JPS6050974A - アモルフアス太陽電池の製造方法 - Google Patents

アモルフアス太陽電池の製造方法

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JPS6050974A
JPS6050974A JP58157977A JP15797783A JPS6050974A JP S6050974 A JPS6050974 A JP S6050974A JP 58157977 A JP58157977 A JP 58157977A JP 15797783 A JP15797783 A JP 15797783A JP S6050974 A JPS6050974 A JP S6050974A
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Japan
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amorphous
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solar battery
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JP58157977A
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Inventor
Genshiro Nakamura
中村 源四郎
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/075Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • H01L31/076Multiple junction or tandem solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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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】 この発明はアモルファスシリコンを主材料とする多層構
造の太陽電池の製造工程において、アモルファスシリコ
ンの製造方法として汎用されているグロー放電法ととも
に、特定の工程のみSiH4ガス等の主材料の光分解C
VD法を用いた太陽電池の製造方法に関するものである
従来のアモルファス太陽電池は第1図、第2図に示す構
造のものがある。第1図、第2図は多層構造のアモルフ
ァス太陽電池の断面構造を模型的に示したものである。
第1図において(1)及び(5)は両極電極、(2)及
び(4)は不純物を多重にドープしてn形およびP形に
価電子制御されたアモルファス層、(3)は光照射によ
る主励起キャリヤ発生領域となるほぼノンドープに近い
アモルファス層、 (6)は集電極を示す。また、第2
図において、(1)〜(6)は第1図と同様のものを示
す他、 (3) 、 (8’) 、 (8つは各々禁制
帯幅が異なる主励起キャリヤ発生領域を示す。
なお、第2図に示す構造では、電極(5)を通して光入
射を行う場合を示し、このとき光学的バンドギャップ値
EqoptはEqopt 8 < Eqopt 8’ 
< Eqopt8’となるように構成されている。太陽
電池としての性能限界が、そのアモルファスシリコン(
以下、a−5i:Hと称す。)材料の光学的バンドギャ
ップ値EqOptが比較的大きい(1,75〜1.95
eV ) ことに起因して太陽光スペクトルの内、長波
長光の利用効率が低下する事が、その性能限界の一因と
なつているが、第2図に示したアモルファスシリコンゲ
ルマニウム(以下、a 5iGe:Hと称す。)等の低
バンドギャップ材料の有用利用を図った多層構造のアモ
ルファス太陽電池においては、長波長光利用効率が改善
されて、その特性向上に対して有用な方法である。
しかし、第1図に示した単層構造アモルファス太陽電池
において、主光励起キャリヤ発生領域となるノンピー1
1層の厚みは光励起キャリヤの拡散長と空乏層中との和
程度になる様に太陽電池を試作した時、はぼ最適化を行
う事が可能でその厚みは通常のグロー放電性アモルファ
スシリコン膜(a−5i:H)では約0.8〜1.0 
pm程度に最適値がある。−右筆2図に示した多層構造
素子において、光入射方向に対して最表面iこ位置する
a−5i:Hあるいはa−5iN:H,a−5iC:H
等の高バンドギャップ材料等に要求される仕様としては
、下部の低バンドギャップエネルギ材料太陽電池と太陽
光入射エネルギーによる光発生電流を均等分割した時最
大出力電流が得られる事に対応して、その厚みは第1図
に示した単層構造素子のi層厚と比較して薄くなる。第
2図に示した8層構造素子においては、その最表面層厚
の厚みは約400〜600人程度であり、又a −8i
 :H/ a−8iGe:H等の2層構造素子において
は1000〜2000λ程度であり通常の単格段に薄く
成る。
通常のグロー放電−一合、成長厚の制御は一抵設時間の
制御によって任意の厚み成長する事が可能であるが、こ
のグロー放電法を用いて上記した非常にi層厚の薄い素
子を作成する場合法の様な問題点がある。
(1)通常の高周波グロー放電分解法でプラズマ中にお
いて生成する高エネルギーラジカル、あるいはイオンと
か電子の荷電粒子は、SiH4ガスをラジカル化する最
低エネルギよりも非常に高い状態でプラズマ化されてい
る為この高エネルギー粒子によるアモルファス材料表面
への衝撃効果が大きい。この荷電粒子によるアモルファ
ス膜表面から付着原子のスパッタエッチ現象と生成ラジ
カルの付着効果が重じようしている状態でアモルファス
膜成長が進むと考えられる。この過程においては上記薄
膜成長の前工程における付着膜2例えば不純物ドーピン
グ層(P形、n形層)成長後であれば、ドーピング層中
不純物例えばボロン。
リンが1層成長時のラジカル荷電粒子のエネルギに及ぼ
す成長条件、RFパワー、ガス圧等の影響を受けてi層
中に再分布する。
(2)i層中に混入、再分布した活性不純物の太陽電池
素子特性への影響は、結果的な不純物ドーピングによる
フェルミレベルシフトの及ぼす太陽電池内部電界強度へ
の影響とかあるいはi層中に新しく作る不純物5tat
Bによるキャリヤ再結合中心としての効果等、素子時性
への影響はかなり複雑ではあるが、一般的にはこのi層
中不純物濃度は少ないもの捏持性向上の可能性を持つと
考えられる。
(3)単層構造アモルファス太陽電池の1層の場合、そ
の最適厚が比較的厚い為、i層成長過程において成長時
のRF power 、−圧力等の制御によって・ドー
ピング層等からの不純物再分布の適正化が可能であり、
i層中のメイン動作領域においては、はぼ再分布不純物
の影響を和した素子作成が可能になる。
一方第2図に示した多層構造素子の最表面層の様にi層
厚として薄い状態において、その1層膜質の均質化およ
び高品質化を図るには、上記したドーピングノーからの
不純物の再分布の影響によって急激な膜質の低下を起こ
しやす(難しい。又、その再分布状態も再現性のよいも
のが得られにくく、多層構造素子開発の為には、グロー
放電法の持つ本質的な欠点、すなわち生成するラジカル
イオン、電子等のエネルギーが非常に大きいという本質
的欠点を改良する必要があった。
この発明は上記不都合を解消するためになされたもので
、ICQ造プロセスのより低温化を意図した半導体プロ
セスとして、光CVD法技術が活発化しており、シリコ
ン酸化膜あるいはシリコン窒素膜等の製造工程にお0て
は、従来の熱分解CVD法あるいは、プラズマCVD法
に変る技術として注目されていることに鑑み、アモルフ
ァスシリコン等の薄膜部分を光分解CVD法を用いる新
規なアモルファス太陽電池の製造方法を提案するもので
ある。本発明の一実施例を第8図を用いて説明する。
第8図は水銀増感法光CVD装置の一例を示すが、この
光CVD装置においては、低圧水銀アークから放射され
る紫外線(主としてλ=2587A) +こより、ソー
スガスに微量混入された水銀蒸気とソース分子の衝突に
よるソースガスの間接的な励起を行って堆積する方法で
ある。アモルファスシリコン堆積過程において予測され
る反応過程は次の様に考えられる。
Hg+′+SiH4→Hg(S’0) +(SiH4)
’・・・分子の衝突によるエネルギ ー移動 (SiH4) →H+ S tH,→Si↓・・・通常
のラジカル反応 この反応の過程からも明らかな様に、光CVD成長過程
においては、堆積過程にイオンや電子といった高エネル
ギー荷電粒子が関与せず、低エネルギラジカルのみによ
って成長が進行すると考えられるので、下地や堆積膜へ
の損傷が少く、かつ前述した下地不純物ドープ層からの
ドーピング原子のi層中への再分布を理想的に抑制でき
る。
多層構造アモルファス太陽電池あるいは単層構造アモル
ファス太陽電池の製造方法として、光CVD法を利用し
た場合の成長装置について第8図を用いて説明する。第
8図において、石英管(7)で構成される反応室(8)
内に太陽電池の基板(9)を配置する。この反英管(7
)の−側面から管αQを通して5iH4t GeHaあ
るいは82 H6等のガスが反応室(8)内へ導入され
、さらに管(II)を通してPHs 、 H2あるいは
NH3等のガスが反応室(8)へ導入される。また、石
英管(7)の上部には水銀ランプ@を設けるとともに石
英管(8)の下部にはヒーター(至)が設けられており
、waηの反応室(8)内には水銀ポットOQを設けら
れている。
なお、石英管(7)の管QOαρと反対側には排気口a
4が設けられている。
第8図に示した成長装置において、反応室(8)への励
起紫外線光の取り入れ部分は、励起紫外線光、例えばz
5avAの波長領域において透過特性の良いホモジル石
英等を利用することが可能であるが、アモルファスシリ
コン膜の場合、前述したSin、。
Si3N4膜等と比較して、その可視光吸収係数が格段
に大きい為に、光取り入れ部材質ホモジル石英n部に付
着したアモルファスシリコンポリマー、トるいはクラス
ターは、アモルファスシリコン膜の成長が進むにつれて
、励起光2587Aの波長に対して、遮蔽物として働く
シタ力って、グロー放電性アモルファスシリコン膜等の
如(連続成長が難かしくなる不都合はあるがこの管壁付
着物は光CVD成長条件、例えば成長時ガス圧、管壁温
度等の影響を受けるので、通常太陽電池等の基板(9)
へのアモルファスシリコン膜成長膜厚として、500〜
2oooA程度を限界とすればよい。なお、それ以上の
成長厚を用する時には、石英管(7)をクリニングすれ
ば足りる。
以上のように、本実施例によればクリニングと成長の繰
り返しにより高厚膜アモルファスシリコン膜の成長が可
能であるが、1層成長途中に生じる不連続性は、素子特
性の不安定性とともに、チャンバーのクリニング過程に
おいて生じる種々の汚染源からの影響を受けやすい。こ
のため、前述した多層構造アモルファス太陽電池製造工
程における最表面ill等の如く、その厚みを薄くし、
上記したアモルファスシリコン光CVD技術において問
題となる製造途中におけるクリニングエ哩等カ不用にな
る為、連続成長アモルファスシリコン□陣の太陽電池へ
の応用が可能になるとともに、前記したグロー放電性ア
モルファスシリコン成長技術に細隙する本質内入点すな
わち、ドーピング層からの不純物の再分布を、光CVD
法では抑制モ君るという利点を生かす事ができる。
以上説明したように、本発明は主励起キャリヤ発生領域
を幾層にも直列接続し、かつ上記主励起キャリヤ発生領
域の禁制帯幅が光入射面側から順次小さくなるように構
成したアモルファス太陽電池の製造方法において、上記
主励起キャリヤ発生領域を高周波グロー放電性及び光分
解プラズマCVD法によって形成するようにしたので、
製造過程においてドーピング層からの不純物の再分布を
抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の単層構造アモルファス太陽電池の構造を
示す断面図、第2図は従来の多層構造のアモルファス太
陽電池の構造を示す断面図、第8図はこの発明に係るア
モルファス太陽電池の製造方法を説明するために用いる
製造装置を示す構成図である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 (7)・・・石英管、(8)・・・反応室、(9)・・
・基板、Qo(ロ)・・・管。 (2)・・・水銀ランプ、 Ql・・・ヒーター、α→
・・・排気口、(至)・・・水銀ポット 出願人 工業技術院長 川 1) 裕 部 手続補正者(自発) 昭和(t′I年S月之ダ日 持奸庁長官 殿 1、 事件の表示 特願昭58−157977号2、 
発明の名称 アモルファス太陽電池の製造方法 8、r+ti正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区霞が関1丁目8番1号4、補正
の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)明細畜牛第2頁第4行目に「多重にドープして」
とあるのを「ドープして」に補正する。 (2)明細書中第8頁@8行目に「有用利用」とあるの
を「有効利用」に補正する。 (3)明m畜牛第4頁第行目に「その最表面層厚の厚み
」とあるのを「その最表面層厚」に補正する。 (4)明細畜牛第4頁第9行目に「厚は成長する」とあ
るのを「厚みに成長する」に補正する。 (5)明細畜牛第5頁第10行目に「活性不純物」とあ
るのを「活性不純物」に補正する。 (6)明細畜牛第5頁第12行目に「フェルミレベルシ
フトの」とあるのを「フェルミレベルシフトに」に補正
する。 (7)明細畜牛第5頁第14行目に[5tatB Jと
あるのを「5tate J に補正する。 (8)明細畜牛第6頁第4行目に「影響を」とあるのを
r影響を緩」に補正する。 (9)明細書中綿1O頁第14行目に「その厚みを薄く
し」とあるのを「その厚みが薄いとき」に補正する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 主励起キャリヤ発生領域を幾層にも縦形に直列接続し、
    かつ上記主励起キャリヤ発生領域の禁制帯幅が光入射面
    側から順次小さくなるように構成した水素化アモルファ
    スシリコンを主材料とするものにおいて、各主励起キャ
    リヤ発生領域を作る方法として、高周波グロー放電法と
    光分# 黍?−4
JP58157977A 1983-08-31 1983-08-31 アモルフアス太陽電池の製造方法 Pending JPS6050974A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5586544A (en) * 1993-11-30 1996-12-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel injection amount control system for internal combustion engines and intake passage wall temperature-estimating device used therein

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5586544A (en) * 1993-11-30 1996-12-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel injection amount control system for internal combustion engines and intake passage wall temperature-estimating device used therein

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