JPS6150378A - 非晶質太陽電池の製法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は非晶質シリコン（以下ａ−８Ｈト■と略称）太
陽電池の製法に関し、特にその高効率化および高速製造
に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

非晶質ンリコン太陽電池の高効率化が検討されて、効果
をあげつつあるが、高速製造条件においては未だ効率の
向上は緒についたばかりである。

すなわち、実質的に真性の光活性層（以下光活性層と略
称）の形成速度を２０Ａ、／Ｓとするような高速製造条
件においては高効率は達成されて（・ない。

本発明者は先に、高速でかつ高効率を達成するためにジ
ノラン（Ｓ、２Ｈ６）を原料とする非晶質ンリコン太陽
電池の製造方法を開示した。すなわちジシラ／を原料と
した場合ある闇値を越えるエネルギーが供給される条件
下でジシランが分解されることが不可欠であることを開
示した。

しかしながら、ジンランが高速成膜性であるが故に半導
体接合界面の制御が困難であった。とい５のはこの界面
は高々１００ＯＡ以下の薄さであり、２０Ａ／Ｓのよ５
な高速で成膜を行う場合、僅か５０ｓ以下の短い時間で
制御せねばならぬからである。

それ故この界面を成膜速度のおそいモノシラン（ＳＩＨ
ｌ）で形成し、ついでジシランで形成することが検討さ
れたが未だ充分の成果は得られていない。

モノシランとジシランはａ　　Ｓｉ’Ｈ作成時共用され
ていたが、本発明者らはこの共用は必ずしも好ましいも
のではなく、とくに光活性層の形成時くおいて共用され
た場合短絡電流の著しい減少をひきおこすことを見出し
た。七ノンランとジシラ／は一見同様の性質を示すよう
に考えられ共用が検討されているが、少くとも一般的な
容量結合型プラズマＣＶＤ装置が用いられる限りにおい
ては前記の問題点の解決は困難である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は高速製膜条件においても短絡電流の低下
や曲線因子の低下をひきおこすことがない高光電変換効
率の非晶質太陽電池を製造する方１　　　　　　　　法
を提供することである。

〔発明の開示〕

本発明者らは、ジシランとモノシラノの差違について検
討し、モノシラノを実質的に含有しないジシランを光活
性層の形成原料とすることにより短絡電流が回復するこ
とを見出し本発明を完成した。

すなわち１本発明に従って、第１の電極を有する基板上
に第１の導電層、実質的に真性の光活性層、第２の導電
層および第２の電極を順次形成する非晶質太陽電池の製
造方法において該実質的に真性の光活性層をモノシラノ
を実質的に含有しないジシランのグロー放電分解で形成
するとともに、第１又は第２の導電層をもモノシランを
実質的に含有しないジシランと第１又は第２の導電型を
賦与する原料とを分解して形成することを特徴とする非
晶質太陽電池の製法が提供される。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明の方法において使用するモノシランを実質的に含
有しないジシランとはモノシラン含量が１０　ｖｏ１％
未満、好ましくは５％未満、より好ましくは１％未満、
さらに好ましくは０１％未満。

最も好ましくはほぼ０％のものである。モノシランの含
量が犬になると後記実施例、比較例から明らかなように
、太陽電池の短絡電流および曲線因子（Ｆ、Ｆ、）が急
激に悪くなる。

本発明の方法においては、光活性層はモノシラン含量が
好ましくは０．１ｖｃｌ！％未滴のジシランのグロー放
電分解により形成される。特願昭５８−１７２６号で開
示したようにグロー放電分解はａ　−３＋’Ｈ膜の形成
速度がグロー放電に用いる高周波電力に依存して変化し
ない領域において行なわれる。

モノンラ／の含量がこの１直以上になると比較のために
示した例に開示されるように太陽電池の短絡電流及び曲
線因子を大巾に低下させる。

本発明の方法においては、光活性層のみでな（第１又は
第２の導電層をも上記のごとき高純度なジノランすなわ
ちモノシランを実質的に含有しないジシランと第１又は
第２の導電型を賦与する原料とを分解して形成すること
により太陽電池の特性がさらに向上する。特に短絡電流
及び曲線因子において顕著な改善が観察される。第１又
は第２の導電層はｐ型又はｎ型の導電型をあられす。改
善の効果は特に光入射側の導電層において顕著である。

ｐ型半導体を光入射側に用いるとぎＫは、ジシランとド
ーピングガスを原料としてジンラノ単位質量あたり４０
ＫＪ以下のグロー放電エイ・ルギーを印加してｐ型半導
体を形成することが太陽電池の信頼性を向上させる点か
ら好ましい。従来技術においては光入射側にｐ型アモル
ファス／リコンカーバイドが用いられていたが、本発明
では必ずしもこれを必要としない。ドーピングガスは水
素又はヘリウムで希釈されたシボラフが用いられる。こ
れらの導電層の形成はグロー放電に限られることはない
。たとえば光分解法も利用てきるがこの時にはジンシン
とドーピングガスの他πアセチレンやアルキル／う／を
添加して、アモルファスシリコンカーバイドを形成する
ことが光の入射損失を少くする。

先に述べたグロー放電エネルギーは次の（１）式で算出
する。

ジシランの重量分率　　　　（１１ （１１式に用いる成膜条件の単位は、ＲＦ電力（Ｗ）、
原料ガス流量（標準状態毎分当りの流量ミＳＣＣＭ）で
あり、１３４４　＝Ｅ６０＠ｌｘ　２２．４　（１ｌｍ
ｏ！　）で表わされる係数である。たとえばジシランＩ
Ｏ８ＣＣＭ、ドーピングガス（５００ｐｐｍジボラノ含
有水素）２０ＳＣＣＭのとき、平均分子量−（１０Ｘ６
２．２＋２０Ｘ２　）／３０＝２２．０、ジンラン重量
分率＝１０Ｘ６２．２／２２．０　＝　０．９４　であ
り、グロー放重電力を５Ｗとすると、上記（１）式に代
入して となる。

ｎ型半導体の形成にはホスフィ７（ＰＨ３＞を水素やヘ
リウムで希釈したドーピングガスを用いる。

本発明で用いる基板や電極の材料については特Ｉ　　　
　　　　Ｋ＊１ＩＰＪ１８；ｈ″ず・ゞ′Ｊ″ｆｌＡｃ
゛ｂｈｌｃ゛ｌ−”゛“７“用いられる。

たとえば、基板としては絶縁性又は導電性、透明又は不
透明のいずれの性質を有するものでもよ（・。

基本的にはガラス、アルミナ、シリコン、ステンレスス
ティール、アルミニウム、モリブテノ、耐熱性高分子等
の物質で形成されるフィルムある（・は板状の材料を基
板として有効に用いることができる。電極材料としては
、光入射側にはもちろん透明あるいは透光性の材料を用
いなければならないが、これ以外の制限はない。アルミ
ニウム、モリブデン、ニクロム、ＩＴＯ１酸化錫、ステ
ンレス等の薄膜又は薄板が電極材料として有効に用（・
られる。

本発明を実施するための好ましい形態をガラス基板を用
いる例について示す。グロー放電反応室に透明導電膜が
形成されたガラス基板を挿入する。

ついで減圧下１００〜４００℃の温度に加熱維持する。

高純度ジシラン（７２７０，１％未満のもの）とｎ型ド
ーピングガスな＋１）式の如く適当量装入し。

グロー放電エネルギー４０ＫＪ＃−８１□Ｈ０以下を印
加して放電してｐ型ａｓｉ’Ｈ膜を該透明導電膜上に形
成する。ｐ型ａ−８８Ｈ膜の力・わりに光分解法により
ｐ型ａ−８ＩＣ８Ｈ膜を形成してもよい。

ついで同じくこの高純度ジシランをａ　　Ｓｉ’Ｈ膜の
形成速度がグロー放電に用いる高周波電力に依存して変
化しない領域にお（・て分解し、光活性層を形成する。

光活性層は高純度ジンランに対し１’＃Ｉ）Ｉ）ｍ以下
の微量のジボランを添加し℃形成されることもありうる
。ついでさらにこの高純度ジンランとｎ型ドーピングガ
スのグロー放電分解によりｎ型ａ−３ｒ・Ｈ膜又はｎ型
機結晶化水素化シリコン膜を形成する。さらに最後に第
２の電極を形成する。

光活性層の形成条件は形成温度１００〜４００℃圧力０
．１〜２Ｔｏｒｒである。このとき希釈ガスとして水素
やヘリウムを用いることができる。希釈ガスを用いるこ
とにより光活性層の光導重度を希釈ガスを用いない場合
に比べ２〜１０倍増加させることができる 太陽電池の形成方法は上記の態様の外にも（Ｉ）基板側
からｐ型−１型−ｐ型と積層する方法、　ｉｉ電極を分
割しておいて、複数の太陽電池を形成しこれらを直列接
続した型で得る集積型太陽電池を製造する方法、　（ｍ
）電極およびａ−３１：Ｈ膜を一様に形成した後、レー
ザー光のような加熱手段で分割し、ついで集積化する方
法等いろいろあるが、これらのいずれの方法をも用（・
ることかできる。またｐ、ｉ、ｎ型ａｓｒ：Ｈ膜を単一
の反応室で作成する方法や別々の反応室で作成すること
もできる。

なお１本発明においてｐ型、Ｉ型、ｎ型ａｓ＋：Ｈ層の
膜厚はそれぞれ５０〜５００Ａ、　　２０００〜８００
０Ａ、５０〜５００Ａである。

〔発明を実施するための好ましい形態〕（実施例） 基板挿入室、ｐ、光活性層、ｎの各層形成室、基板取出
室からなるプラズマＣＶＤ装置において、本発明の方法
を実施した。ｐ層の形成条件は圧力０．７Ｔｏｒｒ、放
電エネルギー８．２ＫＪ／ｇ−Ｓ、　２ｌ−１ｅ、Ｂ２
Ｈａ　／　Ｓ　ｉ　２Ｈ，＝　０．１　ｖｏ１％、Ｓ　
１２　Ｆｌａ　／　Ｈ２−０，５（容量比）である。モ
ノシラン含有量０．１ｖｏ／％未満の高純度ジンランを
用いた。９層膜厚は約１０ＯＡとした。

つぎに基板を光活性層形成室に移し、該高純度ジノラン
のグロー放電分解により、ａ−８Ｉ　Ｈ膜形成速度２５
Ａ／Ｓで約５０００Ａの光活性層を形成した。

供給エイ・ルギーは６０ＫＪ／ｆ−８１２Ｈ６、形成温
度は３００℃、形成圧力は０．３Ｔｏｒｒであった。

光活性層形成後ｎ層形成室に移送した。ｎ層においては
ＰＨ３を共存させ１００＾形成し、基板取出し室を経て
取出し、真空蒸着によりＡＩ！電極を形成した。同様に
してモノシラン含有量１．１０　ｖａｔ％およびこれと
比較するため５０　ｖａｔ％のジシラン九ついて上記実
施例と同様の手順で非晶質ンリコン太陽電池を製造した
。これらの比較の例においてａｓｈ　　Ｈａ形成速度は
２３〜２６λ／Ｓであり（本発明の方法と差違はな力じ
だ。しかしながら短絡電流と曲線因子は本発明より極度
に低下した。

この結果を第１表に示す。

〔発明の効果および産業上の利用可能性〕実施例と比較
の例とを比べると本発明は、非晶質太陽電池の高効率化
に有効であることがわかる。

とく忙短絡電流と曲線因子において改善の効果が著しい
。

すなわち非晶質シリコン太陽電池の高速製造において光
電変換効率を向上させるために本発明の方法はきわめて
有用である。また導電層にアモルファスシリコンカーバ
イドを必ずしも用いる必要はない。これはカーボンによ
る汚染を排除できて。

該太陽電池の信頼性向上につながる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の電極を有する基板上に第１の導電層、実質
   的に真性の光活性層、第２の導電層および第２の電極を
   順次形成する非晶質太陽電池の製造方法において該実質
   的に真性の光活性層をモノシランを実質的に含有しない
   ジシランのグロー放電分解で形成するとともに、第１又
   は第２の導電層をもモノシランを実質的に含有しないジ
   シランと第１又は第２の導電型を賦与する原料とを分解
   して形成することを特徴とする非晶質太陽電池の製法。
2. （２）ジシラン中のモノシランの含有率が０．１ｖｏｌ
   ％未満である特許請求の範囲第１項記載の方法。