JPS58190810A - Ｐ型アモルフアスシリコンカ−バイドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アモルファスシリコンカーバイドの製造方法
に関する。

シラン（ｓＩＨ，）のプラズマ分解法で得られるアモル
ファスシリコンは、Ｗ、に、５ｐｅａｒ　等によって、
ＰＨ１やＢ、Ｈ６でドープする事によυ、その伝導度を
大きく変える事ができることが発見され（１９７６年）
、Ｄ、　Ｗ、　０ａｒｌｓｏｎ　等によってアモルファ
スシリコンを用いた太陽電池が試作（１９７６年）され
て以来注目を集め、アモルファスシリコン薄膜太陽電池
の効率を改善する研究が活発に行なわれている。

これまでの研究によシ、アモルファスシリコン薄膜光電
素子の構造としてはショットキーバリヤー型、ｐｉｎ型
、ＭＩＳ型、ペテロ接合型があり、そのうち前三者が高
効率太陽電池として有望視されている。すなわちショッ
トキーバリヤー型で５．５％　（Ｄ、に、　０ａｒｌｓ
ｏｎ他、１９７７年）、ＭＩＳ型で４．８％（、Ｔ、工
、Ｂ、ウィルソン他、１９７８）　、ｐｉｎ型で４．５
％（浜用圭弘１９７８）の変換効率が達成されている。

ｐｉｎジャンクション型太陽電池の場合、ｐ型アモルフ
ァスシリコンではキャリヤーの寿命が短く、有効なキャ
リヤーにならず、また光の吸収係数が１層に比べて大き
い事からｐ層での光の吸収ロスが大きい点に問題があっ
た。

本発明者吟は、ｐ１ｎジャンクション型九電変換の効率
を改善する為に鋭意研究した結果、シランとハイドロカ
ーボンとの比率が日１１０（原子数）比で約０．９７〜
０．３であるシリコン含有混合ガスをプラズマ分解して
得られるアモルファスシリコンカーバイドのｐ型ドープ
薄膜をｐ層に用いる事によｐ効率を大巾に改善できるこ
とを見い出したもので、太陽電池や光スィッチ等の光電
素子として用いることができる。以下にその詳細を説明
する。

本発明のアモルファスシリコンは、シラン（Ｓ　ｉ　Ｈ
，）又はその誘導体を水素又はアルゴン、ヘリウム等の
不活性ガスと水素で希釈した混合ガスを容誓結合法又は
誘導結合法による高周波グロー分解又は直流グロー放電
分解することによ９得られる。混合ガス中のシランの磯
度は、通常０．５〜５０チ、好ましくは１〜２０チであ
る。

基板の温度は２００〜３００℃が好ましく、透明電極（
Ｉ　Ｔ　Ｏ、ＳｎＯ，等）を蒸着したガラスや高分子フ
ィルム、金属等、太陽電池の構成に必要なあらゆる基板
が含まれる。

太陽電池の基本構成は、図−２の（ａ）　、　（ｂ＞に
代表例が示される。（、）は透明基板を用いるタイプで
、例えばガラス−透明電極−ｐ−１−ｎ−ＡＩ。

（ｂ）は不透明基板を用いるタイプで、例えはステンレ
ス−ｎ−１−ｐ−透明ｔｆ！の構成である。その他、ｐ
層と透明電極の間に薄い絶縁層をつけたシ、薄い金属層
をつけた構造でもよい。要はｐ−１−ｎジャンクション
を基本とするものであればいかなる構成でもよい。

シランのグロー放電１公解で得られる約１Ｏ−７秒以上
のキャリヤー寿命で約１０”ｃｍ−”θｖ−１以下の局
在準位密度および１０−”ｃｍ”／Ｖ以上の易動度をも
つ真性アモルファスシリコン（以下１−ａ−８ｉ　：Ｈ
）をＩＪ＠とじて、ｎ層には上記真性アモルファスシリ
コンをリン等の周期率表■族の元素でドープしたｎ型ア
モルファスシリコン（以下ｎ−ａ−８ｉ　：Ｈ）を用い
る。

１−ａ−８ｉ　：ｎ層の厚みは約２５００〜１００ＯＯ
Ａ　。

ｎ−ａ−８ｉ　：　ｎ層はオーミック接触する為の層で
あり、特に厚みは限定されないが３００〜８００Ａが通
常用いられる。本発明の実施例では１−ａ−８ｉ　：　
Ｈを４５０ＯＡ。

ｎ−ａ−８ｉ二Ｈは５００Ａを用いている。

本発明のアモルファスシリコンカーバイドは、シラン等
のシリコンハイドライド（５ｉｎＨＨＩ＋２　）とメタ
ン、エタン等のハイドロカーボンをプラズマ分解、好ま
しくはグロー放電分解して得られる。

ハイドロカーボンについては、飽和脂肪族ハイドロカー
ボン（０ｎＨ１ｎ＋２　）　、不飽和脂肪族ハイドロカ
ーボン（例えばエチレン、プロピレン等の一般式ＯｎＨ
ｇｎ）でも良い０シリコンカーバイドの組成については
、グロー放電分解時の原料ガス組成を用いＳ１原子数と
０原子数の比５ｉＸＯ，−，で示す。例えば、シラン（
ｓｉＨ，）８モル、メタン２モルの割合で混合した場合
’　日１ｏ、　ａ　ｃ、、　ト示すｔＬ　ｈ。工、７（
０ｚＨａ）を用いる場合、エタン１モルにはメタン１モ
ルの２倍のＯを含むので、シラン８モル、エタン４モル
の混合で”　’ｏ、ｓ　Ｃｏ、　ｇとなる。これらのガ
ス組成で得られ九アモルファスシリコンカーバイドをａ
　−Ｓ　ｉ　Ｘ　Ｏ□−Ｘ：Ｈとして以下に示す。分解
生成物の組成は、原料ガス中に存在する炭素原子が生成
物中に取りこまれる比率、通常７０％程度を考慮するこ
とにより理解される。

本発明のアモルファスシリコンカーバイドはボロン寺の
周期率表■１族の元素をドープしてｐ型ａ−８ｉｚｃ−
ｘ　：　Ｈとして用いることができる。ドー！ プ量は任意であるが、例えばＢ！Ｈ，でドープする場合
、Ｂ原子数／（８１＋り原子数が４％以上であると光の
吸収係数が大巾に増加する為に効果が不充分であり、ま
た０、０５％以下の場合はフェルミレベルの低下が小さ
く、接合形成が不充分で好ましくない。通常０．１〜２
チで用いられる。特にハイドロカーボンがメタンである
ときは、著しく高い電気伝導度が得られるので、実施例
に示す如く有利である。

ａ−８ｉｚＣ−ｚ　：Ｈは、シランのグロー放電と同様
の方法で作る事ができる。

次に本発明の効果について述べる。図−３は、ｐ型ａ−
８ｉｚＯ□−Ｘ：Ｈのグロー放電分解時のガス組成５ｔ
Ｘａ１−Ｘを変えた時の太陽電池の効率を示す。

従来のシラン１００％で得られるｐ型ａ−８ｉ□Ｏｏ：
Ｈ（ガス組成ｓｉ、ａ０）の場合、効率が４．１チであ
るのに対して本発明のｐ型ａ−８ｉｚ０１−ｘ：Ｈを用
いると、Ｘが０．９５〜０．５０の間で５％以上の効率
を示し、Ｘが０．８０の時には６．１％という高い効率
の得られる事が判る。

又、このｐ型ａ−８ｉｚＯ１−Ｘ：　Ｈの厚み依存性に
ついてみると（図−４）、５０〜２００Ａで極めて高い
効率の得られる臨界的範囲の存在することが判る。

シランのグルー放電分解でメタン、エタン等のハイドロ
カーボンを混合してグロー放電分解してアモルファスシ
リコンカーバイドの得られる事は既に知られている〔例
えばり、　Ａ、　Ａｎｄｅｒｓｏｎ　ａｎｄ　Ｗ、　Ｅ
。

５ｐｅａｒ　、　ｐｈｉｌ、　Ｍａｇ、　　３５．１　
（１９７７）　）。

しかしながら、シランとメタンでイυられるａ−８ｉｚ
ｅ１−１　：Ｈを真性領域に用いた太陽電池は、Ｄ、　
Ｅ、　０ａｒ１８０ｎ　らの実験によｐメタンを含まな
い場合、２．２７％の効率が、１０％のメタンを含むと
１、ｔ％に低下し、さらに３０優のメタンを含む場合、
０．０８％と極端に低下してしまう事が知られていた（
例えばＴｏｐｉｃｓ　ｉｎ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ　Ｖｏ１３６　、　Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　８層ｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　ｐ＝３１１　（Ｍ、　Ｈ。

Ｅｒｏｄｓｋｙ　、　Ｓｐｒｉｎｇ−Ｖｅｒｌａｇ　Ｂ
ｅｒｌｉｎ　Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ刊１９７９年）。従
って、メタン等のハイドロカーボンは不純物として好ま
しくないとされていた。

本発明者等は、アモルファスシリコンカーバイドをｐ型
にドープする事忙より大巾な効率を改善した。ものであ
り、その効果は鴬くべきものである。

以下に実施例をもって更に説明する。

実施例 図−１に示す内径１１ｃｍの石英の反応管を用い１４．
５６ＭＨ２の尚周波でグロー放電分解を行う。真性型（
以稜１〕アモルファスシリコンは、水素で希釈したシラ
ンを２〜１０Ｔｏｒｒでグロー放電分解する。ｎ型アモ
ルファスシリコンは水素で希釈したシランとフオ、Ｘフ
ィン（ｐｕｓ）　（ＰＨ３／５ｉＨ４−０，５モル％）
を同様にグロー放電分解する。ｐ型アモルファスシリコ
ンカーバイドは水素で希釈したシラン、メタ７　（ＤＨ
，）　、ジホラ７　（Ｂ２Ｈ１ｌ　）　（Ｂｊ（ａ／（
ＯＨ，＋ＳＩＨ，）　〜０．２モルチ）を同様にグロー
放電分解する。ここでアモルファスシリコンカーバイド
（ａ−８ｉｚＯ１−ｚ　：　Ｈ）の組成は、グロー放電
時のガスｇ成５ｉｚＯ１−ｚテｘを０．９５〜０．５Ｈ
Ｃ変址した。

太陽電池の構成は、２５ル名の５ｎ０２薄膜のついたガ
ラス基板の８ｎＯ２匍にｐ型ａ−８ｉｘｏ１−ｚ：Ｈ、
ｉｍａ−８ｉ　：　Ｈ、ｎ型ａ−８ｉ：Ｈの順に堆積し
最後に３、３　ｍｍ”　（ｒ）　７　ｆｉｖミニウムを
蒸着し７ｉＭ−１１００ｍＷ／（背のソーラーシュミレ
ータ−で太陽電池％ｉを調べた。グロー放電時の基板温
度は２５０℃で行った。又、１層は４５００Ａ、ｎ層は
５００Ａ、　ｐ型ａ−８ｉｚＯ１−Ｘ　：　Ｈの厚みＶ
ｉ１３５Ａである。

ｐ型ａ−８ｉｘａ、−ｘ：　Ｈのガス組成による太陽電
池特性を図−３に示す。この図から判るようにシラン１
００％　（ＳｉｔＯｏ）　　の場合、変換効率４．１％
に対して本発明のｓ、ｔＸｏｉ−Ｘ：　Ｈを用いるとＳ
’０．９５ＣＤ、０５でも５．４チと増加し、８”ｏ、
ｓｃｏ、ｘでは６、１　％にも改善される。ｓｌ。、５
ｃＱ、５でも５．０％とシラン１００％の時よりも高い
値が得られる。

ｐ型ａ−８ｉｏ、、Ｏ，、、：　Ｈにおける厚み依存性
は図−４に示す通りである。

【図面の簡単な説明】

図−１は、本発明のプラズマ分解装艙の概略図、図−２
は、本発明の太陽１；池の基本橋成を示すもので、（ａ
）は透明基板を用いるタイプ、（ｂ）は不透明基板を用
いるタイプである。図−３は、ｐ型ａ−８ｉ！Ｏ，−ｘ
：　ａを作る時のガス組成１３１ＸＯ，−ＸのＸを変え
た場合の太陽電池の効率を示すグラフ、図−４は、Ｓｉ
ｏ、ｓ　Ｃｏ、ｚのガス組成で得られるｐ型ａ−８１゜
０１−ｘ：１１の厚み依存性を示すグラフである。 １・・・電極　２・・・サセプター　３・・・基板加熱
用ヒーター　４・・・ガス（シラン、メタン、ドーピン
グガス）の入口　５・・・真空に引くためのガス出口６
・・・基板　７・・・ガラス又Ｖｉ透明フィルム８・・
・透明１極　９−　ｐ型のａ−＋３１ｚｃ１−ｚ　：Ｈ
ｌｏ−１型ａ−８１：　Ｈ１１・−ｎ型ａ−８ｉ　：　
ＨＩ３・・・電＆　１３・・・透明電＆　１４・・・ス
テンレス、モリブデン、金属を蒸着したフィルム 特許出願人　鐘淵化学工業株式会社 浜　　川　　圭　　弘 代　理　人　弁理士内　１）敏　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　ｓｔ／ａ　（原子数）比が約０．９７〜０．３
   　であるシリコン含有混合ガスをｐ型ドーパントの存在
   下にグロー放電分解法により反応させることを特徴とす
   るｐ型アモルファスシリコンカーバイドの製造方法。 ２、　前記ハイドロカーボンがメタンであることをＢＰ
   ！ｆ徴とする特許請求の範囲第１項記載のｐ型アモルフ
   ァスシリコンカーバイドの製造方法。 ３、前記５ｉ１０比が０．９５〜０．５０である特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のｐ型アモルファスシ
   リコンカーバイドの製造方法。 ４、前記アモルファスシリコンカーバイドの厚みが約５
   ０〜２０ＯＡであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項または第３項記載のｐ型アモルファスシリ
   コンカーバイドの製造方法。