JPH06204540A - Photovoltaic element - Google Patents
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- JPH06204540A JPH06204540A JP4349587A JP34958792A JPH06204540A JP H06204540 A JPH06204540 A JP H06204540A JP 4349587 A JP4349587 A JP 4349587A JP 34958792 A JP34958792 A JP 34958792A JP H06204540 A JPH06204540 A JP H06204540A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明の光起電力素子は太陽電
池、フォトセンサー等、光起電力効果を応用した電子素
子に関するものである。太陽電池は太陽光発電システ
ム、電卓、夜間表示灯等のコンポーネントとして利用さ
れている。またフォトセンサーはファクシミリ、イメー
ジスキャナー、ファクトリーオートメーション(FA)
機器等のコンポーネントとして利用されている。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The photovoltaic element of the present invention relates to an electronic element to which a photovoltaic effect is applied, such as a solar cell and a photo sensor. Solar cells are used as components for solar power generation systems, calculators, night indicator lights, etc. Also, photo sensors are facsimiles, image scanners, factory automation (FA).
It is used as a component of equipment.
【0002】特に本発明は非晶質シリコン系半導体から
なるpin型の光起電力素子に関するものである。また
微結晶ゲルマニウムを含有する光起電力素子に関するも
のである。またドーピング層(p層及びn層)、i層が
マイクロ波プラズマCVD法(MWPCVD法)で形成
された光起電力素子に関するものである。In particular, the present invention relates to a pin type photovoltaic element made of an amorphous silicon semiconductor. The present invention also relates to a photovoltaic element containing microcrystalline germanium. The present invention also relates to a photovoltaic element in which the doping layers (p layer and n layer) and i layer are formed by the microwave plasma CVD method (MWPCVD method).
【0003】[0003]
【従来の技術】近年より非晶質シリコン系半導体を光起
電力素子として利用する研究がなされている。例えば非
晶質シリコン(a−Si)太陽電池はa−Si層を光起
電力層に用いて光を効率よく電力に変換することができ
る。またa−Si層を光起電力層に用いたフォトセンサ
ーではa−Siの光感度が人間の目の感度に非常に近い
という特徴を生かした応用がなされている。2. Description of the Related Art Recently, studies have been made on the use of amorphous silicon semiconductors as photovoltaic elements. For example, an amorphous silicon (a-Si) solar cell can use an a-Si layer as a photovoltaic layer to efficiently convert light into electric power. Further, in a photosensor using an a-Si layer as a photovoltaic layer, the photosensitivity of a-Si is applied so as to be very close to the sensitivity of human eyes.
【0004】また、近年より非晶質シリコンゲルマニウ
ム(a−SiGe)を光起電力素子として利用する研究
がなされている。例えばa−SiGe太陽電池はa−S
iGe層を光起電力層に用いて長波長の光を効率よく電
力に変換することができる。またa−SiGe層を光起
電力層に用いたフォトセンサーでは長波長の光を検知す
るのに優れている。In recent years, studies have been made on the use of amorphous silicon germanium (a-SiGe) as a photovoltaic element. For example, a-SiGe solar cell is a-S
The iGe layer can be used as a photovoltaic layer to efficiently convert light having a long wavelength into electric power. Further, a photosensor using the a-SiGe layer as a photovoltaic layer is excellent in detecting long-wavelength light.
【0005】しかし本発明の光起電力素子の光起電力層
はa−SiGeとは異なるものであることがラマン散
乱、電子線回折、高分解能電子顕微鏡観察によって分か
った。また従来より微結晶ゲルマニウム(mc−Ge)
はその熱起電力効果を応用した温度センサー、光パワー
センサー、赤外光センサー等に使用されている。例え
ば、 ◆“A high‐accuracy quick‐response optical power
sensor with μc‐Ge:H thin film. Kodato S.Naito Y.Kuroda K.Kodama S Sens Actuators A.Vol 28, No.1, pp.63-68 ◆微結晶化ゲルマニウム薄膜の熱電特性とセンサヘの応
用 内藤悦伸、内田靖二、水野和雄、古田土節夫 電気学会センサ技術研究会資料等のような例が拳げられ
る。However, it was found by Raman scattering, electron diffraction, and high resolution electron microscope observation that the photovoltaic layer of the photovoltaic element of the present invention is different from a-SiGe. In addition, conventionally, microcrystalline germanium (mc-Ge)
Is used in temperature sensors, optical power sensors, infrared light sensors, etc. that apply the thermoelectromotive force effect. For example, ◆ “A high‐accuracy quick‐response optical power
sensor with μc-Ge: H thin film. Kodato S. Naito Y. Kuroda K. Kodama S Sens Actuators A. Vol 28, No.1, pp.63-68 ◆ Thermoelectric properties of microcrystalline germanium thin film and application to sensor Examples include materials such as Etsunobu Naito, Yasuji Uchida, Kazuo Mizuno, and Setsuo Furuta.
【0006】しかし光起電力層にmc‐Geを含有さ
せ、光起電力素子として使用した例はないと言えよう。
またそのような研究も数少ないものであり電光起電力素
子に応用するには品質が低いものである。また堆積速度
が速く、且つ原料ガス利用効率が優れているMWPCV
D法を用いた光起電力素子の検討が行われている。例え
ば、i層をMWPCVD法で形成した例としては、 ◆“マイクロ波プラズマCVD法によるa‐Si太陽電
池” 東 和文、渡辺猛志、嶋田寿一 第50回応用物理学会学術講演会予稿集 pp.566 等が拳げられる。この光起電力素子ではi層をMWPC
VD法で形成することによって良質、旦つ堆積速度の速
いi層を得ている。However, it can be said that there is no example in which the photovoltaic layer contains mc-Ge and is used as a photovoltaic element.
Moreover, such researches are few and the quality is low for application to the photovoltaic device. In addition, MWPCV has a high deposition rate and excellent source gas utilization efficiency.
Photovoltaic devices using the D method have been studied. For example, as an example of forming the i layer by the MWPCVD method, ◆ “a-Si solar cell by microwave plasma CVD method” Kazufumi Higashi, Takeshi Watanabe, Toshikazu Shimada Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Applied Physics Society pp. 566 etc. are fisted. In this photovoltaic element, i layer is MWPC
By forming by the VD method, a good quality i layer having a high deposition rate is obtained.
【0007】またドーピング層をMWPCVD法で形成
した例としては、例えば ◆“High Efficiency Amorphous Solar Cell Employing
ECR‐CVD Produced p‐Type Microcrystalline SiC Fi
lm" Y.Hattori,D.Kruangam,T.Toyama,H.0kamoto and Y.Hama
kawa Proceedings of the International PVSEC‐3 Tokyo Ja
pan l987 pp.171 ◆ “HIGH-CONDUCTIVE WIDE BAND GAP PーTYPE a‐SiC:H
PREPARED BY ECR CVDAND ITS APPLICATION TO HIGH EF
FICIENCY a‐Si BASIS SOLAR CELLS" Y.Hattori,D.Kruangam,K.Katou,Y.Nitta,H.0kamoto and
Y.Hamakawa Proceedings of 19th IEEE Photovoltaic Specialists
Conference l987 pp.689 等が挙げられる。これらの光起電力素子ではp層にMW
PCVD法を用いることによって良質なp層を得てい
る。An example of forming the doping layer by the MWPCVD method is, for example, "High Efficiency Amorphous Solar Cell Employing".
ECR‐CVD Produced p‐Type Microcrystalline SiC Fi
lm "Y.Hattori, D.Kruangam, T.Toyama, H.0kamoto and Y.Hama
kawa Proceedings of the International PVSEC-3 Tokyo Ja
pan l987 pp.171 ◆ “HIGH-CONDUCTIVE WIDE BAND GAP P ー TYPE a‐SiC: H
PREPARED BY ECR CVDAND ITS APPLICATION TO HIGH EF
FICIENCY a‐Si BASIS SOLAR CELLS "Y.Hattori, D.Kruangam, K.Katou, Y.Nitta, H.0kamoto and
Y.Hamakawa Proceedings of 19th IEEE Photovoltaic Specialists
Conference l987 pp.689, etc. In these photovoltaic elements, the MW is formed in the p layer.
A high quality p layer is obtained by using the PCVD method.
【0008】しかしこれらの例でもmc‐Geには言及
されていない。However, in these examples, mc-Ge is not mentioned.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上記のa−Si太陽電
池ではa−Si層を光起電力層に用いて光を効率よく電
力に変換することができるが、長波長の感度が低いとい
う問題点があった。さらにa−SiGe層を光起電力層
に用いると長波長感度は改善されるが、光劣化(光起電
力素子を長時間、光照射した際の素子特性の低下)が問
題となる。またa−SiGe層を光起電力層に用いたフ
ォトセンサーでは残像が問題となっていた。In the above a-Si solar cell, the a-Si layer can be used as a photovoltaic layer to efficiently convert light into electric power, but the long wavelength sensitivity is low. There was a point. Further, when the a-SiGe layer is used as the photovoltaic layer, long-wavelength sensitivity is improved, but photodegradation (deterioration of device characteristics when the photovoltaic device is irradiated with light for a long time) becomes a problem. Further, the afterimage is a problem in the photosensor using the a-SiGe layer as the photovoltaic layer.
【0010】本発明は上記従来の問題点を解決する光起
電力素子を提供することを目的としている。即ち長波長
の感度を向上させ、光劣化を抑制した太陽電池を提供す
ることを目的とする。また残像特性を改善したフォトセ
ンサーを提供することを目的とする。また温度特性を改
善した光起電力素子を提供することを目的とするもので
ある。An object of the present invention is to provide a photovoltaic element that solves the above-mentioned conventional problems. That is, it is an object of the present invention to provide a solar cell having improved long-wavelength sensitivity and suppressed photodegradation. Another object is to provide a photo sensor with improved afterimage characteristics. Moreover, it aims at providing the photovoltaic element which improved the temperature characteristic.
【0011】[0011]
【問題点を解決するための手段】本発明は従来の問題点
を解決し、前記目的を達成するために鋭意検討した結
果、見いだされたものであって、本発明の光起電力素子
は、水素を含有する非晶質シリコン系半導体からなるp
層、i層、n層を基板上に積層し、i層はマイクロ波プ
ラズマCVD法で形成されてなる光起電力素子におい
て、i層はゲルマニウムを含有するガスにマイクロ波を
照射して生起されたプラズマの領域(A)と、シリコン
を含有するガスにマイクロ波を照射して生起されたプラ
ズマの領域(B)を分離し、領域(A)で生成されたゲ
ルマニウムを含有するラジカルRgeと領域(B)で生成
されたシリコンを含有するラジカルRsiを領域(A)と
は異なる領域(C)で反応させる方法で形成され、且つ
i層は微結晶ゲルマニウムを含有し、該微結晶ゲルマニ
ゥムの粒径が50〜500Åであることを特徴とするも
のである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been found as a result of extensive studies to solve the conventional problems and achieve the above-mentioned object, and the photovoltaic device of the present invention comprises: P made of an amorphous silicon semiconductor containing hydrogen
In a photovoltaic device in which a layer, an i layer, and an n layer are laminated on a substrate, and the i layer is formed by a microwave plasma CVD method, the i layer is generated by irradiating a gas containing germanium with microwaves. The plasma region (A) is separated from the plasma region (B) generated by irradiating the silicon-containing gas with microwaves, and the germanium-containing radical R ge generated in the region (A) is separated. The silicon-containing radical R si generated in the region (B) is formed by a reaction in a region (C) different from the region (A), and the i layer contains microcrystalline germanium, and the microcrystalline germanium is formed. Is characterized by having a particle size of 50 to 500Å.
【0012】また、本発明の望ましい形態は前記の領城
(C)がp層またはi層またはn層表面であることを特
微とする前記光起電力素子である。またさらに、本発明
の望ましい形態は前記p層及び/またはn層はゲルマニ
ウムを含有するガスにマイクロ波を照射して生起された
プラズマの領域(AA)と、シリコンを含有するガスに
マイクロ波を照射して生起されたプラズマの領域(B
B)を分離し、領域(AA)で生成されたゲルマニウム
を含有するラジカルR geと領域(BB)で生成されたシ
リコンを含有するラジカルRSiを領域(AA)とは異な
る領域(CC)で反応させる方法で形成され、微結晶ゲ
ルマニウムを含有し、該微結晶ゲルマニウムの粒径が5
0〜500Åであることを特徴とする前記の光起電力素
子である。A preferred embodiment of the present invention is the territory described above.
(C) is a p-layer, i-layer, or n-layer surface
It is the above-mentioned small photovoltaic element. Furthermore, the present invention
A desirable form of the p-layer and / or the n-layer is germanium.
It was generated by irradiating microwave containing gas with um
In the plasma area (AA) and the gas containing silicon
A region of plasma (B
B) is separated and germanium produced in the area (AA)
Radical containing R geAnd the area generated in the area (BB)
Radical R containing reconSiIs different from the area (AA)
Formed in the region (CC) of the
It contains rumanium and the grain size of the microcrystalline germanium is 5
The above photovoltaic element, characterized in that it is 0 to 500Å
Is a child.
【0013】またさらに、本発明の望ましい形態は前記
の領域(CC)が基体またはi層表面であることを特徴
とする前記の光起電力素子である。またさらに、本発明
の望ましい形態は前記i層は微結晶シリコンを含有し、
該微結晶シリコンの粒径が50〜500Åであることを
特徴とする前記の光起電力素子である。Furthermore, a desirable mode of the present invention is the photovoltaic element as described above, wherein the region (CC) is a substrate or an i-layer surface. Still further, in a preferred embodiment of the present invention, the i-layer contains microcrystalline silicon,
In the above photovoltaic element, the grain size of the microcrystalline silicon is 50 to 500 Å.
【0014】またさらに、本発明の望ましい形態は前記
p層及び/またはn層は微結晶シリコンを含有し、該微
結晶シリコンの粒径が50〜500Åであることを特徴
とする前記の光起電力素子である。Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the p-layer and / or the n-layer contains microcrystalline silicon, and the grain size of the microcrystalline silicon is 50 to 500 Å. It is a power device.
【0015】[0015]
【作用】以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明す
る。図1は本発明の光起電力素子の模式的説明図でpi
n型のものである。図1において、本発明の光起電力素
子は基板101、n層(またはp層)102、i層10
3、p層(またはn層)104、透明電極105、及び
集電電極106等から構成される。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view of the photovoltaic element of the present invention
n-type. In FIG. 1, the photovoltaic device of the present invention comprises a substrate 101, an n layer (or p layer) 102, and an i layer 10.
3, a p layer (or an n layer) 104, a transparent electrode 105, a collector electrode 106, and the like.
【0016】図2は本発明の光起電力素子の他の例の模
式的説明図で、pinpin型のものである。図2にお
いて、本発明の光起電力素子は基板111、n1層(p
1層)112、i1層113、p1層(n1層)11
4、n2(p2層)層115、i2層116、p2(n
2層)層117、透明電極118、及び集電電極119
等から構成される。FIG. 2 is a schematic explanatory view of another example of the photovoltaic element of the present invention, which is of the pinpin type. In FIG. 2, the photovoltaic element of the present invention is a substrate 111, an n1 layer (p
1 layer) 112, i1 layer 113, p1 layer (n1 layer) 11
4, n2 (p2 layer) layer 115, i2 layer 116, p2 (n
(Two layers) layer 117, transparent electrode 118, and collector electrode 119
Etc.
【0017】図3は本発明の光起電力素子の他の例の模
式的説明図で、pinpinpin型のものである。図
3において、本発明の光起電力素子は基板121、n1
層(p1層)122、i1層123、p1層(n1層)
124、n2層(p2層)125、i2層126、p2
層(n2層)127、n3層(p3層)128、13層
129、p3層(n3層)130、透明電極131、及
び集電電極1З2等から構成される。FIG. 3 is a schematic explanatory view of another example of the photovoltaic element of the present invention, which is of the pinpinpin type. In FIG. 3, the photovoltaic element of the present invention is the substrate 121, n1.
Layer (p1 layer) 122, i1 layer 123, p1 layer (n1 layer)
124, n2 layer (p2 layer) 125, i2 layer 126, p2
The layer (n2 layer) 127, the n3 layer (p3 layer) 128, the 13 layer 129, the p3 layer (n3 layer) 130, the transparent electrode 131, the collector electrode 1 and the like 2.
【0018】図4は本発明の光起電力素子の他の例の模
式的説明図で、pinpin型のもので、pinpin
層の下部に、表面に凹凸のある光反射層142と透明導
電層143を有するものである。図4において、本発明
の光起電力素子は支持体142、光反射層143、透明
導電層144(142、143、144をまとめて基板
141とする)、n1層(p1層)145、i1層14
6、p1層(n1層)147、n2層(p2層)14
8、i2層149、p2層(n2層)150、透明電極
151、及び集電電極152等から構成される。FIG. 4 is a schematic explanatory view of another example of the photovoltaic element of the present invention, which is of a pinpin type, and is a pinpin.
The light reflection layer 142 and the transparent conductive layer 143 each having an uneven surface are provided below the layer. In FIG. 4, the photovoltaic device of the present invention comprises a support 142, a light reflection layer 143, a transparent conductive layer 144 (the substrates 142, 143, 144 are collectively referred to as a substrate 141), an n1 layer (p1 layer) 145, an i1 layer. 14
6, p1 layer (n1 layer) 147, n2 layer (p2 layer) 14
8, an i2 layer 149, a p2 layer (n2 layer) 150, a transparent electrode 151, a collector electrode 152, and the like.
【0019】さらに図1のようなpin型構造の光起電
力素子の他に、n層とp層の積層順序を逆にしたnip
型構造の光起電力素子であってもよい。さらに図2のよ
うなpinpin型構造の光起電力素子において、n層
とp層の積層順序を逆にしたnipnip型構造の光起
電力素子であってもよい。さらに図3のようなpinp
inpin型構造の光起電力素子において、n層とp層
の積層順序を逆にしたnipnipnip型構造の光起
電力素子であってもよい。Further, in addition to the photovoltaic element having the pin structure as shown in FIG. 1, a nip in which the stacking order of the n layer and the p layer is reversed.
It may be a photovoltaic device having a mold structure. Furthermore, in the photovoltaic element of the pinpin type structure as shown in FIG. 2, the photovoltaic element of the nipnip type structure in which the stacking order of the n layer and the p layer is reversed may be used. Furthermore, pinp as shown in Fig. 3
In the photovoltaic device of the inpin type structure, a photovoltaic device of the nipnipnip type structure in which the stacking order of the n layer and the p layer is reversed may be used.
【0020】さらに図4のようなpinpin型構造の
光起電力素子において、n層とp層の積層順序を逆にし
たnipnip型構造の光起電力素子であってもよい。
またさらに図1〜図4においてi層は性質の異なる複数
の層から構成されるものであってもよい。例えばRFプ
ラズマCVD法で形成された層(RF−i層)とマイク
ロ波プラズマCVD法で形成されたi層(MW−i層)
を積層したものや、a−Siからなるi層とa−Si、
a−SiC、a−SiN等からなるi層を積層したもの
でもよい。またさらにp層とi層、n層とi層の間に遷
移層を設けてもよい。遷移層を設けることによって各層
を連続形成することができる。Further, in the photovoltaic element of the pinpin type structure as shown in FIG. 4, the photovoltaic element of the nipnip type structure in which the stacking order of the n layer and the p layer is reversed may be used.
Furthermore, in FIGS. 1 to 4, the i layer may be composed of a plurality of layers having different properties. For example, a layer formed by the RF plasma CVD method (RF-i layer) and an i layer formed by the microwave plasma CVD method (MW-i layer)
A, a i-layer made of a-Si and a-Si,
It may be a stack of i layers made of a-SiC, a-SiN, or the like. Further, a transition layer may be provided between the p layer and the i layer and between the n layer and the i layer. By providing the transition layer, each layer can be continuously formed.
【0021】本発明の光起電力素子の光起電力層(i
層)は光の吸収する領域と発生したフオトキャリアを輸
送する領域が分かれていると考えられ、前者の領域は微
結晶ゲルマニウムが存在する領域であり、後者の領域は
非単結晶シリコン系半導体からなる領域である。これら
の領域は半導体接合によって結合され、その界面は良好
なもので、界面準位は極めて少ないものと考えられる。The photovoltaic layer (i) of the photovoltaic device of the present invention
It is considered that the layer) is divided into a region that absorbs light and a region that transports the generated photocarriers. The former region is a region in which microcrystalline germanium is present, and the latter region is composed of a non-single crystal silicon semiconductor. It is an area where It is considered that these regions are bonded by a semiconductor junction, the interface thereof is good, and the interface state is extremely small.
【0022】本発明の光起電力素子は非単結晶シリコン
系半導体からなるi層に微結晶ゲルマニウムが含有され
ているため、長波長(800nm〜1500nm)の光
を吸収し、生成されたフオトキャリアを光起電力層であ
るi層内部の電界で電子と正孔に分離し、この内部電解
によって電子はn層ヘ、正孔はp層ヘと効率よく輸送さ
れる。従って本発明の光起電力素子は短絡光電流
(Jsc)が大きいものであって、入射光エネルギー(電
力)に対して発生する電力の割合(光電変換効率)が1
0%以上のものが可能である。このように高い光電変換
効率(η)は太陽電池のような光起電力素子に重要な特
性要素である。Since the photovoltaic element of the present invention contains microcrystalline germanium in the i layer made of a non-single crystal silicon semiconductor, it absorbs light having a long wavelength (800 nm to 1500 nm) and is generated as a photocarrier. Are separated into electrons and holes by an electric field inside the i layer which is a photovoltaic layer, and electrons are efficiently transported to the n layer and holes to the p layer by this internal electrolysis. Therefore, the photovoltaic element of the present invention has a large short-circuit photocurrent (J sc ) and the ratio of generated power to incident light energy (power) (photoelectric conversion efficiency) is 1.
It can be 0% or more. Such high photoelectric conversion efficiency (η) is an important characteristic element for photovoltaic devices such as solar cells.
【0023】本発明の光起電力素子(請求項7)はi層
の微結晶ゲルマニウムの含有量が層厚方向になめらかに
変化しているものである。そうすることによって光電変
換効率が向上する。すなわち、例えば、図8(a)のよ
うにi層のp層側、n層側で微結晶ゲルマニウム含有量
を少なくし、且つ微結晶ゲルマニウム含有量が最大とな
るところをバルク内部のp層側にすることによって図9
(a)に見られるようにi層のバンドギャップはp層
側、n層側で極大となり、最小値はバルク内部のp層側
となる。このためi層のp層側では伝導帯の電界が大き
いことによって電子と正孔の分離が効率よく行われ、p
層とi層の界面近傍での電子と正孔の再結合を減少させ
ることができる。また電子がp層に逆拡散することを抑
制することができる。さらにi層からn層に向かって価
電子帯の電界が大きくなっていることによってi層のn
層側で励起された電子と正孔の再結合を減少させること
ができる。In the photovoltaic element of the present invention (claim 7), the content of microcrystalline germanium in the i layer changes smoothly in the layer thickness direction. By doing so, the photoelectric conversion efficiency is improved. That is, for example, as shown in FIG. 8 (a), the p-layer side inside the bulk is where the microcrystalline germanium content is reduced on the p-layer side and the n-layer side of the i-layer and the microcrystalline germanium content is maximized. Figure 9
As shown in (a), the band gap of the i-layer becomes maximum on the p-layer side and the n-layer side, and the minimum value is on the p-layer side inside the bulk. Therefore, on the p-layer side of the i-layer, the electric field in the conduction band is large, so that the electrons and holes are efficiently separated, and
Recombination of electrons and holes near the interface between the layer and the i layer can be reduced. In addition, it is possible to prevent electrons from back-diffusing into the p-layer. Further, since the electric field in the valence band increases from the i layer to the n layer,
Recombination of electrons and holes excited on the layer side can be reduced.
【0024】また特にi層とドーピング層の間がへテロ
接合(Si/SiN、Si/SiCなど)からなる場合
において特に効果がある。一般的にはへテロ接合の界面
には多くの界面準位、内部応力が存在すると考えられ
る。本発明の光起電力素子ではへテロ接合の界面近傍に
は微結晶ゲルマニウムを少なく含有させることによっ
て、界面準位を減少させ、さらには内部応力を緩和する
ことができる。従って振動のある環境においても素子の
特性が劣化しにくいものである。Further, it is particularly effective when the heterojunction (Si / SiN, Si / SiC, etc.) is formed between the i layer and the doping layer. Generally, it is considered that many interface states and internal stress exist at the interface of the heterojunction. In the photovoltaic device of the present invention, by containing a small amount of microcrystalline germanium in the vicinity of the interface of the heterojunction, the interface state can be reduced and the internal stress can be relaxed. Therefore, the characteristics of the device are less likely to deteriorate even in a vibrating environment.
【0025】一般的に非単結晶シリコン系半導体からな
るi層中の微結晶ゲルマニウム含有量を多くするとバン
ドギャップが小さくなることが知られている。以下、図
面を参照にしながら、バンドギャップの層厚方向の変化
から考えた、本発明の光起電力素子におけるi層の微結
晶ゲルマニウム含有量の望ましい変化パターンの例を説
明する。It is generally known that increasing the content of microcrystalline germanium in the i-layer made of a non-single crystal silicon semiconductor reduces the band gap. Hereinafter, with reference to the drawings, an example of a desirable change pattern of the microcrystalline germanium content of the i layer in the photovoltaic device of the present invention, which is considered from the change of the band gap in the layer thickness direction, will be described.
【0026】図8(a)では前述したようにp層側で微
結晶ゲルマニウム含有量を急激に変化させ、含有量の最
小値がバルク内部のp層側にある例である。この場合、
バンドギャップは図9(a)のようになり、p層側から
光を入射させると、前記p層とi層の界面近傍の高電界
及びn層とi層の界面近傍の高電界をさらに有効に利用
することができ、i層中で光励起された電子と正孔の収
集効率を向上させることができる。またnip型の光起
電力素子でn層側から光を入射させる場合には変化パタ
ーンを層厚方向に対して逆にすればよい。またi層のバ
ンドギャップが小さい場合、特に効果がある。またp/
i界面がへテロ接合からなる場合、特に効果がある。FIG. 8A shows an example in which the microcrystalline germanium content is drastically changed on the p-layer side as described above, and the minimum content is on the p-layer side inside the bulk. in this case,
The band gap is as shown in FIG. 9A, and when light is incident from the p-layer side, the high electric field near the interface between the p-layer and the i-layer and the high electric field near the interface between the n-layer and the i-layer are more effective. It is possible to improve the collection efficiency of electrons and holes photoexcited in the i layer. Further, in the case of making light incident from the n-layer side in the nip type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. Further, when the band gap of the i layer is small, it is particularly effective. Also p /
It is particularly effective when the i interface is formed by heterojunction.
【0027】図8(b)ではp層側からn層側にゆっく
りと変化させ、含有量の最小値がn層との界面にある例
である。この場合、バンドギャップは図9(b)のよう
になり、i層の全領域にわたって価電子帯の電界を大き
くすることができ、特に正孔に対するキャリアレンジを
向上させることができ、フィルファクターを改善するこ
とができる。またnip型の光起電力素子でn層側から
光を入射する場合、変化パターンを層厚方向に対して逆
にすればよい。またi層のバンドギャップが小さい場
合、特に効果がある。FIG. 8B shows an example in which the p-layer side is slowly changed to the n-layer side, and the minimum content is at the interface with the n-layer. In this case, the band gap becomes as shown in FIG. 9B, the electric field of the valence band can be increased over the entire region of the i layer, the carrier range for holes can be particularly improved, and the fill factor can be increased. Can be improved. When light is incident from the n layer side in the nip type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. Further, when the band gap of the i layer is small, it is particularly effective.
【0028】図8(c)ではi層のp層側およびn層側
で微結晶ゲルマニウム含有量が急激に変化している例で
ある。この場合、バンドギャップは図9(c)のように
なり、i層のp層側で伝導帯の電界を大きくすることが
でき、特に雷子のp層への逆拡散を抑制することができ
る。またi層とn層側で価電子帯の電界を強くすること
ができ、特に正孔のn層ヘの逆拡散を抑制することがで
きる。また図8(c)のような微結晶ゲルマニウム含有
量、および図9(c)のようなバンドギャップの変化パ
ターンはバンドギャップの大きなi層を有する光起電力
素子に対して特に効果がある。すなわち図9(c)にお
いてp層側から光を入射した場合、バンドギャップの大
きなi層では光を充分吸収しきれず、i層とn層の界面
近傍での光励起キャリアーは再結合することなく、この
界面近傍での強い電界によって分離され、収集効率を上
げることができる。またさらに光反射層を有する光起電
力素子に対して効果がある。すなわち光反射層を有する
光起電力素子においては、両方の層側から光がi層内に
入射されるために同様に収集効率を上げることができ
る。上記のような構成によりキャリアレンジを向上させ
ることができ、フィルファクターを向上させることがで
きる。p/i界面、n/i界面がへテロ接合からなる場
合、特に効果がある。FIG. 8C shows an example in which the content of microcrystalline germanium changes rapidly on the p-layer side and the n-layer side of the i layer. In this case, the band gap is as shown in FIG. 9C, and the electric field of the conduction band can be increased on the p-layer side of the i-layer, and in particular, the reverse diffusion of the lightning element to the p-layer can be suppressed. . Further, the electric field in the valence band can be strengthened on the i layer and n layer sides, and in particular, the back diffusion of holes into the n layer can be suppressed. Further, the microcrystalline germanium content as shown in FIG. 8C and the bandgap change pattern as shown in FIG. 9C are particularly effective for a photovoltaic device having an i layer having a large bandgap. That is, when light is incident from the p-layer side in FIG. 9C, the i-layer having a large bandgap cannot sufficiently absorb the light, and photoexcited carriers near the interface between the i-layer and the n-layer do not recombine. The strong electric field in the vicinity of this interface separates them, and collection efficiency can be improved. Further, it is effective for a photovoltaic element having a light reflecting layer. That is, in a photovoltaic device having a light reflection layer, light is incident on the i-layer from both layers, so that collection efficiency can be similarly increased. With the above configuration, the carrier range can be improved and the fill factor can be improved. It is particularly effective when the p / i interface and the n / i interface are heterojunctions.
【0029】また光起電力層にa−SiGeを用いて長
波長(800nm〜1000nm)の光を吸収する光起
電力素子ではa−SiGeのバンドギャップが小さいた
め開放電圧(Voc)が低い、フィルファクター(FF)
が小さいという問題があったが、本発明の光起電力素子
では非単結晶シリコン系半導体からなるi層に微結晶ゲ
ルマニウムが含有されているため、開放電圧が大きいも
のであり、光電変換効率を向上させることができる。ま
た本発明では母材となるものが非単結晶シリコン系半導
体であるのでa−SiGeよりもフィルフアクターを向
上させたものであり、光電変換効率を向上させることが
できる。またフォトセンサーでは光起電力層に外部から
電界を印加し、発生したフォトキャリアをすばやく電極
に注入させる(フォトレスポンスをよくする)必要があ
り、上記フィルファクターの向上は重要である。In a photovoltaic element that uses a-SiGe for the photovoltaic layer and absorbs light of long wavelength (800 nm to 1000 nm), the open-circuit voltage (V oc ) is low because the band gap of a-SiGe is small. Fill factor (FF)
However, in the photovoltaic element of the present invention, since the i-layer made of the non-single-crystal silicon semiconductor contains microcrystalline germanium, the open circuit voltage is large and the photoelectric conversion efficiency is high. Can be improved. Further, in the present invention, since the base material is a non-single crystal silicon semiconductor, the fill factor is improved more than a-SiGe, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. Further, in the photosensor, it is necessary to apply an electric field to the photovoltaic layer from the outside and quickly inject the generated photocarriers into the electrodes (improve the photoresponse), and it is important to improve the fill factor.
【0030】またフォトセンサーでは光起電力層または
ドーピング層に深い準位があると、発生したフォトキャ
リアがトラップされ、再びキャリアとして熱励起される
ことがある。フォトセンサーでは上記のような熱励起キ
ャリアー残像として現れるが、本発明の光起電力素子を
用いたフォトセンサーは深い準位が少なく、残像現象を
防止したものである。In the photosensor, if the photovoltaic layer or the doping layer has a deep level, the photocarriers generated may be trapped and thermally excited as carriers again. In the photosensor, the above-mentioned thermally-excited carrier afterimage appears, but the photosensor using the photovoltaic element of the present invention has few deep levels and prevents the afterimage phenomenon.
【0031】また本発明の光起電力素子は温度特性が改
善されたものである。すなわち上記の熱励起キャリアを
減少させたものであるため、温度の影響を従来のものに
比ベて抑えたものである。従って使用環境温度の範囲が
広がり、さらに光起電力素子を使用した機器の立ち上が
り時間を短縮するものである。また本発明の光起電力素
子ではドーピング層(n層及び/またはp層)に微結晶
ゲルマニウムが含有されると、従来のa−SiGeを用
いたドーピング層よりもより優れたものとなる。すなわ
ち太陽電池でドーピング層にa−SiGeを用いた場
合、キャリア濃度が低く、開放電圧が低いという問題が
あったが、本発明の光起電力素子ではドーピング層に非
単結晶シリコン系半導体からなる母材に上記の徴結晶ゲ
ルマニウムが含有されているため、キャリア濃度が高い
ものであり、従って光起電力素子の開放電圧着高めるこ
とができ、光電変換効率を向上させることができる。The photovoltaic element of the present invention has improved temperature characteristics. That is, since the above-mentioned thermally excited carriers are reduced, the influence of temperature is suppressed as compared with the conventional one. Therefore, the range of operating environment temperature is widened, and the rise time of the device using the photovoltaic element is shortened. Further, in the photovoltaic device of the present invention, when microcrystalline germanium is contained in the doping layer (n layer and / or p layer), it becomes superior to the conventional doping layer using a-SiGe. That is, when a-SiGe is used for the doping layer in the solar cell, there is a problem that the carrier concentration is low and the open circuit voltage is low, but in the photovoltaic device of the present invention, the doping layer is made of a non-single crystal silicon semiconductor Since the base material contains the above-described microcrystalline germanium, the carrier concentration is high, and therefore the open circuit voltage of the photovoltaic element can be increased and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
【0032】また微結晶シリコン(mc−Si)を含有
させることによって光劣化を抑制することができる。ま
たこの微結晶シリコンの領域と微結晶ゲルマニウムの領
域とその他の領域では互いに半導体接合によって接触
し、また界面準位は少ないものである。微結晶シリコン
をドーピング層に含有させた場合、キャリア濃度をさら
に向上させることができるため、光起電力素子の開放電
圧を向上させることができる。さらに可視光の透過率を
向上させることができるため、光起電力素子のドーピン
グ層として有効である。Also, photodegradation can be suppressed by containing microcrystalline silicon (mc-Si). The microcrystalline silicon region, the microcrystalline germanium region, and the other region are in contact with each other by a semiconductor junction, and the interface state is small. When microcrystalline silicon is contained in the doping layer, the carrier concentration can be further improved, so that the open circuit voltage of the photovoltaic element can be improved. Further, since the visible light transmittance can be improved, it is effective as a doping layer of a photovoltaic element.
【0033】また本発明においてはi層中の微結晶シリ
コン含有量が層厚方向に変化し、該含有量が最小となる
位置がi層の中央位置とp層との間にあることによっ
て、さらに光電変換効率を向上できるものである。すな
わち微結晶ゲルマニウム含有量が多い領域では微結晶シ
リコン含有量を少なくすることによって、欠陥準位を減
少させることができる。またドーピング層との界面近傍
には多く含有させることによって、開放電圧を向上でき
る。従って図8(a)のような微結晶ゲルマニウムの含
有量変化に対しては図10(a)のような微結晶シリコ
ンの含有量変化が望ましいものである。Further, in the present invention, the microcrystalline silicon content in the i layer changes in the layer thickness direction, and the position where the content is the minimum is between the central position of the i layer and the p layer. Furthermore, the photoelectric conversion efficiency can be improved. That is, the defect level can be reduced by reducing the microcrystalline silicon content in the region where the microcrystalline germanium content is high. Further, by including a large amount in the vicinity of the interface with the doping layer, the open circuit voltage can be improved. Therefore, for the change in the content of microcrystalline germanium as shown in FIG. 8A, the change in the content of microcrystalline silicon as shown in FIG. 10A is desirable.
【0034】同様に図8(b)のような微結晶ゲルマニ
ウムの含有量変化に対しては図10(a)のような微結
晶シリコンの含有量変化が望ましく、図8(c)のよう
な微結晶ゲルマニウムの含有量変化に対しては図10
(c)のような徴結晶シリコンの含有量変化が望ましい
ものである。またドーピング層が微結晶シリコンからな
る場合、内部歪等が緩和され、振動のある環境において
も特性が低下しにくいも曾である。Similarly, with respect to the change in the content of microcrystalline germanium as shown in FIG. 8 (b), the change in the content of microcrystalline silicon as shown in FIG. 10 (a) is desirable, and as shown in FIG. 8 (c). FIG. 10 shows changes in the content of microcrystalline germanium.
The change in the content of microcrystalline silicon as shown in (c) is desirable. Further, when the doping layer is made of microcrystalline silicon, internal strain and the like are alleviated, and the characteristics are less likely to deteriorate even in an environment with vibration.
【0035】従来より結晶ゲルマニウムを作製する方法
としてはフローティングゾーン(FD)法、チョコラル
スキー(CZ)法、リボン引き上げ法が知られており、
基板上に薄膜結晶性ゲルマニウムを形成する方法として
は、RFプラズマCVD法(RFPCVD法)、光CV
D法、熱CVD法、スパッタリング法等が挙げられる
が、いずれも基板温度が700〜900℃で形成する
か、あるいは基板温度100〜300℃で形成した薄膜
を基板温度600〜800℃でアニールして形成する
か、あるいは基板温度100〜300℃で形成した薄膜
をレーザー等を用いて熱アニールするものであった。こ
れらの方法ではいずれも基板が高温となり、例えばステ
ンレス等のような安価な材料の基板を用いることができ
なかった。またこれらの方法では本発明のごとき非晶質
シリコン系半導体層中に微結晶ゲルマニウムを含有さ書
るには温度が高すぎ、良質な非晶質シリコン系半導体層
が得られない。しかし本発明の光起電力素子の半導体層
を形成する際の方法を用いれば比較的低温で微結晶ゲル
マニウムを含有する良質な非晶質シリコン系半導体層を
形成することができる。すなわち、MWPCVD法にお
いて以下のような特徴を有するものである。Floating zone (FD) method, Czochralski (CZ) method and ribbon pulling method have been known as methods for producing crystalline germanium.
As a method for forming the thin film crystalline germanium on the substrate, RF plasma CVD method (RFPCVD method), optical CV
D method, thermal CVD method, sputtering method and the like can be mentioned. In each case, the substrate temperature is 700 to 900 ° C. or the thin film formed at the substrate temperature 100 to 300 ° C. is annealed at the substrate temperature 600 to 800 ° C. Or a thin film formed at a substrate temperature of 100 to 300 ° C. is thermally annealed using a laser or the like. In any of these methods, the temperature of the substrate becomes high, so that a substrate made of an inexpensive material such as stainless steel cannot be used. Further, in these methods, the temperature is too high to contain microcrystalline germanium in the amorphous silicon semiconductor layer as in the present invention, and a good quality amorphous silicon semiconductor layer cannot be obtained. However, if the method for forming the semiconductor layer of the photovoltaic element of the present invention is used, a good quality amorphous silicon semiconductor layer containing microcrystalline germanium can be formed at a relatively low temperature. That is, the MWPCVD method has the following features.
【0036】(1)ゲルマニウムを含有するガス(例え
ばGeH4ガス)にマイクロ波を照射して生起されたプ
ラズマの領域(A)と、シリコンを含有するガス(例え
ばSiH4)にマイクロ波を照射して生起されたプラズ
マの領域(B)を分離し、領域(A)で生成されたゲル
マニウムを含有するラジカルRgと領域(B)で生成さ
れたシリコンを含有するラジカルRSを領域(A)とは
異なる領域(気相中)で反応させる。(1) A region (A) of plasma generated by irradiating a gas containing germanium (eg GeH 4 gas) with microwaves and a region containing silicon (eg SiH 4 ) are irradiated with microwaves. The region (B) of the plasma generated by the above is separated, and the radical R g containing germanium generated in the region (A) and the radical R S containing silicon generated in the region (B) are separated into the region (A). ) And a different region (in the gas phase).
【0037】(2)ラジカルRgeとラジカルRSiは基板
表面(半導体層表面)で反応させる。このような方法で
微結晶ゲルマニウム含有量を層厚方向に変化させるには
ゲルマニウムを含有する原料ガスの流量を時間変化させ
るのがよい。ロール・ツー・ロール法を用いて半導体層
を形成する場合、基板表面上に入射するゲルマニウムを
含有するラジカルを空間的に変化させるのがよい。(2) The radical R ge and the radical R Si are reacted on the substrate surface (semiconductor layer surface). In order to change the microcrystalline germanium content in the layer thickness direction by such a method, it is preferable to change the flow rate of the source gas containing germanium with time. When the semiconductor layer is formed by the roll-to-roll method, it is preferable to spatially change the germanium-containing radicals incident on the substrate surface.
【0038】これらの方法では従来の基板温度よりも低
い温度でゲルマニウムの結晶化が可能となり、基板材料
の選択範囲が広がるものである。好適な基板温度は20
0〜400℃である。また領域(A)でゲルマニウムを
含有するラジカルRgはすでに結晶性を有するゲルマニ
ウムのクラスタであり、MWPCVDでは容易に気相中
で結晶性を有するゲルマニウムクラスタを生成すること
ができると考えられる。これらの方法においてプラズマ
領域(A)の圧力は50mTorr以上にして、平均自
由行程を短くし、ラジカル同士の気相反応を活性化させ
る。また(1)の方法においてプラズマ領域(B)の圧
力は50mTorr以上にして、上記のゲルマニウムク
ラスタとシリコンを含有するラジカルRSの気相反応を
活性化するのがよい。また(2)の方法においては圧力
を30mTorr以下にして上記のゲルマニウムクラス
タとRSが気相中で反応するのを極力抑えるのが望まし
い。According to these methods, germanium can be crystallized at a temperature lower than the conventional substrate temperature, and the selection range of the substrate material is widened. Suitable substrate temperature is 20
It is 0-400 degreeC. Further, the radical R g containing germanium in the region (A) is already a germanium cluster having crystallinity, and it is considered that MWPCVD can easily generate a germanium cluster having crystallinity in the vapor phase. In these methods, the pressure in the plasma region (A) is set to 50 mTorr or more to shorten the mean free path and activate the gas phase reaction between radicals. In the method (1), the pressure in the plasma region (B) is preferably set to 50 mTorr or more to activate the gas phase reaction of the germanium cluster and the radical R S containing silicon. Further, in the method (2), it is desirable to set the pressure to 30 mTorr or less to suppress reaction of the germanium cluster and R S in the gas phase as much as possible.
【0039】また微結晶ゲルマニウムとともに微結晶シ
リコンを含有させる場合、以下の方法が挙げられる。 (I)フッ素を含有する原料ガス(例えばSiF4、S
i2F6、GeF4、BF 3等)を用い、基板温度を300
〜600℃、高いMW電力を導入して形成する。In addition to the microcrystalline germanium,
When a recon is contained, the following method can be mentioned. (I) Source gas containing fluorine (eg SiFFour, S
i2F6, GeFFour, BF 3Substrate temperature to 300
It is formed by introducing a high MW power at ˜600 ° C.
【0040】このような方法で微結晶シリコン含有量を
層厚方向に変化させるにはフッ素を含有する原料ガスの
流量を時間変化させればよい。このような方法で形成さ
れた堆積膜は微結晶ゲルマニウムを含有することがラマ
ン散乱、電子線回折、高分解能電子顕微鏡観察によって
確かめられた。ラマン散乱のラマンシフトでは非晶質シ
リコンに対応する波数480cm-1付近のブロードなピ
ークと微結晶ゲルマニウムに対応する波数300cm-1
付近の鋭いピークが見られた。さらに電子線回折ではブ
ロードなリングの中にシャープなリングが観察された。
また高分解能電子顕微鏡観察の暗視野像で微結晶ゲルマ
ニウムに対応する白い微小領域が観察された。また形成
条件(I)の試料では微結晶シリコンに対応する波数5
20cm-1の鋭いピークのラマンシフトが見られた。In order to change the microcrystalline silicon content in the layer thickness direction by such a method, the flow rate of the raw material gas containing fluorine may be changed with time. It was confirmed by Raman scattering, electron diffraction, and high-resolution electron microscope observation that the deposited film formed by such a method contained microcrystalline germanium. The Raman shift of Raman scattering shows a broad peak near 480 cm -1 corresponding to amorphous silicon and 300 cm -1 corresponding to microcrystalline germanium.
A sharp peak was seen in the vicinity. Furthermore, a sharp ring was observed in the broad ring by electron diffraction.
In addition, white microscopic regions corresponding to microcrystalline germanium were observed in the dark field image of high resolution electron microscope observation. Further, in the sample under the forming condition (I), the wave number corresponding to microcrystalline silicon is 5
A Raman shift with a sharp peak at 20 cm -1 was observed.
【0041】本発明においては微結晶ゲルマニウムの望
ましい結晶粒径は50〜500Åで、50Åより小さい
と結晶粒界の影響が現れてしまい、500Åより大きい
と暗電流が増加する等、結晶ゲルマニウムに近い性質を
有することもあるため、光起電力素子のpin層に含有
させる上からは500Å以下が好ましい。本発明におい
ては微結晶シリコンの望ましい結晶粒径は50〜500
Åで、50Åより小さいと結晶粒界の影薯が現れていま
い500Åより大きいと暗電流が増加する等、結晶シリ
コンに近い性質を有するようになり、光起電力素子のp
in層に含有させる上からは500Å以下が好ましい。In the present invention, the desirable crystal grain size of the microcrystalline germanium is 50 to 500 Å, and if it is smaller than 50 Å, the influence of the crystal grain boundary appears, and if it is larger than 500 Å, the dark current increases and it is close to that of crystal germanium. Since it may have properties, it is preferably 500 Å or less from the viewpoint of being contained in the pin layer of the photovoltaic element. In the present invention, the desirable crystal grain size of microcrystalline silicon is 50 to 500.
If it is less than 50 Å, the shadow of the crystal grain boundary appears, and if it is more than 500 Å, dark current increases and it has properties close to crystalline silicon.
From the viewpoint of being contained in the in layer, it is preferably 500 Å or less.
【0042】本発明においては微結晶ゲルマニウムには
水素(または重水素)およびまたはフッ素を含有しても
よい。含有量はそれぞれ0.01〜10%で、好ましく
は0.01〜5%である。本発明においては微結晶シリ
コンには水素(または重水素)および/またはフッ素を
含有してもよい。含有量はそれぞれ0.01〜10%
で、好ましくは0.01〜5%である。In the present invention, the microcrystalline germanium may contain hydrogen (or deuterium) and / or fluorine. The content of each is 0.01 to 10%, preferably 0.01 to 5%. In the present invention, the microcrystalline silicon may contain hydrogen (or deuterium) and / or fluorine. Each content is 0.01-10%
And preferably 0.01 to 5%.
【0043】図5は本発明の光起電力素子の半導体層を
形成するのに適した堆積装置の模式的説明図である。こ
の堆積装置200は堆積室201、真空計202、バイ
アス電源203、基板204、ヒーター205、導波管
206、コンダクタンスバルブ207、バルブ208、
バイアス電極210、ガス導入管211、アプリケータ
ー212、誘電体窓213、基板シャッター215、マ
イクロ波電源219、排気ロ220、ガス導入管22
1、排気ロに接続された不図示の真空排気ポンプ、ガス
導入管に接続された原料ガス供給装置などから構成され
る。不図示の原料ガス供給装置は原料ガスボンベ、バル
ブ、マスフローコントローラー等から構成される。誘電
体窓213は、例えば、アルミナセラミクス(Al
2O3)、石英、窒化ホウ素などのマイクロ波をよく透過
し、且つ大気圧と真空を分離できる材料から構成され
る。またゲルマニウムを含有するガスにマイクロ波を照
射して生起されたプラズマの領域(A)とシリコンを含
有するガスにマイクロ波を照射して生起されたプラズマ
の領域(B)は図のように空間的に分離する。FIG. 5 is a schematic explanatory view of a deposition apparatus suitable for forming the semiconductor layer of the photovoltaic element of the present invention. This deposition apparatus 200 includes a deposition chamber 201, a vacuum gauge 202, a bias power source 203, a substrate 204, a heater 205, a waveguide 206, a conductance valve 207, a valve 208,
Bias electrode 210, gas introduction pipe 211, applicator 212, dielectric window 213, substrate shutter 215, microwave power supply 219, exhaust gas 220, gas introduction pipe 22.
1. A vacuum exhaust pump (not shown) connected to the exhaust gas outlet, a source gas supply device connected to the gas introduction pipe, and the like. The raw material gas supply device (not shown) includes a raw material gas cylinder, a valve, a mass flow controller and the like. The dielectric window 213 is made of, for example, alumina ceramics (Al
2 O 3 ), quartz, boron nitride and the like, which are well permeable to microwaves and can separate atmospheric pressure and vacuum. Further, a plasma region (A) generated by irradiating a germanium-containing gas with a microwave and a plasma region (B) generated by irradiating a silicon-containing gas with a microwave are shown in FIG. Separate.
【0044】本発明の光起電力素子の作製は以下のよう
に行われるものである。まず図5の堆積室201内に設
置されたヒータ一205に基板204を密着させ、堆積
室内を1×10-5Torr以下に充分に排気する。この
排気にはターボ分子ポンプまたはオイル拡散ポンプが適
している。堆積室内の排気を充分に行った後、H2、H
e、Ar等のガスを、半導体層形成用の原料ガスを流し
たときとほぼ同等の堆積室圧力になるように堆積室内に
導入し、ヒーター205のスイッチを入れ基板を加熱す
る。基板の温度が所定の温度で安定したら半導体層形成
用の原料ガスをガスボンベからマスフローコントローラ
ーを介して所定の量を堆積室に導入する。The photovoltaic element of the present invention is manufactured as follows. First, the substrate 204 is brought into close contact with the heater 205 installed in the deposition chamber 201 of FIG. 5, and the inside of the deposition chamber is sufficiently evacuated to 1 × 10 −5 Torr or less. A turbo molecular pump or an oil diffusion pump is suitable for this exhaust. After exhausting the inside of the deposition chamber sufficiently, H 2 , H
Gases such as e and Ar are introduced into the deposition chamber so that the pressure in the deposition chamber is almost the same as when the source gas for forming the semiconductor layer is flown, and the heater 205 is turned on to heat the substrate. When the temperature of the substrate stabilizes at a predetermined temperature, a predetermined amount of a raw material gas for semiconductor layer formation is introduced into the deposition chamber from a gas cylinder via a mass flow controller.
【0045】堆積室内ヘ導入される半導体層形成用の原
料ガスの供給量は、堆積室の体積およぴ所望の堆積速度
によって適宜決定されるものである。半導体層をMWP
CVD法で形成する場合、半導体層形成中の圧力は、非
常に重要な因子である。 (1)の方法の場合、プラズマ領域(A)では50〜5
00mTorr、プラズマ領域(B)では50〜300
mTorrが好適である。The supply amount of the source gas for forming the semiconductor layer, which is introduced into the deposition chamber, is appropriately determined according to the volume of the deposition chamber and the desired deposition rate. MWP semiconductor layer
When forming by the CVD method, the pressure during the formation of the semiconductor layer is a very important factor. In the case of the method (1), it is 50 to 5 in the plasma region (A).
00 mTorr, 50 to 300 in plasma region (B)
mTorr is preferred.
【0046】(2)の方法の場合、プラズマ領域(A)
では50〜500mTorr、プラズマ領域(B)では
0.5〜30mTorrが好適である。またそれぞれの
プラズマ領域に導入されるMW電力は、重要な因子であ
る。該MW電力はプラズマ領域に導入される原料ガスの
流量によって適宜決定されるものであるが、好ましい範
囲としては、100〜2000Wである。MW電力の好
ましい周波数の範囲としては0.5〜10GHzが挙げ
られ、特に2.45GHz付近の周波数が適している。
このようなマイクロ波電源219から発生したMW電力
を導波管206で伝送させ、アプリケーター212から
誘電体窓213を介して堆積室に導入し、それぞれのプ
ラズマを生起し、シャッターを開けて、基板上に所望の
層厚の半導体層を形成する。その後MW電力の導入を止
め、プラズマを消滅させ、堆積室内を真空排気し、
H2、He、Ar等のガスで充分パージした後、基板を
堆積室から取り出す。In the case of the method (2), the plasma region (A)
Is preferably 50 to 500 mTorr and the plasma region (B) is preferably 0.5 to 30 mTorr. Also, the MW power introduced into each plasma region is an important factor. The MW power is appropriately determined depending on the flow rate of the raw material gas introduced into the plasma region, but a preferable range is 100 to 2000 W. A preferable frequency range of the MW power is 0.5 to 10 GHz, and a frequency around 2.45 GHz is particularly suitable.
The MW power generated from such a microwave power source 219 is transmitted through the waveguide 206, introduced from the applicator 212 into the deposition chamber through the dielectric window 213, each plasma is generated, the shutter is opened, and the substrate is opened. A semiconductor layer having a desired layer thickness is formed thereover. After that, the introduction of MW power was stopped, the plasma was extinguished, the deposition chamber was evacuated,
After sufficiently purging with a gas such as H 2 , He or Ar, the substrate is taken out from the deposition chamber.
【0047】本発明の光起電力素子のi層を形成する
際、MW電力とともにRF電力をバイアス電極210に
印加してもよい。この場合、導入するMW電力は堆積室
に導入する原料ガスを100%分解するのに必要なMW
電力よりも小さいことが望ましく、さらに同時に導入さ
れるRF電力は、前記MW電力よりも大きいことが望ま
しい。同時に導入されるRF電力の好ましい範囲として
は、100〜2000Wである。RF電力の好ましい周
波数の範囲としては1〜100MHzが挙げられる。特
に13.56MHzが最適である。特にRF電力供給用
のRF電極の面積がアースの面積よりも狭い場合、RF
電力供給用の電源側のセルフバイアス(DC成分)をア
ースした方が良いものである。またバイアス電極にRF
電力とともにDC電圧を印加しても良い。DC電圧の好
ましい範囲としては、30から300V程度である。When forming the i layer of the photovoltaic element of the present invention, RF power may be applied to the bias electrode 210 together with MW power. In this case, the MW power to be introduced is the MW required to decompose 100% of the source gas introduced into the deposition chamber.
The power is preferably smaller than the power, and the RF power introduced at the same time is preferably larger than the MW power. A preferable range of RF power to be simultaneously introduced is 100 to 2000 W. A preferable frequency range of the RF power is 1 to 100 MHz. Particularly, 13.56 MHz is optimum. Especially when the area of the RF electrode for supplying RF power is smaller than the area of ground,
It is better to ground the self-bias (DC component) on the power supply side for power supply. Also, the bias electrode is RF
A DC voltage may be applied together with electric power. A preferable range of the DC voltage is about 30 to 300V.
【0048】p層、n層をRFPCVD法で形成する場
合、容量結合型のRFPCVD法が適している。RF電
力は図5ではバイアス電極に印加する。RFPCVD法
でi層、ドーピング層を形成する場合、堆積室内の基板
温度は100〜500℃、圧力は0.1〜10Tor
r、RF電力は1〜800W、堆積連度は0.1〜2n
m/secが最適条件として挙げられる。When the p layer and the n layer are formed by the RFPCVD method, the capacitive coupling type RFPCVD method is suitable. RF power is applied to the bias electrode in FIG. When forming the i layer and the doping layer by the RFPCVD method, the substrate temperature in the deposition chamber is 100 to 500 ° C., and the pressure is 0.1 to 10 Tor.
r, RF power is 1 to 800 W, deposition rate is 0.1 to 2 n
The optimum condition is m / sec.
【0049】米国特許4,400,409号特許明細書
にはロール・ツー・ロール方式を採用した半導体層を連
続的に形成するプラズマCVD装置が開示されている。
本発明の光起電力素子はこのような装置を用いて連続的
に製造することが望ましい。この装置によれば、複数の
堆積室を設け、長尺、且つ可とう性の基板を該基板が堆
積室を順次通過する経路に沿って配置し、前記堆積室に
て所望の伝導型を有する半導体層を形成しつつ、前記基
板をその長手方向に連続的に搬送することによって、p
in接合を有する光起電力素子を連続的に製造すること
ができるとされている。なお、該明細書においては、半
導体層に各価電子制御剤を含有させるための原料ガスが
他の堆積室に拡散し、他の半導体層中に混入すること防
止するために、ガスゲートが用いられている。すなわち
前記堆積室の間をスリット状の分離通路で相互に分離
し、各分離通路にAr、H2、He等の掃気用ガスを流
入させることによって、各原料ガスの相互拡散を防止す
るのである。US Pat. No. 4,400,409 discloses a plasma CVD apparatus for continuously forming a semiconductor layer employing a roll-to-roll method.
It is desirable that the photovoltaic element of the present invention be continuously manufactured using such an apparatus. According to this apparatus, a plurality of deposition chambers are provided, a long and flexible substrate is arranged along a path through which the substrates sequentially pass through the deposition chamber, and the deposition chamber has a desired conductivity type. By continuously transporting the substrate in the longitudinal direction while forming the semiconductor layer, p
It is said that a photovoltaic device having an in-junction can be continuously manufactured. In this specification, a gas gate is used to prevent a source gas for containing each valence electron control agent in a semiconductor layer from diffusing into another deposition chamber and mixing into another semiconductor layer. ing. That is, the deposition chambers are separated from each other by a slit-shaped separation passage, and a scavenging gas such as Ar, H 2 , or He is caused to flow into each separation passage to prevent mutual diffusion of the source gases. ..
【0050】本発明の光起電力素子はこのように半導体
層を連続的に形成する方法を用いることによって、大量
生産が可能であり、製造コストを大幅に下げることがで
きる。上記のMWPCVD法、RFPCVD法で半導体
層を形成する方法において、各原子を含有させるための
原料ガスとしては以下のガスまたはバブリングでガス化
し得る化合物が適している。表1に含有させる原子及び
原料ガスを例示する。The photovoltaic element of the present invention can be mass-produced by using the method of continuously forming the semiconductor layer as described above, and the manufacturing cost can be significantly reduced. In the method of forming a semiconductor layer by the MWPCVD method or the RFPCVD method, the following gas or a compound that can be gasified by bubbling is suitable as a source gas for containing each atom. Table 1 exemplifies the atoms and raw material gases to be contained.
【0051】[0051]
【表1】 半導体層の伝導型をp型にするために含有させる価電子
制御剤としては周期律表第III族原子(B、Al、G
a、In、Tl)が挙げられ、伝導型をn型にするため
に含有させる価電子制御剤としては周期律表第V族原子
(P、As、Sb、Bi)、第VI族原子(S、Se、T
e)が挙げられる。それぞれを表2に示す。[Table 1] The valence electron control agent contained in order to make the conductivity type of the semiconductor layer p-type is an atom of group III (B, Al, G) of the periodic table.
a, In, Tl), and examples of the valence electron control agent to be contained in order to make the conductivity type n-type include a group V atom (P, As, Sb, Bi) and a group VI atom (S) of the periodic table. , Se, T
e) can be mentioned. Each is shown in Table 2.
【0052】[0052]
【表2】 また上記の原料ガスをH2、D2、He、Ar等のガスで
適宜希釈して堆積室に導入しても良い。[Table 2] Further, the above raw material gas may be appropriately diluted with a gas such as H 2 , D 2 , He, Ar or the like and introduced into the deposition chamber.
【0053】(基体)基体は、導電性材料単体で構成さ
れたものでもよく、絶縁性材料または導電性材料で構成
された支持体上に導電層を形成したものであっても良
い。導電性材料としては、例えば、NiCr、ステンレ
ス、Al、Cr、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、
Pt、Pb、Sn等の金属または、これらの合金が挙げ
られる。これらの材料を支持体として使用するにはシー
ト状、あるいは長尺状のシートを円筒体に巻き付けたロ
ール状、あるいは円筒体であることが望ましい。(Substrate) The substrate may be composed of a conductive material alone, or a conductive layer formed on a support composed of an insulating material or a conductive material. As the conductive material, for example, NiCr, stainless steel, Al, Cr, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti,
Examples include metals such as Pt, Pb, and Sn, or alloys thereof. In order to use these materials as a support, it is desirable that the material be in the form of a sheet, a roll in which a long sheet is wound around a cylinder, or a cylinder.
【0054】絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリ
エチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリスチレン、ポリアミド、等の合成樹脂、または
ガラス、セラミックス、紙などが挙げられる。これらの
材料を支持体として使用するにはシート状、あるいは長
尺状のシートを円筒体に巻き付けたロール状、あるいは
円筒体であることが望ましい。これらの絶縁性支持体
は、少なくともその一方の表面に導電層を形成し、該導
電層を形成した表面上に本発明の半導体層を形成する。As the insulating material, polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate,
Examples thereof include synthetic resins such as polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene and polyamide, and glass, ceramics and paper. In order to use these materials as a support, it is desirable that the material be in the form of a sheet, a roll in which a long sheet is wound around a cylinder, or a cylinder. In these insulating supports, a conductive layer is formed on at least one surface thereof, and the semiconductor layer of the present invention is formed on the surface on which the conductive layer is formed.
【0055】例えばガラスであれば表面上に、NiC
r、Al、Ag、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、
Ti、Pt、Pb、In2O3、ITO(In2O3+Sn
O2)、ZnO等の材料またはその合金からなる導電層
を形成し、ポリエステルフイルム等の合成樹脂シートで
あれば表面上にNiCr、Al、Ag、Pb、Zn、N
i、Au、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、Ti、
Pt等の材料またはその合金からなる導電層を形成し、
ステンレスであればNiCr、Al、Ag、Cr、M
o、Ir、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb、In2
O3、ITO(In2O3+SnO2)、ZnO等の材料ま
たはその合金からなる導電層を形成する。形成方法とし
ては真空蒸着法、スパッタリング法、スクリーン印刷法
等が挙げられる。For example, glass is NiC on the surface.
r, Al, Ag, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V,
Ti, Pt, Pb, In 2 O 3 , ITO (In 2 O 3 + Sn
O 2 ), ZnO, or other material or an alloy thereof is used to form a conductive layer, and a synthetic resin sheet such as polyester film has NiCr, Al, Ag, Pb, Zn, N on the surface.
i, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, Ti,
Forming a conductive layer made of a material such as Pt or an alloy thereof,
For stainless steel, NiCr, Al, Ag, Cr, M
o, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb, In 2
A conductive layer made of a material such as O 3 , ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ), ZnO or an alloy thereof is formed. Examples of the forming method include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a screen printing method and the like.
【0056】支持体の表面形状は平滑あるいは山の高さ
が最大0.1〜1.0μmの凹凸(テクスチャー化)で
あることが望ましい。例えばステンレス基板の表面を凹
凸にするには直径0.1〜2.0mmの数多くのガラス
球を勢いよく基板表面に打ちあてる方法がある。基板の
厚さは所望通りの光起電力素子を形成し得るように適宜
決定するが光起電力素子としての柔軟性が要求される場
合には、支持体としての機能が十分発揮される範囲で可
能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体
の製造上および取扱い上、機械的強度等の点から、通常
は1Oμm以上とされる。The surface shape of the support is preferably smooth or uneven (textured) with a peak height of 0.1 to 1.0 μm at the maximum. For example, in order to make the surface of a stainless steel substrate uneven, there is a method in which a large number of glass balls having a diameter of 0.1 to 2.0 mm are slammed against the surface of the substrate. The thickness of the substrate is appropriately determined so that a desired photovoltaic element can be formed, but when flexibility as a photovoltaic element is required, it is within a range in which the function as a support is sufficiently exerted. It can be made as thin as possible. However, in view of mechanical strength and the like in terms of manufacturing and handling of the support, it is usually 10 μm or more.
【0057】本発明の光起電力素子における望ましい基
板形態としては、上記支持体上にAg、Al、Cu、A
lSi等の可視光から近赤外で反射率の高い金属からな
る導電層(光反射層)を形成することである。光反射層
は真空蒸着法、スパッタリング法等で形成するのが適し
ている。光反射層としてのこれらの金属の層厚としては
10nmから5000nmが適した層厚として挙げられ
る。光反射層の表面をテクスチャー化するためには形成
時の基板温度を200℃以上とすれば良い。The preferred substrate form in the photovoltaic element of the present invention is Ag, Al, Cu, A on the support.
This is to form a conductive layer (light reflection layer) made of a metal having a high reflectance in the near infrared from visible light such as 1Si. The light reflecting layer is suitably formed by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method or the like. As a layer thickness of these metals as a light reflecting layer, a suitable layer thickness is 10 nm to 5000 nm. In order to texture the surface of the light reflection layer, the substrate temperature at the time of formation may be 200 ° C. or higher.
【0058】本発明の光起電力素子におけるさらに望ま
しい基板形態としては、光反射層上にZnO、Sn
O2、In2O3、ITO、TiO2、CdO、Cd2Sn
O4、Bi 2O3、MoO3、NaxWO3等からなる透明導
電層を形成することである。透明導電層の形成方法とし
ては真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、プレー
法、スピンオン法、ディッピング法等が適した方法とし
て挙げられる。また層厚は、該層の屈折率により最適な
層厚は異なるが、好ましい層厚の範囲としては50nm
〜10μmが挙げられる。さらに透明導電層をテクスチ
ャー化するためには、該層を形成する際の基板温度を2
00℃以上に上げるのが好ましいものである。Further Desirability in Photovoltaic Device of the Present Invention
A preferable substrate form is ZnO, Sn on the light reflection layer.
O2, In2O3, ITO, TiO2, CdO, Cd2Sn
OFour, Bi 2O3, MoO3, NaxWO3Transparent guide consisting of etc.
Forming an electric layer. As a method of forming a transparent conductive layer
Vacuum deposition, sputtering, CVD, play
Method, spin-on method, dipping method, etc.
Can be mentioned. Also, the layer thickness is optimal depending on the refractive index of the layer.
Layer thickness is different, but preferable layer thickness range is 50 nm
-10 micrometers is mentioned. Furthermore, the transparent conductive layer is textured.
The temperature of the substrate when the layer is formed is 2
It is preferable to raise the temperature to 00 ° C. or higher.
【0059】(ドーピング層(p層、n層))ドーピン
グ層の母材は非晶質シリコン系半導体から構成される。
非晶質(a−と略記する)シリコン系半導体としてはa
−Si、a−SiC、a−SiO、a−SiN、a−S
iCO、a−SiON、a−SiNC、a−SiCON
等が挙げられる。(Doping layer (p layer, n layer)) The base material of the doping layer is composed of an amorphous silicon semiconductor.
Amorphous (abbreviated as a-) silicon-based semiconductor is a
-Si, a-SiC, a-SiO, a-SiN, a-S
iCO, a-SiON, a-SiNC, a-SiCON
Etc.
【0060】特に光入射側のドーピング層には、光吸収
の少ない結晶性の半導体かバンドギャップの広い非晶質
半導体層が適している。具体的にはa−SiC、a−S
iO、a−SiNa−SiCO、a−SiON、a−S
iNC、a−SiCONが適している。微結晶ゲルマニ
ウムを含有させる場合上記のMWPCVD法を用いた
(1)、(2)の方法で形成するのが望ましい。またi
層により多くの光を入射させる場合、光入射側のドーピ
ング層には微結晶ゲルマニウムは含有させないことが望
ましい。Particularly, a crystalline semiconductor with little light absorption or an amorphous semiconductor layer with a wide band gap is suitable for the doping layer on the light incident side. Specifically, a-SiC, a-S
iO, a-SiNa-SiCO, a-SiON, a-S
iNC and a-SiCON are suitable. When microcrystalline germanium is contained, it is preferably formed by the above methods (1) and (2) using the MWPCVD method. I
When more light is incident on the layer, it is desirable that the doping layer on the light incident side does not contain microcrystalline germanium.
【0061】微結晶シリコンを含有させる場合上記のM
WPCVD法を用いた(I)の方法で形成するのが望ま
しい。またi層により多くの光を入射させる場合、光入
射側のドーピング層には微結晶シリコンを多く含有させ
るものが望ましい。伝導型をp型またはn型にするため
に導入される価電子制御剤の導入量は、1000ppm
〜10%が好ましい範囲として挙げられる。水素(H、
D)及びフッ素は未結合手を補償する働きをし、ドーピ
ング効率を向上させるものである。水素及びフッ素含有
量は0.1〜30at%が最適量として挙げられる。特
にドーピング層が微結晶ゲルマニウム、微結晶シリコン
を含有する場合、0.01〜10at%が最適量として
挙げられる。炭素、酸素、窒素原子の導入量は0.1p
pm〜20%、微量に含有させる場合には0.1ppm
〜1%が好適な範囲である。When microcrystalline silicon is included, the above M
It is desirable to form by the method (I) using the WPCVD method. Further, when more light is incident on the i layer, it is desirable that the doping layer on the light incident side contains a large amount of microcrystalline silicon. The amount of the valence electron control agent introduced to make the conductivity type p-type or n-type is 1000 ppm.
-10% is mentioned as a preferable range. Hydrogen (H,
D) and fluorine function to compensate dangling bonds and improve the doping efficiency. The optimum amount of hydrogen and fluorine is 0.1 to 30 at%. Especially when the doping layer contains microcrystalline germanium or microcrystalline silicon, the optimum amount is 0.01 to 10 at%. Introduced amount of carbon, oxygen and nitrogen atoms is 0.1p
pm ~ 20%, 0.1ppm when contained in a trace amount
-1% is a suitable range.
【0062】電気特性としては活性化エネルギーが0.
2eV以下のものが好ましく、0.1eV以下のものが
最適である。また比抵抗としては1OOΩcm以下が好
ましく、1Ωcm以下が最適である。特に前述した光吸
収の少ない結晶性の半導体かバンドギャップの広い非晶
質半導体層を形成する場合はH2、D2、He等のガスで
2〜100倍に原料ガスを希釈し、MWPCVD法で形
成する場合比較的高いMW電力を導入し、RFPCVD
法で形成する場合比較的高いRF電力を導入するのが好
ましい。As electric characteristics, the activation energy is 0.
It is preferably 2 eV or less, and most preferably 0.1 eV or less. The specific resistance is preferably 1 OOΩcm or less, and most preferably 1Ωcm or less. In particular, when forming a crystalline semiconductor having a small light absorption or an amorphous semiconductor layer having a wide band gap as described above, the source gas is diluted 2 to 100 times with a gas such as H 2 , D 2 , and He, and the MWPCVD method is used. RFPCVD with relatively high MW power
When forming by a method, it is preferable to introduce a relatively high RF power.
【0063】(i層)本発明の光起電力素子において、
i層は光励起キャリアを発生、輸送する最も重要な層で
ある。i層の母材としては僅かにp型、僅かにn型の層
も使用でき、水素を含有する非晶質シリコン系半導体か
ら構成され、例えばa−Si、a−SiC、a−Si
O、a−SiN、a−SiON、a−SiCON等が挙
げられる。なかでも光の吸収係数が大きなa−Siが最
適である。i層に含有される水素(H、D)及びフッ素
は、i層の未結合手を補償する働きをし、i層でのキヤ
リアーの移動度と寿命の積を向上させるものである。ま
た界面の界面準位を補償する働きをし、光起電力素子の
光起電力、光電流そして光応答性を向上させる効果のあ
るものである。i層の水素及びフッ素含有量は1〜30
at%が最適な含有量として挙げられる。炭素を含有さ
せる場合の含有量は10ppm〜20%、酸素を含有さ
せる場合の含有量は100ppm〜10%、窒素を含有
させる場合の含有量は1ppm〜10%が好適な範囲で
ある。(I layer) In the photovoltaic device of the present invention,
The i layer is the most important layer for generating and transporting photoexcited carriers. A slightly p-type or slightly n-type layer can be used as the base material of the i layer, and is composed of an amorphous silicon semiconductor containing hydrogen, such as a-Si, a-SiC, and a-Si.
O, a-SiN, a-SiON, a-SiCON, etc. are mentioned. Among them, a-Si, which has a large light absorption coefficient, is most suitable. Hydrogen (H, D) and fluorine contained in the i-layer serve to compensate dangling bonds in the i-layer and improve the product of carrier mobility and lifetime in the i-layer. Further, it has a function of compensating for the interface state of the interface, and has an effect of improving the photovoltaic power, the photocurrent and the photoresponsiveness of the photovoltaic device. The i-layer has a hydrogen and fluorine content of 1 to 30
At% is mentioned as the optimum content. The content of carbon is preferably 10 ppm to 20%, the content of oxygen is 100 ppm to 10%, and the content of nitrogen is preferably 1 ppm to 10%.
【0064】本発明のi層は、価電子帯側のテイルステ
イトが少ないものであって、テイルステイトの傾きは6
0meV以下であり、且つ電子スピン共鳴(ESR)に
よる未結合手の密度は1017/cm3以下である。i層
の形成には前述したMWPCVD法を用いることが望ま
しく、さらに望ましくはMWPCVD法においてRF電
力を同時に導入し、さらに望ましくは前述したようにM
WPCVD法においてRF電力とDC電力を同時に導入
する。The i-layer of the present invention has a small tail state on the valence band side, and the inclination of the tail state is 6
The density is 0 meV or less, and the density of dangling bonds by electron spin resonance (ESR) is 10 17 / cm 3 or less. It is desirable to use the above-described MWPCVD method for forming the i layer, more preferably, the RF power is simultaneously introduced in the MWPCVD method, and more desirably, as described above.
RF power and DC power are simultaneously introduced in the WPCVD method.
【0065】バンドギャップの広いa−SiC、a−S
iO、a−SiN、a−SiON、a−SiCON等を
形成する場合はH2、D2、He等ガスで2〜100倍に
原料ガスを希釈し、比較的高いMW電力を導入するのが
好ましい。 (RF−i層)本発明の光起電力素子においてはi層は
複数の層から構成されたものでもよく、RF−i層とM
W−i層の積層は好ましい形態の一つである。RF−i
層は、MW−i層とドーピング層の間に形成され、光励
起キャリアを輸送し、ドーピング層中の価電子制御剤が
MW−i層に拡散するのを防止する重要な層である。R
F−i層としては僅かにp型、僅かにn型の層も使用で
き、非晶質シリコン系半導体から構成される。非晶質シ
リコン系半導体としてはa−Si、a−SiC、a−S
iO、a−SiN、a−SiCO、a−SiON、a−
SiNC、a−SiCON等が挙げられる。光入射側の
RF−i層としてはa−Si、a−SiC、a−Si
O、a−SiN等の半導体を用いることによって光起電
力素子の開放電圧を向上できる。光入射側とは反対側の
RF−i層としてはa−Si等の半導体を用いることに
よって光起電力素子の短絡電流を向上できる。Wide band gap a-SiC, a-S
iO, a-SiN, a- SiON, a source gas is diluted 2 to 100 fold with H 2, D 2, He or the like gas when forming the a-SiCON like, to introduce a relatively high MW power preferable. (RF-i Layer) In the photovoltaic device of the present invention, the i layer may be composed of a plurality of layers, and the RF-i layer and M
Lamination of W-i layers is one of the preferred forms. RF-i
The layer is formed between the MW-i layer and the doping layer and is an important layer that transports photoexcited carriers and prevents the valence electron control agent in the doping layer from diffusing into the MW-i layer. R
As the F-i layer, a slightly p-type or slightly n-type layer can be used and is made of an amorphous silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are a-Si, a-SiC, a-S
iO, a-SiN, a-SiCO, a-SiON, a-
SiNC, a-SiCON, etc. are mentioned. As the RF-i layer on the light incident side, a-Si, a-SiC, a-Si
The open circuit voltage of the photovoltaic element can be improved by using a semiconductor such as O or a-SiN. The short-circuit current of the photovoltaic element can be improved by using a semiconductor such as a-Si for the RF-i layer on the side opposite to the light incident side.
【0066】RF−i層に含有される水素(H、D)及
びフッ素は、RF−i層の未結合手を補償する働きを
し、RF−i層でのキァリアーの移動度と寿命の積を向
上させるものである。また界面の界面準位を補償する働
きをし、光起電力素子の光起電力、光電流そして光応答
性を向上させる効果がある。RF−i層の水素及びフッ
素含有曇は1〜30at%が最適な含有量として挙げら
れる。炭素を含有させる場合の含有量は10ppm〜2
0%、酸素を含有させる場合の含有量は100ppm〜
10%、窒素を含有させる場合の含有量は1ppm〜1
0%が好適な範囲である。Hydrogen (H, D) and fluorine contained in the RF-i layer serve to compensate dangling bonds in the RF-i layer, and the product of the mobility and the lifetime of the carrier in the RF-i layer. Is to improve. It also has the effect of compensating for the interface state of the interface, and has the effect of improving the photovoltaic power, photocurrent, and photoresponsiveness of the photovoltaic device. The optimum content of hydrogen and fluorine-containing cloud in the RF-i layer is 1 to 30 at%. When carbon is contained, the content is 10 ppm to 2
0%, when oxygen is contained, the content is 100 ppm
10%, when nitrogen is contained, the content is 1 ppm to 1
0% is a suitable range.
【0067】RF−i層の層厚は0.5〜50nmが最
適な層厚として挙げられ、価電子帯側のテイルステイト
が少ないものであって、テイルステイトの傾きは55m
eV以下であり、且つ電子スピン共鳴(ESR)による
未結合手の密度は1016/cm3以下である。 (透明電極)透明電極はインジウム酸化物(In
2O3)、スズ酸化物(SnO2、ITO(In2O3−S
nO3)が適した材料であり、これらの材料にフッ素を
含有させてもよい。The optimum layer thickness of the RF-i layer is 0.5 to 50 nm, and the tail state on the valence band side is small, and the slope of the tail state is 55 m.
eV or less, and the density of dangling bonds by electron spin resonance (ESR) is 10 16 / cm 3 or less. (Transparent electrode) The transparent electrode is made of indium oxide (In
2 O 3), tin oxide compound (SnO 2, ITO (In 2 O 3 -S
nO 3 ) is a suitable material, and these materials may contain fluorine.
【0068】透明電極の堆積にはスパッタリング法また
は真空蒸着法が最適な堆積方法である。スパッタリング
法で堆積する場合、金属ターゲット、あるいは酸化物タ
ーゲット等のターゲットを適宜組み合わせて用いられ
る。スパッタリング法で堆積する場合、基板温度は重要
な因子であって、20℃〜600℃が好ましい範囲とし
て挙げられる。また透明電極をスパッタリング法で堆積
する場合のスパッタリング用のガスとして、Arガス等
の不活性ガスが挙げられる。また前記不活性ガスに酸素
ガス(O2)を必要に応じて添加することが好ましいも
のである。特に金属をターゲットにしている場合、酸素
ガス(O2)は必須のものである。さらに前記不活性ガ
ス等によってターゲットをスパッタリングする場合、放
電空間の圧力は効果的にスパッタリングを行うために、
0.1〜50mTorrが好ましい範囲として挙げられ
る。透明電極の堆積速度は、放電空間内の圧力や放電電
力に依存し、最適な堆積速度としては、0.01〜10
nm/secの範囲である。A sputtering method or a vacuum evaporation method is the most suitable deposition method for depositing the transparent electrode. When depositing by a sputtering method, a target such as a metal target or an oxide target is appropriately combined and used. When depositing by a sputtering method, the substrate temperature is an important factor, and 20 ° C. to 600 ° C. is mentioned as a preferable range. Further, as a gas for sputtering when depositing the transparent electrode by a sputtering method, an inert gas such as Ar gas can be used. Further, it is preferable to add oxygen gas (O 2 ) to the inert gas as needed. Especially when a metal is used as a target, oxygen gas (O 2 ) is essential. Further, when the target is sputtered with the inert gas or the like, the pressure of the discharge space is in order to perform the sputtering effectively,
A preferred range is 0.1 to 50 mTorr. The deposition rate of the transparent electrode depends on the pressure in the discharge space and the discharge power, and the optimum deposition rate is 0.01 to 10
The range is nm / sec.
【0069】真空蒸着法において透明電極を堆積するの
に適した蒸着源としては、金属スズ、金属インジウム、
インジウムースズ合金が挙げられる。また透明電極を堆
積するときの基板温度としては25℃〜600℃の範囲
が適した範囲である。さらに、酸素ガス(O2)を導入
し、圧力が5×10-5Torr〜9×10-4Torrの
範囲で堆積することが好ましい。この範囲で酸素を導入
することによって蒸着源から気化した前記金属が気相中
の酸素と反応して良好な透明電極が堆積される。上記条
件による透明電極の好ましい堆積速度の範囲としては
0.01〜10nm/secである。堆積速度が0.0
1nm/sec未満であると生産性が低下し10nm/
secより大きくなると粗な膜となり透過率、導電率や
密着性の上からは好ましくない。Suitable evaporation sources for depositing transparent electrodes in the vacuum evaporation method include metallic tin, metallic indium, and
An indium-tin alloy is mentioned. Moreover, the range of 25 ° C. to 600 ° C. is a suitable range for the substrate temperature when depositing the transparent electrode. Further, it is preferable to introduce oxygen gas (O 2 ) and deposit at a pressure of 5 × 10 −5 Torr to 9 × 10 −4 Torr. By introducing oxygen in this range, the metal vaporized from the vapor deposition source reacts with oxygen in the vapor phase to deposit a good transparent electrode. The preferable deposition rate range of the transparent electrode under the above conditions is 0.01 to 10 nm / sec. Deposition rate is 0.0
If it is less than 1 nm / sec, the productivity will decrease and 10 nm /
When it is larger than sec, a rough film is formed, which is not preferable in terms of transmittance, conductivity and adhesion.
【0070】透明電極の層厚は、反射防止膜の条件を満
たすような条件に堆積するのが好ましいものである。具
体的な該透明電極の層厚としては50〜500nmが好
ましい範囲として挙げられる。 (集電電極)光起電力層であるi層により多くの光を入
射させ、発生したキャリアを効率よく電極に集めるため
には、集電電極の形(光の入射方向から見た形)、及び
材質は重要である。通常、集電電極の形は櫛型が使用さ
れ、その線幅、線数などは、光起電力素子の光入射方向
から見た形状及び大きさ、集電電極の材質などによって
決定される。線幅は通常、0.1mm〜5mm程度であ
る。集電電極の材質としてはFe、Cr、Ni、Au、
Ti、Pd、Ag、Al、Cu、AlSi、C(グラフ
ァイト)等が用いられ、通常、比抵抗の小さい、Ag、
Cu、Al、Cr、Cなどの金属、あるいはこれらの合
金が適している。集電電極の層構造としては単一の層か
らなるものであってもよいし、さらには複数の層からな
るものであってもよい。これらの金属は、真空蒸着法、
スパッタリング法、メッキ法、印刷法等で形成するのが
望ましい。層厚としては10nm〜0.5mmが適して
いる。The layer thickness of the transparent electrode is preferably deposited under conditions that satisfy the conditions of the antireflection film. As a specific layer thickness of the transparent electrode, 50 to 500 nm is mentioned as a preferable range. (Collector electrode) In order to allow more light to enter the i-layer, which is the photovoltaic layer, and to efficiently collect the generated carriers in the electrode, the shape of the collector electrode (the shape viewed from the incident direction of light), And the material is important. Usually, a comb-shaped collector electrode is used, and the line width, the number of wires, etc. are determined by the shape and size of the photovoltaic element viewed from the light incident direction, the material of the collector electrode, and the like. The line width is usually about 0.1 mm to 5 mm. The material of the collecting electrode is Fe, Cr, Ni, Au,
Ti, Pd, Ag, Al, Cu, AlSi, C (graphite) or the like is used, and usually Ag, which has a small specific resistance,
Metals such as Cu, Al, Cr and C, or alloys thereof are suitable. The layer structure of the collector electrode may be a single layer or may be a plurality of layers. These metals are vacuum deposited,
It is desirable to form it by a sputtering method, a plating method, a printing method, or the like. A suitable layer thickness is 10 nm to 0.5 mm.
【0071】真空蒸書法で形成する場合、集電電極形状
をなしたマスクを透明電極上に密着させ、真空中で所望
の金属蒸着源を電子ビームまたは抵抗加熱で蒸発させ、
透明電極上に所望の形状をした集電電極を形成する。´
スパッタリング法で形成する場合、集電電極形状をなし
たマスクを透明電極上に密着させ、真空中にArガスを
導入し、所望の金属スパッタターゲットにDCを印加
し、グロー放電を発生させることによって、金属をスパ
ッタさせ、透明電極上に所望の形状をした集電電極を形
成する。When the vacuum evaporation method is used, a mask having a current collecting electrode shape is brought into close contact with the transparent electrode, and a desired metal deposition source is evaporated in a vacuum by electron beam or resistance heating.
A collecting electrode having a desired shape is formed on the transparent electrode. ´
In the case of forming by a sputtering method, a mask having a current collecting electrode shape is brought into close contact with the transparent electrode, Ar gas is introduced into a vacuum, DC is applied to a desired metal sputter target, and glow discharge is generated. Then, metal is sputtered to form a collector electrode having a desired shape on the transparent electrode.
【0072】印刷法で形成する場合には、Agペース
ト、Alペースト、あるいはカーボンペーストをスクリ
ーン印刷機で印刷する。以上pin構造の光起電力素子
について説明したが、pinpin構造やpinpin
pin構造等のpin構造を積層した光起電力素子、あ
るいはnip構造やnipnip構造やnipnipn
ip構造等のnip構造を積層した光起電力素子につい
ても適用できるものである。When forming by a printing method, Ag paste, Al paste, or carbon paste is printed by a screen printing machine. The photovoltaic element having the pin structure has been described above, but the pinpin structure and the pinpin structure have been described.
Photovoltaic device in which a pin structure such as a pin structure is stacked, or a nip structure, a nipnip structure, or a nipnipn
The present invention can also be applied to a photovoltaic element having a laminated nip structure such as an ip structure.
【0073】[0073]
【実施例】以下、本発明の光起電力素子の例として太陽
電池、フォトセンサーの作製によって本発明の光起電力
素子を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。 《実施例1−1》図5に示す堆積装置を用いて図1の構
成をした太陽電池を作製した。EXAMPLES The photovoltaic element of the present invention will be described in detail below by making a solar cell and a photosensor as an example of the photovoltaic element of the present invention, but the present invention is not limited thereto. << Example 1-1 >> A solar cell having the configuration shown in FIG. 1 was produced using the deposition apparatus shown in FIG.
【0074】まず、基板の作製を行った。厚さ0.5m
m、50×50mm2のステンレス基板をアセトンとイ
ソプロパノールで超音波洗浄し、温風乾燥させた。DC
マグネトロンスパッタリング法を用いて室温でステンレ
ス基板表面上に層厚0.3μmのAgの光反射層を形成
し、その上にRFマグネトロンスパッタリング法で35
0℃で層厚1.0μmのZnOの透明導電層を形成し、
基板の作製を終えた。First, a substrate was manufactured. 0.5m thickness
A stainless steel substrate of m × 50 × 50 mm 2 was ultrasonically cleaned with acetone and isopropanol, and dried with warm air. DC
A light reflection layer of Ag having a layer thickness of 0.3 μm is formed on the surface of the stainless steel substrate at room temperature by the magnetron sputtering method, and the light reflection layer is formed on the surface of the stainless steel substrate by the RF magnetron sputtering method.
A transparent conductive layer of ZnO having a layer thickness of 1.0 μm is formed at 0 ° C.,
The fabrication of the substrate was completed.
【0075】堆積装置200はMWPCVD法とRFP
CVD法の両方を実施することができ、これを用いてヽ
ZnO透明導電層上にpin層を形成した。以下に詳細
に説明する。堆積装置には不図示の原料ガス供給装置が
ガス導入管を通して接続されている。The deposition apparatus 200 uses the MWPCVD method and RFP.
Both of the CVD methods can be carried out, and this was used to form a pin layer on the ZnO transparent conductive layer. The details will be described below. A source gas supply device (not shown) is connected to the deposition device through a gas introduction pipe.
【0076】原料ガスボンベはいずれも超高純度に精製
されたもので、SiH4ガスボンベ、SiF4ガスボン
ベ、CH4ガスボンベ、GeH4ガスボンベ、GeF4ガ
スボンベ、PH3/H2(希釈度:100ppm)ガスボ
ンベ、B2H6/H2(希釈度:100ppm)ガスボン
ベ、H2ガスボンベ、NO/He(希釈度:1%)ガス
ボンベを接続した。またバイアス電源にはRF電源を用
いた。The raw material gas cylinders were all refined to ultra-high purity. SiH 4 gas cylinders, SiF 4 gas cylinders, CH 4 gas cylinders, GeH 4 gas cylinders, GeF 4 gas cylinders, PH 3 / H 2 (dilution: 100 ppm) gas cylinders , B 2 H 6 / H 2 (dilution: 100 ppm) gas cylinder, H 2 gas cylinder, NO / He (dilution: 1%) gas cylinder were connected. An RF power source was used as the bias power source.
【0077】次に、反射層と透明導電層が形成されてい
る基板204の裏面をヒーター205に密着させ、堆積
室201のリークバルブ209を閉じ、コンダクタンス
バルブ207を全開にして、不図示の真空排気ポンプに
より堆積室201内を圧力が約1×10-5Torrにな
るまで真空排気した。以上のようにして成膜の準備が完
了した後、基板204上に、a−Siからなるn層(M
WPCVD法)、微結晶ゲルマニウムを含有するa−S
iからなるi層(MWPCVD法(2))、a−SiC
からなるp層(RFPCVD法)を順次形成した。形成
条件を表3(a)に示す。各層を形成する際、H2ガス
を堆積室201内に導入し、圧力が各層の形成圧力にな
るようにコンダクタンスバルブで調整し、基板温度が所
望の温度で安定したところで、原料ガスを所望の流量だ
け堆積室に導入した。Next, the back surface of the substrate 204 on which the reflective layer and the transparent conductive layer are formed is brought into close contact with the heater 205, the leak valve 209 in the deposition chamber 201 is closed, the conductance valve 207 is fully opened, and a vacuum (not shown) is provided. The inside of the deposition chamber 201 was evacuated by the exhaust pump until the pressure became about 1 × 10 −5 Torr. After the preparation for film formation is completed as described above, an n layer (M
WPCVD method), aS containing microcrystalline germanium
i layer made of i (MWPCVD method (2)), a-SiC
P layers (RFPCVD method) are sequentially formed. The forming conditions are shown in Table 3 (a). When each layer is formed, H 2 gas is introduced into the deposition chamber 201, and the pressure is adjusted by the conductance valve so that the pressure becomes the forming pressure of each layer. When the substrate temperature is stabilized at the desired temperature, the source gas is changed to the desired one. Only the flow rate was introduced into the deposition chamber.
【0078】次にRFPCVD法の場合はRF電源の電
力を所望の値に設定し、MWPCVD法を行う場合はM
W電源の電力を所望の値に設定し、必要に応じバイアス
を印加し、プラズマを生起し、シャッターを開け、所望
の層厚を形成したところでシャッターを閉じ、RF電
源、MW電源を切って、プラズマを消滅させた。なお、
i層を形成する際、ガス導入管221からGeH4ガス
を導入し、領域(A)にてプラズマを生起し、また領域
(B)にてSiH4とH2のプラズマを生起した。堆積室
内への原料ガスの流入を止め、5分間、堆積室内ヘH2
ガスを流し続けたのち、H2の流入も止め、堆積室内お
よびガス配管内を1×10-5Torrまで真空排気し、
次の層を形成した。Next, in the case of the RFPCVD method, the power of the RF power source is set to a desired value, and in the case of performing the MWPCVD method, it is set to M.
The power of the W power source is set to a desired value, a bias is applied as necessary, plasma is generated, the shutter is opened, and when the desired layer thickness is formed, the shutter is closed, the RF power source and the MW power source are turned off, Extinguished the plasma. In addition,
When forming the i layer, GeH 4 gas was introduced from the gas introduction pipe 221 to generate plasma in the region (A) and plasma of SiH 4 and H 2 in the region (B). Stop the flow of the raw material gas into the deposition chamber and put H 2 into the deposition chamber for 5 minutes.
After continuing to flow the gas, stopping the inflow of H 2 and evacuating the deposition chamber and the gas pipe to 1 × 10 −5 Torr,
The next layer was formed.
【0079】次に、p層上に透明電極として層厚70n
mのITOを真空蒸着方で形成した。次に、透明電極上
に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(40nm)/
Ag(1000nm)/Cr(40nm)からなる櫛形
の集電電極を真空蒸着法で形成した。Next, a layer having a thickness of 70 n is formed as a transparent electrode on the p layer.
m of ITO was formed by vacuum deposition. Next, a mask with comb-shaped holes was placed on the transparent electrode, and Cr (40 nm) /
A comb-shaped collector electrode made of Ag (1000 nm) / Cr (40 nm) was formed by a vacuum evaporation method.
【0080】以上で太陽電池(SC実1−1)の作製を
終えた。 《実施例1−2》本例では、i層を形成する際、ガス導
入管221からGeH4ガスを導入し、領域(A)にて
プラズマを生起し、また領域(B)にてSiH4とH2の
プラズマを生起し、SiH4ガス流量、GeH4ガス流量
を時間的に変化させた。Thus, the production of the solar cell (SC Ex 1-1) was completed. << Example 1-2 >> In this example, when the i layer is formed, GeH 4 gas is introduced from the gas introduction pipe 221 to generate plasma in the region (A) and SiH 4 in the region (B). And H 2 plasma were generated, and the SiH 4 gas flow rate and the GeH 4 gas flow rate were temporally changed.
【0081】他は実施例1−1と同様とした。作製条件
を表3(b)に示す。Others were the same as in Example 1-1. The production conditions are shown in Table 3 (b).
【0082】[0082]
【表3】 以上で太陽電池(SC実1−2)の作製を終えた。[Table 3] This completes the production of the solar cell (SC Ex 1-2).
【0083】<比較例1−1−1>i層を形成する際、
GeH4ガスは導入せず、SiH4ガス流量を150sc
cmにする以外は、実施例1−1と同じ条件で太陽電池
(SC比1−1−1)を作製した。 <比較例1−1−2>i層を形成する際、GeH4ガス
は導入せず、SiH4ガス流量を150sccmにする
以外は、実施例1−2と同じ条件で太陽電池(SC比1
−1−2)を作製した。<Comparative Example 1-1-1> When forming the i layer,
GeH 4 gas was not introduced, and SiH 4 gas flow rate was 150 sc
A solar cell (SC ratio 1-1-1) was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that the height was changed to cm. <Comparative Example 1-1-2> When the i layer was formed, GeH 4 gas was not introduced, and the flow rate of SiH 4 gas was changed to 150 sccm.
-1-2) was produced.
【0084】<比較例1−2−1>i層を形成する際、
領域(A)にはプラズマを生起せず、領域(B)にてS
iH4、GeH4、H2ガスのプラズマを生起する以外
は、実施例1−1と同じ条件で太陽電池(SC比1−2
−1)を作製した。 <比較例1−2−2>i層を形成する際、領域(A)に
はプラズマを生起せず、領域(B)にてSiH4、Ge
H4、H2ガスのプラズマを生起する以外は、実施例1−
2と同じ条件で太陽電池(SC比1−2−2)を作製し
た。<Comparative Example 1-2-1> When forming the i layer,
Plasma is not generated in the area (A), and S is generated in the area (B).
A solar cell (SC ratio 1-2) was prepared under the same conditions as in Example 1-1, except that iH 4 , GeH 4 , and H 2 gas plasmas were generated.
-1) was produced. <Comparative Example 1-2-2> When the i layer is formed, plasma is not generated in the region (A), and SiH 4 , Ge is generated in the region (B).
Example 1-Except that plasma of H 4 and H 2 gas is generated
A solar cell (SC ratio 1-2-2) was produced under the same conditions as in 2.
【0085】(評価1)太陽電池(SC実1−1)及び
(SC比1−1−1)、(SC比1−2−1)、を初期
光電変換効率(光起電力/入射光電力)の測定を行なっ
た。初期光電変換効率の測定は、作製した太陽電池を、
AM・1.5(100mW/m2)光照射下に設置し
て、V−I特性を測定することにより得られた。測定の
結果、(SC実1−1)に対する(SC比1−1−
1)、(SC比1−2−1)の初期光電変換効率は0.
94倍、0.95倍であった。(Evaluation 1) The initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident optical power) was calculated by using the solar cells (SC Ex 1-1), (SC ratio 1-1-1), and (SC ratio 1-2-1). ) Was measured. For the measurement of the initial photoelectric conversion efficiency,
It was obtained by arranging under AM · 1.5 (100 mW / m 2 ) light irradiation and measuring VI characteristics. As a result of the measurement, (SC ratio 1-1) to (SC ratio 1-1-
1), the initial photoelectric conversion efficiency of (SC ratio 1-2-1) is 0.
It was 94 times and 0.95 times.
【0086】(評価2)太陽電池(SC実1−2)及び
(SC比1−1−2)、(SC比1−2−2)を初期光
電変換効率(光起電力/入射光電力)の測定を行なっ
た。初期光電変換効率の測定は、作製した太陽電池を、
AM・1.5(100mW/m2)光照射下に設置し
て、V−I特性を測定することにより得られた。測定の
結果、(SC実1−2)に対する(SC比1−1−
2)、(SC比1−2−2)の初期光電変換効率は0.
92倍、0.93倍であった。(Evaluation 2) The initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident optical power) was calculated by using the solar cells (SC Ex 1-2), (SC ratio 1-1-2), and (SC ratio 1-2-2). Was measured. For the measurement of the initial photoelectric conversion efficiency,
It was obtained by arranging under AM · 1.5 (100 mW / m 2 ) light irradiation and measuring VI characteristics. As a result of the measurement, (SC ratio 1-2) to (SC ratio 1-1-
2), the initial photoelectric conversion efficiency of (SC ratio 1-2-2) is 0.
It was 92 times and 0.93 times.
【0087】次に(SC実1−2)のi層の分析を行っ
た。ガラス基板上に以下の表のサンプルを作製した。Next, the i layer of (SC Ex 1-2) was analyzed. The samples in the table below were prepared on a glass substrate.
【0088】[0088]
【表4】 ガス流量以外の条件は実施例1−2と同じ条件で行っ
た。(SP−1)〜(SP−5)のサンプルを用いてラ
マン散乱の測定を行ったところ、各サンプルとも、ラマ
ンシフトが300cm-1の微結晶ゲルマニウムに対応す
る鋭いピークと480cm-1の非晶質シリコンに対応す
るブロードなピークが観測された。[Table 4] The conditions other than the gas flow rate were the same as in Example 1-2. When Raman scattering was measured using the samples of (SP-1) to (SP-5), a sharp peak corresponding to microcrystalline germanium having a Raman shift of 300 cm −1 and a non-peak of 480 cm −1 were obtained for each sample. A broad peak corresponding to crystalline silicon was observed.
【0089】また電子線回折によって結晶性を評価した
ところ、各サンプルとも、ブロードなリングの中にシャ
ープなリングが観察された。また高分解能電子顕微鏡観
察では微結晶ゲルマニウムに対応する微小な結晶領域が
観察され、GeH4流量が多いほど、粒径60〜470
Åの微小領域の数が増し、微結晶ゲルマニウムの含有量
が増えていることが分かった。従って(SC実1−2)
のi層における微結晶ゲルマニウム含有量が図8(a)
のように変化していることが分かった。また分光光度計
を用いて各サンプルのバンドギャップを測定したとこ
ろ、(SC実1−2)のバンドギャップの層厚方向の変
化は図9(a)のようになっていることが分かった。When the crystallinity was evaluated by electron diffraction, a sharp ring was observed in the broad ring in each sample. Further, in the high resolution electron microscope observation, a minute crystal region corresponding to the microcrystalline germanium is observed, and as the GeH 4 flow rate increases, the grain size becomes 60 to 470.
It was found that the number of microscopic regions of Å increased and the content of microcrystalline germanium increased. Therefore (SC Ex 1-2)
8 (a) shows the microcrystalline germanium content in the i-layer of FIG.
It turned out that it changed like. Further, when the bandgap of each sample was measured using a spectrophotometer, it was found that the change in the bandgap of (SC Ex 1-2) in the layer thickness direction was as shown in FIG. 9A.
【0090】また、(比較例1−1−2)、(比較例1
−2−2)に対応する同じようなサンプルを作製して同
様な分析を行った。その結果、(比較例1−1−2)の
サンプルでは微結晶ゲルマニウムの存在を示す結果は得
られなかった。(比較例1−2−2)のサンプルでは高
分解能電子顕微鏡観察で微結晶ゲルマニウムに対応する
粒径10〜20Åの微小な結晶領域が観察された。In addition, (Comparative Example 1-1-2) and (Comparative Example 1)
A similar sample corresponding to -2-2) was prepared and the same analysis was performed. As a result, in the sample of (Comparative Example 1-1-2), no result indicating the presence of microcrystalline germanium was obtained. In the sample of (Comparative Example 1-2-2), a fine crystal region having a grain size of 10 to 20Å corresponding to microcrystalline germanium was observed by observation with a high resolution electron microscope.
【0091】以上のように本発明の太陽電池(SC実1
−1)、(SC実1−1)が、太陽電池(SC比1−1
−1)、(SC比1−2−1)、(SC比1−1−
2)、(SC比1−2−2)よりもさらに優れた特性を
有することが分かつた。 《実施例2−1》(1)の形成方法を用いて太陽電池
(SC実2−1)を作製した。i層を形成する際、プラ
ズマ領域(B)での圧力を70mTorrとする以外は
実施例1−1と同じ条件で行った。実施例1−1と同様
な測定を行ったところ、(SC実2−1)の太陽電池は
実施例1−1と同様、比較例の太陽電池(SC比1−1
−1)、(SC比1−2−1)よりもさらに優れた特性
を有することが分かった。実施例1と同様な方法でi層
の分析を行ったところ、粒径60〜420Åの微結晶ゲ
ルマニウムの存在を示す結果が得られた。As described above, the solar cell of the present invention (SC Ex 1
-1), (SC Ex 1-1) is a solar cell (SC ratio 1-1
-1), (SC ratio 1-2-1), (SC ratio 1-1-
2), (SC ratio 1-2-2) was found to have more excellent characteristics. << Example 2-1 >> A solar cell (SC Ex 2-1) was produced using the forming method of (1). The formation of the i layer was performed under the same conditions as in Example 1-1, except that the pressure in the plasma region (B) was 70 mTorr. When the same measurement as in Example 1-1 was performed, the solar cell of (SC Ex 2-1) was the same as in Example 1-1, and the solar cell of Comparative Example (SC ratio 1-1
-1), (SC ratio 1-2-1) was found to have a further excellent characteristic. When the i layer was analyzed in the same manner as in Example 1, the result showing the presence of microcrystalline germanium having a grain size of 60 to 420Å was obtained.
【0092】《実施例2−2》(1)の形成方法を用い
て太陽電池(SC実2−2)を作製した。i層を形成す
る際、プラズマ領域(B)での圧力を80mTorrと
する以外は実施例1−2と同じ条件で行った。実施例1
−2と同様な測定を行ったところ、(SC実2−2)の
太陽電池は実施例1−2と同様、比較例の太陽電池(S
C比1−1−2)、(SC比1−2−2)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。Example 2-2 A solar cell (SC Ex 2-2) was produced using the forming method of (1). When forming the i layer, the same conditions as in Example 1-2 were performed except that the pressure in the plasma region (B) was set to 80 mTorr. Example 1
-2, the solar cell of (SC Ex 2-2) was compared with the solar cell of Comparative Example (S
It was found that the characteristics were more excellent than the C ratio 1-1-2) and the (SC ratio 1-2-2).
【0093】実施例1−2と同様な方法でi層の分析を
行ったところ、粒径70〜420Åの微結晶ゲルマニウ
ムが含有され、その含有量が層厚方向に変化している結
果が得られた。 《実施例3−1》図1の層構成を有する赤外フオトセン
サー用のフォトダイオードを作製した。厚さ0.5m
m、50×50mm2のガラス基板をアセトンとイソプ
ロパノールで超音波洗浄し、温風乾燥させ、真空蒸着法
で室温にてガラス基板表面上に層厚0.1μmのAlの
光反射層を形成し、基板の作製を終えた。When the i layer was analyzed in the same manner as in Example 1-2, the results showed that microcrystalline germanium having a grain size of 70 to 420Å was contained and the content thereof varied in the layer thickness direction. Was given. Example 3-1 A photodiode for an infrared photosensor having the layer structure shown in FIG. 1 was produced. 0.5m thickness
m, 50 × 50 mm 2 glass substrate was ultrasonically washed with acetone and isopropanol, dried with warm air, and a 0.1 μm thick Al light reflection layer was formed on the glass substrate surface at room temperature by vacuum deposition. The fabrication of the substrate was completed.
【0094】実施例1−1と同様な方法で基板上にp層
(a−Si 層厚50nm)、i層(a−Si:mc−
Ge 基板温度390℃ 層厚600nm)、n層(a
−SiC 層厚20nm)を順次形成した。次に、n層
上に実施例1−1と同様な透明電極と集電電極を形成
し、フオトダイオード(PD実3−1)を作製した。 《実施例3−2》図1の層構成を有する赤外フオトセン
サー用のフォトダイオードを作製した。厚さ0.5m
m、50×50mm2のガラス基板をアセトンとイソプ
ロバノールで超音波洗浄し、温風乾燥させ、真空蒸着法
で室温にて翠ラス基板表面上に層厚0.1μmのAlの
光反射層を形成し、基板の作製を終えた。実施例1と同
様な方法でi層中の微結晶ゲルマニウム含有量を層厚方
向に変化させ、基板上にp層(a−Si 層厚50n
m)、i層(a−Si:mc−Ge 基板温度390℃
層厚500nm)、n層(a−SiC層厚10nm)を
順次形成した。次に、n層上に実施例1−2と同様な透
明電極と集電電極を形成し、フオトダイオード(PD実
3−2)を作製した。A p-layer (a-Si layer thickness of 50 nm) and an i-layer (a-Si: mc-) were formed on the substrate in the same manner as in Example 1-1.
Ge substrate temperature 390 ° C., layer thickness 600 nm, n layer (a
-SiC layer thickness 20 nm) was sequentially formed. Next, a transparent electrode and a collector electrode similar to those in Example 1-1 were formed on the n-layer to manufacture a photodiode (PD Ex 3-1). Example 3-2 A photodiode for an infrared photosensor having the layer structure shown in FIG. 1 was produced. 0.5m thickness
m, 50 × 50 mm 2 glass substrate was ultrasonically cleaned with acetone and isopropanol, dried with warm air, and a light-reflecting layer of Al having a thickness of 0.1 μm was formed on the surface of the green glass substrate by vacuum deposition at room temperature. After that, the substrate was manufactured. In the same manner as in Example 1, the content of microcrystalline germanium in the i layer was changed in the layer thickness direction, and the p layer (a-Si layer thickness 50 n was formed on the substrate.
m), i layer (a-Si: mc-Ge) substrate temperature 390 ° C.
A layer thickness of 500 nm) and an n layer (a-SiC layer thickness of 10 nm) were sequentially formed. Next, a transparent electrode and a collector electrode similar to those in Example 1-2 were formed on the n-layer to manufacture a photodiode (PD Ex 3-2).
【0095】<比較例3−1−1>i層を形成する際、
GeH4ガスは導入せず、SiH4ガス流量を150sc
cmにする以外は、実施例3−1と同じ条件でフォトダ
イオード(PD比1−1−1)を作製した。 <比較例3−1−2>i層を形成する際、GeH4ガス
は導入せず、SiH4ガス流量を150sccmにする
以外は、実施例3と同じ条件でフォトダイオード(PD
比1−1−2)を作製した。<Comparative Example 3-1-1> When forming the i layer,
GeH 4 gas was not introduced, and SiH 4 gas flow rate was 150 sc
A photodiode (PD ratio 1-1-1) was produced under the same conditions as in Example 3-1 except that the thickness was changed to cm. <Comparative Example 3-1-2> When forming the i-layer, GeH 4 gas was not introduced, and the flow rate of SiH 4 gas was set to 150 sccm.
Ratio 1-1-2) was produced.
【0096】<比較例3−2−1>i層を形成する際、
領域(A)にはプラズマを生起せず、領域(B)にてS
iH4、GeH4、H2ガスのプラズマを生起する以外
は、実施例3−1と同じ条件でフォトダイオード(PD
比3−2−1)を作製した。 <比較例3−2−2>i層を形成する際、領域(A)に
はプラズマを生起せず、領域(B)にてSiH4、Ge
H4、H2ガスのプラズマを生起する以外は、実施例3−
2と同じ条件でフォトダイオード(PD比3−2−2)
を作製した。<Comparative Example 3-2-1> When forming the i layer,
Plasma is not generated in the area (A), and S is generated in the area (B).
A photodiode (PD) is manufactured under the same conditions as in Example 3-1 except that plasma of iH 4 , GeH 4 , and H 2 gas is generated.
The ratio 3-2-1) was produced. <Comparative Example 3-2-2> When the i layer is formed, plasma is not generated in the region (A), and SiH 4 , Ge is generated in the region (B).
Example 3 except that plasma of H 4 and H 2 gas is generated
Photodiode under the same conditions as 2 (PD ratio 3-2-2)
Was produced.
【0097】(評価:PD実3−1)作製したフォトダ
イオードの残像特性を測定した。残像特性はGaAlA
s−LED(中心波長880nm)の赤外光を照射した
ときの光電流/暗電流(測定周波数10kHz)を測定
した。また温度特性を測定した。(Evaluation: PD Ex 3-1) The afterimage characteristics of the manufactured photodiode were measured. Afterimage characteristics are GaAlA
The photocurrent / dark current (measurement frequency 10 kHz) when s-LED (center wavelength 880 nm) was irradiated with infrared light was measured. The temperature characteristics were also measured.
【0098】その結果、本発明のフォトダイオード(P
D実3−1)は比較例のフォトダイオード(PD比3−
1−1)、(PD比З一2−1)よりもさらに優れた特
性を有することが分かった。実施例1−1と同様なi層
のサンプルを作製して分析を行ったところ、(PD実3
−1)は粒径70〜480Åの微結晶ゲルマニウムを含
有していることがわかった。As a result, the photodiode (P
D Ex 3-1) is a photodiode (PD ratio 3-
It has been found that the characteristics are more excellent than those of 1-1) and (PD ratio-12-1). When an i-layer sample similar to that of Example 1-1 was prepared and analyzed, (PD Ex.
It was found that -1) contained microcrystalline germanium having a particle size of 70 to 480Å.
【0099】(評価:PD実3−2)作製したフォトダ
イオードの残像特性を測定した。残像特性はGaAlA
s−LED(中心波長880nm)の赤外光を照射した
ときの光電流/暗電流(測定周波数10kHz)を測定
した。また温度特性を測定した。(Evaluation: PD Ex 3-2) The afterimage characteristics of the manufactured photodiode were measured. Afterimage characteristics are GaAlA
The photocurrent / dark current (measurement frequency 10 kHz) when s-LED (center wavelength 880 nm) was irradiated with infrared light was measured. The temperature characteristics were also measured.
【0100】また、同様な測定を周波数60Hz、振幅
0.2mmの振動環境下において行った。その結果、本
発明のフォトダイオード(PD実3−2)は比較例のフ
ォトダイオード(PD比3−1−2)、(PD比З一2
−2)よりもさらに優れた特性を有することが分かっ
た。実施例1−1と同様なi層のサンプルを作製して分
析を行ったところ、(PD実3−1)は粒径70〜48
0Åの微結晶ゲルマニウムを含有し、且つ含有量が図8
(a)に示す分布をしていることがわかった。The same measurement was performed in a vibration environment with a frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.2 mm. As a result, the photodiode of the present invention (PD Ex 3-2) was compared with the photodiode of the comparative example (PD ratio 3-1-2), (PD ratio 3-12).
It was found that it has more excellent characteristics than that of -2). When an i-layer sample similar to that in Example 1-1 was prepared and analyzed, (PD Ex 3-1) had a particle size of 70 to 48.
It contains 0Å microcrystalline germanium and its content is as shown in FIG.
It was found that the distribution shown in FIG.
【0101】《実施例4−1》SiH4ガスの代わりに
Si2H6ガスを用いて形成した太陽電池(SC実4−
1)を作製した。実施例1−1においてSiH4ガスの
代わりにSi2H6ガスを70sccm導入する以外は実
施例1−1と同様な方法で太陽電池を作製し、実施例1
−1と同様な測定を行ったところ、比較例の太陽電池
(SC比1−1−1)、(SC比1−2−1)よりも優
れた特性を有することが分かった。Example 4-1 A solar cell formed by using Si 2 H 6 gas instead of SiH 4 gas (SC Ex 4-
1) was produced. A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that Si 2 H 6 gas was introduced at 70 sccm instead of SiH 4 gas in Example 1-1.
When the same measurement as in -1 was performed, it was found that the solar cell had better characteristics than the solar cells (SC ratio 1-1-1) and (SC ratio 1-2-1) of the comparative examples.
【0102】《実施例4》SiH4ガスの代わりにSi2
H6ガスを用いて形成した太陽電池(SC実4−2)を
作製した。実施例1においてSiH4ガスの代わりにS
i2H6ガスを70→55→70sccmと時間変化させ
て導入する以外は実施例1と同様な方法で太陽電池を作
製し、実施例1−2と同様な測定を行ったところ、従来
の太陽電池(SC比1−1−2)、(SC比1−2−
2)よりも優れた特性を有することが分かった。Example 4 Instead of SiH 4 gas, Si 2
A solar cell (SC Ex 4-2) formed using H 6 gas was produced. In Example 1, S was used instead of SiH 4 gas.
A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the i 2 H 6 gas was introduced with a time change of 70 → 55 → 70 sccm, and the same measurement as in Example 1-2 was performed. Solar cells (SC ratio 1-1-2), (SC ratio 1-2
It was found to have better properties than 2).
【0103】《実施例5−1》(I)の方法を用いて微
結晶シリコン、微結晶ゲルマニウムをともに含有するi
層を有する太陽電池(SC実5−1)を作製した。実施
例1−1においてi層を形成する際、SiF4ガス(3
0sccm)新たに導入した。それ以外は実施例1−1
と同じ条件で作製した。実施例1−1と同様な測定を行
ったところ、太陽電池(SC実5−1)は(SC実1−
1)よりもさらに優れた特性を有していることが分かっ
た。<< Example 5-1 >> Using the method of (I), i containing both microcrystalline silicon and microcrystalline germanium
A solar cell having layers (SC Ex 5-1) was produced. When forming the i layer in Example 1-1, SiF 4 gas (3
0 sccm) newly introduced. Otherwise, Example 1-1
It was made under the same conditions as. When the same measurement as that of Example 1-1 was performed, the solar cell (SC Ex 5-1) was (SC Ex 1-
It has been found that it has a further excellent characteristic than 1).
【0104】また、実施例1−1と同様にラマン散乱に
よるi層の分析を行ったところ、微結晶シリコンに対応
する520cm-1の鋭いピークと微結晶ゲルマニウムに
対応する300cm-1の鋭いピークのラマンシフトが観
察された。 《実施例5−2》(I)の方法を用いて微結晶シリコ
ン、微結晶ゲルマニウムをともに含有するi層を有する
太陽電池(SC実5−2)を作製した。実施例1−2に
おいてi層を形成する際、SiF4ガス(30scc
m)新たに導入した。それ以外は実施例1−2と同じ条
件で作製した。実施例1−2と同様な測定を行ったとこ
ろ、太陽電池(SC実5−2)は(SC実1−2)より
もさらに優れた特性を有していることが分かった。When the i layer was analyzed by Raman scattering in the same manner as in Example 1-1, a sharp peak at 520 cm −1 corresponding to microcrystalline silicon and a sharp peak at 300 cm −1 corresponding to microcrystalline germanium were obtained. Raman shift was observed. Example 5-2 Using the method of (I), a solar cell (SC Ex 5-2) having an i layer containing both microcrystalline silicon and microcrystalline germanium was produced. When forming the i-layer in Example 1-2, SiF 4 gas (30 scc
m) Newly introduced. Other than that, it produced on the same conditions as Example 1-2. When the same measurement as in Example 1-2 was performed, it was found that the solar cell (SC Ex 5-2) had further excellent characteristics as compared to (SC Ex 1-2).
【0105】また、実施例1−2と同様にラマン散乱に
よるi層の分析を行ったところ、微結晶シリコンに対応
する520cm-1の鋭いピークと微結晶ゲルマニウムに
対応する300cm-1の鋭いピークのラマンシフトが観
察された。 《実施例6−1》(I)の方法を用いて微結晶シリコ
ン、微結晶ゲルマニウムをともに含有するn層を有する
太陽電池を作製した。When the i layer was analyzed by Raman scattering in the same manner as in Example 1-2, a sharp peak at 520 cm -1 corresponding to microcrystalline silicon and a sharp peak at 300 cm -1 corresponding to microcrystalline germanium were obtained. Raman shift was observed. Example 6-1 Using the method of (I), a solar cell having an n layer containing both microcrystalline silicon and microcrystalline germanium was produced.
【0106】実施例1−1においてn層を形成する際、
GeF4ガスを新たに導入し、流量を時間変化させた。
その他の条件は実施例1−1と同じ条件で作製した。実
施例1−1と同様な測定を行ったところ、太陽電池(S
C実6−1)は(SC実5−1)よりもさらに優れた特
性を有することが分かった。実施例1−1と同様にラマ
ン散乱によるn層の分析を行ったところ、微結晶シリコ
ンに対応する520cm-1の鋭いピークと微結晶ゲルマ
ニウムに対応する300cm-1の鋭いピークのラマンシ
フトが観察された。In forming the n-layer in Example 1-1,
GeF 4 gas was newly introduced and the flow rate was changed with time.
Other conditions were the same as in Example 1-1. When the same measurement as in Example 1-1 was performed, a solar cell (S
It was found that C Ex 6-1) had better characteristics than (SC Ex 5-1). When the n layer was analyzed by Raman scattering in the same manner as in Example 1-1, a Raman shift of a sharp peak at 520 cm −1 corresponding to microcrystalline silicon and a sharp peak at 300 cm −1 corresponding to microcrystalline germanium was observed. Was done.
【0107】《実施例6−2》(I)の方法を用いて微
結晶シリコン、微結晶ゲルマニウムをともに含有し、微
結晶シリコン含有量が層厚方向に変化している太陽電池
を作製した。実施例1−2においてi層を形成する際、
SiF4ガスを新たに導入し、流量を時間変化させた。
その他の条件は実施例1−2と同じ条件で作製した。Example 6-2 Using the method of (I), a solar cell was produced in which both microcrystalline silicon and microcrystalline germanium were contained, and the microcrystalline silicon content varied in the layer thickness direction. When forming the i layer in Example 1-2,
SiF 4 gas was newly introduced and the flow rate was changed with time.
The other conditions were the same as those in Example 1-2.
【0108】実施例1−2と同様な測定を行ったとこ
ろ、太陽電池(SC実6−2)は(SC実5−2)より
もさらに優れた特性を有することが分かった。実施例1
−2と同様にラマン散乱によるi層の分析を行ったとこ
ろ、微結晶シリコンに対応する520cm-1の鋭いピー
クと微結晶ゲルマニウムに対応する300cm-1の鋭い
ピークのラマンシフトが観察された。When the same measurement as in Example 1-2 was carried out, it was found that the solar cell (SC Ex 6-2) had better characteristics than (SC Ex 5-2). Example 1
When the i layer was analyzed by Raman scattering in the same manner as in -2, a sharp Raman shift of 520 cm -1 corresponding to microcrystalline silicon and a sharp peak of 300 cm -1 corresponding to microcrystalline germanium were observed.
【0109】実施例1−2と同様にサンプルを作製して
微結晶シリコンに対応する微小領域を観察したところ、
層厚方向に対する微結晶シリコン含有量が図10(a)
のようになっていることが分かった。 《実施例7−1》図6のロール・ツー・ロール法を用い
た堆積装置を使用して、図4のpinpin型太陽電池
(SC実7)を作製した。この装置は基板送り出し室5
10と、複数の堆積室301〜309と、基板巻き取り
室311を順次配置し、それらの間を分離通路312で
接続してなり、帯状の基板313がこれらの中を通っ
て、基板送り出し室から基板巻き取り室に連続的に移動
し、且つ各堆積室でそれぞれの堆積膜を同時に形成する
ことができる。A sample was prepared in the same manner as in Example 1-2, and a microscopic region corresponding to microcrystalline silicon was observed.
The content of microcrystalline silicon in the layer thickness direction is shown in FIG.
It turned out that it became like. Example 7-1 Using the deposition apparatus using the roll-to-roll method of FIG. 6, the pinpin solar cell (SC Ex 7) of FIG. 4 was produced. This equipment is a substrate delivery chamber 5
10, a plurality of deposition chambers 301 to 309, and a substrate winding chamber 311 are sequentially arranged, and they are connected by a separation passage 312, and a belt-shaped substrate 313 passes through them, and a substrate delivery chamber From the substrate to the substrate winding chamber, and each deposited film can be simultaneously formed in each deposition chamber.
【0110】堆積室301ではDCマグネトロンスパッ
タリング、堆積室302、309ではRFマグネトロン
スパッタリングを実施することができ、堆積室303、
304、307、308ではマイクロ波アプリケーター
を取り付けることによってMWPCVD法を実施ずるこ
とができ、さらに堆積室305、306では内部にRF
電極を配することによってRFPCVD法を実施するこ
とができる。また各堆積室には基板加熱用のハロゲンラ
ンプヒーター318が設置されている。DC magnetron sputtering can be performed in the deposition chamber 301, and RF magnetron sputtering can be performed in the deposition chambers 302 and 309.
The MWPCVD method can be performed by attaching a microwave applicator in 304, 307, and 308, and RF can be internally provided in the deposition chambers 305 and 306.
The RFPCVD method can be performed by arranging the electrodes. A halogen lamp heater 318 for heating the substrate is installed in each deposition chamber.
【0111】350(a)(図7(a))は、堆積室3
03〜308を上から見た図で、各堆積室にはガスの入
りロ314と排気ロ315がある。各堆積室でガスの排
気方向は紙面裏側の方向になっている。堆積室301、
302、309にはArガスの入り口326があり、ま
た堆積室303〜308には堆積膜をプラズマCVD法
で形成するための原料ガスの入りロ314があり、それ
ぞれに実施例1と同じ原料ガス供給装置が接続されてい
る。350 (a) (FIG. 7 (a)) shows the deposition chamber 3
03-308 as viewed from above, each deposition chamber has a gas inlet 314 and an exhaust outlet 315. In each deposition chamber, the gas exhaust direction is toward the back side of the paper. Deposition chamber 301,
302 and 309 each have an Ar gas inlet 326, and each of the deposition chambers 303 to 308 has a raw material gas inlet 314 for forming a deposited film by the plasma CVD method. The supply device is connected.
【0112】堆積室304にはさらにプラズマ領域
(A)を生起するための真空容器332が接続され、該
真空容器でゲルマニウムを含有するラジカルが生成さ
れ、堆積室304に供給するような構造となっている。
堆積室305、306の排気口には真空排気ポンプとし
てメカニカルブースターポンプが、他の堆積室および基
板送り出し室、基板巻き取り室には油拡散ポンプが接続
されている。またRF電極にはRF電源が接続され、マ
イクロ波アプリケーターにはMW電源が接続されてい
る。さらにi層の堆積室である堆積室304と307に
はバイアス電極331が設置されており、電源としてR
F電源が接続されている。A vacuum chamber 332 for generating a plasma region (A) is further connected to the deposition chamber 304, and a radical containing germanium is generated in the vacuum chamber 332 and supplied to the deposition chamber 304. ing.
A mechanical booster pump as a vacuum exhaust pump is connected to the exhaust ports of the deposition chambers 305 and 306, and an oil diffusion pump is connected to the other deposition chambers, the substrate delivery chamber, and the substrate winding chamber. An RF power source is connected to the RF electrode, and a MW power source is connected to the microwave applicator. Further, a bias electrode 331 is installed in the deposition chambers 304 and 307, which are the deposition chambers for the i layer, and R
F power supply is connected.
【0113】また堆積室301のターゲットにはAg、
堆積室302のターゲットにはZnO、堆積室309の
ターゲットにはIn2O3‐SnO2(5%)を用いた。
各堆積室に接続された分離通路には掃気ガスを流入させ
る入りロ319があり、図6に示すような掃気ガスを流
入させる。基板送り出し室には送り出しロール320と
基板に適度の張力を与え、常に水平に保つためのガイド
ローラー321があり、基板巻き取り室には巻き取りロ
ール322とガイドローラー323がある。Further, Ag is used as a target in the deposition chamber 301,
ZnO was used as the target of the deposition chamber 302, and In 2 O 3 —SnO 2 (5%) was used as the target of the deposition chamber 309.
The separation passage connected to each deposition chamber has an inlet 319 through which a scavenging gas flows, and a scavenging gas as shown in FIG. The substrate delivery chamber has a delivery roll 320 and a guide roller 321 for applying an appropriate tension to the substrate and keeping the substrate always horizontal. The substrate delivery chamber has a winding roll 322 and a guide roller 323.
【0114】まず、長さ300m、幅50cm、厚さ
0.1mmの長尺状ステンレスシートを送り出しロール
に巻き付け、基板送り出し室にセットし、各堆積室内を
通過させた後に基板の端を基板巻き取りロールに巻き付
ける。装置全体を真空排気ポンプで真空排気し、各堆積
室のランプヒーターを点灯させ、各堆積室内の基板温度
が各所定の温度になるように設定する。装置全体の圧力
が1mTorr以下になったら掃気ガスの入り口519
から各掃気ガスを流入させ、基板を図の矢印の方向に移
動させながら、巻き取りロールで巻き取っていき、堆積
室301、302、309にはArガスを所定量流し
た。さらに他の堆積室ではそれぞれの原料ガスを流す。
この際、各堆積室に流入させる原料ガスが他の堆積室に
拡散しないように各分離通路に流入させる掃気ガスの流
量、各堆積室の圧力を調整した。次に各堆積室にDC電
力、RF電カ、MW電力を導入してプラズマを生起し、
堆積室301、302、309ではスパッタリング法を
実施し、堆積室305、306ではRFPCVD法を実
施し、他の堆積室ではMWPCVD法を実施し、各堆積
室で各堆積膜を同時に連続形成していった。First, a long stainless sheet having a length of 300 m, a width of 50 cm and a thickness of 0.1 mm is wound around a delivery roll, set in a substrate delivery chamber, passed through each deposition chamber, and then the end of the substrate is wound onto the substrate. Wrap around the take-up roll. The entire apparatus is evacuated by a vacuum exhaust pump, the lamp heater in each deposition chamber is turned on, and the substrate temperature in each deposition chamber is set to each predetermined temperature. Inlet 519 for scavenging gas when the pressure of the entire device falls below 1 mTorr
Each scavenging gas was introduced from the above, and while the substrate was moved in the direction of the arrow in the drawing, it was wound by a winding roll, and a predetermined amount of Ar gas was flown into the deposition chambers 301, 302, 309. In each of the other deposition chambers, the respective source gas is made to flow.
At this time, the flow rate of the scavenging gas flowing into each separation passage and the pressure in each deposition chamber were adjusted so that the raw material gas flowing into each deposition chamber did not diffuse to the other deposition chambers. Next, DC power, RF power, and MW power are introduced into each deposition chamber to generate plasma,
Sputtering is performed in the deposition chambers 301, 302, 309, RFPCVD is performed in the deposition chambers 305, 306, MWPCVD is performed in the other deposition chambers, and each deposited film is continuously formed simultaneously in each deposition chamber. It was.
【0115】基板上に堆積室301で光反射層(Ag
基板温度350℃ 膜厚0.3μm)を形成し、さらに
堆積室302で透明導電層(ZnO 基板温度350℃
膜厚2.0μm)、堆積室303でn1層(Pドープ
a−Si 層厚20nm)、堆積室304で第1のi1
型層(a−Si:mc−Ge 層厚180nm)、堆積
室305で第1のp1型層(Bドープa−Si 層厚1
0nm)、堆積室306で第2のn2型層(Pドープa
−Si 層厚20nm)、堆積室307でi2型膚(a
−Si 層厚250nm)、堆積室308で第2のp2
型層(Bドープa−SiC 層厚5nm)、堆積室30
9で透明電極(ITO 基板温度160℃ 層厚70n
m)を順次形成した。A light reflection layer (Ag
A substrate temperature of 350 ° C. and a film thickness of 0.3 μm are formed, and a transparent conductive layer (ZnO substrate temperature of 350 ° C.) is formed in the deposition chamber 302.
Film thickness 2.0 μm), n1 layer (P-doped a-Si layer thickness 20 nm) in the deposition chamber 303, first i1 in the deposition chamber 304
Type layer (a-Si: mc-Ge layer thickness 180 nm), the first p1 type layer (B-doped a-Si layer thickness 1) in the deposition chamber 305.
0 nm), the second n2-type layer (P-doped a
-Si layer thickness of 20 nm), i2 type skin (a
-Si layer thickness 250 nm), second p2 in deposition chamber 308
Mold layer (B-doped a-SiC layer thickness 5 nm), deposition chamber 30
9 transparent electrode (ITO substrate temperature 160 ℃ layer thickness 70n
m) were formed in sequence.
【0116】基板を巻き終えたところでブラズマを消滅
させ、すべてのガスの導入を止め、堆積室内部の圧力が
0.1mTorr以下になるまで真空排気した後に、該
堆積装置全体をリークし、ロール状の基板を取り出し
た。基板表面を触針式膜厚計で表面の凹凸を調べたとこ
ろ、山の高さが平均0.21μmの凹凸があることが分
かった。これはAgの光反射層とZnOの透明導電層を
形成する際の基板温度が350℃と高いため、これらの
膜表面がテクスチャー化したことによる。When the substrate is completely wound, the plasma is extinguished, the introduction of all gases is stopped, and the vacuum is exhausted until the pressure inside the deposition chamber becomes 0.1 mTorr or less. Then, the entire deposition apparatus is leaked and rolled. The substrate was taken out. When the surface roughness of the substrate was examined with a stylus type film thickness meter, it was found that the height of peaks was 0.21 μm on average. This is because the substrate temperature when forming the Ag light-reflecting layer and the ZnO transparent conductive layer was as high as 350 ° C., and the surface of these films was textured.
【0117】次にロール・ツー・ロール方式を用いたス
クリーン印刷機で2層構成の集電電極を形成した。まず
ITOの透明電極表面上に櫛型形状の厚さ約3μmのカ
ーボンペーストを印刷し、乾燥させ、次にカーボンペー
スト表面上に同じ形状で厚さ約10μmのAgペースト
を印刷し、乾燥させ、10cm×25cmの大きさに切
断した。Next, a two-layered collecting electrode was formed by a screen printer using a roll-to-roll system. First, a comb-shaped carbon paste having a thickness of about 3 μm is printed on the surface of the transparent electrode of ITO and dried, and then an Ag paste having the same shape and a thickness of about 10 μm is printed on the surface of the carbon paste and dried. It was cut into a size of 10 cm × 25 cm.
【0118】《実施例7−2》本例でも図6のロール・
ツー・ロール法を用いた堆積装置を使用して、図4のp
inpin型太陽電池(SC実7−2)を作製した。た
だ、図7(b)に示す350(b)は堆積室304を上
から見た図であるが本例では、複数の導入管があり、各
導入管に導入させるゲルマニウムを含有するラジカルR
gの流量を各ガス導入管ごとに変えることで、基板表面
に入射されるゲルマニウムを含有するラジカルを空間的
に変化させることができ、形成されたi層内の微結晶ゲ
ルマニウムの含有量を層厚方向に変化させることができ
る。なお、350bには矢印の大きさでラジカルの導入
量を示した。Example 7-2 In this example as well, the roll of FIG.
Using a deposition apparatus using the two-roll method, p in FIG.
An inpin type solar cell (SC Ex 7-2) was produced. However, 350 (b) shown in FIG. 7 (b) is a view of the deposition chamber 304 seen from above, but in this example, there are a plurality of introducing pipes, and the radical R containing germanium introduced into each introducing pipe is introduced.
By changing the flow rate of g for each gas introduction tube, it is possible to spatially change the germanium-containing radicals incident on the substrate surface, and to change the content of microcrystalline germanium in the formed i-layer. It can be changed in the thickness direction. In addition, in 350b, the amount of radicals introduced is shown by the size of the arrow.
【0119】本例では、基板上に堆積室301で光反射
層(Ag 基板温度350℃ 膜厚0.3μm)を形成
し、さらに堆積室302で透明導電層(ZnO 基板温
度350℃ 膜厚2.0μm)、堆積室303でn1層
(Pドープa−Si 層厚30nm)、堆積室304で
第1のi1型層(a−Si:mc−Ge 層厚120n
m)、堆積室305で第1のp1型層(Bドープa−S
i 層厚20nm)、堆積室306で第2のn2型層
(Pドープa−Si 層厚20nm)、堆積室307で
i2型膚(a−Si 層厚220nm)、堆積室308
で第2のp2型層(Bドープa−SiC 層厚5n
m)、堆積室309で透明電極(ITO 基板温度16
0℃ 層厚70nm)を順次形成した。i1層を形成す
る際、GeH‘流量を時間変化させ、微結晶ゲルマニウ
ムの含有量の変化を図8(c)のようにした。In this example, a light reflection layer (Ag substrate temperature 350 ° C., film thickness 0.3 μm) is formed on the substrate in the deposition chamber 301, and a transparent conductive layer (ZnO substrate temperature 350 ° C. film thickness 2 is formed in the deposition chamber 302. 0.0 μm), an n1 layer (P-doped a-Si layer thickness 30 nm) in the deposition chamber 303, and a first i1-type layer (a-Si: mc-Ge layer thickness 120 n in the deposition chamber 304).
m), the first p1-type layer (B-doped a-S) in the deposition chamber 305.
i layer thickness 20 nm), second n2 type layer (P-doped a-Si layer thickness 20 nm) in the deposition chamber 306, i2 type skin (a-Si layer thickness 220 nm) in the deposition chamber 307, deposition chamber 308
And the second p2-type layer (B-doped a-SiC layer thickness 5n
m), a transparent electrode (ITO substrate temperature 16
0 ° C. layer thickness 70 nm) was sequentially formed. When forming the i1 layer, the GeH ′ flow rate was changed with time to change the content of the microcrystalline germanium as shown in FIG. 8C.
【0120】基板を巻き終えたところでブラズマを消滅
させ、すべてのガスの導入を止め、堆積室内部の圧力が
0.1mTorr以下になるまで真空排気した後に、該
堆積装置全体をリークし、ロール状の基板を取り出し
た。基板表面を触針式膜厚計で表面の凹凸を調べたとこ
ろ、山の高さが平均0.23μmの凹凸があることが分
かった。これはAgの光反射層とZnOの透明導電層を
形成する際の基板温度が350℃と高いため、これらの
膜表面がテクスチャー化したことによる。After the substrate has been wound, the plasma is extinguished, the introduction of all gases is stopped, and the chamber is evacuated until the pressure inside the deposition chamber becomes 0.1 mTorr or less. Then, the entire deposition apparatus is leaked and rolled. The substrate was taken out. When the surface roughness of the substrate was examined with a stylus type film thickness meter, it was found that the height of peaks was 0.23 μm on average. This is because the substrate temperature when forming the Ag light-reflecting layer and the ZnO transparent conductive layer was as high as 350 ° C., and the surface of these films was textured.
【0121】次にロール・ツー・ロール方式を用いたス
クリーン印刷機で2層構成の集電電極を形成した。まず
ITOの透明電極表面上に櫛型形状の厚さ約3μmのカ
ーボンペーストを印刷し、乾燥させ、次にカーボンペー
スト表面上に同じ形状で厚さ約10μmのAgペースト
を印刷し、乾燥させ、10cm×25cmの大きさに切
断した。Next, a two-layered collecting electrode was formed by a screen printer using a roll-to-roll system. First, a comb-shaped carbon paste having a thickness of about 3 μm is printed on the surface of the transparent electrode of ITO and dried, and then an Ag paste having the same shape and a thickness of about 10 μm is printed on the surface of the carbon paste and dried. It was cut into a size of 10 cm × 25 cm.
【0122】<比較例7−1>i1層を形成する際、領
域(A)にはプラズマを生起せず、領域(B)にてSi
H4、GeH4、H2ガスのプラズマを生起する以外は、
実施例7−1と同じ条件でpinpin型の太陽電池
(SC比7−1)を作製した。実施例−11と同様な測
定を行ったところ(SC実7−1)のほうが(SC比7
−1)よりも優れた特性を有することが分かった。<Comparative Example 7-1> When forming the i1 layer, plasma is not generated in the region (A), and Si is generated in the region (B).
Except for generating plasma of H 4 , GeH 4 , and H 2 gas,
A pinpin type solar cell (SC ratio 7-1) was produced under the same conditions as in Example 7-1. When the same measurement as that of Example-11 was performed (SC Ex 7-1), (SC ratio 7
It was found that it has better characteristics than -1).
【0123】<比較例7−2>i1層を形成する際、領
域(A)にはプラズマを生起せず、領域(B)にてSi
H4、GeH4、H2ガスのプラズマを生起する以外は、
実施例7−2と同じ条件でpinpin型の太陽電池
(SC比7−2)を作製した。実施例1−2と同様な測
定を行ったところ(SC実7−2)のほうが(SC比7
−2)よりも優れた特性を有することが分かった。<Comparative Example 7-2> When the i1 layer is formed, plasma is not generated in the region (A) and Si is generated in the region (B).
Except for generating plasma of H 4 , GeH 4 , and H 2 gas,
A pinpin type solar cell (SC ratio 7-2) was produced under the same conditions as in Example 7-2. When the same measurement as that in Example 1-2 was performed (SC Ex 7-2), the SC ratio 7
It has been found that it has better characteristics than that of -2).
【0124】《実施例8−1》実施例7−1で作製した
pinpin型の太陽電池をモジュール化し、フィール
ドテストを行った。実施例7で作製した光未照射の10
cm×25cmの太陽電池(SC実7)を65個を用意
した。厚さ5.0mmのアルミニウム板上にEVA(エ
チレンピニルアセテート)からなる接着材シートを乗
せ、その上にナイロンシートを乗せ、その上に65個の
太腸電池を配列し、負荷に適合するように直列化および
並列化を行った。その上にEVAの接着材シートを乗
せ、その上にフッ素樹脂シートを乗せて、真空ラミネー
トし、モジュール(MJ実8−2)を作製した。Example 8-1 The pinpin type solar cell produced in Example 7-1 was modularized and subjected to a field test. Light-irradiated 10 produced in Example 7
Sixty-five cm × 25 cm solar cells (SC Ex 7) were prepared. An adhesive sheet made of EVA (ethylene pinyl acetate) is placed on a 5.0 mm thick aluminum plate, a nylon sheet is placed on it, and 65 intestinal cells are arranged on it to suit the load. Thus, serialization and parallelization were performed. An EVA adhesive sheet was placed on top of this, a fluororesin sheet was placed on top of it, and vacuum laminated to produce a module (MJ Ex 8-2).
【0125】《実施例8−2》実施例7−2で作製した
pinpin型の太陽電池をモジュール化し、フィール
ドテストを行った。実施例7で作製した光未照射の10
cm×25cmの太陽電池(SC実7−2)を65個を
用意した。厚さ5.0mmのアルミニウム板上にEVA
(エチレンピニルアセテート)からなる接着材シートを
乗せ、その上にナイロンシート婁乗せ、その上に65個
の太腸電池を配列し、負荷に適合するように直列化およ
び並列化を行った。その上にEVAの接着材シートを乗
せ、その上にフッ素樹脂シートを乗せて、真空ラミネー
トし、モジュール(MJ実8−2)を作製した。Example 8-2 The pinpin type solar cell prepared in Example 7-2 was modularized and subjected to a field test. Light-irradiated 10 produced in Example 7
65 solar cells (SC Ex 7-2) having a size of 25 cm × 25 cm were prepared. EVA on a 5.0 mm thick aluminum plate
An adhesive sheet made of (ethylene pinyl acetate) was placed, a nylon sheet was placed on the sheet, and 65 gut cells were arranged on the sheet, and serialization and parallelization were performed so as to match the load. An EVA adhesive sheet was placed on top of this, a fluororesin sheet was placed on top of it, and vacuum laminated to produce a module (MJ Ex 8-2).
【0126】<比較例8−1>光未照射の太陽電池(S
C比7−1)を65個用いて実施例8−1と同様にモジ
ュール(MJ比8−1)を作製した。2っのモジュール
は最も太陽光を集光できる角度に設置した。フィールド
テストの測定は1年経過後の光電変換効率を測定し、劣
化率(1年後の光電変換効率/初期光電変換効率)を求
めることによって行った。<Comparative Example 8-1> A solar cell not irradiated with light (S
A module (MJ ratio 8-1) was produced in the same manner as in Example 8-1 by using 65 C ratios 7-1). The two modules were installed at the angle that could collect the most sunlight. The measurement of the field test was performed by measuring the photoelectric conversion efficiency after one year and determining the deterioration rate (photoelectric conversion efficiency after one year / initial photoelectric conversion efficiency).
【0127】その結果、本発明の太陽電池を用いたモジ
ュール(MJ実8−1)は従来のモジュール(MJ比8
−1)よりもさらに優れた初期光電変換効率およびフィ
ールド耐久性を有していることが分かった。 <比較例8−2>光未照射の太陽電池(SC比7−2)
を65個用いて実施例8−2と同様にモジュール(MJ
比8−2)を作製した。As a result, the module (MJ Ex. 8-1) using the solar cell of the present invention is the same as the conventional module (MJ ratio 8).
It was found that the initial photoelectric conversion efficiency and field durability were even better than those of -1). <Comparative Example 8-2> Solar cell not irradiated with light (SC ratio 7-2)
The module (MJ
The ratio 8-2) was produced.
【0128】2っのモジュールは最も太陽光を集光でき
る角度に設置した。フィールドテストの測定は1年経過
後の光電変換効率を測定し、劣化率(1年後の光電変換
効率/初期光電変換効率)を求めることによって行っ
た。その結果、本発明の太陽電池を用いたモジュール
(MJ実8−2)は従来のモジュール(MJ比8−2)
よりもさらに優れた初期光電変換効率およびフィールド
耐久性を有していることが分かった。The two modules were installed at an angle where the sunlight could be collected most. The measurement of the field test was performed by measuring the photoelectric conversion efficiency after one year and determining the deterioration rate (photoelectric conversion efficiency after one year / initial photoelectric conversion efficiency). As a result, the module (MJ Ex 8-2) using the solar cell of the present invention is a conventional module (MJ ratio 8-2).
It was found that it has an even better initial photoelectric conversion efficiency and field durability.
【0129】以上のように、本発明の光起電力素子の効
果は素子、素子構成、素子材料によらず発揮きれること
が分かった。As described above, it was found that the effect of the photovoltaic element of the present invention can be exerted regardless of the element, the element structure and the element material.
【0130】[0130]
【発明の効果】本発明の光起電力素子では長波長の感
度、フィルファクターを向上させることができ、光電変
換効率を向上させることができる。さらに光劣化を抑制
することができる。またフィールド耐久性が高いもので
ある。および温度特性が優れたものである。またフォト
センサーでは残像、振動劣化を抑制することができる。
また本発明の光起電力素子はマイクロ波プラズマCVD
法を用いて形成するため生産性が高いものである。In the photovoltaic device of the present invention, the sensitivity at long wavelength and the fill factor can be improved, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. Furthermore, photodegradation can be suppressed. It also has high field durability. And excellent temperature characteristics. In addition, the photo sensor can suppress afterimage and vibration deterioration.
Further, the photovoltaic device of the present invention is a microwave plasma CVD.
Since it is formed using the method, it has high productivity.
【図1】本発明の光起電力素子の層構成図である。FIG. 1 is a layer configuration diagram of a photovoltaic element of the present invention.
【図2】本発明の光起電力素子の層構成図である。FIG. 2 is a layer configuration diagram of a photovoltaic element of the present invention.
【図3】本発明の光起電力素子の層構成図である。FIG. 3 is a layer configuration diagram of a photovoltaic element of the present invention.
【図4】本発明の光起電力素子の層構成図である。FIG. 4 is a layer configuration diagram of a photovoltaic element of the present invention.
【図5】本発明の光起電力素子の製造に用いる堆積装置
の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a deposition apparatus used for manufacturing the photovoltaic element of the present invention.
【図6】本発明の光起電力素子の製造に用いるロール・
ツー・ロール法の堆積装置の概略図である。FIG. 6 shows a roll used for manufacturing the photovoltaic element of the present invention.
It is the schematic of the deposition apparatus of a two roll method.
【図7】図6に示す堆積室の平面図である。7 is a plan view of the deposition chamber shown in FIG.
【図8】本発明における微結晶ゲルマニウムの含有量の
層厚方向変化を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing changes in the content of microcrystalline germanium in the layer thickness direction in the present invention.
【図9】本発明におけるバンドギャップの層厚方向変化
を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing changes in the band gap in the layer thickness direction in the present invention.
【図10】本発明における微結晶シリコン含有量の層厚
方向変化を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing changes in the microcrystalline silicon content in the layer thickness direction in the present invention.
101 基板 102 n層 103 i層 104 p層 105 透明電極 106 集電電極 111 基板 112 n1層 113 i1層 114 p1層 115 n2層 116 i2層 117 p2層 118 透明電極 119 集電電極 121 基板 122 n1層 123 i1層 124 p1層 125 n2層 126 i2層 127 p2層 128 n2層 129 i2層 130 p2層 131 透明電極 132 集電電極 142 支持体 143 光反射層 144 透明導電層 145 n1層 146 i1層 147 p1層 148 n2層 149 i2層 150 p2層 151 透明電極 152 集電電極 101 substrate 102 n layer 103 i layer 104 p layer 105 transparent electrode 106 current collecting electrode 111 substrate 112 n1 layer 113 i1 layer 114 p1 layer 115 n2 layer 116 i2 layer 117 p2 layer 118 transparent electrode 119 current collecting electrode 121 substrate 122 n1 layer 123 i1 layer 124 p1 layer 125 n2 layer 126 i2 layer 127 p2 layer 128 n2 layer 129 i2 layer 130 p2 layer 131 transparent electrode 132 current collecting electrode 142 support 143 light reflection layer 144 transparent conductive layer 145 n1 layer 146 i1 layer 147 Layer 148 n2 layer 149 i2 layer 150 p2 layer 151 Transparent electrode 152 Current collecting electrode
Claims (9)
からなるp層、i層、n層を基板上に積層し、i層はマ
イクロ波プラズマCVD法で形成されてなる光起電力素
子において、i層は、ゲルマニウムを含有するガスにマ
イクロ波を照射して生起されたプラズマの領域(A)
と、シリコンを含有するガスにマイクロ波を照射して生
起されたプラズマの領域(B)を分離し、領域(A)で
生成されたゲルマニウムを含有するラジカルRgと領域
(B)で生成されたシリコンを含有するラジカルRsを
領域(A)とは異なる領域(C)で反応させる方法で形
成され、且つi層は微結晶ゲルマニウムを含有し、該微
結晶ゲルマニウムの粒径が50〜500Åであることを
特徴とする光起電力素子。1. A photovoltaic element comprising a p-layer, an i-layer, and an n-layer formed of an amorphous silicon semiconductor containing hydrogen on a substrate, the i-layer being formed by a microwave plasma CVD method. , I layer is a region (A) of plasma generated by irradiating a gas containing germanium with microwaves.
And a region (B) of plasma generated by irradiating a gas containing silicon with microwaves is separated, and a radical Rg containing germanium generated in the region (A) and a region (B) generated The radical Rs containing silicon is formed by a method of reacting in a region (C) different from the region (A), and the i layer contains microcrystalline germanium, and the grain size of the microcrystalline germanium is 50 to 500Å. Photovoltaic device characterized by the above.
はn層表面であることを特徴とする請求項1に記載の光
起電力素子。2. The photovoltaic element according to claim 1, wherein the region (C) is a surface of a p-layer, an i-layer or an n-layer.
ウムを含有するガスにマイクロ波を照射して生起された
プラズマの領域(AA)と、 シリコンを含有するガス
にマイクロ波を照射して生起されたプラズマの領域(B
B)を分離し、領域(AA)で生成されたゲルマニウム
を含有するラジカルRgeと領域(BB)で生成されたシ
リコンを含有するラジカルRsiを領域(AA)とは異な
る領域(CC)で反応させる方法で形成され、微結晶ゲ
ルマニウムを含有し、該微結晶ゲルマニウムの粒径が5
0〜500Åであることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれか1項に記載の光起電力素子。3. The p-layer and / or the n-layer is formed by irradiating a plasma containing plasma (AA) generated by irradiating a germanium-containing gas with a microwave and irradiating a silicon-containing gas with a microwave. Area of plasma generated (B
B) is separated, and the germanium-containing radical R ge generated in the region (AA) and the silicon-containing radical R si generated in the region (BB) are separated in the region (CC) different from the region (AA). It is formed by a reaction method and contains microcrystalline germanium, and the grain size of the microcrystalline germanium is 5
The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the photovoltaic device has a thickness of 0 to 500 Å.
面であることを特徴とする請求項3に記載の光起電力素
子。4. The photovoltaic element according to claim 3, wherein the region (CC) is the surface of the substrate or the i layer.
微結晶シリコンの粒径が50〜500Åであることを特
徴とする請求項l〜4のいずれか1項に記載の光起電力
素子。5. The photovoltaic layer according to claim 1, wherein the i layer contains microcrystalline silicon, and the grain size of the microcrystalline silicon is 50 to 500Å. element.
ンを含有し、該微結晶シリコンの粒径が50〜500Å
であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に
記載の光起電力素子。6. The p-layer and / or the n-layer contains microcrystalline silicon, and the grain size of the microcrystalline silicon is 50 to 500Å.
The photovoltaic element according to any one of claims 1 to 5, wherein
に変化していることを特徴とする請求項1〜6のいずれ
か1項に記載の光起電力素子。7. The photovoltaic element according to claim 1, wherein the germanium content in the i layer changes in the layer thickness direction.
る位置がi層の中央位置とp層との間にあることを特徴
とする請求項7に記載の光起電力素子。8. The photovoltaic element according to claim 7, wherein the position where the content of the microcrystalline germanium is maximum is between the central position of the i layer and the p layer.
方向に変化し、該含有量が最小となる位置がi層の中央
位置とp層との間にあることを特徴とする請求項7また
は8に記載の光起電力素子。9. The microcrystalline silicon content in the i-layer changes in the layer thickness direction, and the position where the content is the minimum is between the central position of the i-layer and the p-layer. The photovoltaic element according to claim 7 or 8.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4349587A JPH06204540A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Photovoltaic element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4349587A JPH06204540A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Photovoltaic element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06204540A true JPH06204540A (en) | 1994-07-22 |
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ID=18404733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4349587A Pending JPH06204540A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Photovoltaic element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06204540A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006038453A1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-04-13 | Kaneka Corporation | Photoelectric converter |
JP2006295060A (en) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Toppan Printing Co Ltd | Non-monocrystal semiconductor material, method for manufacturing the same, photoelectric transfer element, and light emitting element |
JP2012216593A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Mitsubishi Electric Corp | Photovoltaic device, method of manufacturing the same, and photovoltaic module |
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1992
- 1992-12-28 JP JP4349587A patent/JPH06204540A/en active Pending
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