JPS63289968A - 非晶質太陽電池の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非晶質太陽電池に係り、特に高次シランを用
いた高速形成に好適なケイ素糸ｐｉｎ型非晶質太陽電池
に関する。

〔従来の技術〕

ケイ素系非晶質太陽電池の低コスト化のためには、高次
シランな用いて高速で非晶質層を形成することが効果的
である。ところが、高次シランを用いて、高速で形成し
た太陽１Ｔ池は、第４４回応用物理学会学術講演会、Ｐ
、３４８　（１９８３年）等に述べられているように、
高効率の可能性はあるが、モノシランを用いた低速成膜
によるもの（効率１１％台）に比べ、大幅に効率が低い
。

この原因としては、（１）〜４次シランの分解反応の際
に急激な圧力上昇を引き起こし、反応条件が不安定とな
ること、（２）反応室て初期にたまった高次シランに対
し、反応初期の立上がりの際には、供給されるエネルギ
ーが小さいため、高次シランが十分分解しないまま膜と
なり、膜中にＳ　ｉＨ２結合の多い、散音でない質の悪
い膜が形成されることが考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、ケイ素系非晶質膜な高速で形成する際
に、高次シランの分解反応制御の点について配慮がされ
ておらず、前述のように、高次シラン分解初期の反応条
件の安定性低下や、分解初期の膜質低下を引き起こすと
いう問題があった。

本発明の目的は、これらの問題を解決し、高次シランを
用いた高速形成太陽電池の特性を向上させることにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、高次シランな用いてケイ素系非晶質層を形
成するｐｉｎ型ケイ素系非晶質太陽電池において、高次
シラン分解反応の際に、高次シランを不活性ガスあるい
は水素ガスで希釈し、上記不活性ガスあるいは水素ガス
と高次シランとの流量比を変化させながらケイ素系非晶
質膜を形成することにより達成される。

高次シラン分解反応の際に、（１）反応圧力の急激な上
昇等による反応条件の安定性低下、（２）反応室内に初
期に存在している高次シランの世に対し、反応の立上が
りの際には、単位高次シラン当りに供給する分解エネル
ギーが不足することによる反応初期に形成される膜質の
低下、を低減するためには、まず、高次シランを用いる
反応の初期には、不活性ガス、あるいは、水素を流して
おき、その抜栓々に上記不活性ガスあるいは水素の流量
を減らし、同時に高次シランの流量を徐々に増やすこと
が効果的である。上記方法知より、例えば不活性ガスあ
るいは水素の流量と高次シランの流量の和を一定に保っ
ておげば、高次シラン分解反応の際、初期の急激な反応
による圧力変動や、反応の立上がりの際の、単位高次シ
ラン当りに供給されるエネルギーが不足し疋膜質が低下
する現象を抑えることが可能である。

高次シランを分解して、ケイ素系非晶質層を形成する方
法としては、光エネルギーやマイクロ波放電、あるいは
ｒｆグロー放電を用いることができる。特に、高速成膜
のために高次シランを分解して良質の非晶質膜を得るた
めには、ｒｆダグロー放電法用いることが好ましい。

また、不法を適用するケイ素糸ｐｉｎ型非晶質太陽電池
の構造としては、（ｌｉｆｅ入射側から、透明基板、透
明電極、ｎ型ケイ素系非晶質層、　ｉ　（１ｎｔｒｉｎ
−ｓｉｃ）型ケイ素糸非晶質層、ｎ型ケイ素系非晶質層
。

外面ζ極の順に形成されるもの、（２）光入射側から透
明基板、透明電極、ｎ型、ｉ型、ｐ型各ケイ素系非晶質
層、４面電極の１晒に形成されるもの、（３）金属基板
側からｐ、！　＋　ｎ　＋各ケイ素糸非晶質Ｒ１透明電
模の順に形成さｒるもの、（４）金属基板側から、ｎ層
　’　＋　Ｉ）　＋各ケイ素糸非晶質層、透明電極の順
シて形成されるもの、０４通りがあるが、（２）。

（４）の場合には、ｎ層を形成してからｉ層を形成する
ことになり、ｎ型ドーパントであるｐ原子のｉ層中への
混入により特性が低下する虞れがある。

好ましくは（１１、（３１の構造が良い。

上記構造（１１、（２１の場合に用いる透明基板として
はガラス、耐熱性プラスチック等が挙げられるが、。

基板加熱（約２２０　’Ｃ）時の熱的安定性、コストの
一煮でガラスか好ましい。

透明電極としては、酸化スズ（５ｎ０２　）　、インジ
ウムチンオキサイド（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等
が挙げらねるが、成膜時に不純物が混入しにくいという
点では５ｎ０２ｆ！：用いることが好ましい。

次に、ｐ型、ｎ型ケイ素系非晶質層としては、ａ−８ｉ
Ｃ：Ｈ，ａ−８ｉ　：Ｈ、微結晶Ｓｉ等が挙げられる。

これらの層を光入射側にする場合には光学的バンドギャ
ップが大きいａ−８ｉＣ：Ｈ，微結晶Ｓｉが好ましく、
また裏面電極あるいは金属基板側にする場合には、導電
率の大きい微結晶Ｓｉが好ましい。ｉ層としては、ａ−
８ｉ　：Ｈ，ａ−８ｉＧｅ　：Ｈ，微結晶Ｓｉ等が挙げ
られる。通常のシングルセル型ではａ　−ｓｉ：Ｈが好
ましく、積層セル形で光学的バンドギャップの小さい材
料を用いる必要がある場合にはａ−３ｉＧｅ：Ｈが好ま
しい。

上記のようにケイ素系非晶質層としては、ｐ層。

ｒ　Ｎ’ｊ　ｒ　ｎ層があるが、このうちｉ層が最も膜
厚が太き（、高次シランな用いて高速形成する場合には
、１層に高次シランな用いることが効果的である。ただ
し、例えば、高次シランを用いて光学的バンドギャップ
を大きくしたい場合等、特に目的がある場合には、高次
シランはｐ層、ｎ層にも用いることができる。

裏面電極としては、アルミニウム、銀等が挙げられ、目
的に応じて使い分けることができる。

金属基板とし又は、ステンレス、鉄、アルミニウム等が
挙げられ、必要に応じて選択することが。

できる。

前述の不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ン、キセノン、クリプトン等が挙げられるがコストの点
でアルゴン、ヘリウムが好ましいる高次シランとしては
、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）　、　トリシラン（Ｓｉ３８
Ｂ）　、テトラシラン（５ｉ４Ｈｘｏ　）等が挙げられ
るが、純度、コストの点でジシランが好ましい。

〔作用〕

前述の不活性ガス、水素は、高次シランな分解反応させ
る際、初期に急激に高次シランが反応しないように、濃
度を調整する働きをし、さらに、反応時の圧力変化を抑
えるため、高次シランの流量を増加させると同時に不活
性ガス、水素の流量。

を減らし、反応条件を安定化させる働きをする。

また、不活性ガスあるいは水素を初期に多（流し、高次
シランの分圧を下げておくことにより、反応の立上がり
の際に見られる単位高次シラン当りに供給されるエネル
ギーの不足をなくす′動ぎもする。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を第１図、第２図により説明する。

作製した太陽電池はガラス基板１上に透明電極・２とし
て５ｎ０２を４００ＯＡ形成し、その上ＩＣｐ　４３と
して、Ｂ原子をドーピングしたａ−３ｉＣ：Ｈ膜を約・
１２０Ａ形成した。この時の形成条件は、１３．５６　
ｈｉＨｚｓの平行平板型プラズマＣＶＤ法により、１％
Ｂ２Ｈ６（Ｈｅベース）　３４ｓｃｃｍ　、　５０％Ｓ
ｉＨ４（Ｈｅペース）　１１３８　ＣＣｒｎ　＊炭素源
として（ＣＨ３）２　ＳｉＨ２６，４ｓｃｃｍ流し、基
。

板温度２２０　’Ｃ、反応圧力６６．５ｐａ　、　ｒｆ
パワー１２０Ｗである。

次に、１層４を形成する際には第２図に示すようにガス
流量を時間変化させた。すなわち、反応スタート時から
７０秒後まではＨ２流量を４０ｓｅｃｍからｏ　ｓ　ｃ
　ｃｍまで直線的に減少させ、同時にＳｉ２Ｈ６流量は
最初Ｏから７０秒後に４０ｓｅｃｍ、更にその後４分５
０秒間４０ｓｅｃｍを維持した。この時のｉ層の膜厚は
約５４０ＯＡであり、ｉ層の平均成膜速度は１５Ａ／Ｓ
で。

あった。

この時反応圧力は自動圧力制御弁により、一定となるよ
うに制御しているが、反応中の圧力変動（の幅は±５Ｐ
ａ程度であった。これは、比較例として、ｉ層にＳｉ２
Ｈ６だげを用い、流量は４０ｓｅｃｍ固定で５分開成膜
した場合（成膜速度は、１８Ａ／Ｓ）の圧力変動値±２
０Ｐａに比べ、大幅に圧力変動を抑えることができた。

また、反応の立上がりをＳｉＨ３（４１３ｎｍ）の発光
スペクトルにより比較した結果を第３図に示す。

この図では、上記比較例の場合（図中実線）に比。

べ、不法（図中破線）の方が、反応の立上がりが鋭（、
反応初期に無駄なジシランが反応室内にな。

ｊつておらず、反応が効率よく進んでいることを示唆し
ている。なお、１層形成時の基板温度は２２０℃、投入
したｒｆパワーは２８０Ｗである。反応圧力は１１３Ｐ
ａに設定した。

次にｎ層微結晶Ｓｉは、Ｈ２ペース１１０００ｐｐ　Ｐ
Ｈ３を１０１００５ｅ　、　５０％ＨｅベースＳｉＨ４
を１０１０５ｃ　、　ｒｆパワー３００Ｗ、成膜温度１
８０℃で形成した。裏面電極は、ＡＩを約１μｍ抵抗加
熱蒸着法により形成した。

作製した太陽電池の特性は、短絡電流密度１８３ｍｋ／
Ｃｒ／ｌ　、開放電圧０．８４　Ｖ　、曲線因子０．６
４３．変換動・率９８８％である。また、上述のように
、ｉ層形成法として、不活性ガス、あるいはＨ２を用い
ず、Ｓｉ２Ｈ６４０ｓｃｃｍ一定で５分間形成し、他の
条件を同じにした比較例では、短絡電流１６．２ｍＡ／
ｃｒｄ　、開放電圧０．８２　Ｖ　、曲線因子０．６４
０．交換効率８．５０　％　テｈつだ。

第４図は本実施例と上記比較例の分光感度特性の測定結
果である。これによると、６００ｎｍ以下の短波長側で
不法の場合、大きく感度が向上している。これは、φ／
ｉ界面付近の１層の膜質が向上したため、界面付近での
キャリア再結合が低減したためであると考えられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高次シランな用いた成膜においても成
膜初期の膜質を向上できるので、高効率のケイ素系非晶
質太陽電池を高速で形成でき、低コスト化の効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のケイ素系非晶質太陽電池の断
面図、第２図はジシランを用いてｉ層ａ−８ｉ：Ｈ膜を
形成する際のジシランと水素の流量の時間変化を示すグ
ラフ、第３図は成膜時のジシランプラズマ中のＳｉＨ３
＊（４１３ｎｍ）の発光強度の時間変化を測定した結果
を示すグラフ、第４図は炸裂した太陽電池の分光感度特
性を示すグラフである。 トガラス基板、　　　　２　・５ｎ０２膜（約４００Ｏ
Ａ　）、３−ｐ型ａ−３ｉＣ：Ｈ膜（１２０Ａ）、４　
　＝−ｉ　　型ａ−ｓｉ：）（膜　（５０００Ａ）、５
−　ｎ型微結晶Ｓｉ膜（４００Ａ）、ｊ・・・裏面アル
ミニウム電極（１μｍ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高次シランを用いてケイ素系非晶質層を形成するｐ
   ｉｎ型ケイ素系非晶質太陽電池において、高次シラン分
   解反応の際に不活性ガスあるいは水素ガスで希釈し、上
   記不活性ガスあるいは水素ガスと高次シランの流量比を
   変化させながらケイ素系非晶質膜を形成することを特徴
   とする非晶質太陽電池の製造方法。 ２、不活性ガスあるいは水素の流量と高次シランの流量
   の和を一定に保つように設定し、高次シランを用いる反
   応の初期には、不活性ガスあるいは水素を流しておき、
   その後、徐々に不活性ガスあるいは水素の流量を減らし
   、同時に高次シランの流量を徐々に増やすことにより、
   不活性ガスあるいは水素と高次シランの流量比を変化さ
   せる特許請求の範囲第１項記載の非晶質太陽電池の製造
   方法。