JPH0837316A - 非晶質半導体光電変換装置 - Google Patents
非晶質半導体光電変換装置Info
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- JPH0837316A JPH0837316A JP6170887A JP17088794A JPH0837316A JP H0837316 A JPH0837316 A JP H0837316A JP 6170887 A JP6170887 A JP 6170887A JP 17088794 A JP17088794 A JP 17088794A JP H0837316 A JPH0837316 A JP H0837316A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 透明酸化物電極上に非晶質半導体デバイス
を形成する際に、透明酸化物電極表面を酸化性プラズマ
で処理を行った後に、非晶質薄膜を形成し、デバイス化
を図る方法によって得られた非晶質半導体光電変換装
置。 【効果】 透明酸化物電極表面が安定化し、整流特性
の高いデバイスができ、高開放端電圧、高曲線因子を有
する非晶質半導体光電変換装置が得られる。
を形成する際に、透明酸化物電極表面を酸化性プラズマ
で処理を行った後に、非晶質薄膜を形成し、デバイス化
を図る方法によって得られた非晶質半導体光電変換装
置。 【効果】 透明酸化物電極表面が安定化し、整流特性
の高いデバイスができ、高開放端電圧、高曲線因子を有
する非晶質半導体光電変換装置が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非晶質シリコン半導体デ
バイスの高性能化に関し、特に、光起電力素子の高性能
化、更には、太陽電池素子の開放端電圧を高めることに
より、高変換効率でかつ高信頼性を達成する非晶質シリ
コン半導体デバイスの構成に関するものである。
バイスの高性能化に関し、特に、光起電力素子の高性能
化、更には、太陽電池素子の開放端電圧を高めることに
より、高変換効率でかつ高信頼性を達成する非晶質シリ
コン半導体デバイスの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコン太陽電池は１Ｗ程度以下
の、出力の小さいエネルギー供給源としてすでに実用化
されている。しかしながら、電力用に用いる出力の大き
いエネルギー供給源としては、未だ満足させる性能に到
達せず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されて
いる。各種の検討の結果、短絡光電流ならびに曲線因子
については、特定した非晶質半導体の物性から推算され
る理論的予想値に近い結果、例えば短絡光電流では19mA
/cm2、曲線因子では、0.78という結果が報告されてい
る。また、開放端電圧は光電変換素子を構成する各層の
材料物性を考慮した場合に推算される電圧に近い値が得
られている。このような現状と理論的結果から、電力用
途を目指した、高変換効率でかつ高信頼性の非晶質光電
変換素子を開発していくには、構成各層の欠陥を結晶性
の材料に近づけるのが第一の課題である。しかしなが
ら、各種の、多くの検討の結果、材料欠陥を極端に減少
させる技術の開発・進捗等はいまや飽和傾向にある。ま
た、単一の薄膜で高品質化が達成しえた場合において
も、100nm 以下の薄い膜を積層することにより構成され
ている非晶質太陽電池においては、積層状態や界面特
性、組成の急峻性等が、変換効率などの特性に大きく影
響し、高性能を達成することは困難な場合が多く見られ
る。
の、出力の小さいエネルギー供給源としてすでに実用化
されている。しかしながら、電力用に用いる出力の大き
いエネルギー供給源としては、未だ満足させる性能に到
達せず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されて
いる。各種の検討の結果、短絡光電流ならびに曲線因子
については、特定した非晶質半導体の物性から推算され
る理論的予想値に近い結果、例えば短絡光電流では19mA
/cm2、曲線因子では、0.78という結果が報告されてい
る。また、開放端電圧は光電変換素子を構成する各層の
材料物性を考慮した場合に推算される電圧に近い値が得
られている。このような現状と理論的結果から、電力用
途を目指した、高変換効率でかつ高信頼性の非晶質光電
変換素子を開発していくには、構成各層の欠陥を結晶性
の材料に近づけるのが第一の課題である。しかしなが
ら、各種の、多くの検討の結果、材料欠陥を極端に減少
させる技術の開発・進捗等はいまや飽和傾向にある。ま
た、単一の薄膜で高品質化が達成しえた場合において
も、100nm 以下の薄い膜を積層することにより構成され
ている非晶質太陽電池においては、積層状態や界面特
性、組成の急峻性等が、変換効率などの特性に大きく影
響し、高性能を達成することは困難な場合が多く見られ
る。
【０００３】現在、透明電極材料に多く用いられている
酸化スズは、その結合エネルギ−が約500kJ/mol （サム
ソノフ監修、最新酸化物便覧（日ソ通信社）より）とさ
ほど大きくなく、また、触媒やセンサ−材料等に用いら
れるように化学的に極めて活性な物質であるために、透
明電極に続けて形成される非晶質半導体層との固相反応
や形成時におけるプロセス損傷が生じ、透明電極の透明
性の低下や元素の相互拡散による半導体層の低品質化が
起き、薄膜太陽電池としての性能低下を招くことが、我
々により屡々認められた。したがって、透明電極材料の
表面安定性は、太陽電池特性の向上のために、極めて重
要な因子である。
酸化スズは、その結合エネルギ−が約500kJ/mol （サム
ソノフ監修、最新酸化物便覧（日ソ通信社）より）とさ
ほど大きくなく、また、触媒やセンサ−材料等に用いら
れるように化学的に極めて活性な物質であるために、透
明電極に続けて形成される非晶質半導体層との固相反応
や形成時におけるプロセス損傷が生じ、透明電極の透明
性の低下や元素の相互拡散による半導体層の低品質化が
起き、薄膜太陽電池としての性能低下を招くことが、我
々により屡々認められた。したがって、透明電極材料の
表面安定性は、太陽電池特性の向上のために、極めて重
要な因子である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非晶質シリ
コン半導体デバイスの性能向上、特に、非晶質太陽電池
の変換効率、とくに開放端電圧を向上させ、高性能の非
晶質光電変換装置を提供することを目的とする。透明電
極材料に多く用いられている酸化スズ等の透明性酸化物
電極はその小さな結合エネルギーと表面活性ゆえに、透
明性酸化物電極に続けて形成される非晶質半導体層との
固相反応や形成時におけるプロセス損傷が生じ、透明性
酸化物電極の透明性の低下や元素の相互拡散による半導
体層の低品質化が起き、薄膜太陽電池としての性能低下
を招くことが、我々により頻繁に認められた。そこで、
我々は、この酸化物透明導電膜の還元を抑制することが
必須であると考え、透明性酸化物電極の構造を緻密に
し、かつ表面を化学的に安定にするために、透明性酸化
物電極の表面処理方法を発見し、その結果、整流特性が
高く、高開放端電圧で高性能の非晶質シリコン半導体デ
バイスの形成が可能になった。
コン半導体デバイスの性能向上、特に、非晶質太陽電池
の変換効率、とくに開放端電圧を向上させ、高性能の非
晶質光電変換装置を提供することを目的とする。透明電
極材料に多く用いられている酸化スズ等の透明性酸化物
電極はその小さな結合エネルギーと表面活性ゆえに、透
明性酸化物電極に続けて形成される非晶質半導体層との
固相反応や形成時におけるプロセス損傷が生じ、透明性
酸化物電極の透明性の低下や元素の相互拡散による半導
体層の低品質化が起き、薄膜太陽電池としての性能低下
を招くことが、我々により頻繁に認められた。そこで、
我々は、この酸化物透明導電膜の還元を抑制することが
必須であると考え、透明性酸化物電極の構造を緻密に
し、かつ表面を化学的に安定にするために、透明性酸化
物電極の表面処理方法を発見し、その結果、整流特性が
高く、高開放端電圧で高性能の非晶質シリコン半導体デ
バイスの形成が可能になった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、基
板、透明性酸化物電極、実質的に真性な半導体薄膜、ｎ
型半導体薄膜、電極の構成からなる積層して形成された
非晶質半導体装置において、該透明性酸化物電極の表面
を酸化性プラズマにより、表面処理を行った後、該実質
的に真性な半導体薄膜を形成することを特徴とする非晶
質半導体光電変換装置であり、好ましくは、透明性酸化
物電極の表面を酸化性プラズマにより、表面処理を行う
に際し、該酸化性プラズマが、酸素原子を含む気体から
なる混合気体を用いるものである非晶質半導体光電変換
装置であり、また、好ましくは、透明性酸化物電極の表
面を酸化性プラズマにより、表面処理を行うに際し、該
酸化性プラズマがフッ素原子を含む気体からなる混合気
体を用いるものである非晶質半導体光電変換装置を要旨
とするものである。
板、透明性酸化物電極、実質的に真性な半導体薄膜、ｎ
型半導体薄膜、電極の構成からなる積層して形成された
非晶質半導体装置において、該透明性酸化物電極の表面
を酸化性プラズマにより、表面処理を行った後、該実質
的に真性な半導体薄膜を形成することを特徴とする非晶
質半導体光電変換装置であり、好ましくは、透明性酸化
物電極の表面を酸化性プラズマにより、表面処理を行う
に際し、該酸化性プラズマが、酸素原子を含む気体から
なる混合気体を用いるものである非晶質半導体光電変換
装置であり、また、好ましくは、透明性酸化物電極の表
面を酸化性プラズマにより、表面処理を行うに際し、該
酸化性プラズマがフッ素原子を含む気体からなる混合気
体を用いるものである非晶質半導体光電変換装置を要旨
とするものである。
【０００６】以下、本発明の構成要件について説明す
る。まず、本発明における酸化性プラズマについて記載
する。プラズマを発生させることは、プラズマ発生用電
極に、直流または交流の電圧を印加することにより可能
であり、交流の周波数は、50Hzから200MHzを用いること
が可能である。特に、商用電力の周波数である50Hzや60
Hz、電波法上、認められている13.56MHzが、利用上好ま
しい周波数である。また、200MHz以上の交流電波を反応
室に導入するに、導波管を用いて導入する方法もあり、
2.45GHz 周波数のマイクロ波を用いたプラズマの発生に
は、導波管法を用いる。しかしながら、このプラズマ発
生用の周波数（直流も含め）は、本発明を実施する上に
おいて、何ら支障を与えるものではない。
る。まず、本発明における酸化性プラズマについて記載
する。プラズマを発生させることは、プラズマ発生用電
極に、直流または交流の電圧を印加することにより可能
であり、交流の周波数は、50Hzから200MHzを用いること
が可能である。特に、商用電力の周波数である50Hzや60
Hz、電波法上、認められている13.56MHzが、利用上好ま
しい周波数である。また、200MHz以上の交流電波を反応
室に導入するに、導波管を用いて導入する方法もあり、
2.45GHz 周波数のマイクロ波を用いたプラズマの発生に
は、導波管法を用いる。しかしながら、このプラズマ発
生用の周波数（直流も含め）は、本発明を実施する上に
おいて、何ら支障を与えるものではない。
【０００７】プラズマを発生させる電力は、電力密度換
算において、0.001 mW/cm2〜 100W/cm2 を用い、好まし
くは、0.01 mW/cm2 〜 10W/cm2、更に好ましくは、0.01
mW/cm2 〜 1W/cm2 が用いられる。酸化性プラズマ発生
のための原料気体は、酸素原子を含んだ化合物あるいは
フッ素原子を含んだ化合物であり、具体的には、酸素
（O2）、亜酸化窒素（N2O ）、酸化窒素（NO）、二酸化
窒素（NO2 ）、二酸化炭素（CO2 ）、一酸化炭素（C
O）、フッ素ガス（F2）、三フッ化窒素（NF3 ）、四フ
ッ化炭素（CF4 ）等である。また、これらの混合ガスや
これらの化合物に窒素、ヘリウム、アルゴン等の希ガス
を添加した混合ガスも使用してよい。原料ガスの導入
は、ガス流量計を通して行われ、その流量は、1cc/分〜
1000 cc/分である。処理圧力は0.01〜100torr 、好まし
くは0.03〜1.5 Torrで行われる。表面処理の温度は 50
〜400 ℃、好ましくは50〜350 ℃であり、処理時間は、
10秒〜30分程度である。
算において、0.001 mW/cm2〜 100W/cm2 を用い、好まし
くは、0.01 mW/cm2 〜 10W/cm2、更に好ましくは、0.01
mW/cm2 〜 1W/cm2 が用いられる。酸化性プラズマ発生
のための原料気体は、酸素原子を含んだ化合物あるいは
フッ素原子を含んだ化合物であり、具体的には、酸素
（O2）、亜酸化窒素（N2O ）、酸化窒素（NO）、二酸化
窒素（NO2 ）、二酸化炭素（CO2 ）、一酸化炭素（C
O）、フッ素ガス（F2）、三フッ化窒素（NF3 ）、四フ
ッ化炭素（CF4 ）等である。また、これらの混合ガスや
これらの化合物に窒素、ヘリウム、アルゴン等の希ガス
を添加した混合ガスも使用してよい。原料ガスの導入
は、ガス流量計を通して行われ、その流量は、1cc/分〜
1000 cc/分である。処理圧力は0.01〜100torr 、好まし
くは0.03〜1.5 Torrで行われる。表面処理の温度は 50
〜400 ℃、好ましくは50〜350 ℃であり、処理時間は、
10秒〜30分程度である。
【０００８】ここでいう実質的に真性な半導体薄膜と
は、非晶質シリコン太陽電池の光活性領域を形成するも
のである。これら真性半導体薄膜は、分子内にシリコン
を有する化合物等から、プラズマＣＶＤ（化学気相堆
積）法や光ＣＶＤ、熱ＣＶＤ（化学気相堆積）法を適用
することにより容易に形成される。ここで、プラズマを
用いたＣＶＤ法による当該真性半導体薄膜の形成につい
て、具体的に説明する。
は、非晶質シリコン太陽電池の光活性領域を形成するも
のである。これら真性半導体薄膜は、分子内にシリコン
を有する化合物等から、プラズマＣＶＤ（化学気相堆
積）法や光ＣＶＤ、熱ＣＶＤ（化学気相堆積）法を適用
することにより容易に形成される。ここで、プラズマを
用いたＣＶＤ法による当該真性半導体薄膜の形成につい
て、具体的に説明する。
【０００９】プラズマを発生させることは、プラズマ発
生用電極に、直流または交流の電圧を印加することによ
り可能であり、交流の周波数は、20kHz から100MHzを用
いることが可能である。特に、商用電力の周波数である
50Hzや60Hz、電波法上、認められている13.56MHzが、利
用上好ましい周波数である。しかしながら、このプラズ
マ発生用の周波数（直流も含め）は、本発明を実施する
上において、何ら支障を与えるものではない。プラズマ
を発生させる電力は、電力密度換算において、0.001 mW
/cm2〜 100W/cm2 を用いる。原料ガスは、一般式Sin H
2n+2 （n; 1以上の正の整数）で表されるシラン化合
物、SiH n X4-n（X;ハロゲン原子でフッ素原子、塩素原
子、n; 1以上4 までの正の整数）、Si2Hn X6-n（X;ハロ
ゲン原子でフッ素原子、塩素原子、n; 1以上6 までの正
の整数）で表されるハロゲン化シラン化合物であり、具
体的、かつ産業上利用しやすい原料ガスは、モノシラン
(SiH4)、ジシラン(Si2H6) 、トリシラン(Si3H8) 、四フ
ッ化珪素(SiF4)、ジフルオロシラン(SiH2F2)、トリフル
オロシラン(SiHF3) 、モノフルオロシラン(SiH3F) 、ヘ
キサフルオロジシラン(Si2F6) である。これらの原料ガ
スは、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）や水素ガス
により希釈して用いてもよい。希釈された当該原料ガス
は、体積濃度により表現して、1 〜100 ％である。
生用電極に、直流または交流の電圧を印加することによ
り可能であり、交流の周波数は、20kHz から100MHzを用
いることが可能である。特に、商用電力の周波数である
50Hzや60Hz、電波法上、認められている13.56MHzが、利
用上好ましい周波数である。しかしながら、このプラズ
マ発生用の周波数（直流も含め）は、本発明を実施する
上において、何ら支障を与えるものではない。プラズマ
を発生させる電力は、電力密度換算において、0.001 mW
/cm2〜 100W/cm2 を用いる。原料ガスは、一般式Sin H
2n+2 （n; 1以上の正の整数）で表されるシラン化合
物、SiH n X4-n（X;ハロゲン原子でフッ素原子、塩素原
子、n; 1以上4 までの正の整数）、Si2Hn X6-n（X;ハロ
ゲン原子でフッ素原子、塩素原子、n; 1以上6 までの正
の整数）で表されるハロゲン化シラン化合物であり、具
体的、かつ産業上利用しやすい原料ガスは、モノシラン
(SiH4)、ジシラン(Si2H6) 、トリシラン(Si3H8) 、四フ
ッ化珪素(SiF4)、ジフルオロシラン(SiH2F2)、トリフル
オロシラン(SiHF3) 、モノフルオロシラン(SiH3F) 、ヘ
キサフルオロジシラン(Si2F6) である。これらの原料ガ
スは、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）や水素ガス
により希釈して用いてもよい。希釈された当該原料ガス
は、体積濃度により表現して、1 〜100 ％である。
【００１０】原料ガスの導入は、ガス流量計を通して行
われ、その流量は、1cc/分〜1000 cc/分である。形成温
度は 50 〜400 ℃、好ましくは50〜350 ℃であり、形成
圧力は0.01〜100torr 、好ましくは0.03〜1.5 Torrで行
われる。なお、プラズマＣＶＤ法以外に、光ＣＶＤ法や
熱ＣＶＤ法も当該実質的に真性な半導体薄膜の形成に供
することは可能であり、本発明を実施するうえにおい
て、特に制限されるものではない。
われ、その流量は、1cc/分〜1000 cc/分である。形成温
度は 50 〜400 ℃、好ましくは50〜350 ℃であり、形成
圧力は0.01〜100torr 、好ましくは0.03〜1.5 Torrで行
われる。なお、プラズマＣＶＤ法以外に、光ＣＶＤ法や
熱ＣＶＤ法も当該実質的に真性な半導体薄膜の形成に供
することは可能であり、本発明を実施するうえにおい
て、特に制限されるものではない。
【００１１】ｎ型半導体薄膜はｎ型の微結晶薄膜やｎ型
のアモルファス薄膜が有効に用いられる。これらは、ｎ
型の微結晶シリコン薄膜、炭素含有微結晶シリコン薄
膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜、アモルファスシリ
コン薄膜、アモルファスシリコンカーボン薄膜、アモル
ファスシリコンゲルマン薄膜等を有効に用いることがで
きる。これらｎ型半導体薄膜は、分子内にシリコンを有
する化合物、ゲルマン、シリルゲルマン等の分子内にゲ
ルマニウムを有する化合物、炭化水素ガス等から、目的
とする半導体薄膜に応じて適宜選択される原料に、ホス
フィンやアルシン等の周期律表の第Ｖ族の化合物、なら
びに水素を混合して、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）
法や光ＣＶＤ（化学気相堆積）法を適用することにより
容易に形成される。さらに、当該原料ガスをヘリウムや
アルゴン等の不活性ガスで希釈することは、なんら、本
発明の効果を妨げるものではない。むしろ、微結晶シリ
コン系薄膜の場合には、多量の水素で希釈することは、
より好ましいことである。形成条件は、形成温度は50〜
400 ℃、好ましくは100 〜350 ℃であり、形成圧力は0.
01〜5 Torr、好ましくは0.03〜1.5 Torrで行われる。プ
ラズマＣＶＤで形成される場合は、高周波電力0.01〜10
W/cm2 の範囲で行われる。特に、微結晶シリコン系薄膜
を形成する場合には、高周波電力0.1 〜10W/cm2 の範囲
で行うことが好ましい。ｎ型半導体薄膜の膜厚は、10〜
50nmで十分である。
のアモルファス薄膜が有効に用いられる。これらは、ｎ
型の微結晶シリコン薄膜、炭素含有微結晶シリコン薄
膜、微結晶シリコンカーバイド薄膜、アモルファスシリ
コン薄膜、アモルファスシリコンカーボン薄膜、アモル
ファスシリコンゲルマン薄膜等を有効に用いることがで
きる。これらｎ型半導体薄膜は、分子内にシリコンを有
する化合物、ゲルマン、シリルゲルマン等の分子内にゲ
ルマニウムを有する化合物、炭化水素ガス等から、目的
とする半導体薄膜に応じて適宜選択される原料に、ホス
フィンやアルシン等の周期律表の第Ｖ族の化合物、なら
びに水素を混合して、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）
法や光ＣＶＤ（化学気相堆積）法を適用することにより
容易に形成される。さらに、当該原料ガスをヘリウムや
アルゴン等の不活性ガスで希釈することは、なんら、本
発明の効果を妨げるものではない。むしろ、微結晶シリ
コン系薄膜の場合には、多量の水素で希釈することは、
より好ましいことである。形成条件は、形成温度は50〜
400 ℃、好ましくは100 〜350 ℃であり、形成圧力は0.
01〜5 Torr、好ましくは0.03〜1.5 Torrで行われる。プ
ラズマＣＶＤで形成される場合は、高周波電力0.01〜10
W/cm2 の範囲で行われる。特に、微結晶シリコン系薄膜
を形成する場合には、高周波電力0.1 〜10W/cm2 の範囲
で行うことが好ましい。ｎ型半導体薄膜の膜厚は、10〜
50nmで十分である。
【００１２】本発明において、用いるに好ましい原料ガ
スについてさらに具体的な示例をあげて説明する。分子
内にシリコンを有する化合物については、モノシラン、
ジシラン、トリシラン等の水素化シリコン、モノメチル
シラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメ
チルシラン、エチルシラン、ジエチルシラン等のアルキ
ル基置換の水素化シリコン、ビニルシラン、ジビニルシ
ラン、トリビニルシラン、ビニルジシラン、ジビニルジ
シラン、プロペニルシラン、エテニルシラン等のラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコンを有効に用いる
ことができる。
スについてさらに具体的な示例をあげて説明する。分子
内にシリコンを有する化合物については、モノシラン、
ジシラン、トリシラン等の水素化シリコン、モノメチル
シラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメ
チルシラン、エチルシラン、ジエチルシラン等のアルキ
ル基置換の水素化シリコン、ビニルシラン、ジビニルシ
ラン、トリビニルシラン、ビニルジシラン、ジビニルジ
シラン、プロペニルシラン、エテニルシラン等のラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコンを有効に用いる
ことができる。
【００１３】炭化水素ガスの具体的示例として、メタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチ
レン等の炭化水素ガスが有用である。これら炭化水素ガ
スは、炭素含有微結晶シリコン薄膜、微結晶シリコンカ
ーバイド薄膜等の形成において、光学的バンドギャップ
を変更するときに用いると便利である。また、この目的
においては、アルキル基置換の水素化シリコン、ラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコン等の材料も有用
である。
ン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチ
レン等の炭化水素ガスが有用である。これら炭化水素ガ
スは、炭素含有微結晶シリコン薄膜、微結晶シリコンカ
ーバイド薄膜等の形成において、光学的バンドギャップ
を変更するときに用いると便利である。また、この目的
においては、アルキル基置換の水素化シリコン、ラジカ
ル重合可能の不飽和炭化水素基を分子内に有する水素化
シリコン、これら水素化シリコンの水素が一部またはす
べてフッ素で置換されたフッ化シリコン等の材料も有用
である。
【００１４】本発明でいう透明性酸化物電極は、350 〜
1000nmの波長の光に対して、50％以上の透過率を有し、
かつ比抵抗が104 Ω・cm以下の薄膜材料であり、具体的
には、酸化インジウム−錫(ITO）、酸化スズ（ Sn
O2 ）、酸化インジウム（In 2 O 3）、酸化亜鉛（ZnO
）、酸化チタニウム（TiO 2 ）、酸化タングステン（W
O2 ）、酸化ニッケル（NiO ）、酸化銅（CuO 、 Cu
O2 ）等の金属酸化物である。これらの金属酸化物の酸
素含有量については、本発明を実施するにおいては、化
学量論的な必要はなく、何ら支障はない。
1000nmの波長の光に対して、50％以上の透過率を有し、
かつ比抵抗が104 Ω・cm以下の薄膜材料であり、具体的
には、酸化インジウム−錫(ITO）、酸化スズ（ Sn
O2 ）、酸化インジウム（In 2 O 3）、酸化亜鉛（ZnO
）、酸化チタニウム（TiO 2 ）、酸化タングステン（W
O2 ）、酸化ニッケル（NiO ）、酸化銅（CuO 、 Cu
O2 ）等の金属酸化物である。これらの金属酸化物の酸
素含有量については、本発明を実施するにおいては、化
学量論的な必要はなく、何ら支障はない。
【００１５】一方、本発明の電極とは、とくに限定され
るものではないが、通常、金属電極を用いることが好ま
しく、具体的には、銀、アルミニウム、クロム、ニッケ
ル、金、銅等である。
るものではないが、通常、金属電極を用いることが好ま
しく、具体的には、銀、アルミニウム、クロム、ニッケ
ル、金、銅等である。
【００１６】本発明でいう基板とは、本発明を実施する
に、何ら制限は受けない。具体的には、ホウケイ酸ガラ
ス、青板ガラス、石英ガラス等のガラス板、アルミナ、
窒化ホウ素、シリコン等のセラミックス板、アルミニウ
ム、ステンレス、クロム、チタン、モリブデン等の金属
板やこれら金属をコーティングしたセラミックス板、ガ
ラス板、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテ
ルケトン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリイ
ミド等の高分子からなるシート、フィルムやこれらに、
前記金属をコーティングした板が用いられる。
に、何ら制限は受けない。具体的には、ホウケイ酸ガラ
ス、青板ガラス、石英ガラス等のガラス板、アルミナ、
窒化ホウ素、シリコン等のセラミックス板、アルミニウ
ム、ステンレス、クロム、チタン、モリブデン等の金属
板やこれら金属をコーティングしたセラミックス板、ガ
ラス板、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテ
ルケトン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリイ
ミド等の高分子からなるシート、フィルムやこれらに、
前記金属をコーティングした板が用いられる。
【００１７】本発明で詳細に説明した非晶質半導体を用
いた非晶質シリコン半導体デバイスの構造は、具体的に
は、青板ガラス板上に、酸化スズが形成された図１に示
された構造を基本としている。即ち、ガラス板10／酸化
スズ11を基板として用い、実質的に真性なｉ型半導体層
12／ｎ型半導体層13／の順に形成・積層し、電極14とし
て、銀を用いた構造が最も一般的な構造であるが、透明
性酸化物電極／ｉ型半導体層の構成を除けば、本発明を
効果的に実施するには、特には制限されるものではな
い。本発明においては、光電変換装置として光起電力素
子の太陽電池について詳述しているが、光電変換機能を
利用したデバイス（例えば光センサー等）にも、本発明
が有効であるとは明らかである。以下、実施例により本
発明の実施の態様の一例を説明する。
いた非晶質シリコン半導体デバイスの構造は、具体的に
は、青板ガラス板上に、酸化スズが形成された図１に示
された構造を基本としている。即ち、ガラス板10／酸化
スズ11を基板として用い、実質的に真性なｉ型半導体層
12／ｎ型半導体層13／の順に形成・積層し、電極14とし
て、銀を用いた構造が最も一般的な構造であるが、透明
性酸化物電極／ｉ型半導体層の構成を除けば、本発明を
効果的に実施するには、特には制限されるものではな
い。本発明においては、光電変換装置として光起電力素
子の太陽電池について詳述しているが、光電変換機能を
利用したデバイス（例えば光センサー等）にも、本発明
が有効であるとは明らかである。以下、実施例により本
発明の実施の態様の一例を説明する。
【００１８】
実施例１ 非晶質シリコン太陽電池の形成装置としては、プラズマ
ＣＶＤを適用できる成膜装置を用いた。図２に、プラズ
マＣＶＤ装置の概略図を示した。本装置は、試料仕込み
／取り出し室100 、酸化性プラズマ処理室200 、実質的
に真性な半導体薄膜を形成するｉ層成膜室300 およびｎ
型半導体薄膜を形成するドープ膜成膜室400 の４室から
構成される。まず、酸化スズからなる透明電極付きガラ
ス基板を基板仕込み／取り出し室100 に設置した後、真
空排気を行い、基板加熱した。真空度１×10-6 torr ま
で真空排気し、150 ℃、30分加熱を行う。次に、酸化性
プラズマ処理室200 に基板を搬送し、原料ガスとして、
酸素50 cc/分を導入し、圧力0.2Torr 、基板温度100 ℃
において、高周波電力0.5 W/cm2 印加して、1 分間表面
処理を行った。次にｉ層成膜室に当該基板を移送し、モ
ノシラン20cc/minを導入して、圧力0.10Torr、形成温度
200 ℃の条件でプラズマＣＶＤ法によりアモルファスシ
リコン薄膜を100nm の膜厚で実質的に真性の半導体層を
形成した。
ＣＶＤを適用できる成膜装置を用いた。図２に、プラズ
マＣＶＤ装置の概略図を示した。本装置は、試料仕込み
／取り出し室100 、酸化性プラズマ処理室200 、実質的
に真性な半導体薄膜を形成するｉ層成膜室300 およびｎ
型半導体薄膜を形成するドープ膜成膜室400 の４室から
構成される。まず、酸化スズからなる透明電極付きガラ
ス基板を基板仕込み／取り出し室100 に設置した後、真
空排気を行い、基板加熱した。真空度１×10-6 torr ま
で真空排気し、150 ℃、30分加熱を行う。次に、酸化性
プラズマ処理室200 に基板を搬送し、原料ガスとして、
酸素50 cc/分を導入し、圧力0.2Torr 、基板温度100 ℃
において、高周波電力0.5 W/cm2 印加して、1 分間表面
処理を行った。次にｉ層成膜室に当該基板を移送し、モ
ノシラン20cc/minを導入して、圧力0.10Torr、形成温度
200 ℃の条件でプラズマＣＶＤ法によりアモルファスシ
リコン薄膜を100nm の膜厚で実質的に真性の半導体層を
形成した。
【００１９】プラズマＣＶＤ法は13.56 MHz の高周波放
電を利用した。この時の、高周波電力は0.01 W/cm2であ
った。ｉ型半導体薄膜形成後、ドープ層成膜室に、当該
基板を移送した。モノシラン／ホスフィン／水素からな
る原料ガスをそれぞれの流量が10/0.01/500 の割合にな
るように導入した。圧力0.2 Torr、形成温度150 ℃の条
件でプラズマＣＶＤ法により、ｎ型半導体薄膜 50nm の
膜厚を形成した。プラズマＣＶＤ法は13.56 MHz の高周
波放電を利用した。この時の、高周波電力は1.0 W/cm2
であった。ついで、薄膜形成装置から取り出し、真空蒸
着にて銀電極を形成した。AM1.5、100 mW／cm2 の光を
ソーラーシミュレータにより、照射して当該非晶質シリ
コン太陽電池の光電特性を測定した。この結果、開放端
電圧が0.45 V、曲線因子0.65という極めて高い値を得
て、本発明の効果を確認したうえに、短絡光電流15.4mA
/cm2、と大きい値であり、結果として、光電変換効率は
4.5％と極めて優れたものであった。
電を利用した。この時の、高周波電力は0.01 W/cm2であ
った。ｉ型半導体薄膜形成後、ドープ層成膜室に、当該
基板を移送した。モノシラン／ホスフィン／水素からな
る原料ガスをそれぞれの流量が10/0.01/500 の割合にな
るように導入した。圧力0.2 Torr、形成温度150 ℃の条
件でプラズマＣＶＤ法により、ｎ型半導体薄膜 50nm の
膜厚を形成した。プラズマＣＶＤ法は13.56 MHz の高周
波放電を利用した。この時の、高周波電力は1.0 W/cm2
であった。ついで、薄膜形成装置から取り出し、真空蒸
着にて銀電極を形成した。AM1.5、100 mW／cm2 の光を
ソーラーシミュレータにより、照射して当該非晶質シリ
コン太陽電池の光電特性を測定した。この結果、開放端
電圧が0.45 V、曲線因子0.65という極めて高い値を得
て、本発明の効果を確認したうえに、短絡光電流15.4mA
/cm2、と大きい値であり、結果として、光電変換効率は
4.5％と極めて優れたものであった。
【００２０】実施例２ 実施例１において、酸化性プラズマとして、原料ガスに
CF4 100cc/分を導入し、圧力0.1Torr 、基板温度100 ℃
において、高周波電力0.5 W/cm2 印加して、1分間表面
処理を行った。その他については、実施例１と同様に行
った。得られた太陽電池の性能を測定したところ、開放
端電圧が0.41V 、曲線因子0.66短絡光電流14.5mA/cm
2で、光電変換効率は 3.9％と優れたものであった。
CF4 100cc/分を導入し、圧力0.1Torr 、基板温度100 ℃
において、高周波電力0.5 W/cm2 印加して、1分間表面
処理を行った。その他については、実施例１と同様に行
った。得られた太陽電池の性能を測定したところ、開放
端電圧が0.41V 、曲線因子0.66短絡光電流14.5mA/cm
2で、光電変換効率は 3.9％と優れたものであった。
【００２１】比較例１ 酸化性プラズマによる酸化すずの表面処理を行わなかっ
た以外は、実施例１と全く同じ条件で非晶質シリコン太
陽電池を形成した。得られた太陽電池の性能を測定した
ところ、開放端電圧が0.30V 、曲線因子0.60短絡光電流
13.5mA/cm2で、光電変換効率は 2.4％と開放端電圧およ
び曲線因子の低い太陽電池特性であった。
た以外は、実施例１と全く同じ条件で非晶質シリコン太
陽電池を形成した。得られた太陽電池の性能を測定した
ところ、開放端電圧が0.30V 、曲線因子0.60短絡光電流
13.5mA/cm2で、光電変換効率は 2.4％と開放端電圧およ
び曲線因子の低い太陽電池特性であった。
【００２２】
【発明の効果】以上の実施例ならびに比較例から明らか
なように、透明性酸化物電極の表面を酸化性プラズマに
よる処理を行うことにより、表面処理を行わなかった従
来技術でのデバイス構成に比べ、デバイス特性、特に太
陽電池特性の開放端電圧及び曲線因子が極めて向上し、
優れた特性の太陽電池が形成された。すなわち、本発明
は実用レベルにおいて、非晶質シリコン太陽電池の光電
変換効率の改善に大きく貢献するものである。
なように、透明性酸化物電極の表面を酸化性プラズマに
よる処理を行うことにより、表面処理を行わなかった従
来技術でのデバイス構成に比べ、デバイス特性、特に太
陽電池特性の開放端電圧及び曲線因子が極めて向上し、
優れた特性の太陽電池が形成された。すなわち、本発明
は実用レベルにおいて、非晶質シリコン太陽電池の光電
変換効率の改善に大きく貢献するものである。
【図１】本発明に用いられる非晶質太陽電池の構成の一
例を示す断面模式図
例を示す断面模式図
【図２】本発明に用いられる太陽電池を作製する装置の
一例を示す断面模式図
一例を示す断面模式図
１ 試料基板 １０ ガラス基板 １１ 酸化すず １２ ｉ型非晶質半導体層 １３ ｎ型非晶質半導体層 １４ 銀電極層 １００ 基板仕込み／取り出し室 １０２ 加熱炉 １０３ 温度調整器 １０７ 絶対圧力計 １０８ 圧力調整器 １０９ 真空排気系 １１１ 高真空度測定器 １３５ 隔弁 １２５ ガス導入器 ２００ 表面処理室 ２０２ 基板加熱板 ２０３ 温度調整器 ２０４ 高周波電極 ２０５ 高周波電源 ２０６ ガス供給システム ２０７ 絶対圧力計 ２０８ 圧力調整器 ２０９ 真空排気系 ２１１ 高真空度測定器 ２３５ 隔弁 ３００ 実質的に真性の半導体層成膜室 ３０２ 基板加熱板 ３０３ 温度調整器 ３０４ 高周波電極 ３０５ 高周波電源 ３０６ ガス供給システム ３０７ 絶対圧力計 ３０８ 圧力調整器 ３０９ 真空排気系 ３１１ 高真空度測定器 ３３５ 隔弁 ４００ ｎ型半導体層成膜室 ４０２ 基板加熱板 ４０３ 温度調整器 ４０４ 高周波電極 ４０５ 高周波電源 ４０６ ガス供給システム ４０７ 絶対圧力計 ４０８ 圧力調整器 ４０９ 真空排気系 ４１１ 高真空度測定器 ４３５ 隔弁
Claims (3)
- 【請求項１】 基板、透明性酸化物電極、実質的に真性
な半導体薄膜、ｎ型半導体薄膜、電極の構成からなる積
層して形成された非晶質半導体装置において、該透明性
酸化物電極の表面を酸化性プラズマにより、表面処理を
行った後、該実質的に真性な半導体薄膜を形成すること
を特徴とする非晶質半導体光電変換装置。 - 【請求項２】 透明性酸化物電極の表面を酸化性プラズ
マにより、表面処理を行うに際し、該酸化性プラズマ
が、酸素原子を含む気体からなる混合気体を用いるもの
である請求項１記載の非晶質半導体光電変換装置。 - 【請求項３】 透明性酸化物電極の表面を酸化性プラズ
マにより、表面処理を行うに際し、該酸化性プラズマが
フッ素原子を含む気体からなる混合気体を用いるもので
ある請求項１記載の非晶質半導体光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6170887A JPH0837316A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 非晶質半導体光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6170887A JPH0837316A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 非晶質半導体光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0837316A true JPH0837316A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=15913165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6170887A Pending JPH0837316A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 非晶質半導体光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0837316A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010091247A3 (en) * | 2009-02-06 | 2010-12-02 | Applied Materials, Inc. | Negatively charged passivation layer in a photovoltaic cell |
| WO2011044360A2 (en) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Ovshinsky Innovation, Llc | Process for manufacturing solar cells including ambient pressure plasma torch step |
| KR20200032905A (ko) | 2018-09-19 | 2020-03-27 | 넥센타이어 주식회사 | 타이어 소음 제어 장치 |
-
1994
- 1994-07-22 JP JP6170887A patent/JPH0837316A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010091247A3 (en) * | 2009-02-06 | 2010-12-02 | Applied Materials, Inc. | Negatively charged passivation layer in a photovoltaic cell |
| US8338220B2 (en) | 2009-02-06 | 2012-12-25 | Applied Materials, Inc. | Negatively charged passivation layer in a photovoltaic cell |
| WO2011044360A2 (en) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Ovshinsky Innovation, Llc | Process for manufacturing solar cells including ambient pressure plasma torch step |
| WO2011044360A3 (en) * | 2009-10-08 | 2011-08-04 | Ovshinsky Innovation, Llc | Process for manufacturing solar cells including ambient pressure plasma torch step |
| KR20200032905A (ko) | 2018-09-19 | 2020-03-27 | 넥센타이어 주식회사 | 타이어 소음 제어 장치 |
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