JPWO2011001747A1 - 太陽電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents

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Abstract

ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層して構成される太陽電池を製造する際に、シリコン含有ガスの流量に対するｎ型ドーパント含有ガスの流量の比が０．０３以下であり、シリコン含有ガスの流量に対する希釈ガスの流量の比が７０以上であり、原料ガスの全圧力が２００Ｐａ以上とする成膜条件下においてｎ型層としてｎ型微結晶シリコン薄膜を形成する。

Description

本発明は、太陽電池の製造方法及び製造装置に関する。
多結晶、微結晶またはアモルファスシリコンを用いた太陽電池が知られている。特に、微結晶またはアモルファスシリコンの薄膜を積層した構造を有する太陽電池は、資源消費の観点、コストの低下の観点および効率化の観点から注目されている。
一般的に、薄膜太陽電池は、表面が絶縁性の基板上に第１電極、１以上の半導体薄膜光電変換セル及び第２電極を順に積層して形成される。それぞれの太陽電池ユニットは、光入射側からｐ型層、ｉ型層及びｎ型層を積層して構成される。
また、薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２種以上の光電変換セルを光入射方向に積層することが知られている。薄膜太陽電池の光入射側にはバンドギャップが広い光電変換層を含む第１の太陽電池ユニットを配置し、その後に第１の太陽電池ユニットよりもバンドギャップの狭い光電変換層を含む第２の太陽電池ユニットを配置する。これにより、入射光の広い波長範囲に亘って光電変換を可能にし、装置全体として変換効率の向上を図ることができる。
例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池ユニットをトップセルとし、微結晶（μｃ−Ｓｉ）太陽電池ユニットをボトムセルとした構造が知られている。またアモルファス太陽電池ユニットの製造方法や製造装置におけるプラズマ電極の間隔等も開示されている。（特許文献１〜３等）。例えば、特許文献１には、アモルファス太陽電池ユニットのｎ型層を微結晶シリコン層とし、そのｎ型層を形成する際に、シラン系ガスと水素を含む希釈ガスとを混合した原料ガスのシラン系ガスに対する希釈ガスの流量を４倍以下とし、シラン系ガスの分圧を１．２Ｔｏｒｒ以上５．０Ｔｏｒｒ以下とし、プラズマ電極と基板との距離を８ｍｍ以上１５ｍｍ以下とした非晶質シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法が開示されている。
特許第３０４６９６５号公報 特開平８−３０６９４４号公報 特開平９−２７６２８号公報
通常、アモルファス太陽電池ユニットのｎ型層に微結晶シリコン層を適用した場合、アモルファスシリコン層を適用した場合に比べてドーパントの活性化率の向上により開放電圧Ｖｏｃが向上すると共に、光吸収による損失が低減されて短絡電流Ｊｓｃも向上する。
そこで、アモルファス太陽電池ユニットのｎ型層に微結晶シリコン層を適用する場合においても、ｎ型層の成膜条件を最適化することによって薄膜太陽電池の効率をさらに向上することが望まれている。
本発明は、上記課題を解決することができる太陽電池の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
本発明の１つの態様は、基板上に、ｐ型ドーパントが添加されたｐ型薄膜と、ｉ型アモルファスシリコン薄膜と、ｎ型ドーパントが添加されたｎ型微結晶シリコン薄膜と、を順に積層して太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、前記ｎ型微結晶シリコン薄膜を形成する際に、シリコン含有ガスの流量に対するｎ型ドーパント含有ガスの流量の比が０．０３以下であり、シリコン含有ガスの流量に対する希釈ガスの流量の比が７０以上であり、原料ガスの全圧力が２００Ｐａ以上とする、太陽電池の製造方法である。
ここで、前記ｎ型微結晶シリコン薄膜を形成する際に、原料ガスのプラズマを発生させるプラズマ電極の面積当りの投入電力を８０ｍＷ／ｃｍ2以上６００ｍＷ／ｃｍ2以下とすることが好適である。
また、前記シリコン含有ガスの流量は、前記基板の面積当りの流量が０．０１ｓｃｃｍ／ｃｍ2以下であることが好適である。
また、前記ｎ型微結晶シリコン薄膜を形成する際に、前記基板の表面と、前記基板に対向するプラズマ電極との間隙が２０ｍｍ以下であることが好適である。前記基板は、基板キャリアに載せられて搬送され、前記ｎ型微結晶シリコン薄膜の形成時において、前記基板は、前記基板キャリアとの間に間隙を有する基板ヒータによって加熱される場合に特に有効である。例えば、前記基板は、立てられた状態で搬送される縦型インライン製造装置において特に有効である。
また、前記ｉ型アモルファスシリコン薄膜と前記ｎ型微結晶シリコン薄膜とを同じ成膜チャンバにおいて形成することが好適である。
本発明によれば、薄膜太陽電池の効率をより向上させることができる。
本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池のａ−Ｓｉユニットの構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池の製造装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池の成膜チャンバの内部構造を示す図である。 本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池の製造装置の別例の構成を示す図である。
図１は、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の構造を示す断面図である。本実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００は、透明絶縁基板１０を光入射側として、光入射側から、透明導電膜１２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０２、中間層１４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット１０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０４、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８、充填材２０及び保護膜２２を積層した構造を有している。
以下、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の構成及び製造方法について説明する。本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００は、ａ−Ｓｉユニット１０２に含まれるｎ型層の製造方法に特徴を有している。
透明絶縁基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用することができる。透明絶縁基板１０上に透明導電膜１２が形成される。透明導電膜１２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。透明導電膜１２は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。透明導電膜１２の膜厚は０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲とすることが好適である。また、透明導電膜１２の表面には光閉じ込め効果を有する凹凸を設けることが好適である。
透明導電膜１２上に、ｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４のシリコン系薄膜を順に積層してａ−Ｓｉユニット１０２を形成する。図２に、ａ−Ｓｉユニット１０２部分の拡大断面図を示す。
ａ−Ｓｉユニット１０２は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ4）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した原料ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤにより形成することができる。
例えば、プラズマＣＶＤは、図３に示すようなインライン型の製造装置２００によって実行することが好適である。図３には、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４の両方を連続して形成することができるインライン型の製造装置２００を示している。インライン型の製造装置２００は、準備室、ａ−Ｓｉユニット１０２のｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４の成膜チャンバ、中間層の成膜チャンバ、μｃ−Ｓｉユニット１０４のｐ型層、ｉ型層、ｎ型層の成膜チャンバ及び待機室を繋いだ構成を有する。各チャンバは、ゲートバルブ等を介して接続され、透明絶縁基板１０を搬送方向に沿って順に各成膜チャンバに搬送可能に構成されている。このような構成とすることによって、成膜時において他の成膜チャンバの影響を受けず複数の薄膜を連続的に形成することが可能である。また、各薄膜を形成する間に透明絶縁基板１０が大気に曝されることがなく、不純物の混入がなく、高品質の薄膜を形成でき、高効率な太陽電池を製造することを可能とする。
図４に、インライン型の製造装置２００の内部構造を示す。図４は、インライン型の製造装置２００を透明絶縁基板１０の搬送方向（紙面に垂直な方向）に対して垂直に切断した断面図を示している。図４に示すインライン型の製造装置２００は、縦型と呼ばれるものであり、透明絶縁基板１０を立てた状態で装置内を搬送する。
なお、一般的に、ｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４はそれぞれ別の成膜チャンバにおいて成膜されるが、その内部構成は略同一であるので、ここではｎ型層３４の成膜用の成膜チャンバを例に説明する。
製造装置２００は、チャンバ壁４０で囲まれた成膜チャンバ内に基板ヒータ４２、基板キャリア４４、搬送装置４６、プラズマ電極４８、防着板５０を有する。また、プラズマ電極４８は、成膜チャンバ外に設けられたマッチングボックス５４を介してプラズマ電源５２に電気的に接続される。成膜チャンバは、真空ポンプ（図示しない）によって真空排気可能である。なお、本実施の形態における製造装置２００は、透明絶縁基板１０を２枚同時に搬送可能であり、成膜も２枚同時に行うことができるように構成されている。
基板ヒータ４２は、成膜チャンバ内の搬送路の中央部に設置される。プラズマ電極４８は、成膜チャンバ内の両側壁に沿って配置される。基板ヒータ４２は、加熱面がプラズマ電極４８に対向するように設置される。基板キャリア４４は、搬送装置４６によって搬送方向に沿って移動可能に構成される。基板キャリア４４は、透明絶縁基板１０をプラズマ電極４８に対向するように、プラズマ電極４８と基板ヒータ４２との間に立てた状態で搬送される。基板キャリア４４を搬送装置４６によって移動させることによって、製造装置２００に含まれる各薄膜の成膜チャンバ間において透明絶縁基板１０を搬送する。基板キャリア４４は、プラズマ発生時において接地電極としての役割を担うと共に、基板ヒータ４２からの受けた熱を透明絶縁基板１０に伝達するサセプタの役割も担う。
プラズマ電極４８には、プラズマ電源５２からマッチングボックス５４を介して高周波電力が投入される。マッチングボックス５４は、製造装置２００内において透明絶縁基板１０とプラズマ電極４８との間にプラズマが発生するようにインピーダンスを調整するために用いられる。プラズマ電極４８には、ガス供給ライン（図示しない）から原料ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。
また、製造装置２００には、防着板５０を配置してもよい。防着板５０は、プラズマによって成膜チャンバ内の不要な箇所に成膜されないようにするために設けられる。
このような構成において、原料ガスを成膜条件の流量及び圧力で供給しつつ、プラズマ電源５２からプラズマ電極４８へ電力を投入することによって、プラズマ電極４８と透明絶縁基板１０との間隙に原料ガスのプラズマを発生させて透明絶縁基板１０の表面に成膜を行う。以下、タンデム型太陽電池１００の形成方法について詳細に説明する。
透明絶縁基板１０上には、凹凸形状を有する透明導電膜１２を数１００ｎｍ厚で形成する。また、太陽電池セルを直並列に集積化する場合、透明導電膜１２をＹＡＧレーザにて短冊状にパターニングしてもよい。
ｐ型層３０は、透明導電膜１２上に形成される。ｐ型層３０は、単層のアモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、微結晶炭化シリコン層、又はこれらの層を複数組み合わせた複合層とする。
例えば、透明導電膜１２からｉ型層３２に向けて膜厚が増加と共に特定の波長の光に対する吸収係数が変化するアモルファス炭化シリコン層を含むものとする。さらに、バンドギャップの調整やｉ型層３２の形成時におけるプラズマの影響を避けるために、低吸収アモルファス炭化シリコン層上にアモルファス炭化シリコン又は微結晶炭化シリコンからなるバッファ層を形成してもよい。より具体的には、例えば、透明導電膜１２上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）が第１ドーピング濃度でドープされた高吸収アモルファス炭化シリコン層を成膜し、高吸収アモルファス炭化シリコン層上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）が第１ドーピング濃度よりも低い第２ドーピング濃度でドープされた低吸収アモルファス炭化シリコン層を形成する。この場合、第２ドーピング濃度は、第１ドーピング濃度の１／５から１／１０の範囲とすることが好適である。
また、例えば、ｐ型層３０は、ｐ型ドーパント（ボロン等）がドープされたアモルファス炭化シリコン層、ｐ型ドーパントをドープしないで形成されたシリコン層、及びｐ型ドーパントをドープしないで形成されたバッファ層の積層構造とする。
ｐ型層３０は、プラズマＣＶＤにおいて、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整して形成することができる。投入電力は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力とし、プラズマ電極の面積当りの電力密度が５ｍＷ／ｃｍ2以上１００ｍＷ／ｃｍ2以下となるようにすることが好ましい。
ｉ型層３２は、ｐ型層３０上に形成されたドープされていない膜厚５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のアモルファスシリコン膜とする。ｉ型層３２の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。投入電力は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力とし、プラズマ電極の面積当りの電力密度が５ｍＷ／ｃｍ2以上１００ｍＷ／ｃｍ2以下となるようにすることが好ましい。また、ｉ型層３２は、ａ−Ｓｉユニット１０２の発電層となる。
ｎ型層３４は、ｉ型層３２上に形成されたｎ型ドーパント（リン等）をドープした膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とする。ｎ型層３４の膜質は、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。投入電力は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力とし、プラズマ電極の面積当りの電力密度が８０ｍＷ／ｃｍ2以上６００ｍＷ／ｃｍ2以下となるようにすることが好ましい。
ｎ型層３４の成膜時における原料ガスの圧力は、ｉ型層３２の成膜時における原料ガスの圧力よりも高くすることが好ましい。具体的には、ｎ型層３４の成膜時におけるシリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスを混合した原料ガスの圧力を２００Ｐａより高く、好ましくは２５０Ｐａ以上とすることが好適である。電力密度をｎ型層３４の成膜時に用いた範囲とした場合、６５０Ｐａを超える形成圧力としたとき、発生するプラズマは不均一となることがある。このプラズマの不均一性により、基板の四隅近傍にアモルファスの領域が形成され易くなり、透明絶縁基板１０全面にｎ型微結晶シリコンを形成することが難しかった。このため、形成圧力は６５０Ｐａ以下とすることが好ましい。また、基板ヒータ４２と基板キャリア４４が離れて配置されている場合、形成圧力が４００Ｐａを超えたとき、基板ヒータ４２と基板キャリア４４の間で異常放電が発生することがある。このため、形成圧力は４００Ｐａ以下とすることが好ましい。
また、シリコン含有ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素（Ｈ2）及びｎ型ドーパント含有ガスとしてフォスフィン（ＰＨ3）を用いた場合、シラン（ＳｉＨ4）：水素（Ｈ2）：フォスフィン（ＰＨ3）の流量比を１：７０以上：０．０３以下の割合で混合した原料ガスを用いることが好適である。このとき、シラン（ＳｉＨ4）の流量は、成膜対象となる透明絶縁基板１０の面積当り０．０１ｓｃｃｍ／ｃｍ2以下で供給することが好適である。
ａ−Ｓｉユニット１０２上に、中間層１４を形成する。中間層１４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることが好適である。特に、マグネシウムＭｇがドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いることが好適である。中間層１４は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。中間層１４の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とすることが好適である。なお、中間層１４は、設けなくてもよい。
中間層１４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層したμｃ−Ｓｉユニット１０４を形成する。
μｃ−Ｓｉユニット１０４は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ4）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した原料ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤにより形成することができる。
プラズマＣＶＤは、ａ−Ｓｉユニット１０２と同様に、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤを適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤは平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち透明絶縁基板１０を配しない側には原料ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ2以上１００ｍＷ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。
例えば、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のボロンがドープされたｐ型微結晶シリコン層（ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）、膜厚０．５μｍ以上５μｍ以下のドープされていないｉ型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）及び膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のリンがドープされたｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を積層して構成される。
ただし、μｃ−Ｓｉユニット１０４に限定されるものではなく、発電層としてｉ型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）が用いられるものであればよい。
この後、太陽電池セルを直並列に集積化する場合、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４をパターニングする。透明導電膜１２のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射してａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４をパターンニングする。
次に、μｃ−Ｓｉユニット１０４上に、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８として反射性金属と透明導電性酸化物（ＴＣＯ）との積層構造を形成する。第１裏面電極層１６としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が使用できる。また、第２裏面電極層１８としては、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が用いられる。ＴＣＯは、例えば、スパッタリング等により形成することができる。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８は、合わせて１μｍ程度の膜厚とすることが好適である。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。
さらに、充填材２０によって第２裏面電極層１８の表面を保護膜２２で被う。充填材２０及び保護膜２２は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、タンデム型太陽電池１００の発電層への水分の侵入等を防ぐことができる。
以上が、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の製造方法である。なお、本実施の形態では、ａ−Ｓｉユニット１０２のｉ型層３２及びｎ型層３４の成膜チャンバを別々に設けたインライン型の製造装置２００としたが、図５に示すような枚葉式の製造装置２００の構成としてａ−Ｓｉユニット１０２のうちｉ型層３２及びｎ型層３４を同一の成膜チャンバにて成膜してもよい。これによって、ａ−Ｓｉユニット１０２の製造の速さを向上させることができる。
＜実施例＞
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。以下では、透明絶縁基板１０として、３３ｃｍ×４３ｃｍ角，４ｍｍ厚のガラス基板を用い、透明絶縁基板１０上に熱ＣＶＤにより透明導電膜１２として表面に凹凸形状を有する６００ｎｍ厚のＳｎＯ2を形成したものを使用した場合の例を示す。透明導電膜１２は、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ3、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザにて短冊状にパターニングした。
また、製造装置２００において、プラズマ電極４８は電極表面から原料ガスをシャワー状に供給できるシャワープレート型とし、電極面積は２６７５ｃｍ2とした。
透明絶縁基板１０上に、ｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４を順に形成する。表１に、ｐ型層３０、ｉ型層３２の成膜条件を示し、表２にｎ型層３４の成膜条件を示す。ｎ型層３４として、シラン（ＳｉＨ4）：水素（Ｈ2）：フォスフィン（ＰＨ3）の流量比を１：１００：０．０１として、原料ガスの全圧力を２００Ｐａ〜２８０Ｐａとし、プラズマ電極４８への投入電力密度を１１２ｍＷ／ｃｍ2としたものをそれぞれ実施例１〜３とした。また、原料ガスの全圧力を１６０Ｐａとしたものを比較例１とした。さらに、シラン（ＳｉＨ4）：水素（Ｈ2）：フォスフィン（ＰＨ3）の流量比を１：３：０．０１として、原料ガスの全圧力を１６０Ｐａとし、プラズマ電極４８への投入電力密度を１５ｍＷ／ｃｍ2としたものを比較例２とした。なお、シラン（ＳｉＨ4）：水素（Ｈ2）の流量比を１：７０より小さくした場合にはｎ型微結晶シリコン層が形成されず、ｎ型アモルファスシリコン層が形成された。
Figure 2011001747
Figure 2011001747
表３に、μｃ−Ｓｉユニット１０４の成膜条件を示す。ただし、μｃ−Ｓｉユニット１０４の成膜条件はこれに限定されるものではない。
Figure 2011001747
この後、透明導電膜１２のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射し、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４を短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ3、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いた。
次に、第１裏面電極層１６としてＡｇ電極をスパッタリングにより形成し、第２裏面電極層１８としてＺｎＯ膜をスパッタリングにより形成した。この後、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射し、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８を短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ3、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いた。
タンデム型太陽電池の形成後、大気中にて１５０℃でアニール処理を２時間行った。表４に、アニール処理前及びアニール処理後における実施例１〜３及び比較例１，２のタンデム型太陽電池１００の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、フィルファクタＦＦ及び効率ηを示す。表４では、比較例２における開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、フィルファクタＦＦ及び効率ηを１として、実施例１〜３及び比較例１との比を示している。
Figure 2011001747
実施例１〜３のようにｎ型層３４を微結晶シリコン層とすると、比較例２のようにｎ型層３４をアモルファスシリコン層とした場合に比べて開放電圧Ｖｏｃ及び短絡電流Ｊｓｃが向上し、それに伴ってフィルファクタＦＦも向上する。これは、ｎ型層３４を微結晶シリコン層とすることによって、層内のドーパントの活性化率が高まって開放電圧Ｖｏｃが向上し、光吸収による損失が低減されることによって短絡電流Ｊｓｃも向上したものと考えられる。
また、実施例１〜３のようにｎ型層３４の成膜時における原料ガスの圧力を２００Ｐａ以上とすると、比較例２のように１６０Ｐａより低くした場合に比べてアニール後の短絡電流Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦが向上する。これは、低い圧力でｎ型層３４を形成した場合、成膜中のイオンの衝撃により微結晶シリコン層の構造が乱れて膜質が低下することに起因すると考えられる。このようなｎ型層３４上に他の層を形成した場合、互いの電気的なコンタクト性能が悪くなり、直列抵抗が増大するために短絡電流Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦが低下すると考えられる。ｎ型層３４の成膜時における原料ガスの圧力が２００Ｐａであればアニール処理によって特性の改善がみられるが、１６０Ｐａではｎ型層３４へのダメージが大きく、特性の十分な回復がみられない。また、原料ガスの圧力が２００Ｐａより低い場合には、アニール処理前の効率ηは比較例２よりも低くなる。
なお、シラン（ＳｉＨ4）の流量が成膜対象となる透明絶縁基板１０の面積当り０．０１ｓｃｃｍ／ｃｍ2を越えると、成膜時にシリコンフレーク（粉上のシリコン小片）が発生し、成膜チャンバの内壁に付着した。このような成膜条件は、工業的に用いることは困難であると考えられる。
また、ｎ型層３４の成膜時の原料ガスの圧力を高めた場合、プラズマ電極４８への投入電力密度が８０ｍＷ／ｃｍ2未満では、発生するプラズマの空間的な均一性が低下し、プラズマ電極４８の周辺部のプラズマ密度が低下して、ｎ型層３４として全面を微結晶シリコン層とすることができなかった。特に、プラズマ電極４８の面積が大きくなるにしたがって、プラズマの空間的な不均一性は高まった。一方、プラズマ電極４８への投入電力密度が６００ｍＷ／ｃｍ2を越えると、成膜時にシリコンフレーク（粉上のシリコン小片）が発生し、成膜チャンバの内壁への付着が顕著で、基板フォルダにも付着がみられた。このような成膜条件は、工業的に用いることは困難であると考えられる。
また、ｎ型層３４の成膜時において、透明絶縁基板１０の表面と、透明絶縁基板１０に対向するプラズマ電極４８との間隙が２０ｍｍを越えると、プラズマ電極４８の周辺部のプラズマ密度が低下して、ｎ型層３４として全面を微結晶シリコン層とすることができなかった。特に、透明絶縁基板１０とプラズマ電極４８との間隙が２０ｍｍより広くなると、縦型インラインの製造装置２００のように基板ヒータ４２と基板キャリア４４との間に隙間がある場合や防着板５０とプラズマ電極４８との間に隙間がある場合にそれらの箇所においてプラズマの異常放電が発生してしまう場合がある。したがって、透明絶縁基板１０の表面と、透明絶縁基板１０に対向するプラズマ電極４８との間隙は２０ｍｍ以下とすることが好適である。
１０ 透明絶縁基板、１２ 透明導電膜、１４ 中間層、１６ 第１裏面電極層、１８ 第２裏面電極層、２０ 充填材、２２ 保護膜、３０ ｐ型層、３２ ｉ型層、３４ ｎ型層、４０ チャンバ壁、４２ 基板ヒータ、４４ 基板キャリア、４６ 搬送装置、４８ プラズマ電極、５０ 防着板、５２ プラズマ電源、５４ マッチングボックス、１００ タンデム型太陽電池、１０２ ａ−Ｓｉユニット、１０４ μｃ−Ｓｉユニット、２００ 製造装置。

Claims (7)

  1. 基板上に、ｐ型ドーパントが添加されたｐ型薄膜と、ｉ型アモルファスシリコン薄膜と、ｎ型ドーパントが添加されたｎ型微結晶シリコン薄膜と、を順に積層して太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、
    前記ｎ型微結晶シリコン薄膜を形成する際に、シリコン含有ガスの流量に対するｎ型ドーパント含有ガスの流量の比が０．０３以下であり、シリコン含有ガスの流量に対する希釈ガスの流量の比が７０以上であり、原料ガスの全圧力が２００Ｐａ以上とすることを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記ｎ型微結晶シリコン薄膜を形成する際に、原料ガスのプラズマを発生させるプラズマ電極の面積当りの投入電力を８０ｍＷ／ｃｍ2以上６００ｍＷ／ｃｍ2以下とすることを特徴とする太陽電池の製造方法。
  3. 請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記シリコン含有ガスの流量は、前記基板の面積当りの流量が０．０１ｓｃｃｍ／ｃｍ2以下であることを特徴とする太陽電池の製造方法。
  4. 請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記ｎ型微結晶シリコン薄膜を形成する際に、前記基板の表面と、前記基板に対向するプラズマ電極との間隙が２０ｍｍ以下であることを特徴とする太陽電池の製造方法。
  5. 請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記ｉ型アモルファスシリコン薄膜と前記ｎ型微結晶シリコン薄膜とを同じ成膜チャンバにおいて形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  6. 請求項４に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記基板は、基板キャリアに載せられて搬送され、
    前記ｎ型微結晶シリコン薄膜の形成時において、前記基板は、前記基板キャリアとの間に間隙を有する基板ヒータによって加熱されることを特徴とする太陽電池の製造方法。
  7. 請求項４に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記基板は、立てられた状態で搬送されることを特徴とする太陽電池の製造方法。
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