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

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JPH0653151A
JPH0653151A JP4356379A JP35637992A JPH0653151A JP H0653151 A JPH0653151 A JP H0653151A JP 4356379 A JP4356379 A JP 4356379A JP 35637992 A JP35637992 A JP 35637992A JP H0653151 A JPH0653151 A JP H0653151A
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哲郎 新居
Shitsuchiyanuritsutsu Poopon
ポーポン・シッチャヌリッツ
Takahisa Kase
高久 加瀬
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Showa Shell Sekiyu KK
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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。N2
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

【発明の詳細な説明】
【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。
【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)
【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。
【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
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】SiH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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
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