JPH04338679A - Manufacture of photovoltaic element - Google Patents

Manufacture of photovoltaic element

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JPH04338679A
JPH04338679A JP3138559A JP13855991A JPH04338679A JP H04338679 A JPH04338679 A JP H04338679A JP 3138559 A JP3138559 A JP 3138559A JP 13855991 A JP13855991 A JP 13855991A JP H04338679 A JPH04338679 A JP H04338679A
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type semiconductor
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germanium
layer
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浩史 山本
Tsutomu Murakami
勉 村上
Fukateru Matsuyama
深照 松山
Koichi Matsuda
高一 松田
Toshihiro Yamashita
山下 敏裕
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for manufacturing a photovoltaic element having high optical conversion efficiency and a small amount of using raw gas. CONSTITUTION:A photovoltaic element having a structure in which at least one set of p-, i-, n-type semiconductor films are deposited on a substrate having a conductive surface, the i-type film is amorphous silicon-germanium, content of germanium in the i-type film is varied in a thickness direction thereby to once monotonically reduce a band gap energy in the thickness direction and to again monotonically increase it, is manufactured. In a step of depositing the i-type film, a supplying flow rate of raw gas containing the germanium is first linearly increased from '0' to a predetermined flow rate with time, and the flow rate is linearly reduced to '0' with the time from when it reaches the predetermined flow rate.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を電気エネルギ
ーに変換する光電変換素子である光起電力素子の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic element, which is a photoelectric conversion element that converts sunlight into electrical energy.

【0002】0002

【従来の技術】光起電力素子は、電卓、腕時計など民生
用の小電力用電源として広く応用されており、また、将
来、石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替用電力と
しての実用化可能な技術として注目されている。光起電
力素子は半導体のpn接合の光起電力を利用した技術で
あり、シリコンなどの半導体が太陽光を吸収し電子と正
孔の光キャリアーが生成し、該光キャリアーをpn接合
部の内部電界によりドリフトさせ、外部に取り出すもの
である。このような光起電力素子の作製方法としては多
くの場合半導体プロセスが用いられる。具体的には、チ
ョクラルスキー(CZ)法などの結晶成長法により、p
型、またはn型に価電子制御したシリコンの単結晶また
は多結晶を作製し、該単結晶または多結晶をスライスし
て約300μmの厚さのシリコンウエハーとする。さら
に前記ウエハーの導電型と反対の導電型となるよう価電
子制御剤を、例えば、拡散などの適当な手段を用いるこ
とによって相異なる導電型の層を形成しpn接合とする
[Prior Art] Photovoltaic elements are widely used as low-power power sources for consumer electronics such as calculators and wristwatches, and may be put to practical use in the future as an alternative power source to so-called fossil fuels such as oil and coal. It is attracting attention as a promising technology. A photovoltaic device is a technology that utilizes photovoltaic power at the pn junction of a semiconductor.A semiconductor such as silicon absorbs sunlight and generates photocarriers of electrons and holes, which are then transferred to the inside of the pn junction. It is caused to drift by an electric field and taken out to the outside. A semiconductor process is often used as a method for manufacturing such a photovoltaic element. Specifically, p
A single crystal or polycrystal of silicon whose valence electrons are controlled to be type or n-type is produced, and the single crystal or polycrystal is sliced into a silicon wafer having a thickness of about 300 μm. Furthermore, layers of different conductivity types are formed by using a suitable means such as diffusion with a valence electron control agent so as to have a conductivity type opposite to that of the wafer, thereby forming a pn junction.

【0003】ところで、信頼性や変換効率が高いことか
ら、現在、実用化されている光起電力素子には主に単結
晶シリコンまたは多結晶シリコンが用いられているが、
上述のように作製方法に半導体プロセスを用いるため一
般に単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いる結晶
系光起電力素子は生産コストが高いという欠点がある。
By the way, monocrystalline silicon or polycrystalline silicon is mainly used in photovoltaic devices currently in practical use because of its high reliability and conversion efficiency.
As described above, crystalline photovoltaic elements using single crystal silicon or polycrystalline silicon generally have the disadvantage of high production costs because a semiconductor process is used in the manufacturing method.

【0004】さらに結晶系シリコンは光吸収係数が比較
的小さいため光起電力素子として用いる場合少なくとも
50μmの厚さが必要なこと、バンド・ギャップ・エネ
ルギーが約1.1eVであり、光起電力素子に適する1
.5eVより狭く、入射光の長波長成分を有効に利用で
きないことなどの欠点がある。多結晶シリコンには他に
粒界の問題もある。
Furthermore, since crystalline silicon has a relatively small light absorption coefficient, it needs to have a thickness of at least 50 μm when used as a photovoltaic device, and its band gap energy is about 1.1 eV, making it difficult to use as a photovoltaic device. 1 suitable for
.. It is narrower than 5 eV and has drawbacks such as inability to effectively utilize long wavelength components of incident light. Polycrystalline silicon also has grain boundary problems.

【0005】さらに結晶系シリコンは大面積化が困難で
あり大電力を取り出す場合には単位素子の直列・並列化
が必要となり複雑な配線が要求されること、また、屋外
での使用時の外的機械的損傷からの光起電力素子の保護
のために高価な実装が必要となることなどの理由から、
単位発電量に対する生産コストが他の既存の発電方法に
比して割高になるという問題がある。
Furthermore, it is difficult to make crystalline silicon large in area, and in order to extract a large amount of power, it is necessary to connect unit elements in series or in parallel, which requires complicated wiring. For several reasons, including the need for expensive packaging to protect the photovoltaic device from mechanical damage.
There is a problem in that the production cost per unit of power generation is relatively high compared to other existing power generation methods.

【0006】このような事情から光起電力素子の電力用
としての実用化に際しての重要な技術的課題は生産の低
コスト化および素子の大面積化の実現であり、様々な検
討がなされている。その結果、例えば低コストの材料、
素子の変換効率の高い材料として、非結晶シリコン、非
晶質シリコン・ゲルマニウム、非晶質炭化珪素などのテ
トラヘドラル系非晶質半導体や、CdS,Cu2Sなど
のII−IV族や、GaAs,GaAlAsなどの化合
物半導体などが見いだされている。なかでも非晶質半導
体、とりわけ非晶質シリコンを用いた薄膜光起電力素子
は、大面積化が容易なこと、吸収係数が結晶系シリコン
に比して大きく厚さが薄くて済むこと、薄膜を堆積する
基板材質、形状の限定が少ないなどの長所があり有望視
されている。しかしながら、上記の非晶質シリコンを用
いた光起電力素子は光電変換効率が低いこと、信頼性が
低いことなどの欠点も合わせもっており、これらを解決
するために様々な試みがなされている。
[0006] Under these circumstances, the important technical issues in the practical application of photovoltaic devices for power use are the realization of low production costs and large-area devices, and various studies are being carried out. . As a result, low cost materials, e.g.
Materials with high conversion efficiency for elements include tetrahedral amorphous semiconductors such as amorphous silicon, amorphous silicon/germanium, and amorphous silicon carbide, II-IV group semiconductors such as CdS and Cu2S, and GaAs and GaAlAs. Compound semiconductors have been discovered. Among them, thin-film photovoltaic devices using amorphous semiconductors, especially amorphous silicon, are easy to increase in area, have a larger absorption coefficient than crystalline silicon, and can be thinner. It is viewed as promising because of its advantages, such as fewer restrictions on the substrate material and shape on which it is deposited. However, photovoltaic elements using amorphous silicon described above also have drawbacks such as low photoelectric conversion efficiency and low reliability, and various attempts have been made to solve these problems.

【0007】上記の非晶質シリコンの光電変換効率の低
いことは以下のことが一つの理由とされている。すなわ
ち非晶質シリコンのバンド・ギャップ・エネルギーは約
1.7eVであり、700nm以上の長波長域の光を吸
収しない。これはこの領域の光が有効利用されないから
である。これに対してこの長波長領域にも感度のあるバ
ンド・ギャップ・エネルギーの小さな材料が検討されて
いる。非晶質シリコン・ゲルマニウムはその一例である
。薄膜堆積時に用いられるシリコンを含有する原料ガス
とゲルマニウムを含有する原料ガスの比によってバンド
・ギャップ・エネルギーを約1.3eVから約1.7e
Vまでの任意の値に制御できる。
One of the reasons for the low photoelectric conversion efficiency of amorphous silicon is as follows. That is, the band gap energy of amorphous silicon is about 1.7 eV, and it does not absorb light in a long wavelength range of 700 nm or more. This is because the light in this area is not used effectively. In response, materials with small band gap energy that are sensitive even in this long wavelength region are being considered. Amorphous silicon germanium is one example. The band gap energy can be adjusted from about 1.3eV to about 1.7e depending on the ratio of silicon-containing source gas and germanium-containing source gas used during thin film deposition.
It can be controlled to any value up to V.

【0008】また、光電変換効率を向上する手法として
単位光起電力素子構造を複数積層するいわゆるスタック
構造を用いることが、米国特許2,949,498号明
細書に開示されている。上記特許においてはpn接合結
晶半導体が用いられているが、バンド・ギャップ・エネ
ルギーの異なる単位光起電力素子構造に入射光の吸収波
長域を分担させることによって入射光を広波長域にわた
って有効利用するというその思想は結晶系および非晶質
半導体のいずれにも共通するものである。この手法を用
いることによって光起電力素子特性の開回路電圧Voc
は増大し、光電変換効率が向上する。
Further, US Pat. No. 2,949,498 discloses the use of a so-called stack structure in which a plurality of unit photovoltaic element structures are stacked as a method for improving photoelectric conversion efficiency. Although a pn junction crystal semiconductor is used in the above patent, incident light can be effectively utilized over a wide wavelength range by sharing the absorption wavelength range of incident light with unit photovoltaic element structures having different band gaps and energies. This idea is common to both crystalline and amorphous semiconductors. By using this method, the open circuit voltage Voc of the photovoltaic element characteristic
increases, and photoelectric conversion efficiency improves.

【0009】上記のスタック構造を用いる手法では、光
入射側の単位光起電力素子構造から順にそのバンド・ギ
ャップ・エネルギーが小さくなるように設計される。こ
の点で非晶質シリコンに比してバンド・ギャップ・エネ
ルギーが小さく、また、そのバンド・ギャップ・エネル
ギーの制御が容易な非晶質シリコン・ゲルマニウムは材
料として適している。
[0009] In the method using the above-mentioned stacked structure, the unit photovoltaic element structure is designed so that its band gap energy decreases in order from the light incident side. In this respect, amorphous silicon germanium is suitable as a material because it has a smaller band gap energy than amorphous silicon and whose band gap energy can be easily controlled.

【0010】一方、同じバンド・ギャップ・エネルギー
をもつ複数の非晶質シリコンの単位光起電力素子構造を
それらの間に絶縁層をもたずに積層し光起電力素子全体
のVocを増大させる手法が提案されている。
On the other hand, by stacking a plurality of amorphous silicon unit photovoltaic device structures having the same band gap energy without an insulating layer between them, the Voc of the entire photovoltaic device is increased. A method has been proposed.

【0011】ところで非晶質シリコン・ゲルマニウムは
一般に膜質に関しては非晶質シリコンに比して劣る。ま
た、単位光起電力素子として比較した場合にも光電変換
効率は非晶質シリコンの方が高い。これは非晶質シリコ
ン・ゲルマニウムの空乏層内の局在準位が非晶質シリコ
ンのそれに比して多いことに起因するといわれており、
上記局在準位を減少させる試みがなされており、例えば
、特公昭63−48197号公報においては、活性化し
たフッ素原子によって非晶質シリコン・ゲルマニウム中
のダングリングボンドを補償し局在準位の数を減少する
ことが開示されている。
By the way, amorphous silicon/germanium is generally inferior to amorphous silicon in terms of film quality. Furthermore, when compared as a unit photovoltaic element, amorphous silicon has higher photoelectric conversion efficiency. This is said to be due to the fact that there are more localized levels in the depletion layer of amorphous silicon and germanium than in amorphous silicon.
Attempts have been made to reduce the above localized levels. For example, in Japanese Patent Publication No. 63-48197, activated fluorine atoms compensate for dangling bonds in amorphous silicon/germanium and reduce the localized levels. It is disclosed to reduce the number of.

【0012】一方、上記のような膜質向上以外の方法で
非晶質シリコン・ゲルマニウム光起電力素子の特性向上
の検討がなされている。例えば、p型半導体層および/
またはn型半導体層とi型半導体層との接合界面におい
てバンド幅の傾斜をもたせるいわゆるバッファ層を用い
る方法が米国特許4,254,429号、米国特許4,
377,723号に開示されている。該バッファ層の役
割は内部電界を増加させVocを増大することにある。
On the other hand, studies have been made to improve the characteristics of amorphous silicon germanium photovoltaic elements by methods other than improving film quality as described above. For example, p-type semiconductor layer and/or
Alternatively, a method using a so-called buffer layer that provides a band width gradient at the junction interface between an n-type semiconductor layer and an i-type semiconductor layer is disclosed in U.S. Pat. No. 4,254,429, U.S. Pat.
No. 377,723. The role of the buffer layer is to increase the internal electric field and increase Voc.

【0013】さらに、別の方法として含有するシリコン
とゲルマニウムの組成比を膜厚方向に変化させることに
よりi層中に組成分布、いわゆる、傾斜層を設けること
によって光起電力素子特性を向上させる方法がある。
Furthermore, as another method, there is a method of improving the characteristics of a photovoltaic device by changing the composition ratio of silicon and germanium contained in the film thickness direction to provide a compositional distribution in the i-layer, that is, a so-called graded layer. There is.

【0014】例えば、米国特許第4,816,082号
によれば、光入射側の第一の面の価電子制御された半導
体層に接する部分のi層のバンド・ギャップ・エネルギ
ーを大きくし、中央部に向かうにしたがい徐々にバンド
・ギャップ・エネルギーを小さくし、さらに第二の価電
子制御された半導体層に向かうにしたがいバンド・ギャ
ップ・エネルギーを大きくしていく方法が開示されてい
る、。該方法によれば光によって発生したキャリアーは
内部電界の働きによって効率よく分離され膜特性が向上
する。
For example, according to US Pat. No. 4,816,082, the band gap energy of the i-layer in the portion in contact with the valence-controlled semiconductor layer on the first surface on the light incident side is increased; A method is disclosed in which the band gap energy is gradually decreased toward the center and further increased toward the second valence-controlled semiconductor layer. According to this method, carriers generated by light are efficiently separated by the action of an internal electric field, and the film properties are improved.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記非晶
質シリコンをはじめとする非晶質光起電力素子は結晶系
シリコン光起電力素子に比して光電変換効率が低く、ま
た1Wあたりの発電コストは既存の火力、水力、原子力
発電に比して高い。よって非晶質光起電力素子は、結晶
系光起電力素子、および既存の発電手段と対等に一般に
未だ普及していないのが実状である。
[Problems to be Solved by the Invention] However, amorphous photovoltaic devices such as those made of amorphous silicon have lower photoelectric conversion efficiency than crystalline silicon photovoltaic devices, and the power generation cost per 1 W is low. is higher than existing thermal, hydropower, and nuclear power generation. Therefore, the reality is that amorphous photovoltaic devices have not yet become as widespread as crystalline photovoltaic devices and existing power generation means.

【0016】本発明は、上述した問題点を解決し、光変
換効率が高く、かつ原料ガスの使用量が比較的少なくて
済む非晶質光起電力素子の製造方法を提供するものであ
る。
The present invention solves the above-mentioned problems and provides a method for manufacturing an amorphous photovoltaic element that has high light conversion efficiency and requires relatively little raw material gas.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は導電性表面を有
する基板上に少なくとも一組のp,i,n型半導体膜が
堆積され、i型半導体膜は非晶質シリコン・ゲルマニウ
ムであり、i型半導体膜中でゲルマニウムの含有量が膜
厚方向に変化することによってバンド・ギャップ・エネ
ルギーが膜厚方向に一旦単調に減少し再び単調に増加す
る構造を有する光起電力素子の製造方法であって、i型
半導体膜を堆積する工程において、ゲルマニウムを含有
する原料ガスの供給流量をまず0から所定の流量まで時
間に対して直線的に増加させ、該所定の流量に達した時
点からは該供給流量を時間に対して直線的に0まで減少
させる光起電力素子の製造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides at least one set of p-, i-, and n-type semiconductor films deposited on a substrate having a conductive surface, the i-type semiconductor film being amorphous silicon germanium; A method for manufacturing a photovoltaic device having a structure in which the germanium content in an i-type semiconductor film changes in the film thickness direction so that the band gap energy monotonically decreases once in the film thickness direction and then monotonically increases again. Therefore, in the step of depositing an i-type semiconductor film, the supply flow rate of the source gas containing germanium is first increased linearly with time from 0 to a predetermined flow rate, and from the time when the predetermined flow rate is reached, This is a method of manufacturing a photovoltaic device in which the supply flow rate is linearly reduced to 0 with respect to time.

【0018】前記所定の流量に達する時点を、前記i型
半導体膜の堆積開始から終了までの総堆積時間に対して
、0.75以上0.8以下の時点とすることは変換効率
がさらに高くなるので好ましい。
[0018] Setting the point at which the predetermined flow rate is reached at a point at least 0.75 and no more than 0.8 with respect to the total deposition time from the start to the end of deposition of the i-type semiconductor film further increases the conversion efficiency. Therefore, it is preferable.

【0019】前記所定の流量に達する時点に堆積する膜
のバンド・ギャップ・エネルギーを1.3eV以上1.
4eV以下にすることも変換効率がさらに高くなるので
好ましい。
The band gap energy of the film deposited at the time when the predetermined flow rate is reached is set to 1.3 eV or more.
It is also preferable to set the voltage to 4 eV or less, since this further increases the conversion efficiency.

【0020】本発明者らは検討の結果、まず、以下の知
見を得た。すなわちi型半導体薄膜中の膜厚方向のバン
ド・ギャップ・エネルギーの変化を、ゲルマニウムを含
有する原料ガスを上記i型半導体薄膜の堆積開始時の0
SCCMから該原料ガスの最大流量まで時間とともに直
線的に増加させ、その後該原料ガスの最大流量から上記
i層半導体薄膜の堆積終了時の0SCCMまで時間とと
もに直線的に減少させることによって制御した光起電力
素子と、上記とトータルで等しい量のゲルマニウムを含
有する原料ガスをi型半導体薄膜の堆積開始時から堆積
終了時まで一定流量導入してバンド・ギャップ・エネル
ギーを減少させた光起電力素子を比較すると前者の方が
光電変換効率が高いことである。本発明はこの知見に基
づきさらなる検討を行ない、完成するに至った。
As a result of our studies, the present inventors first obtained the following knowledge. In other words, the change in the band gap energy in the film thickness direction in the i-type semiconductor thin film can be calculated using
The photoactivation was controlled by increasing linearly with time from SCCM to the maximum flow rate of the source gas, and then decreasing linearly with time from the maximum flow rate of the source gas to 0SCCM at the end of the deposition of the i-layer semiconductor thin film. A power device and a photovoltaic device in which band gap energy is reduced by introducing a constant flow rate of a raw material gas containing germanium in a total amount equal to that of the above from the start of deposition to the end of deposition of an i-type semiconductor thin film. In comparison, the former has higher photoelectric conversion efficiency. The present invention has been completed through further studies based on this knowledge.

【0021】本発明は単位光起電力素子構造を複数積層
する光起電力素子に応用することも可能であり、その場
合少なくとも一つ以上の単位光起電力素子構造のi型半
導体薄膜に本発明を適用することで効果が得られる。
The present invention can also be applied to a photovoltaic device in which a plurality of unit photovoltaic device structures are laminated, and in that case, the present invention can be applied to the i-type semiconductor thin film of at least one unit photovoltaic device structure. The effect can be obtained by applying.

【0022】図6〜9は、本発明を適用するに好適なp
in型非晶質太陽電池の例を模式的的に表したものであ
る。図6は光が図の上部から入射する構造の太陽電池で
あり、図において1は基板、2は下部電極、3はn型半
導体層、4はi型半導体層、5はp型半導体層、6は上
部電極、7は集電電極を表す。
FIGS. 6 to 9 show ps suitable for applying the present invention.
This is a schematic representation of an example of an in-type amorphous solar cell. FIG. 6 shows a solar cell with a structure in which light enters from the top of the figure, and in the figure, 1 is a substrate, 2 is a lower electrode, 3 is an n-type semiconductor layer, 4 is an i-type semiconductor layer, 5 is a p-type semiconductor layer, 6 represents an upper electrode, and 7 represents a current collecting electrode.

【0023】図7は基板1が透明であり、光が図の下部
から入射する構造の太陽電池を示す。図8は図6の太陽
電池のpin構造を2層積層した構造の太陽電池であり
、図において10および11は太陽電池の単位素子を表
し13はn型半導体層、14はi型半導体層、15はp
型半導体層を表す。図9は図6の太陽電池のpin構造
を3層積層した構造の太陽電池であり、図において12
は太陽電池の単位素子を表し、23はn型半導体層、2
4はi型半導体層、25はp型半導体層を表す。なおい
ずれの光起電力素子においてもn型半導体層とp型半導
体層とは目的に応じて各相の積層順を入れかえて使用す
ることもできる。以下、これらの光起電力素子の構成に
ついて説明する。
FIG. 7 shows a solar cell having a structure in which the substrate 1 is transparent and light enters from the bottom of the figure. FIG. 8 shows a solar cell having a structure in which two layers of the pin structure of the solar cell of FIG. 15 is p
type semiconductor layer. FIG. 9 shows a solar cell having a structure in which the pin structure of the solar cell shown in FIG. 6 is stacked in three layers.
represents a unit element of a solar cell, 23 is an n-type semiconductor layer, 2
4 represents an i-type semiconductor layer, and 25 represents a p-type semiconductor layer. Note that in any photovoltaic element, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer can be used by changing the stacking order of each phase depending on the purpose. The configurations of these photovoltaic elements will be explained below.

【0024】基板 p,iおよびn型の半導体層3,4,5はたかだか1μ
m程度の薄膜であるため適当な基板上に堆積される。こ
のような基板1としては、単結晶もしくは、非単結晶質
のものであってもよく、さらにそれらは導電性のもので
あっても、また電気絶縁性のものであってもよい。さら
にそれらは透光性のものであっても、また非透光性のも
のであってもよいが、変形、歪が少なく、所望の強度を
有するものであることが好ましい。具体的にはFe,N
i,Cr,Al,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,
Pt,Pbなどの金属またはこれらの合金、例えば真ち
ゅう、ステンレス鋼などの薄板およびその複合体、およ
びポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セ
ルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル
、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポ
リイミド、エポキシなどの耐熱性合成樹脂のフィルムま
たはシートまたはこれらとガラスファイバー、カーボン
ファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維などとの複合
体、およびこれらの金属の薄板、樹脂シートなどの表面
に異種材質の金属薄膜および/またはSiO2,Si3
N4,Al2O3,AlNなどの絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法などにより表面コーティング処理を
行なったものおよびガラス、セラミックスなどが挙げら
れる。
The substrate p, i and n type semiconductor layers 3, 4, 5 have a thickness of at most 1μ.
Since it is a thin film of about 100 m thick, it can be deposited on a suitable substrate. Such a substrate 1 may be single crystal or non-single crystal, and may be electrically conductive or electrically insulating. Furthermore, they may be transparent or non-transparent, but it is preferable that they have little deformation or distortion and have desired strength. Specifically, Fe, N
i, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti,
Metals such as Pt, Pb, or alloys thereof, such as thin plates such as brass and stainless steel, and composites thereof, as well as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, polyimide, Films or sheets of heat-resistant synthetic resins such as epoxy, composites of these with glass fibers, carbon fibers, boron fibers, metal fibers, etc., and metal thin films of different materials on the surfaces of these metal thin plates, resin sheets, etc. /or SiO2, Si3
Examples include those whose surface is coated with an insulating thin film of N4, Al2O3, AlN, etc. by sputtering, vapor deposition, plating, etc., as well as glass and ceramics.

【0025】基板が金属などの電気導電性である場合に
は基板を直接電流取り出し用の電極としてもよいし、合
成樹脂などの電気絶縁性である場合には堆積膜の形成さ
れる側の表面にAl,Ag,Pt,Au,Ni,Ti,
Mo,W,Fe,V,Cr,Cu,ステンレス,真ちゅ
う,ニクロム,SnO2,In2O3,ZnO,ITO
などのいわゆる金属単体または合金、および透明導電性
酸化物(TCO)を鍍金、蒸着、スパッタなどの方法で
あらかじめ表面処理を行なって電流取り出し用の電極を
形成しておくことが望ましい。
If the substrate is electrically conductive such as a metal, the substrate may be used as an electrode for direct current extraction, or if it is electrically insulating such as a synthetic resin, the surface on which the deposited film is formed may be used as an electrode. Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti,
Mo, W, Fe, V, Cr, Cu, stainless steel, brass, nichrome, SnO2, In2O3, ZnO, ITO
It is desirable to form electrodes for current extraction by subjecting so-called simple metals or alloys, such as metals, and transparent conductive oxides (TCO) to surface treatment in advance by plating, vapor deposition, sputtering, or other methods.

【0026】勿論、前記基板が金属などの電気導電性の
ものであっても、長波長光の基板表面上での反射率を向
上させたり、基板材質と堆積膜との間での構成元素の相
互拡散を防止するなどの目的で異種の金属層などを前記
基板上の堆積膜が形成される側に設けてもよい。また、
前記基板が比較的透明であって、該基板の側から光入射
を行なう層構成の太陽電池とする場合には前記透明導電
性酸化物や金属薄膜などの導電性薄膜をあらかじめ堆積
形成しておくことが望ましい。
Of course, even if the substrate is electrically conductive such as metal, it is possible to improve the reflectance of long wavelength light on the surface of the substrate, or to change the composition of constituent elements between the substrate material and the deposited film. For the purpose of preventing mutual diffusion, a layer of different metals or the like may be provided on the side of the substrate on which the deposited film is formed. Also,
In the case of a solar cell having a layered structure in which the substrate is relatively transparent and light is incident from the side of the substrate, a conductive thin film such as the transparent conductive oxide or metal thin film is deposited in advance. This is desirable.

【0027】また、前記基板の表面性としてはいわゆる
平滑面であっても、微小の凹凸面であってもよい。
[0027] The surface of the substrate may be a so-called smooth surface or a minutely uneven surface.

【0028】微小の凹凸面とする場合にはその凹凸形状
は球状、円錐状、角錐状などであって、かつその最大高
さ(Rmax)が好ましくは500乃至5000オング
ストロームとすることにより、該表面での光反射が乱反
射となり、該表面での反射光の光路長の増大をもたらす
。 基板の形状は、用途により平滑表面あるいは凸凹表面の
板状、長尺ベルト状、円筒状などであることができ、そ
の厚さは、所望の通りの光起電力素子を形成し得るよう
に適宜決定するが、光起電力素子として可撓性が要求さ
れる場合、または基板の側より光入射がなされる場合に
は、基板としての機能が充分発揮される範囲内で可能な
限り薄くすることができる。しかしながら、基板の製造
上および取り扱い上、機械的強度などの点から、通常は
、10μm以上とされる。
[0028] In the case of forming a minutely uneven surface, the uneven shape is spherical, conical, pyramidal, etc., and the maximum height (Rmax) is preferably 500 to 5000 angstroms. Light reflection at the surface becomes diffused reflection, resulting in an increase in the optical path length of the reflected light at the surface. The shape of the substrate can be a flat plate with a smooth surface or an uneven surface, a long belt shape, a cylindrical shape, etc. depending on the purpose, and the thickness can be determined as appropriate to form a photovoltaic element as desired. However, if flexibility is required as a photovoltaic element, or if light is incident from the side of the substrate, it should be made as thin as possible within the range that allows the substrate to fully function. Can be done. However, from the viewpoint of manufacturing and handling of the substrate, mechanical strength, etc., the thickness is usually set to 10 μm or more.

【0029】本発明の光起電力素子においては、当該素
子の構成形態により適宜の電極が選択使用される。それ
らの電極としては、下部電極、上部電極(透明電極)、
集電電極を挙げることができる。(ただし、ここでいう
上部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、下部
電極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して設けられ
たものを示すこととする。)これらの電極について以下
に詳しく説明する。
In the photovoltaic device of the present invention, appropriate electrodes are selected and used depending on the configuration of the device. These electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode),
Examples include current collecting electrodes. (However, the upper electrode here refers to the one provided on the light incident side, and the lower electrode refers to the one provided opposite the upper electrode with the semiconductor layer in between.) The electrodes will be explained in detail below.

【0030】下部電極 本発明において用いられる下部電極2としては、上述し
た基板1の材料が透光性であるか否かによって、光起電
力発生用の光を照射する面が異なる故(例えば基板1が
金属などの非透光性の材料である場合には、図6で示し
たごとく上部電極6側から光起電力発生用の光を照射す
る。)その設置される場所が異なる。
Lower electrode As for the lower electrode 2 used in the present invention, the surface to which light for photovoltaic generation is irradiated differs depending on whether the material of the substrate 1 described above is translucent or not (for example, the surface of the substrate When 1 is made of a non-transparent material such as a metal, light for generating photovoltaic force is irradiated from the upper electrode 6 side as shown in FIG. 6.) The location where it is installed differs.

【0031】具体的には、図6,8および9のような層
構成の場合には基板1とn型半導体層2との間に設けら
れる。しかし、基板1が導電性である場合には、該基板
が下部電極を兼ねることができる。ただし、基板1が導
電性であってもシート抵抗値が高い場合には、電流取り
出し用の低抵抗の電極として、あるいは基板面での反射
率を高め入射光の有効利用を図る目的で下部電極2を設
置してもよい。
Specifically, in the case of a layer structure as shown in FIGS. 6, 8 and 9, it is provided between the substrate 1 and the n-type semiconductor layer 2. However, if the substrate 1 is conductive, it can also serve as the lower electrode. However, even if the substrate 1 is conductive, if the sheet resistance value is high, the lower electrode may be used as a low-resistance electrode for current extraction or for the purpose of increasing the reflectance on the substrate surface and making effective use of incident light. 2 may be installed.

【0032】図7の場合には透光性の基板1が用いられ
ており、基板1の側から光が入射されるので、電流取り
出しおよび当該電極での光反射用の目的で、下部電極2
が基板1と対向して半導体層を挟んで設けられている。
In the case of FIG. 7, a transparent substrate 1 is used, and since light is incident from the side of the substrate 1, the lower electrode 2 is used for the purpose of extracting current and reflecting light at the electrode.
is provided facing the substrate 1 with a semiconductor layer in between.

【0033】また、基板1として電気絶縁性のものを用
いる場合には電流取り出し用の電極として、基板1とn
型半導体層3との間に下部電極2が設けられる。
In addition, when an electrically insulating material is used as the substrate 1, the substrate 1 and n
A lower electrode 2 is provided between the type semiconductor layer 3 and the lower electrode 2 .

【0034】電極材料としては、Ag,Au,Pt,N
i,Cr,Cu,Al,Ti,Zn,Mo,Wなどの金
属またはこれらの合金が挙げられ、これらの金属の薄膜
を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリングなどで形
成する。また、形成された金属薄膜は光起電力素子の出
力に対して抵抗成分とならぬように配慮されねばならず
、シート抵抗値として好ましくは50Ω以下、より好ま
しくは10Ω以下であることが望ましい。
[0034] As the electrode material, Ag, Au, Pt, N
Examples include metals such as i, Cr, Cu, Al, Ti, Zn, Mo, and W, or alloys thereof, and thin films of these metals are formed by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, or the like. Further, care must be taken so that the formed metal thin film does not become a resistance component with respect to the output of the photovoltaic element, and it is desirable that the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.

【0035】下部電極2とn型半導体層3との間に、図
中には示されていないが、導電性酸化亜鉛などの拡散防
止層を設けてもよい。該拡散防止層の効果としては下部
電極2を構成する金属元素がn型半導体層中へ拡散する
のを防止するのみならず、若干の抵抗値をもたせること
で半導体層を挟んで設けられた下部電極2と透明電極6
との間にピンホールなどの欠陥で発生するショートを防
止すること、および薄膜による多重干渉を発生させ入射
された光を光起電力素子内に閉じ込めるなどの効果を挙
げることができる。
Although not shown in the figure, a diffusion prevention layer such as conductive zinc oxide may be provided between the lower electrode 2 and the n-type semiconductor layer 3. The effect of the diffusion prevention layer is not only to prevent the metal element constituting the lower electrode 2 from diffusing into the n-type semiconductor layer, but also to provide a slight resistance value to the lower part provided with the semiconductor layer in between. Electrode 2 and transparent electrode 6
This can have effects such as preventing short circuits caused by defects such as pinholes between the photovoltaic element and the photovoltaic element, and confining incident light within the photovoltaic element by generating multiple interference due to the thin film.

【0036】上部電極(透明電極)本発明において用い
られる上部電極(透明電極)6としては太陽や白色蛍光
灯などからの光を半導体層内に効率よく吸収させるため
に光の透過率が85%以上であることが望ましく、さら
に、電気的には光起電力素子の出力に対して抵抗成分と
ならぬようにシート抵抗値は100Ω以下であることが
望ましい。このような特性を備えた材料としてSnO2
,In2O3,ZnO,CdO,CdSnO4,ITO
(In2O3+SnO2)などの金属酸化物や、Au,
Al,Cuなどの金属を極めて薄く半透明状に成膜した
金属薄膜などが挙げられる。上部電極6は図6,8およ
び9においてはp型半導体層5層の上に積層され、図7
においては基板1の上に積層されるものであるため、互
いに密着性のよいものを選ぶことが必要である。上部電
極の作製方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加
熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法などを用いる
ことができ所望に応じて適宜選択される。
Upper electrode (transparent electrode) The upper electrode (transparent electrode) 6 used in the present invention has a light transmittance of 85% in order to efficiently absorb light from the sun, a white fluorescent lamp, etc. into the semiconductor layer. The sheet resistance value is preferably 100Ω or less so as not to become a resistance component electrically with respect to the output of the photovoltaic element. SnO2 is a material with such properties.
, In2O3, ZnO, CdO, CdSnO4, ITO
Metal oxides such as (In2O3+SnO2), Au,
Examples include metal thin films made of extremely thin, translucent metals such as Al and Cu. The upper electrode 6 is laminated on the five p-type semiconductor layers in FIGS. 6, 8 and 9, and in FIG.
Since these are laminated on the substrate 1, it is necessary to select materials that have good adhesion to each other. As a method for manufacturing the upper electrode, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, etc. can be used, and the method is appropriately selected depending on the necessity.

【0037】集電電極 本発明において用いられる集電電極7は、上部電極6の
表面抵抗値を低減させる目的で上部電極6上に設けられ
る。電極材料としてはAg,Cr,Ni,Al,Au,
Ti,Pt,Cu,Mo,Wなどの金属またはこれらの
合金の薄膜が挙げられる。これらの薄膜は積層させて用
いることができる。また、半導体層への光入射光量が充
分に確保されるよう、その形状および面積が適宜設計さ
れる。
Current Collector Electrode The current collector electrode 7 used in the present invention is provided on the upper electrode 6 for the purpose of reducing the surface resistance value of the upper electrode 6. Electrode materials include Ag, Cr, Ni, Al, Au,
Examples include thin films of metals such as Ti, Pt, Cu, Mo, and W, or alloys thereof. These thin films can be used in a stacked manner. Further, the shape and area of the semiconductor layer are appropriately designed so that a sufficient amount of light incident on the semiconductor layer is ensured.

【0038】例えば、その形状は光起電力素子の受光面
に対して一様に広がり、かつ受光面積に対してその面積
は好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下で
あることが望ましい。
For example, it is desirable that the shape spreads uniformly over the light-receiving surface of the photovoltaic element, and that its area is preferably 15% or less, more preferably 10% or less of the light-receiving area.

【0039】また、シート抵抗値としては、好ましくは
50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望
ましい。
Further, the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.

【0040】半導体層3,4,5は通常の薄膜作製プロ
セスによって作製されるもので、蒸着法、スパッタ法、
高周波プラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD法
、ECR法、熱CVD法、LPCVD法など公知の方法
を所望に応じて用いることにより作製できる。工業的に
採用されている方法としては、原料ガスをプラズマで分
解し、基板上に堆積させるプラズマCVD法が好んで用
いられる。また、反応装置としては、バッチ式の装置や
連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。価電子制
御された半導体を作製する場合は、リン、ボロンなどを
構成原子として含むPH3、B2H6ガスなどを同時に
分解することにより行なわれる。
The semiconductor layers 3, 4, and 5 are manufactured by a normal thin film manufacturing process, such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a sputtering method.
It can be produced by using known methods such as high frequency plasma CVD, microwave plasma CVD, ECR, thermal CVD, and LPCVD as desired. As a method employed industrially, a plasma CVD method is preferably used, in which a raw material gas is decomposed by plasma and deposited on a substrate. Further, as the reaction apparatus, a batch type apparatus, a continuous film forming apparatus, etc. can be used as desired. When producing a semiconductor with controlled valence electrons, it is carried out by simultaneously decomposing PH3, B2H6 gases, etc. containing phosphorus, boron, etc. as constituent atoms.

【0041】i型半導体層 本光起電力素子において好適に用いられるi型半導体層
を構成する半導体材料としては、非晶質シリコン・ゲル
マニウムのi層を作製する場合はa−SiGe:H,a
−SiGe:F,a−SiGe:H:Fなどのいわゆる
周期律表第IV族合金系半導体材料が挙げられる。また
、単位素子構成を積層したスタックセル構造において非
晶質シリコン・ゲルマニウム以外のi型半導体層を構成
する半導体材料としては、a−Si:H,a−Si:F
,a−Si:H:F,a−SiC:H,a−SiC:F
,a−SiC:H:F,poly−Si:H,poly
−Si:F,poly−Si:H:Fなどいわゆる周期
律表第IV族およびIV族合金系半導体材料の他、周期
律表第III−V族およびII−VI族のいわゆる化合
物半導体材料などが挙げられる。
I-type semiconductor layer The semiconductor material constituting the i-type semiconductor layer suitably used in this photovoltaic device is a-SiGe:H, a-SiGe:H, a-SiGe:H, a-SiGe:H,
-SiGe:F, a-SiGe:H:F, and other so-called group IV alloy semiconductor materials of the periodic table can be mentioned. In addition, in the stacked cell structure in which unit element configurations are stacked, semiconductor materials constituting the i-type semiconductor layer other than amorphous silicon/germanium include a-Si:H, a-Si:F
, a-Si:H:F, a-SiC:H, a-SiC:F
, a-SiC:H:F, poly-Si:H, poly
-Si:F, poly-Si:H:F, and other so-called group IV and IV group alloy semiconductor materials of the periodic table, as well as so-called compound semiconductor materials of groups III-V and II-VI of the periodic table. Can be mentioned.

【0042】CVD法に用いる原料ガスとしては、シリ
コン元素を含む化合物として鎖状または環状シラン化合
物が用いられ、具体的には、例えば、SiH4,SiF
4,(SiF2)5,(SiF2)6,(SiF2)4
,Si2F6,Si3F8,SiHF3,SiH2F2
,Si2H2F4,Si2H3F3,SiCl4,(S
iCl2)5,SiBr4,(SiBr2)5,SiC
l6,SiHCl3,SiHBr2,SiH2Cl2,
SiCl3F3などのガス状態のまたは容易にガス化し
得るものが挙げられる。
As the raw material gas used in the CVD method, a chain or cyclic silane compound is used as a compound containing the silicon element, and specifically, for example, SiH4, SiF
4, (SiF2)5, (SiF2)6, (SiF2)4
, Si2F6, Si3F8, SiHF3, SiH2F2
, Si2H2F4, Si2H3F3, SiCl4, (S
iCl2)5, SiBr4, (SiBr2)5, SiC
l6, SiHCl3, SiHBr2, SiH2Cl2,
Examples include those in a gaseous state or easily gasifiable, such as SiCl3F3.

【0043】また、ゲルマニウム元素を含む化合物とし
て、鎖状のゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニウム、環
状のゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニウム、鎖状また
は環状ゲルマニウム化合物およびアルキル基などを有す
る有機ゲルマニウム化合物、具体的にはGeH4,Ge
2H6,Ge3H3,n−Ge4H10,t−Ge4H
10,GeH6,Ge5H10,GeH3Cl,GeH
2F2,Ge(CH3)4,Ge(C2H5)4,Ge
(C6H5)4,Ge(CH3)2F2,GeF2,G
eF4などが挙げられる。
Compounds containing germanium elements include chain germane or germanium halides, cyclic germane or germanium halides, chain or cyclic germanium compounds, and organic germanium compounds having an alkyl group, specifically GeH4 , Ge
2H6, Ge3H3, n-Ge4H10, t-Ge4H
10,GeH6,Ge5H10,GeH3Cl,GeH
2F2,Ge(CH3)4,Ge(C2H5)4,Ge
(C6H5)4,Ge(CH3)2F2,GeF2,G
Examples include eF4.

【0044】p型半導体層およびn型半導体層好適に用
いられるp型またはn型半導体層を構成する半導体材料
としては、前述したi型半導体層を構成する半導体材料
に価電子制御剤をドーピングすることによって得られる
。作製方法は、前述したi型半導体層の作製方法と同様
の方法が好適に利用できる。また原料としては、周期律
表第IV族の堆積膜を得る場合、p型半導体を得るため
の価電子制御剤としては周期律表第III族の元素を含
む化合物が用いられる。第III族の元素としては、B
,Al,Ga,Inが挙げられる。第III族元素を含
む化合物としては、具体的には、BF3,B2H6,B
4H10,B5H9,B5H11,B6H10,B(C
H3)3,B(C2H5)3,B6H12,AlX3,
Al(CH3)2Cl,Al(CH3)3,Al(OC
H3)2Cl,Al(CH3)Cl2,Al(C2H5
)3,A(OC2H5)3,Al(CH3)3Cl3,
Al(i−C4H9)5,Al(C3H7)3,Al(
OC4H9)3,GaX3,Ga(OCH3)3,Ga
(OC2H5)3,Ga(OC3H7)3,Ga(CH
3)3,Ga2H6,GaH(C2H5)2,Ga(O
C2H5),(C2H5)2,In(CH3)3,In
(C3H7)3,In(C4H9)3などが挙げられる
P-type semiconductor layer and n-type semiconductor layer As the semiconductor material constituting the p-type or n-type semiconductor layer that is preferably used, the semiconductor material constituting the above-mentioned i-type semiconductor layer is doped with a valence electron control agent. obtained by As a manufacturing method, a method similar to the method for manufacturing the i-type semiconductor layer described above can be suitably used. Further, as a raw material, when obtaining a deposited film of Group IV of the periodic table, a compound containing an element of Group III of the periodic table is used as a valence electron control agent for obtaining a p-type semiconductor. Group III elements include B
, Al, Ga, and In. Specifically, compounds containing Group III elements include BF3, B2H6, B
4H10, B5H9, B5H11, B6H10, B(C
H3)3, B(C2H5)3, B6H12, AlX3,
Al(CH3)2Cl, Al(CH3)3, Al(OC
H3)2Cl, Al(CH3)Cl2, Al(C2H5
)3, A(OC2H5)3, Al(CH3)3Cl3,
Al(i-C4H9)5, Al(C3H7)3, Al(
OC4H9)3,GaX3,Ga(OCH3)3,Ga
(OC2H5)3,Ga(OC3H7)3,Ga(CH
3) 3, Ga2H6, GaH(C2H5)2, Ga(O
C2H5), (C2H5)2, In(CH3)3, In
(C3H7)3, In(C4H9)3, and the like.

【0045】n型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第V族の元素を含む化合物が用いられる。 第V族の元素としては、P,N,As,Sbが挙げられ
る。第V族の元素を含む化合物としては、具体的には、
NH3HN3,N2H5N3,N2H4,NH4N3,
PX3,P(OCH3)3,P(OC2H5)3,P(
C3H7)3,P(OC4H9)3,P(CH3)3,
P(C2H5)3,P(C3H7)3,P(C4H9)
3,P(OCH3)3,P(OC2H5)3,P(OC
3H7)3,P(OC4H9)3,P(SCN)3,P
2H4,PH3,AsH3,AsX3,As(OCH3
)3,As(OC2H5)3,As(OC3H7)3,
As(OC4H9)3,AS(CH3)3,As(CH
3)3,As(C2H5)3,As(C6H5)3,S
bX3,Sb(OCH3)3,Sb(OC2H5)3,
Sb(OC3H7)3,Sb(OC4H9)3,Sb(
CH3)3,Sb(C3H7)3,Sb(C4H9)3
などが挙げられる。
As a valence electron control agent for obtaining an n-type semiconductor, a compound containing an element of Group V of the periodic table is used. Group V elements include P, N, As, and Sb. Specifically, compounds containing Group V elements include:
NH3HN3, N2H5N3, N2H4, NH4N3,
PX3, P(OCH3)3, P(OC2H5)3, P(
C3H7)3, P(OC4H9)3, P(CH3)3,
P(C2H5)3, P(C3H7)3, P(C4H9)
3,P(OCH3)3,P(OC2H5)3,P(OC
3H7)3,P(OC4H9)3,P(SCN)3,P
2H4, PH3, AsH3, AsX3, As(OCH3
)3, As(OC2H5)3, As(OC3H7)3,
As(OC4H9)3, AS(CH3)3, As(CH
3) 3,As(C2H5)3,As(C6H5)3,S
bX3, Sb(OCH3)3, Sb(OC2H5)3,
Sb(OC3H7)3, Sb(OC4H9)3, Sb(
CH3)3, Sb(C3H7)3, Sb(C4H9)3
Examples include.

【0046】勿論、これらの原料ガスは1種であっても
よいが、2種またはそれ以上を併用してもよい。
Of course, these raw material gases may be used alone, or two or more types may be used in combination.

【0047】前記した原料物質が常温、常圧下で気体状
態である場合にはマスフローコントローラー(以下MF
Cを称す)などによって成膜空間への導入量を制御し、
液体状態である場合には、Ar,Heなどの希ガスまた
は水素ガスをキャリアーガスとして、必要に応じ温度制
御が可能なバブラーを用いてガス化し、また固体状態で
ある場合には、Ar,Heなどの希ガスまたは水素ガス
をキャリアーガスとして加熱昇華炉を用いてガス化して
、主にキャリアーガス流量と炉温度により導入量を制御
する。
When the above-mentioned raw material is in a gaseous state at room temperature and pressure, a mass flow controller (hereinafter referred to as MF) is used.
The amount introduced into the film forming space is controlled by
If it is in a liquid state, it is gasified using a bubbler that can control the temperature as necessary using a rare gas such as Ar or He or hydrogen gas as a carrier gas, and if it is in a solid state, it is A rare gas such as or hydrogen gas is gasified using a heating sublimation furnace as a carrier gas, and the amount introduced is controlled mainly by the carrier gas flow rate and furnace temperature.

【0048】[0048]

【実施例】非晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜の性質
を調べるために予備試験を行なった後、実施例および比
較例の試験を行なった。まず成膜の手順について説明す
る。図10に示す公知のRF放電プラズマCVD成膜装
置を用いて、以下のようにして非晶質シリコン・ゲマニ
ウム膜を作製した。
EXAMPLES After preliminary tests were conducted to investigate the properties of amorphous silicon germanium thin films, tests of Examples and Comparative Examples were conducted. First, the film formation procedure will be explained. An amorphous silicon/gemanium film was produced in the following manner using a known RF discharge plasma CVD film forming apparatus shown in FIG.

【0049】図10において100は反応チャンバー、
101は基板、102はアノード電極、103はカソー
ド電極、104は基板加熱用ヒーター、105は接地用
端子、106はマッチングボックス、107はRF電源
、108は排気管、109は排気ポンプ、110は成膜
ガス導入管、120および122はバルブ、121はマ
スフローコントローラーを示す。
In FIG. 10, 100 is a reaction chamber;
101 is a substrate, 102 is an anode electrode, 103 is a cathode electrode, 104 is a heater for heating the substrate, 105 is a grounding terminal, 106 is a matching box, 107 is an RF power source, 108 is an exhaust pipe, 109 is an exhaust pump, 110 is an exhaust pump. A membrane gas introduction pipe, 120 and 122 are valves, and 121 is a mass flow controller.

【0050】まず、5cm角の基板101を反応チャン
バー100の中のカソードに取り付け、排気ポンプ10
9により充分排気し、不図示のイオンゲージで反応チャ
ンバー100の中の真空度が10−6Torrとなるよ
うにした。次に基板加熱用ヒーター104で基板101
を300℃に加熱した。基板温度が一定になった後、バ
ルブ120,122を開け、マスフローコントローラー
121を制御して不図示のSiH4ガスボンベからSi
H4ガスをガス導入管110を介して反応チャンバー1
00の中に導入した。同様にしてマスフローコントロー
ラーを制御してH2ガス、GeH4ガスを導入した。反
応チャンバー100の内圧を1.5Torrに保つよう
に不図示の圧力コントローラーを調整した後、RF電源
107からパワーを投入し、マッチングボックス106
を調整することにより反射波を最小にしながらプラズマ
放電を60分間行ない、非晶質シリコン・ゲルマニウム
膜を堆積した。ガス供給をやめ反応チャンバー100か
ら試料を取り出した。
First, a 5 cm square substrate 101 is attached to the cathode in the reaction chamber 100, and the exhaust pump 10 is
The reaction chamber 100 was sufficiently evacuated using an ion gauge (not shown), and the vacuum level in the reaction chamber 100 was adjusted to 10 −6 Torr. Next, the substrate 101 is heated by the substrate heating heater 104.
was heated to 300°C. After the substrate temperature becomes constant, the valves 120 and 122 are opened, and the mass flow controller 121 is controlled to supply Si from a SiH4 gas cylinder (not shown).
H4 gas is introduced into the reaction chamber 1 through the gas introduction pipe 110.
It was introduced into 00. Similarly, the mass flow controller was controlled to introduce H2 gas and GeH4 gas. After adjusting the pressure controller (not shown) to maintain the internal pressure of the reaction chamber 100 at 1.5 Torr, power is applied from the RF power source 107 and the matching box 106
Plasma discharge was carried out for 60 minutes while minimizing the reflected waves by adjusting , and an amorphous silicon germanium film was deposited. The gas supply was stopped and the sample was taken out from the reaction chamber 100.

【0051】以上が、本実験で用いられた非晶質シリコ
ン・ゲルマニウムの薄膜堆積の一般的な堆積過程である
。金属基板を用いる場合も同様の方法を用いた。
The above is the general deposition process for amorphous silicon germanium thin film deposition used in this experiment. A similar method was used when using a metal substrate.

【0052】予備試験 この実験ではi層堆積時に導入するGeH4量と膜堆積
速度の関係、導入するGeH4量と成膜された膜のバン
ド・ギャップ・エネルギーの関係を調べた。
Preliminary Test In this experiment, the relationship between the amount of GeH4 introduced during i-layer deposition and the film deposition rate, and the relationship between the amount of GeH4 introduced and the band gap energy of the deposited film were investigated.

【0053】まず、i層膜堆積開始時から終了時まで一
定量のSi2H6ガス、H2ガス、GeH4ガスを導入
してガラス基板上にi層膜に対応するSiGe:H膜の
みを堆積させた試料を作製した。ただし、GeH4量と
i層のバンド・ギャップ・エネルギーの関係を調べるた
め、導入するGeH4量の異なる試料を複数種作製した
First, a sample was prepared in which only a SiGe:H film corresponding to the i-layer film was deposited on a glass substrate by introducing constant amounts of Si2H6 gas, H2 gas, and GeH4 gas from the start to the end of i-layer film deposition. was created. However, in order to examine the relationship between the amount of GeH4 and the band gap energy of the i-layer, a plurality of samples were prepared with different amounts of GeH4 introduced.

【0054】用いたガラス基板は市販の約1mmの厚さ
のコーニング社製7059ガラス板である。導入した原
料ガス量はどの試料もSi2H6  10SCCM,H
2  100SCCMとした。そしてGeH4は、1,
5,10,20SCCMの4種類とした。印加したRF
電力は10W、ガラス基板の温度は350℃、チャンバ
ー内の圧力は2Torrである。膜堆積時間は、いずれ
の試料も1時間とした。
The glass substrate used was a commercially available 7059 glass plate manufactured by Corning Corp. with a thickness of about 1 mm. The amount of raw material gas introduced was Si2H6 10SCCM,H for all samples.
2 100SCCM. And GeH4 is 1,
There were four types: 5, 10, and 20 SCCM. Applied RF
The power was 10 W, the temperature of the glass substrate was 350° C., and the pressure inside the chamber was 2 Torr. The film deposition time was 1 hour for all samples.

【0055】作製した試料について各々、以下のように
膜の堆積速度、バンド・ギャップ・エネルギー、膜中の
Geの組成量を測定した。膜の堆積速度は、アルファ・
ステップ(商品名、TENCOR  INSTRUME
NTS社製)を用いてガラス基板上の堆積膜の膜厚を測
定し、その値を膜堆積時間で除して求めた、また、バン
ド・ギャップ・エネルギーとはここでは光学的バンド・
ギャップ・エネルギーのことを指すが、紫外・可視光域
の吸収率および上記のガラス基板上の堆積膜の膜厚の測
定値を用いて求めた。
For each of the prepared samples, the film deposition rate, band gap energy, and Ge composition amount in the film were measured as follows. The deposition rate of the film is alpha
Step (Product name, TENCOR INSTRUME
The film thickness of the deposited film on the glass substrate was measured using a NTSC (manufactured by NTS), and the value was divided by the film deposition time.
The gap energy was determined using the absorption coefficient in the ultraviolet and visible light regions and the measured value of the film thickness of the deposited film on the glass substrate.

【0056】以上のように作製した4種類の試料につい
て、GeH4導入量と膜堆積速度の関係、GeH4導入
量とバンド・ギャップ・エネルギーの関係を各々図4お
よび5に示した。
The relationship between the amount of GeH4 introduced and the film deposition rate and the relationship between the amount of GeH4 introduced and band gap energy are shown in FIGS. 4 and 5, respectively, for the four types of samples prepared as described above.

【0057】その結果、図4より膜堆積速度はGeH4
導入量の増加とともに直線的に増加すること、また図5
よりバンド・ギャップ・エネルギーはGeH4導入量の
増加とともに下に凸に減少することが解った。
As a result, from FIG. 4, the film deposition rate was
It increases linearly as the amount of introduction increases, and Fig. 5
It was found that the band gap energy decreases convexly downward as the amount of GeH4 introduced increases.

【0058】実施例1および比較例1 実施例1では、i型半導体膜形成時に図1に示すGeH
4導入プロファイルとし、比較例1ではGeH4を一定
流量導入し続けて光起電力素子を作製し、素子のエネル
ギー変換効率を調べた。図1中、Tは総堆積時間であり
、tはGeH4の導入量が最大になる時点を示す。ここ
では、金属基板上にn,i,p層の順にアモルファスS
i:H薄膜をグロー放電法によって堆積しその上に透明
電極、グリッド状金属電極を真空蒸着して光起電力素子
とした。
Example 1 and Comparative Example 1 In Example 1, GeH as shown in FIG.
4 introduction profile, and in Comparative Example 1, a photovoltaic device was manufactured by continuously introducing GeH4 at a constant flow rate, and the energy conversion efficiency of the device was examined. In FIG. 1, T is the total deposition time, and t indicates the point in time when the amount of GeH4 introduced becomes maximum. Here, amorphous S is formed on a metal substrate in the order of n, i, and p layers.
An i:H thin film was deposited by a glow discharge method, and a transparent electrode and a grid-shaped metal electrode were vacuum-deposited thereon to form a photovoltaic device.

【0059】本実施例は特にi層に関するものであるの
で、まず金属基板、n,p層、透明電極(上部電極)、
グリッド状電極(集電電極)について簡単に説明し、そ
の後i層について詳しく説明する。
Since this example is particularly concerned with the i-layer, first, the metal substrate, the n- and p-layers, the transparent electrode (upper electrode),
The grid-like electrode (collecting electrode) will be briefly explained, and then the i-layer will be explained in detail.

【0060】基板としては、厚さ約1mmのステンレス
スチールSUS304を表裏面研磨したものを用いた。
[0060] As the substrate, a stainless steel SUS304 with a thickness of about 1 mm and polished on both sides was used.

【0061】n層薄膜は、Si2H6,H2、PH3/
H21%希釈ガスを各々10SCCM,300SCCM
,12SCCM、チャンバー内に導入し、RF電力20
Wを電極間に印加して、圧力1.5Torrで堆積した
。n層の膜厚は200オングストロームとした。
[0061] The n-layer thin film is Si2H6, H2, PH3/
H21% dilution gas 10SCCM and 300SCCM respectively
, 12SCCM, introduced into the chamber, RF power 20
W was applied between the electrodes and deposited at a pressure of 1.5 Torr. The thickness of the n layer was 200 angstroms.

【0062】また、p層薄膜は、SiH4,H2,BF
3/H22%希釈ガスを各々5.0SCCM、300S
CCM、5.0SCCM、チャンバー内に導入し、RF
電力150Wを電極間に印加して、圧力1.5Torr
で堆積した。膜厚は100オングストロームとした。
[0062] Furthermore, the p-layer thin film is made of SiH4, H2, BF
3/H22% dilution gas each 5.0SCCM, 300S
CCM, 5.0SCCM, introduced into the chamber, RF
A power of 150 W was applied between the electrodes, and a pressure of 1.5 Torr was applied.
It was deposited in The film thickness was 100 angstroms.

【0063】透明電極として酸化インジウム・錫を用い
た。またグリッド状電極としては、Cr,Ag,Crを
順にグリッド状のマスクを用いて真空蒸着した。
Indium tin oxide was used as the transparent electrode. Further, as a grid-shaped electrode, Cr, Ag, and Cr were vacuum-deposited in order using a grid-shaped mask.

【0064】次にi層について説明する。i層膜堆積時
に導入するGeH4は、膜堆積開始時の0SCCMから
最大GeH4量まで直線的に増加させ、その後膜堆積終
了時の0SCCMまで直線的に減少させた。
Next, the i-layer will be explained. GeH4 introduced during i-layer film deposition was linearly increased from 0 SCCM at the start of film deposition to the maximum GeH4 amount, and then linearly decreased to 0 SCCM at the end of film deposition.

【0065】導入する原料ガス量はSi2H610CC
M,H2100SCCM,最大GeH4導入量は10S
CCMとした。印加したRF電力は10Wである。膜厚
は堆積時間を調節することにより2000オングストロ
ームとした。またGeH4導入量最大となる膜厚方向の
位置は膜堆積時間の2/3のところに設定した。
[0065] The amount of raw material gas introduced is Si2H610CC
M, H2100SCCM, maximum GeH4 introduction amount is 10S
CCM. The applied RF power was 10W. The film thickness was set to 2000 angstroms by adjusting the deposition time. Further, the position in the film thickness direction at which the amount of GeH4 introduced is maximum was set at 2/3 of the film deposition time.

【0066】比較例1としては次のi層作製条件を設定
した。すなわち、i層堆積時に導入するGeH4量は膜
堆積開始時から終了まで10SCCMで一定とした。
As Comparative Example 1, the following i-layer manufacturing conditions were set. That is, the amount of GeH4 introduced during the i-layer deposition was kept constant at 10 SCCM from the start to the end of the film deposition.

【0067】導入する原料ガス量はSi2H610SC
CM,H2100SCCMとした。印加したRF電力は
10Wである。膜厚は堆積時間を調節することにより2
000オングストロームとした。膜厚を2000オング
ストロームに揃えた理由は、i層の膜厚が変換効率に影
響し、i層の膜厚の増加とともに変換効率が減少する傾
向があるからである。膜厚を揃えたことによって膜厚の
違いによる変換効率の変化は避けることができる。
[0067] The amount of raw material gas introduced is Si2H610SC.
CM, H2100SCCM. The applied RF power was 10W. The film thickness can be adjusted by adjusting the deposition time.
000 angstroms. The reason why the film thickness is set to 2000 angstroms is that the film thickness of the i-layer affects the conversion efficiency, and the conversion efficiency tends to decrease as the film thickness of the i-layer increases. By making the film thicknesses the same, changes in conversion efficiency due to differences in film thickness can be avoided.

【0068】以上の各々の条件で光起電力素子を作製し
、素子温度を25℃に保ち、AM1.5,100mWの
疑似太陽光を照射して電流・電圧曲線を測定し変換効率
を求めた。
A photovoltaic device was produced under each of the above conditions, the device temperature was maintained at 25° C., and the current/voltage curve was measured by irradiating simulated sunlight of 1.5 AM and 100 mW to determine the conversion efficiency. .

【0069】その結果、変換効率はGeH4を一定量導
入した方に比して、本発明のGeH4導入プロファイル
によって作製したi層をもつ方が約40%高く、本発明
の効果が示された。
As a result, the conversion efficiency was approximately 40% higher with the i-layer prepared according to the GeH4 introduction profile of the present invention than with the case where a fixed amount of GeH4 was introduced, demonstrating the effect of the present invention.

【0070】実施例2 i層のバンド・ギャップ・エネルギーが最小となる膜厚
方向の位置の最適値を求める実験を行なった。
Example 2 An experiment was conducted to find the optimal value of the position in the film thickness direction at which the band gap energy of the i-layer is minimized.

【0071】i層の膜厚は変換効率に影響し、i層の膜
厚の増加とともに変換効率が減少する傾向にあるので、
本実験においてはi層のバンド・ギャップ・エネルギー
が最小となる膜厚方向の位置(GeH4供給流量最大位
置)を変化させても膜厚が変化しないように、i層膜の
堆積時間を一定という条件を設定した。これは、以下の
知見に基づくものである。
The thickness of the i-layer affects the conversion efficiency, and as the thickness of the i-layer increases, the conversion efficiency tends to decrease.
In this experiment, the deposition time of the i-layer film was kept constant so that the film thickness did not change even if the position in the film thickness direction where the band gap energy of the i-layer was minimized (the position of the maximum GeH4 supply flow rate) was changed. The conditions were set. This is based on the following knowledge.

【0072】予備試験によりSi2H6ガス導入量一定
のときi層膜の堆積速度はGeH4ガス導入量に比例し
て増加することが解った(図4)。
A preliminary test revealed that when the amount of Si2H6 gas introduced is constant, the deposition rate of the i-layer film increases in proportion to the amount of GeH4 gas introduced (FIG. 4).

【0073】この結果より、GeH4ガス導入量を膜堆
積開始時の0SCCMから膜堆積時間とともに直線的に
一旦最大GeH4導入量まで増加させその後直線的に膜
堆積終了時の0SCCMまで減少させる場合、i層の膜
厚は膜の堆積時間を底辺とし、最大GeH4導入量を高
さとする三角形の面積になる。よって最大GeH4導入
量とi層の膜堆積時間を一定とすれば、例え最大GeH
4量となるi層膜堆積開始からの時間、即ちi層のバン
ド・ギャップ・エネルギーの最小となる位置を膜厚方向
のどこに設定しても、i層の膜厚を一定とすることがで
きる。そのため、i層の膜厚が変換効率に与える影響を
除いた上で、i層のバンド・ギャップ・エネルギーの最
小となる膜厚方向の位置の最適値を求めることができる
From this result, when the amount of GeH4 gas introduced is increased linearly with the film deposition time from 0SCCM at the start of film deposition to the maximum amount of GeH4 introduced, and then linearly decreased to 0SCCM at the end of film deposition, i The thickness of the layer is the area of a triangle whose base is the deposition time of the film and whose height is the maximum amount of GeH4 introduced. Therefore, if the maximum GeH4 introduction amount and the i-layer film deposition time are kept constant, even if the maximum GeH4
The film thickness of the i-layer can be kept constant no matter where in the film thickness direction the time from the start of the i-layer film deposition with the amount of . Therefore, after removing the influence of the thickness of the i-layer on the conversion efficiency, it is possible to determine the optimal value of the position in the thickness direction where the band gap energy of the i-layer is minimized.

【0074】実験は上記の知見を考慮し以下の条件で行
なわれた。
The experiment was conducted under the following conditions in consideration of the above findings.

【0075】導入する原料ガス量はSi2H610SC
CM,H2100SCCM,最大GeH4導入量を10
SCCMとした。印加したRF電力は10Wである。i
層膜の堆積時間は一定とし、最大GeH4導入量となる
i層膜堆積開始からの時間tの異なるi層膜をもつ光起
電力素子を複数種作製した。装置は実施例1と同じもの
を用いた。
[0075] The amount of raw material gas introduced is Si2H610SC.
CM, H2100SCCM, maximum GeH4 introduction amount 10
It was called SCCM. The applied RF power was 10W. i
The deposition time of the layers was kept constant, and a plurality of photovoltaic elements having i-layer films having different times t from the start of i-layer film deposition at which the maximum amount of GeH4 introduced was produced. The same device as in Example 1 was used.

【0076】以上のように作製した光起電力素子の各々
について実施例1と同様の条件で変換効率を測定した。 図2は横軸にtをi層の総堆積時間Tで除した値(t/
T)、縦軸に変換効率をとりデータをプロットしたもの
である。ただし変換効率は、t/Tが0.78である素
子の変換効率の値を1として相対値をプロットした。結
果としてt/Tが0.73から0.78に増加するとと
もに変換効率は一旦増加して約0.77のとき最大とな
り、その後横軸の値が0.77から1.00に増加する
とともに減少することが解った。
The conversion efficiency of each of the photovoltaic devices produced as described above was measured under the same conditions as in Example 1. The horizontal axis in Figure 2 shows the value obtained by dividing t by the total deposition time T of the i layer (t/
T), data is plotted with conversion efficiency taken on the vertical axis. However, relative values of conversion efficiency were plotted with the value of conversion efficiency of an element having t/T of 0.78 as 1. As a result, as t/T increases from 0.73 to 0.78, the conversion efficiency increases once and reaches the maximum at about 0.77, and then as the value on the horizontal axis increases from 0.77 to 1.00. It was found that it decreases.

【0077】すなわちi層膜中のバンド・ギャップ・エ
ネルギーが最小となる膜厚方向の位置の最適値はi層膜
の総堆積時間を1とすると堆積開始から0.75から0
.80のときであることが解った。
That is, the optimum value of the position in the film thickness direction at which the band gap energy in the i-layer film is minimum is 0.75 to 0 from the start of deposition, assuming that the total deposition time of the i-layer film is 1.
.. I found out that it was when I was 80 years old.

【0078】実施例3 本実施例はi型半導体層以外は実施例1と同様に光起電
力素子を作製しその変換効率を測定比較した。金属基板
、n,p層、透明電極、グリッド状基板のそれぞれの材
質、作製条件は実施例1と同様であり、i層の作製条件
は次のとおりとした。
Example 3 In this example, photovoltaic elements were produced in the same manner as in Example 1 except for the i-type semiconductor layer, and their conversion efficiencies were measured and compared. The materials and manufacturing conditions for the metal substrate, n- and p-layers, transparent electrodes, and grid-like substrate were the same as in Example 1, and the manufacturing conditions for the i-layer were as follows.

【0079】本実験例においてはバンド・ギャップ・エ
ネルギーの最適値、すなわち導入する最大GeH4量の
最適値を求める実験を行なった。
In this experimental example, an experiment was conducted to find the optimum value of the band gap energy, that is, the optimum value of the maximum amount of GeH4 to be introduced.

【0080】本実施例においてもi層の膜厚の変化によ
って変換効率が変化することを避ける目的で次のような
手順で作製条件を設定した。
In this example as well, the manufacturing conditions were set according to the following procedure in order to avoid changes in conversion efficiency due to changes in the thickness of the i-layer.

【0081】まず、i層の膜厚を2000オングストロ
ームに設定し導入する原料ガス量はSi2H610SC
CM,H2100SCCM,最大GeH4導入量はそれ
ぞれ1.5,10および20SCCMとした。各最大G
eH4導入量に対応するi層堆積膜速度を図4から求め
た。 この値をもとに設定した膜厚となるように各々のi層の
膜堆積時間を決定した。
First, the thickness of the i-layer is set to 2000 angstroms, and the amount of raw material gas introduced is Si2H610SC.
CM, H2100SCCM, and the maximum amount of GeH4 introduced were 1.5, 10, and 20SCCM, respectively. Each maximum G
The i-layer deposition film speed corresponding to the amount of eH4 introduced was determined from FIG. 4. Based on this value, the film deposition time of each i-layer was determined so as to achieve the set film thickness.

【0082】以上のようにi層の膜堆積時間を各々の最
大GeH4導入量に適した長さとすることによってi層
の膜厚は一定に保たれ、i層の膜厚の影響を受けずに最
大GeH4導入量の最適値を求めることができる。
As described above, by setting the film deposition time of the i-layer to a length suitable for each maximum amount of GeH4 introduced, the film thickness of the i-layer can be kept constant and is not affected by the film thickness of the i-layer. The optimum value of the maximum amount of GeH4 to be introduced can be determined.

【0083】また本実験例においてバンド・ギャップ・
エネルギーが最小となる膜厚方向の位置は実施例2の結
果を考慮しi層の膜堆積時間を1として膜堆積開始から
0.78となるように各々の膜堆積時間に対してそれぞ
れ決定した。印加したRF電力は10Wである。
In addition, in this experimental example, the band gap
Considering the results of Example 2, the position in the film thickness direction where the energy is minimum was determined for each film deposition time so that the film deposition time of the i layer was 1 and the position was 0.78 from the start of film deposition. . The applied RF power was 10W.

【0084】以上のように作製した光起電力素子の各々
について変換効率を測定した。また、各々のバンド・ギ
ャップ・エネルギーおよびi層膜中のGeの組成比は最
大GeH4導入量に対応する値を求めた。
The conversion efficiency of each of the photovoltaic devices produced as described above was measured. Further, for each band gap energy and Ge composition ratio in the i-layer film, values corresponding to the maximum amount of GeH4 introduced were determined.

【0085】図3は横軸にバンド・ギャップ・エネルギ
ーを、縦軸に変換効率をとり測定データをプロットした
ものである。ただし変換効率は最大GeH4供給時に堆
積された部分のバンド・ギャップ・エネルギーが1.4
2eVだった素子の変換効率を1として相対値で表した
。この図より最大GeH4供給時のバンド・ギャップ・
エネルギーが約1.3eVから1.4eVの領域では変
換効率はほぼ一定値であること。また、約1.4eVか
ら約1.7eVの領域では最大GeH4供給時のバンド
・ギャップ・エネルギーの増加とともに変換効率が減少
する傾向が見られる。
FIG. 3 shows measured data plotted with band gap energy plotted on the horizontal axis and conversion efficiency plotted on the vertical axis. However, the conversion efficiency is such that the band gap energy of the deposited portion is 1.4 when the maximum GeH4 is supplied.
The conversion efficiency of the element, which was 2 eV, was expressed as a relative value, taking it as 1. From this figure, the band gap when the maximum GeH4 is supplied is
The conversion efficiency should be approximately constant in the energy range of about 1.3 eV to 1.4 eV. Furthermore, in the region from about 1.4 eV to about 1.7 eV, there is a tendency for the conversion efficiency to decrease as the band gap energy increases when the maximum GeH4 is supplied.

【0086】以上の結果より上記バンド・ギャップ・エ
ネルギーの最適値は1.3eVから1.4eVであるこ
とが解った。
From the above results, it was found that the optimum value of the band gap energy is 1.3 eV to 1.4 eV.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば光
変換効率が高く、かつ原料ガスが比較的少なくて済む光
起電力素子が得られる。
As explained above, according to the present invention, a photovoltaic device can be obtained which has high light conversion efficiency and requires relatively little raw material gas.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の方法におけるゲルマニウム含有ガスの
導入方法を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a method of introducing germanium-containing gas in the method of the present invention.

【図2】本発明の方法におけるゲルマニウム含有ガスの
最大導入時点を表す相対時間と製造された光起電力素子
の変換効率との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the relative time representing the point of maximum introduction of germanium-containing gas in the method of the invention and the conversion efficiency of the produced photovoltaic device.

【図3】本発明の方法における、ゲルマニウム含有ガス
の最大導入時に堆積された部分のバンドギャップエネル
ギーと製造された光起電力素子の変換効率との関係を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the bandgap energy of the portion deposited at the time of maximum introduction of germanium-containing gas and the conversion efficiency of the manufactured photovoltaic device in the method of the present invention.

【図4】予備試験における、ゲルマニウム含有ガス導入
量と膜堆積速度との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of germanium-containing gas introduced and the film deposition rate in a preliminary test.

【図5】予備試験におけるゲルマニウム含有ガス導入量
と堆積された膜のバンド・ギャップ・エネルギーとの関
係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of germanium-containing gas introduced and the band gap energy of the deposited film in a preliminary test.

【図6】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a photovoltaic device manufactured by the method of the present invention.

【図7】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a photovoltaic device manufactured by the method of the present invention.

【図8】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a photovoltaic device manufactured by the method of the present invention.

【図9】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a photovoltaic device manufactured by the method of the present invention.

【図10】実施例で用いた堆積膜形成装置の概略を示す
模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an outline of a deposited film forming apparatus used in Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101    基板 2    下部電極 3,13,23    n型半導体層 4,14,24    i型半導体層 5,15,25    p型半導体層 6    上部電極 7    集電電極 10,11,12    単位素子 100    反応チャンバー 102    アノード電極 103    カソード電極 104    基板加熱用ヒーター 105    接地用端子 106    マッチングボックス 107    RF電源 108    排気管 109    排気ポンプ 110    成膜ガス導入管 120    バルブ 121    マスフローコントローラー122   
 バルブ
1,101 Substrate 2 Lower electrode 3, 13, 23 N-type semiconductor layer 4, 14, 24 I-type semiconductor layer 5, 15, 25 P-type semiconductor layer 6 Upper electrode 7 Current collecting electrode 10, 11, 12 Unit element 100 Reaction Chamber 102 Anode electrode 103 Cathode electrode 104 Substrate heating heater 105 Grounding terminal 106 Matching box 107 RF power supply 108 Exhaust pipe 109 Exhaust pump 110 Filming gas introduction pipe 120 Valve 121 Mass flow controller 122
valve

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  導電性表面を有する基板上に少なくと
も一組のp,i,n型半導体膜が堆積され、i型半導体
膜は非晶質シリコン・ゲルマニウムであり、i型半導体
膜中でゲルマニウムの含有量が膜厚方向に変化すること
によってバンド・ギャップ・エネルギーが膜厚方向に一
旦単調に減少し再び単調に増加する構造を有する光起電
力素子の製造方法であって、i型半導体膜を堆積する工
程において、ゲルマニウムを含有する原料ガスの供給流
量をまず0から所定の流量まで時間に対して直線的に増
加させ、該所定の流量に達した時点からは該供給流量を
時間に対して直線的に0まで減少させる光起電力素子の
製造方法。
1. At least one set of p-, i-, and n-type semiconductor films is deposited on a substrate having a conductive surface, the i-type semiconductor film being amorphous silicon germanium, and germanium in the i-type semiconductor film being amorphous. A method for manufacturing a photovoltaic device having a structure in which the band gap energy monotonically decreases once in the film thickness direction and monotonically increases again as the content of i-type semiconductor film changes in the film thickness direction. In the step of depositing germanium, the supply flow rate of the raw material gas containing germanium is first increased linearly over time from 0 to a predetermined flow rate, and from the point when the predetermined flow rate is reached, the supply flow rate is increased over time. A method for manufacturing a photovoltaic device in which the amount of energy decreases linearly to zero.
【請求項2】  前記所定の流量に達する時点を、前記
i型半導体膜の堆積開始から終了までの総堆積時間に対
して、0.75以上0.8以下の時点とする請求項1の
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the point at which the predetermined flow rate is reached is a point at least 0.75 and no more than 0.8 with respect to the total deposition time from the start to the end of deposition of the i-type semiconductor film. .
【請求項3】  前記所定の流量に達する時点に堆積す
る膜のバンドギャップエネルギーを1.3eV以上1.
4eV以下にする請求項1の方法。
3. The bandgap energy of the film deposited when the predetermined flow rate is reached is 1.3 eV or more.
The method according to claim 1, wherein the voltage is 4 eV or less.
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