JPS6150380A - 光電変換素子の製造方法 - Google Patents

光電変換素子の製造方法

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JPS6150380A
JPS6150380A JP59171438A JP17143884A JPS6150380A JP S6150380 A JPS6150380 A JP S6150380A JP 59171438 A JP59171438 A JP 59171438A JP 17143884 A JP17143884 A JP 17143884A JP S6150380 A JPS6150380 A JP S6150380A
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Nobuhiro Fukuda
福田 信弘
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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】 〔技術分野〕 本発明は非晶質シリコン(以下a −q5 + :l(
と略称する)光電変換素子の製造方法に関し、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〕
光電変換素子と(に非晶質ンリコン太陽電池の高効率化
が検討されて成果をあげつつあるが、高速成膜条件にお
いては末だ効率の向上は緒についたばかりである。すな
わち、光活性層の形成速度を20 A/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いない。
本発明者らは先に、高速でかつ高効率を達成するために
ジシラン(Si2Ha)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。即ちジシランを原料とし
た場合、ある閾値な越えるエネルギーが供給される条件
下でジシランを分解することがこのために不可欠である
ことを開示した。
しかしながらジシ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。なぜなら、この界面は
高々l0QOA以下の厚みであり、20 A/Sのよう
な高速で成膜を行う場合、僅か50秒以下の短い時間で
制御せねばならぬからである。
本発明者らこの界面をモノシランで形成したり、放電電
力を低下させて成膜速度を遅くしたりして形成すること
な試みたが未だ充分の成果を得ていない。
本発明者らはこのようにモノシランで界面を作成してジ
シランへ移行することやジシランを用いかつ放電電力を
低下させて成膜速度をおそくすることは、たとえ界面の
数10OAの領域といえども好ましくないことを見出し
た。けだし、これらの1       場合には、短絡
電流の著しい減少が生じ、曲線因子(F、F、)も低下
するからである。
〔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
率の光電変換素子を製造する方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ンの併用は好ましくな
いのでジシランのみで光活性層の製造を検討し必要エネ
ルギーを与えつつ堆積速度のみを低下させて膜質を劣化
させずに界面を形成しうろことに着目し、本発明を完成
した。
すなわち、本発明に従って、電極な有する基板上に、シ
リコン水素化物のグロー放電分解により、第1の導電層
、光活性層および第2の導電層を順次形成し、第2の電
極を設ける光電変換素子の製造方法において、少くとも
該光活性層の形成なジシランにより行い、かつ該ジシラ
ン単位質量当り、活性層薄膜の形成速度が主としてジシ
ラン流量に依存し印加1ネルギー量によっては実質的に
影響されることのない最低のエネルギー量(以下、閾値
という)以上のエネルギーを常に印加すると共に、該光
活性層形成の少くとも初期領域はより低速度で、残りを
より高速度となるごとく連続的に堆積速度を変化させて
行なうことな特徴とする光電変換素子の製造方法が提供
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ジシランとはモノシラン
含量が1Ovo1%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(1,1%未満、
最も好ましくはほぼ0%のものである。モノシラン含量
が犬になると太陽電池の曲線因子(F、F、)が急激に
悪くなる。
本発明の方法において「閾値」とはジノラン単位質量当
りの、活性層薄膜の形成速度が主としてジシラン流量に
依存し印加エネルギー量によっては実質的に影響される
ことのない最低のエネルギー量として定義されるが、よ
り具゛体的には、本発明者らが特願昭58−1726号
に開示したように、a−3i: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ようにな
るグロー放電電力の値である。すなわち、閾値を越える
グロー放電電力においては、形成速度は原料ガス流量に
よって支配されるので、原料ガス流量を低下させること
により、堆積速度を低下させうるうこの方法を用いれば
ジンラ/を用いてa−3i:Hgを形成するにあたって
も、その膜質な低下させることなく、堆積速度を低下せ
しめ5るので、界面における不純物分布の制御や膜質の
異なる界面の形成を避けることができる。
これに対し、SiH4を用いる方法や、512I(6を
用いても電力や流量を低下させる方法においては前記の
問題点を解決できない。
本発明において閾値は供給エネルギー(Swpμm、c
c14u42ν)として表わすのが便利である。
供給エネルギーの求め方は次の式による。
X ジ’/ ランの頂jbfr CI 〕〔13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三SCCM)であり、134
4三60(分)X22.4(l/mol )で表わされ
る係数である。たとえばジシラン3oSCCM。
希釈のためのヘリウムガス270SCCMのときは、平
均分子量=(30X62.2+270X4)/300=
9.82、す、RF電力(グロー放電電力) = i@
no wのときには、〔13式に代入して を得る。閾値の値は先に定義した通りであるが、具体的
に例示すれば、ジシランの場合50KJ/7−81□H
6、ヘリウム宿駅10%ジシランの場合10KJ/II
S 12 H6、水素希釈10%ジシランの場合30K
J/1−5 i 2Haのごと(になる。
本発明の方法は光活性層の形成をジシランによ1   
     り行いかつジシランにかかる閾値以上の必要
エネルギーを常に印加すると共に、特に光活性層の形成
の少くとも初期領域(界面領域)は上記閾値以上の範囲
でより低速度で、残りの大部分の領域をより高速度とな
るごとく連続的に堆積速度を変化させて行うものである
ここで界面領域とは、光活性層の形成開始初期(たとえ
ばP −i接合界面)または形成終了点(たとえばP−
n接合界面)から1000λ以内の膜厚部分、より好ま
しくは50〜500ズ の膜厚部分をいう。本発明の方
法においては光活性層の界面領域は必ず10 A/S以
下の堆積速度で形成されなければならない。IOA/S
を越えると該領域における不純物の深さ方向の濃度分布
の制御が困難になり太陽電池の性能が低下する。本発明
の方法においては光活性層の界面領域を上記の如く閾値
以上のエネルギーを与えつつ、堆積速度を10A/S以
下の低速で行ないついで光活性層の大部分にあたる残り
の部分を20 A/’Sを越える高速で堆積するもので
ある。
この場合堆積速度は連続的に変化させなければならない
。堆積速度の変化は閾値以上の供給エネルギーを与えつ
つ行なう。ここで連続的な変化とは不連続でない変化を
いい、不連続な変化とは、流量の変化にRF電力の変化
が上記規定の供給エネルギー条件を満足すべく追従でき
ないような変化ないう。もし堆積速度を不連続的忙急激
に変化させると太陽電池特性の低下が生じる。
なお、実際上便利な方法としてRF電力の上昇を流量の
上昇に先行させる方法がある。この方法による限り供給
エネルギーは閾値を下回ることは以下であるが、この部
分の厚みは高々100OA通常5Q〜500A  と薄
いので、平均堆積速度から要求される界面領域の堆積時
間の範囲内であれば、膜堆積速度は低い方がより制御し
やすい。
なお、本発明の方法を実施するに際し、より好ましくは
、第1の導電層を形成した基板を安定したグロー放電中
に移送することにより、光活性層の形成を開始すること
である。
グロー放電の立上がり時には必ず放電に乱れが生じるの
で、これを避けるために、安定したグロー放電中九基板
を移送することが行なわれる。光活性層において界面領
域の形成だけを、高速で行なう残りの部分から分離して
おこなうことも本発明の効果を発揮させるW好ましい方
法の−っである。基板の移送時に放電九乱れる生じさせ
ないためには基板および基板ボルダ−は電気的に絶縁さ
れているか、基板および基板ボルダ−自身が絶縁物であ
ることが好ましい。
本発明の方法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
1(’)(1〜4oo℃の温度に加熱維持する。ジノラ
ンとp型ドーピングガスとによりp型a−8iニド(膜
な形成する。p型a −S i:11膜のかわりにグロ
ー放電法や光分解法りでよりジシラ/、p型ドーピング
ガス、炭素含有化合物とからp型a−5i:H膜を形成
してもよい。ついでジシランをa−8i: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、即ち閾値以上の領域において分解し光活性層を
形成する。界面の形成はジシランの流量を低くして行な
い、ついでRF電力を上昇させながらジシラン流量を増
加させる。また堆積速度の遅いグロー放電中へ基板な移
送して光活性層を形成しはじめることは特に好ましいこ
とである。
光活性層はジシランに対しI Vppm以下の微量のジ
ボランを添加12て形成されることもありうる。
ついでジシランとn型ドーピングガスによりn型a−3
i:H膜又はn型微結晶化水素化シリコン膜を形成する
。さらに第2の電極を形成して本発明を完成する。
光活性層の形成条件は形成温度100〜400℃、圧力
0.05〜’;!、Torr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
な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。
j         p型又はp型のドーピングガスは
それぞれジボラン(B2H6)およびホスフィン(PH
s)が水素又はヘリウムで希釈して用いられる。
太陽電池の形成方法は上記の態様の外にも(1)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、(i
ii )電極およびa−3i:t(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
も用いることができる。
またp、i、n型a−3i: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、本発明においてp型、1型、n型a−8i:n層
の膜厚はそれぞれ50〜500A12000〜8000
A150〜500Aである。
本発明で用いる基板や電極の材料については特に制限さ
れず、従来用いられている物質が有効に用いられる。
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い。基本的には
ガラス、アルミナ、シリコン、ステンレンステイール、
アルミニウム、モリブデン、耐熱性高分子等の物質で形
成されるフィルムあるい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いられる。
〔発明を実施するための好ましい形態〕以下実施例によ
り本発明を説明する。
(実施例) 基板挿入室、p層、光活性層、n層の各層形成室、基板
取出し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層はB2Ha /S +、H6=
0.ly(,1%、512Ha/H2=50 vo1%
で、圧力0、ITorr、供給エネルギー8.2KJ/
1I−8i、H6、温度200°Cで約1(’IOAの
膜厚に形成された。つぎに光活性層形成室に移し、温度
300℃、形成圧力0.08〜0.3TOrrにおいて
供給エネルギーQ6QK J / g −8i 2H6
として光活性層を形成した。光活性層の形成は2A/S
の堆積速度を有する界面形成部に基板を移送し50秒間
の滞留の後、30A/Sの堆積速度になるようにRF電
力および流量を変化させ、約5000Aの膜厚とするこ
とで行なわれた。この時の平均の堆積速度は23A/S
を越える高速である。ついでn層形成室に移送した。
PH,”5i2H6=l vo I%、S2H,/H,
=10vo1%でn層を約30OA形成した。基板取出
し室を経て取り出し真空蒸着にまりAl電極を形成した
。AMI100771WA+7  の光な照射したとこ
ろ光活性層の平均堆積速度が23A/Sを越す高速製造
条件であったにかかわらず、短絡電流は13〜14mA
/cJ、曲線因子は0.65〜0.7を維持しており、
光電変換効率の低下をひきおこさないことがわかった。
〔発明の効果〕
以上のごとく、たとえば上記実施例に示すように、本発
明の方法によれば高速製造条件においても短絡電流の低
下や曲線因子の低下等の太陽電池特性の低下を生じさせ
ることなく光電変換効率の高効率化を達成できるもので
ある。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極を有する基板上に、シリコン水素化物のグロ
    ー放電分解により、第1の導電層、光活性層および第2
    の導電層を順次形成し、第2の電極を設ける光電変換素
    子の製造方法において、少くとも該光活性層の形成をジ
    シランにより行い、かつ該ジシラン単位質量当り、活性
    層薄膜の形成速度が主としてジシラン流量に依存し印加
    エネルギー量によつては実質的に影響されることのない
    最低のエネルギー量(以下閾値という)以上のエネルギ
    ーを常に印加すると共に、該光活性層形成の少くとも初
    期領域はより低速度で、残りをより高速度となるごとく
    連続的に堆積速度を変化させて行なうことを特徴とする
    光電変換素子の製造方法。
  2. (2)光活性層の形成開始初期から1000Å以内の膜
    厚が形成される部分(初期領域部分)を10Å/S以下
    のより低い堆積速度で行なう特許請求の範囲第1項記載
    の方法。
  3. (3)第1の導電層を形成した基板を安定したグロー放
    電中に移送することにより光活性層の形成を開始する特
    許請求の範囲第1項又は第2項に記載の方法。
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Cited By (3)

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