JPH04321277A - 非晶質シリコン薄膜の形成方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法 - Google Patents
非晶質シリコン薄膜の形成方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法Info
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- JPH04321277A JPH04321277A JP3116996A JP11699691A JPH04321277A JP H04321277 A JPH04321277 A JP H04321277A JP 3116996 A JP3116996 A JP 3116996A JP 11699691 A JP11699691 A JP 11699691A JP H04321277 A JPH04321277 A JP H04321277A
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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
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は広い光学的バンドギャッ
プ及び高い光導電率を有する非晶質シリコン層の形成方
法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法に関する
。
プ及び高い光導電率を有する非晶質シリコン層の形成方
法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法に関する
。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を主体とす
る光起電力装置においては、その変換効率を向上するた
め、ｐ型、ｉ型、ｎ型又はｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質シ
リコン層を２層以上積層した積層型の光起電力装置の研
究が従来より盛んに行われている。
る光起電力装置においては、その変換効率を向上するた
め、ｐ型、ｉ型、ｎ型又はｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質シ
リコン層を２層以上積層した積層型の光起電力装置の研
究が従来より盛んに行われている。
【０００３】この積層型の光起電力装置にあっては、光
を有効利用するために、光入射側の第１層には光学的バ
ンドギャップの広いものを用いることが好ましい。
を有効利用するために、光入射側の第１層には光学的バ
ンドギャップの広いものを用いることが好ましい。
【０００４】このため、従来では、ａ−Ｓｉ膜中にＣ（
炭素）やＯ（酸素）等を添加して光学的バンドギャップ
を広くする方法が用いられている。しかしながら、この
場合、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓ
ｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ，９７＆９８（１９８
７）」の１０２７頁ないし１０３４頁に記載されている
ように、Ｃ等を添加すると、ａ−Ｓｉの膜質（光導電率
等）が低下するという問題があった。
炭素）やＯ（酸素）等を添加して光学的バンドギャップ
を広くする方法が用いられている。しかしながら、この
場合、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓ
ｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ，９７＆９８（１９８
７）」の１０２７頁ないし１０３４頁に記載されている
ように、Ｃ等を添加すると、ａ−Ｓｉの膜質（光導電率
等）が低下するという問題があった。
【０００５】一方、Ｃ等を添加することなくａ−Ｓｉ中
の水素（Ｈ）濃度を高くすることにより、広い光学的バ
ンドギャップを有する膜を形成することができる。水素
濃度を高くするには、基板温度を低下させてａ−Ｓｉ膜
を形成すれば良い。例えば、ａ−Ｓｉ膜の形成時におけ
る基板温度を１００℃以下とすれば、３０ａｔｍ・％の
Ｈ原子を有するａ−Ｓｉ膜が得られる。
の水素（Ｈ）濃度を高くすることにより、広い光学的バ
ンドギャップを有する膜を形成することができる。水素
濃度を高くするには、基板温度を低下させてａ−Ｓｉ膜
を形成すれば良い。例えば、ａ−Ｓｉ膜の形成時におけ
る基板温度を１００℃以下とすれば、３０ａｔｍ・％の
Ｈ原子を有するａ−Ｓｉ膜が得られる。
【０００６】しかしながら、基板温度を低下させると、
ａ−Ｓｉ膜の光導電率が低下し、この場合も優れた膜特
性を有するａ−Ｓｉ膜を形成できないという問題があっ
た。
ａ−Ｓｉ膜の光導電率が低下し、この場合も優れた膜特
性を有するａ−Ｓｉ膜を形成できないという問題があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のａ−Ｓｉ膜の製造方法では、広い光学的バンドギャッ
プ及び優れた膜特性、特に高い光導電率を備えた膜を形
成することができず、どちらかの特性を犠牲にせざるを
得なかった。
のａ−Ｓｉ膜の製造方法では、広い光学的バンドギャッ
プ及び優れた膜特性、特に高い光導電率を備えた膜を形
成することができず、どちらかの特性を犠牲にせざるを
得なかった。
【０００８】本発明は上述した従来の問題点を解消し、
ＣやＯを添加することなく、Ｈ濃度を高くして広い光学
的バンドギャップを備え且つ光導電率を向上させたａ−
Ｓｉ膜の形成方法を提供することをその課題とする
ＣやＯを添加することなく、Ｈ濃度を高くして広い光学
的バンドギャップを備え且つ光導電率を向上させたａ−
Ｓｉ膜の形成方法を提供することをその課題とする
【０
００９】
００９】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる非晶質
シリコン薄膜の形成方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて
非晶質シリコン薄膜を形成した後、水素ガスをプラズマ
反応させて、上記非晶質シリコン薄膜中に水素を添加す
ることを特徴とする。
シリコン薄膜の形成方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて
非晶質シリコン薄膜を形成した後、水素ガスをプラズマ
反応させて、上記非晶質シリコン薄膜中に水素を添加す
ることを特徴とする。
【００１０】更に、上記水素ガスのプラズマ反応を磁場
を印加して行うことにより、水素ガスのプラズマ生成領
域を非晶質シリコン薄膜より離間させると良い。
を印加して行うことにより、水素ガスのプラズマ生成領
域を非晶質シリコン薄膜より離間させると良い。
【００１１】また、この発明にかかる光起電力装置の製
造方法は、基板上に、一導電型の非晶質シリコン層、ｉ
型非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコン層を形成
してなる光起電力装置の製造方法であって、上記ｉ型非
晶質シリコン層はプラズマＣＶＤ法を用いてｉ型非晶質
シリコン薄膜を形成した後、水素ガスをプラズマ反応さ
せて、上記薄膜中に水素を添加したことを特徴とする。
造方法は、基板上に、一導電型の非晶質シリコン層、ｉ
型非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコン層を形成
してなる光起電力装置の製造方法であって、上記ｉ型非
晶質シリコン層はプラズマＣＶＤ法を用いてｉ型非晶質
シリコン薄膜を形成した後、水素ガスをプラズマ反応さ
せて、上記薄膜中に水素を添加したことを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明の方法を用いれば、非晶質シリコン膜中
に水素が有効に取り込まれるために光学的バンドギャッ
プを広くすることができる。更に、非晶質シリコン膜を
高温で形成することができるので、導電率を高く保つこ
とができる
に水素が有効に取り込まれるために光学的バンドギャッ
プを広くすることができる。更に、非晶質シリコン膜を
高温で形成することができるので、導電率を高く保つこ
とができる
【００１３】水素ガスのプラズマ反応を磁場を印加して
行うことにより、高密度のプラズマが形成され、ＳｉＨ
２／ＳｉＨ結合比を減少させることができる。従って、
光劣化の少ない非晶質シリコン膜を提供できる。
行うことにより、高密度のプラズマが形成され、ＳｉＨ
２／ＳｉＨ結合比を減少させることができる。従って、
光劣化の少ない非晶質シリコン膜を提供できる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実施例につき説明する。
【００１５】この発明は、図１に示すように、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法を用いて、高い光導電率（≧１×１０−５
Ω−１・ｃｍ−１）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の形成温度
で、所定時間（ｔ１）シラン（ＳｉＨ４）ガスをプラズ
マ分解し、基板上に数十Åのａ−Ｓｉ薄膜を形成する。 そして、反応ガスを水素ガスに換え、この水素ガスを所
定時間（ｔ２）プラズマ反応させて、ａ−Ｓｉ薄膜中に
水素を添加し、水素濃度の高いａ−Ｓｉ薄膜を形成する
。この工程を繰り返すことにより所望の膜厚のａ−Ｓｉ
薄膜を形成するものである。
ズマＣＶＤ法を用いて、高い光導電率（≧１×１０−５
Ω−１・ｃｍ−１）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の形成温度
で、所定時間（ｔ１）シラン（ＳｉＨ４）ガスをプラズ
マ分解し、基板上に数十Åのａ−Ｓｉ薄膜を形成する。 そして、反応ガスを水素ガスに換え、この水素ガスを所
定時間（ｔ２）プラズマ反応させて、ａ−Ｓｉ薄膜中に
水素を添加し、水素濃度の高いａ−Ｓｉ薄膜を形成する
。この工程を繰り返すことにより所望の膜厚のａ−Ｓｉ
薄膜を形成するものである。
【００１６】このようにして形成されたａ−Ｓｉ薄膜は
、広い光学的バンドキャップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖｓ
．（αｈν）１／３プロットによる）と高い光導電率（
≧１×１０−５Ω−１・ｃｍ−１）を有する。表１にこ
の発明のａ−Ｓｉ膜の具体的な形成条件を示す。
、広い光学的バンドキャップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖｓ
．（αｈν）１／３プロットによる）と高い光導電率（
≧１×１０−５Ω−１・ｃｍ−１）を有する。表１にこ
の発明のａ−Ｓｉ膜の具体的な形成条件を示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１に示す条件を用い、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて形成する１回のａ−Ｓｉ膜を５０Åと固定
して、Ｈ２プラズマの処理時間を３０秒から２分と変化
させた結果を図２に示す。比較のために、本方法を用い
ず表１の膜形成条件を用いて連続で形成した従来の方法
による膜、即ち、Ｈ２プラズマの処理を行わない膜の特
性も合わせて示す。
Ｄ法を用いて形成する１回のａ−Ｓｉ膜を５０Åと固定
して、Ｈ２プラズマの処理時間を３０秒から２分と変化
させた結果を図２に示す。比較のために、本方法を用い
ず表１の膜形成条件を用いて連続で形成した従来の方法
による膜、即ち、Ｈ２プラズマの処理を行わない膜の特
性も合わせて示す。
【００１９】図２に示したように、Ｈ２プラズマの処理
時間を長くすることにより、膜中の水素量が増加し、そ
れにともない光学的バンドギャップも次第に広がってい
き、Ｈ２プラズマ処理を２分行ったものでは、従来の方
法により形成した膜よりもバンドギャップが０．１ｅＶ
広い膜が得られた。
時間を長くすることにより、膜中の水素量が増加し、そ
れにともない光学的バンドギャップも次第に広がってい
き、Ｈ２プラズマ処理を２分行ったものでは、従来の方
法により形成した膜よりもバンドギャップが０．１ｅＶ
広い膜が得られた。
【００２０】また、これに対し電気的特性は従来の方法
により形成した膜とほぼ等しく、本方法によるａ−Ｓｉ
膜が広いバンドギャップ及び優れた電気的特性を持つ膜
であることがわかる。
により形成した膜とほぼ等しく、本方法によるａ−Ｓｉ
膜が広いバンドギャップ及び優れた電気的特性を持つ膜
であることがわかる。
【００２１】ところで、図２には膜中のＳｉＨ２／Ｓｉ
Ｈ結合比も示してあるが、この結合比が多いと、即ちＳ
ｉＨ２結合が多いとこの膜を用いて太陽電池を構成した
場合に光劣化が大きいことは良く知られている。
Ｈ結合比も示してあるが、この結合比が多いと、即ちＳ
ｉＨ２結合が多いとこの膜を用いて太陽電池を構成した
場合に光劣化が大きいことは良く知られている。
【００２２】そこで、このＳｉＨ２結合を減らすために
、Ｈ２プラズマ処理時に磁場を印加することにより、プ
ラズマの生成領域を基板から離間させて高密度のプラズ
マを形成し、このプラズマで膜を２分間処理した。その
結果を磁場無しでＨ２プラズマ処理を２分間施した膜と
共に表２に示す。
、Ｈ２プラズマ処理時に磁場を印加することにより、プ
ラズマの生成領域を基板から離間させて高密度のプラズ
マを形成し、このプラズマで膜を２分間処理した。その
結果を磁場無しでＨ２プラズマ処理を２分間施した膜と
共に表２に示す。
【００２３】また、磁場印加に用いた装置の概略図を図
３に示す。図３において、１は基板設置用の電極、２は
ＲＦ印加用の電極、３は基板、４は磁場印加用の磁石で
ある。
３に示す。図３において、１は基板設置用の電極、２は
ＲＦ印加用の電極、３は基板、４は磁場印加用の磁石で
ある。
【００２４】
【表２】
【００２５】表２に示すように、Ｈ２プラズマ処理時に
磁場を印加して、高密度のＨ２プラズマにより膜を処理
することにより、広いバンドギャップかつ高い光導電率
を保ったままＳｉＨ２／ＳｉＨ結合比も減らせることが
わかった。
磁場を印加して、高密度のＨ２プラズマにより膜を処理
することにより、広いバンドギャップかつ高い光導電率
を保ったままＳｉＨ２／ＳｉＨ結合比も減らせることが
わかった。
【００２６】本形成法により得られた、バンドギャップ
が広くかつ光導電率の高いａ−Ｓｉ膜は、例えば図４に
示すように、２層積層型の光起電力装置の光入射側のｉ
型層として用いるとよい。図４に従いこの光起電力装置
について説明する。
が広くかつ光導電率の高いａ−Ｓｉ膜は、例えば図４に
示すように、２層積層型の光起電力装置の光入射側のｉ
型層として用いるとよい。図４に従いこの光起電力装置
について説明する。
【００２７】まず、ガラス基板５上に、ＳｎＯ２，ＩＴ
Ｏ等からなる透明電極６を形成する。そして、１層目の
光起電力素子を構成する膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）
ドープの非晶質シリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）膜か
らなるｐ型層７をプラズマＣＶＤにより透明電極６上に
形成する。
Ｏ等からなる透明電極６を形成する。そして、１層目の
光起電力素子を構成する膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）
ドープの非晶質シリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）膜か
らなるｐ型層７をプラズマＣＶＤにより透明電極６上に
形成する。
【００２８】続いて、膜厚１０００Åの本発明の特徴で
あるａ−Ｓｉからなるｉ型層８を形成する。この形成は
、まずプラズマＣＶＤ法を用いてｉ型のａ−Ｓｉ膜を５
０Å形成し、１００ガウスの磁場を印加して、Ｈ２プラ
ズマ処理を２分間行う。この動作を繰り返してｉ型層８
を形成する。
あるａ−Ｓｉからなるｉ型層８を形成する。この形成は
、まずプラズマＣＶＤ法を用いてｉ型のａ−Ｓｉ膜を５
０Å形成し、１００ガウスの磁場を印加して、Ｈ２プラ
ズマ処理を２分間行う。この動作を繰り返してｉ型層８
を形成する。
【００２９】その後、膜厚５０〜３００ÅのＰ（リン）
ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層９をプラズマＣＶＤ法
により形成する。
ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層９をプラズマＣＶＤ法
により形成する。
【００３０】引き続き、２層目の光起電力素子を構成す
る膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜
からなるｐ型層１０、膜厚３０００Åの従来法によるａ
−Ｓｉからなるｉ型層１１、膜厚５０〜３００ÅのＰ（
リン）ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層層１２、及びＡ
ｇ等の金属からなる金属背面電極１３をこの順序で積層
して形成する。
る膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜
からなるｐ型層１０、膜厚３０００Åの従来法によるａ
−Ｓｉからなるｉ型層１１、膜厚５０〜３００ÅのＰ（
リン）ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層層１２、及びＡ
ｇ等の金属からなる金属背面電極１３をこの順序で積層
して形成する。
【００３１】上述した本発明により形成した光起電力装
置とｉ型層８を従来の方法で形成した光起電力装置を比
較したところ、本発明の方法で形成した光起電力装置で
は、開放電圧が１．７５Ｖから１．８５Ｖに向上した。
置とｉ型層８を従来の方法で形成した光起電力装置を比
較したところ、本発明の方法で形成した光起電力装置で
は、開放電圧が１．７５Ｖから１．８５Ｖに向上した。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
広い光学的バンドギャップ及び高い光導電率を備えた非
晶質シリコン薄膜を提供することができる。この非晶質
シリコン膜を光起電力装置に用いることで、太陽電池特
性が向上する。
広い光学的バンドギャップ及び高い光導電率を備えた非
晶質シリコン薄膜を提供することができる。この非晶質
シリコン膜を光起電力装置に用いることで、太陽電池特
性が向上する。
【００３３】水素ガスのプラズマ反応を磁場を印加して
行うことにより、高密度のプラズマが形成され、ＳｉＨ
２／ＳｉＨ結合比を減少させることができる。従って、
光劣化の少ない非晶質シリコン膜を提供できる。
行うことにより、高密度のプラズマが形成され、ＳｉＨ
２／ＳｉＨ結合比を減少させることができる。従って、
光劣化の少ない非晶質シリコン膜を提供できる。
【図１】 この発明における非晶質シリコン薄膜の形
成のタイミング図である。
成のタイミング図である。
【図２】 非晶質シリコン薄膜形成時のＨ２処理時間
と膜特性の関係を示す特性図である
と膜特性の関係を示す特性図である
【図３】 磁場印加の際に用いた装置の概略図である
【図４】 本発明方法により形成した光起電力装置を
示す概略図である。
示す概略図である。
５ 基板
６ 透明電極
７ ｐ型層
８ ｉ型層（この発明による非晶質シリコン層）９
ｎ型層 １０ ｐ型層 １１ ｉ型層 １２ ｎ型層 １３ 背面電極
ｎ型層 １０ ｐ型層 １１ ｉ型層 １２ ｎ型層 １３ 背面電極
Claims (3)
- 【請求項１】 プラズマＣＶＤ法を用いて非晶質シリ
コン薄膜を形成した後、水素ガスをプラズマ反応させて
、上記非晶質シリコン薄膜中に水素を添加することを特
徴とする非晶質シリコン薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 上記水素ガスのプラズマ反応を磁場を
印加して行うことにより、水素ガスのプラズマ生成領域
を非晶質シリコン薄膜より離間させたことを特徴とする
請求項１に記載の非晶質シリコン薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 基板上に、一導電型の非晶質シリコン
層、ｉ型非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコン層
を形成してなる光起電力装置の製造方法であって、上記
ｉ型非晶質シリコン層はプラズマＣＶＤ法を用いてｉ型
非晶質シリコン薄膜を形成した後、水素ガスをプラズマ
反応させて、上記薄膜中に水素を添加したことを特徴と
する光起電力装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3116996A JPH04321277A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 非晶質シリコン薄膜の形成方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3116996A JPH04321277A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 非晶質シリコン薄膜の形成方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04321277A true JPH04321277A (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=14700894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3116996A Pending JPH04321277A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 非晶質シリコン薄膜の形成方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04321277A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242686B1 (en) | 1998-06-12 | 2001-06-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photovoltaic device and process for producing the same |
| US6383898B1 (en) | 1999-05-28 | 2002-05-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing photoelectric conversion device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57102027A (en) * | 1980-12-17 | 1982-06-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Processing of amorphous thin film |
| JPS57160124A (en) * | 1981-03-30 | 1982-10-02 | Hitachi Ltd | Manufacture of thin film material |
| JPH03200374A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-09-02 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 太陽電池の製造方法 |
| JPH0465120A (ja) * | 1990-07-05 | 1992-03-02 | Canon Inc | 堆積膜の形成方法 |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3116996A patent/JPH04321277A/ja active Pending
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