JPS6216514A - 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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JPS6216514A
JPS6216514A JP60154209A JP15420985A JPS6216514A JP S6216514 A JPS6216514 A JP S6216514A JP 60154209 A JP60154209 A JP 60154209A JP 15420985 A JP15420985 A JP 15420985A JP S6216514 A JPS6216514 A JP S6216514A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
photoelectric conversion
conversion element
silane
manufacturing
Prior art date
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Pending
Application number
JP60154209A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinori Ashida
芦田 芳徳
Kunihiro Nagamine
永峰 邦浩
Nobuhiro Fukuda
福田 信弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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

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〕 本発明は光電変換素子の製法に関し、特にその高効率化
および高速製造に関する。
〔背景技術〕
非晶質シリコン光電変換素子とくに非晶質/リコン太陽
電池の高効率化が検討されて低速製膜条件においてはあ
る程度の成果をあげつつあるが、太陽電池を商業的規模
で製造するために不可欠の高速製造においては、未だ効
率の向上の検討は緒についたばかりである。従来技術で
は特に光活性層の形成速度を20A/s  とするよう
な高速製造条件においては未だ高効率は達成されていな
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
シラン(SizHe)を原料とする非晶質シリコン太陽
電池の製造方法が有効な方法であることを開示した。即
ちジシランを原料とした場合、ある閾値を越えるエネル
ギーが供給される条件下。
具体的には薄膜の形成速度が放電電力よりも主としてジ
シラン流量に依存するところの放電電力が供給される条
件下でグロー放電分解されることが不可欠であることを
開示した(例えば特願昭58−1725他)。ついで、
第10)導電性薄膜はジシランをベースにして不純物を
添加する方法を開示した(例えば特願昭58−3440
7他)。
さらに第10)導電性薄膜の製造方法について種々検討
し、広い光学的バンドギャップを有し、かつ良好な導電
性を有する非晶質シリコンカーバイド半導体薄膜を提案
した(特願昭59−247577)。
本発明者らはこれをさらに改良して、低温、低放電電力
で良好な特性を有するp型非晶質シリコンカーバイド半
導体薄膜(以下p−asic:H膜と略称する)を得る
ことができたので、この薄膜を用いてアモルファスシリ
コン太陽電池を形成する方法を開示する。
〔発明の開示〕
本発明は基体上に第10)電極、第10)導電性薄膜、
実質的に真性で光活性の薄膜、第2の導電性の薄膜、第
2の電極の順に形成する光電変換素子の製造方法であり
、第1又は第2の導電性薄膜の形成方法に特徴を有する
ものである。即ち、該薄膜を一般式Si (CH3)n
Ha −n (n = 1〜4 )で表わされるメチル
シラン、一般式S jmHzm+2(m =1〜3)で
表わされるシラン及び不純物ガスをグロー放電分解して
形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法であ
る。
一般式5i(CH3)nH4−o(n=1〜4)テ表わ
されるメチルシランにはn=1.2.3及び4に対応し
てそれぞれモノメチルシラン、ジメチルシラン、トリメ
チルシラン及びテトラメチルシランがある。
また一般式S imH2m−)−2(m = 1〜3 
) テ表わされるシランにはm=1.2及び3に対応し
てそれぞれモノシラン、ジシラン及びトリシランがある
不純物ガスとしては半導体薄膜の導電型を変更するもの
であり、たとえばp型の導電性を付与するものには、ジ
ボラン(BzHe)、n型の・導電性を付与する本のに
はフォスフイン(PH3)り’ある。コレらB、H,や
PH3は水素やヘリウムで希釈して用いる。
本発明におけるさらなる特徴は、第1又は第2の導電性
薄膜を低温、低放電電力で形成するところにある。この
ために好ましくは、メチルシランにおいてはモノメチル
シラン、ジメチルシラン。
トリメチルシラン、シランにおいてはジシラン。
不純物ガスにおいては水素又はヘリウムで希釈されたジ
ボランが用いられる。さらに好ましくはジメチルシラン
、ジシラン及び水素又はヘリウムで希釈されたジボラン
を低い放電電力でグロー放電し、250℃以下に保持さ
れた基体上に第10)導電性薄膜としてp−asic:
H膜を形成することである。
本発明において光電変換素子の光電変換効率を向上し、
さらに光電変換素子の製造時間を短縮して生産性を高め
るために、好ましくは、前述のp−asic  :H膜
の形成後、実質的に真性で光活性の薄膜(以下1−as
i:H膜と略称する)をジシランのグロー放電分解によ
り形成することである。
特に好ましくは該1−asi:H膜の形成速度が放電電
力よりも主としてジシラン流量に依存するところの放電
電力を供給しつつ行う製造方法である。
本発明のp−asic:H膜は10 at%以下の炭素
を膜中に含有する。またグロー放電から得られる薄膜に
は水素がとりこまれて、シリコン原子の不対電子と結合
していることが当業者には知られているが本発明ではこ
の7リコン原子と水素との結合様式はIR,スペクトル
から5iHz又は(8iH2)nが大部分を占めている
ことが確認されている。
さらに本発明において該膜中に含まれる結合水素量は2
0 at%を越える多量なものである。
従来技術においては1本発明の如(SiH2又は(Si
Hz)。および多量の水素が含有される非晶質シリコン
膜は電気的特性に劣るものとして実用に供されなかった
ものである。然るに本発明者は前述の如く原料の組成を
選択することにより極めて特異な効果を見出したもので
ある。すなわち、その性質はたとえば、炭素含有量が高
々3at%であるのに光学的バンドギャップは2.2e
vを越える広いものであることから明らかでありさらに
光導電度は10 S/CrrLにも達するものもあり、
暗導電車の10倍以上の光導電度を示すものもあるので
ある。本発明においては光学的バンドギャップは膜中の
炭素含有量を1〜10at%の間で、水素含有量を15
〜60%の間で変更することによりi、s eV〜2,
5eVの間で変更することができる。
この場合、水素含有量の変更は基体の温度を変更するこ
とにより行うことが出来る。多量の水素を効率よ(とり
入れるために基体の温度は250℃以下に保持される。
好ましい効果を与える基体の温度は80℃以上、200
℃以下であり、特に好ましい基体の温度は1006C以
上、160℃以下である。
〔発明を実施するための好ましい形態〕グロー放電可能
な反応室内に光電変換素子を形成すべき第10)電極を
有する基体を配設し、減圧下250°C以下の温度に加
熱保持する。ついでジメチルシラン、ジシラン及び水素
又はヘリウムで希釈されたジボランを導入し、圧力0.
05〜2Torrにおいて放電電力1〜10Wで本発明
の薄膜(p−asic:H膜)を得る。ジシランに対す
るジメチルシランの添加割合は容素比で1/10〜2で
あれば充分である。ジボランの添加景は適宜決定せられ
る。必要膜厚形成後1−asi:H膜、第10)導電性
と逆導電性の第2の導電性膜を順次積層し、ついで第2
の電極を堆積して光電変換素子を得る。
以下ガラス基板を基体として用いる例についてさらに具
体的に説明する。透明電極が形成されたガラス基板をグ
ロー放電室に接続された基板送入室に送入する。減圧下
250’C以下の温度に加熱した後、p−asic:H
膜の形成室に移送する。
ジメチルシラン、ジシランに水素又はヘリウム希釈のジ
ボランを導入し、0.05〜2’l’orrの圧力にお
いて、放電電力1〜10Wでグロー放電分解し、p−a
sic:H膜を形成する。つぎニ1−asi:H膜の形
成室に該基体を移送し、ジシラン、又は水素やヘリウム
で希釈したジシランのグロー放電−分解により1−as
i:H膜を形成する。1−asi:H膜形成は形成速度
がグロー放電電力によらず、主としてジシラン流量によ
って支配される放電電力の領域で行なわれる。形成温度
、圧力はそれぞれ100〜400°C,0,05〜2T
orrである。具体的な放電電力は反応装置により適宜
法められねばならないが、ジシランあたりに加えられる
エネルギーの目安としては、ジシランに対しては30〜
40 KJ/g  S r 2H6以上、ヘリウムや水
素で希釈された10チジシランに対しては10〜20K
J 7g−8i 2H6以上の値が好ましいものである
1−aSi:H膜形成時に約1 vol ppm以下の
如く、極微量のジボランを加えて行うこともできる。必
要厚みの1−asi:H膜積層終了後、n型半導体膜形
成室へ該基体を移送する。n型半導体膜の形成はシラン
に水素又はヘリウムで希釈したフォスフインを加えて該
形成室に導入し、5Torr以下の圧力に調節し、グロ
ー放電分解される。基体の温度は100〜400℃であ
る。必要厚みのn型半導体の形成後、第2の電極を形成
して本発明の光電変換素子を得る。
上記の態様においてp型半導体やn型半導体は微結晶シ
リコン半導体を形成してもよい。
上記の態様の他にも(i)基板側からn型半導体。
1−asi:H膜p−asic:H膜、透明電極と積層
する方法、  (ii)電極を分割して、複数の太陽電
池を形成しこれらを直列接続する集積型太陽電池の製造
方法も本発明において用いることができる。
本発明の方法においてp−asic:H膜、1−asi
5o OA、 2000〜8000A、 50〜500
Aで本発明の方法に用いる基板や電極の材質については
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材料でもよい。
具体的にはガラス、アルミナ、シリコン、ステンレスス
チール、アルミニウム、モリブデン、耐熱性高分子等の
材料で形成されるフィルムあるいは板状のものを使用で
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。
たとえばアルミニウム、モリブデン、ニクロム。
ITo、酸化錫、ステンレス等の薄膜又は薄板が用いら
れる。
実施例 基板送入室、n型半導体形成室、1型半導体形成室、n
型半導体形成室を有するプラズマCVD装置で光電変換
素子を形成した。p−asic:H膜の作製はガラス基
板上に約1000〜1ooooi 厚の透明導電膜を形
成した基体上に、ジメチルシラン。
ジノラン及び水素希釈ジボランを各7 jsccバ。
5sccM及び11005CCの流量で供給しつつ、基
体温度150℃、圧力0.56Torr  において放
電電力IWで行われた。膜厚約18OA形成後1−as
i:H膜形成室へ移送した。ジシランを導入し圧力0.
11Torr、温度300’C,供給エネルギー43K
J/g −8i 2Ha テ1−as i :H膜を6
50OA形成した。ついでn型半導体形成室へ移送した
。モノシ。
ラン、水素希釈フォスフイン及び水素をそれぞれ2.5
5CCM、 30SCCM及び70 s CCM導入し
、圧力0.48Torr、 温度150°C1放電電力
200Wで微結晶n型半導体膜を約30OA形成した。
ついでアルミニウムを蒸着して第2の電極として光電変
換素子を得た。この素子特性をAM 1 、 100m
W肩の光照射下において調べたところ約3 A/ sの
高速成膜において、約11%と非常に高い光電変換効率
を得た。
〔作用効果〕
実施例に示すように、ジシランを用いて極めて高い変換
効率を有する非晶質太陽電池を高速製造できる本発明は
工業的にもすぐれた実用性を有するものである。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基体上に、第1の電極、第1の導電性薄膜、実質
    的に真性で光活性の薄膜、第2の導電性の薄膜、第2の
    電極の順に形成する光電変換素子の製造方法において、
    第1の導電性薄膜を一般式Si(CH_3)_nH_4
    _−_n(n=1〜4)で表わされるメチルシラン、一
    般式Si_mH_2_m_+_2(m=1〜3)で表わ
    されるシラン及び不純物ガスをグロー放電分解して形成
    することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
  2. (2)メチルシランがn=2であるジメチルシランであ
    る特許請求の範囲第1項記載の光電変換素子の製造方法
  3. (3)シランがm=2であらわされるジシランである特
    許請求の範囲第1項記載の光電変換素子の製造方法。
  4. (4)不純物ガスが水素又はヘリウムで希釈されたジボ
    ランもしくはフォスフィンである特許請求の範囲第1項
    記載の光電変換素子の製造方法。
  5. (5)グロー放電分解して得られる第1の導電性薄膜は
    250℃以下の温度に保持された基体上に形成される特
    許請求の範囲第1項記載の光電変換素子の製造方法。
  6. (6)基体上に第1の電極、第1の導電性薄膜、実質的
    に真性で光活性の薄膜、第2の導電性の薄膜、第2の電
    極の順に形成する光電変換素子の製造方法において(a
    )第1の導電性薄膜を一般式Si(CH_3)_nH_
    4_−_n(n=1〜4)で表わされるメチルシラン、
    一般式Si_mH_2_m_+_2(m=1〜3)で表
    わされるシラン及び不純物ガスのグロー放電分解により
    、かつ(b)実質的に真性で光活性の薄膜をジシランの
    グロー放電分解によりそれぞれ形成することを特徴とす
    る光電変換素子の製造方法。
  7. (7)メチルシランがn=2であるジメチルシランであ
    る特許請求の範囲第6項記載の光電変換素子の製造方法
  8. (8)シランがm=2であらわされるジシランである特
    許請求の範囲第6項記載の光電変換素子の製造方法。
  9. (9)不純物ガスが水素又はヘリウムで希釈されたジボ
    ランもしくはフォスフィンである特許請求の範囲第6項
    記載の光電変換素子の製造方法。
  10. (10)グロー放電分解して得られる第1の導電性薄膜
    は250℃以下の温度に保持された基体上に形成される
    特許請求の範囲第6項記載の光電変換素子の製造方法。
  11. (11)実質的に真性で光活性の薄膜の形成は、該薄膜
    の形成速度が放電電力よりも主としてジシラン流量に依
    存するところの放電電力を供給しつつ行われることを特
    徴とする特許請求の範囲第6項記載の光電変換素子の製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63220580A (ja) * 1987-03-10 1988-09-13 Mitsui Toatsu Chem Inc 光電変換素子の製造の方法
JPS63220579A (ja) * 1987-03-10 1988-09-13 Mitsui Toatsu Chem Inc 光電変換素子の製造方法
JPS63241970A (ja) * 1987-03-30 1988-10-07 Mitsui Toatsu Chem Inc 光電変換素子の製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6085575A (ja) * 1983-10-18 1985-05-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置作製方法
JPS60154521A (ja) * 1984-01-23 1985-08-14 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 炭化珪素被膜作製方法

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