JPH04212474A - 薄膜太陽電池の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコン　（以
下ａ−Ｓｉと略す）　を主材料としたｐｉｎ接合を有し
、透光性絶縁基板および透明電極を通じてのｐ層側から
の光の入射により起電力を生ずる薄膜太陽電池の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】モノシランガスなどのグロー放電分解や
光分解により形成されるａ−Ｓｉ薄膜は、気相成長法に
よって得られるため大面積化が容易であり、低コスト太
陽電池の光電変換層に用いられる。

【０００３】通常、ａ−Ｓｉ太陽電池は図２にシングル
セルについて示すように、ガラス等の透光絶縁性基板１
の上に透明電極のための透明導電膜としてＳｎＯ２　膜
２を形成し、その上にＳｉＨ４　，　ＣＨ４　を主ガス
とし、Ｂ２　Ｈ６　をドーピングガス，　Ｈ２　を希釈
ガスとして、プラズマＣＶＤ法により非晶質シリコンカ
ーバイド　（以下ａ−ＳｉＣ　と略す）　のｐ層３を８
０〜１５０　Åの厚さに形成する。つづいてＳｉＨ４　
を主ガス，Ｈ２　を希釈ガスとしてｉ層５を形成し、さ
らにＳｉＨ４　を主ガス，　Ｈ２　を希釈ガス，　ＰＨ
３　をドーピングガスとしてｎ層６を　１００〜２００
０Åの厚さに形成し、裏面電極７を形成することにより
作製される。 図示の場合はｐ層３とｉ層５の間に、ノンドープあるい
は微量のほう素をドーピングしたａ−ＳｉＣのインタフ
ェース層４が形成されており、これにより主に開放電圧
ＶＯＣの向上がはかられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３において、ｉ層の
厚さ４０００Åのシングルセルのｐ層膜厚とセル特性の
関係を破線３１で示す。図からわかるように、ｐ層を薄
くするほどｐ層中での光学吸収損失が小さくなるため短
絡電流密度ＪＳＣが向上する。その半面、ｐ層の厚さを
　１００Å以下にするとＶＯＣが大きく低下するという
問題があった。 そのため、従来の太陽電池では、ｐ層膜厚を　１００Å
以上にする必要があり、ＪＳＣが低かった。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題を解決し、ｐ
層を薄くしてもＶＯＣが低下することがなく、高い変換
効率が得られる薄膜太陽電池の製造方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、透光絶縁性
基板上にＳｎＯ２　膜およびＺｎＯ膜を順に積層して透
明電極を形成したのち、シランガスを含む水素ふん囲気
中でＺｎＯ膜の表面に、プラズマＣＶＤ法で微結晶シリ
コンを成膜する際の条件で放電処理を行い、つづいてａ
−Ｓｉを主材料とするｐ層，　ｉ層およびｎ層をｐ層側
から積層し、ｎ層の表面に接触する裏面電極を形成する
ものとする。 そして、ＺｎＯ膜の厚さを　１５０〜４００　Åとする
ことが有効である。また、ｐ層がａ−ＳｉＣよりなり、
その厚さを３０〜８０Åとすることが有効である。さら
に、放電ふん囲気中のシランガスがＳｉＨ４　であるこ
と、またそのふん囲気中にＢ２　Ｈ６　を添加すること
あるいは放電処理と同一条件のプラズマＣＶＤ法の際の
微結晶シリコン層の成長速度と放電処理時間との積が１
０〜１００　Åであることも有効である。

【０００７】

【作用】表面にＳｎＯ２　膜を被着した基板上にｐ層を
形成すると、ＳｎＯ２　からＳｎおよびＯがｐ層に拡散
し、初期の数十Åの厚さのｐ膜は良好なｐ層にならない
ことがわかった。この拡散を、ＳｎＯ２　膜の上をＺｎ
Ｏ膜により被覆することにより防止すればｐ層の形成初
期から良好な膜が形成される。しかし、透明電極の表面
にＺｎＯ膜を形成すると、ＺｎＯとａ−ＳｉＣあるいは
ａ−Ｓｉのｐ層との間に大きなポテンシャルバリアを生
じ、ＶＯＣが低くなる。これに対し、ｐ層形成前にプラ
ズマＣＶＤ法による微結晶シリコン　（以下μｃ−Ｓｉ
と略す）　成膜の際と同様にシランガスを含むＨ２　ふ
ん囲気中で放電処理を施すと、上述のポテンシャルバリ
アが小さくなってＶＯＣが向上する。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のａ−Ｓｉ太陽電
池のシングルセルを示し、図２と共通の部分には同一の
符号が付されている。図２の断面構造と異なる点は、透
明電極を構成するＳｎＯ２　膜２とａ−ＳｉＣのｐ層３
の間にＺｎＯ膜８が挿入されていることである。

【０００９】この太陽電池は以下のようにして作製した
。まず、ガラス基板１の上にふっ素ドープＳｎＯ２　膜
２を３０００〜１００００　Åの厚さに形成する。その
上に　１５０〜４００　Åの厚さのＺｎＯ膜８を積層し
、ＳｎＯ２　／ＺｎＯ透明導電膜とする。ＺｎＯ膜８は
、Ａｌ１％ドープのターゲツトを用いてスパッタリング
法により形成した。この基板をプラズマＣＶＤ装置に装
着し、まずＨ２　で　１００倍に希釈したＳｉＨ４　お
よびドーピングガスＢ２　Ｈ６　を導入し、通常のａ−
Ｓｉ膜形成時の約１０倍の電力で２〜５分間放電を行っ
た。この成膜条件は、定常的にはμｃ−Ｓｉが成長する
条件であるが、２〜５分間の処理時間では基板の透過率
が変化しない。Ｘ線光電子分光法　（ＸＰＳ）　による
分析結果から２〜５分の放電処理後では、ＺｎＯからの
酸素の拡散により透明なＳｉＯ２　が成長するため透過
率が変化しないことが分かった。

【００１０】次に、ＳｉＨ４　およびＣＨ４　を主ガス
、Ｈ２　を希釈ガス、Ｂ２　Ｈ６　をドーピングガスと
してａ−ＳｉＣのｐ層３を３０〜８０Åの厚さに形成し
た。つづいて、ほう素を添加せずにａ−ＳｉＣのインタ
フェース層４を６０〜１２０　Åの厚さに形成し、さら
にａ−Ｓｉのｉ層５を３０００〜６０００Å，　ｎ層６
を　１５０Åの厚さに順次形成し、最後に裏面電極７と
してＡｌを蒸着した。

【００１１】図３の実線３２は、図１の構造を有し、Ｚ
ｎＯ膜８の厚さが　１５０Å、ｉ層５の厚さが４０００
Åのシングルセルのｐ層３の膜厚とセル特性の関係を示
す。図２の従来構造では、ｐ層３の厚さを　１００Å以
下にするとＶＯＣが大きく低下したのに対し、本発明を
実施することによりｐ層の厚さを４０ÅとしてもＶＯＣ
は同じ値を維持した。このように、本発明によりｐ層３
の膜厚を薄くすることが可能となり、ＶＯＣを低下させ
ずにＪＳＣを向上させることができるようになった。そ
の結果変換効率ηの最高値が、従来構造ではｐ層３の膜
厚　１００Åでの１１．８％であったのに対し、本発明
の実施例ではｐ層３の膜厚４０Åでの１２．４％と向上
した。図からわかるように、本発明が効果を発揮し、高
い効率が得られるようなｐ層膜厚の範囲は３０〜８０Å
である。なお、曲線因子ＦＦは、従来構造でも本発明の
実施例でもｐ層膜厚に依存しない。

【００１２】図４は、ＳｎＯ２　膜２の上に被覆したＺ
ｎＯ膜８の膜厚とセル特性の関係を示す。図から、Ｚｎ
Ｏ膜８の膜厚を　１００Å以下にすると、ＶＯＣおよび
ＪＳＣが低下することがわかる。これは、ＺｎＯ膜厚　
１００Å以下では、ＳｎＯ２　からｐ層中へのＳｎ，　
Ｏの拡散を完全に防止できないためである。一方、Ｚｎ
Ｏ膜８の膜厚を　２００Å以上にすると、次第にＪＳＣ
が低下する。これはＺｎＯの光学吸収損失によるもので
ある。以上のことから、ＺｎＯ膜８が高効率化に効果を
発揮する膜厚は　１５０〜４００　Åである。

【００１３】次に、ａ−ＳｉＣのｐ層成膜の前に行う放
電処理について検討した。放電処理なし，　Ｂドープμ
ｃ−Ｓｉおよびノンドープμｃ−Ｓｉの成膜条件での放
電処理およびＳｉＨ４　ガスを混合しないＨ２　プラズ
マ処理について検討した。その結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】ここで、成膜ｐ層３の厚さは４０Åであり
、μｃ−Ｓｉ処理およびＨ２　プラズマ処理の放電パワ
ーはすべて一定で、通常のａ−ＳｉＣ成膜時の約１０倍
である。処理時間はすべて５分間とした。表から、処理
を行わない場合、ＶＯＣが低いことがわかる。これは前
述のように、処理を行わない場合にＺｎＯ膜８とａ−Ｓ
ｉＣのｐ層３の間に大きなポテンシャルバリアを生じる
ため、ｐ層４０Åでは十分な拡散電位が得られないため
と考えられる。これに対し、μｃ−Ｓｉ処理を行うこと
により、Ｂドープのあり，なしにかかわらずＶＯＣが向
上し、高い変換効率ηが得られることがわかった。これ
は、上述のポテンシャルバリアが小さくなったため、あ
るいは極薄いコンタクト層が形成されたためと考えられ
る。一方、ＳｉＨ４　を導入せずＨ２　のみで行ったプ
ラズマ処理ではＦＦが大きく低下し、変換効率は未処理
の場合よりも小さくなった。以上のことから、ＺｎＯ膜
形成後にμｃ−Ｓｉの成膜条件で放電処理することが有
効である。

【００１６】次にμｃ−Ｓｉ条件での放電処理により形
成される膜の厚さについて検討した。しかし、実際に形
成された膜の厚さを測るのは難しいので、その条件でプ
ラズマＣＶＤ法を実施してある程度厚いμｃ−Ｓｉ膜を
形成した場合の成長速度（Ｄ）　を求めておき、その速
度と放電処理時間（Ｔ）　との積　（Ｄ×Ｔ）　を膜厚
を考えた。図５はＤ×Ｔとセル特性の関係を示し、例え
ばＤ×Ｔ＝５０Åはμｃ−Ｓｉならば１２．５Å／ｍｉ
ｎの成長速度が得られる条件で４分間の放電処理を行っ
た場合である。図からＤ×Ｔ≧３０Åにすることにより
十分なＶＯＣが得られることがわかる。 また、Ｄ×Ｔ≦６０Åの範囲では成長する膜がＳｉＯ２
　となるため光学吸収ロスにはならない。このためＪＳ
Ｃが低下せず一定値を保っている。以上のことからＤ×
Ｔの値は２０〜６０Åが望ましいが１０〜１００　Åで
あれば実用できる特性が得られる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、ＳｎＯ２　膜の上にｐ
層を積層した場合にＳｎＯ２　からＳｎ，　Ｏが拡散す
るためにｐ層の膜質が低下するのを、その間にＺｎＯ膜
を介在させることで防ぎ、そしてＺｎＯ膜とｐ層の間に
生ずるポテンシャルバリアを、ＺｎＯ膜表面をシランガ
スを含むＨ２　分中でμｃ−Ｓｉ成膜と同条件で放電処
理することにより低下させることによって、ｐ層の厚さ
を薄くしてもＶＯＣを低下させることがなくなり、薄膜
太陽電池のＪＳＣを向上させることが可能になった。こ
の場合、放電処理する際のふん囲気中のシランガスがＳ
ｉＨ４　ガスであることが有効であり、さらに、そのふ
ん囲気にＢ２　Ｈ６　を添加してもよい。そして、Ｚｎ
Ｏ膜厚を１５０Å以上にするとＳｎ，　Ｏの拡散を防止
できるが、　４００Å以下にすれば著しく光学吸収損失
が増大することがない。また、ｐ層にａ−Ｓｉより光学
吸収係数の小さいａ−ＳｉＣを用いるときには、その厚
さを３０〜８０Åにすることにより高い変換効率が得ら
れる。さらに放電処理をその放電処理によりμｃ−Ｓｉ
が成膜された場合の膜の成長速度と放電時間の積が１０
〜１００　Åになるように制御することが高いＪＳＣを
得るのに有効である。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例のａ−Ｓｉ太陽電池の断面構
造図 【図２】従来法によるａ−Ｓｉ太陽電池の断面構造図【
図３】従来法および本発明によるａ−Ｓｉ太陽電池のセ
ル特性とｐ層膜厚との関係線図 【図４】本発明によるａ−Ｓｉ太陽電池のセル特性とＺ
ｎＯ膜厚の関係線図　　 【図５】本発明によるａ−Ｓｉ太陽電池のセル特性と放
電処理により生ずべきμｃ−Ｓｉ膜厚と放電処理時間と
の積との関係線図 【符号の説明】 １　　　　ガラス基板 ２　　　　ＳｎＯ膜 ３　　　　ｐ・ａ−ＳｉＣ層 ４　　　　インタフェース層 ５　　　　ｉ・ａ−Ｓｉ層 ６　　　　ｎ・ａ−Ｓｉ層 ７　　　　裏面電極 ８　　　　ＺｎＯ膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光絶縁性基板上に酸化第二すず膜および
   酸化亜鉛膜を順に積層して透明電極を形成したのち、シ
   ランガスを含む水素ふん囲気中で酸化亜鉛膜の表面に、
   プラズマＣＶＤ法で微結晶シリコンを成膜する際の条件
   で放電処理を行い、つづいて非晶質シリコンを主材料と
   するｐ層，　ｉ層およびｎ層をｐ層側から積層し、ｎ層
   の表面に接触する裏面電極を形成することを特徴とする
   薄膜太陽電池の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、酸化亜鉛膜
   の厚さを　１５０〜４００Åとする薄膜太陽電池の製造
   方法。
3. 【請求項３】請求項１あるいは２記載の方法において、
   ｐ層が非晶質シリコンカーバイドよりなり、その厚さを
   ３０〜８０Åとする薄膜太陽電池の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１，　２あるいは３記載の方法にお
   いて、シランガスがモノシランガスである薄膜太陽電池
   の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の方法
   において、放電処理ふん囲気中にＢ２　Ｈ６　を添加す
   る薄膜太陽電池の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の方法
   において、放電処理と同一条件のプラズマＣＶＤ法の際
   の微結晶シリコン層の成長速度と放電処理時間の積が１
   ０〜１００　Åである薄膜太陽電池の製造方法。