JPH0612835B2 - 光電変換素子の製法 - Google Patents
光電変換素子の製法Info
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- JPH0612835B2 JPH0612835B2 JP59171437A JP17143784A JPH0612835B2 JP H0612835 B2 JPH0612835 B2 JP H0612835B2 JP 59171437 A JP59171437 A JP 59171437A JP 17143784 A JP17143784 A JP 17143784A JP H0612835 B2 JPH0612835 B2 JP H0612835B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
- H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic Table
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は非晶質シリコン（以下a-Si：Ｈと略称する）光
電変換素子の製法に関し、特にその高効率化および高速
製造に関する。
電変換素子の製法に関し、特にその高効率化および高速
製造に関する。
光電変換素子とくに非晶質シリコン太陽電池の高効率化
が検討されて成果をあげつつあるが、高速成膜条件にお
いては未だ効率の向上は緒についたばかりである。すな
わち、光活性層の形成速度を20Å／Ｓとするような高速
製造条件においては、高効率は達成されていない。
が検討されて成果をあげつつあるが、高速成膜条件にお
いては未だ効率の向上は緒についたばかりである。すな
わち、光活性層の形成速度を20Å／Ｓとするような高速
製造条件においては、高効率は達成されていない。
本発明者らは先に、高速でかつ高効率を達成するために
ジシラン（Si2H6）を原料とする非晶質シリコン太陽電
池の製造方法を開示した。すなわちジシランを原料とし
た場合、ある閾値を越えるエネルギーが供給される条件
下でジシランを分解することがこのために不可欠である
ことを開示した。
ジシラン（Si2H6）を原料とする非晶質シリコン太陽電
池の製造方法を開示した。すなわちジシランを原料とし
た場合、ある閾値を越えるエネルギーが供給される条件
下でジシランを分解することがこのために不可欠である
ことを開示した。
しかしながら、ジシランが高速成膜性であるが故に半導
体接合界面の制御が困難であった。なぜならこの界面は
高々1000Å以下の厚みであり、20Å／Ｓのような高速で
成膜を行う場合、僅か５０秒以下の短い時間で制御せね
ばならぬからである。本発明者らはこの界面をモノシラ
ンで形成したり、放電電力を低下させて成膜速度を遅く
したりして形成することを試みたが未だ充分の成果を得
ていない。
体接合界面の制御が困難であった。なぜならこの界面は
高々1000Å以下の厚みであり、20Å／Ｓのような高速で
成膜を行う場合、僅か５０秒以下の短い時間で制御せね
ばならぬからである。本発明者らはこの界面をモノシラ
ンで形成したり、放電電力を低下させて成膜速度を遅く
したりして形成することを試みたが未だ充分の成果を得
ていない。
本発明者らはこのようにモノシランで界面を作成してジ
シランへ移行することやジシランを用いかつ放電電力を
低下させて成膜速度をおそくすることは、たとえ界面の
数100Åの領域といえども好ましくないことを見出し
た。けだしこれらの場合には、短絡電流の著しい減少が
生じ曲線因子(F.F.)も低下するからである。
シランへ移行することやジシランを用いかつ放電電力を
低下させて成膜速度をおそくすることは、たとえ界面の
数100Åの領域といえども好ましくないことを見出し
た。けだしこれらの場合には、短絡電流の著しい減少が
生じ曲線因子(F.F.)も低下するからである。
本発明の目的は高速成膜条件においても短絡電流の低下
や曲線因子の低下をひきおこすことがない、高光電変換
動率の光電変換素子を製造する方法を提供することであ
る。
や曲線因子の低下をひきおこすことがない、高光電変換
動率の光電変換素子を製造する方法を提供することであ
る。
本発明者らはジシランとモノシランの併用は好ましくな
いのでジシランのみで光活性層の製造を検討し必要エネ
ルギーを与えつつ堆積速度のみを低下させて膜質を劣化
させずに界面を形成しうることに着目し本発明を完成し
た。
いのでジシランのみで光活性層の製造を検討し必要エネ
ルギーを与えつつ堆積速度のみを低下させて膜質を劣化
させずに界面を形成しうることに着目し本発明を完成し
た。
すなわち、本発明に従って、電極を有する基板上に、シ
リコン水素化物のグロー放電分解により、第１の導電
層、光活性層および第２の導電層を順次形成し、第２の
電極を設ける光電変換素子の製法において、少くとも該
光活性層の形成をジシランにより行い、かつ該ジシラン
単位質量当り、活性層薄膜の形成速度が主としてジシラ
ン流量に依存し印加エネルギー量によっては実質的に影
響されることのない最低のエネルギー量（以下、閾値と
いう）以上のエネルギーを印加すると共に、該光活性層
形成の少くとも初期領域はより低速度で、残りをよく高
速度となるごとく、堆積速度を変化させて行なうことを
特徴とする光電変換素子の製法が提供される。
リコン水素化物のグロー放電分解により、第１の導電
層、光活性層および第２の導電層を順次形成し、第２の
電極を設ける光電変換素子の製法において、少くとも該
光活性層の形成をジシランにより行い、かつ該ジシラン
単位質量当り、活性層薄膜の形成速度が主としてジシラ
ン流量に依存し印加エネルギー量によっては実質的に影
響されることのない最低のエネルギー量（以下、閾値と
いう）以上のエネルギーを印加すると共に、該光活性層
形成の少くとも初期領域はより低速度で、残りをよく高
速度となるごとく、堆積速度を変化させて行なうことを
特徴とする光電変換素子の製法が提供される。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の方法において使用するジシランとはモノシラン
含量が10vol％未満、好ましくは５％未満、より好まし
くは 1％未満、さらに好ましくは０．１％未満、最も好
ましくはほぼ０％のものである。モノシランの含量が大
になると、太陽電池の曲線因子（F.F.）が急激に悪くな
る。
含量が10vol％未満、好ましくは５％未満、より好まし
くは 1％未満、さらに好ましくは０．１％未満、最も好
ましくはほぼ０％のものである。モノシランの含量が大
になると、太陽電池の曲線因子（F.F.）が急激に悪くな
る。
本発明において閾値とはジシラン単位質量当りの、活性
層薄膜の形成速度が主としてジシラン流量に依存し印加
エネルギー量によって実質的に影響されることのない最
低のエネルギー量として定義されるが、より具体的に
は、本発明者らが特願昭５８−１７２６号に開示したよ
うに、a-Si：Ｈ膜の形成速度がグロー放電に用いる高周
波電力に依存して変化しないようになるグロー放電電力
の値である。すなわち、閾値を越えるグロー放電電力に
おいては、形成速度は原料ガス流量によって支配される
ので、原料ガス流量を低下させることにより、堆積速度
を低下させうる。この方法を用いればジシランを用いて
a-Si：Ｈ膜を形成するにあたってもその膜質を低下させ
ることなく、堆積速度を低下せしめうるので、界面にお
ける不純物分布の制御や膜質の異る界面の形成を避ける
ことができる。これに対しSiH4を用いる方法や、Si2H6
を用いても電力や流量を低下させる方法においては前記
の問題点を解決できない。
層薄膜の形成速度が主としてジシラン流量に依存し印加
エネルギー量によって実質的に影響されることのない最
低のエネルギー量として定義されるが、より具体的に
は、本発明者らが特願昭５８−１７２６号に開示したよ
うに、a-Si：Ｈ膜の形成速度がグロー放電に用いる高周
波電力に依存して変化しないようになるグロー放電電力
の値である。すなわち、閾値を越えるグロー放電電力に
おいては、形成速度は原料ガス流量によって支配される
ので、原料ガス流量を低下させることにより、堆積速度
を低下させうる。この方法を用いればジシランを用いて
a-Si：Ｈ膜を形成するにあたってもその膜質を低下させ
ることなく、堆積速度を低下せしめうるので、界面にお
ける不純物分布の制御や膜質の異る界面の形成を避ける
ことができる。これに対しSiH4を用いる方法や、Si2H6
を用いても電力や流量を低下させる方法においては前記
の問題点を解決できない。
本発明において閾値は供給エネルギー（Suppliedenerg
y）として表わすのが便利である。
y）として表わすのが便利である。
供給エネルギーの求め方は次の式による。
〔１〕式に用いる成膜条件の単位はＲＦ電力（Ｗ）、原
料ガス流量（標準状態毎分当りの流量≡SCCM）であり、
1344≡60（分）×22.4（／mol）で表わされる係数で
ある。たとえばジシラン30SCCM、希釈のためのヘリウム
ガス270SCCMのときは、平均分子量＝（30×62.2＋270×
４）／300＝9.82、 であり、ＲＦ電力（グロー放電電力）＝100Ｗのときに
は、〔Ｉ〕式に代入して を得る。閾値の値は先に定義した通りであるが、具体的
に例示すれば、ジシランの場合50KJ/g-Si2H6、ヘリウム
希釈１０％ジシランの場合10KJ/g-Si2H6、水素希釈１０
％ジシランの場合30KJ/g-Si2H6のごとくになる。
料ガス流量（標準状態毎分当りの流量≡SCCM）であり、
1344≡60（分）×22.4（／mol）で表わされる係数で
ある。たとえばジシラン30SCCM、希釈のためのヘリウム
ガス270SCCMのときは、平均分子量＝（30×62.2＋270×
４）／300＝9.82、 であり、ＲＦ電力（グロー放電電力）＝100Ｗのときに
は、〔Ｉ〕式に代入して を得る。閾値の値は先に定義した通りであるが、具体的
に例示すれば、ジシランの場合50KJ/g-Si2H6、ヘリウム
希釈１０％ジシランの場合10KJ/g-Si2H6、水素希釈１０
％ジシランの場合30KJ/g-Si2H6のごとくになる。
本発明の方法は光活性層の形成をジシランにより行いか
つジシランにかかる閾値以上の必要エネルギーを常に印
加すると共に、特に光活性層の形成の少くとも初期領域
（界面領域）とその他の領域とで堆積速度を変化させて
行うものである。
つジシランにかかる閾値以上の必要エネルギーを常に印
加すると共に、特に光活性層の形成の少くとも初期領域
（界面領域）とその他の領域とで堆積速度を変化させて
行うものである。
光活性量の形成はまず界面領域から行なわれる。本発明
における界面領域とは光活性層の形成開始又は形成終了
点から約1000Å以内の膜厚部分、より好ましくは50〜50
0Åの薄膜部分を意味する。界面領域の形成は、特に第
１導電層に接する界面領域は、a-Si：Ｈの堆積速度が10
Å/S以内であるところの条件で行なわれる。好ましくは
該界面領域の内形成開始から50〜500Å以内の領域は、
必ず10Å／Ｓ以下の堆積速度で形成されることである。
10Å／Ｓを越えると光活性層において、特に界面付近の
不純物の深さ方向の濃度分布の制御が困難になり太陽電
池の性能が低下する。本発明においては界面領域の形成
を上記の如く閾値以上のエネルギーを与えつつ、堆積速
度を減少させて行なうことに特徴がある。界面領域形成
後は徐々に目的の堆積速度にする。
における界面領域とは光活性層の形成開始又は形成終了
点から約1000Å以内の膜厚部分、より好ましくは50〜50
0Åの薄膜部分を意味する。界面領域の形成は、特に第
１導電層に接する界面領域は、a-Si：Ｈの堆積速度が10
Å/S以内であるところの条件で行なわれる。好ましくは
該界面領域の内形成開始から50〜500Å以内の領域は、
必ず10Å／Ｓ以下の堆積速度で形成されることである。
10Å／Ｓを越えると光活性層において、特に界面付近の
不純物の深さ方向の濃度分布の制御が困難になり太陽電
池の性能が低下する。本発明においては界面領域の形成
を上記の如く閾値以上のエネルギーを与えつつ、堆積速
度を減少させて行なうことに特徴がある。界面領域形成
後は徐々に目的の堆積速度にする。
本発明の方法を実施するための好ましい形態をガラス基
板を用いる例について示す。グロー放電反応室に透明導
電膜が形成されたガラス基板を挿入する。ついで減圧下
100〜400℃の温度に加熱維持する。ジシランとＰ型ドー
ピングガスとによりＰ型a-Si：Ｈ膜を形成する。Ｐ型ａ
−Si：Ｈ膜のかわりにグロー放電法や光分解法によりジ
シラン、Ｐ型ドーピングガス、炭素含有化合物とからＰ
型a-Si：Ｈ膜を形成してもよい。ついでジシランをa-S
i：Ｈ膜の形成速度がグロー放電に用いる高周波電力に
依存して変化しない領域、即ち閾値以上の領域において
分解し光活性層を形成する。光活性層はジシランに対し
１vppm以下の微量のジボランを添加して形成されること
もありうる。ついでジシランとｎ型ドーピングガスによ
りｎ型ａ−Si：Ｈ膜又はｎ型微結晶化水素化シリコン膜
を形成する。さらに第２の電極を形成して本発明を完成
する。
板を用いる例について示す。グロー放電反応室に透明導
電膜が形成されたガラス基板を挿入する。ついで減圧下
100〜400℃の温度に加熱維持する。ジシランとＰ型ドー
ピングガスとによりＰ型a-Si：Ｈ膜を形成する。Ｐ型ａ
−Si：Ｈ膜のかわりにグロー放電法や光分解法によりジ
シラン、Ｐ型ドーピングガス、炭素含有化合物とからＰ
型a-Si：Ｈ膜を形成してもよい。ついでジシランをa-S
i：Ｈ膜の形成速度がグロー放電に用いる高周波電力に
依存して変化しない領域、即ち閾値以上の領域において
分解し光活性層を形成する。光活性層はジシランに対し
１vppm以下の微量のジボランを添加して形成されること
もありうる。ついでジシランとｎ型ドーピングガスによ
りｎ型ａ−Si：Ｈ膜又はｎ型微結晶化水素化シリコン膜
を形成する。さらに第２の電極を形成して本発明を完成
する。
光活性層の形成条件は形成温度100〜400℃、圧力0.05〜
２Torrである。このとき希釈ガスとして水素やヘリウム
を用いることができる。希釈ガスを用いることにより光
活性層の光導電層を希釈ガスを用いない場合に比べ２〜
10倍増加させることができる。
２Torrである。このとき希釈ガスとして水素やヘリウム
を用いることができる。希釈ガスを用いることにより光
活性層の光導電層を希釈ガスを用いない場合に比べ２〜
10倍増加させることができる。
Ｐ型又はｎ型のドーピングガスはそれぞれジボラン（B2
H6）およびホスフィン（PH3）が水素又はヘリウムで希
釈して用いられる。
H6）およびホスフィン（PH3）が水素又はヘリウムで希
釈して用いられる。
太陽電池の形成方法は上記の太陽の外にも(i)基板側か
らｎ型−ｉ型−ｐ型と積層する方法、(ii)電極を分割し
ておいて、複数の太陽電池を形成しこれらを直列接続し
た型で得る集積型太陽電池を製造する方法、(iii)電極
およびa-Si：Ｈ膜を一様に形成した後、レーザー光のよ
うな加熱手段で分割し、ついで集積化する方法等いろい
ろあるが、これらのいずいれの方法をも用いることがで
きる。また、ｐ、ｉ、ｎ型a-Si：Ｈ膜を単一の反応室で
形成する方法や別々の反応室で作成することもできる。
らｎ型−ｉ型−ｐ型と積層する方法、(ii)電極を分割し
ておいて、複数の太陽電池を形成しこれらを直列接続し
た型で得る集積型太陽電池を製造する方法、(iii)電極
およびa-Si：Ｈ膜を一様に形成した後、レーザー光のよ
うな加熱手段で分割し、ついで集積化する方法等いろい
ろあるが、これらのいずいれの方法をも用いることがで
きる。また、ｐ、ｉ、ｎ型a-Si：Ｈ膜を単一の反応室で
形成する方法や別々の反応室で作成することもできる。
なお、本発明においてｐ型、ｉ型、ｎ型a-Si：Ｈ層の膜
厚はそれぞれ50〜500Å、2000〜8000Å、50〜500Åであ
る。
厚はそれぞれ50〜500Å、2000〜8000Å、50〜500Åであ
る。
本発明で用いる基板や電極の材料について特に制限され
ず、従来用いられている物質が有効に用いられる。
ず、従来用いられている物質が有効に用いられる。
たとえば、基板としては絶縁性又は導電性、透明又は不
透明のいずれの性質を有するものでもよい。基本的には
ガラス、アルミナ、シリコン、ステンレススティール、
アルミニウム、モリブデン、耐熱性高分子等の物質で形
成されるフィルムあるいは板状の材料を基板として有効
に用いることができる。電極材料としては、光入射側に
はもちろん透明あるいは透光性の材料を用いなければな
らないが、これ以外の制限はない。アルミニウム、モリ
ブデン、ニクロム、ＩＴＯ、酸化錫、ステンレレス等の
薄膜又は薄板が電極材料として有効に用いられる。
透明のいずれの性質を有するものでもよい。基本的には
ガラス、アルミナ、シリコン、ステンレススティール、
アルミニウム、モリブデン、耐熱性高分子等の物質で形
成されるフィルムあるいは板状の材料を基板として有効
に用いることができる。電極材料としては、光入射側に
はもちろん透明あるいは透光性の材料を用いなければな
らないが、これ以外の制限はない。アルミニウム、モリ
ブデン、ニクロム、ＩＴＯ、酸化錫、ステンレレス等の
薄膜又は薄板が電極材料として有効に用いられる。
以下、実施例により本発明を説明する。
基板挿入室、ｐ層、光活性層、ｎ層の各層形成室、基板
取出し室からなるプラズマCVD装置において、本発明を
実施した。ｐ層はB2H6／Si2H6＝0.1vol％、Si2H6／H2＝
50volで、圧力0.1Torr、供給エネルギー8.2ＫＪ／g-Si2
H6温度200℃で約100Åの膜厚に形成された。つぎに光活
性層形成室に移し、温度300℃、形成圧力0.08〜0.3Torr
において供給エネルギーを60KJ／g-Si2H6としてSi2H6流
量およびＲＦ電力を変更して堆積速度を0.5から25Å／
Ｓへと変化させ平均堆積速度20Å／Ｓで約5000Åの光活
性層を形成した。ついでｎ層形成室に移送した。PH3／S
i2H6＝1vol％、S2H6／H2＝10vol％でｎ層を約300Å形成
した。基板取出し室を経て取り出し、真空蒸着によりAl
電極を形成した。AMI100mW／cm2の光を照射したところ
光活性層の平均堆積速度が20Å／Ｓを越す高速製造条件
において短絡電流は13〜14mÅ／cm2曲線因子は0.65〜0.
7を維持して光電変換効率の低下をひきおこさないこと
がわかった。
取出し室からなるプラズマCVD装置において、本発明を
実施した。ｐ層はB2H6／Si2H6＝0.1vol％、Si2H6／H2＝
50volで、圧力0.1Torr、供給エネルギー8.2ＫＪ／g-Si2
H6温度200℃で約100Åの膜厚に形成された。つぎに光活
性層形成室に移し、温度300℃、形成圧力0.08〜0.3Torr
において供給エネルギーを60KJ／g-Si2H6としてSi2H6流
量およびＲＦ電力を変更して堆積速度を0.5から25Å／
Ｓへと変化させ平均堆積速度20Å／Ｓで約5000Åの光活
性層を形成した。ついでｎ層形成室に移送した。PH3／S
i2H6＝1vol％、S2H6／H2＝10vol％でｎ層を約300Å形成
した。基板取出し室を経て取り出し、真空蒸着によりAl
電極を形成した。AMI100mW／cm2の光を照射したところ
光活性層の平均堆積速度が20Å／Ｓを越す高速製造条件
において短絡電流は13〜14mÅ／cm2曲線因子は0.65〜0.
7を維持して光電変換効率の低下をひきおこさないこと
がわかった。
以上のごとく、たとえば上記実施例に示すように、本発
明の方法によれば高速製造条件においても短絡電流の低
下や曲線因子の低下等の太陽電池特性の低下を生じさせ
ることなく、光電変換効率の高効率化を達成できるもの
である。
明の方法によれば高速製造条件においても短絡電流の低
下や曲線因子の低下等の太陽電池特性の低下を生じさせ
ることなく、光電変換効率の高効率化を達成できるもの
である。
Claims (1)
- 【請求項１】電極を有する基板上に、シリコン水素化物
のグロー放電分解により、第１の導電層、光活性層およ
び第２の導電層を順次形成し、第２の電極を設ける光電
変換素子の製法において、少なくとも該光活性層の形成
をジシランにより行い、かつ該ジシラン単位質量当り、
活性層薄膜の形成速度が主としてジシラン流量に依存し
印加エネルギー量によっては実質的に影響されることの
ない最低のエネルギー量（以下閾値という）以上のエネ
ルギーを印加すると共に、該光活性層形成の少なくとも
初期１０００Å以下の領域は１０Å／秒より低い堆積速
度で、残りの光活性層を１０Å／秒より高い堆積速度と
なるごとく堆積速度を変化させて行うことを特徴とする
光電変換素子の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171437A JPH0612835B2 (ja) | 1984-08-20 | 1984-08-20 | 光電変換素子の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171437A JPH0612835B2 (ja) | 1984-08-20 | 1984-08-20 | 光電変換素子の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6150379A JPS6150379A (ja) | 1986-03-12 |
| JPH0612835B2 true JPH0612835B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=15923103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59171437A Expired - Lifetime JPH0612835B2 (ja) | 1984-08-20 | 1984-08-20 | 光電変換素子の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612835B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0799776B2 (ja) * | 1986-02-14 | 1995-10-25 | 住友電気工業株式会社 | アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法 |
| JPS6340383A (ja) * | 1986-08-06 | 1988-02-20 | Hitachi Ltd | アモルフアス太陽電池の製造方法 |
| JPS63289968A (ja) * | 1987-05-22 | 1988-11-28 | Hitachi Ltd | 非晶質太陽電池の製造方法 |
| JPH0770658B2 (ja) * | 1987-12-17 | 1995-07-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59171438A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-27 | Toshiba Corp | 補強形陰極線管の製造方法 |
-
1984
- 1984-08-20 JP JP59171437A patent/JPH0612835B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6150379A (ja) | 1986-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |