオンを注入して該
   一導電型非晶質半導体層（２）の上面を平坦化する工程
   と、 前記一導電型非晶質半導体層（２）の上に非晶質真正半
   導体層（３）、反対導電型非晶質半導体層（４）を順に
   積層する工程と、 該反対導電型非晶質半導体層（４）の上に電極（５）を
   形成する工程とを有することを特徴とする受光素子の製
   造方法。
2. （２）透明基板（７）の上に透明電極層（８）を形成す
   る工程と、 該透明電極層（８）の上に反対導電型非晶質半導体層（
   ４）を積層する工程と、 該反対導電型非晶質半導体層（４）の上層部に該半導体
   層（４）を平坦化させるための半導体イオンを注入して
   該反対導電型非晶質半導体層（４）の上面を平坦化する
   工程と、 該反対導電型非晶質半導体層（４）の上に非晶質真正半
   導体層（３）、一導電型非晶質半導体層（２）を順に積
   層する工程と、 該一導電型非晶質半導体層（２）の上に電極（９）を形
   成する工程とを有することを特徴とする受光素子の製造
   方法。
3. （３）前記半導体イオンの注入量を５×１０＾１＾５／
   ｃｍ＾２以上としたことを特徴とする請求項１〜２記載
   の受光素子の製造方法。