JPWO2006006368A1 - 薄膜光電変換装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
透明導電酸化物層の還元を抑制すると共に、良好な性能を有するシリコン系薄膜光電変換装置のｐ型層の製造方法を提供する。本発明によるシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法は、光入射側から見て、透明導電酸化物層、ｐ型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層と、ｎ型半導体層の順に配置された光電変換装置の製造方法であって、前記ｐ型層が少なくともシラン系ガスと水素を含む希釈ガスを用いたプラズマＣＶＤ法にて形成され、かつその形成時圧力が２Ｔｏｒｒ以上かつ５Ｔｏｒｒ以下の範囲であり、前記シラン系ガスに対する希釈ガスの流量比が５倍以上５０倍以下であることを特徴とする。
Description
本発明は、薄膜光電変換装置の製造方法に関し、特に非晶質シリコン系光電変換層を含むシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法に関するものである。なお、本願明細書における「結晶質」、「微結晶」との用語は、部分的に非晶質を含んでいるものも含んでいるものとする。
近年、光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために資源面での問題もほとんど無い薄膜光電変換装置が注目され、開発が精力的に行われている。薄膜光電変換装置は、太陽電池、光センサ、ディスプレイなど、さまざまな用途への応用が期待されている。薄膜光電変換装置の一つである非晶質シリコン光電変換装置は、低温で大面積のガラス基板やステンレス基板上に形成できることから、低コスト化が期待できる。
薄膜光電変換装置は、一般に表面が絶縁性の基板上に順に積層された第一電極と、１以上の半導体薄膜光電変換ユニットと、及び第二電極とを含んでいる。そして１つの薄膜光電変換ユニットはｐ型半導体層とｎ型半導体層でサンドイッチされた実質的に真性半導体の光電変換層であるｉ型の光電変換層からなる。ここで、光電変換ユニットまたは薄膜太陽電池は、それに含まれるｐ型とｎ型の半導体層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占めるｉ型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットまたは非晶質薄膜太陽電池と称され、ｉ型の光電変換層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称される。
ｐ型半導体層やｎ型半導体層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役割を果たしており、その拡散電位の大きさによって光電変換装置の重要な特性である開放端電圧の値が左右される。薄膜光電変換装置の中で最も一般的な非晶質シリコン系薄膜光電変換装置においては、ｐ型層の光学的禁制帯幅を拡大してｐ型層内での光吸収損失を低減するためにｐ型層形成時に高周波プラズマＣＶＤ法を用い、原料ガスとして、シラン系ガス、水素ガス、ジボラン等のドーピングガスとともにメタンあるいはエチレンなどの炭化水素系ガスを用いて非晶質シリコンカーバイドとすることが一般的である。そして、このｐ型層形成時の反応室内の圧力としては通常１Ｔｏｒｒ程度以下のものが用いられる。
例えば、特許文献１には非晶質シリコン系薄膜光電変換装置のｐ型半導体層の形成方法が記載されているが、この文献の実施例には非晶質シリコン系光電変換装置のｐ型半導体層をプラズマＣＶＤ法により反応室内の圧力を１Ｔｏｒｒにして形成することが示されている。
比較的高い圧力条件下でシリコン系光電変換装置を製造する方法は、例えば特許文献２に開示されている。この文献には、非晶質シリコン光電変換装置中のｉ型光電変換層、ｉ／ｎ界面層およびｐ／ｉ界面層を圧力が０．５Ｔｏｒｒ以上、基板温度を８０℃より高く２５０℃より低い条件で形成することが示されているが、上記形成方法は光電変換層の改善を目的とするものであって、ｐ型層などの導電型層に適用できる旨の記載はない。
さらに特許文献３には非晶質シリコン系薄膜光電変換装置を比較的高い圧力条件下で形成することが示されている。この文献には非晶質シリコン系光電変換装置の各半導体層を反応ガスのうち原料ガスであるシラン系ガスの分圧を１．２Ｔｏｒｒ以上５．０Ｔｏｒｒ以下とし、かつ電極間距離を８ｍｍ以上１５ｍｍ以下の条件で作製することにより非晶質シリコン系薄膜光電変換装置の光照射後の特性が向上すると記載されているが、この文献では原料ガスに対する水素などの希釈ガスの流量比が４倍以下と低い条件に限定されている。
特開平５−３２６９９２号公報
特表平９−５１２６６５号公報
特開２０００−２５２４８４号公報
シリコン系薄膜光電変換装置において絶縁性基板として透明基板を用いる場合、その上に積層される第一電極には一般的に酸化錫（ＳｎＯ2）等の透明導電酸化物層が用いられる。このような透明導電酸化物層上にｐ型層を直接堆積する場合、水素ガス等で高倍率に希釈したシラン系ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により形成すると多量の水素イオンによる還元性が強いプラズマ条件となり、透明導電酸化物層が還元されてその透明性が低下する。またシラン系ガスに対する水素ガス等の希釈ガスの流量比を減らす等、還元性が弱いプラズマ条件でｐ型層を透明導電酸化物層上に堆積すると炭化水素系ガスやジボラン等のドーピングガスの分解が促進されず、導電率や光学的禁制帯幅等の物性値が低下するため、光電変換装置の特性が低下してしまう。
上述のような課題を鑑み、本発明は、下地層として用いられる透明導電酸化物層の還元を抑制すると共に、良好な性能を有する光電変換装置のｐ型層の製造方法を提供することを目的としている。
本発明によるシリコン系薄膜光電変換装置は、光入射方向より、透明導電酸化物層、ｐ型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層と、ｎ型半導体層の順に配置された光電変換装置であって、前記ｐ型層が少なくともシラン系ガスと水素を含む希釈ガスを用いたプラズマＣＶＤ法にて形成され、かつその形成時圧力が２Ｔｏｒｒ以上かつ５Ｔｏｒｒ以下の範囲であり、前記シラン系ガスに対する希釈ガスの流量比が５倍以上５０倍以下であることを特徴とする。
本発明のシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法では、水素による原料ガスと希釈ガスとの流量比および形成時圧力を所定範囲としているため、プラズマを効率よく電極間に閉じこめることができると共に、シラン系ガスに対する希釈ガスの流量比がある程度大きくても下地層である透明導電酸化物層の還元を抑制することができる。ＣＶＤ反応室内の形成時圧力を２Ｔｏｒｒ以上５Ｔｏｒｒ以下としたのは、次の理由による。２Ｔｏｒｒ未満ではプラズマが効率よく閉じ込められず、原料ガスの分解を促進することができないために形成した薄膜の電気的および光学的な特性も悪くなるからであり、５Ｔｏｒｒを越えると逆にプラズマが収縮しすぎて薄膜の膜厚均一性が悪化すると共に、反応室内にパウダー状の生成物やダストなどが大量に発生するからである。
本発明者達はＣＶＤ反応室内圧力を１Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒまで変化させてｐ型半導体層を形成した後、ｐ型半導体層の導電率を測定した。その結果、２Ｔｏｒｒ未満、例えば１Ｔｏｒｒの反応室内圧力でガラス上に約１μｍの膜厚で形成した薄膜の導電率は７×１０-7Ｓ／ｃｍであったのに対し、２Ｔｏｒｒ以上、例えば３Ｔｏｒｒの反応室内圧力でガラス上に約１μｍの膜厚で形成した薄膜の導電率は５×１０―6Ｓ／ｃｍとなり、２Ｔｏｒｒ未満の反応室内圧力で形成した薄膜の導電率と比較して１桁程度大きくなった。
また、シラン系ガスに対する希釈ガスの流量比を５倍以上５０倍以下としたのは、５倍以下では光電変換装置の導電型層として必要とされる電気的特性を得ることができず、さらに５０倍を越えると高い反応室内圧力下であっても水素を含む希釈ガスによる下地層である透明導電酸化物層の還元が激しくなるためである。
本発明によれば、ｐ型半導体層を形成する際の下地層への還元性ダメージを低減して、優れた膜質のｐ型半導体層を有する薄膜シリコン系光電変換装置を形成することができ、高効率の光電変換装置を製造することができる。
１ 透明基板
２ 透明導電酸化物層
３１ 前方光電変換ユニットである、薄膜シリコン光電変換ユニット
３１１ 前方光電変換ユニット内の一導電型層である、ｐ型半導体層
３１２ 前方光電変換ユニット内の光電変換層である、実質的に真性半導体の光電変換層
３１３ 前方光電変換ユニット内の逆導電型層である、ｎ型半導体層
３２ 後方光電変換ユニットである、結晶質シリコン光電変換ユニット
３２１ 後方光電変換ユニット内の一導電型層である、ｐ型半導体層
３２２ 後方光電変換ユニット内の光電変換層である、実質的に真性半導体の結晶質シリコン光電変換層
３２３ 後方光電変換ユニット内の逆導電型層である、ｎ型半導体層
４ 裏面電極層
２ 透明導電酸化物層
３１ 前方光電変換ユニットである、薄膜シリコン光電変換ユニット
３１１ 前方光電変換ユニット内の一導電型層である、ｐ型半導体層
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３２２ 後方光電変換ユニット内の光電変換層である、実質的に真性半導体の結晶質シリコン光電変換層
３２３ 後方光電変換ユニット内の逆導電型層である、ｎ型半導体層
４ 裏面電極層
以下において本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお本願の各図において、厚さや長さなどの寸法関係については図面の明瞭化と簡略化のため適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。また、各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。
図１に、本発明の実施形態の一例による光電変換装置の断面図を示す。透明基板１上に、透明導電酸化物層２、前方に配置されたｐ型半導体層３１１、実質的に真性半導体の光電変換層３１２、後方に設置されたｎ型半導体層３１３、および裏面電極層４の順に配置されている。
基板側から光を入射するタイプの光電変換装置にて用いられる透明基板１には、ガラス、透明樹脂等から成る板状部材やシート状部材が用いられる。透明導電酸化物層２はＳｎＯ2等の導電性金属酸化物から成り、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。透明導電酸化物層２はその表面に微細な凹凸を有することにより、入射光の散乱を増大させる効果を有することが望ましい。
透明導電酸化物層２上に順次形成されるｐ型半導体層３１１、実質的に真性半導体の光電変換層３１２およびｎ型半導体層３１３はプラズマＣＶＤ法により形成され、このうちｐ型半導体層３１１はプラズマＣＶＤ反応室内の圧力として２Ｔｏｒｒ以上５Ｔｏｒｒ以下で、かつＣＶＤ反応室内に導入される原料ガスの主成分としてシラン系ガスと、水素を含む希釈ガスとが用いられ、かつシラン系ガスに対する希釈ガスの流量比が５倍以上５０倍以下の条件下で形成される。
このｐ型半導体層３１１としては、たとえば導電型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質シリコン薄膜などが用いられ得る。しかし、ｐ型半導体層３１１についてのこれらの条件は限定的なものではなく不純物原子としてはたとえばアルミニウムなどでもよく、また非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウムなどの合金材料の層が用いられてもよい。
また実質的に真性半導体の光電変換層３１２としてはノンドープの非晶質シリコン薄膜や微少の不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型で光電変換効率を十分に備えているシリコン系薄膜材料が使用され得る。また、実質的に真性半導体の光電変換層３１２はこれらの材料に限定されず、非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウムなどの合金材料の層が用いられても良い。
またｎ型半導体層３１３としては、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型非晶質シリコン薄膜などが用いられ得る。しかし、ｎ型半導体層３１３についてのこれらの条件は限定的なものではなく、微結晶シリコン薄膜あるいは非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウムなどの合金材料の層が用いられてもよい。
裏面電極層４としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、ＰｔおよびＣｒから選ばれる少なくとも一つの材料からなる少なくとも一層の金属層をスパッタ法または蒸着法により形成することが好ましい。また、光電変換ユニットと裏面電極との間に、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の導電性酸化物からなる層を形成しても構わない（図示せず）。
次に、図２の模式的な断面図を参照して、本発明の第２の実施の形態によるタンデム型薄膜シリコン系光電変換装置を説明する。図２の光電変換装置においては、図１の透明導電酸化物層と同様に透明基板１上に透明導電酸化物層２が形成される。
透明導電酸化物層２上には、プラズマＣＶＤ法で順次積層されたｐ型半導体層３１１、実質的に真性半導体の非晶質シリコン系光電変換層３１２、およびｎ型半導体層３１３を含む非晶質光電変換ユニット３１が形成される。このタンデム型光電変換装置においては、非晶質光電変換ユニット３１上にさらに、ｐ型半導体層３２１、実質的に真性半導体の結晶質光電変換層３２２、およびｎ型半導体層３２３を含む結晶質光電変換ユニット３２が形成される。なお、光入射側からみて前方に配置される非晶質光電変換ユニット３１内のｎ型半導体層３１３と後方に配置される結晶質光電変換ユニット３２内のｐ型半導体層３２１の間に光透過性及び光反射性の双方を有し且つ導電性の中間反射層を形成してもかまわない。
そして、結晶質光電変換ユニット３２上には、図１の場合と同様に裏面電極層４が形成され、図２に示されているようなタンデム型薄膜シリコン系光電変換装置が完成する。
以下、本発明のいくつかの実施例によるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄膜太陽電池が、比較例による太陽電池とともに説明される。
（実施例１）
図１を参照して説明された第一の実施の形態に対応して、実施例１としての非晶質シリコン太陽電池が作製された。基板１にはガラスを用い、透明導電酸化物層２にはＳｎＯ2を用いた。この上に、ｐ型半導体層であるボロンドープのｐ型シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層３１１を１０ｎｍ、ノンドープの非晶質シリコン光電変換層３１２を３００ｎｍ、リンドープのｎ型微結晶シリコン層３１３を２０ｎｍの膜厚で、それぞれプラズマＣＶＤ法により製膜した。これにより、ｐｉｎ接合の非晶質シリコン光電変換ユニットを形成した。さらに裏面電極層４としてＺｎＯ膜を８０ｎｍ、Ａｇ膜を３００ｎｍの膜厚で、それぞれスパッタ法により形成した。
図１を参照して説明された第一の実施の形態に対応して、実施例１としての非晶質シリコン太陽電池が作製された。基板１にはガラスを用い、透明導電酸化物層２にはＳｎＯ2を用いた。この上に、ｐ型半導体層であるボロンドープのｐ型シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層３１１を１０ｎｍ、ノンドープの非晶質シリコン光電変換層３１２を３００ｎｍ、リンドープのｎ型微結晶シリコン層３１３を２０ｎｍの膜厚で、それぞれプラズマＣＶＤ法により製膜した。これにより、ｐｉｎ接合の非晶質シリコン光電変換ユニットを形成した。さらに裏面電極層４としてＺｎＯ膜を８０ｎｍ、Ａｇ膜を３００ｎｍの膜厚で、それぞれスパッタ法により形成した。
ｐ型シリコンカーバイド層３１１は、平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法で堆積した。そのときの製膜条件については、プラズマの励起周波数を２７．１２ＭＨｚ、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を３Ｔｏｒｒとして形成した。プラズマＣＶＤ反応室内に導入される原料ガスとしてシラン、メタン、ジボラン、および水素が用いられ、それらのガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．６であり、ジボランが０．０１であり、水素が１４に設定された。また、この条件でガラス上に６００ｎｍ製膜したｐ型シリコンカーバイド膜の暗導電率は５×１０―6Ｓ／ｃｍ、光導電率は７×１０―6Ｓ／ｃｍであった。
このような実施例１の太陽電池に入射光としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が０．９０９Ｖ、短絡電流密度が１６．２ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が７３．５％そして変換効率が１０．８％であった。
（比較例１）
同じく図１に示す構成の非晶質シリコン太陽電池を作製した。ｐ型シリコンカーバイド層３１１の製膜条件以外は実施例１と全く同じとした。
同じく図１に示す構成の非晶質シリコン太陽電池を作製した。ｐ型シリコンカーバイド層３１１の製膜条件以外は実施例１と全く同じとした。
ｐ型シリコンカーバイド層は、平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法で堆積した。そのときの製膜条件については、プラズマの励起周波数を２７．１２ＭＨｚ、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を１Ｔｏｒｒ、反応室内に導入される原料ガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．６であり、ジボランが０．０１であり、水素が1４に設定された。また、この条件でガラス上に６００ｎｍ製膜したｐ型シリコンカーバイド膜の暗導電率は１×１０-6Ｓ／ｃｍ、光導電率は２×１０―6Ｓ／ｃｍであった。
このような比較例１の太陽電池に入射光としてＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射した時の出力特性においては、開放端電圧が０．９０３Ｖ、短絡電流密度が１５．８ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が７２．５％そして変換効率が１０．４％であった。
（実施例２）
また、図１に示す構成の非晶質シリコン太陽電池を作製した。ｐ型シリコンカーバイド層３１１は平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法で堆積し、そのときの製膜条件としては、プラズマの励起周波数を２７．１２ＭＨｚ、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を５Ｔｏｒｒ、反応室内に導入される原料ガスとしてシラン、メタン、ジボラン、および水素が用いられ、それらのガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．６であり、ジボランが０．０１であり、水素が２０に設定された。
また、図１に示す構成の非晶質シリコン太陽電池を作製した。ｐ型シリコンカーバイド層３１１は平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法で堆積し、そのときの製膜条件としては、プラズマの励起周波数を２７．１２ＭＨｚ、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を５Ｔｏｒｒ、反応室内に導入される原料ガスとしてシラン、メタン、ジボラン、および水素が用いられ、それらのガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．６であり、ジボランが０．０１であり、水素が２０に設定された。
このような実施例２の太陽電池に入射光としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射したときの出力特性は、開放端電圧が０．８９８Ｖ、短絡電流密度が１５．９ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が７３．７％そして変換効率が１０．６％であった。比較例１と比較して実施例２に示した太陽電池は短絡電流密度に大きな変化はみられないが、一方で曲線因子の増大がみられる。
（比較例２）
図１に示す構成の非晶質シリコン太陽電池を作製した。ｐ型シリコンカーバイド層３１１の製膜条件以外は実施例１と全く同じとした。
図１に示す構成の非晶質シリコン太陽電池を作製した。ｐ型シリコンカーバイド層３１１の製膜条件以外は実施例１と全く同じとした。
ｐ型シリコンカーバイド層は、平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法で堆積した。そのときの製膜条件については、プラズマの励起周波数を２７．１２ＭＨｚ、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を７Ｔｏｒｒ、反応室内に導入される原料ガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．６であり、ジボランが０．０１であり、水素が３８に設定された。
このような比較例２の太陽電池に入射光としてＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射した時の出力特性においては、開放端電圧が０．８７３Ｖ、短絡電流密度が１５．９ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が７４．８％そして変換効率が１０．４％であった。
（実施例３〜５および比較例３）
図１を参照して説明された第一の実施の形態に対応して、ｐ型半導体層３１１の形成条件として原料ガスに対する希釈ガスの流量比率を変え、それ以外は実施例１あるいは比較例１と同様の方法で非晶質シリコン太陽電池を作製した。製膜条件としては基板温度を１９０℃、反応室内圧力を３Ｔｏｒｒ、ｐ型導電型層３１１形成時の反応室内に導入される原料ガスに対する希釈ガスの流量比率の各値に対する光電変換特性および比較例３と比較した結果を表１に示す。なお比較例３におけるｐ型導電型層３１１の形成条件は、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を３Ｔｏｒｒで固定とし、さらに反応室内に導入される原料ガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．５、ジボランが０．０１、水素が７０という値に固定した。
図１を参照して説明された第一の実施の形態に対応して、ｐ型半導体層３１１の形成条件として原料ガスに対する希釈ガスの流量比率を変え、それ以外は実施例１あるいは比較例１と同様の方法で非晶質シリコン太陽電池を作製した。製膜条件としては基板温度を１９０℃、反応室内圧力を３Ｔｏｒｒ、ｐ型導電型層３１１形成時の反応室内に導入される原料ガスに対する希釈ガスの流量比率の各値に対する光電変換特性および比較例３と比較した結果を表１に示す。なお比較例３におけるｐ型導電型層３１１の形成条件は、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を３Ｔｏｒｒで固定とし、さらに反応室内に導入される原料ガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．５、ジボランが０．０１、水素が７０という値に固定した。
表１に示すように、原料ガスに対する希釈ガスの流量比率が高くなるにつれ、ｐ型シリコンカーバイド層が高品質化され、光電変換特性が向上している。また原料ガスに対する希釈ガスの流量比率が７０まで増大すると、光電変換特性が低下する。この比較例３即ち原料ガスに対する希釈ガスの流量比率が高い領域における光電変換特性の低下においては特に短絡電流密度の低下が大きく、原料ガスに対する希釈ガスの流量比率を上げて希釈ガスのプラズマＣＶＤ反応室内における相対量が増大することによって、還元性の強いプラズマ条件が下地の透明導電酸化物層へダメージを与えた結果として光電変換層へ入射する光量の低下が起こっていると考えられる。
（実施例６および比較例４）
図２を参照して説明された第二の実施の形態に対応して、実施例６および比較例４としてのタンデム型シリコン太陽電池が作製された。基板１にはガラスを用い、透明導電酸化物層２にはＳｎＯ２を用いた。この上に、ボロンドープのｐ型シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層３１１を１０ｎｍ、ノンドープの非晶質シリコン光電変換層３１２を３００ｎｍ、リンドープのｎ型微結晶シリコン層３１３を２０ｎｍの膜厚で、それぞれプラズマＣＶＤ法により製膜した。これにより、前方光電変換ユニットであるｐｉｎ接合の非晶質シリコン光電変換ユニット３１を形成した。さらに非晶質シリコン光電変換ユニット３１の上にボロンドープのｐ型微結晶シリコン層３２１を１５ｎｍ、ノンドープの結晶質シリコン光電変換層３２２を１．６μｍ、リンドープのｎ型微結晶シリコン層３２３を２０ｎｍの膜厚で、それぞれプラズマＣＶＤ法により製膜した。これにより、後方光電変換ユニットであるｐｉｎ接合の結晶質シリコン光電変換ユニット３２を形成した。さらに後方光電変換ユニット３２の上に、裏面電極層４としてＺｎＯ膜を８０ｎｍ、Ａｇ膜を３００ｎｍの膜厚で、それぞれスパッタ法により形成した。また、実施例６と比較例４では上記前方光電変換ユニット内のｐ型シリコンカーバイド層３１１の形成条件を変更して、その他の層の形成条件は同一とした。
図２を参照して説明された第二の実施の形態に対応して、実施例６および比較例４としてのタンデム型シリコン太陽電池が作製された。基板１にはガラスを用い、透明導電酸化物層２にはＳｎＯ２を用いた。この上に、ボロンドープのｐ型シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層３１１を１０ｎｍ、ノンドープの非晶質シリコン光電変換層３１２を３００ｎｍ、リンドープのｎ型微結晶シリコン層３１３を２０ｎｍの膜厚で、それぞれプラズマＣＶＤ法により製膜した。これにより、前方光電変換ユニットであるｐｉｎ接合の非晶質シリコン光電変換ユニット３１を形成した。さらに非晶質シリコン光電変換ユニット３１の上にボロンドープのｐ型微結晶シリコン層３２１を１５ｎｍ、ノンドープの結晶質シリコン光電変換層３２２を１．６μｍ、リンドープのｎ型微結晶シリコン層３２３を２０ｎｍの膜厚で、それぞれプラズマＣＶＤ法により製膜した。これにより、後方光電変換ユニットであるｐｉｎ接合の結晶質シリコン光電変換ユニット３２を形成した。さらに後方光電変換ユニット３２の上に、裏面電極層４としてＺｎＯ膜を８０ｎｍ、Ａｇ膜を３００ｎｍの膜厚で、それぞれスパッタ法により形成した。また、実施例６と比較例４では上記前方光電変換ユニット内のｐ型シリコンカーバイド層３１１の形成条件を変更して、その他の層の形成条件は同一とした。
実施例６におけるｐ型シリコンカーバイド層３１１は平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法で堆積した。そのときの製膜条件については、プラズマの励起周波数を２７．１２ＭＨｚ、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を３Ｔｏｒｒとして形成した。プラズマＣＶＤ反応室内に導入される原料ガスとしてシラン、メタン、ジボラン、および水素が用いられ、それらのガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．６であり、ジボランが０．０１であり、水素が１４に設定された。このような実施例６の太陽電池に入射光としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が１．４１２Ｖ、短絡電流密度が１１．８ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が７４．０％そして変換効率が１２．３％であった。
比較例４におけるｐ型シリコンカーバイド層３１１は平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法で堆積した。そのときの製膜条件については、プラズマの励起周波数を２７．１２ＭＨｚ、基板温度を１９０℃、反応室内圧力を１Ｔｏｒｒとして形成した。プラズマＣＶＤ反応室内に導入される原料ガスとしてシラン、メタン、ジボラン、および水素が用いられ、それらのガスの流量比はシラン１に対してメタンが１．６であり、ジボランが０．０１であり、水素が１４に設定された。このような実施例６の太陽電池に入射光としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が１．３９７Ｖ、短絡電流密度が１１．７ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子が７４．０％そして変換効率が１２．０％であった。実施例６における出力特性と比較すると、比較例４では短絡電流密度や曲線因子が同等な値であったが、開放端電圧の値は実施例６の特性よりも低下している。
Claims (3)
- 光入射方向より、透明導電酸化物層、ｐ型半導体層、実質的に真性半導体の光電変換層と、ｎ型半導体層の順に配置された光電変換装置の製造方法であって、前記ｐ型半導体層が少なくともシラン系ガスと水素を含む希釈ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法にて形成され、かつ、その形成時圧力が２Ｔｏｒｒ以上かつ５Ｔｏｒｒ以下の範囲であり、さらに、前記シラン系ガスに対する前記希釈ガスの流量比が５倍以上５０倍以下であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
- 前記透明導電酸化物層が酸化錫からなることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
- 前記ｐ型半導体層が主にシリコンカーバイドを主成分とすることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
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