JPS5925278A - 非晶質太陽電池およびその製法 - 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】 射側から反対側へ、大から小へと変化する光学的禁制イ
↑シ幅（以丁Ｗ　−Ｎバンドギャップど称ずろ）を有す
る非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法に関する。

非晶質シリコン太陽電池たとえば１月１］構造を有する
太陽電池において１型（真性）非晶質シリコン層（Ｉ型
ａ−ｓｉ：Ｉ−１層と略記する）のパンＩ・ギャップを
光の入射側から反対側−＼向って犬から小へ変化させる
ことによって入射光の有効利用をはかり光電変換効率を
同士させて）提案はすでに数多くなされている。しかる
に未だ実用１シ１−能を満していない。たとえば一つの
試みとしてＩ型ａ−ｓｉ　：　Ｉ−Ｉ層中に含まれる水
素のＭを変化さぜることが提案されている。この場合基
板の１晶度を変化させて行うものであるが、基板温度を
任意に変化させることば真空中にお（・ではなかなか困
靜なものである。そして多少の水素量の増減におし・て
は、光学的禁制帯幅ばさな］と変化しない。Ｓ１以下の
元素を添／ＩＩＩ　してパン１ギヤ、ノブを変化させる
ことも試みられている。

アニどえばバ／トギャノプを拡大する元素とし５て炭素
、窒素、酸素等の採用がＩう７案されているが電気伝導
度が低下するために！ノｑすａ−８］層ｉ［１−１］い
ることはできない。Ｇｅ、Ｓｎ等の元素はバンドギャッ
プを減少することはできても拡大することばて・きす、
その上にＧｅやＳｎが多量に含よれる場合、欠陥密度が
増υ［１してくることが知られている。

本発明者はジシランを用いる太陽型／１１２にっ（・て
険旧ずろ間に、ジンランのグロー放電により得られるｉ
型２−ｓｉ：ＴＴ層ばその光学的禁制帯幅がモノシラン
を用いて得られるｉ型ａ〜５Ｉ：１１層の光学的禁制帯
幅より約０．２ｅＶも大きくなることを発見した。Ｗ−
Ｎバンドギャップを有する非晶質太陽電池に１記の１型
２−ｓｉ層製法を応用したところ、先に述べた問題点を
ｉＱ了決することかできたのでここに技術を開示するも
のである。

即ち、本発明は、第１の電極を有するシｉ（板上に第１
の導電型を有する非晶質シリコン層、真性非晶質シリコ
ン層、第２の導電型を有する非晶ｌ直ンリコン層、第２
の電極の順に形成してなり、−１」つ光入射側から反対
側へ該真性非晶質シリコン層の光学的禁制帯幅が大から
小へ変化している非晶質シリコン太陽電池におし・て、
ジンランとモノシランの混合割合を変更した原料ガスの
グロー放電分解により該真性非晶質シリコン層が形成さ
れていることを特徴とする非晶ａシリコン太陽電池を第
１の発明とするものである。

面して、第１の電極を有する基）ｌ）ｙ、−，１ニーに
第１の導電型な有する非晶質シリコン１※、四件非晶ノ
円シリコン層、第２の導電型を有する非晶質７リコン層
、第２の電（血の順に形成してなり、］］つ光入躬側か
ら反対（１（１へ該真性非晶質７９３７層の光学的禁制
帯幅か犬から小−・変化してし・る非晶質シリコン太陽
電池において、ジンシンとモノシランの混合割合を変更
した原産Ｉが光入射側から反対側へと、ジンランとモノ
７ランの州北を実質的にジシランのみより成る組成から
１１で１次モノシランを増加し、実質的にモノ７ランの
みより成る組成まで変化させた原料ガスをグロー放電分
解することにより、真性非晶質シリコン層を形成するこ
とを唱°徴とする非晶質シリコン太陽電池の製造方法を
第２の発明とするものである。

本発明の方法による場合は、ジシランを用い法で〜へｒ
　　Ｎバンドギャップを有する非晶質太陽電池を作成す
る場合に比較して約１／２以下の時間に電池作成時間を
短縮することができる。

本発明は前記した如く、基板上に形成された非晶質シリ
コン層を発電領域として、！型ａ−ｓｉ：Ｉ］層を〜ｌ
　Ｎバンドギャップ構造とするものである。Ｗ　−Ｎバ
ンドギャップを有する１岑 型；１−ｓｉ　：　Ｉｒｅは／シラン（Ｓｉ２［Ｉ６）
とモノシラン（Ｓｉ１１４）を適宜混合した原料ガスの
グロー放電外１９イにより形成される。光の入射側にお
し・ては実質的にジンランのみより成る組成で、中間層
は７７ランとモノシランを混合して、その混合割合を犬
から小へと変化させ、光の入射側の反対側においては実
質的にモノシランのみより成る組成の原料ガスをグロー
放電分角イし、て１型ａ−Ｓｉ　：　Ｉ（層を形成する
方法である。原料ガスの混合割合は連続的又は段階的に
変化させることができる。該割合を連続的に変化させて
１型ａ−８ｉ：Ｉ−１層を得る場合には光学的禁制帯幅
は大から小へと連続的に変化する。また、原オー１ガス
の混合割合を段階的に変化させた場合には該禁制帯幅も
段階的に変化する。具体的には該禁制帯幅の値は実施例
３に示すように光の入射１１１Ｈにおいて約１．８ｅＶ
、反対側において１．６ｅＶＯ値を達成することができ
る。

本発明においてジンランは高純度であることか望まし見
・が、グロー放電により得られるａ−８ｉ：ＩＩ薄膜の
性質が似て（・ることは何らさしつかえないものである
。従って本発明において採用される実質的にジンラ／の
みよりＬｊｋる組成の／／シランどこは上記した［・す
／ラン等が含まれて℃・でもさしつかえない。ジシラ／
は物理的）Ｃ合成方法、たとえばモノシランを無声放電
すると一部ジシランに変化するがこれを分離して得る方
法、又は化学的な合成方法で製造されるが、そのいずれ
においても有用に使用される。しかるに太陽電池を工業
的に生産する点からは、安定した品質で大訃に得られる
点で化学的に合成された物質が実用上便利に使用てぎる
。また、本発明におし・て採用される実質的にモノシラ
／のみより成る組成のモノシランとしては半導体用ガス
として市販されているモノ７ランガスであれば適用でき
る。

次に本発明の実施態様にっし・て述る。第１のへ 電（頓が形成された基板を反応室へ送入し、グロー放電
によりＰ型、■型、Ｉ］型の各非晶質／リコン層を堆積
形成しっし・で第２の電極を形成する点Ｋ　ｉ６いては
公知の非晶質シリコン太陽電池の製法に？：、（似して
いる。

以下においては具体的な示例として第２の電極側から光
入射を行なう非晶質太陽電池についてイ兄明する。

基板上に形成された第１の電極上にモノシランとＰ型の
導電型を示すドーピングガス、たとえばジボラ：／　（
Ｂ２１−１６）を用いてＰ型ａ　　Ｓｔ：１１層を形成
する。ついて実質的にモノシランのみより成る組成のガ
スよりはじめて、連続的に又は段階的にシフランの量を
増加させてモノシランに混合し、最終的にはモノシラ／
の導入を停市して実質的にシフランのみより成る組成の
原料ガスによりｌ型ａ−８ｉ：０層を形成する。

本発明においてもｌ型ａ−８ｉ：ＩＩ層層形暗時微量の
１）型不純物たとえばンホランを添加することにより、
１型ａ−８ｉ：１１層の欠陥が補償てきる。この技術は
、当業者が容易に理解できるものである。Ｉ型ａ−８ｉ
　：　Ｉ−ＩＱ層形成後／ンランとｎ型の導電型を示す
ドーピングカス、タトえば六Ｎスフィン（ＰＩ−Ｉｓ）
やアルソン（ＡｓＨ３）等を用いてｎ型ａ−３ｉ：１１
層を形成する。

ついでＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ−１ｉｎ−ｏｘｉｄｅ）を
蒸着して第２の電極として、第２の電極側を光入射側と
すれば本発明の目的が達成される。上記以外の例として
、第１の電極側から光入射を行なう太陽電池においては
、まず実質的にジシランのみより成る組成からはじめて
実質的にモノ７ランのみより成る組成−＼と１型ａ−３
ｉ：１１層を堆積形成させなげればならな（・ことは当
然である。

この時Ｐ型ａ　−Ｓｉ　：　Ｉ（層及びＩ］型ａ−８ｉ
：１１層はそれぞれジノランと１〕型の導電型を示すド
ーピングガス及びモノシランとｎ型の導電型を示すドー
ピングガスて形成できる。上記の二つの例かられかるよ
うに本発明にお℃・てはＰ型ａ−Ｓｉ　：　Ｉ−１層、
ｎ型ａ−８ｉ：０層にはモノシラン及びジシランを適宜
選択して用いることができると℃・う製造上の利点もあ
る。

以上に述べた例はいずれも基板側がらｐ１１］と積層す
る場合について述べたが、本発明は基板側から旧１〕と
積層する太陽電池、基板上にｎ　−１−金属や１１−１
−絶縁膜−金属と積層されるショットキー型やＭＩＳ型
の太陽電池においても適用できることは当業者の理解の
範囲内である。

が判明して℃・る。

本発明にお（・では堆積速度を強いて一致させる必要は
ないが、Ｉ−ｈ又はＩ（ｅ等のキャリヤーガスを用いる
ことにより堆積速度を制御することができる。すなわち
ジシランとモノシランとの／１ｕ１層合を連続的に変化
させる場合に、キャリヤーガスを用℃・ることは堆積速
度を連続的に制御できる点で好まし℃・。該割合を段階
的に変化させる場合には堆積速度の違℃・は堆積時間の
変史によりカバーできるが、キャリヤーガスを用いて行
うこと又はこれらを併用することも可能てある。キャリ
ヤーガスの使用量は、ジシラン、モノシラン又はこれら
の混合ガス１容に対して１〜ｉ、ｏｏｏ容で用いた時に
好結果を得ろものである。

上記のａ−３ｉ：８層の作成条件は特に限定されるもの
ではない。ＧＤ反応室の圧力がｏ、ｉ　−、−５Ｔｏｒ
ｒ　、　ＧＤ電力が１〜１００Ｗ、基板温度は２５０〜
４００’Ｃ；である。また基板の材質や第１および第２
の電極材料についても特に制限はない。基板としては絶
縁性又は導電性、透明又は不透明いずれの性質を有する
ものてもよい。具体的にバカラス、アルミナ、シリコン
、ステンレス、アルミニウム、モリブデン、耐熱性高分
子等の物質て形成されるフィルムある℃・は板吠の材料
１を基板として有効に用いることができる。第１及び第
２の電４ｔｊ、、材料としては、光入射側に（よ勿論、
透明あるいは透光性の材料を用いなければならな（・が
、これ以外の制限はなし・。アルミニウム、モ１ノブテ
ン、ニクロム、ＩＴＯ１酸化錫、ステンレス等の薄１換
又は薄板が電極材料として有効に用いられる。

以上説明したように本発明はｌ型ａ−８ｉ層のバンドギ
ャップを光入射側から犬がら小−＼と変化さぜることに
より、光の入射エネルギーの有効利用をはかるものであ
り、高効率の光電エネルギー変換装置として極めて有用
なものであり、且つ有用な製造法である。

つぎに実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する
。

実施例１ 基板加熱手段を有し真空予備室を備えた平行平板電極型
１（Ｆ容量結合型反応室を用（・た。

原料ガス導入設備よりＢ２ｔ１６／　Ｓ　１ｌ１４／　
Ｔｌｃ　＝　０．１　／１０／９０の容量比で原料ガス
を導入した。甑窒排気系の排気量を調節し、反応室内圧
力を１’Ｌ’Ｏｒｒに保持した。一方、真空予備室内に
第１の電極としてモリフ゛テンン欅膜を４７１着しブこ
ステンレス板を挿入し、Ｈｅ雰囲気にお（・て３００℃
に加熱しＩ　Ｔｏｒｒに減圧した。１ろ５６ＭＴＩｚ、
８Ｗのグロー放電電力で放電を開始し、基板を予備室か
ら前記反応室へ移送し、第１の電極上にＰ型ａ−８ｉ：
）１層を形成した。つきに５ｉ０４１００％、Ｓ　１ｌ
−Ｌ／　Ｓ　１２１−ｒ６＝　５１５．５ｉ２１１＋；
１００％へと１ｌ次変更してｆ型ａ−３ｉ：１１層を各
１．５００Ａの厚みで堆積した。このときＳ　ｉ　１１
４、Ｓ　１ｌＴａ／　Ｓ　ｉ２Ｈ６，５１２ＩＩ６の全
ガス量は同じにしＩｒｅで１０％に希釈して前記の各１
型ａ−８ｉ：ＩＩ層を形成した。各１型ａ−８ｉ：ＩＩ
層の形成時間は５ｉ２ｔ１６の量が増すにつれて減少し
た。

全形成時間は１５分以内に終了した。つぎにＩ）ｌｌｓ
／　Ｓｉｚ　ＩＩ６／Ｉ−ｒｅ　＝　０．０５／　１　
ｏ／　９０の容量比の原料に切替え、１］型ａ−８ｉ：
Ｉ−Ｉ層を堆積形成し。

た。つし・でＩｉ”Ｏ膜をエレクトロンビーム加熱によ
る蒸着法で１１型ａ−８ｉ：Ｉ−Ｉ層上に形成し第２の
電極とした。第２の電極側からソーラーシュミレータに
よりＡＭＩ　（１００ｎＷ／ｃｉ　）のエネルギーを有
する光を入射させて光電変換効率を測定した。２　ｍ、
ｍ角の照射面積においてフィルファクターは０６以、上
を示し、光電変換効率は６５％以上を示した。

実施例２ 実施例１におけるモノシランとジンランの混合割合の段
階的変化を連続的に実施した以外、実姉例１と同様の方
法で行なった。しかるに光電変換効率、フィルファクタ
ーとも実施例と略同値でありそれぞれ６０％以上、０６
以上を示［また。

実施例３ 実施例１におけるＧＤ放電条件において、単味のａ　−
Ｓｉ層を形成してそのエイ、ルギーキャノプをｌ］シー
６プロノｌより求め第１表に記した。

第１表 比較例１ 実施例１においてジシランのがわりにすべてモノ７ラン
を用いて実施した。全形成時間は実施例１０２倍以上の
時間となり、６６分を要した。フィルファクターが０５
以下となり光電変換効率はろ〜４％どなり実施例１に比
較して大ｒｌｊに低下した。

比較例２ 実施例１においてモノ７ランを用いずに／シラン単独て
実施した。全形成時間は実施例１の１／口倍と早くなっ
たが短絡電流にや〜減少がみられフィルファクターは約
０６であったが光電変換効率は５〜６％てあり実施例１
よりも１０〜２０％程低下した。

比較例６ 実施例１にお（・てモノ７ランとジノランの混合割合を
５０１５０に固定にして実施した。

フィルファクターは０５以下であり、光電変換効率は３
〜４％にとどまり、比較例１と略同し値を示した。

特許出願人 三井東圧化学株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の電極を有する基板上に第１の導電型を有す
   る非晶質シリコン層、真性非晶質シリコン層、第２の導
   電型を有する非晶質シリコン層、第２の電極の順に形成
   してなり、且つ光入射側から反対側へ該真性非晶質シリ
   コン層の光学的禁制帯幅が犬から小へ変化している非晶
   質シリコン太陽電池において、ジンランとモノシランの
   混合割合を変更した原、ｆｉｌガスのグロー放電分解に
   より該真性非晶質シリコン層が形成されていることを特
   徴とする非晶質シリコン太陽電池。
2. （２）　　第１の電極を有する基板上に第１の導電型を
   有する非晶質シリコン層、真性非晶質シリコン層、第２
   の導電型を有する非晶質シリコン層、第２の電極の順に
   形成してなり、且つ光入射側から反対側へ該（支）性非
   晶質シリコン層の光学的禁制帯幅が犬から小へ変化して
   いる非晶質シリコン太陽電池において、ジシランとモノ
   シランの混合割合を変更した原料が光入射側から反対側
   へと、ジシランとモノシランの量比を実質的にジシラン
   のみより成る組成から順次モノシランを増加し、実質的
   にモノシランのみより成る組成まで変化させた原料ガス
   をグロー放電分解することにより真性非晶質シリコン層
   を形成することを特徴とする非晶質シリコン太陽電池の
   製造方法。
3. （３）　　ジシランとモノシランの−ｍ比を段階的に変
   化することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方
   法。
4. （４）　　ジシランとモノシランの量比を連続的に変化
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法
   。