JPH05110123A - 光電変換装置とその製造方法 - Google Patents
光電変換装置とその製造方法Info
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- JPH05110123A JPH05110123A JP3293899A JP29389991A JPH05110123A JP H05110123 A JPH05110123 A JP H05110123A JP 3293899 A JP3293899 A JP 3293899A JP 29389991 A JP29389991 A JP 29389991A JP H05110123 A JPH05110123 A JP H05110123A
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- film
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- hydrogen
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- 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】
【目的】 簡略な工程で、製造コストが低減され、かつ
良好な光電特性を示す光電変換装置を得る。 【構成】 第１導電型（ｎ+ 型（あるいはｐ+ 型））半
導体層１０３と、ドーピングしていない微結晶シリコン
層１０４と、ドーピングしていない水素化アモルファス
シリコン層１０５と、第２導電型（ｐ+ 型（あるいはｎ
+ 型））の半導体層１０６とを積層して構成したことを
特徴とする光電変換装置。また、基板上に非単結晶シリ
コンを堆積する工程と、該堆積層に原子状水素を暴露す
る工程とを交互に繰り返しながら、微結晶シリコン層１
０４を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方
法。
良好な光電特性を示す光電変換装置を得る。 【構成】 第１導電型（ｎ+ 型（あるいはｐ+ 型））半
導体層１０３と、ドーピングしていない微結晶シリコン
層１０４と、ドーピングしていない水素化アモルファス
シリコン層１０５と、第２導電型（ｐ+ 型（あるいはｎ
+ 型））の半導体層１０６とを積層して構成したことを
特徴とする光電変換装置。また、基板上に非単結晶シリ
コンを堆積する工程と、該堆積層に原子状水素を暴露す
る工程とを交互に繰り返しながら、微結晶シリコン層１
０４を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池、ｐｉｎ型フォ
トダイオードなどの光電変換装置、およびその製造方法
に関するものである。
トダイオードなどの光電変換装置、およびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、非単結晶シリコン（ここで非単結
晶シリコンとは水素化アモルファスシリコンや微結晶シ
リコンのことである。）を利用した半導体装置の開発が
盛んである。特に大面積のものを、低コストで生産でき
る太陽電池やフォトダイオードの開発が精力的に行われ
ている。
晶シリコンとは水素化アモルファスシリコンや微結晶シ
リコンのことである。）を利用した半導体装置の開発が
盛んである。特に大面積のものを、低コストで生産でき
る太陽電池やフォトダイオードの開発が精力的に行われ
ている。
【０００３】これらの半導体装置に使われる水素化アモ
ルファスシリコン、あるいは微結晶シリコンの堆積方法
としては、シランＳｉＨ4 またはジシランＳｉ2 Ｈ6 を
成膜ガスとするＲＦプラズマＣＶＤ法やマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法、あるいは水素ガス存在下でＳｉターゲッ
トをＡｒプラズマ中でスパッタする反応性スパッタリン
グ法などが用いられてきた。実験的にはこの他にも光Ｃ
ＶＤ法、ＥＣＲＣＶＤ法、水素原子存在下でのＳｉの真
空蒸着法、などの報告があり、ジシランＳｉ2Ｈ6 など
による熱ＣＶＤ法での成功例もある。
ルファスシリコン、あるいは微結晶シリコンの堆積方法
としては、シランＳｉＨ4 またはジシランＳｉ2 Ｈ6 を
成膜ガスとするＲＦプラズマＣＶＤ法やマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法、あるいは水素ガス存在下でＳｉターゲッ
トをＡｒプラズマ中でスパッタする反応性スパッタリン
グ法などが用いられてきた。実験的にはこの他にも光Ｃ
ＶＤ法、ＥＣＲＣＶＤ法、水素原子存在下でのＳｉの真
空蒸着法、などの報告があり、ジシランＳｉ2Ｈ6 など
による熱ＣＶＤ法での成功例もある。
【０００４】このような水素化アモルファスシリコン
膜、微結晶シリコン膜の堆積方法としてもっとも普及し
ているのはプラズマＣＶＤ法である。本方法では、多く
の場合、シラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）
ガスを用い、必要に応じて水素ガスで希釈を行い、１
３．５６ＭＨｚの高周波でプラズマを発生させ、プラズ
マにより成膜ガスを分解して反応性のある活性種をつく
り、基板上に膜を堆積させる。また成膜ガスに、ホスフ
ィン（ＰＨ3 ）、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、ＢＦ3 などの
ドーピングガスを混ぜれば、ｎ型またはｐ型の水素化ア
モルファスシリコン膜、微結晶シリコン膜を形成するこ
とができるので、これらの膜を用いて種々のデバイスを
作ることができる。
膜、微結晶シリコン膜の堆積方法としてもっとも普及し
ているのはプラズマＣＶＤ法である。本方法では、多く
の場合、シラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）
ガスを用い、必要に応じて水素ガスで希釈を行い、１
３．５６ＭＨｚの高周波でプラズマを発生させ、プラズ
マにより成膜ガスを分解して反応性のある活性種をつく
り、基板上に膜を堆積させる。また成膜ガスに、ホスフ
ィン（ＰＨ3 ）、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、ＢＦ3 などの
ドーピングガスを混ぜれば、ｎ型またはｐ型の水素化ア
モルファスシリコン膜、微結晶シリコン膜を形成するこ
とができるので、これらの膜を用いて種々のデバイスを
作ることができる。
【０００５】図３は、これらの作成方法を用いて作成し
た従来の典型的な太陽電池を示した例である。
た従来の典型的な太陽電池を示した例である。
【０００６】同図において、３０１は基板であり、３０
２は下地電極である。３０３はｎ+型水素化アモルファ
スシリコン層、３０４はｉ型水素化アモルファスシリコ
ン層、３０５はｐ+ 型水素化アモルファスシリコン層で
あり、３０６は透明電極である。
２は下地電極である。３０３はｎ+型水素化アモルファ
スシリコン層、３０４はｉ型水素化アモルファスシリコ
ン層、３０５はｐ+ 型水素化アモルファスシリコン層で
あり、３０６は透明電極である。
【０００７】光はこの透明電極を通して、ｐ+ 層３０５
から入射する。このデバイスはｐｉｎ構造をなし、ｉ層
３０４で吸収された光により生成されたキャリアは、内
部電界によって、電子はｎ+ 層３０３側に、ホールはｐ
+ 層３０５側に、それぞれドリフトしていき、その結果
ｐ+ 、ｎ+ 間に起電力が生じる。
から入射する。このデバイスはｐｉｎ構造をなし、ｉ層
３０４で吸収された光により生成されたキャリアは、内
部電界によって、電子はｎ+ 層３０３側に、ホールはｐ
+ 層３０５側に、それぞれドリフトしていき、その結果
ｐ+ 、ｎ+ 間に起電力が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では次のような解決すべき課題があった。
来例では次のような解決すべき課題があった。
【０００９】図５は上記従来例の太陽電池のエネルギー
バンド図である。同図において、Ａはｐ+ 領域、Ｂはｉ
型水素化アモルファスシリコン層、Ｄはｎ+ 領域、Ｆは
フェルミ準位を示す。このような従来の単一セルの場
合、ドーピングをしていない層の光学的バンドギャップ
は１．８ｅＶ程度であり、これよりエネルギーの小さい
長波長域の光は有効に利用されず、変換効率が思うよう
に向上しないという欠点があった。
バンド図である。同図において、Ａはｐ+ 領域、Ｂはｉ
型水素化アモルファスシリコン層、Ｄはｎ+ 領域、Ｆは
フェルミ準位を示す。このような従来の単一セルの場
合、ドーピングをしていない層の光学的バンドギャップ
は１．８ｅＶ程度であり、これよりエネルギーの小さい
長波長域の光は有効に利用されず、変換効率が思うよう
に向上しないという欠点があった。
【００１０】その欠点を解消するために、従来、光学的
バンドギャップの異なる層を用いて、ヘテロ構造にする
ことが提案されている。これは、短波長の光は吸収係数
が大きいので、第１の層として、光の入射する側に光学
的バンドギャップの大きい水素化アモルファスシリコン
層を光電変換層として配し、ここで短波長の光を吸収さ
せ、次に、第２の層として、水素化アモルファスシリコ
ンゲルマニウムなどの光学的バンドギャップの小さい層
を光電変換層として配し、第１の層で吸収されなかった
吸収係数の小さい長波長側の光を、効率よく吸収しよう
とするものである。
バンドギャップの異なる層を用いて、ヘテロ構造にする
ことが提案されている。これは、短波長の光は吸収係数
が大きいので、第１の層として、光の入射する側に光学
的バンドギャップの大きい水素化アモルファスシリコン
層を光電変換層として配し、ここで短波長の光を吸収さ
せ、次に、第２の層として、水素化アモルファスシリコ
ンゲルマニウムなどの光学的バンドギャップの小さい層
を光電変換層として配し、第１の層で吸収されなかった
吸収係数の小さい長波長側の光を、効率よく吸収しよう
とするものである。
【００１１】このようなヘテロ構造の構成では、従来、
光学的バンドギャップの広い材料として、水素化アモル
ファスシリコンカーバイド、光学的バンドギャップの狭
い材料として水素化アモルファスシリコンゲルマニウム
などの合金が利用される。
光学的バンドギャップの広い材料として、水素化アモル
ファスシリコンカーバイド、光学的バンドギャップの狭
い材料として水素化アモルファスシリコンゲルマニウム
などの合金が利用される。
【００１２】しかしながら、このような合金系半導体
は、膜作成時に膜中欠陥が多く生じ、これにより、光に
よって生成されたフォトキャリアが、再結合を盛んに起
こし、電流として外部に取り出せる量が減り、その結
果、変換効率が、期待されるほど向上しないという問題
があった。
は、膜作成時に膜中欠陥が多く生じ、これにより、光に
よって生成されたフォトキャリアが、再結合を盛んに起
こし、電流として外部に取り出せる量が減り、その結
果、変換効率が、期待されるほど向上しないという問題
があった。
【００１３】また、このような異なる材料の合金を用い
て、ヘテロ構造のデバイスを作ることは、製造工程の複
雑化につながり、製造コストの上昇を招くという欠点も
あった。
て、ヘテロ構造のデバイスを作ることは、製造工程の複
雑化につながり、製造コストの上昇を招くという欠点も
あった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、第１導電型（ｎ+ 型（あ
るいはｐ+ 型））半導体層と、ドーピングしていない微
結晶シリコン層と、ドーピングしていない水素化アモル
ファスシリコン層と、第２導電型（ｐ+ 型（あるいはｎ
+ 型））の半導体層とを積層して構成したことを特徴と
する光電変換装置を提供するものである。
を解決するための手段として、第１導電型（ｎ+ 型（あ
るいはｐ+ 型））半導体層と、ドーピングしていない微
結晶シリコン層と、ドーピングしていない水素化アモル
ファスシリコン層と、第２導電型（ｐ+ 型（あるいはｎ
+ 型））の半導体層とを積層して構成したことを特徴と
する光電変換装置を提供するものである。
【００１５】また、基板上に非単結晶シリコンを堆積す
る工程と、該堆積層に原子状水素を暴露する工程とを交
互に繰り返しながら、微結晶シリコン層を形成すること
を特徴とする光電変換装置の製造方法を手段とするもの
である。
る工程と、該堆積層に原子状水素を暴露する工程とを交
互に繰り返しながら、微結晶シリコン層を形成すること
を特徴とする光電変換装置の製造方法を手段とするもの
である。
【００１６】
【作用】本発明によれば、ｎ+ 型（あるいはｐ+ 型）の
第１導電型の半導体を有する層上に、ドーピングしてい
ない微結晶層を設け、さらにドーピングしていない水素
化アモルファスシリコン層を設け、更にｐ+ 型（あるい
はｎ+ 型）の第２導電型の半導体を有する層を設ける構
造を持つ光電変換装置とし、この微結晶シリコンを狭い
光学的バンドギャップの材料として用いることにより、
長波長側の感度も改良することができる。
第１導電型の半導体を有する層上に、ドーピングしてい
ない微結晶層を設け、さらにドーピングしていない水素
化アモルファスシリコン層を設け、更にｐ+ 型（あるい
はｎ+ 型）の第２導電型の半導体を有する層を設ける構
造を持つ光電変換装置とし、この微結晶シリコンを狭い
光学的バンドギャップの材料として用いることにより、
長波長側の感度も改良することができる。
【００１７】また、上記の光電変換装置の製造方法にお
いて、該微結晶層を、基板上に非単結晶シリコン、ある
いは微結晶シリコン層を堆積する工程と、該堆積層に原
子状水素を暴露する工程とを交互に繰り返しながら膜堆
積を行う方法により作成することにより、より効率的、
かつ効果的な製造方法を提供することができる。
いて、該微結晶層を、基板上に非単結晶シリコン、ある
いは微結晶シリコン層を堆積する工程と、該堆積層に原
子状水素を暴露する工程とを交互に繰り返しながら膜堆
積を行う方法により作成することにより、より効率的、
かつ効果的な製造方法を提供することができる。
【００１８】本発明においては、従来水素化アモルファ
スシリコンゲルマニウムなどの合金で不十分ながら実現
していた狭い光学的バンドギャップ材料を、微結晶シリ
コンで、より効果的に実現しようとするものである。
スシリコンゲルマニウムなどの合金で不十分ながら実現
していた狭い光学的バンドギャップ材料を、微結晶シリ
コンで、より効果的に実現しようとするものである。
【００１９】微結晶シリコンは、微結晶粒とアモルファ
スシリコンが混在した構成となっている。微結晶粒の部
分では、水素濃度が減少しており、膜全体としても、水
素濃度の少ない状態となっている。この微結晶シリコン
の光学的バンドギャップを見ると、膜中水素濃度に応じ
て変化しているのが分かる。
スシリコンが混在した構成となっている。微結晶粒の部
分では、水素濃度が減少しており、膜全体としても、水
素濃度の少ない状態となっている。この微結晶シリコン
の光学的バンドギャップを見ると、膜中水素濃度に応じ
て変化しているのが分かる。
【００２０】このような微結晶シリコンを狭い光学的バ
ンドギャップ材料として、水素化アモルファスシリコン
層と一体的に用いれば、製造工程を複雑にすることな
く、デバイスを作ることができ、しかも微結晶シリコン
では、結晶化がある程度進んでいるので、キャリアの移
動度が向上している。その結果光電流の増加も起こって
いる。
ンドギャップ材料として、水素化アモルファスシリコン
層と一体的に用いれば、製造工程を複雑にすることな
く、デバイスを作ることができ、しかも微結晶シリコン
では、結晶化がある程度進んでいるので、キャリアの移
動度が向上している。その結果光電流の増加も起こって
いる。
【００２１】しかしながら、一般の微結晶においては、
その粒界部分でのキャリアの再結合が盛んなため、ほと
んどホトコンダクティビティは生じないため、このまま
では、狭い光学的バンドギャップの光電変換層として利
用することは困難である。
その粒界部分でのキャリアの再結合が盛んなため、ほと
んどホトコンダクティビティは生じないため、このまま
では、狭い光学的バンドギャップの光電変換層として利
用することは困難である。
【００２２】そこで、本発明の成膜と原子状水素暴露を
繰り返しながら成膜する繰り返し成膜法を用いれば、詳
細は後述するように、膜中水素、あるいは微結晶化した
場合の結晶粒径を、ユニット膜（１回の堆積と原子状水
素曝露を１ユニット工程とした場合の１ユニットで形成
される膜）成膜時間あるいは原子状水素暴露時間で自由
に制御でき、かつ微結晶の粒界の欠陥を減らすことがで
きる。そのため、この方法を用いて微結晶シリコンを作
れば、十分なホトコンダクティビティを発生させること
ができる。よって、これを狭い光学的バンドギャップ材
として光電変換層に用いることができる。
繰り返しながら成膜する繰り返し成膜法を用いれば、詳
細は後述するように、膜中水素、あるいは微結晶化した
場合の結晶粒径を、ユニット膜（１回の堆積と原子状水
素曝露を１ユニット工程とした場合の１ユニットで形成
される膜）成膜時間あるいは原子状水素暴露時間で自由
に制御でき、かつ微結晶の粒界の欠陥を減らすことがで
きる。そのため、この方法を用いて微結晶シリコンを作
れば、十分なホトコンダクティビティを発生させること
ができる。よって、これを狭い光学的バンドギャップ材
として光電変換層に用いることができる。
【００２３】また本方法は、原料ガスなどの切り替えな
どのプロセス条件の大きな変更をすることなく、水素化
アモルファスシリコン膜から、微結晶シリコンまで単に
時間のパラメーター設定のみで作成することができるた
め、製造工程は、従来に比べかなり簡略化される。これ
は、実際に成膜する場合非常に大きな長所となる。
どのプロセス条件の大きな変更をすることなく、水素化
アモルファスシリコン膜から、微結晶シリコンまで単に
時間のパラメーター設定のみで作成することができるた
め、製造工程は、従来に比べかなり簡略化される。これ
は、実際に成膜する場合非常に大きな長所となる。
【００２４】
【実施例】（実施例１）図１は本発明になる成膜方法を
用いてイントリンジックな微結晶シリコン層を作り、光
電変換装置（本実施例では太陽電池）を作成した実施例
の構造を示す概略断面図であり、図４はそのエネルギー
バンドプロファイルを示す。
用いてイントリンジックな微結晶シリコン層を作り、光
電変換装置（本実施例では太陽電池）を作成した実施例
の構造を示す概略断面図であり、図４はそのエネルギー
バンドプロファイルを示す。
【００２５】図１において、１０１は基板であり、１０
２は下地電極である。１０３はｎ+型（第１導電型）水
素化アモルファスシリコン層、１０４はｉ型微結晶シリ
コン層、１０５はｉ型水素化アモルファスシリコン層、
１０６はｐ+ 型（第２導電型）水素化アモルファスシリ
コン層であり、１０７は透明電極である。
２は下地電極である。１０３はｎ+型（第１導電型）水
素化アモルファスシリコン層、１０４はｉ型微結晶シリ
コン層、１０５はｉ型水素化アモルファスシリコン層、
１０６はｐ+ 型（第２導電型）水素化アモルファスシリ
コン層であり、１０７は透明電極である。
【００２６】光はこの透明電極１０７を通して、ｐ+ 層
１０６から入射する。本実施例はｐｉｎ構造をなし、ｉ
層１０５で生成されたキャリアは、内部電界によって、
電子はｎ+ 層１０３側に、ホールはｐ+ 層１０６側に、
それぞれドリフトしていき、その結果ｐ+ ，ｎ+ 間に起
電力が生じる。
１０６から入射する。本実施例はｐｉｎ構造をなし、ｉ
層１０５で生成されたキャリアは、内部電界によって、
電子はｎ+ 層１０３側に、ホールはｐ+ 層１０６側に、
それぞれドリフトしていき、その結果ｐ+ ，ｎ+ 間に起
電力が生じる。
【００２７】以下、本発明の微結晶シリコン層１０４を
堆積する手順を説明する。以下の説明では原子状水素を
水素プラズマで発生させ、これを利用するものとする。
堆積する手順を説明する。以下の説明では原子状水素を
水素プラズマで発生させ、これを利用するものとする。
【００２８】また本実施例では、時間ｔD の間水素化ア
モルファスシリコン層を堆積した後、この堆積した膜に
対して時間ｔA だけ原子水素プラズマを照射する（原子
状水素に曝露する）という一組のステップをくりかえし
ながら成膜をする。
モルファスシリコン層を堆積した後、この堆積した膜に
対して時間ｔA だけ原子水素プラズマを照射する（原子
状水素に曝露する）という一組のステップをくりかえし
ながら成膜をする。
【００２９】すなわち、ｔA の間、堆積膜表面は、水素
プラズマ中の原子状水素にさらされ、この時水素プラズ
マ中の原子状水素が、堆積膜の中へ、あるいは堆積表面
にある程度拡散し、シリコン原子を活性化しつつＳｉネ
ットワークの組み替えが起こり、その結果膜中の水素が
脱離するものと考えられる。しかもこの組み替えに伴
う、膜構造の緩和が極度に起こる結果、アモルファス相
から、微結晶相に変化するものと思われる。
プラズマ中の原子状水素にさらされ、この時水素プラズ
マ中の原子状水素が、堆積膜の中へ、あるいは堆積表面
にある程度拡散し、シリコン原子を活性化しつつＳｉネ
ットワークの組み替えが起こり、その結果膜中の水素が
脱離するものと考えられる。しかもこの組み替えに伴
う、膜構造の緩和が極度に起こる結果、アモルファス相
から、微結晶相に変化するものと思われる。
【００３０】その時の水素プラズマの効果を説明する。
図９は、ユニット膜成膜時間ｔD 、水素プラズマを照射
時間ｔA を一定に保って成膜した場合の膜中水素濃度と
基板温度Ｔｓの関係を示している。
図９は、ユニット膜成膜時間ｔD 、水素プラズマを照射
時間ｔA を一定に保って成膜した場合の膜中水素濃度と
基板温度Ｔｓの関係を示している。
【００３１】図９のａは、繰り返し成膜をしない場合
（従来の連続で成膜する場合）である。
（従来の連続で成膜する場合）である。
【００３２】またｂは、アモルファスシリコンの条件か
ら出発して、繰り返し成膜により成膜した場合である
（ただしこの時のｔD ，ｔA の条件は結晶化を起こしや
すい条件になっている。つまりｔD は短く、ｔA は長い
条件である）。
ら出発して、繰り返し成膜により成膜した場合である
（ただしこの時のｔD ，ｔA の条件は結晶化を起こしや
すい条件になっている。つまりｔD は短く、ｔA は長い
条件である）。
【００３３】またｃは、微結晶シリコンに近い条件（連
続膜の状態では、微結晶化は起こっていない。具体的に
は、水素ガスの希釈率の大きい条件である。）から出発
して、繰り返し成膜により成膜した場合である。また
ｂ，ｃの図中Ｍで記されたところは、結晶化の起こって
いる領域である。
続膜の状態では、微結晶化は起こっていない。具体的に
は、水素ガスの希釈率の大きい条件である。）から出発
して、繰り返し成膜により成膜した場合である。また
ｂ，ｃの図中Ｍで記されたところは、結晶化の起こって
いる領域である。
【００３４】ユニット膜成膜時間ｔD の間に堆積するユ
ニット膜の膜厚は数原子層程度であることが望ましく、
実際上１０Å程度であることが望ましい。もし新しく堆
積した層が厚すぎるとシリコンネットワークの緩和が起
こりにくく、水素プラズマ照射の効果が現れない。
ニット膜の膜厚は数原子層程度であることが望ましく、
実際上１０Å程度であることが望ましい。もし新しく堆
積した層が厚すぎるとシリコンネットワークの緩和が起
こりにくく、水素プラズマ照射の効果が現れない。
【００３５】図１０は膜中水素濃度の水素プラズマを照
射時間ｔA 依存を示す。ａは各サイクルでの膜厚が５０
Åの場合であり、ｂは膜厚１００Åの場合である。ａの
図中Ｍで記されたところは微結晶化の起こっている領域
である。図に示されるように、各ステップでの膜厚が１
００Å以上（ｂ）だと水素プラズマ照射をいくら行って
も構造緩和は進まなくなり、アモルファス相を維持した
ままで、結晶化も起こらない。したがって、ｔD 間に堆
積する膜厚は５０Å以下（ａ）、望ましくは１０Å以下
である必要がある。
射時間ｔA 依存を示す。ａは各サイクルでの膜厚が５０
Åの場合であり、ｂは膜厚１００Åの場合である。ａの
図中Ｍで記されたところは微結晶化の起こっている領域
である。図に示されるように、各ステップでの膜厚が１
００Å以上（ｂ）だと水素プラズマ照射をいくら行って
も構造緩和は進まなくなり、アモルファス相を維持した
ままで、結晶化も起こらない。したがって、ｔD 間に堆
積する膜厚は５０Å以下（ａ）、望ましくは１０Å以下
である必要がある。
【００３６】図１１はｔD 間の堆積膜厚と膜中水素濃度
の関係を示している。図中Ｍは結晶化の起こっている領
域である。ｔD 間の堆積膜厚が５０Å以上になると水素
プラズマの効果が低下するのが分かる。
の関係を示している。図中Ｍは結晶化の起こっている領
域である。ｔD 間の堆積膜厚が５０Å以上になると水素
プラズマの効果が低下するのが分かる。
【００３７】図１２はＸ線回折から求めた結晶粒径と水
素プラズマを照射時間ｔA の関係を示す。膜条件は結晶
化しやすい条件（水素希釈条件）である。水素プラズマ
を照射時間を長くすると、結晶粒径が成長しているのが
分かる。
素プラズマを照射時間ｔA の関係を示す。膜条件は結晶
化しやすい条件（水素希釈条件）である。水素プラズマ
を照射時間を長くすると、結晶粒径が成長しているのが
分かる。
【００３８】図１０，１１からユニット膜成膜時間ｔ
D 、水素プラズマを照射時間ｔA を制御することで、膜
中水素濃度と結晶粒径を制御できることが分かる。
D 、水素プラズマを照射時間ｔA を制御することで、膜
中水素濃度と結晶粒径を制御できることが分かる。
【００３９】図１３は本発明の成膜方法で作成した水素
化アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層での膜中
水素濃度と光学的バンドギャップとの関係である。膜中
水素濃度が減少するにつれ、光学的バンドギャップも狭
くなっている。
化アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層での膜中
水素濃度と光学的バンドギャップとの関係である。膜中
水素濃度が減少するにつれ、光学的バンドギャップも狭
くなっている。
【００４０】これらの図における成膜条件は、後述する
図８の装置で作成した以下の太陽電池におけるｉ層成膜
条件と同様のものである。
図８の装置で作成した以下の太陽電池におけるｉ層成膜
条件と同様のものである。
【００４１】本実施例では、原子状水素の生成方法は、
水素プラズマを考えたが、原子状水素を効率良く発生す
るものであれば良い。一般には容量結合型あるいは誘導
結合型の高周波グロー放電を利用すれば、従来の装置で
実現でき、基板上に堆積した水素化アモルファスシリコ
ン膜を基板ごと水素ガスのグロー放電中に置くか、プラ
ズマの近くに置くことにより、原子状水素を堆積膜に供
給することができる。また、この他マイクロ波プラズマ
により原子状水素を発生させて堆積膜表面に拡散させる
方法や、ＥＣＲプラズマにより原子状水素を発生させる
方法もある。
水素プラズマを考えたが、原子状水素を効率良く発生す
るものであれば良い。一般には容量結合型あるいは誘導
結合型の高周波グロー放電を利用すれば、従来の装置で
実現でき、基板上に堆積した水素化アモルファスシリコ
ン膜を基板ごと水素ガスのグロー放電中に置くか、プラ
ズマの近くに置くことにより、原子状水素を堆積膜に供
給することができる。また、この他マイクロ波プラズマ
により原子状水素を発生させて堆積膜表面に拡散させる
方法や、ＥＣＲプラズマにより原子状水素を発生させる
方法もある。
【００４２】ユニット膜を堆積する方法としてプラズマ
ＣＶＤ法を採用すれば、水素プラズマも同一の装置を利
用して発生させることができ、極めて容易に本発明の成
膜方法を実現できる。
ＣＶＤ法を採用すれば、水素プラズマも同一の装置を利
用して発生させることができ、極めて容易に本発明の成
膜方法を実現できる。
【００４３】図８は本発明を実現するための成膜装置を
示す。
示す。
【００４４】図８において８００は反応チャンバー、８
０１は基板、８０３はアノード電極、８０２はカソード
電極、８０４は基板加熱用ヒーター、８０５は接地用端
子、８０６はマッチングボックス、８０７は１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電源、８０８および、８１４は排気管、８
０９および８１５は排気ポンプ、８１０は水素ガス導入
管、８１１、および８１２は成膜ガス導入管、８１３は
三方バルブ、８２０，８３０，８４０，８５０，８６
０，８２２，８３２，８４２，８５２および８６２はバ
ルブ、８２１，８３１，８４１，８５１および８６１は
マスフロ−コントローラーを示す。成膜ガス導入管８１
１には三方バルブ８１３が取りつけられており、三方バ
ルブ８１３を切りかえることにより、成膜ガスのＯＮ／
ＯＦＦを行う。水素（Ｈ2 ）は８６２側から、シラン
（ＳｉＨ4 ）は８２２側からジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）は８
３２側から、ホスフィン（ＰＨ3 ）は８４２側から導入
する。この装置では、水素は常時流している。また、ユ
ニット膜堆積時の成膜ガスであるＳｉＨ4 、あるいはＳ
ｉ2 Ｈ6 のみの流れをＯＮ／ＯＦＦ制御するだけでユニ
ット膜堆積と水素プラズマ照射の両方を容易に切り替え
ることができる。
０１は基板、８０３はアノード電極、８０２はカソード
電極、８０４は基板加熱用ヒーター、８０５は接地用端
子、８０６はマッチングボックス、８０７は１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電源、８０８および、８１４は排気管、８
０９および８１５は排気ポンプ、８１０は水素ガス導入
管、８１１、および８１２は成膜ガス導入管、８１３は
三方バルブ、８２０，８３０，８４０，８５０，８６
０，８２２，８３２，８４２，８５２および８６２はバ
ルブ、８２１，８３１，８４１，８５１および８６１は
マスフロ−コントローラーを示す。成膜ガス導入管８１
１には三方バルブ８１３が取りつけられており、三方バ
ルブ８１３を切りかえることにより、成膜ガスのＯＮ／
ＯＦＦを行う。水素（Ｈ2 ）は８６２側から、シラン
（ＳｉＨ4 ）は８２２側からジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）は８
３２側から、ホスフィン（ＰＨ3 ）は８４２側から導入
する。この装置では、水素は常時流している。また、ユ
ニット膜堆積時の成膜ガスであるＳｉＨ4 、あるいはＳ
ｉ2 Ｈ6 のみの流れをＯＮ／ＯＦＦ制御するだけでユニ
ット膜堆積と水素プラズマ照射の両方を容易に切り替え
ることができる。
【００４５】成膜ガスの水素ガスに対する割合を下げす
ぎると、水素プラズマ照射時に結晶化が起きやすくなる
ので、成膜ガス濃度は１０％程度以下の水素希釈とする
ことにより、微結晶化しやすい条件となる。ただし本発
明におけるように、同一の条件で微結晶シリコン層の上
に、水素化アモルファスシリコン層を成膜する場合は、
水素希釈率を上げすぎると、この連続膜の水素化アモル
ファスシリコン膜の特性が劣化するので、その条件に
は、最適化が必要である。
ぎると、水素プラズマ照射時に結晶化が起きやすくなる
ので、成膜ガス濃度は１０％程度以下の水素希釈とする
ことにより、微結晶化しやすい条件となる。ただし本発
明におけるように、同一の条件で微結晶シリコン層の上
に、水素化アモルファスシリコン層を成膜する場合は、
水素希釈率を上げすぎると、この連続膜の水素化アモル
ファスシリコン膜の特性が劣化するので、その条件に
は、最適化が必要である。
【００４６】また、この場合ユニット膜を堆積する工程
と水素プラズマを照射する工程の両方で切れめなくプラ
ズマをたてておくことも可能であり、このようにすれば
プラズマ発生期の膜質の悪い膜の堆積を防止することが
できる。また、この場合プラズマ安定化のためにＡｒを
添加することも好ましい。
と水素プラズマを照射する工程の両方で切れめなくプラ
ズマをたてておくことも可能であり、このようにすれば
プラズマ発生期の膜質の悪い膜の堆積を防止することが
できる。また、この場合プラズマ安定化のためにＡｒを
添加することも好ましい。
【００４７】つぎに本発明になる図１に示した光電変換
装置の作成工程を説明する。なお各膜は、図８の装置を
用いて成膜した。
装置の作成工程を説明する。なお各膜は、図８の装置を
用いて成膜した。
【００４８】まず、表面を研磨したガラス基板１０１上
に、Ａｌなどの金属膜を用い下電極１０２を形成した
後、反応チャンバー８００の中のカソードに取りつけ、
排気ポンプ８０９により十分排気し、１０-6Ｔｏｒｒと
した。基板温度は２５０℃とした。
に、Ａｌなどの金属膜を用い下電極１０２を形成した
後、反応チャンバー８００の中のカソードに取りつけ、
排気ポンプ８０９により十分排気し、１０-6Ｔｏｒｒと
した。基板温度は２５０℃とした。
【００４９】三方バルブ８１３を成膜ガス導入管４１１
と４１２とを接続するようにした後、バルブ８２０，８
２２を開けＳｉＨ4 ガスを３０ｓｃｃｍ流し、バルブ８
６０，８６２を開けＨ2 ガスを３０ｓｃｃｍ流し、Ｈ2
ガスで１％に希釈したＰＨ3ガスを、バルブ８４０，８
４２を開け３０ｓｃｃｍ流した。
と４１２とを接続するようにした後、バルブ８２０，８
２２を開けＳｉＨ4 ガスを３０ｓｃｃｍ流し、バルブ８
６０，８６２を開けＨ2 ガスを３０ｓｃｃｍ流し、Ｈ2
ガスで１％に希釈したＰＨ3ガスを、バルブ８４０，８
４２を開け３０ｓｃｃｍ流した。
【００５０】チャンバー内圧を１．０Ｔｏｒｒにして５
０ｍＷ／ｃｍ2のＲＦパワーを投入し、７分間放電しｎ+
型水素化アモルファスシリコン層１０３を４００Å堆
積した。
０ｍＷ／ｃｍ2のＲＦパワーを投入し、７分間放電しｎ+
型水素化アモルファスシリコン層１０３を４００Å堆
積した。
【００５１】それぞれのバルブを閉め、ガス供給を停止
した後、チャンバー内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気し
た。
した後、チャンバー内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気し
た。
【００５２】次に本発明になる成膜方法で、微結晶シリ
コン層１０４、引き続き水素化アモルファスシリコン層
１０６を堆積する。基板温度は２５０℃のままとした。
原子状水素を作るためにＲＦ放電による水素プラズマ放
電を利用した。
コン層１０４、引き続き水素化アモルファスシリコン層
１０６を堆積する。基板温度は２５０℃のままとした。
原子状水素を作るためにＲＦ放電による水素プラズマ放
電を利用した。
【００５３】まずバルブ８６０，８６１を開け、Ｈ2 ガ
ス１７０ｓｃｃｍを反応チャンバーに流した。三方バル
ブ８１３を成膜ガス導入管８１１と排気管８１４とを接
続するようにした後、バルブ８２０及び８２２を開け
て、ＳｉＨ4 ガス３０ｓｃｃｍを成膜ガス導入管８１１
に流した。この時の圧力は０．５Ｔｏｒｒであった。こ
の状態でＲＦ電力５０ｍＷ／ｃｍ2 を投入し水素プラズ
マ放電を開始した。
ス１７０ｓｃｃｍを反応チャンバーに流した。三方バル
ブ８１３を成膜ガス導入管８１１と排気管８１４とを接
続するようにした後、バルブ８２０及び８２２を開け
て、ＳｉＨ4 ガス３０ｓｃｃｍを成膜ガス導入管８１１
に流した。この時の圧力は０．５Ｔｏｒｒであった。こ
の状態でＲＦ電力５０ｍＷ／ｃｍ2 を投入し水素プラズ
マ放電を開始した。
【００５４】つぎに三方バルブ８１３を切り替えること
により、成膜と水素プラズマ照射とを繰り返した。本例
での成膜時間ｔD は１０秒で一定とし、１０Åの膜厚と
し、水素プラズマ照射時間ｔA は、図１２を利用して、
微結晶粒径がほぼ３００Åになるように設定した。
により、成膜と水素プラズマ照射とを繰り返した。本例
での成膜時間ｔD は１０秒で一定とし、１０Åの膜厚と
し、水素プラズマ照射時間ｔA は、図１２を利用して、
微結晶粒径がほぼ３００Åになるように設定した。
【００５５】本方法により作成した微結晶シリコンの結
晶粒界での欠陥は低減しており、十分なホトコンダクテ
ィビティを生じていた。しかしながら結晶粒径は最適化
が必要であり、余り小さくしすぎると、結晶粒界の総面
積が増加し、界面での欠陥が減少したとはいえ、ここで
の再結合が増えることになり、本来の効果を発揮できな
いことになる。実際の成膜時にはコンピューターで三方
バルブの開閉を制御した。全ステップ数は１００回とし
微結晶層の膜厚は１０００Åとした。この時の膜中水素
濃度は１％であった。
晶粒界での欠陥は低減しており、十分なホトコンダクテ
ィビティを生じていた。しかしながら結晶粒径は最適化
が必要であり、余り小さくしすぎると、結晶粒界の総面
積が増加し、界面での欠陥が減少したとはいえ、ここで
の再結合が増えることになり、本来の効果を発揮できな
いことになる。実際の成膜時にはコンピューターで三方
バルブの開閉を制御した。全ステップ数は１００回とし
微結晶層の膜厚は１０００Åとした。この時の膜中水素
濃度は１％であった。
【００５６】最終ステップの水素プラズマ放電が終了し
た後、バルブ８１３を切り替え、ＳｉＨ4 をチャンバー
に導入した。しかる後に放電を立て、水素化アモルファ
スシリコン層を連続で３０００Å成膜する。このとき好
適には放電を持続したまま、引き続き成膜するのが良
い。この時の水素化アモルファスシリコン層の光学的バ
ンドギャップは１．８ｅＶであった。本実施例での水素
希釈率はＳｉＨ4 ／Ｈ2＝３／１７であり、連続膜の光
電特性は良好なものであった。
た後、バルブ８１３を切り替え、ＳｉＨ4 をチャンバー
に導入した。しかる後に放電を立て、水素化アモルファ
スシリコン層を連続で３０００Å成膜する。このとき好
適には放電を持続したまま、引き続き成膜するのが良
い。この時の水素化アモルファスシリコン層の光学的バ
ンドギャップは１．８ｅＶであった。本実施例での水素
希釈率はＳｉＨ4 ／Ｈ2＝３／１７であり、連続膜の光
電特性は良好なものであった。
【００５７】つぎにｐ+ 型層１０６を形成した。バルブ
８２０と８２２を閉め、バルブ８６０と８６２を閉め
て、シランガスと水素ガスを止めた後、チャンバー内の
真空度を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。基板温度を２
００℃に変えた後、ＳｉＨ4 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
スで１％に希釈したＢ2 Ｈ6 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
ス１００ｓｃｃｍを流し、圧力を１Ｔｏｒｒに保って、
基板温度が一定になるまで保持した。
８２０と８２２を閉め、バルブ８６０と８６２を閉め
て、シランガスと水素ガスを止めた後、チャンバー内の
真空度を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。基板温度を２
００℃に変えた後、ＳｉＨ4 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
スで１％に希釈したＢ2 Ｈ6 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
ス１００ｓｃｃｍを流し、圧力を１Ｔｏｒｒに保って、
基板温度が一定になるまで保持した。
【００５８】しかる後、ＲＦ電力５０ｍＷ／ｃｍ2 を投
入して、プラズマ放電を１０分間行い、ｐ+ 型層を５０
０Å成膜した。それぞれのバルブを閉めガスを止めた後
チャンバー内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。
入して、プラズマ放電を１０分間行い、ｐ+ 型層を５０
０Å成膜した。それぞれのバルブを閉めガスを止めた後
チャンバー内を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。
【００５９】最後に、上部電極として透明導電膜（ＩＴ
Ｏ膜）１０７を７００Å形成した。
Ｏ膜）１０７を７００Å形成した。
【００６０】本発明の光電変換装置のバンドプロファイ
ルを図３に示す。図３において、Ａはｐ+ 領域、Ｂはｉ
型水素化アモルファスシリコン層、Ｃは微結晶シリコン
層、Ｄはｎ+ 領域、Ｆはフェルミ準位を示す。
ルを図３に示す。図３において、Ａはｐ+ 領域、Ｂはｉ
型水素化アモルファスシリコン層、Ｃは微結晶シリコン
層、Ｄはｎ+ 領域、Ｆはフェルミ準位を示す。
【００６１】ドーピングされていない水素化アモルファ
スシリコン層の光学的バンドギャップは１．８ｅＶ、ド
ーピングされてない微結晶層の光学的バンドギャップは
１．５５ｅＶであった。太陽光はｐ+ 層側から入射する
とし、短波長側は水素化アモルファスシリコン層で吸収
される。この水素化アモルファスシリコン層で十分吸収
されなかった長波長側の光は、この微結晶シリコンで吸
収される。
スシリコン層の光学的バンドギャップは１．８ｅＶ、ド
ーピングされてない微結晶層の光学的バンドギャップは
１．５５ｅＶであった。太陽光はｐ+ 層側から入射する
とし、短波長側は水素化アモルファスシリコン層で吸収
される。この水素化アモルファスシリコン層で十分吸収
されなかった長波長側の光は、この微結晶シリコンで吸
収される。
【００６２】図６は従来の単一セルの場合（図中ａ）
と、本発明の場合（図中ｂ）の分光感度を示す。本発明
の構成を取る太陽電池（図中ｂ）では長波長側の感度が
改良されているのが分かる。
と、本発明の場合（図中ｂ）の分光感度を示す。本発明
の構成を取る太陽電池（図中ｂ）では長波長側の感度が
改良されているのが分かる。
【００６３】また図７では、従来の単一セルの場合（図
中ａ）と本発明の場合（図中ｂ）とでの１００ｍＷの光
量下でのＶ−Ｉ特性である。本発明において、ＩSC（短
絡電流）の向上が見られ、全体として、変換効率の向上
が見られた。これは微結晶層での長波長感度の向上、電
子、ホール移動度の向上によるものと思われる。
中ａ）と本発明の場合（図中ｂ）とでの１００ｍＷの光
量下でのＶ−Ｉ特性である。本発明において、ＩSC（短
絡電流）の向上が見られ、全体として、変換効率の向上
が見られた。これは微結晶層での長波長感度の向上、電
子、ホール移動度の向上によるものと思われる。
【００６４】（実施例２）図２は、本発明の第２の実施
例を示す概略構成断面図である。図２において、２０１
はｎ型ウエハー基板である。２０２はｉ型微結晶シリコ
ン層、２０３はｉ型水素化アモルファスシリコン層であ
り、２０４はｐ+ 型水素化アモルファスシリコン層２０
５は透明電極である。本実施例ではｐｉｎ構造のｎの部
分をウエハーで構成した。光は、透明電極２０４を通し
て、ｐ+ 層から入射し、ｉ層で生成されたキャリアは、
内部電界によって、電子はｎ型ウエハー側に、ホールは
ｐ層側に、それぞれドリフトしていき、その結果ｐ+ ，
ｎ間に起電力が生じる。
例を示す概略構成断面図である。図２において、２０１
はｎ型ウエハー基板である。２０２はｉ型微結晶シリコ
ン層、２０３はｉ型水素化アモルファスシリコン層であ
り、２０４はｐ+ 型水素化アモルファスシリコン層２０
５は透明電極である。本実施例ではｐｉｎ構造のｎの部
分をウエハーで構成した。光は、透明電極２０４を通し
て、ｐ+ 層から入射し、ｉ層で生成されたキャリアは、
内部電界によって、電子はｎ型ウエハー側に、ホールは
ｐ層側に、それぞれドリフトしていき、その結果ｐ+ ，
ｎ間に起電力が生じる。
【００６５】つぎに本実施例の光電変換装置の作成方法
をその工程に添って記述する。各膜は、図８の装置を用
いて成膜した。
をその工程に添って記述する。各膜は、図８の装置を用
いて成膜した。
【００６６】まず、表面を洗浄したｎ型ウエハー２０１
を、反応チャンバー８００の中のカソードに取りつけ、
排気ポンプ８０９により十分排気し、１０-6Ｔｏｒｒと
した。基板温度は２５０℃とした。
を、反応チャンバー８００の中のカソードに取りつけ、
排気ポンプ８０９により十分排気し、１０-6Ｔｏｒｒと
した。基板温度は２５０℃とした。
【００６７】次に本発明になる成膜方法で微結晶シリコ
ン層２０２、引き続き水素化アモルファスシリコン層２
０３を堆積する。基板温度は２５０℃のままとした。原
子状水素を作るためにＲＦ放電による水素プラズマ放電
を利用した。
ン層２０２、引き続き水素化アモルファスシリコン層２
０３を堆積する。基板温度は２５０℃のままとした。原
子状水素を作るためにＲＦ放電による水素プラズマ放電
を利用した。
【００６８】まずバルブ８６０，８６１を開けＨ2 ガス
１７０ｓｃｃｍを反応チャンバーに流した。三方バルブ
８１３を成膜ガス導入管８１１と排気管８１４とを接続
するようにした後、バルブ８２０及び８２２を開けて、
ＳｉＨ4 ガス３０ｓｃｃｍを成膜ガス導入管８１１に流
した。この時の圧力は０．５Ｔｏｒｒであった。この状
態でＲＦ電力５０ｍＷ／ｃｍ2 を投入し水素プラズマ放
電を開始した。つぎに三方バルブ８１３をコンピュータ
ーにより切り替えることで、成膜と水素プラズマ照射と
を繰り返す。
１７０ｓｃｃｍを反応チャンバーに流した。三方バルブ
８１３を成膜ガス導入管８１１と排気管８１４とを接続
するようにした後、バルブ８２０及び８２２を開けて、
ＳｉＨ4 ガス３０ｓｃｃｍを成膜ガス導入管８１１に流
した。この時の圧力は０．５Ｔｏｒｒであった。この状
態でＲＦ電力５０ｍＷ／ｃｍ2 を投入し水素プラズマ放
電を開始した。つぎに三方バルブ８１３をコンピュータ
ーにより切り替えることで、成膜と水素プラズマ照射と
を繰り返す。
【００６９】成膜時間ｔD は１０秒で一定とし、１０Å
の膜厚とした。このときの微結晶粒径はほぼ３００Åで
あった。全ステップ数は１００回とし微結晶層の膜厚は
１０００Åとした。この時の膜中水素濃度は３％であっ
た。
の膜厚とした。このときの微結晶粒径はほぼ３００Åで
あった。全ステップ数は１００回とし微結晶層の膜厚は
１０００Åとした。この時の膜中水素濃度は３％であっ
た。
【００７０】最終ステップの水素プラズマ放電が終了し
た後、バルブ８１３を切り替え、ＳｉＨ4 をチャンバー
に導入する。しかる後に放電を立て、水素化アモルファ
スシリコン層を連続で３０００Å成膜する。好適には、
放電を維持したままで、成膜するのが良い。この時の水
素化アモルファスシリコン層の光学的バンドギャップは
１．８ｅＶであった。本実施例での水素希釈率はＳｉＨ
4 ／Ｈ2 ＝３／１７であり、連続膜の光電特性は良好な
ものであった。
た後、バルブ８１３を切り替え、ＳｉＨ4 をチャンバー
に導入する。しかる後に放電を立て、水素化アモルファ
スシリコン層を連続で３０００Å成膜する。好適には、
放電を維持したままで、成膜するのが良い。この時の水
素化アモルファスシリコン層の光学的バンドギャップは
１．８ｅＶであった。本実施例での水素希釈率はＳｉＨ
4 ／Ｈ2 ＝３／１７であり、連続膜の光電特性は良好な
ものであった。
【００７１】つぎにｐ+ 型層２０４を形成した。バルブ
８２０と８２２を閉め、バルブ８６０と８６２を閉め
て、シランガスと水素ガスを止めた後、チャンバー内の
真空度を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。基板温度を２
００℃に変えた後、ＳｉＨ4 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
スで１％に希釈したＢ2 Ｈ6 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
ス１００ｓｃｃｍを流し、圧力を１Ｔｏｒｒに保って、
基板温度が一定になるまで保持した。しかる後ＲＦ電力
５０ｍＷ／ｃｍ2 を投入して、プラズマ放電を１０分間
行い、ｐ+ 型層を５００Å成膜した。それぞれのバルブ
を閉めガスを止めた後チャンバー内を１０-6Ｔｏｒｒ以
下に排気した。
８２０と８２２を閉め、バルブ８６０と８６２を閉め
て、シランガスと水素ガスを止めた後、チャンバー内の
真空度を１０-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。基板温度を２
００℃に変えた後、ＳｉＨ4 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
スで１％に希釈したＢ2 Ｈ6 ガス１０ｓｃｃｍとＨ2 ガ
ス１００ｓｃｃｍを流し、圧力を１Ｔｏｒｒに保って、
基板温度が一定になるまで保持した。しかる後ＲＦ電力
５０ｍＷ／ｃｍ2 を投入して、プラズマ放電を１０分間
行い、ｐ+ 型層を５００Å成膜した。それぞれのバルブ
を閉めガスを止めた後チャンバー内を１０-6Ｔｏｒｒ以
下に排気した。
【００７２】最後に上部電極として透明導電膜（ＩＴＯ
膜）２０５を７００Å形成した。
膜）２０５を７００Å形成した。
【００７３】本実施例の効果として、微結晶層２０２と
ｎ型ウエハー２０１との界面は良好に作成され、接合面
での再結合によるキャリアの損失を押えることができ
る。光電変換層からドリフトしてきたキャリアは、この
ｎ型ウエハー２０１中を拡散していく。このときｎ型ウ
エハー中のキャリアの拡散長は長いので、キャリアが拡
散中に再結合する割合が低減できる。この結果、実施例
１より変換効率の向上したデバイスとなった。基板のサ
イズ等に限りがあるが、小面積型の太陽電池で効率向上
を目指すという目的には、最適の構造となった。
ｎ型ウエハー２０１との界面は良好に作成され、接合面
での再結合によるキャリアの損失を押えることができ
る。光電変換層からドリフトしてきたキャリアは、この
ｎ型ウエハー２０１中を拡散していく。このときｎ型ウ
エハー中のキャリアの拡散長は長いので、キャリアが拡
散中に再結合する割合が低減できる。この結果、実施例
１より変換効率の向上したデバイスとなった。基板のサ
イズ等に限りがあるが、小面積型の太陽電池で効率向上
を目指すという目的には、最適の構造となった。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
狭い光学的バンドギャップ材料として微結晶シリコン層
を利用し、この微結晶層を成膜と原子状水素暴露を交互
に行う繰り返し成膜法において作成することで、従来と
比べ、簡略な工程で、良好な光電特性を示す光電変換装
置が得られた。
狭い光学的バンドギャップ材料として微結晶シリコン層
を利用し、この微結晶層を成膜と原子状水素暴露を交互
に行う繰り返し成膜法において作成することで、従来と
比べ、簡略な工程で、良好な光電特性を示す光電変換装
置が得られた。
【００７５】また工程が簡略化されることで、製造コス
トの低減を図ることもできた。
トの低減を図ることもできた。
【図１】本発明になる光電変換装置の第１の実施例を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明になる光電変換装置の第２の実施例を示
す図である。
す図である。
【図３】従来の光電変換装置を示す図である。
【図４】本実施例のエネルギーバンドを示す図である。
【図５】従来例のエネルギーバンドを示す図である。
【図６】分光感度を示す図である。
【図７】変換効率を示す図である。
【図８】本発明を実現するための装置図である。
【図９】基板温度と膜中水素濃度の関係について、本発
明による場合と通常のＧＤ法による場合を示した図であ
る。
明による場合と通常のＧＤ法による場合を示した図であ
る。
【図１０】膜中水素濃度とｔA との関係を示す。
【図１１】膜中水素濃度と各ステップでの成膜膜厚との
関係を示す。
関係を示す。
【図１２】結晶粒径とｔA との関係を示す。
【図１３】バンドギャップと膜中水素濃度の関係を示
す。
す。
１０１，３０１ ガラス基板 ２０１ ウエハー基板 １０２，３０２ 下電極 １０３，３０３ ｎ+ 型水素化アモルファスシリコン
層 １０４，２０２ 微結晶シリコン層 １０５，２０３，３０４ ｉ型水素化アモルファスシ
リコン層 １０６，２０４，３０５ ｐ+ 型水素化アモルファス
シリコン層 １０７，２０５，３０６ 透明電極 Ａ ｐ領域 Ｂ ｉ型水素化アモルファスシリコン層 Ｃ 微結晶シリコン層 Ｄ ｎ領域 Ｆ フェルミ準位
層 １０４，２０２ 微結晶シリコン層 １０５，２０３，３０４ ｉ型水素化アモルファスシ
リコン層 １０６，２０４，３０５ ｐ+ 型水素化アモルファス
シリコン層 １０７，２０５，３０６ 透明電極 Ａ ｐ領域 Ｂ ｉ型水素化アモルファスシリコン層 Ｃ 微結晶シリコン層 Ｄ ｎ領域 Ｆ フェルミ準位
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 8422−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ (72)発明者 山野辺 正人 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】第１導電型（ｎ+ 型（あるいはｐ+ 型））
半導体層と、ドーピングしていない微結晶シリコン層
と、ドーピングしていない水素化アモルファスシリコン
層と、第２導電型（ｐ+ 型（あるいはｎ+ 型））の半導
体層とを積層して構成したことを特徴とする光電変換装
置。 - 【請求項２】 第１導電型（ｎ+ 型（あるいはｐ+
型））半導体層と、ドーピングしていない微結晶シリコ
ン層と、ドーピングしていない水素化アモルファスシリ
コン層と、第２導電型（ｐ+ 型（あるいはｎ+ 型））の
半導体層とを積層して構成した光電変換装置の製造方法
において、 基板上に非単結晶シリコンを堆積する工程と、該堆積層
に原子状水素を暴露する工程とを交互に繰り返しなが
ら、微結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電
変換装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP03293899A JP3078373B2 (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 光電変換装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03293899A JP3078373B2 (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 光電変換装置とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110123A true JPH05110123A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3078373B2 JP3078373B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=17800598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03293899A Expired - Fee Related JP3078373B2 (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 光電変換装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3078373B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009229502A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Sony Corp | 表示装置、および、その製造方法 |
| JP2010287880A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Korea Iron & Steel Co Ltd | 光起電力装置及びその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101566792B1 (ko) * | 2014-08-14 | 2015-11-06 | 권득봉 | 이륜차에 적용되는 배달용 운반가방 |
-
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- 1991-10-15 JP JP03293899A patent/JP3078373B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP2262005A3 (en) * | 2009-06-12 | 2013-01-23 | Kisco | Photovoltaic device and manufacturing method thereof |
| US8642115B2 (en) | 2009-06-12 | 2014-02-04 | Kisco | Photovoltaic device and manufacturing method thereof |
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