JPH0563223A - 非単結晶タンデム型太陽電池の製法及びそれに用いる製造装置 - Google Patents
非単結晶タンデム型太陽電池の製法及びそれに用いる製造装置Info
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- JPH0563223A JPH0563223A JP3254728A JP25472891A JPH0563223A JP H0563223 A JPH0563223 A JP H0563223A JP 3254728 A JP3254728 A JP 3254728A JP 25472891 A JP25472891 A JP 25472891A JP H0563223 A JPH0563223 A JP H0563223A
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Abstract
陽電池を、比較的簡易な工程で、安価な装置を用いて作
成する非単結晶タンデム型太陽電池及びそれに用いる製
造装置を提供する。 【構成】 本発明の製法は、pin接合を単室型製膜装
置と多室分離型製膜装置を組合せてなる製膜装置を用い
て非単結晶タンデム型太陽電池を製造するものである。
また、本発明の製造装置は、主制御装置1と、原料ガス
供給装置2と、ガス流量制御装置3と、搬送装置45と
基板保持装置42と反応装置とを有する複数の反応室4
と、ガス圧力調節装置5、ガス排出装置6とからなる非
単結晶タンデム型太陽電池の製造装置であって、主制御
装置1の制御により少なくとも一つの反応室において、
pin接合を形成することができるものである。
Description
心とする非単結晶タンデム型太陽電池の製法及びそれに
用いる製造装置に関する。
非単結晶太陽電池はその大部分がシラン、ジシラン、ゲ
ルマン、メタンなどの原料ガスを、必要に応じてジボラ
ン、フォスフィン、アルシンなどのドーピングガスとと
もに高周波電力などによるプラズマ中で分解し所望の基
板上に堆積するいわゆるグロー放電分解法によってpi
n接合を形成することによって形成されている。その
際、高い性能を得るためには、i層中の不純物濃度を極
力低減する必要があることは公知となっている。p層や
n層を形成するためのボロンやリンなども性能の低下を
引き起こすため、最近では、p層、i層、n層をそれぞ
れ専用の反応室で形成するいわゆる分離形成法が一般的
となっている。この分離形成法は、変換効率の高い太陽
電池を形成できる反面、各層を形成後、真空中で他の反
応室に基板を搬送するシステムを有する多室分離型成膜
装置が必要となるとともに製造工程も複雑となる。
接合太陽電池に代わって、高い変換効率と信頼性が期待
されるpin層を複数積層したタンデム型太陽電池が注
目されてきている。このタンデム型太陽電池を形成する
には、積層する層数が少なくとも2倍以上になるため分
離形成法を採用した場合、ますます複雑で高価な装置が
必要となるという問題がある(図15参照)。
技術の問題点に鑑みなされたもので、高い変換効率と信
頼性を有するタンデム型太陽電池を、比較的簡易な工程
で、安価な装置を用いて作成する非単結晶タンデム型太
陽電池の製法及びそれに用いる製造装置を提供すること
を目的とする。
ム型太陽電池の製法は、太陽電池に含まれる複数の接合
の一部のp、i、n層を同一の反応室で形成し、残部の
p、i、n層を個別の専用反応室で形成することを特徴
としている。
池の製造装置は、pin層形成装置と、p層形成装置、
i層形成装置およびn層形成装置との組合せから構成さ
れていることを特徴としている。
較して吸収係数が大きい反面、電子や正孔などの担体輸
送能が低く、太陽電池の光電変換効率を制限する原因と
なっている。従って、膜質の低下を招くi層への不純物
の混入により担体の収集長が低下した場合、大きな性能
低下を引き起こすことになる。一方、タンデム型太陽電
池では、複数の接合を直列に接続した構造になるように
pin各層を繰り返し成膜することになるが、光の入射
側に近いi層は通常の単一接合型太陽電池と比較してか
なり薄い膜厚設計を行うことになる。これは各接合を電
気的に直列に接続するため、各接合で発生する電流をほ
ぼ同程度にする必要があるからである。第1の接合のi
層を厚くした場合、光が第1の接合で吸収されてしまい
第2の接合で発生する電流が小さくなりすぎる。アモル
ファスシリコンのみの2層タンデム型太陽電池において
入射側から2つ目の接合のi層膜厚を400nmとした
場合、第1の接合のi層膜厚は、100nm程度が最適
膜厚となる。
も基本的には同様で、3段目の接合に用いられるi層の
膜厚と比較して1段目、2段目の接合のi層膜厚は薄く
する必要がでてくる。
薄いため、シングル接合型太陽電池と比較して大きくな
り、i層の膜質そのものも、シングル接合型太陽電池の
i層やタンデム接合型太陽電池の光入射側から最も遠い
接合を構成するi層ほど高品質である必要はない可能性
がある。
シングル接合型太陽電池を単室製膜、2室製膜および3
室製膜の3種類の成膜法で形成しその変換効率を調べ
た。
型グロー放電分解成膜室に設置し、ヒーター温度200℃
で加熱した後、SiH4 5sccm、 CH3 15sccm、 B2H6(1000p
pmH2) 15sccm、 H2 50sccmを導入し、反応圧力1.0tor
r、 RFパワー50mW/cm2でp層を25nm成膜した。つ
いで、残留ガスを排気した後、隣接するi層形成用平行
平板容量結合型グロー放電分解成膜室に移動し、ヒータ
ー温度200℃で SiH4 10sccmを導入し、反応圧力0.3tor
r、 RFパワー50mW/cm2でi層を500nm成膜した。
しかるのち残留ガスを排気し、隣接するn層形成用平行
平板容量結合型グロー放電分解成膜室に移動し、ヒータ
ー温度200℃で SiH4 5sccm、PH3(1000ppmH2) 100sccm、
H2 200sccmを導入し、反応圧力1.0torr、 RFパワー5
0mW/cm2でn層を30nm成膜した。その後試料を成膜
装置から取り出し、電子ビーム蒸着により1cm角のAg層
を形成し太陽電池とした。
にして太陽電池を成膜した。
ー放電分解成膜室に設置し、ヒーター温度200℃で加熱
した後、SiH4 5sccm、 CH3 15sccm、 B2H6(1000ppmH2)
15sccm、 H2 50sccmを導入し、反応圧力1.0torr、 RF
パワー50mW/cm2でp層を25nm成膜した。続いて、残
留ガスを排気した後、同じヒーター温度でSiH4 10sccm
を導入し、反応圧力0.3torr、 RFパワー50mW/cm2でi
層を500nm成膜した。続いて、残留ガスを排気した
後、同じヒーター温度200℃で SiH4 5sccm PH3(1000ppm
H2)100sccm、 H2 200sccmを導入し、反応圧力1.0torr、
RFパワー50mW/cm2で30nm成膜した。その後、試料
を成膜装置から取り出し、電子ビーム蒸着により1cm角
のAg層を形成し太陽電池とした。
にして太陽電池を成膜した。
型グロー放電分解成膜室に設置し、ヒーター温度200℃
で加熱した後、SiH4 5sccm、 CH3 15sccm、 B2H6(1000p
pmH2) 15sccm、 H2 50sccmを導入し、反応圧力1.0tor
r、 RFパワー50mW/cm2でp層を25nm成膜した。つ
いで、残留ガスを排気した後、隣接するi層形成用平行
平板容量結合型グロー放電分解成膜室に移動し、ヒータ
ー温度200℃で SiH4 10sccmを導入し、反応圧力0.3tor
r、 RFパワー50mW/cm2でi層を500nm成膜した。
しかるのち残留ガスを排気し、再度pn層形成用平行平
板容量結合型グロー放電分解成膜室に移動し、ヒーター
温度200℃で SiH4 5sccm、 PH3(1000ppmH2) 100sccm、
H2 200sccmを導入し、反応圧力1.0torr、 RFパワー50
mW/cm2でn層を30nm成膜した。その後試料を成膜装
置から取り出し、電子ビーム蒸着により1cm角のAg層を
形成し太陽電池とした。
にして太陽電池を成膜した。
ングル接合型太陽電池の変換効率を、AM-1、 100mW/cm2
の擬似太陽光の下で測定した。結果を表1に示す。
mでは、分離型成膜装置で形成する成膜法1が、単室成
膜装置で形成する成膜法3に優っており、得られる太陽
電池の変換効率は高い。これに対して、i層膜厚100
nmでは、分離型成膜装置で形成する成膜法2と、単室
成膜装置で形成する成膜法4に大きな差はみられず、得
られる太陽電池の変換効率はほぼ同じである。
発生する電流がほぼ同じ場合には、各接合の変換効率が
反映されることになる。厳密にはi層膜厚100nmの
シングル接合型太陽電池の場合にはAg層の反射の効果
で、タンデム型太陽電池の第1の接合より変換効率は高
くなっているが、これらの結果から、タンデム型太陽電
池の光入射側に近い接合は分離型成膜装置を使用せず、
単室成膜装置で形成しても高い変換効率を有する接合が
得られ、その他の接合を分離形成装置で形成すればよい
ことがわかる。
示す。まず、参考として2層タンデム型太陽電池を形成
するための従来の基本的な成膜室の配置を図16に示
す。この装置においては、各半導体層間の不純物の侵入
を防ぐ目的で6室の成膜装置が必要である。これに対し
て、本発明による代表的な製造装置の場合(図1)、i
層の薄い第1の接合を1室で形成するために、合計4室
で従来のものと同程度の変換効率を有する太陽電池を製
造することができる。また、p層とn層は不純物の影響
が少ないことを利用して図2に示した製造装置も可能に
なる。これらの製造装置を用いた製法のほかに、接合の
形成途中での大気中への取り出しと異なり、各接合が形
成された後の取り出しの影響が小さいことを利用してそ
れぞれの接合を独立の製造装置で形成する図3の製造装
置も本発明の製法を実施するものとして利用できる。
間の一部またはすべてに不純物の混入を防ぐためにさら
に中間室を設けた装置、一部の単一または類似の半導体
層を複数の成膜室で形成する装置などが用いられる場合
もあるが、本発明はこれらにも適用できる。
に本発明を適用できる。まず、参考として3層タンデム
型太陽電池を形成するための従来の基本的な成膜室の配
置を図17に示す。この装置においては、各半導体層間
の不純物の侵入を防ぐ目的で9室の成膜装置が必要であ
る。これに対して、本発明による代表的な製造装置の場
合(図4)、i層の薄い第1の接合を1室で形成するた
めに、7室で従来のものと同程度の変換効率を有する太
陽電池を製造することができる。また、2層タンデム型
太陽電池の場合と同様に、p層とn層の不純物の影響が
少ないことを利用して図7に示した製造装置も可能にな
る。さらに、第2の接合も単室で形成する場合には図5
や図8が、第1、第2の接合を同一の成膜室で形成する
場合には、図6、図9の装置が利用できる。これらの製
造装置を用いた製法のほかに、2層タンデム型太陽電池
の場合と同様に、接合の形成途中での大気中への取り出
しと異なり、各接合が形成された後の取り出しの影響が
小さいことを利用してそれぞれの接合を独立の製造装置
で形成する図10〜13のもの本発明の製法を実施する
ものとして利用できる。
様に、図17の装置の改良として各成膜室間の一部また
はすべてに不純物の混入を防ぐためにさらに中間室を設
けた装置、一部の単一または類似の半導体層を複数の成
膜室で形成する装置などが用いられる場合があるが、本
発明はこれらの場合にも適用できる。
て図面を参照しながら詳細に説明する。
施例の概略図である。図において、1は主制御装置、2
は原料ガス供給装置、3はガス流量制御装置、4は反応
室、5はガス圧力調節装置、6はガス排出装置を示す。
用電源、圧力・温度表示装置、マスフローコントローラ
表示装置、マスフローコントローラ制御部、コンダクタ
ンス制御バブル制御部、ポンプのスイッチ、搬送機構制
御部などを備えている。これにより主制御装置1は、1
反応室における反応条件を、p層用、i層用およびn層
用に変更することができるので、1室にてpin層を成
膜する機能を有する。
マイコン等を用いて構成してもよく、ワイヤードロジッ
ク回路により構成してもよい。
り、使用ガスの種類に見合う分だけ設置されている。
ローラであって、使用ガスの種類に見合う分だけ配設さ
れている。
2、対向電極43、周波数整合装置44および搬送装置
45からなる反応装置とから構成されている。これによ
り、反応室4内において、いわゆるグロー放電分解化学
蒸着を行うことができる。
制御装置3および反応室4は、配管により相互に接続さ
れている。これにより、原料ガス供給装置2からの原料
ガスは、ガス流量制御装置3を介して反応室4に供給さ
れることができる。
42は、従来より多室成膜法に用いられているものと同
様であるので、その構成の詳細な説明は省略する。
D装置を付加してもよい。光CVD装置を用いる場合に
は、対向電極43に代って本体41には反応光照射用の
窓が形成されている。
節装置5に接続されている。このガス圧力調節装置5
は、コンダクタンス制御バブルから構成されている。
ガス排出装置6に接続されている。このガス排出装置6
は、ロータリポンプと、タ−ボ分子ポンプ、クライオポ
ンプや拡散ポンプとの組み合わせから構成されている。
構成されているので、一室にてpin層を形成すること
ができる。一室にてpin層を形成する場合は、当然の
ことながら各層形成に際し、反応室4内を充分に排気し
ておく必要がある。
装置は、原料ガスの供給を調節することにより、p層、
i層、n層の単独の製膜装置として、あるいはpinp
層製膜装置などとしても使用することができる。
としては、従来の製膜装置を用いることができる。
な実施例をもとにさらに詳しく説明する。
ー放電分解成膜室に設置し、ヒーター温度200℃で加熱
した後、SiH4 5sccm、 CH3 15sccm、 B2H6(1000ppmH2)
15sccm、 H2 50sccmを導入し、反応圧力1.0torr、 RF
パワー50mW/cm2でp層を15nm成膜した。続いて、残
留ガスを排気した後、同じヒーター温度でSiH4 10sccm
を導入し、反応圧力0.3torr、 RFパワー50mW/cm2でi
層を100nm成膜した。続いて、残留ガスを排気した
後、同じヒーター温度200℃で SiH4 5sccm、 PH3(1000p
pmH2) 100sccm、 H2 200sccmを導入し、反応圧力1.0tor
r、RFパワー50mW/cm2でn層を20nm成膜し第1の
接合を形成した。しかるのち一旦、試料を成膜装置から
取り出し、今度は、分離形成型成膜装置のp層形成用平
行平板容量結合型グロー放電分解成膜室に設置し、ヒー
ター温度200℃で加熱した後、SiH4 5sccm、 CH3 15scc
m、 B2H6(1000ppmH2) 15sccm、 H2 50sccmを導入し、反
応圧力1.0torr、 RFパワー50mW/cm2でp層を15nm
成膜した。続いて、残留ガスを排気した後、隣接するi
層形成用平行平板容量結合型グロー放電分解成膜室に移
動し、ヒーター温度200℃でSiH4 10sccmを導入し、反応
圧力0.3torr、 RFパワー50mW/cm2でi層を400nm
成膜した。続いて、残留ガスを排気した後、隣接するn
層形成用平行平板容量結合型グロー放電分解成膜室に移
動し、ヒーター温度200℃で SiH4 5sccm、 PH3(1000ppm
H2) 100sccm、 H2 200sccmを導入し、反応圧力1.0tor
r、 RFパワー50mW/cm2でn層を30nm成膜し第2の
接合を形成した。その後、試料を成膜装置から取り出
し、電子ビーム蒸着により1cm角のAg層を形成し太陽電
池とした。この成膜法によって形成した2層タンデム型
太陽電池の変換効率を、AM-1、 100mW/cm2の擬似太陽光
の下で測定した。結果を表2に示す。
型グロー放電分解成膜室に設置し、ヒーター温度200℃
で加熱した後、SiH4 5sccm、 CH3 15sccm、 B2H6(1000p
pmH2) 15sccm、 H2 50sccmを導入し、反応圧力1.0tor
r、 RFパワー50mW/cm2でp層を15nm成膜した。続
いて、残留ガスを排気した後、隣接するi層形成用平行
平板容量結合型グロー放電分解成膜室に移動し、ヒータ
ー温度200℃でSiH4 10sccmを導入し、反応圧力0.3tor
r、 RFパワー50mW/cm2でi層を100nm成膜した。
続いて、残留ガスを排気した後、隣接するn層形成用平
行平板容量結合型グロー放電分解成膜室に移動し、ヒー
ター温度200℃で SiH4 5sccm、 PH3(1000ppmH2) 100scc
m、 H2 200sccmを導入し、反応圧力1.0torr、 RFパワ
ー50mW/cm2でn層を20nm成膜し第1の接合を形成し
た。しかるのち、試料を成膜装置から取り出し、再度、
同じp層形成用平行平板容量結合型グロー放電分解成膜
室に試料を設置し、ヒーター温度200℃で加熱した後、
i層の膜厚を400nmとしたほかは、第1の接合を形
成したのと同様にして第2の接合を形成した。その後、
試料を成膜装置から取り出し、電子ビーム蒸着により1
cm角のAg層を形成し太陽電池とした。この成膜法によっ
て形成した2層タンデム型太陽電池の変換効率を、実施
例と同様にAM-1、 100mW/cm2の擬似太陽光の下で測定し
た。結果を表2に示す。
ー放電分解成膜室に設置し、ヒーター温度200℃で加熱
した後、SiH4 5sccm、 CH3 15sccm、 B2H6(1000ppmH2)
15sccm、 H2 50sccmを導入し、反応圧力1.0torr、 RF
パワー50mW/cm2でp層を15nm成膜した。ついで、残
留ガスを排気した後、同じヒーター温度でSiH4 10sccm
を導入し、反応圧力0.3torr、 RFパワー50mW/cm2でi
層を100nm成膜した。ついで、残留ガスを排気した
後、同じヒーター温度200℃で SiH4 5sccm、 PH3(1000p
pmH2) 100sccm、 H2 200sccmを導入し、反応圧力1.0tor
r、RFパワー50mW/cm2でn層を20nm成膜し第1の
接合を形成した。しかるのち一旦、試料を成膜装置から
取り出し、再度、同じ成膜室に試料を設置し、i層の膜
厚を400nmとしたほかは第1の接合と同様にして、
第2の接合を形成した。その後、試料を成膜装置から取
り出し、実施例と同様に、電子ビーム蒸着により1cm角
のAg層を形成し太陽電池とした。この成膜法によって形
成した2層タンデム型太陽電池の変換効率を、AM-1、 1
00mW/cm2の擬似太陽光の下で測定した。結果を表2に示
す。
室型成膜装置、第2の接合を3室分離型成膜装置で形成
した実施例の変換効率は、両接合を3室分離型成膜装置
で形成した比較例1とほぼ同じ値となっている。これに
対して、両接合を単室型成膜装置で形成した比較例2の
変換効率は比較例1や実施例の変換効率よりも10%以
上低い値となっている。
導体層を、分離した成膜室で形成することなく、高い性
能を有する非単結晶タンデム型太陽電池を製造でき、ま
た本発明による製造装置は、全てを分離形成する従来技
術による製造装置よりもきわめて安価に非単結晶タンデ
ム型太陽電池を製造できる。
例の概念図である。
施例の概念図である。
例の概念図である。
例の概念図である。
例の概念図である。
例の概念図である。
例の概念図である。
例の概念図である。
例の概念図である。
実施例の概念図である。
実施例の概念図である。
実施例の概念図である。
に他の実施例の概念図である。
図である。
図である。
念図である。
念図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 非単結晶層を少なくとも一層以上含み複
数のpin接合を膜厚方向に直列に接続してなる非単結
晶タンデム型太陽電池の製法であって、pin接合を単
室型成膜装置と多室分離型成膜装置を組み合わせてなる
成膜装置を用いて形成することを特徴とする非単結晶タ
ンデム型太陽電池の製法。 - 【請求項2】 非晶質シリコンまたは非晶質のシリコン
とゲルマニウムまたは炭素の合金を主成分とする層のみ
から構成されている複数の接合を電気的に膜厚方向に直
列に接続してなる非単結晶タンデム型太陽電池の製法で
あって、各接合を単室型成膜装置と多室分離型成膜装置
を組み合わせてなる成膜装置を用いて形成することを特
徴とする非単結晶タンデム型太陽電池の製法。 - 【請求項3】 非晶質シリコンまたは非晶質のシリコン
とゲルマニウムまたは炭素の合金を主成分とする層のみ
から構成されている3つの接合を電気的に膜厚方向に直
列に接続してなる非単結晶タンデム型太陽電池の製法で
あって、各接合を光入射方向により第一の接合を単室型
成膜装置を用いて形成し他の二つの接合を多室分離型成
膜装置を用いて形成することを特徴とする非単結晶タン
デム型太陽電池の製法。 - 【請求項4】 非晶質シリコンまたは非晶質のシリコン
とゲルマニウムまたは炭素の合金を主成分とする層のみ
から構成されている3つの接合を電気的に膜厚方向に直
列に接続してなる非単結晶タンデム型太陽電池の製法で
あって、各接合を光入射方向より第一の接合と第二の接
合を単室型成膜装置を用いて形成し他の一つの接合を多
室分離型成膜装置を用いて形成することを特徴とする非
単結晶タンデム型太陽電池の製法。 - 【請求項5】 非晶質シリコンまたは非晶質のシリコン
とゲルマニウムまたは炭素の合金を主成分とする層のみ
から構成されている2つの接合を電気的に膜厚方向に直
列に接続してなる非単結晶タンデム型太陽電池の製法で
あって、各接合を光入射方向より第一の接合を単室型成
膜装置を用いて形成し他の一つの接合を多室分離型成膜
装置を用いて形成することを特徴とする非単結晶タンデ
ム型太陽電池の製法。 - 【請求項6】 主制御装置と、原料ガス供給装置と、ガ
ス流量制御装置と、搬送装置と基板保持装置と反応装置
とを有する複数の反応室と、ガス圧力調節装置と、ガス
排出装置とからなる非単結晶タンデム型太陽電池の製造
装置であって、主制御装置の制御により少なくとも1つ
の反応室において、pin接合を形成することができる
ことを特徴とする非単結晶タンデム型太陽電池の製造装
置。 - 【請求項7】 前記反応装置がグロー放電分解化学蒸着
装置であることを特徴とする請求項6記載の非単結晶タ
ンデム型太陽電池の製造装置。 - 【請求項8】 前記反応装置が光分解化学蒸着装置とグ
ロー放電分解化学蒸着装置とを組み合わせてなる装置で
あることを特徴とする請求項6記載の非単結晶タンデム
型太陽電池の製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3254728A JP3068276B2 (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 非単結晶タンデム型太陽電池の製法及びそれに用いる製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3254728A JP3068276B2 (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 非単結晶タンデム型太陽電池の製法及びそれに用いる製造装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0563223A true JPH0563223A (ja) | 1993-03-12 |
JP3068276B2 JP3068276B2 (ja) | 2000-07-24 |
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ID=17269031
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3254728A Expired - Fee Related JP3068276B2 (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 非単結晶タンデム型太陽電池の製法及びそれに用いる製造装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3068276B2 (ja) |
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- 1991-09-04 JP JP3254728A patent/JP3068276B2/ja not_active Expired - Fee Related
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