JPH0715025A - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents

光起電力装置の製造方法

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JPH0715025A
JPH0715025A JP5149047A JP14904793A JPH0715025A JP H0715025 A JPH0715025 A JP H0715025A JP 5149047 A JP5149047 A JP 5149047A JP 14904793 A JP14904793 A JP 14904793A JP H0715025 A JPH0715025 A JP H0715025A
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JP
Japan
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layer
photoelectric conversion
conversion element
oxide film
photovoltaic device
Prior art date
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Application number
JP5149047A
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English (en)
Inventor
Takuo Tochihara
拓夫 栃原
Haruhisa Hashimoto
治寿 橋本
Hisao Haku
久雄 白玖
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第1の光電変換素子のi層を構成しているa
−SiGe中のGe及びHが第2の光電変換素子の形成
中にn層中に混入したり拡散するのを防止することがで
きる光起電力装置の製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 第1のnip型光電変換素子3を形成した
後、基板を反応室から外に出し、大気にさらすことによ
り上記第1のnip型光電変換素子3のp1 層3c上に
自然酸化膜10を形成し、第2の光電変換素子のn層を
形成する際に上記n層にGeやHが混入,拡散するのを
上記自然酸化膜10によって阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質半導体を用いた
光起電力装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】クリーンなエネルギーとして、太陽光発
電が注目を集めている。その中でも特に非晶質太陽電池
は低コスト化に有望であることから、研究開発が積極的
に進められている。
【0003】一般的な非晶質太陽電池は、p型非晶質半
導体膜(以下、p層と略記する)、i型非晶質半導体膜
(以下、i層と略記する)、及びn型非晶質半導体膜
(以下、n層と略記する)を備える。そして、上記のi
層として、非晶質シリコンゲルマニウム(以下、a−S
iGeと略記する)を用いた非晶質太陽電池は、非晶質
シリコン(以下、a−Siと略記する)では吸収できな
い長波長光に対して感度を持つことから、効率の飛躍的
向上が期待されている。
【0004】その代表的な構造としては、第3回高効率
太陽電池ワークショップ(1992、10、5〜6 シ
ャープ)予稿集p100に開示されているように、高反
射裏面電極を有する基板の上に、太陽光のスペクトル成
分のうち、長波長光成分を活用するために、a−SiG
eをi層に持つnip構造部(光電変換素子)を形成
し、光入射側に主に短波長・中波長光成分の光を活用す
るためにa−Siやa−SiCをi層に持つnip構造
部を積層形成したものが知られている。即ち、互いにバ
ンドギャップが異なるa−SiC,a−Si及びa−S
iGe等をi層に用いた光電変換素子を多段に設け、可
能なかぎり太陽光の多くのスペクトル成分を活用しよう
とするものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の非晶質太陽電池は、光電変換効率としては11%程
度しか得られず、太陽光の多くのスペクトル成分を活用
することにより期待される光電変換効率は得ていない。
【0006】これは、非晶質太陽電池の製造方法に原因
があるものと考えられる。即ち、上記積層構造の光起電
力装置を製造する場合、まず、裏面電極上にn層、i層
(a−SiGe)、p層をCVD法により順次成膜して
第1光電変換素子を形成し、更に同様に上記p層上にn
層、i層(a−Si又はa−SiC)、p層をCVD法
により成膜して第2光電変換素子を形成するが、このと
きに、第1光電変換素子のi層のGeが第2光電変換素
子のn層に混入する。Geが混入したn層は、n型a−
SiGeとなり、このn型a−SiGeの特性は悪いた
めに当該光起電力装置の特性が悪くなると考えられる
(IEEE PVSC Proc.(1988,9,2
6〜30参照)。もちろん第1光電変換素子のp層へも
Geが混入するがa−SiCの場合、a−Siほど影響
は受けない。
【0007】また、第1光電変換素子のi層を構成する
a−SiGe中のH(水素)は、Ge−Hの結合で存在
するのであるが、これはSi−Hの結合に比べて結合力
が小さく、抜け出しやすいという性質がある。第1光電
変換素子単体では第1光電変換素子のp層中のH量は豊
富なのでa−SiGe中のHの抜け出しは防止される
が、その上に第2光電変換素子を積むことにより、第1
光電変換素子のp層中のHと共に第2光電変換素子に上
記a−SiGe中のHが抜け出してこれに入り込み、こ
のことが第1光電変換素子の特性を劣化することに加え
て第2光電変換素子の特性をも劣化させるためと考えら
れる。
【0008】本発明は、上記の事情に鑑み、第1の光電
変換素子のi層を構成しているa−SiGe中のGe及
びHが第2の光電変換素子の形成中にこれに混入したり
拡散するのを防止することができる光起電力装置の製造
方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の光起電力装置の
製造方法は、上記の課題を解決するために、非晶質シリ
コンゲルマニウムをi層に用いた第1のnip型光電変
換素子を形成した後、この第1のnip型光電変換素子
のp層上に第2のnip型光電変換素子を形成する工程
を有する光起電力装置の製造方法において、前記第1の
nip型光電変換素子を形成した後に基板を反応室から
外に出し、大気にさらすことにより上記p層上に自然酸
化膜を形成する工程を含めたことを特徴とする。
【0010】
【作用】上記の構成によれば、第1の光電変換素子の形
成後に基板を反応室外に出して大気にさらすため、第1
の光電変換素子のp層上に自然酸化膜が形成される。従
って、第2の光電変換素子のn層を形成する際には、上
記自然酸化膜がバリアーとして機能し、上記n層へのG
eやHの混入,拡散が阻止される。これにより、第2の
nip型光電変換素子の特性劣化が防止されることにな
り、光起電力装置の特性向上が図れる。
【0011】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図に基づい
て説明する。
【0012】図1は、a−Si太陽電池の製造方法を工
程順に示す断面図である。
【0013】まず、同図(a)に示すように、ガラス或
いはステンレス等からなる支持基板1上に銀(Ag)等
からなる高反射裏面電極2をスパッタ法により2000
Åの膜厚に形成する。
【0014】次に、同図(b)に示すように、n1 層3
a(300Å)、i1 層3b(3000Å)、p1 層3
c(100Å)を順に成膜し、第1光電変換素子3を形
成する。上記各層の成膜は、プラズマCVD法により行
い、その成膜条件は、基板温度200℃、圧力0.1T
orr、RFパワー30Wとした。
【0015】また、n層3aの成膜においては、反応ガ
スとしてシランガス(SiH4 :10SCCM)とホス
フィン(PH3 :1%)を用い、i1 層3bの成膜にお
いてはシランガス(SiH4 :10SCCM)とゲルマ
ンガス(GeH4 :5SCCM)を用い、p1 層3cの
成膜においてはシランガス(SiH4 :10SCCM)
とメタンガス(CH4 :5SCCM)とジボランガス
(B2 6 :1%)を用いた。
【0016】そして、以上のようにして第1光電変換素
子3を形成した後、反応室内の真空状態を解除し、基板
を反応室の外に出して大気にさらす。
【0017】このとき、第1光電変換素子3のp1 層3
c上には、p1 層3cを形成しているSiと大気中のO
2 や水分が反応することにより自然酸化膜(SiO
2 膜)10が形成される。自然酸化膜10の膜厚と大気
との関係については後述する。
【0018】次に上記の自然酸化膜10が形成された基
板を再び反応室(新たな反応室又は元の反応室)内に戻
す。
【0019】そして、同図(c)に示すように、n2
4a(100Å)、i2 層4b(1000Å)、p2
4c(200Å)を順に成膜し、第2光電変換素子4を
形成する。
【0020】上記各層の成膜は、プラズマCVD法によ
り行い、その成膜条件は、第1光電変換素子3を形成す
るときの条件と同じく、基板温度200℃、圧力0.1
Torr、RFパワー30Wとした。
【0021】また、n2 層4aの成膜においては、シラ
ンガス(SiH4 :10SCCM)とホスフィン(PH
3 :1%)を用い、i1 層4bの成膜においては、シラ
ンガス(SiH4 :10SCCM)を用い、p2 層4c
の成膜においては、シランガス(SiH4 :10SCC
M)とメタンガス(CH4 :5SCCM)とジボランガ
ス(B2 6 :1%)を用いた。
【0022】次に、同図(d)に示すように、透明電極
(例えばITO)5をスパッタ法により1000Åの膜
厚に形成し、更に取り出し電極6,7を形成する。
【0023】以上の工程により、互いにバンドギャップ
が異なる第1光電変換素子3と第2光電変換素子4を有
する二層構造のa−Si太陽電池が得られる。
【0024】上記の製法においては、第1光電変換素子
3を形成した後に一旦基板を反応室外に出し、大気にさ
らしてp1 層3c上に自然酸化膜10を形成するため、
上記自然酸化膜10を有しない従来方法による構造のa
−Si太陽電池に比べ、特性を向上させることができ
た。
【0025】下記の表1に両者の各種特性についての比
較結果を示す。
【0026】
【表1】 (AM−1.5 100mW/cm2 光.セル面積1c
2
【0027】このように特性の向上が見られたのは、p
1 層3c上に形成された自然酸化膜10がブロッキング
膜として機能し、第2光電変換素子4の形成中にそのn
2 層4aにGeやHが混入,拡散するのを防止できるた
めと考えられる。
【0028】ここで、上記の自然酸化膜10は、上記の
ブロッキング膜としての機能のみを考えるならば、その
膜厚が厚いほど良好な特性が得られると考えられる。
【0029】しかし、膜厚が厚くなれば酸化膜による絶
縁性の影響が強くなり、このことがa−Si太陽電池の
特性(短絡電流,曲線因子)を低下させることになる。
【0030】従って、自然酸化膜の厚みは、ブロッキン
グ膜としての機能を発揮すると共に、光起電力装置の各
種特性に悪影響を与えないような膜厚に設定される。
【0031】具体的には、上記自然酸化膜10は、数Å
〜20Å程度の膜厚とするのが望ましい。この範囲であ
れば、トンネル効果により必要な短絡電流が得られるか
らである。なお、単に従来構造のものよりも高い特性を
得るのであれば、上記自然酸化膜10の膜厚は50Å程
度まで許容される。
【0032】次に、大気中での放置時間をどのくらいに
するか、また、この放置時間と大気の状態(気温,湿度
等)との関係等について検討する。上記自然酸化膜10
の膜厚は、大気放置時間や大気の状態によって影響を受
けるからである。
【0033】図2は、大気中での放置時間と発電効率と
の関係を示すグラフである。発電効率は従来方法による
構造の太陽電池を1.0として表わしている。また、図
のグラフ(a)は室温20℃、湿度50%である場合を
示し、グラフ(b)は室温30℃、湿度70%である場
合を示している。なお、いずれも基板温度は、100℃
である。
【0034】上記のグラフから分かるように、大気放置
時間が約40秒〜1分である場合に最も高い光電変換効
率が得られ、それ以上の時間では徐々に効率は低下し、
約100分以上になると、従来構造と同程度の効率にな
る。従って、上記条件の下のでは大気放置時間は長くて
も100分とするのが良い。
【0035】また、上記グラフでは、基板温度が100
℃である場合について示したが、この基板温度が異なれ
ば、最適な大気放置時間も異なってくる。因みに、室温
20℃、湿度50%の条件下では、最適な大気放置時間
は下記の表2に示す時間となる。
【0036】
【表2】
【0037】なお、本実施例では、i層を二層構造とし
たものについて説明したが、三層以上の積層構造として
も同様の効果が得られるものである。
【0038】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第1光
電変換素子を形成した後に基板を一旦大気にさらし、自
然酸化膜を形成するようにしたので、その後に形成され
る第2光電変換素子中へのGeやHの混入,拡散が抑制
され、光起電力装置の特性を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光起電力装置の製造方法を工程順に示
す断面図である。
【図2】本発明の大気放置時間と発電効率との関係を示
すグラフである。
【符号の説明】
1 支持基板 2 高反射裏面電極 3 第1光電変換素子 4 第2光電変換素子 5 透明電極 10 自然酸化膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非晶質シリコンゲルマニウムをi層に用
    いた第1のnip型光電変換素子を形成した後、この第
    1のnip型光電変換素子のp層上に第2のnip型光
    電変換素子を形成する工程を有する光起電力装置の製造
    方法において、 前記第1のnip型光電変換素子を形
    成した後に基板を反応室から外に出し、大気にさらすこ
    とにより上記p層上に自然酸化膜を形成する工程を含め
    たことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
JP5149047A 1993-06-21 1993-06-21 光起電力装置の製造方法 Pending JPH0715025A (ja)

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