JPH0653151A - アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池 - Google Patents
アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導電率を高くし、かつワイドバンドギャップ
であるアモルファスシリコン薄膜を得る。 【構成】 アモルファスシリコン薄膜を、プラズマＣＶ
Ｄ法にて、主原料ガスとしてＳｉＨ4とＮ2Ｏを使用して
作製する。またはＳｉＨ4とＮ2Ｏを主原料ガスとし、こ
のＳｉＨ4ガスを高水素希釈度において作製する。Ｎ2Ｏ
を添加することで、同じ光学的バンドギャップで光導電
率が高くなり、高品質なａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ薄膜が得
られる。さらに、ＳｉＨ4ガスを水素で希釈することに
よって膜中の欠陥が少なくなる。水素希釈度を２０倍と
したａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜（図中の（１））は、同じ
光学的バンドギャップ範囲１.９５〜２.２５ｅＶで光導
電率が約２倍に向上される。
であるアモルファスシリコン薄膜を得る。 【構成】 アモルファスシリコン薄膜を、プラズマＣＶ
Ｄ法にて、主原料ガスとしてＳｉＨ4とＮ2Ｏを使用して
作製する。またはＳｉＨ4とＮ2Ｏを主原料ガスとし、こ
のＳｉＨ4ガスを高水素希釈度において作製する。Ｎ2Ｏ
を添加することで、同じ光学的バンドギャップで光導電
率が高くなり、高品質なａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ薄膜が得
られる。さらに、ＳｉＨ4ガスを水素で希釈することに
よって膜中の欠陥が少なくなる。水素希釈度を２０倍と
したａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜（図中の（１））は、同じ
光学的バンドギャップ範囲１.９５〜２.２５ｅＶで光導
電率が約２倍に向上される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池や光センサ等
に用いられるアモルファスシリコン薄膜に関し、詳しく
はシングル型および積層型アモルファスシリコン太陽電
池のバッファ層やｉ層に用いられるアモルファスシリコ
ン薄膜に関する。
に用いられるアモルファスシリコン薄膜に関し、詳しく
はシングル型および積層型アモルファスシリコン太陽電
池のバッファ層やｉ層に用いられるアモルファスシリコ
ン薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】シングル型アモルファスシリコン太陽電
池を製造する場合のバッファ層、好ましくは積層型アモ
ルファスシリコン太陽電池を製造する場合のトップセル
のバッファ層やｉ層の光学的バンドギャップを高めるた
め、主原料ガスであるＳｉＨ4を水素で希釈した水素化
アモルファスシリコン膜や水素化アモルファスシリコン
カーバイド膜、最近になってＳｉＨ4およびＣＯ2ガスを
水素希釈したａ−ＳｉＯ：Ｈ膜が使用されている。特に
水素希釈法によるＳｉＨ4−ＣＯ2系から作製したａ−Ｓ
ｉＯ：Ｈ膜は、従来の水素希釈法によるＳｉＨ4−ＣＨ4
系から作製したａ−ＳｉＣ：Ｈ膜より同じ光学的バンド
ギャップで、約１桁高い光導電率が得られ、従来のａ−
ＳｉＣ：Ｈ膜より高品質な膜が得られたとの報告もあ
る。（THE 22nd IEEE Photovoltaic Specialists Confe
rence,p1296-1301）
池を製造する場合のバッファ層、好ましくは積層型アモ
ルファスシリコン太陽電池を製造する場合のトップセル
のバッファ層やｉ層の光学的バンドギャップを高めるた
め、主原料ガスであるＳｉＨ4を水素で希釈した水素化
アモルファスシリコン膜や水素化アモルファスシリコン
カーバイド膜、最近になってＳｉＨ4およびＣＯ2ガスを
水素希釈したａ−ＳｉＯ：Ｈ膜が使用されている。特に
水素希釈法によるＳｉＨ4−ＣＯ2系から作製したａ−Ｓ
ｉＯ：Ｈ膜は、従来の水素希釈法によるＳｉＨ4−ＣＨ4
系から作製したａ−ＳｉＣ：Ｈ膜より同じ光学的バンド
ギャップで、約１桁高い光導電率が得られ、従来のａ−
ＳｉＣ：Ｈ膜より高品質な膜が得られたとの報告もあ
る。（THE 22nd IEEE Photovoltaic Specialists Confe
rence,p1296-1301）
【発明が解決しようとする課題】ところで、シングル型
および積層型アモルファスシリコン太陽電池のバッファ
層やｉ層には、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜，ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜，ａ
−ＳｉＯ：Ｈ膜などが使用されている。特に、積層型ア
モルファスシリコン太陽電池のトップセルのバッファ層
やｉ層としては、高品質でワイドバンドギャップ化が可
能なアモルファスシリコン薄膜が有望視されている。す
なわち、従来の水素希釈度が高いＳｉＨ4ガスに、ＣＯ2
あるいはＣＨ4を添加した混合ガスをプラズマＣＶＤ法
で分解して得られる、アモルファスシリコン薄膜より、
導電率と光学的バンドギャップが共に高いものが望まれ
ている。本発明の目的は、導電率が高く、かつワイドバ
ンドギャップ化されたアモルファスシリコン薄膜および
その製造方法を提供することにある。また他の目的は、
導電率が高く、かつワイドバンドギャップのアモルファ
スシリコン薄膜を用いたシングル型または積層型のアモ
ルファスシリコン太陽電池を提供することにある。
および積層型アモルファスシリコン太陽電池のバッファ
層やｉ層には、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜，ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜，ａ
−ＳｉＯ：Ｈ膜などが使用されている。特に、積層型ア
モルファスシリコン太陽電池のトップセルのバッファ層
やｉ層としては、高品質でワイドバンドギャップ化が可
能なアモルファスシリコン薄膜が有望視されている。す
なわち、従来の水素希釈度が高いＳｉＨ4ガスに、ＣＯ2
あるいはＣＨ4を添加した混合ガスをプラズマＣＶＤ法
で分解して得られる、アモルファスシリコン薄膜より、
導電率と光学的バンドギャップが共に高いものが望まれ
ている。本発明の目的は、導電率が高く、かつワイドバ
ンドギャップ化されたアモルファスシリコン薄膜および
その製造方法を提供することにある。また他の目的は、
導電率が高く、かつワイドバンドギャップのアモルファ
スシリコン薄膜を用いたシングル型または積層型のアモ
ルファスシリコン太陽電池を提供することにある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のアモルファスシリコン薄膜はＳｉＨ4お
よびＮ2Ｏを主原料ガスとし、プラズマＣＶＤ法にて作
製されたものである。また他の発明のアモルファスシリ
コン薄膜は水素稀釈したＳｉＨ4およびＮ2Ｏを主原料ガ
スとし、プラズマＣＶＤ法にて作製されたものである。
さらに他の発明のシングル型または積層型のアモルファ
スシリコン太陽電池は上記アモルファスシリコン薄膜
を、バッファ層および／またはｉ層に用いた構成にあ
る。
めに、本発明のアモルファスシリコン薄膜はＳｉＨ4お
よびＮ2Ｏを主原料ガスとし、プラズマＣＶＤ法にて作
製されたものである。また他の発明のアモルファスシリ
コン薄膜は水素稀釈したＳｉＨ4およびＮ2Ｏを主原料ガ
スとし、プラズマＣＶＤ法にて作製されたものである。
さらに他の発明のシングル型または積層型のアモルファ
スシリコン太陽電池は上記アモルファスシリコン薄膜
を、バッファ層および／またはｉ層に用いた構成にあ
る。
【０００４】
【作用】ＳｉＨ４にＮ2Ｏを添加することで、同じ光学
的バンドギャップで光導電率が高い高品質なアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ）薄膜を作製するこ
とができる。またＳｉＨ4ガスを水素で希釈することに
よって膜中の欠陥が少なくなる。上記ワイドバンドギャ
ップのアモルファスシリコン薄膜を、シングル型アモル
ファスシリコン太陽電池のバッファ層や積層型アモルフ
ァスシリコン太陽電池のバッファ層およびｉ層に用いる
ことにより、セルの電圧を高めることができ、性能が向
上される。
的バンドギャップで光導電率が高い高品質なアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ）薄膜を作製するこ
とができる。またＳｉＨ4ガスを水素で希釈することに
よって膜中の欠陥が少なくなる。上記ワイドバンドギャ
ップのアモルファスシリコン薄膜を、シングル型アモル
ファスシリコン太陽電池のバッファ層や積層型アモルフ
ァスシリコン太陽電池のバッファ層およびｉ層に用いる
ことにより、セルの電圧を高めることができ、性能が向
上される。
【０００５】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。厚さ30
00-4000Å程度のアモルファスシリコン薄膜を、コーニ
ング社(CorningLtd.)製7059ガラス基板上にプラズマＣ
ＶＤ法にて形成した。反応ガスとしてＳｉＨ4，ＣＨ4，
ＣＯ2，Ｎ2Ｏ，Ｈ2を用いて、次の実施例の製造条件で
膜形成を行った。 （実施例１および比較例）水素希釈を行わない場合につ
いて実施した。比較する為に本発明のａ−Ｓｉ：Ｏ：
Ｎ：Ｈの他、ＣＨ4による従来のａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈも形
成した。製造条件は、表１に示す。
00-4000Å程度のアモルファスシリコン薄膜を、コーニ
ング社(CorningLtd.)製7059ガラス基板上にプラズマＣ
ＶＤ法にて形成した。反応ガスとしてＳｉＨ4，ＣＨ4，
ＣＯ2，Ｎ2Ｏ，Ｈ2を用いて、次の実施例の製造条件で
膜形成を行った。 （実施例１および比較例）水素希釈を行わない場合につ
いて実施した。比較する為に本発明のａ−Ｓｉ：Ｏ：
Ｎ：Ｈの他、ＣＨ4による従来のａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈも形
成した。製造条件は、表１に示す。
【０００６】 表 − １ 実施例１ 比較例１ 基板温度 ２００ ２００ ℃ 反応圧力 ０.２ ０.２ Ｔｏｒｒ パワー密度 約３３ 約３３ ｍＷ／ｃｍ2 ＳｉＨ4ガス流量 ２０ ２０ ｓｃｃｍ Ｎ2Ｏガス流量 ７ − ｓｃｃｍ ＣＨ4ガス流量 − １０ ｓｃｃｍ
【０００７】上記の製造条件で作製されたａ−Ｓｉ：
Ｏ：Ｎ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈのバンドギャップ
（Ｅopt），光導電率（σph）の結果を表２に示す。同
じ光導電率に対して本発明のアモルファスシリコン薄膜
の方が高いＥoptが得られることが確かめられた。
Ｏ：Ｎ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈのバンドギャップ
（Ｅopt），光導電率（σph）の結果を表２に示す。同
じ光導電率に対して本発明のアモルファスシリコン薄膜
の方が高いＥoptが得られることが確かめられた。
【０００７】 表 − ２ 膜の種類 Ｅopt（ｅＶ） σph（Ω.ｃｍ）-1 実施例１ ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ ２.０５ ２.６×１０-6 比較例１ ａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ １.９７ ２.４×１０-6
【０００８】（実施例２および３）本発明のａ−Ｓｉ：
Ｏ：Ｎ：Ｈの膜質に及ぼす水素希釈率を検討した。その
時の製造条件を表３に示す。
Ｏ：Ｎ：Ｈの膜質に及ぼす水素希釈率を検討した。その
時の製造条件を表３に示す。
【０００９】 表 − ３ 実施例２ 実施例３ 基板温度 １００〜２５０ １００〜２５０ ℃ 反応圧力 ０.５ ０.５ Ｔｏｒｒ パワー密度 約４４ 約４４ ｍＷ／ｃｍ2 ＳｉＨ4ガス流量 ２０ ２０ ｓｃｃｍ Ｈ2ガス流量 ４００ ２００ ｓｃｃｍ Ｎ2Ｏガス流量 ５〜１５ ５〜３０ ｓｃｃｍ
【００１０】実施例２および３で製造したアモルファス
シリコン薄膜の光学的バンドギャップＥoptと光導電率
σphとの関係をそれぞれ図１の(１)、(２)に示した。 （比較例２および３）上記実施例２の製造条件で、添加
ガスＮ2Ｏ以外にＣＯ2およびＣＨ4を用いて、水素希釈
度を２０倍として従来のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈおよびａ−Ｓ
ｉ：Ｃ：Ｈ膜を作製した。この膜のプラズマＣＶＤ法に
よる代表的な製造条件を表４に示す。
シリコン薄膜の光学的バンドギャップＥoptと光導電率
σphとの関係をそれぞれ図１の(１)、(２)に示した。 （比較例２および３）上記実施例２の製造条件で、添加
ガスＮ2Ｏ以外にＣＯ2およびＣＨ4を用いて、水素希釈
度を２０倍として従来のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈおよびａ−Ｓ
ｉ：Ｃ：Ｈ膜を作製した。この膜のプラズマＣＶＤ法に
よる代表的な製造条件を表４に示す。
【００１２】 表 − ４ 比較例２ 比較例３ 基板温度 １００〜２５０ １００〜２５０ ℃ 反応圧力 ０.５ ０.５ Ｔｏｒｒ パワー密度 約４４ 約４４ ｍＷ／ｃｍ2 ＳｉＨ4ガス流量 ２０ ２０ ｓｃｃｍ Ｈ2ガス流量 ４００ ４００ ｓｃｃｍ ＣＯ2ガス流量 １０〜２６ − ｓｃｃｍ ＣＨ4ガス流量 − ２６〜３６ ｓｃｃｍ
【００１３】図１は、上記実施例２および３と比較例２
および３の製造条件により作製されたアモルファスシリ
コン薄膜の光学的バンドギャップ（Ｅopt）および光導
電率（σph）の関係を示している。図中に示すＲｕｎ
Ｎｏ．のＮ2Ｏ，ＣＯ2，ＣＨ4の各ガス流量は次のとお
りである。
および３の製造条件により作製されたアモルファスシリ
コン薄膜の光学的バンドギャップ（Ｅopt）および光導
電率（σph）の関係を示している。図中に示すＲｕｎ
Ｎｏ．のＮ2Ｏ，ＣＯ2，ＣＨ4の各ガス流量は次のとお
りである。
【００１３】 Ｒｕｎ Ｎｏ． ガス流量 水素希釈度 （ｓｃｃｍ） Ｈ2／ＳｉＨ4（倍） ───────────────────────────── 実施例２ （Ｎ2Ｏ） ７３１ ５ ２０ ７３５ １０ ７３６ １５ ───────────────────────────── 実施例３ （Ｎ2Ｏ） ７２６ ５ １０ ７２５ １０ ７２４ ３０ ───────────────────────────── 比較例２ （ＣＯ2） ７３２ １０ ２０ ７３０ １８ ７２９ ２６ ───────────────────────────── 比較例３ （ＣＨ4） ７３３ ２６ ２０ ７３４ ３６ ─────────────────────────────
【００１４】図１の（１）は、実施例２（水素稀釈度２
０倍）で作製されたａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜における、
また図１の（２）は実施例３（水素稀釈度１０倍）で作
製されたａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜における光学的バンド
ギャップ（Ｅopt）および光導電率（σph）の関係を示
している。水素希釈度を２０倍としたａ−Ｓｉ：Ｏ：
Ｎ：Ｈ膜は、同じ光学的バンドギャップ範囲１.９５〜
２.２５ｅＶで光導電率が約２倍に向上した。図１の
（３）は、比較例２の製造条件で作製された水素希釈度
２０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜、また図１の（４）は比較
例３の製造条件で作製された水素希釈度２０倍のａ−Ｓ
ｉ：Ｃ：Ｈ膜のＥopt，σphの関係を示している。
０倍）で作製されたａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜における、
また図１の（２）は実施例３（水素稀釈度１０倍）で作
製されたａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜における光学的バンド
ギャップ（Ｅopt）および光導電率（σph）の関係を示
している。水素希釈度を２０倍としたａ−Ｓｉ：Ｏ：
Ｎ：Ｈ膜は、同じ光学的バンドギャップ範囲１.９５〜
２.２５ｅＶで光導電率が約２倍に向上した。図１の
（３）は、比較例２の製造条件で作製された水素希釈度
２０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜、また図１の（４）は比較
例３の製造条件で作製された水素希釈度２０倍のａ−Ｓ
ｉ：Ｃ：Ｈ膜のＥopt，σphの関係を示している。
【００１５】比較例３の添加ガスがＣＨ4の場合、水素
希釈度を２０倍としているのにかかわらず、実施例２の
添加ガスＮ2Ｏからなるａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜のσph
の方が約１桁以上向上していることがわかった。また、
比較例２の添加ガスがＣＯ2の場合では水素稀釈度２０
倍にもかかわらず、Ｅopt＝２.０８〜２.１２ｅＶの範
囲では、水素希釈度１０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜と
同程度のσphしか得られなかった。そして、Ｅopt＝２.
０２ｅＶでは水素希釈度２０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ
膜の方が、σphで約１桁向上していることがわかった。
以上の結果として、水素希釈度２０倍としたａ−Ｓｉ：
Ｏ：Ｎ：Ｈ膜は、添加ガスをＣＯ2あるいはＣＨ4とした
場合と比べて、同じ光学的バンドギャップで光導電率が
約２倍以上向上している。
希釈度を２０倍としているのにかかわらず、実施例２の
添加ガスＮ2Ｏからなるａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜のσph
の方が約１桁以上向上していることがわかった。また、
比較例２の添加ガスがＣＯ2の場合では水素稀釈度２０
倍にもかかわらず、Ｅopt＝２.０８〜２.１２ｅＶの範
囲では、水素希釈度１０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜と
同程度のσphしか得られなかった。そして、Ｅopt＝２.
０２ｅＶでは水素希釈度２０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ
膜の方が、σphで約１桁向上していることがわかった。
以上の結果として、水素希釈度２０倍としたａ−Ｓｉ：
Ｏ：Ｎ：Ｈ膜は、添加ガスをＣＯ2あるいはＣＨ4とした
場合と比べて、同じ光学的バンドギャップで光導電率が
約２倍以上向上している。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原料ガスとしてＳｉＨ4およびＮ2Ｏの混合ガスを用いて
アモルファスシリコン薄膜を作製したことにより、従来
型のａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ膜及びａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜より、
高品質で光学的バンドギャップが高くなる。この特性は
ＳｉＨ4を水素で稀釈することにより、さらに良くな
る。
原料ガスとしてＳｉＨ4およびＮ2Ｏの混合ガスを用いて
アモルファスシリコン薄膜を作製したことにより、従来
型のａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ膜及びａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜より、
高品質で光学的バンドギャップが高くなる。この特性は
ＳｉＨ4を水素で稀釈することにより、さらに良くな
る。
【図１】 本発明によるアモルファスシリコン薄膜の光
学的バンドギャップ（Ｅopt）と光導電率（σph）の関
係を示す図である。
学的バンドギャップ（Ｅopt）と光導電率（σph）の関
係を示す図である。
１…水素希釈度２０倍ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜 ２…水素希釈度１０倍ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜 ３…水素希釈度２０倍ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜 ４…水素希釈度２０倍ａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ膜
Claims (3)
- 【請求項１】 ＳｉＨ4およびＮ2Ｏを主原料ガスとし、
プラズマＣＶＤ法にて作製されたアモルファスシリコン
薄膜。 - 【請求項２】 水素希釈したＳｉＨ4ガスおよびＮ2Ｏを
主原料ガスとし、プラズマＣＶＤ法にて作製されたアモ
ルファスシリコン薄膜。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のアモルファスシ
リコン薄膜を、バッファ層および／またはｉ層に用いら
れたシングル型または積層型アモルファスシリコン太陽
電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4356379A JPH0653151A (ja) | 1992-06-03 | 1992-12-21 | アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池 |
| US08/068,070 US5391410A (en) | 1992-06-03 | 1993-05-28 | Plasma CVD of amorphous silicon thin film |
| EP93108922A EP0573030A2 (en) | 1992-06-03 | 1993-06-03 | Amorphous silicon thin film |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14266092 | 1992-06-03 | ||
| JP4-142660 | 1992-06-03 | ||
| JP4356379A JPH0653151A (ja) | 1992-06-03 | 1992-12-21 | アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH0653151A true JPH0653151A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=26474589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4356379A Pending JPH0653151A (ja) | 1992-06-03 | 1992-12-21 | アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0573030A2 (ja) |
| JP (1) | JPH0653151A (ja) |
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| EP0573030A2 (en) | 1993-12-08 |
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