JPH04369870A - 光起電力装置の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化亜鉛を透光性導電
材料として使用する光起電力装置及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、非晶質半導体を主材料とする光起
電力装置が、広く普及するに至っている。特に、シリコ
ンからなる材料にあっては、その形成がプラズマＣＶＤ
法というガス分解法によって成し得るものであることか
ら、多種類の非晶質シリコンアロイを形成できるという
特徴を有している。

【０００３】然し乍ら、これら非晶質半導体は、その一
方でプラズマＣＶＤ法を用いるために、形成途中にある
膜或るいはその下地となる膜へのそのプラズマ自体によ
る損傷を避けることはできない。特に、透明導電膜上に
プラズマ反応法による非晶質半導体を形成し光起電力装
置の構造とする場合、斯るプラズマによる損傷により、
その透明導電膜の構成材料である錫或るいは鉛が形成途
上の前記非晶質半導体に拡散し、この光起電力装置の特
性を劣化させてしまう。

【０００４】そこで、近年、耐プラズマ性に優れた酸化
亜鉛をこの透明導電膜の表面にコートすることによって
、この様な拡散による特性劣化を防止する光起電力装置
の素子構造が提案されている。斯る内容については、Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ｔ
ｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａ
ｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｋｙｏｔｏ．Ｊａｐａｎ．
ｐ６２３〜６２６に詳細に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、酸化亜鉛は
、耐プラズマに優れるものの、その後に形成されるｐ型
半導体としての非晶質シリコンカーバイド（以下ａ−Ｓ
ｉＣと略する。）とのオーミック特性が一般に優れず、
光起電力装置の変換効率特性の低下を招いている。

【０００６】そこで、本発明の目的とするところは、こ
のオーミック特性低下の発生しない光起電力装置及びそ
の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明光起電力装置の特
徴とするところは、酸化錫と酸化亜鉛、さらに導電性ａ
−ＳｉＣがこの順序で重畳形成されてなる積層体を具備
する光起電力装置に於て、前記酸化亜鉛と前記ａ−Ｓｉ
Ｃとの間にボロンを含有する非晶質シリコン、又はボロ
ン膜を隣接配置させたことで、特にその非晶質シリコン
の膜厚を１０から３０Åとしたこと、またはそのボロン
膜を０．２５原子層から２原子層としたことにあり、ま
た、本発明の製造方法の特徴とするところは、酸化錫と
酸化亜鉛とをこの順序で形成した後、前記酸化亜鉛の表
面を、ボロンを含有する反応性ガスによるプラズマに晒
し、その後その表面に導電性非晶質シリコンカーバイド
を被着形成することにある。

【０００８】

【作用】本発明光起電力装置によれば、酸化亜鉛と非晶
質シリコンカーバイドとの間にボロンを含有する非晶質
シリコンを隣接配置することによって、これらの接触部
のオーミック特性を向上させることが可能となる。これ
により、光起電力装置内の直列抵抗成分が低減でき光起
電力特性の向上が図れることとなる。

【０００９】このような作用は、ボロンを含有した非晶
質シリコンに替えてボロン膜を使用した場合であっても
全く同様に得られるものである。

【００１０】又、本発明光起電力装置の製造方法によれ
ばボロンを含有した反応性ガスによるプラズマをその酸
化亜鉛の表面に晒すことにより、前述の光起電力装置と
同様に直列抵抗成分の減少が図れ、特性の向上が可能と
なる

【００１１】

【実施例】図１は、本発明を説明するための第１の実施
例光起電力装置の素子構造断面図である。図中の（１）
は、ガラスや石英などからなる透光性絶縁基板、（２）
は透明導電膜である酸化錫、（３）は酸化錫（２）から
の錫の拡散を防止するもう一つの透明導電膜である酸化
亜鉛、（４）は本発明の特徴であるＢ２Ｈ６ガスが添加
された反応性ガスによって形成されたボロンを含有する
非晶質シリコン、（５）はｐ型の導電性ａ−ＳｉＣ、（
６）はバッファ用の真性ａ−ＳｉＣ、（７）は真性の非
晶質シリコン、（８）はｎ型の導電性非晶質シリコン、
（９）はアルミニュームなどからなる金属電極、（１０
）は電流取り出し用のリード線である。ボロンを含有す
る非晶質シリコン（４）以外は従来周知のもので、以下
ではこのボロンを含有する非晶質シリコン（４）につい
て詳述する。

【００１２】本発明光起電力装置は、次のように形成し
た。まず、基板（１）上に熱ＣＶＤ法によって酸化錫（
２）を形成した後、酸化亜鉛（３）を高周波スパッタ法
により成膜する。斯る場合のターゲット材料として酸化
亜鉛を使用し、スパッタガスとしてアルゴン２０ｓｃｃ
ｍ、スパッタ時の真空度３×１０−３Ｔｏｒｒとし、高
周波電力３００Ｗ、基板温度１５０℃の条件で膜厚が１
５０Åとなるように形成した。

【００１３】次に本発明の特徴であるボロンを含有する
非晶質シリコン（４）をプラズマＣＶＤ法にて成膜した
。 代表的な反応条件として、反応性ガスをシランガス２０
ｓｃｃｍ、前記Ｂ２Ｈ６ガス０．１ｓｃｃｍ，水素ガス
１００ｓｃｃｍからなる混合ガスとし、反応時のガス圧
力，放電電力さらに基板温度は、夫々　　０．２Ｔｏｒ
ｒ，３０Ｗ，１６０℃とし、その膜厚は、２０Åとした
。

【００１４】そして、以下の導電性ａ−ＳｉＣ（５）、
真性ａ−ＳｉＣ（６）、非晶質シリコン（７）、及び導
電性非晶質シリコン（８）は、表１に示された代表的な
反応条件によって形成した。金属電極（９）は蒸着法に
よるアルミニュームを使用した。

【００１５】

【表１】

【００１６】図２及び図３は、実施例光起電力装置の光
起電力特性と、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）
の膜厚との関係を示す特性図である。このボロンを含有
する非晶質シリコン（４）の膜厚がゼロの状態とは、該
非晶質シリコン（４）を具備せず酸化亜鉛（３）と導電
性ａ−ＳｉＣ（５）を直接被着形成させた従来のもので
ある。

【００１７】この光起電力特性としては、図２に、曲線
因子（ＦＦ）と変換効率（η）を示し、図３に開放電圧
（ＶＯＣ）と短絡電流（Ｉ）について示している。特に
、この曲線因子（ＦＦ）は光起電力装置の直列抵抗成分
が小さくなるとともに、曲線因子が増加し１の値に近付
く程性能がよいことを示すこととなる。

【００１８】図２によれば、本発明の特徴であるボロン
を含有する非晶質シリコン（４）を具備しない従来の光
起電力装置、即ち図中の膜厚がゼロの状態では、曲線因
子（ＦＦ）が極端に低下することが判る。これは、酸化
亜鉛（３）と導電性ａ−ＳｉＣ（５）とが隣接配置され
ているために、これら接触部におけるオーミック特性が
優れず、この光起電力特性としての直列抵抗成分が増加
してしまうためである。

【００１９】一方、本発明光起電力装置にあっては、ボ
ロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚の増加とと
もに、前記曲線因子（ＦＦ）が増加する。斯る様子から
本発明光起電力装置においては、この直列抵抗成分の低
減が図れていることが判る。

【００２０】又、図３によれば該光起電力装置では、そ
の膜厚の増加とともに短絡電流の減少が観察されるが、
これは、ボロンを含有する非晶質シリコン（４）の膜厚
増加にともなって、該非晶質シリコン（４）自体によっ
て吸収される入射光の量も増加することとなり、斯様な
減少が発生する。

【００２１】従って、本発明光起電力装置を形成する場
合、このボロンを含有する非晶質シリコン（４）を使用
したことによる直列抵抗成分の減少と、その使用による
光の損失との均衡を考慮して設計することが必要となる
。 図２及び図３によれば、短絡電流（Ｉ）の減少及び曲線
因子（ＦＦ）の増加との兼ね合いから、ボロンを含有す
る非晶質シリコン（４）の膜厚が１０〜３０Åの範囲と
するのが好ましく、特にその膜厚が２０Åの場合におい
ては変換効率（η）の最高値が得られている。

【００２２】次に、この直列抵抗成分を減少せしめるた
めの、発明である光起電力装置の製造方法について説明
する。

【００２３】図４は、その製造方法を説明するための工
程別素子構造断面図である。同図（ａ）で示される第１
工程では、透光性絶縁基板（４１）上に、酸化錫（４２
）及び酸化亜鉛（４３）を順次積層する。

【００２４】次に、同図（ｂ）で示される第２工程では
、酸化亜鉛（４３）の表面にボロンを含有する反応性ガ
スＢ２Ｈ６によって生成されたプラズマ（４４）を晒す
。このプラズマ処理によって、酸化亜鉛（４３）の表面
（４３ａ）近傍にはプラズマ（４４）によるボロン（Ｂ
）が含有されることとなる。

【００２５】そして、同図（ｃ）で示される第３工程で
は、ｐ型の導電性ａ−ＳｉＣ（４５）、バッファ用の真
性ａ−ＳｉＣ（４６）、真性の非晶質シリコン（４７）
、ｎ型の導電性非晶質シリコン（４８）、アルミニュー
ムなどからなる金属電極（４９）を順次形成する。

【００２６】前記第２工程以外の工程は、前述した実施
例と同様な条件によって形成したものである。

【００２７】尚、ボロン（Ｂ）を含有する反応性ガスと
して、実施例のＢ２Ｈ６以外にＢ（ＣＨ３）３やＢＦ３
なども使用することができる。

【００２８】表２に本発明製造方法によって形成された
光起電力装置の代表的な特性を示す。同表には前記プラ
ズマ処理を施していない光起電力装置の特性についても
同時に示している。

【００２９】

【表２】

【００３０】本発明製造方法にあっても、このプラズマ
処理による効果は、直列抵抗成分の減少として表れ良好
な特性が得られた。

【００３１】次に本発明光起電力装置の第２の実施例に
ついて説明する。図５は、その光起電力装置の素子構造
断面図である。第１の実施例（図１）と同一の材料とす
るところについては、同一の符号を付している。

【００３２】本例の特徴とするところは、第１の実施例
で使用した非晶質シリコン（４）に替えてボロン膜（５
１）を用いたことにあり、他の部分については第１の実
施例と同様の方法にて形成した。

【００３３】実施例では、このボロン膜（５１）の形成
として光ＣＶＤ法を使用した。代表的な形成条件を表３
に示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】また、このボロン膜（５１）の成膜にあた
っては、光ＣＶＤ法のための光源として低圧水銀ランプ
を使用し、その厚みとしては０．１〜１原子層を形成し
た。

【００３６】本例光起電力装置においても、このボロン
膜（５１）の厚みは光起電力特性に大きな影響を与える
。図６は、この厚みと光起電力特性との関係を説明する
特性図で、図に示す１原子層は約４〜５Åに相当する。 通常、１原子層とは、或る原子が一つの層として均一に
形成された状態をいうが、ここでは使用する膜の厚みが
原子サイズとなるほど極めて薄いものであることから、
斯る状態を１つの単位として使用する。従って、明細書
中や図面中で使用する例えば０．５原子層という厚みと
は、１原子層の半分であるというのではなく、形成され
ている面の５０％が被われる程度に形成されている状態
をいう。

【００３７】又、図中の原子層がゼロの状態とは、ボロ
ン膜を介することなく光起電力装置を形成することを示
している。

【００３８】同図によれば、ボロン膜の厚みの増加とと
もに曲線因子（ＦＦ）が増加し、１原子層の厚みで最大
値を示す。特に、光起電力特性の総合的評価を表す変換
効率にあっては、この１原子層で１０．８％もの大きな
値が得られている。この特性から、ボロン膜を使用した
ことによる直列抵抗の低減化が図れることが分かる。

【００３９】特に、ボロン膜を使用する本発明光起電力
装置にあっては、その厚みとして、０．２５原子層から
２原子層とすることが特性上好ましい。

【００４０】更に同図においても、ボロン膜の厚みが増
加したことによる特性の低下が観測されるが、この原因
については第１の実施例で説明したようにこのボロン膜
自体の光吸収によるものである。

【００４１】尚、本例で使用したボロン膜は、光ＣＶＤ
法によって形成したものを用いたが、この他にプラズマ
ＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法による形成方法によって成膜した
膜であっても同様の効果を呈する。

【００４２】

【発明の効果】本発明光起電力装置又は本発明製造方法
によれば、酸化亜鉛と導電性ａ−ＳｉＣとの間のオーミ
ック特性が向上し得、良好な光起電力特性を得ることが
可能となる。

【００４３】又、本発明で使用するボロンを含有する非
晶質シリコン及びボロン膜は、導電性非晶質シリコンカ
ーバイドと同様のプラズマＣＶＤ法によって形成し得る
ものであることから、工程の複雑化を招かない。

【００４４】さらに、本発明の製造方法によれば、ボロ
ンを含有した反応性ガスのよるプラズマに晒すことによ
って所望の効果を得ることができるものであることから
、新たな膜を導入したことによる光の損失が生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光起電力装置の第１の実施例の素子構造
断面図である。

【図２】前記光起電力装置の光起電力特性図である。

【図３】前記光起電力装置のその他の光起電力特性図で
ある。

【図４】本発明光起電力装置の製造方法を説明するため
の工程別素子構造断面図である。

【図５】本発明光起電力装置の第２の実施例の素子構造
断面図である。

【図６】前記光起電力装置の光起電力特性図である。

【符号の説明】

（２）──酸化錫 （３）──酸化亜鉛

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酸化錫と酸化亜鉛、さらに導電性非晶
   質シリコンカーバイドがこの順序で重畳形成されてなる
   積層体を具備する光起電力装置に於て、前記酸化亜鉛と
   前記非晶質シリコンカーバイドとの間にボロンを含有す
   る非晶質シリコンを隣接配置させたことを特徴とする光
   起電力装置。
2. 【請求項２】　　前記請求項１において、前記非晶質シ
   リコンの膜厚を１０から３０Åとすることを特徴とした
   光起電力装置。
3. 【請求項３】　　酸化錫と酸化亜鉛とをこの順序で形成
   した後、前記酸化亜鉛の表面を、ボロンを含有する反応
   性ガスによるプラズマに晒し、その後その表面に導電性
   非晶質シリコンカーバイドを被着形成することを特徴と
   する光起電力装置の製造方法。
4. 【請求項４】　　酸化錫と酸化亜鉛、さらに導電性非晶
   質シリコンカーバイドがこの順序で重畳形成されてなる
   積層体を具備する光起電力装置に於て、前記酸化亜鉛と
   前記非晶質シリコンカーバイドとの間にボロン膜を隣接
   配置させたことを特徴とする光起電力装置。
5. 【請求項５】　　前記請求項４において、前記ボロン膜
   の厚みが０．２５原子層から２原子層とすることを特徴
   とした光起電力装置。