JPH06181330A - 非晶質半導体太陽電池とその製造方法 - Google Patents
非晶質半導体太陽電池とその製造方法Info
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- JPH06181330A JPH06181330A JP43A JP35401392A JPH06181330A JP H06181330 A JPH06181330 A JP H06181330A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 35401392 A JP35401392 A JP 35401392A JP H06181330 A JPH06181330 A JP H06181330A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】非晶質半導体太陽電池、とりわけ非晶質シリコ
ン太陽電池に特有の光劣化現象を大幅に改善し、信頼性
の高い非晶質半導体太陽電池およびその製造方法を提供
せんとするものである。 【構成】基板１上に第１の電極層２と、非晶質半導体層
３と、第２の電極層４と、応力緩和層５とを積層して非
晶質半導体太陽電池としたり、ｐ型非晶質半導体層とｉ
型非晶質半導体層との界面近傍、およびｉ型非晶質半導
体層とｎ型非晶質半導体層との界面近傍において、内部
応力が変化するように前記ｉ型非晶質半導体層の堆積条
件を変化させたりするものである。
ン太陽電池に特有の光劣化現象を大幅に改善し、信頼性
の高い非晶質半導体太陽電池およびその製造方法を提供
せんとするものである。 【構成】基板１上に第１の電極層２と、非晶質半導体層
３と、第２の電極層４と、応力緩和層５とを積層して非
晶質半導体太陽電池としたり、ｐ型非晶質半導体層とｉ
型非晶質半導体層との界面近傍、およびｉ型非晶質半導
体層とｎ型非晶質半導体層との界面近傍において、内部
応力が変化するように前記ｉ型非晶質半導体層の堆積条
件を変化させたりするものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非晶質半導体太陽電池お
よびその製造方法に関するものである。
よびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非晶質半導体太陽電池は薄膜化が容易で
あることから、安価な太陽電池として実用化が期待され
ている。その中でも代表的な非晶質シリコン太陽電池
は、低温で形成でき、基板の選択自由度が高いことか
ら、次世代の太陽電池として注目されている。このよう
な非晶質シリコン太陽電池は図５に示すように、透光性
基板ａ上に透明導電膜ｂ、ｐ−ｉ−ｎ非晶質シリコン層
ｃ、金属電極層ｄを順次堆積したものである。
あることから、安価な太陽電池として実用化が期待され
ている。その中でも代表的な非晶質シリコン太陽電池
は、低温で形成でき、基板の選択自由度が高いことか
ら、次世代の太陽電池として注目されている。このよう
な非晶質シリコン太陽電池は図５に示すように、透光性
基板ａ上に透明導電膜ｂ、ｐ−ｉ−ｎ非晶質シリコン層
ｃ、金属電極層ｄを順次堆積したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように非晶質シリ
コン太陽電池は多くの利点を有してはいるが、一方で光
劣化という重大な問題点をも有している。これは太陽光
に暴露することによって光電変換効率が約３０％程度低
下してしまう現象であり、光電変換層内で発生した電子
と正孔が再結合するときに発生するエネルギーによっ
て、準安定状態にある結合手が切断されて不結合手とな
り、電子や正孔の捕獲割合が増大する事によるものと考
えられている。この光劣化を解決するために、従来から
種々の方法が提案されてきた。例えば太陽電池素子を多
層に設け、上層と下層とで電流バランスを取りながら膜
厚を薄くし、光電変換層内の電界強度を高めて前記捕獲
割合を低減せんとする方法などがその代表的なものであ
る。しかしながらこのような方法を用いても依然２０％
程度の光劣化は存在しており、根本的解決を見ていない
のが現状である。そしてこのような光劣化現象が、非晶
質シリコン太陽電池の屋外用途における実用化を遅らせ
る一因となっている。
コン太陽電池は多くの利点を有してはいるが、一方で光
劣化という重大な問題点をも有している。これは太陽光
に暴露することによって光電変換効率が約３０％程度低
下してしまう現象であり、光電変換層内で発生した電子
と正孔が再結合するときに発生するエネルギーによっ
て、準安定状態にある結合手が切断されて不結合手とな
り、電子や正孔の捕獲割合が増大する事によるものと考
えられている。この光劣化を解決するために、従来から
種々の方法が提案されてきた。例えば太陽電池素子を多
層に設け、上層と下層とで電流バランスを取りながら膜
厚を薄くし、光電変換層内の電界強度を高めて前記捕獲
割合を低減せんとする方法などがその代表的なものであ
る。しかしながらこのような方法を用いても依然２０％
程度の光劣化は存在しており、根本的解決を見ていない
のが現状である。そしてこのような光劣化現象が、非晶
質シリコン太陽電池の屋外用途における実用化を遅らせ
る一因となっている。
【０００４】
【解決を解決するための手段】この光劣化を解決せんと
して本発明者らは鋭意検討を行った結果、光劣化を大幅
に改善できうる本発明を案出するに至った。即ち、第１
にプラズマ分解型気相成長法においては、発生したプラ
ズマにより分解された原料ガスの解離種が、その極めて
速い冷却速度のために安定な構造を形成する前にネット
ワークが構成され、原子間結合に構造歪みが生じている
こと、第２に明暗導電率等のパラメータにおいて質的な
差を有していても、光劣化後には一定水準に落ちついて
しまうこと等から鋭意発展的に考察し、非晶質シリコン
に内在する構造歪みは光劣化の原因の一部であって、大
半は素子構造に起因する応力が不結合手の生成を促進さ
せているという結論に達したのである。
して本発明者らは鋭意検討を行った結果、光劣化を大幅
に改善できうる本発明を案出するに至った。即ち、第１
にプラズマ分解型気相成長法においては、発生したプラ
ズマにより分解された原料ガスの解離種が、その極めて
速い冷却速度のために安定な構造を形成する前にネット
ワークが構成され、原子間結合に構造歪みが生じている
こと、第２に明暗導電率等のパラメータにおいて質的な
差を有していても、光劣化後には一定水準に落ちついて
しまうこと等から鋭意発展的に考察し、非晶質シリコン
に内在する構造歪みは光劣化の原因の一部であって、大
半は素子構造に起因する応力が不結合手の生成を促進さ
せているという結論に達したのである。
【０００５】このように本発明は非晶質半導体太陽電
池、とりわけ非晶質シリコン太陽電池に特有の光劣化現
象を大幅に改善し、信頼性の高い非晶質半導体太陽電池
およびその製造方法を提供するものである。上記課題を
解決した本発明は、光劣化現象を大幅に改善するため
に、基板上に第１の電極層と、非晶質半導体層と、第２
の電極層と、応力緩和層とを積層して非晶質半導体太陽
電池としたものであり、前記応力緩和層が弗化物、窒化
物、炭化物、酸化物のいずれかであったり、前記各層の
積算全応力の絶対値が、１×１０6 ｄｙｎｅ／ｃｍ以下
であったり、また非晶質半導体層のうち、光電変換に寄
与する光活性層の全応力の絶対値が１×１０6 ｄｙｎｅ
／ｃｍ以下であるものである。
池、とりわけ非晶質シリコン太陽電池に特有の光劣化現
象を大幅に改善し、信頼性の高い非晶質半導体太陽電池
およびその製造方法を提供するものである。上記課題を
解決した本発明は、光劣化現象を大幅に改善するため
に、基板上に第１の電極層と、非晶質半導体層と、第２
の電極層と、応力緩和層とを積層して非晶質半導体太陽
電池としたものであり、前記応力緩和層が弗化物、窒化
物、炭化物、酸化物のいずれかであったり、前記各層の
積算全応力の絶対値が、１×１０6 ｄｙｎｅ／ｃｍ以下
であったり、また非晶質半導体層のうち、光電変換に寄
与する光活性層の全応力の絶対値が１×１０6 ｄｙｎｅ
／ｃｍ以下であるものである。
【０００６】また製造方法としては、透光性基板上に第
１の電極層と、非晶質半導体層と、第２の電極層とを堆
積する非晶質半導体太陽電池の製造方法であって、前記
非晶質半導体層としてｐ型非晶質半導体層、ｉ型非晶質
半導体層、ｎ型非晶質半導体層を順次堆積するととも
に、ｐ型非晶質半導体層とｉ型非晶質半導体層との界面
近傍、およびｉ型非晶質半導体層とｎ型非晶質半導体層
との界面近傍において、内部応力が変化するように前記
ｉ型非晶質半導体層の堆積条件を変化させたり、透光性
基板上に第１の電極層と、非晶質半導体層と、第２の電
極層と、応力緩和層とを堆積する非晶質半導体太陽電池
の製造方法であって、前記非晶質半導体層としてｐ型非
晶質半導体層、ｉ型非晶質半導体層、ｎ型非晶質半導体
層を順次堆積するとともに、ｐ型非晶質半導体層とｉ型
非晶質半導体層との界面近傍、およびｉ型非晶質半導体
層とｎ型非晶質半導体層との界面近傍において、内部応
力が変化するように前記ｉ型非晶質半導体層の堆積条件
を変化させるものであり、前記応力緩和層に弗化物、窒
化物、炭化物、酸化物のいずれかを用いることや、堆積
条件を変化させた部分の前記ｉ型半導体層の層厚を、１
０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが併せて考慮される。
１の電極層と、非晶質半導体層と、第２の電極層とを堆
積する非晶質半導体太陽電池の製造方法であって、前記
非晶質半導体層としてｐ型非晶質半導体層、ｉ型非晶質
半導体層、ｎ型非晶質半導体層を順次堆積するととも
に、ｐ型非晶質半導体層とｉ型非晶質半導体層との界面
近傍、およびｉ型非晶質半導体層とｎ型非晶質半導体層
との界面近傍において、内部応力が変化するように前記
ｉ型非晶質半導体層の堆積条件を変化させたり、透光性
基板上に第１の電極層と、非晶質半導体層と、第２の電
極層と、応力緩和層とを堆積する非晶質半導体太陽電池
の製造方法であって、前記非晶質半導体層としてｐ型非
晶質半導体層、ｉ型非晶質半導体層、ｎ型非晶質半導体
層を順次堆積するとともに、ｐ型非晶質半導体層とｉ型
非晶質半導体層との界面近傍、およびｉ型非晶質半導体
層とｎ型非晶質半導体層との界面近傍において、内部応
力が変化するように前記ｉ型非晶質半導体層の堆積条件
を変化させるものであり、前記応力緩和層に弗化物、窒
化物、炭化物、酸化物のいずれかを用いることや、堆積
条件を変化させた部分の前記ｉ型半導体層の層厚を、１
０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが併せて考慮される。
【０００７】そして本手段は、前記非晶質半導体が非晶
質シリコンである場合において、特に顕著な効果を発揮
するものである。
質シリコンである場合において、特に顕著な効果を発揮
するものである。
【０００８】なお前述の全応力とは、各層の内部応力に
その層厚を掛け合わせたものであり、複数の層の前記全
応力を加算したものを積算全応力として定義している。
その層厚を掛け合わせたものであり、複数の層の前記全
応力を加算したものを積算全応力として定義している。
【０００９】
【作用】本発明の構造および製造方法は、太陽電池を構
成する各層の全応力の総和、即ち積算全応力を小さく
し、また非晶質半導体層内での内部応力の不連続性を改
善し、非晶質半導体層中に存在する構造歪みによる不結
合手の発生を抑制するように作用するのである。そして
その結果、電子や正孔の捕獲割合が減少するのである。
成する各層の全応力の総和、即ち積算全応力を小さく
し、また非晶質半導体層内での内部応力の不連続性を改
善し、非晶質半導体層中に存在する構造歪みによる不結
合手の発生を抑制するように作用するのである。そして
その結果、電子や正孔の捕獲割合が減少するのである。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の詳細を実施例に基づき説明す
る。以下、圧縮応力に関しては負の符号を用い、引っ張
り応力に関しては正の符号、即ち特に符号を付さずに用
いることとする。
る。以下、圧縮応力に関しては負の符号を用い、引っ張
り応力に関しては正の符号、即ち特に符号を付さずに用
いることとする。
【００１１】始めに、本発明の第１実施例にかかる非晶
質シリコン太陽電池の説明用構造図を図１（イ）、
（ロ）に示す。透光性基板として、必要に応じてアルカ
リ溶出防止用の酸化珪素等の保護層を設けた厚さ１．１
ｍｍの青板ガラス基板１を用い、その上に第１の電極層
としてＳｎＯ2 を熱ＣＶＤ法により、９００ｎｍの層厚
で堆積させて透明導電膜２とした。この透明導電膜２上
に、基板温度２００℃、圧力０．５〜１．０ｔｏｒｒに
てＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、Ｈ2 からなる混合ガ
ス、ＳｉＨ4 ガス、ＳｉＨ4 、ＰＨ3 、Ｈ2 からなる混
合ガスを、この順にプラズマＣＶＤ装置内で分解するこ
とにより、ｐ型非晶質シリコン半導体層、ｉ型非晶質シ
リコン層、ｎ型非晶質シリコン層をそれぞれ層厚が１２
ｎｍ、４００ｎｍ、３０ｎｍとなるように形成し、非晶
質半導体層３とした。ここで前記ｉ型非晶質シリコン層
が光電変換に寄与する光活性層となる。続いて第２の電
極層として、電子ビーム蒸着装置を用いて層厚が３５０
ｎｍとなるように銀電極層を形成して裏面電極４とし
た。ここまでの構造が同図（イ）に示されている。この
ようにして得られた太陽電池に用いた各層の内部応力が
表１に示される。
質シリコン太陽電池の説明用構造図を図１（イ）、
（ロ）に示す。透光性基板として、必要に応じてアルカ
リ溶出防止用の酸化珪素等の保護層を設けた厚さ１．１
ｍｍの青板ガラス基板１を用い、その上に第１の電極層
としてＳｎＯ2 を熱ＣＶＤ法により、９００ｎｍの層厚
で堆積させて透明導電膜２とした。この透明導電膜２上
に、基板温度２００℃、圧力０．５〜１．０ｔｏｒｒに
てＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、Ｈ2 からなる混合ガ
ス、ＳｉＨ4 ガス、ＳｉＨ4 、ＰＨ3 、Ｈ2 からなる混
合ガスを、この順にプラズマＣＶＤ装置内で分解するこ
とにより、ｐ型非晶質シリコン半導体層、ｉ型非晶質シ
リコン層、ｎ型非晶質シリコン層をそれぞれ層厚が１２
ｎｍ、４００ｎｍ、３０ｎｍとなるように形成し、非晶
質半導体層３とした。ここで前記ｉ型非晶質シリコン層
が光電変換に寄与する光活性層となる。続いて第２の電
極層として、電子ビーム蒸着装置を用いて層厚が３５０
ｎｍとなるように銀電極層を形成して裏面電極４とし
た。ここまでの構造が同図（イ）に示されている。この
ようにして得られた太陽電池に用いた各層の内部応力が
表１に示される。
【００１２】
【表１】
【００１３】表に示すように全て圧縮応力を示してい
る。そしてこの各層の応力に層厚を掛け合わせた全応力
の合計、即ち積算全応力は−４．４２×１０5 ｄｙｎｅ
／ｃｍとなっており、この積算全応力を打ち消すように
引っ張り応力を有する応力緩和層を裏面電極４上に設け
れば、太陽電池全体の積算全応力を小さくすることがで
きる。本実施例では引っ張り応力を有する応力緩和層５
としてＭｇＦ2 を採用し、同図（ロ）に示す如く電子ビ
ーム蒸着法にて前記裏面電極４上に堆積させた。この
際、ＭｇＦ2 の層厚、即ち全応力を表２のように変化さ
せた。
る。そしてこの各層の応力に層厚を掛け合わせた全応力
の合計、即ち積算全応力は−４．４２×１０5 ｄｙｎｅ
／ｃｍとなっており、この積算全応力を打ち消すように
引っ張り応力を有する応力緩和層を裏面電極４上に設け
れば、太陽電池全体の積算全応力を小さくすることがで
きる。本実施例では引っ張り応力を有する応力緩和層５
としてＭｇＦ2 を採用し、同図（ロ）に示す如く電子ビ
ーム蒸着法にて前記裏面電極４上に堆積させた。この
際、ＭｇＦ2 の層厚、即ち全応力を表２のように変化さ
せた。
【００１４】
【表２】
【００１５】ここで用いたＭｇＦ2 の応力緩和層５はそ
の内部応力が４×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 であり、１×
１０-4ｃｍ、即ち１０００ｎｍの層厚においてその全応
力が４×１０5 ｄｙｎｅ／ｃｍとなって、前記図１
（イ）に示した太陽電池の積算全応力を補償することが
できるのである。そして前記表２に示すようなＭｇＦ2
の層厚を変化させた試料に対して、ＡＭ−１．５、１２
０ｍＷ／ｃｍ2 の疑似太陽光の光照射下における光劣化
試験を、４８℃下で１００時間実施して劣化率の差を調
べたところ、図２に示すような結果となった。なお図中
の番号は、表２のものと対応している。本図からも明ら
かなように、ＭｇＦ2 を１０００ｎｍ設けて積算全応力
を最も小さくした太陽電池は、１００時間後における特
性劣化率で僅か１５％であり、従来の約半分に低減する
ことができた。
の内部応力が４×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 であり、１×
１０-4ｃｍ、即ち１０００ｎｍの層厚においてその全応
力が４×１０5 ｄｙｎｅ／ｃｍとなって、前記図１
（イ）に示した太陽電池の積算全応力を補償することが
できるのである。そして前記表２に示すようなＭｇＦ2
の層厚を変化させた試料に対して、ＡＭ−１．５、１２
０ｍＷ／ｃｍ2 の疑似太陽光の光照射下における光劣化
試験を、４８℃下で１００時間実施して劣化率の差を調
べたところ、図２に示すような結果となった。なお図中
の番号は、表２のものと対応している。本図からも明ら
かなように、ＭｇＦ2 を１０００ｎｍ設けて積算全応力
を最も小さくした太陽電池は、１００時間後における特
性劣化率で僅か１５％であり、従来の約半分に低減する
ことができた。
【００１６】続いて第２の実施例として、前記第１の実
施例をもとに光活性層であるｉ型非晶質シリコン層の全
応力を、できうる範囲で最も小さくすることを試みた。
具体的にはｉ型非晶質シリコン層の堆積条件を変化させ
て、内部応力がどのように変化するかを調べた。その結
果基板温度２５０℃、堆積時の投入電力１０Ｗ、ＳｉＨ
4 流量５ｓｃｃｍ、Ｈ2 流量２０ｓｃｃｍ、反応圧１．
０ｔｏｒｒの堆積条件において、良好な太陽電池特性を
得るに必要な５×１０4 の明暗導電率比を確保しつつ、
内部応力を最も小さくすることができた。この時の内部
応力は、−３．５×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 であり、ｐ
型、ｉ型、ｎ型非晶質シリコン層のそれぞれの堆積厚を
前記第１の実施例と同一として、前記図１（イ）と同一
構造による太陽電池素子としたところ、−２．６×１０
5 ｄｙｎｅ／ｃｍの積算全応力となり、前記第１の実施
例よりも小さい値が得られた。そこでこの積算全応力を
補償するため前記第１の実施例同様、４×１０9 ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ2 の内部応力を有するＭｇＦ2 を６５０ｎｍの
層厚にて裏面電極上に形成した。このようにして作製し
た太陽電池に対して第１の実施例と同様に、ＡＭ−１．
５、１２０ｍＷ／ｃｍ2 の疑似太陽光の光照射下におけ
る光劣化試験を４８℃下で１００時間実施して劣化率を
調べたところ、１００時間後における特性劣化率で１２
％となり、第１の実施例よりもさらに小さくなった。
施例をもとに光活性層であるｉ型非晶質シリコン層の全
応力を、できうる範囲で最も小さくすることを試みた。
具体的にはｉ型非晶質シリコン層の堆積条件を変化させ
て、内部応力がどのように変化するかを調べた。その結
果基板温度２５０℃、堆積時の投入電力１０Ｗ、ＳｉＨ
4 流量５ｓｃｃｍ、Ｈ2 流量２０ｓｃｃｍ、反応圧１．
０ｔｏｒｒの堆積条件において、良好な太陽電池特性を
得るに必要な５×１０4 の明暗導電率比を確保しつつ、
内部応力を最も小さくすることができた。この時の内部
応力は、−３．５×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 であり、ｐ
型、ｉ型、ｎ型非晶質シリコン層のそれぞれの堆積厚を
前記第１の実施例と同一として、前記図１（イ）と同一
構造による太陽電池素子としたところ、−２．６×１０
5 ｄｙｎｅ／ｃｍの積算全応力となり、前記第１の実施
例よりも小さい値が得られた。そこでこの積算全応力を
補償するため前記第１の実施例同様、４×１０9 ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ2 の内部応力を有するＭｇＦ2 を６５０ｎｍの
層厚にて裏面電極上に形成した。このようにして作製し
た太陽電池に対して第１の実施例と同様に、ＡＭ−１．
５、１２０ｍＷ／ｃｍ2 の疑似太陽光の光照射下におけ
る光劣化試験を４８℃下で１００時間実施して劣化率を
調べたところ、１００時間後における特性劣化率で１２
％となり、第１の実施例よりもさらに小さくなった。
【００１７】さらに本発明の製造方法にかかる実施例と
して、前記第１および第２の実施例における非晶質半導
体層内の内部応力の不連続性を改善することを行った。
即ち前記表１からも明らかなように、ｐ型非晶質シリコ
ン半導体層、ｎ型非晶質シリコン層の内部応力はそれぞ
れ−１．２×１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ、−６×１０9 ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ2 であり、前記第２の実施例より得られたｉ
型非晶質シリコン層の内部応力−３．５×１０9 ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ2 よりも大きい。このためこれら内部応力の不
連続性が、ｉ型非晶質シリコン層に悪影響を及ぼすこと
が懸念され、この不連続性を改善するために本発明にか
かる製造方法が提案されるのである。
して、前記第１および第２の実施例における非晶質半導
体層内の内部応力の不連続性を改善することを行った。
即ち前記表１からも明らかなように、ｐ型非晶質シリコ
ン半導体層、ｎ型非晶質シリコン層の内部応力はそれぞ
れ−１．２×１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ、−６×１０9 ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ2 であり、前記第２の実施例より得られたｉ
型非晶質シリコン層の内部応力−３．５×１０9 ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ2 よりも大きい。このためこれら内部応力の不
連続性が、ｉ型非晶質シリコン層に悪影響を及ぼすこと
が懸念され、この不連続性を改善するために本発明にか
かる製造方法が提案されるのである。
【００１８】この不連続性の改善は、ｐ型非晶質シリコ
ン層の堆積後やｎ型非晶質シリコン層の堆積前に、接合
面近傍のｉ型非晶質シリコン層の内部応力がｐ型層、ｎ
型層それぞれの内部応力に近づくよう、ｉ型非晶質シリ
コン層の堆積条件を変更することによって達成される。
本実施例では、前記第２の実施例によって示されたｉ型
非晶質シリコン層の堆積条件を基準に、反応圧を変化さ
せることによって内部応力を変化させた。この反応圧と
内部応力との関係を図３に示している。この条件の変更
によって堆積されるｉ型非晶質シリコンの層厚は、ｐ型
およびｎ型非晶質シリコン層との界面から１０ｎｍ〜１
００ｎｍの範囲とすることが望ましく、条件の変更は連
続的でも良く、また不連続なものとして内部応力の異な
る層を多層設けても良い。次にこのような方法による非
晶質シリコン太陽電池の製造工程が、以下に説明される
のである。
ン層の堆積後やｎ型非晶質シリコン層の堆積前に、接合
面近傍のｉ型非晶質シリコン層の内部応力がｐ型層、ｎ
型層それぞれの内部応力に近づくよう、ｉ型非晶質シリ
コン層の堆積条件を変更することによって達成される。
本実施例では、前記第２の実施例によって示されたｉ型
非晶質シリコン層の堆積条件を基準に、反応圧を変化さ
せることによって内部応力を変化させた。この反応圧と
内部応力との関係を図３に示している。この条件の変更
によって堆積されるｉ型非晶質シリコンの層厚は、ｐ型
およびｎ型非晶質シリコン層との界面から１０ｎｍ〜１
００ｎｍの範囲とすることが望ましく、条件の変更は連
続的でも良く、また不連続なものとして内部応力の異な
る層を多層設けても良い。次にこのような方法による非
晶質シリコン太陽電池の製造工程が、以下に説明される
のである。
【００１９】最終的な太陽電池構造は図１のものと同一
であるので、同図を用いて以下に説明する。透光性基板
として、必要に応じてアルカリ溶出防止用の酸化珪素等
の保護層を設けた厚さ１．１ｍｍの青板ガラス基板１を
用い、その上に第１の電極層としてＳｎＯ2 を熱ＣＶＤ
法により、９００ｎｍの層厚で堆積させて透明導電膜２
とした。この透明導電膜２上に、ＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｂ
2 Ｈ6 、Ｈ2 からなる混合ガス、ＳｉＨ4 ガス、ＳｉＨ
4 、ＰＨ3 、Ｈ2 からなる混合ガスを、この順にプラズ
マＣＶＤ装置内で分解することにより、ｐ型非晶質シリ
コン半導体層、ｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリ
コン層をそれぞれ層厚が１２ｎｍ、４００ｎｍ、３０ｎ
ｍとなるように順次形成し、非晶質半導体層３とする。
この時、ｉ型非晶質シリコン層の堆積開始直後の５０ｎ
ｍと、堆積終了直前の５０ｎｍで堆積条件を連続的に変
化させた。
であるので、同図を用いて以下に説明する。透光性基板
として、必要に応じてアルカリ溶出防止用の酸化珪素等
の保護層を設けた厚さ１．１ｍｍの青板ガラス基板１を
用い、その上に第１の電極層としてＳｎＯ2 を熱ＣＶＤ
法により、９００ｎｍの層厚で堆積させて透明導電膜２
とした。この透明導電膜２上に、ＳｉＨ4 、ＣＨ4 、Ｂ
2 Ｈ6 、Ｈ2 からなる混合ガス、ＳｉＨ4 ガス、ＳｉＨ
4 、ＰＨ3 、Ｈ2 からなる混合ガスを、この順にプラズ
マＣＶＤ装置内で分解することにより、ｐ型非晶質シリ
コン半導体層、ｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリ
コン層をそれぞれ層厚が１２ｎｍ、４００ｎｍ、３０ｎ
ｍとなるように順次形成し、非晶質半導体層３とする。
この時、ｉ型非晶質シリコン層の堆積開始直後の５０ｎ
ｍと、堆積終了直前の５０ｎｍで堆積条件を連続的に変
化させた。
【００２０】具体的には、ｐ型非晶質シリコン層の堆積
後にｉ型非晶質シリコン層を０．３ｔｏｒｒで堆積しは
じめ、５０ｎｍ堆積後に１．０ｔｏｒｒとなるよう、反
応圧を連続的に変化させた。ｎ型非晶質シリコン層の堆
積前も同様に、所定堆積厚に５０ｎｍ残した状態で反応
圧を１．０ｔｏｒｒから下げはじめ、堆積終了時には
０．４５ｔｏｒｒとなるよう連続的に変化させた。この
ような操作により、第１の実施例と同様４００ｎｍのｉ
型非晶質シリコン層を堆積させ、ｐ型およびｎ型非晶質
シリコン層の堆積厚についても第１の実施例と同一にし
て非晶質半導体層３とした。このようにして形成された
非晶質半導体層３の断面構造が図４として示される。図
例のように、ｐ型非晶質シリコン層３ａとの界面近傍に
は、層厚５０ｎｍで内部応力が連続的に変化した第１の
ｉ型非晶質シリコンによる応力緩和層３１ｂが、またｎ
型非晶質シリコン層３ｃとの界面近傍には、層厚５０ｎ
ｍで内部応力が連続的に変化した、第２のｉ型非晶質シ
リコンによる応力緩和層３２ｂがそれぞれ形成され、ｉ
型非晶質シリコン層３ｂへの内部応力の不連続性による
影響が及ぶことを防止している。
後にｉ型非晶質シリコン層を０．３ｔｏｒｒで堆積しは
じめ、５０ｎｍ堆積後に１．０ｔｏｒｒとなるよう、反
応圧を連続的に変化させた。ｎ型非晶質シリコン層の堆
積前も同様に、所定堆積厚に５０ｎｍ残した状態で反応
圧を１．０ｔｏｒｒから下げはじめ、堆積終了時には
０．４５ｔｏｒｒとなるよう連続的に変化させた。この
ような操作により、第１の実施例と同様４００ｎｍのｉ
型非晶質シリコン層を堆積させ、ｐ型およびｎ型非晶質
シリコン層の堆積厚についても第１の実施例と同一にし
て非晶質半導体層３とした。このようにして形成された
非晶質半導体層３の断面構造が図４として示される。図
例のように、ｐ型非晶質シリコン層３ａとの界面近傍に
は、層厚５０ｎｍで内部応力が連続的に変化した第１の
ｉ型非晶質シリコンによる応力緩和層３１ｂが、またｎ
型非晶質シリコン層３ｃとの界面近傍には、層厚５０ｎ
ｍで内部応力が連続的に変化した、第２のｉ型非晶質シ
リコンによる応力緩和層３２ｂがそれぞれ形成され、ｉ
型非晶質シリコン層３ｂへの内部応力の不連続性による
影響が及ぶことを防止している。
【００２１】そして前記第１、第２の実施例と同様に、
第２の電極層として電子ビーム蒸着装置を用いて、層厚
が３５０ｎｍとなるよう銀電極層を形成して裏面電極４
とした。このようにして作製された太陽電池の積算全応
力は−２．８×１０5 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 となったので、
これを補償するため応力緩和層としてＭｇＦ2 を７００
ｎｍ堆積した。この太陽電池を第１、第２の実施例と同
様に、ＡＭ−１．５、１２０ｍＷ／ｃｍ2 の疑似太陽光
の光照射下における光劣化試験を４８℃下で１００時間
実施して劣化率を調べたところ、１００時間後における
特性劣化率で９％となり、前記第２の実施例よりもさら
に小さくなり、極めて良好な結果が得られた。
第２の電極層として電子ビーム蒸着装置を用いて、層厚
が３５０ｎｍとなるよう銀電極層を形成して裏面電極４
とした。このようにして作製された太陽電池の積算全応
力は−２．８×１０5 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 となったので、
これを補償するため応力緩和層としてＭｇＦ2 を７００
ｎｍ堆積した。この太陽電池を第１、第２の実施例と同
様に、ＡＭ−１．５、１２０ｍＷ／ｃｍ2 の疑似太陽光
の光照射下における光劣化試験を４８℃下で１００時間
実施して劣化率を調べたところ、１００時間後における
特性劣化率で９％となり、前記第２の実施例よりもさら
に小さくなり、極めて良好な結果が得られた。
【００２２】このように、ｐ型非晶質シリコン層やｎ型
非晶質シリコン層との接合面近傍のｉ型非晶質シリコン
層の堆積条件を、その内部応力が変化するように変更す
ることによって光劣化率の改善が見られることから、Ｍ
ｇＦ2 等の応力緩和層を設けずに、接合面近傍のｉ型非
晶質シリコン層の堆積条件を変化させるだけでも、従来
に比べて光劣化率の改善が可能であることは言うまでも
なく明らかである。
非晶質シリコン層との接合面近傍のｉ型非晶質シリコン
層の堆積条件を、その内部応力が変化するように変更す
ることによって光劣化率の改善が見られることから、Ｍ
ｇＦ2 等の応力緩和層を設けずに、接合面近傍のｉ型非
晶質シリコン層の堆積条件を変化させるだけでも、従来
に比べて光劣化率の改善が可能であることは言うまでも
なく明らかである。
【００２３】以上に示した実施例においては、いずれも
応力緩和層としてＭｇＦ2 を用いたものであったが、他
に炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素等を用いることも可能
であり、さらには珪化モリブデン等を裏面電極上に設け
て裏面電極とともにパターン形成しても良い。
応力緩和層としてＭｇＦ2 を用いたものであったが、他
に炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素等を用いることも可能
であり、さらには珪化モリブデン等を裏面電極上に設け
て裏面電極とともにパターン形成しても良い。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、太陽電池
を構成する各層の積算全応力を小さくし、非晶質半導体
中に存在する構造歪みによる不結合手の発生を抑制する
ことができるので、電子や正孔の捕獲割合が減少し、そ
の結果特性劣化を小さくすることができる。従って特に
非晶質半導体層がシリコンの場合においては、ステブラ
ーロンスキー効果による光劣化を、大幅に改善するとい
う効果となって現れるのである。しかも上記効果が、従
来方法で作製した太陽電池上に、一般的な薄層形成手段
を用いて別途応力緩和層を設けたり、非晶質半導体層の
堆積条件を変化させるだけで得られるので、非晶質シリ
コン太陽電池の持つ致命的欠点を、極めて簡便且つ工業
的にも優れた方法によって解決できるのである。また当
然のことながら、従来光劣化率を低減せんとして採用さ
れていた多層構造の非晶質シリコン太陽電池や、シリコ
ン以外の非晶質半導体太陽電池にも応用可能であり、高
品質の太陽電池を実現できる技術として、その用途は極
めて汎大である。
を構成する各層の積算全応力を小さくし、非晶質半導体
中に存在する構造歪みによる不結合手の発生を抑制する
ことができるので、電子や正孔の捕獲割合が減少し、そ
の結果特性劣化を小さくすることができる。従って特に
非晶質半導体層がシリコンの場合においては、ステブラ
ーロンスキー効果による光劣化を、大幅に改善するとい
う効果となって現れるのである。しかも上記効果が、従
来方法で作製した太陽電池上に、一般的な薄層形成手段
を用いて別途応力緩和層を設けたり、非晶質半導体層の
堆積条件を変化させるだけで得られるので、非晶質シリ
コン太陽電池の持つ致命的欠点を、極めて簡便且つ工業
的にも優れた方法によって解決できるのである。また当
然のことながら、従来光劣化率を低減せんとして採用さ
れていた多層構造の非晶質シリコン太陽電池や、シリコ
ン以外の非晶質半導体太陽電池にも応用可能であり、高
品質の太陽電池を実現できる技術として、その用途は極
めて汎大である。
【図１】本発明にかかる実施例の断面説明図で、（イ）
は第２の電極としての裏面電極を形成後、（ロ）は応力
緩和層を形成後のものである
は第２の電極としての裏面電極を形成後、（ロ）は応力
緩和層を形成後のものである
【図２】応力緩和層としてＭｇＦ2 を用いて層厚を変化
させた場合の光劣化特性を表す比較用説明図
させた場合の光劣化特性を表す比較用説明図
【図３】ｉ型非晶質シリコン層の内部応力と堆積時の反
応圧との関係を表す説明図
応圧との関係を表す説明図
【図４】内部応力が変化するように堆積条件を変化させ
て形成したｉ型非晶質半導体層の構造を表す断面説明図
て形成したｉ型非晶質半導体層の構造を表す断面説明図
【図５】従来の非晶質シリコン太陽電池の構造例を表す
断面説明図
断面説明図
【符号の説明】 １ 青板ガラス基板 ２、ｂ 透明導電膜 ３ 非晶質半導体層 ４ 裏面電極 ５ 応力緩和層 ａ 透光性基板 ｃ 非晶質シリコン ｄ 金属電極
Claims (10)
- 【請求項１】基板上に第１の電極層と、非晶質半導体層
と、第２の電極層と、応力緩和層とを積層してなる非晶
質半導体太陽電池。 - 【請求項２】前記応力緩和層が弗化物、窒化物、炭化
物、酸化物、珪化物のいずれかである請求項１記載の非
晶質半導体太陽電池。 - 【請求項３】前記各層の積算全応力の絶対値が、１×１
０6 ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である請求項１または２記載の
非晶質半導体太陽電池。 - 【請求項４】非晶質半導体層のうち、光電変換に寄与す
る光活性層の全応力の絶対値が１×１０6 ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の非晶
質半導体太陽電池。 - 【請求項５】前記非晶質半導体が非晶質シリコンである
請求項１〜４のいずれか１項に記載の非晶質半導体太陽
電池 - 【請求項６】透光性基板上に第１の電極層と、非晶質半
導体層と、第２の電極層とを堆積する非晶質半導体太陽
電池の製造方法であって、前記非晶質半導体層としてｐ
型非晶質半導体層、ｉ型非晶質半導体層、ｎ型非晶質半
導体層を順次堆積するとともに、ｐ型非晶質半導体層と
ｉ型非晶質半導体層との界面近傍、およびｉ型非晶質半
導体層とｎ型非晶質半導体層との界面近傍において、内
部応力が変化するように前記ｉ型非晶質半導体層の堆積
条件を変化させることを特徴とする非晶質半導体太陽電
池の製造方法。 - 【請求項７】透光性基板上に第１の電極層と、非晶質半
導体層と、第２の電極層と、応力緩和層とを堆積する非
晶質半導体太陽電池の製造方法であって、前記非晶質半
導体層としてｐ型非晶質半導体層、ｉ型非晶質半導体
層、ｎ型非晶質半導体層を順次堆積するとともに、ｐ型
非晶質半導体層とｉ型非晶質半導体層との界面近傍、お
よびｉ型非晶質半導体層とｎ型非晶質半導体層との界面
近傍において、内部応力が変化するように前記ｉ型非晶
質半導体層の堆積条件を変化させることを特徴とする非
晶質半導体太陽電池の製造方法。 - 【請求項８】前記応力緩和層に弗化物、窒化物、炭化
物、酸化物のいずれかを用いてなる請求項７記載の非晶
質半導体太陽電池の製造方法。 - 【請求項９】堆積条件を変化させた部分の前記ｉ型半導
体層の層厚を、１０ｎｍ〜１００ｎｍとする請求項６〜
８のいずれか１項に記載の非晶質半導体太陽電池の製造
方法。 - 【請求項１０】前記非晶質半導体が非晶質シリコンであ
る請求項６〜９のいずれか１項に記載の非晶質半導体太
陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06181330A (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 非晶質半導体太陽電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06181330A (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 非晶質半導体太陽電池とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06181330A true JPH06181330A (ja) | 1994-06-28 |
Family
ID=18434727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP43A Pending JPH06181330A (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 非晶質半導体太陽電池とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06181330A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100378921C (zh) * | 2004-01-30 | 2008-04-02 | 株式会社电装 | 制作半导体芯片主面和背面上包括电极的半导体器件方法 |
| JP2011211250A (ja) * | 2011-07-29 | 2011-10-20 | Toppan Printing Co Ltd | ステンシルマスクブランク、ステンシルマスク、及びその製造方法、並びにパターン露光方法 |
| CN103137769A (zh) * | 2011-12-02 | 2013-06-05 | 杜邦太阳能有限公司 | 串叠式太阳能电池及其制作方法 |
-
1992
- 1992-12-14 JP JP43A patent/JPH06181330A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100378921C (zh) * | 2004-01-30 | 2008-04-02 | 株式会社电装 | 制作半导体芯片主面和背面上包括电极的半导体器件方法 |
| JP2011211250A (ja) * | 2011-07-29 | 2011-10-20 | Toppan Printing Co Ltd | ステンシルマスクブランク、ステンシルマスク、及びその製造方法、並びにパターン露光方法 |
| CN103137769A (zh) * | 2011-12-02 | 2013-06-05 | 杜邦太阳能有限公司 | 串叠式太阳能电池及其制作方法 |
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