KR20110108378A

KR20110108378A - 광전 변환 장치의 제조 방법, 광전 변환 장치, 광전 변환 장치의 제조 시스템 및 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법

Info

Publication number: KR20110108378A
Application number: KR1020117017756A
Authority: KR
Inventors: 히로토 우치다; 데츠시 후지나가; 마사후미 와카이; 다다마사 고바야시; 요시노부 우에; 규조 나카무라; 신 아사리; 가즈야 사이토; 고이치 마츠모토; 야스오 시미즈; 가츠히코 모리
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-10-05
Also published as: US20120015473A1; CN102301487A; TW201110388A; WO2010087198A1; KR101279495B1; TWI413267B; JPWO2010087198A1; EP2393119A1

Abstract

이 광전 변환 장치의 제조 방법은, 기판(1)위에 형성된 투명 도전막(2)위에 제1 광전 변환 유닛(3)과 제2 광전 변환 유닛(4)이 순서대로 적층된 광전 변환 장치(10)의 제조 방법으로서, 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실(62,63,64,65)에서 제1 p형 반도체층(31), 제1 i형 반도체층(32), 제1 n형 반도체층(33) 및 제2 p형 반도체층(41)의 각각을 형성하고, 상기 제2 p형 반도체층(41)을 대기 분위기에 노출시켜 제2 i형 반도체층(42)을형성하기 전에 제2 플라즈마 CVD 반응실(72)안에 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급하고, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실(72)에서 대기중에 노출된 상기 제2 p형 반도체층(41)위에 상기 제2 i형 반도체층(42)을 형성하고, 상기 제2 i형 반도체층(42)위에 제2 n형 반도체층(43)을 형성한다.

Description

광전 변환 장치의 제조 방법, 광전 변환 장치, 광전 변환 장치의 제조 시스템 및 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법{Method for manufacturing photoelectric conversion device, photoelectric conversion device, photoelectric conversion device manufacture system, and method for utilizing photoelectric conversion device manufacture system}

본 발명은 광전 변환 장치의 제조 방법, 광전 변환 장치, 광전 변환 장치의 제조 시스템 및 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 처리되는 기판의 수가 증가한 경우라 해도 특성을 저하시키지 않고 양호한 성능을 가진 광전 변환 장치를 안정적으로 제조할 수 있어 생산 비용 및 효율을 개선할 수 있는 기술에 관한 것이다.

본원은 2009년 1월 30일에 출원된 일본특원2009-020859호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

최근 광전 변환 장치는 태양전지 또는 광센서 등에 일반적으로 이용되고 있으며 특히 태양전지에서는 에너지의 효율적인 이용 관점에서 폭넓게 보급을 시작하였다. 특히 단결정 실리콘을 이용한 광전 변환 장치는 단위 면적당 에너지 변환 효율이 우수하다.

그러나 한편 단결정 실리콘을 이용한 광전 변환 장치는 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이스한 실리콘 웨이퍼를 사용하기 때문에 잉곳의 제조에 대량의 에너지가 소비되어 제조 비용이 높다.

예를 들면 옥외 등에 설치되는 대면적의 광전 변환 장치를 실리콘 단결정을 이용하여 제조하면 현상태에서는 상당한 비용이 든다.

그래서 보다 저렴하게 제조 가능한 아몰퍼스(비정질) 실리콘 박막(이하 「a-Si박막」이라고도 표기한다)을 이용한 광전 변환 장치가 저비용의 광전 변환 장치로서 보급되고 있다.

그런데 이 아몰퍼스(비정질) 실리콘 박막을 이용한 광전 변환 장치의 변환 효율은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 등을 이용한 결정형 광전 변환 장치의 변환 효율에 비해 낮다.

그래서 광전 변환 장치의 변환 효율을 향상시키는 구조로서, 2개의 광전 변환 유닛이 적층된 탄뎀형의 구조가 제안되었다.

예를 들면, 도 5에 도시한 탄뎀형의 광전 변환 장치(100)가 알려져 있다.

이 광전 변환 장치(100)에서는 투명 도전막(102)이 배치된 절연성의 투명 기판(101)이 사용되고 있다. 투명 도전막(102)위에는 p형 반도체층(131)(p층), i형 실리콘층(132)(비정질 실리콘층, i층) 및 n형 반도체층(133)(n층)을 순서대로 적층하여 얻어진 pin형의 제1 광전 변환 유닛(103)이 형성되어 있다. 제1 광전 변환 유닛(103)위에는 p형 반도체층(141)(p층), i형 실리콘층(142)(결정질 실리콘층, i층) 및 n형 반도체층(143)(n층)을 순서대로 적층하여 얻어진 pin형의 제2 광전 변환 유닛(104)이 형성되어 있다. 또한 제2 광전 변환 유닛(104)위에는 이면 전극(105)이 형성되어 있다.

이와 같은 탄뎀형의 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 제조 방법이 알려져 있다. 이 제조 방법에서는 비정질형의 광전 변환 유닛(제1 광전 변환 유닛)을 구성하는, p형 반도체층, i형의 비정질 실리콘계 광전 변환층 및 n형 반도체층의 각각에 대응하는 플라즈마 CVD 반응실이 사용되고, 각 반응실에서 1개의 층이 형성된다. 즉, 서로 다른 복수의 플라즈마 CVD 반응실을 사용함으로써 복수의 층이 형성된다. 또 이 제조 방법에서는 결정질형의 광전 변환 유닛(제2 광전 변환 유닛)을 구성하는, p형 반도체층, i형의 결정질 실리콘계 광전 변환층 및 n형 반도체층은 같은 플라즈마 CVD 반응실에서 형성된다.

이 탄뎀형의 광전 변환 장치(100)를 제조하는 방법에서는, 도 6a에 도시한 것처럼 우선 투명 도전막(102)이 성막된 절연성 투명 기판(101)을 준비한다.

이어서 도 6b에 도시한 것처럼 절연성 투명 기판(101)위에 성막된 투명 도전막(102)위에 p형 반도체층(131), i형 실리콘층(132)(비정질 실리콘층) 및 n형 반도체층(133)이 순서대로 형성된다. 여기에서 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서는 층(131),(132),(133) 중 하나의 층이 형성된다. 즉, 서로 다른 복수의 플라즈마 CVD 반응실을 사용함으로써 층(131),(132),(133)이 형성된다.

이로써 순서대로 적층된 pin형의 제1 광전 변환 유닛(103)이 절연성 투명 기판(101)위에 형성된다.

계속해서 제1 광전 변환 유닛(103)의 n형 반도체층(133)을 대기중에 노출시켜 플라즈마 CVD 반응실로 이동한다. 그 후 도 6c에 도시한 것처럼 대기중에 노출된 제1 광전 변환 유닛(103)의 n형 반도체층(133)위에 p형 반도체층(141), i형 실리콘층(142)(결정질 실리콘층) 및 n형 반도체층(143)이 같은 플라즈마 CVD 반응실내에서 형성된다.

이로써 순서대로 적층된 pin형의 제2 광전 변환 유닛(104)이 형성된다.

그리고 제2 광전 변환 유닛(104)의 n형 반도체층(143)위에 이면 전극(105)을 형성함으로써 도 5에 도시한 광전 변환 장치(100)를 얻을 수 있다.

상기 구성으로 이루어진 탄뎀형의 광전 변환 장치(100)는 이하의 제조 시스템에 의해 제조되어 있다.

이 제조 시스템에서는, 우선 챔버라고 불리는 성막 반응실이 복수, 직선형(선형)으로 연결되어 배치된 이른바 인라인형의 제1 성막 장치를 사용하여 제1 광전 변환 유닛(103)을 형성한다.

제1 광전 변환 유닛(103)을 구성하는 복수의 층은 제1 성막 장치에서의 복수의 성막 반응실에서 형성된다. 즉, 서로 다른 복수의 성막 반응실 각각에서는 제1 광전 변환 유닛(103)을 구성하는 하나의 층이 형성된다.

제1 광전 변환 유닛(103)이 형성된 후, 이른바 배치형의 제2 성막 장치를 사용하여 제2 광전 변환 유닛(104)을 형성한다.

제2 광전 변환 유닛(104)을 구성하는 복수의 층은 제2 성막 장치에서의 하나의 성막 반응실에서 형성된다.

구체적으로, 예를 들면 도 7에 도시한 것처럼 제조 시스템은 제1 성막 장치와 제2 성막 장치를 포함한다. 제1 성막 장치에서는 로드실(161)(L:Lord), P층 성막 반응실(162), i층 성막 반응실(163), n층 성막 반응실(164) 및 언로드실(166)(UL:Unlord)이 연속하여 직선형으로 배치되어 있다. 제2 성막 장치에서는 로드·언로드실(171)(L/UL) 및 PIn층 성막 반응실(172)이 배치되어 있다.

이 제조 시스템에서는 최초로 기판이 로드실(161)에 반입 및 배치되어 로드실(161)의 내부가 감압된다.

계속해서 감압 분위기가 유지된 상태에서 P층 성막 반응실(162)에서 제1 광전 변환 유닛(103)의 p형 반도체층(131)이 형성되고, I층 성막 반응실(163)에서 i형 실리콘층(132)(비정질 실리콘층)이 형성되고, n층 성막 반응실(164)에서 n형 반도체층(133)이 형성된다. 제1 광전 변환 유닛(103)이 형성된 기판은 언로드실(166)에 반출된다. 언로드실(166)의 압력은 감압에서 대기압으로 되돌려진다. 기판은 언로드실(166)에서 반출된다. 이와 같이 제1 성막 장치에서 처리된 기판은 대기에 노출되어 제2 성막 장치에 반송된다. 제1 광전 변환 유닛(103)이 형성된 기판은 로드·언로드실(171)에 반입되어 로드·언로드실(171)의 내부가 감압된다. 로드·언로드실(171)에서는 기판이 반입된 후에 내부 압력이 감압되거나 기판을 반출할 때에 내부 압력을 감압에서 대기압으로 되돌린다. 이 로드·언로드실(171)을 통해 기판은 PIn층 성막 반응실(172)에 반입된다. 제1 광전 변환 유닛(103)의 n형 반도체층(133)위에 제2 광전 변환 유닛(104)의 p형 반도체층(141), i형 실리콘층(142)(결정질 실리콘층) 및 n형 반도체층(143)이 같은 반응실내, 즉 PIn층 성막 반응실(172)안에서 순서대로 형성된다.

도 7에 도시된 제조 시스템의 G지점에서는, 도 6a에 도시한 것처럼 투명 도전막(102)이 성막된 절연성 투명 기판(101)이 준비된다. 또 도 7에 도시한 H지점에서는, 도 6b에 도시한 것처럼 절연성 투명 기판(101)위에 성막된 투명 도전막(102)위에 제1 광전 변환 유닛(103)이 설치된 광전 변환 장치의 제1 중간품(100a)이 형성된다. 그리고 도 7에 도시한 I지점에서, 도 6c에 도시한 것처럼 제1 광전 변환 유닛(103)위에 제2 광전 변환 유닛(104)이 설치된 광전 변환 장치의 제2 중간품(100b)이 형성된다.

도 7에 도시된 인라인형의 제1 성막 장치에서는 2개의 기판이 동시에 처리된다. I층 성막 반응실(163)은 4개의 반응실(163a)∼(163d)로 구성되어 있다. 또 도 7에 도시된 배치형의 제2 성막 장치에서는 6개의 기판이 동시에 처리된다.

이와 같은 종래의 제조 방법에서는 비정질 광전 변환층인 i층은 2000∼3000Å의 막두께를 가지고 전용 반응실에서 생산 가능하다. 또 p, i, n층마다 전용의 반응실이 사용된다. 따라서 p층 불순물이 i층으로 확산되지 않고, 또는 반응실내에 잔류하는 불순물이 p층 또는 n층에 혼입됨으로써 기인하는 접합의 흐트러짐이 발생하지 않는다. 따라서 pin접합 구조에서 양호한 불순물 프로파일을 얻을 수 있다.

한편 결정질 광전 변환층인 i층의 막두께는 15000∼25000Å으로서, 비정질 광전 변환층에 비해 1자리수 큰 막두께가 요구된다. 따라서 생산성을 높이기 위해 배치식의 반응실 내에 복수매의 기판을 나열하여 동시에 처리하는 것이 유리하다.

그러나 이 결정질 광전 변환층의 p, i, n층이 하나의 반응실내에서 성막될 경우에는 같은 반응실내에서 복수의 막이 형성된다. 따라서 p층 불순물이 i층으로 확산되는 것 또는 반응실내에 잔류하는 불순물이 p층 또는 n층에 혼입됨에 기인한 접합의 흐트러짐이 발생하는 것이 문제가 된다.

또 박막 광전 변환 장치의 제조 방법에서는 대면적 기판에 성막 처리를 할 경우에 결정질 광전 변환층의 p층, i층, n층, 특히 i층의 결정화율 분포를 제어하는 것이 요구된다. 그러나 비정질 광전 변환층(제1 광전 변환 유닛)을 구성하는 n층 위에 결정질 광전 변환층(제2 광전 변환 유닛)의 p층, i층, n층을 형성하는 종래의 제조 방법에서는 결정화율 분포의 분산이 생기는 문제가 있었다. 이와 같은 결정화율 분포의 분산은 제1 광전 변환 유닛의 형성 후 제2 광전 변환 유닛을 형성할 때까지의 방치 시간 또는 방치 분위기에 의해 영향을 받는다.

또 종래의 박막 광전 변환 장치의 제조 방법에서는, 제1 광전 변환 유닛을 구성하는 n층을 대기중에 노출시킨 후 대기중에 노출된 제1 광전 변환 유닛의 n층상에 제2 광전 변환 유닛이 형성되어 있다. 이와 같이 제조된 탄뎀형 박막 광전 변환 장치의 특성은 제1 광전 변환 유닛을 대기중에 노출시키지 않고 전층을 연속적으로 형성한 경우에 비해 저하된다는 문제가 있었다.

또한 대기중에 노출된 제1 광전 변환 유닛상에 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층, n층을 하나의 플라즈마 CVD 반응실 내에서 형성할 경우 처리되는 기판의 수가 증가함에 따라 반응실의 내부에 n형 불순물이 부착되어 축적된다. 이와 같이 반응실의 내부에 축적된 n형 불순물의 영향에 의해 처리되는 기판의 수가 증가함에 따라 광전 변환 장치의 특성이 저하된다는 문제가 있었다.

특허문헌 1: 일본특허 제3589581호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층 불순물이 i층에 확산되지 않고, 또는 반응실내에 잔류하는 불순물이 p층 또는 n층에 혼입됨에 기인한 접합의 흐트러짐이 발생하지 않아 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층, i층 및 n층, 특히 i층에서의 결정화율 분포의 분산이 개선된 광전 변환 장치의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공한다. 또 특히 처리되는 기판의 수 또는 복수의 기판이 통합되어 구성된 배치의 수가 증가한 경우라 해도 특성을 저하시키지 않고 양호한 성능을 가진 광전 변환 장치를 안정적으로 제조할 수 있어 생산 비용 및 효율을 개선할 수 있는 광전 변환 장치의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공한다. 또 본 발명은 양호한 발전 성능을 가진 광전 변환 장치를 제공한다.

본 발명은 하나의 반응실 내부에 축적된 n형 불순물의 영향에 기인하여 처리되는 기판 수의 증가에 따라 광전 변환 장치의 특성이 저하된다는 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 하였다. 그 결과 본 발명자들은 하나의 반응실에서 먼저 제조되는 제2 광전 변환 유닛의 제조 과정에서 발생한 n형 불순물이 다음에 제조되는 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층의 초기 성장시에 i층에 혼입되고, 이로써 광전 변환 장치의 특성이 저하된다는 것을 발견하였다. 구체적으로 본 발명자들은 반응실내에 잔류하는 n형 불순물이 i층에 혼입되면 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층과 i층과의 계면 상태가 원하는 계면 상태와 달라져 p층 및 i층으로 이루어진 적층 구조를 원하는 대로 제작할 수 없게 되어 광전 변환 장치의 특성이 저하된다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 이와 같은 사정을 감안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 제1 태양의 광전 변환 장치의 제조 방법은, 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실과 단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실을 사용함으로써 기판상에 형성된 투명 도전막상에 제1 광전 변환 유닛을 구성하는 제1 p형 반도체층, 제1 i형 반도체층 및 제1 n형 반도체층과, 결정질의 실리콘계 박막으로 이루어진 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 제2 p형 반도체층, 제2 i형 반도체층 및 제2 n형 반도체층이 순서대로 적층된 광전 변환 장치를 제조한다. 본 발명의 제1 태양의 광전 변환 장치의 제조 방법은, 상기 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제1 i형 반도체층, 상기 제1 n형 반도체층 및 상기 제2 p형 반도체층 각각을 형성하여 상기 제2 p형 반도체층을 대기 분위기에 노출시키고, 상기 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급하고, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 대기중에 노출된 상기 제2 p형 반도체층상에 상기 제2 i형 반도체층을 형성하고 상기 제2 i형 반도체층상에 상기 제2 n형 반도체층을 형성한다.

본 발명의 제1 태양의 광전 변환 장치의 제조 방법에서는 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제2 n형 반도체층상에 제3 p형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 태양의 광전 변환 장치의 제조 방법에서는 상기 제3 p형 반도체층은 산소를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 태양의 광전 변환 장치의 제조 방법에서는 산소 원소를 가진 가스를 함유한 프로세스 가스를 사용함으로써 상기 제3 p형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 태양의 광전 변환 장치는 상술한 제조 방법을 이용하여 제조되었다.

본 발명의 제3 태양의 제조 시스템은, 기판상에 형성된 투명 도전막상에 제1 광전 변환 유닛을 구성하는 제1 p형 반도체층, 제1 i형 반도체층 및 제1 n형 반도체층과, 결정질의 실리콘계 박막으로 이루어진 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 제2 p형 반도체층, 제2 i형 반도체층 및 제2 n형 반도체층이 순서대로 적층된 광전 변환 장치를 제조한다. 본 발명의 제3 태양의 제조 시스템은, 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실을 포함하고, 상기 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제1 i형 반도체층, 상기 제1 n형 반도체층 및 상기 제2 p형 반도체층의 각각을 형성하는 제1 성막 장치와, 상기 제2 p형 반도체층을 대기 분위기에 노출시키는 폭로 장치와, 단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실을 포함하고 상기 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급하고, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 대기중에 노출된 상기 제2 p형 반도체층상에 상기 제2 i형 반도체층을 형성하고, 상기 제2 i형 반도체층상에 상기 제2 n형 반도체층을 형성하는 제2 성막 장치를 포함한다.

본 발명의 제3 태양의 제조 시스템에서는, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제2 n형 반도체층상에 제3 p형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3 태양의 제조 시스템에서는, 상기 제3 p형 반도체층은 산소를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3 태양의 제조 시스템에서는, 상기 제2 성막 장치는 산소 원소를 가진 가스를 함유한 프로세스 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급하는 산소 가스 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제4 태양의 제조 시스템의 사용 방법은, 기판상에 형성된 투명 도전막상에 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함한 복수의 반도체층이 적층된 광전 변환 장치를 연속적으로 제조하는 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법으로서, 제1 도전형 반도체층을 형성하는 제1 플라즈마 CVD 반응실을 포함한 제1 성막 장치를 준비하고, 상기 제1 성막 장치에 접속되어 상기 제1 성막 장치에 의해 형성된 상기 제1 도전형 반도체층을 대기 분위기에 노출시키는 폭로 장치를 준비하고, 대기 분위기에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 도전형 반도체층과는 다른 반도체층을 형성하는 제2 플라즈마 CVD 반응실과, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 복수의 반도체층이 적층된 처리 완료 기판과 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 성막 처리되지 않은 미처리 기판을 바꾸는 반송 장치를 포함한 제2 성막 장치를 준비하고, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제2 도전형 반도체층이 형성된 후, 또한 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 상기 미처리 기판이 반입되기 전에 대기 분위기에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층에 포함되는 제1 도전형 불순물을 가진 제1 불순물 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급하고, 상기 제1 불순물 가스가 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급된 후 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제1 불순물 가스를 배기하고 상기 제1 불순물 가스와는 다른 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실로 공급하여 상기 제1 도전형 반도체층과는 다른 반도체층을 형성한다.

본 발명의 제4 태양의 제조 시스템의 사용 방법에서는, 상기 제1 도전형 반도체층은 p형 불순물을 함유한 p형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층은 n형 불순물을 함유한 n형 반도체층이고, 상기 복수의 반도체층은 p형 반도체층, i형 반도체층 및 n형 반도체층으로 구성되고, 상기 제1 불순물 가스는 p형 불순물을 함유한 가스이고, 상기 제1 도전형 반도체층과는 다른 상기 반도체층은 i형 반도체층 또는 n형 반도체층인 것이 바람직하다.

본 발명의 제4 태양의 제조 시스템의 사용 방법에서는, 상기 제1 불순물 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급할 때 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 상기 제1 불순물 가스의 플라즈마를 생성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 광전 변환 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 p형 반도체층, 제1 i형 반도체층 및 제1 n형 반도체층 및 제2 p형 반도체층이 형성되는 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실과는 다른 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에서 제2 i형 반도체층이 형성된다.

이로써 p층 불순물이 제2 i형 반도체층에 확산되지 않고, 또는 제1 플라즈마 CVD 반응실 내에 잔류하는 불순물이 p층 또는 n층에 혼입됨에 기인한 접합의 흐트러짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또 제2 p형 반도체층이 대기중에 노출되기 때문에 제2 p형 반도체층의 표면에 OH가 붙거나 제2 p형 반도체층의 표면 일부가 산화된다. 이로써 결정 핵이 발생하여 결정질의 실리콘계 박막으로 이루어진 제2 i형 반도체층의 결정화율이 향상되어 결정화율 분포를 용이하게 제어할 수 있다.

또한 본 발명의 광전 변환 장치의 제조 방법에 의하면, 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급하기 때문에 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 배치된 구성 부재(CVD 반응실을 구성하는 부재)의 표면으로부터 n형 불순물이 비산되는 것이 방지된다. 또 이 경우 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 배치된 구성 부재의 표면에 p형 불순물을 포함하는 막을 형성해도 좋다.

이로써 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 N형 불순물이 제2 플라즈마 CVD 반응실의 공간내에 비산되는 것이 방지되어 n형 불순물이 제2 i형 반도체층에 혼입되지 않고 제2 p형 반도체층상에 제2 i형 반도체층을 형성할 수 있다.

따라서 본 발명의 광전 변환 장치의 제조 방법에 의하면 p층 불순물이 i층에 확산되지 않거나, 또는 반응실내에 잔류하는 불순물이 p층 또는 n층에 혼입됨에 기인한 접합의 흐트러짐이 발생하지 않는다. 또한 제2 p형 반도체층, 제2 i형 반도체층 및 제2 n형 반도체층에서의 결정화율 분포의 분산이 개선되어 제2 광전 변환 유닛을 제조할 수 있다.

또한 본 발명의 광전 변환 장치의 제조 방법에 의하면, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서는 상기 제2 n형 반도체층상에 제3 p형 반도체층이 형성되기 때문에 제3 p형 반도체층을 형성할 때에 생긴 p형 불순물을 포함한 막이 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된다. 이로써 먼저 제조되는 제2 광전 변환 유닛의 제조 과정(처리 완료 기판을 얻은 후)에서 발생한 불순물, 즉, 제3 p형 반도체층이 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된 상태가 유지된다. 이 상태에서는 다음에 제조되는 제2 i형 반도체층의 초기 성장시(미처리 기판에 제2 i형 반도체층을 형성할 때)에는 제2 p형 반도체층과 제2 i형 반도체층 사이의 계면에 제3 p형 반도체층의 형성에 따라 생긴 p형 불순물만이 혼입된다. 이 p형 불순물은 제2 광전 변환 유닛에서의 제2 p형 반도체층 및 제2 i형 반도체층으로 이루어진 적층 구조가 형성될 때에 p-i계면의 접합 상태를 저해하지 않고 원하는 정상적인 p-i계면의 형성을 촉진시킨다.

그 결과 제2 플라즈마 CVD 반응실에 대해 기판을 반입 또는 반출하는 공정과, 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 기판상에 막을 형성하는 공정이 복수회 행해진 경우라 해도, 즉 처리되는 기판의 수 또는 복수의 기판이 통합되어 구성된 배치의 수가 증가한 경우라 해도 광전 변환 장치의 특성은 저하되지 않는다. 따라서 양호한 성능을 가진 광전 변환 장치를 안정적으로 제조할 수 있어 생산 비용 및 효율을 개선할 수 있다.

본 발명의 광전 변환 장치에 의하면, 상술한 제조 방법에 의해 광전 변환 장치가 형성되어 있기 때문에 pin의 불순물 프로파일을 양호하게 얻을 수 있어 접합의 흐트러짐이 없고 또 얼룩이 없어 양호한 결정화율 분포를 가진 광전 변환 장치를 얻을 수 있다. 특히 제2 광전 변환 유닛에서의 제2 p형 반도체층 및 제2 i형 반도체층으로 이루어진 적층 구조를 제작할 때에 p-i계면의 접합 상태를 저해하지 않아 원하는 정상적인 p-i계면이 형성된다. 그 결과 양호한 성능을 가진 박막 광전 변환 장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 광전 변환 장치의 제조 시스템에 의하면, 제1 성막 장치, 폭로 장치 및 제2 성막 장치를 사용함으로써 제1 광전 변환 유닛 및 제2 광전 변환 유닛을 포함한 광전 변환 장치가 제조된다.

이로써 제1 p형 반도체층, 제1 i형 반도체층 및 제1 n형 반도체층 및 제2 i형 반도체층이 형성되는 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실과는 다른 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에서 제2 p형 반도체층이 형성된다.

이로써 p층 불순물이 제2 i형 반도체층에 확산되지 않거나, 또는 제1 플라즈마 CVD 반응실 내에 잔류하는 불순물이 p층 또는 n층에 혼입됨에 기인한 접합의 흐트러짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 제2 p형 반도체층, 제2 i형 반도체층 및 제2 n형 반도체층, 특히 제2 i형 반도체층에서의 결정화율 분포의 분산이 개선된 광전 변환 장치를 제조할 수 있다.

또한 본 발명의 광전 변환 장치의 제조 시스템에 의하면, 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급하기 때문에 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 배치된 구성 부재의 표면에서 n형 불순물이 비산되는 것이 방지된다. 또 이 경우 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 배치된 구성 부재의 표면에 p형 불순물을 포함하는 막을 형성해도 좋다.

이로써 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 n형 불순물이 제2 플라즈마 CVD 반응실의 공간 내에 비산되는 것이 방지되어 n형 불순물이 제2 i형 반도체층에 혼입되지 않고 제2 p형 반도체층 상에 제2 i형 반도체층을 형성할 수 있다.

또한 본 발명의 광전 변환 장치의 제조 방법에 의하면, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서는 상기 제2 n형 반도체층 상에 제3 p형 반도체층이 형성되기 때문에 제3 p형 반도체층을 형성할 때에 생긴 p형 불순물을 포함한 막이 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된다. 이로써 앞서 제조되는 제2 광전 변환 유닛의 제조 과정에서 발생한 불순물, 즉, 제3 p형 반도체층이 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된 상태가 유지된다. 이 상태에서는 다음에 제조되는 제2 i형 반도체층의 초기 성장시에는 제2 p형 반도체층과 제2 i형 반도체층 사이의 계면에 제3 p형 반도체층의 형성에 따라 생긴 p형 불순물만이 혼입된다. 이 p형 불순물은 제2 광전 변환 유닛에서의 제2 p형 반도체층 및 제2 i형 반도체층으로 이루어진 적층 구조가 형성될 때에 p-i계면의 접합 상태를 저해하지 않고 원하는 정상적인 p-i계면의 형성을 촉진시킨다.

또 산소를 포함한 제3 p형 반도체층을 형성할 때에는 산소 가스 공급부를 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 제4 태양의 제조 시스템의 사용 방법에 의하면, 상술한 광전 변환 장치의 제조 방법 및 제조 시스템과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 1a는, 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1b는, 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1c는, 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 층구성을 도시한 단면도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 광전 변환 장치를 제조하는 제조 시스템을 도시한 개략도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 층구성을 도시한 단면도이다.
도 5는, 종래의 광전 변환 장치의 층구성을 도시한 단면도이다.
도 6a는, 종래의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6b는, 종래의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6c는, 종래의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은, 종래의 광전 변환 장치를 제조하는 제조 시스템을 도시한 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명하기로 한다.

이하에 설명하는 실시형태에서는, 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법, 광전 변환 장치, 광전 변환 장치의 제조 시스템 및 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법에 대해서 도면에 기초하여 설명하기로 한다. 광전 변환 장치에서는, 제1 광전 변환 유닛인 아몰퍼스 실리콘형의 광전 변환 장치와, 제2 광전 변환 유닛인 미결정(微結晶) 실리콘형의 광전 변환 장치가 적층되어 있다.

또 이하의 설명에 사용하는 각 도면에서는 각 구성 요소를 도면상에서 인식할 수 있는 정도의 크기로 하기 위해 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절히 다르게 한다.

또 이하의 설명에서는 제1 도전형이란 p형을 의미하고, 제2 도전형이란 n형을 의미한다.

<제1 실시형태>

도 1a∼도 1c는, 본 발명인 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하는 단면도이다. 도 2는, 본 발명에 의해 제조된 광전 변환 장치의 층구성을 도시한 단면도이다.

우선 도 2에 도시한 것처럼 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 광전 변환 장치(10A)(10)에서는, 기판(1)의 제1 면(1a)(표면)위에 제1 광전 변환 유닛(3)과 제2 광전 변환 유닛(4)이 이 순서대로 겹쳐서 형성되어 있다. 또한 제2 광전 변환 유닛(4)위에 이면 전극(5)이 형성되어 있다. 제1 광전 변환 유닛(3) 및 제2 광전 변환 유닛(4)의 각각은 pin형의 층구조를 포함한다.

기판(1)은 광투과성을 가진 절연성 기판으로서, 예를 들면 유리, 투명 수지 등으로 이루어져 태양광의 투과성이 우수하고, 또한 내구성을 가진 절연 재료로 이루어진다. 이 기판(1)은 투명 도전막(2)을 구비하고 있다. 투명 도전막(2)의 재료로서는, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide), SnO₂, ZnO 등 광투과성을 가진 금속 산화물이 채용된다. 투명 도전막(2)은 진공 증착법 또는 스퍼터링법에 의해 기판(1)위에 형성된다. 이 광전 변환 장치(10)에서는, 도 2의 화살표로 나타낸 것처럼 기판(1)의 제2 면(1b)에 태양광 S가 입사된다.

또 제1 광전 변환 유닛(3)은 p형 반도체층(31)(p층, 제1 p형 반도체층, 제1 도전형 반도체층), 실질적으로 진성의 i형 반도체층(32)(비정질 실리콘층, i층, 제1 i형 반도체층) 및 n형 반도체층(33)(n층, 제1 n형 반도체층, 제2 도전형 반도체층)이 적층된 pin구조를 가지고 있다. 즉, p층(31), i층(32) 및 n층(33)을 이 순서대로 적층함으로써 제1 광전 변환 유닛(3)이 형성되어 있다. 이 제1 광전 변환 유닛(3)은 아몰퍼스(비정질) 실리콘계 재료에 의해 구성되어 있다.

제1 광전 변환 유닛(3)에서는 p층(31)의 두께가 예를 들면 90Å, i층(32)의 두께가 예를 들면 2500Å, n층(33)의 두께가 예를 들면 300Å이다. 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31), i층(32) 및 n층(33)은 복수의 플라즈마 CVD 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실)에서 형성된다. 즉, 서로 다른 복수의 플라즈마 CVD 반응실 각각에서는 제1 광전 변환 유닛(103)을 구성하는 하나의 층이 형성된다.

또 제2 광전 변환 유닛(4)은 p형 반도체층(41)(p층, 제2 p형 반도체층, 제1 도전형 반도체층), 실질적으로 진성의 i형 반도체층(42)(결정질 실리콘층, i층, 제2 i형 반도체층) 및 n형 반도체층(43)(n층, 제2 n형 반도체층, 제2 도전형 반도체층)이 적층된 pin구조를 가지고 있다. 또한 제2 광전 변환 유닛(4)에서는 n층(43)위에 p형 반도체층(44A)(p층, 제3 p형 반도체층)이 형성되어 있다. 즉, p층(41), i층(42), n층(43) 및 p층(44A)을 이 순서대로 적층함으로써 제2 광전 변환 유닛(4)이 형성되어 있다. 이 제2 광전 변환 유닛(4)은 결정질을 포함한 실리콘계 재료에 의해 구성되어 있다.

제2 광전 변환 유닛(4)에서는, p층(41)의 두께가 예를 들면 100Å, i층(42)의 두께가 예를 들면 15000Å, n층(43)의 두께가 예를 들면 150Å이다. 제2 광전 변환 유닛(4)이 형성되는 플라즈마 CVD 반응실에 관하여, p층(41)이 형성되는 플라즈마 CVD 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실)과, i층(42) 및 n층(43)이 형성되는 플라즈마 CVD 반응실(제2 플라즈마 CVD 반응실)이 다르다. I층(42) 및 n층(43)은 같은 플라즈마 CVD 반응실 내(단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실 내)에서 형성된다.

특히 제1 실시형태의 광전 변환 장치(10A)(10)의 제2 광전 변환 유닛(4)에서는, n형 반도체층(43)(n층) 위에 p층(44A)이 형성되어 있다. p층(44A)은 결정질을 포함한 실리콘계 재료로 이루어진다. 또 p층(44A)의 두께는, 예를 들면 50Å이다.

구체적으로 후술하는 바와 같이, 이 p층(44A)은 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42) 및 n층(43)이 형성되는 플라즈마 CVD 반응실과 같은 플라즈마 CVD 반응실 내(단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실 내)에 형성된다.

전극(5)은 Ag(은), Al(알루미늄) 등의 도전성을 가진 광반사막으로 구성되어 있다. 이 이면 전극(5)은, 예를 들면 스퍼터링법 또는 증착법을 사용하여 형성된다. 또 이면 전극(5)의 구조로서는, 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(44A)과 이면 전극(5) 사이에 ITO, SnO₂, ZnO 등의 도전성 산화물로 이루어진 층이 형성된 적층 구조가 채용되어도 좋다.

이어서 상기 구성을 가진 광전 변환 장치(10A)(10)를 제조하는 방법을 설명하기로 한다. 우선, 도 1a에 도시한 것처럼 투명 도전막(2)이 성막된 절연성 투명 기판(1)을 준비한다. 이어서 도 1b에 도시한 것처럼 절연성 투명 기판(1)위에 성막된 투명 도전막(2)위에 p층(31), i층(32), n층(33) 및 p층(41)이 형성된다.

여기에서 p층(31), i층(32), n층(33) 및 p층(41)이 형성되는 복수의 플라즈마 CVD 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실)은 서로 다르다. 또 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서 p층(31), i층(32), n층(33) 및 p층(41) 중 하나의 층이 형성되고 일렬로 연결된 복수의 플라즈마 CVD 반응실에 의해 p층(31), i층(32), n층(33) 및 p층(41)이 순서대로 형성된다.

즉, 제1 광전 변환 유닛(3)의 n층(33)위에 제2 광전 변환 유닛(4)을 구성하는 p층(41)이 설치된 광전 변환 장치의 제 중간품(10a)을 얻을 수 있다.

p층(31)은 개별의 반응실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 예를 들면 기판 온도가 180∼200℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 70∼120Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 300sccm, 수소(H₂)가 2300sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 180sccm, 메탄(CH₄)이 500sccm으로 설정된 조건으로 아몰퍼스 실리콘(a-Si)으로 이루어진 p층(31)을 형성할 수 있다.

i층(32)(비정질 실리콘층)은 개별의 반응실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 기판 온도가 180∼200℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 70∼120Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 1200sccm으로 설정된 조건으로 아몰퍼스 실리콘으로 이루어진 i층(32)을 형성할 수 있다.

n층(33)은 개별의 반응실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 예를 들면 기판 온도가 180∼200℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 70∼120Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 수소가 희석 가스로서 사용된 포스핀(PH₃/H₂)이 200sccm으로 설정된 조건으로 아몰퍼스 실리콘으로 이루어진 n층을 형성할 수 있다.

p층(41)은 개별의 반응실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 예를 들면 기판 온도가 180∼200℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 500∼900Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 100sccm, 수소(H₂)가 25000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm으로 설정된 조건으로 미결정 실리콘으로 이루어진 p층을 형성할 수 있다.

다음으로, 상기와 같이 p층(31), i층(32), n층(33) 및 p층(41)이 형성된 기판(1)을 반응실에서 취출하여 p층(41)을 대기중에 노출시키고 단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실에 기판이 반입된다.

도 1c에 도시한 것처럼 대기중에 노출된 p층(41)위에 제2 광전 변환 유닛(4)을 구성하는 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 같은 플라즈마 CVD 반응실(단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실)안에서 형성된다.

즉, 제1 광전 변환 유닛(3)위에 제2 광전 변환 유닛(4)이 설치된 광전 변환 장치의 제2 중간품(10b)을 얻을 수 있다. 그 후 제2 광전 변환 유닛(4)위에 이면 전극(5)을 형성함으로써 도 2에 도시하는 광전 변환 장치(10A)(10)를 얻을 수 있다.

i층(42)은 n층(43)이 형성되는 반응실과 같은 반응실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 기판 온도가 180∼200℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 500∼900Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 27000sccm으로 설정된 조건으로 미결정 실리콘(μc-Si)으로 이루어진 i층을 형성할 수 있다.

n층(43)은, i층(42)이 형성되는 반응실과 같은 반응실 내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 기판 온도가 180∼200℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 500∼900Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 27000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 포스핀(PH₃/H₂)이 200sccm으로 설정된 조건으로 미결정 실리콘으로 이루어진 n층을 형성할 수 있다.

p층(44A)은 제2 광전 변환 유닛(4)을 구성하는 i층(42) 및 n층(43)이 형성되는 반응실과 같은 반응실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 기판 온도가 180∼200℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 500∼900Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 100sccm, 수소(H₂)가 25000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm으로 설정된 조건으로 미결정 실리콘으로 이루어진 p층을 형성할 수 있다.

이 공정에서, 디보란은 본 발명의 제1 불순물 가스에 상당한다. 아울러 p층(44A)을 형성할 때에 사용되는 가스의 조성과, 후술하는 바와 같이 i층(42)을 형성하기 전에 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급되는 가스의 조성은 같아도 좋고 달라도 좋다. 또 디보란뿐 아니라 p형 불순물을 함유하는 가스라면 제1 불순물 가스로서 사용된다.

이와 같이 제1 실시형태에서는, i층(42) 및 n층(43)이 형성되는 같은 플라즈마 CVD 반응실 내에서 n층(43)위에 p층(44A)이 형성된다. 또 제2 광전 변환 유닛(4)을 구성하는 복수의 층 중 p층(44A)은 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에서 최종적으로 형성되는 층이다. 즉, p층(44A)이 형성된 후에 제2 광전 변환 유닛(4)이 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 반출된 경우라 해도 p층(44A)을 구성하는 p형 불순물(제1 도전형 불순물)이 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 잔류한다. 이로써 제2 CVD 반응실내에 배치된 구성 부재(제2 CVD 반응실을 구성하는 부재)의 표면에는 p형 불순물(p층)이 부착되어 있다. 따라서 p형 불순물(p층)이 제2 플라즈마 CVD 반응실 내에 잔류한 상태에서 p층(41)이 형성된다.

여기에서 제2 CVD 반응실을 구성하는 부재란, 고주파 전압이 공급되는 전극, 샤워 플레이트, 챔버의 벽부, 기판 가열 기구, 기판 재치대, 캐리어 등을 포함한 기판 반송 기구를 의미한다.

다음으로 보다 구체적으로, 제2 플라즈마 CVD 반응실에서의 성막 공정에 대해서 설명하기로 한다.

i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 형성되지 않은 미처리 기판은 제2 플라즈마 CVD 반응실에 반입된다. 그 후 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 기판상에 형성된다. 또한 이와 같이 성막된 처리 완료 기판이 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 반출된다. 그 후 미처리 기판이 제2 플라즈마 CVD 반응실에 반입되어 상기와 같이 복수의 층이 기판상에 형성된다. 이와 같은 일련의 반송 및 성막의 공정을 반복한 경우라 해도 먼저 행해지는 성막 공정(제1 성막 공정)에 의해 발생한 p형 불순물(p층)이 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 잔류하기 때문에 나중에 행해지는 성막 공정(제2 성막 공정)에서는 p형 불순물(p층)이 잔류한 상태에서 p층(41)이 형성된다. 즉, 미처리 기판과 처리 완료 기판을 바꾼 경우라 해도 p형 불순물(p층)이 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 잔류한 상태에서 p층(41)이 형성된다.

다시 말하면 상기 성막 공정에서는, i층(42)을 형성하기 전에 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 p형 불순물을 함유하는 가스가 공급되고 있다. 또 이 경우 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급할 뿐만 아니라 p형 불순물을 함유하는 가스로 이루어진 플라즈마를 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 발생시켜 구성 부재의 표면에 p형 불순물을 포함한 막이 형성된다. 이로써 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 배치된 구성 부재의 표면으로부터 n형 불순물(제2 도전형 불순물)이 비산되는 것이 방지된다.

여기에서 상기 성막 공정에서의 p형 불순물에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

제2 플라즈마 CVD 반응실에서는 n층(43)위에 p층(44A)이 형성되기 때문에 p층(44A)을 형성할 때에 생긴 p형 불순물을 포함한 막이 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된다. 이로써 먼저 제조되는 제2 광전 변환 유닛의 제조 과정에서 발생한 불순물, 즉 p층(44A)이 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된 상태가 유지된다. 이 상태에서는 다음으로 제조되는 i층(42)의 초기 성장시에는 p층(41)과 i층(42)간의 계면에 p층(44A)의 형성에 따라 생긴 p형 불순물만 혼입된다. 이 p형 불순물은 제2 광전 변환 유닛에서의 p층(41) 및 i층(42)으로 이루어진 적층 구조가 형성될 때에 p-i계면의 접합 상태를 저해하지 않고 원하는 정상적인 p-i계면의 형성을 촉진시킨다. 이로써 광전 변환 장치의 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 상기와 같이 제조되는 광전 변환 장치(10A)(10)는 양호한 성능을 가진다.

따라서 제2 플라즈마 CVD 반응실에 대해 기판을 반입 또는 반출하는 공정과, 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 기판상에 막을 형성하는 공정이 복수회 행해진 경우라 해도, 즉 처리되는 기판의 수 또는 복수의 기판이 통합되어 구성된 배치의 수가 증가한 경우라 해도 광전 변환 장치의 특성은 저하되지 않는다. 따라서 양호한 성능을 가진 광전 변환 장치를 안정적으로 제조할 수 있어 생산 비용 및 효율을 개선할 수 있다.

다음으로 이 광전 변환 장치(10A)(10)를 제조하는 시스템을 도면에 기초하여 설명하기로 한다.

제1 실시형태에서의 광전 변환 장치의 제조 시스템은, 이른바 인라인형의 제1 성막 장치와, 제2 p형 반도체층을 대기중에 노출시키는 폭로 장치와, 이른바 배치형의 제2 성막 장치가 순서대로 배치된 구성을 가진다.

인라인형의 제1 성막 장치는 챔버라고 불리는 복수의 성막 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실)이 직선형으로 연결되어 배치된 구성을 가진다. 제1 성막 장치에서는 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31), i층(32), n층(33) 및 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)의 각 층이 따로따로 형성된다. 복수의 성막 반응실이 일렬로 연결되어 있기 때문에 복수의 성막 반응실의 순번에 따라 p층(31), i층(32), n층(33) 및 p층(41)로 이루어진 4층이 기판(1)위에 적층된다.

폭로 장치에서는, 상기 4층이 형성된 기판(1)이 대기중에 폭로되어 제1 성막 장치에서 제2 성막 장치로 기판(1)이 반송된다. 폭로 장치는 롤러 반송부와, 롤러 반송부를 덮도록 배치된 방진 커버를 가진다. 또 폭로 장치에는 기판을 반송하는 시간을 제어하는 제어 장치와 기판 카셋트가 설치되어 있어도 좋다. 기판 카셋트는 기판을 일시적으로 보관하는 버퍼로서 사용된다. 이와 같은 구성을 가진 폭로 장치에서는 상기 4층이 형성된 기판(1)이 제1 성막 장치에서 제2 성막 장치를 향해 롤러 반송부 상으로 반송된다. 방진 커버가 폭로 장치에 설치되어 있기 때문에 기판(1)의 반송 공정에서 파티클 등의 먼지가 기판(1) 위에 부착되는 것이 방지된다. 이와 같은 폭로 장치에서는 롤러 반송부가 기판(1)을 반송하는 속도가 제어되고, 이로써 기판(1)이 대기 분위기에 노출되는 시간이 제어된다.

제2 성막 장치에서는, 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 같은 성막 반응실(단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실)에서 이 순서대로 적층된다. 또 이와 같은 성막 반응실에는 복수의 기판이 일괄적으로 반송되기 때문에 복수의 기판 각각에 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 순서대로 형성된다(배치 처리).

본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 시스템을 도 3에 도시한다.

제조 시스템은, 도 3에 도시한 것처럼 제1 성막 장치(60)와, 제2 성막 장치(70A)와, 폭로 장치(80A)로 구성되어 있다. 폭로 장치(80A)에서는 제1 성막 장치(60)에서 처리된 기판이 대기 분위기에 노출되고 그 후에 제2 성막 장치(70A)에 기판이 반송된다.

(제1 성막 장치)

제조 시스템에서의 제1 성막 장치(60)에서는 기판이 최초로 반입되어 내부 압력을 감압하는 진공 펌프가 접속된 로드실(61)(L:Lord)이 배치되어 있다. 아울러 로드실(61)의 후단에 성막 프로세스에 따라 기판 온도를 일정 온도에 도달시키도록 기판을 가열하는 가열 챔버가 설치되어도 좋다.

로드실(61)에는 p층(31)을 형성하는 P층 성막 반응실(62)이 접속되어 있다. p층 성막 반응실(62)에는 i층(32)을 형성하는 I층 성막 반응실(63)이 접속되어 있다. I층 성막 반응실(63)에는 n층(33)을 형성하는 N층 성막 반응실(64)이 접속되어 있다. N층 성막 반응실(64)에는 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)을 형성하는 P층 성막 반응실(65)이 접속되어 있다. P층 성막 반응실(65)에는 내부 압력을 감압에서 대기압으로 되돌리고 기판을 제1 성막 장치(60)에서 반출하는 언로드실(66)(UL:Unlord, 반출 장치)가 접속되어 있다. 로드실(61)과 언로드실(66) 사이에 상술한 복수의 반응실(62),(63),(64),(65)이 연속하여 직선형으로 배치되어 있다. 감압 분위기가 유지된 상태에서 기판은 반응실(62),(63),(64),(65)에 순서대로 반송되고, 각 반응실에서 성막 처리가 행해진다. 복수의 반응실(62),(63),(64),(65)은 상술한 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실이다.

또 제1 성막 장치(60)에서는 상술한 가스를 반응실(62),(63),(64),(65)안에 공급하는 가스 박스(가스 도입부) 및 가스 라인(가스 도입부)이 설치되어 있다. 또 반응실(62),(63),(64),(65)에는 매스 플로우 콘트롤러(가스 도입부)가 접속되어 있어 가스 박스 및 가스 라인을 통해 공급된 가스의 유량이 제어되고, 제어된 유량의 가스가 반응실(62),(63),(64),(65)안에 공급된다.

도 3에 도시한 A지점에서는, 도 1a에 도시한 것처럼 투명 도전막(2)이 성막된 절연성 투명 기판(1)이 준비된다. 또 도 3에 도시한 B지점에서는, 도 1b에 도시한 것처럼 투명 도전막(2)위에 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31), i층(32), n층(33) 및 p층(41)이 설치된 광전 변환 장치의 제 중간품(10a)이 배치된다.

(제2 성막 장치)

제조 시스템에서의 제2 성막 장치(70A)는 로드·언로드실(71)(L/UL)과, 로드 ·언로드실(71)에 접속된 IN층 성막 반응실(72)을 가진다. IN층 성막 반응실(72)은 상술한 단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실이다.

로드·언로드실(71)은 IN층 성막 반응실(72)에서 성막 처리가 행해진 처리 완료 기판과, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서의 성막 처리가 행해지지 않은 미처리 기판을 바꾸는 반송 장치를 포함한다. 이와 같은 구성을 가진 로드·언로드실(71)에서는, 제1 성막 장치(60)에서 처리된 광전 변환 장치의 제 중간품(10a)(미처리 기판)이 IN층 성막 반응실(72)에 반입된다. 또 IN층 성막 반응실(72)에서 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 성막된 기판(1)(처리 완료 기판)은 IN층 성막 반응실(72)에서 반출된다. 로드·언로드실(71)은 기판이 IN층 성막 반응실(72)에 반입된 후에 내부 압력을 감압하거나 기판을 반출할 때에 내부 압력을 감압에서 대기압으로 되돌린다.

또 제2 성막 장치(70A)에서는 상술한 가스를 IN층 성막 반응실(72)안에 공급하는 가스 박스(가스 도입부) 및 가스 라인(가스 도입부)가 설치되어 있다. 또 IN층 성막 반응실(72)에는 매스 플로우 콘트롤러(가스 도입부)가 접속되어 있어 가스 박스 및 가스 라인을 통해 공급된 가스의 유량이 제어되고, 제어된 유량의 가스가 IN층 성막 반응실(72)안에 공급된다. 또 IN층 성막 반응실(72)안에서 후술하는 OH래디컬 플라즈마 처리가 행해지는 경우에는, 후술하는 바와 같이 이 플라즈마 처리에 사용되는 가스를 IN층 성막 반응실(72)에 공급하는 가스 도입부가 설치되어 있다.

IN층 성막 반응실(72)에서는, 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 같은 성막 반응실(단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실)에서 이 순서대로 적층된다. 또 이와 같은 성막 반응실에는 복수의 기판이 일괄적으로 반송되기 때문에 복수의 기판 각각에 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 순서대로 형성된다(배치 처리). 따라서 IN층 성막 반응실(72)에서의 성막 처리는 복수의 기판에 대해 동시에 행해진다.

도 3에 도시한 C지점에서, 도 1c에 도시한 것처럼 제1 광전 변환 유닛(3)위에 제2 광전 변환 유닛(4)이 설치된 광전 변환 장치의 제2 중간품(10b)이 배치된다.

또 도 3에 도시한 것처럼 인라인형의 제1 성막 장치(60)에서는 2개의 기판에 대해 동시에 성막 처리가 행해진다. I층 성막 반응실(63)은 4개의 반응실(63a),(63b),(63c),(63d)로 구성되어 있다.

또 도 3에서 배치형의 제2 성막 장치(70A)에서는 6개의 기판에 대해 동시에 성막 처리가 행해진다.

상술한 광전 변환 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 성막 장치(60)에서 비정질 광전 변환 장치인 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31), i층(32) 및 n층(33)이 형성되고, n층(33)위에 결정질 광전 변환 장치인 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층이 형성되어 있다. 또 제2 성막 장치(70A)에서 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 형성되어 있다. 이로써 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42)에서의 결정화율 분포를 용이하게 제어할 수 있다.

특히 제1 실시형태에서는 같은 성막실에서 제2 광전 변환 유닛(4)의 n층(43)위에 p층(44A)이 형성되어 있어 양호한 특성을 가진 광전 변환 장치(10)를 얻을 수 있다.

또 제1 실시형태에서는 i층(42)을 형성하기 전에 대기중에 노출된 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)을, OH 래디컬을 포함한 플라즈마에 노출시키는 것이 바람직하다(OH 래디컬 플라즈마 처리). 이 OH 래디컬 플라즈마 처리는 대기중에 노출된 p층(41)위에 제2 광전 변환 유닛(4)을 구성하는 i층(42) 및 n층(43)을 형성할 때에 행해진다.

또 OH 래디컬 플라즈마 처리가 행해지는 장치에는 OH 래디컬 플라즈마 처리에 사용하는 가스를 공급하는 가스 도입부가 설치되어 있다. 이로써 OH 래디컬 플라즈마 처리에 필요한 가스의 유량이 제어되고, 제어된 유량의 가스가 처리실 내에 공급된다.

OH 래디컬 플라즈마 처리로서는, OH 래디컬 플라즈마 처리실을 사전에 준비하여 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)이 형성된 기판을 이 플라즈마 처리실에 반송하고 p층(41)을 플라즈마에 노출시키는 방법이 채용된다. 또 OH 래디컬 플라즈마 처리 후에는 제2 광전 변환 유닛(4)을 구성하는 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)이 OH 래디컬 플라즈마 처리실과는 다른 반응실에서 성막된다.

한편 OH 래디컬 플라즈마 처리로서 OH 래디컬 플라즈마 처리(제1 처리)와, 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)을 형성하는 처리(제2 처리)를 연속하여 같은 반응실내에서 행해도 좋다.

여기에서 상기 제1 처리 및 제2처리를 연속하여 같은 처리실내에서 행할 경우 반응실의 내벽을 OH 래디컬을 포함한 플라즈마에 처리시마다 노출시킴으로써 반응실내에 잔류하는 불순물 가스 PH₃를 분해하여 제거할 수 있다.

따라서 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42), n층(43) 및 p층(44A)의 성막 공정을 같은 처리실내에서 반복하여 행한 경우라 해도 양호한 불순물 프로파일이 얻을 수 있어 양호한 발전 효율을 가진 적층 박막으로 이루어진 광전 변환 장치를 얻을 수 있다.

또 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)에 대해 실시하는 OH 래디컬 플라즈마 처리에서는, 프로세스 가스로서 CO₂,CH₂O₂ 또는 H₂O와 H₂로 이루어진 혼합 가스를 사용하면 바람직하다.

즉, OH 래디컬 플라즈마를 생성할 때 (CO₂+H₂),(CH₂O₂+H₂), 또는 (H₂O+H₂)를 처리실내에 유입시킨 상태에서 처리실내의 전극간에 예를 들면 13.5MHz, 27MHz, 40MHz 등의 고주파를 인가함으로써 유효하게 플라즈마를 생성할 수 있다.

이 OH 래디컬 함유 플라즈마의 생성시에는 (HCOOCH₃+H₂),(CH₃OH+H₂) 등의 알코올류, 개미산 에스테르류 등의 산소 함유 탄화수소류를 사용해도 좋다. 단, C불순물의 양이 증가한다는 문제가 있는 계에서는 (CO₂+H₂),(CH₂O₂+H₂) 내지 (H₂O+H₂)를 사용하는 것이 바람직하다.

이 OH래디컬 함유 플라즈마의 생성에서 플라즈마 생성 가스에 CO₂를 사용할 때에는 계에 H₂가 존재할 필요가 있다. 그러나 (CH₂O₂+H₂),(H₂O+H₂) 외에 (HCOOCH₃+H₂),(CH₃OH+H₂) 등의 알코올류, 개미산 에스테르류 등의 산소 함유 탄화수소류를 사용할 때에는 반드시 계에 H₂가 존재할 필요가 없다.

이와 같이 OH 래디컬 플라즈마 처리를 하면 O 래디컬 처리에 비해 온화한 반응이 생긴다. 따라서 하층에 데미지를 주지 않고 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31) 및 i층(32)위에 형성된 미결정상이 비정질결정상으로 분산된 n층(33)을 얻을 수 있다. 이로써 n층(33)위에 형성된 p층(41)의 표면을 활성시키는 효과를 얻을 수 있다.

따라서 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41) 표면을 활성화시킬 수 있어 p층(41)위에 적층되는 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42) 및 n층(43)의 결정을 유효하게 생성할 수 있다. 따라서 대면적의 기판에 제2 광전 변환 유닛(4)을 형성하는 경우라 해도 균일한 결정화율 분포를 얻을 수 있게 된다.

또 결정질의 n층(33)과 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)으로서는 비정질의 아몰퍼스 실리콘층에 미결정 실리콘이 분산된 층이 채용되어도 좋다. 또 비정질의 아몰퍼스 산화 실리콘(a-SiO)층에 미결정 실리콘이 분산된 층이 채용되어도 좋다.

그러나 대면적의 기판에 형성되는 막에 필요한 균일한 결정화 분포율을 얻기 위해서는 즉, 결정질 광전 변환층의 i층과 n층의 결정 성장핵의 생성에 의한 균일한 결정화 분포율을 얻기 위해서는 비정질의 아몰퍼스 산화 실리콘층에 미결정 실리콘이 분산된 층을 채용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 비정질의 아몰퍼스 산화 실리콘층에 미결정 실리콘이 분산된 층에서는 아몰퍼스 실리콘 반도체층보다 낮은 굴절율을 얻을 수 있도록 조정할 수 있다. 이 층을 파장 선택 반사막으로서 기능시키고 단파장광을 톱 셀쪽에 가둠으로써 변환 효율을 향상시킬 수 있다.

또 이 광을 가두는 효과의 유무와 상관없이 비정질의 아몰퍼스 산화 실리콘층에 미결정 실리콘이 분산된 층에서는 OH 래디컬 플라즈마 처리에 의해 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42)과 n층(43)의 결정 성장핵이 유효하게 생성된다. 따라서 대면적의 기판에서도 균일한 결정화율 분포를 얻을 수 있게 된다.

또 본 발명에서는 제1 광전 변환 유닛(3)을 구성하는 n층(33)으로서 결정질의 실리콘계 박막을 형성해도 좋다.

즉, 비정질의 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31) 및 i층(32)위에 결정질의 n층(33) 및 결정질의 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)을 형성한다.

이 때 p층(31) 및 i층(32)위에 형성되는 결정질의 n층(33) 및 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)은 p층(31) 및 i층(32)이 형성된 후 대기 분위기에 노출시키지 않고 연속하여 형성되는 것이 바람직하다.

한편 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31), i층(32) 및 n층(33)이 형성된 후에 제1 광전 변환 유닛(3)을 대기 분위기에 노출시키고, 그 후에 반응실에서 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41), i층(42) 및 n층(43)을 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는 기판이 대기 분위기에 노출되는 시간, 온도, 분위기 등에 기인하여 제1 광전 변환 유닛(3)의 i층(32)이 열화되어 소자 성능이 열화된다.

따라서 제1 실시형태에서는 제1 광전 변환 유닛(3)의 p층(31) 및 i층(32)을 형성한 후 대기 분위기에 노출시키지 않고 결정질의 n층(33) 및 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)이 연속하여 형성된다.

상술한 것처럼 결정질의 n층(33) 및 제2 광전 변환 유닛(4)의 p층(41)이 형성된 기판에 개별의 반응실에서 OH 래디컬 플라즈마 처리를 함으로써 p층(41)의 표면이 활성화되어 결정 핵이 생성된다. 계속해서 결정질의 제2 광전 변환 유닛(4)의 i층(42) 및 n층(43)을 p층(41)위에 적층함으로써 대면적에 균일한 결정화율 분포를 가지고, 양호한 발전 효율을 가진 적층 박막으로 이루어진 광전 변환 장치를 얻을 수 있다. 또 이와 같은 OH 래디컬 플라즈마 처리는 i층(42)이 형성되는 반응실과 같은 반응실에서 행해져도 좋다.

<제2 실시형태>

다음으로 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명하기로 한다.

아울러 이하의 설명에서는 제1 실시형태와 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략 또는 간략화한다. 제2 실시형태에서는 상술한 제1 실시형태와는 다른 구성 또는 방법에 대해서 주로 설명하기로 한다.

도 4는, 제2 실시형태의 제조 방법에 의해 제조된 광전 변환 장치의 층구성을 도시한 단면도이다.

이 광전 변환 장치(10B)(10)의 제2 광전 변환 유닛(4)에서는 n형 반도체층(43)(n층)위에 산소를 포함한 p형 반도체층(44B)(p층, 제3 p형 반도체층)이 형성되어 있다.

이 산소를 포함한 p층(44B)은 제2 광전 변환 유닛(4)을 구성하는 i층(42) 및 n층(43)이 형성되는 반응실과 같은 반응실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된다. 이 때 산소 원소를 가진 가스를 함유한 프로세스 가스가 사용된다.

산소를 포함한 p층(44B)은 결정질을 포함한 실리콘계 재료로 이루어진다. 또 산소를 포함한 p층(44B)의 두께는, 예를 들면 50Å이다.

p층(44B)은 산소 가스 공급부가 설치된 제2 성막 장치(70A)에 형성된다. 이 제2 성막 장치(70A)에는 상술한 가스를 IN층 성막 반응실(72)안에 공급하는 가스 박스(산소 가스 공급부) 및 가스 라인(산소 가스 공급부)이 설치되어 있다. 또 IN층 성막 반응실(72)에는 매스 플로우 콘트롤러(산소 가스 공급부)가 접속되어 있어 가스 박스 및 가스 라인을 통해 공급된 가스(산소 원소를 가진 가스)의 유량이 제어되고, 제어된 유량의 가스가 IN층 성막 반응실(72)안에 공급된다.

따라서 제2 성막 장치(70A)에 산소 가스 공급부가 설치되어 있기 때문에 p층(44B)을 형성할 때에 산소 원소를 가진 가스를 함유한 프로세스 가스를 제2 성막 장치(70A)에 공급할 수 있어 산소를 함유한 p층(44B)(p형의 SiO층)을 형성할 수 있다.

상술한 것처럼 p형의 SiO층은 n층(43)위에 형성되어 있다. 또 p형의 SiO층상에는 이면 전극(5)이 형성되어 있다(도 4 참조). SiO층의 두께는 n층(43)과 이면 전극(5)과의 사이에 도전성을 얻을 수 있도록 설정되어 있다. 또 n층(43)과 이면 전극(5) 사이에서 SiO층의 막두께가 불균일해도 좋고 n층(43)과 이면 전극(5)이 직접적으로 도통하도록 SiO층이 형성되어도 좋다.

p형의 SiO층의 형성 방법에서는 (SiH₄/H₂/B₂H₆)에 추가하여 (CO₂+H₂),(CH₂O₂+H₂) 내지 (H₂O+H₂)를 성막실내에 흘려 보낸 상태에서 전극간에, 예를 들면 13.5MHz, 27MHz, 40MHz 등의 고주파가 인가된다. 이로써 OH 래디컬 함유 플라즈마를 발생시켜 p형의 SiO층을 형성할 수 있다.

이와 같은 OH 래디컬 함유 플라즈마를 생성하는 공정에서는 (HCOOCH₃+H₂),(CH₃OH+H₂) 등의 알코올류, 개미산 에스테르류 등의 산소 함유 탄화수소류를 사용해도 좋다. 단, C불순물의 양이 증가한다는 문제를 가진 계에서는 (CO₂+H₂),(CH₂O₂+H₂) 내지 (H₂O+H₂)를 사용하는 것이 바람직하다.

이 OH 래디컬 함유 플라즈마의 생성에서 플라즈마 생성 가스에 CO₂를 사용할 때에는 계에 H₂가 존재할 필요가 있다. 그러나 (CH₂O2+H₂),(H₂O+H₂) 외에 (HCOOCH₃+H₂),(CH₃OH+H₂) 등의 알코올류, 개미산 에스테르류 등의 산소 함유 탄화수소류를 사용할 때에는 반드시 계에 H₂가 존재할 필요가 없다.

이와 같이 제2 실시형태에서는, 제2 광전 변환 유닛(4)의 n층(43)위에 산소를 포함한 p층(44B)이 형성되어 있다. p층(44B)은 i형(42) 및 n층(43)이 형성되는 플라즈마 CVD 반응실과 같은 플라즈마 CVD 반응실에서 형성된다.

이 플라즈마 CVD 반응실에서는, n층(43)위에 p층(44B)가 형성되기 때문에 p층(44B)을 형성할 때에 생긴 p형 불순물을 포함한 막이 플라즈마 CVD 반응실내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된다. 이로써 먼저 제조되는 제2 광전 변환 유닛의 제조 과정에서 발생한 불순물, 즉, p층(44B)이 플라즈마 CVD 반응실내에 배치된 구성 부재의 표면에 부착된 상태가 유지된다. 이 상태에서는 다음으로 제조되는 i층(42)의 초기 성장시에는 p층(41)과 i층(42)간의 계면에 p층(44B)의 형성에 따라 생긴 p형 불순물만이 혼입된다. 이 p형 불순물은 제2 광전 변환 유닛에서의 p층(41) 및 i층(42)으로 이루어진 적층 구조가 형성될 때에 p-i계면의 접합 상태를 저해하지 않고 원하는 정상적인 p-i계면의 형성을 촉진시킨다.

따라서 플라즈마 CVD 반응실에 대해 기판을 반입 또는 반출하는 공정과, 플라즈마 CVD 반응실에서 기판상에 막을 형성하는 공정이 복수회 행해진 경우라 해도, 즉 처리되는 기판의 수 또는 복수의 기판이 통합되어 구성된 배치의 수가 증가한 경우라 해도 광전 변환 장치의 특성은 저하되지 않는다. 따라서 양호한 성능을 가진 광전 변환 장치(10B)(10)를 안정적으로 제조할 수 있어 생산 비용 및 효율을 개선할 수 있다.

<실시예>

다음으로 본 발명에 관한 광전 변환 장치의 제조 방법으로 제조된 광전 변환 장치에 대해서 이하와 같은 실험을 행한 결과를 설명하기로 한다. 각 실시예에 의해 제조된 광전 변환 장치 및 그 제조 조건을 이하에 나타낸다.

실시예 1∼3에서는 제2 광전 변환 유닛의 i층 및 n층을 형성한 후 n층 위에 p층으로서 p형 Si층이 형성된 광전 변환 장치를 사용한 결과가 나타나 있다. 또 실시예 1∼3에서는 p형 Si층의 막두께를 다르게 하여 광전 변환 장치가 형성되어 있다.

실시예 4∼6에서는 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 산소를 함유하는 p층으로서 p형 SiO층을 형성하였다. 특히 p형 SiO층을 형성할 때에 성막실에 (SiH₄/H₂/B₂H₆)에 추가하여 (CO₂+H₂),(CH₂O₂+H₂) 또는 (H₂O+H₂)가 흘러 p형 SiO층이 형성되어 있다. 구체적으로 실시예 4에서 (CO₂+H₂)가 사용되고, 실시예 5에서 (CH₂O₂+H₂)가 사용되고, 실시예 5에서 (H₂O+H₂)가 사용되었다.

아울러 광전 변환 장치는 실시예 1∼6 모두 1100㎜×1400㎜의 크기를 가진 기판을 사용하여 광전 변환 장치가 제조되어 있다.

<실시예 1>

실시예 1에서의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.

제1 광전 변환 유닛을 구성하는 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 p층, 버퍼층, 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 i층, 미결정 실리콘을 포함한 n층, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘을 포함한 p층을 순서대로 기판상에 형성하였다. 이들 층을 형성하는 방법에서는 일렬로 연결된 복수의 플라즈마 CVD 반응실이 사용되고, 하나의 층이 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성되고, 기판을 반송하는 공정과 기판에 막을 형성하는 공정을 순서대로 행함으로써 복수의 층이 형성되어 있다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층을 대기중에 폭로하고 프로세스 가스로서 (CO₂+H₂)를 사용하여 OH 래디컬 함유 플라즈마 처리를 이 p층에 실시하였다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘으로 이루어진 i층 및 n층을 형성하고, 이 n층 위에 미결정 실리콘으로 이루어진 p층을 형성하였다. 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층 및 n층과, 제2 광전 변환 유닛의 n층 위에 형성되는 미결정 실리콘으로 이루어진 p층은 같은 성막실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막되었다.

제1 광전 변환 유닛의 p층은 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 110Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 300sccm, 수소(H₂)가 2300sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 180sccm, 메탄(CH₄)이 500sccm으로 설정된 조건에서 90Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또 버퍼층은 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 110Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)가 300sccm, 수소(H₂)가 2300sccm, 메탄(CH₄)가 100sccm으로 설정된 조건에서 60Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또 제1 광전 변환 유닛의 i층은, 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 80Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 1200sccm으로 설정된 조건에서 2500Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또한 제1 광전 변환 유닛의 n층은, 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 27000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 포스핀(PH₃/H₂)이 200sccm으로 설정된 조건에서 300Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

다음으로 제2 광전 변환 유닛의 p층은, 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 100sccm, 수소(H₂)가 25000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm으로 설정된 조건에서 100Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또 제2 광전 변환 유닛의 p층은 대기중에 노출되었다. 그 후 제2 광전 변환 유닛의 p층은 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 프로세스 가스로서 H₂가 1000sccm, CO₂가 150sccm으로 설정된 조건에서 플라즈마 처리가 행해졌다.

계속해서 제2 광전 변환 유닛의 i층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)가 180sccm, 수소(H₂)가 27000sccm으로 설정된 조건에서 15000Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

그리고 제2 광전 변환 유닛의 n층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 27000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 포스핀(PH₃/H₂)이 200sccm으로 설정된 조건에서 150Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또한 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 형성되는 p층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 20000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm으로 설정된 조건에서 30Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

<실시예 2>

실시예 2에서의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.

또 버퍼층은 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 110Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 300sccm, 수소(H₂)가 2300sccm, 메탄(CH₄)이 100sccm으로 설정된 조건에서 60Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또 제1 광전 변환 유닛의 i층은 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 80Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 1200sccm으로 설정된 조건에서 2500Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또한 제1 광전 변환 유닛의 n층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 27000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 포스핀(PH₃/H₂)이 200sccm으로 설정된 조건에서 300Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

다음으로 제2 광전 변환 유닛의 p층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 100sccm, 수소(H₂)가 25000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm으로 설정된 조건에서 100Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

계속해서 제2 광전 변환 유닛의 i층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 27000sccm으로 설정된 조건에서 15000Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또한 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 형성되는 p층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 20000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm으로 설정된 조건에서 50Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

<실시예 3>

실시예 3에서의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.

제1 광전 변환 유닛을 구성하는 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 p층, 버퍼층, 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 i층, 미결정 실리콘을 포함한 n층, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘을 포함한 p층을 순서대로 기판상에 형성하였다. 이들 층을 형성하는 방법에서는, 일렬로 연결된 복수의 플라즈마 CVD 반응실이 사용되고, 하나의 층이 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성되고, 기판을 반송하는 공정과 기판에 막을 형성하는 공정을 순서대로 행함으로써 복수의 층이 형성되어 있다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층을 대기중에 폭로하고 프로세스 가스로서 (CO₂+H₂)를 사용하여 OH 래디컬 함유 플라즈마 처리를 이 p층에 실시하였다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘으로 이루어진 i층 및 n층을 형성하고, 이 n층 위에 미결정 실리콘으로 이루어진 p층을 형성하였다. 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층 및 n층과, 제2 광전 변환 유닛의 n층 위에 형성되는 미결정 실리콘으로 이루어진 p층은 같은 성막실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막되었다.

또한 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 형성되는 p층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 20000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm으로 설정된 조건에서 100Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

<실시예 4>

실시예 4에서의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.

제1 광전 변환 유닛을 구성하는 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 p층, 버퍼층, 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 i층, 미결정 실리콘을 포함한 n층, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘을 포함한 p층을 순서대로 기판상에 형성하였다. 이러한 층을 형성하는 방법에서는 일렬로 연결된 복수의 플라즈마 CVD 반응실이 사용되고, 하나의 층이 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성되고 기판을 반송하는 공정과 기판에 막을 형성하는 공정을 순서대로 행함으로써 복수의 층이 형성되어 있다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층을 대기중에 폭로하고 프로세스 가스로서 (CO₂+H₂)를 사용하여 OH래디컬 함유 플라즈마 처리를 이 p층에 실시하였다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘으로 이루어진 i층 및 n층을 형성하고, 이 n층 위에 미결정 실리콘으로 이루어진 p층을 형성하였다. 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층 및 n층과, 제2 광전 변환 유닛의 n층 위에 형성된 산소를 포함한 p층은 같은 성막실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막되었다.

제1 광전 변환 유닛의 p층은 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.5UMHz로 설정되고, 반응실내 압력이 110Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 300sccm, 수소(H₂)가 2300sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 180sccm, 메탄(CH₄)이 500sccm으로 설정된 조건에서 90Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또 제1 광전 변환 유닛의 i층은 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 80Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH4)이 1200sccm으로 설정된 조건에서 2500Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

또한 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 형성되는 산소를 포함한 p층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 20000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm, 이산화탄소(CO2)가 150sccm으로 설정된 조건에서 50Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

<실시예 5>

실시예 5에서의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.

제1 광전 변환 유닛을 구성하는 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 p층, 버퍼층, 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 i층, 미결정 실리콘을 포함한 n층, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘을 포함한 p층을 순서대로 기판상에 형성하였다. 이들 층을 형성하는 방법에서는 일렬로 연결된 복수의 플라즈마 CVD 반응실이 사용되고, 하나의 층이 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성되고, 기판을 반송하는 공정과 기판에 막을 형성하는 공정을 순서대로 행함으로써 복수의 층이 형성되어 있다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층을 대기중에 폭로하고 프로세스 가스로서 (CO₂+H₂)를 사용하여 OH래디컬 함유 플라즈마 처리를 이 p층에 실시하였다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘으로 이루어진 i층 및 n층을 형성하고 이 n층 위에 미결정 실리콘으로 이루어진 p층을 형성하였다. 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층 및 n층과, 제2 광전 변환 유닛의 n층 위에 형성된 산소를 포함한 p층은 같은 성막실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막되었다.

또한 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 형성되는 산소를 포함한 p층은, 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 20000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm, 개미산(CH₂O₂)이 250sccm으로 설정된 조건에서 50Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

<실시예 6>

실시예 6에서의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.

제1 광전 변환 유닛을 구성하는 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 p층, 버퍼층, 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 i층, 미결정 실리콘을 포함한 n층, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘을 포함한 p층을 순서대로 기판상에 형성하였다. 이러한 층을 형성하는 방법에서는 일렬로 연결된 복수의 플라즈마 CVD 반응실이 사용되고, 하나의 층이 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성되고, 기판을 반송하는 공정과 기판에 막을 형성하는 공정을 순서대로 행함으로써 복수의 층이 형성되어 있다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층을 대기중에 폭로하고 프로세스 가스로서 (CO₂+H₂)를 사용하여 OH래디컬 함유 플라즈마 처리를 이 p층에 실시하였다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘으로 이루어진 i층 및 n층을 형성하고, 이 n층 위에 미결정 실리콘으로 이루어진 p층을 형성하였다. 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층 및 n층과, 제2 광전 변환 유닛의 n층 위에 형성된 산소를 포함한 p층은 같은 성막실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막되었다.

또 제2 광전 변환 유닛의 p층은 대기중에 노출되었다. 그 후 제2 광전 변환 유닛의 p층은, 기판 온도가 190℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 프로세스 가스로서 H₂가 1000sccm,CO2가 150sccm으로 설정된 조건에서 플라즈마 처리가 행해졌다.

또한 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 형성되는 산소를 포함한 p층은 기판 온도가 180℃로 설정되고, 전원 주파수가 13.56MHz로 설정되고, 반응실내 압력이 700Pa로 설정되고, 반응 가스 유량으로서 모노실란(SiH₄)이 180sccm, 수소(H₂)가 20000sccm, 수소가 희석 가스로서 사용된 디보란(B₂H₆/H₂)이 50sccm, 물(H₂O)이 150sccm으로 설정된 조건에서 50Å의 막두께를 갖도록 형성되었다.

상술한 것처럼 실시예 1∼6에서는 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 n층상에 p층(추가 p층)이 형성되어 있다.

<비교예>

비교예에서의 광전 변환 장치의 제조 방법을 설명하기로 한다.

제1 광전 변환 유닛을 구성하는 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 p층, 버퍼층, 비정질의 아몰퍼스 실리콘계 박막으로 이루어진 i층, 미결정 실리콘을 포함한 n층, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘을 포함한 p층을 순서대로 기판상에 형성하였다. 이러한 층을 형성하는 방법에서는 일렬로 연결된 복수의 플라즈마 CVD 반응실이 사용되고, 하나의 층이 하나의 플라즈마 CVD 반응실에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성되고, 기판을 반송하는 공정과 기판에 막을 형성하는 공정을 순서대로 행함으로써 복수의 층이 형성되어 있다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층을 대기중에 폭로하고, 프로세스 가스로서 (CO₂+H₂)를 사용하여 OH 래디컬 함유 플라즈마 처리를 이 p층에 실시하였다. 그 후 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 미결정 실리콘으로 이루어진 i층 및 n층을 형성하였다. 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층 및 n층은 같은 성막실내에서 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막되었다.

이와 같은 비교예에서는 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 n층상에 p층(추가 p층)이 형성되어 있지 않다.

다음으로 상술한 실시예 1∼6의 광전 변환 장치와 비교예의 광전 변환 장치를 평가한 실험 결과를 표 1에 나타낸다. 이 실험에서는 성막 장치에서 생산이 개시된 초기에 제조된 광전 변환 장치(생산 초기의 광전 변환 장치)와, 성막 장치에서 성막 배치 처리가 연속적으로 100회 행해진 후에 얻어진 광전 변환 장치(100회의 성막 배치 처리에 의한 광전 변환 장치)를 비교하였다. 여기에서 성막 배치 처리란, 복수의 기판이 통합되어 구성된 하나의 배치를 플라즈마 CVD 반응실에 반입하고, 이 배치를 구성하는 복수의 기판에 성막 처리를 하는 것을 의미한다. 상기와 같이 초기에 제조된 광전 변환 장치와, 성막 배치 처리가 100회 행해진 광전 변환 장치에 관하여 AM1.5의 광을 100mW/㎠의 광량으로 조사하여 25℃에서의 출력 특성을 측정하였다. 또 출력 특성으로서 곡선 인자(FF) 및 변환 효율(Eff)을 측정하였다. 이 측정 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1에서 「p」, 「i」 및 「n」은 비정질 광전 변환층을 나타내고, 「P」,

「I」, 「N」은 결정질 광전 변환층을 나타낸다. 또 표 1에서 (CO₂+H₂),(CH₂O₂+H₂) 및 (H₂O+H₂)는 OH 래디컬 함유 플라즈마 처리에서 사용된 프로세스 가스의 종류를 나타낸다.

	소자 구조	추가P층 유무	추가P층의 성막 조건		생산 초기값		100회의 성막 배치 처리후
	소자 구조	추가P층 유무	분위기	막두께(Å)	FF	Eff(%)	FF	Eff(%)
실시예1	piNP//INP	있음	H₂	30	0.739	11.07	0.733	11.05
실시예2	piNP//INP	있음	H₂	50	0.736	11.07	0.733	11.05
실시예3	piNP//INP	있음	H₂	100	0.725	10.06	0.721	10.05
실시예4	piNP//INP	있음	CO₂+H₂	50	0.737	12.52	0.733	12.50
실시예5	piNP//INP	있음	CH₂O₂+H₂	50	0.733	10.05	0.730	10.05
실시예6	piNP//INP	있음	H₂O+H₂	50	0.732	11.02	0.727	11.00
비교예	piNP//IN	없음	-	-	0.532	6.23	0.426	4.15

표 1로부터 알 수 있듯이 생산 초기에 실시예 1∼6 및 비교예의 광전 변환 장치는 양호한 특성을 갖는다.

한편 성막 배치 처리가 100회 행해진 광전 변환 장치에서는 실시예 1∼6의 출력 특성은 비교예의 출력 특성과는 크게 다른 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

제2 광전 변환 유닛을 구성하는 n층상에 추가p층이 형성되지 않은 비교예에서는 생산 초기의 광전 변환 장치에 비해 100회의 성막 배치 처리가 행해진 후에 얻어진 광전 변환 장치의 곡선 인자 및 변환 효율이 크게 저하되었다.

이것은, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층 및 n층을 같은 플라즈마 CVD 반응실내에 형성할 경우 처리되는 기판의 수가 증가함에 따라 반응실의 내부에 n형 불순물이 부착되어 축적되어 있는 것이 원인이라고 생각된다.

즉, 먼저 제조되는 제2 광전 변환 유닛의 제조 과정에서 발생한 n형 불순물이 같은 성막실내에서 다음으로 제조되는 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층의 초기 성장시에 혼입되어 있다고 생각된다. 이 경우 다음으로 제조되는 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층과 i층과의 계면 상태가 원하는 계면 상태와 달라져 p층 및 i층으로 이루어진 적층 구조를 원하는 대로 제작할 수 없는 것으로 생각된다. 결과적으로 비교예의 광전 변환 장치에서는 출력 특성이 크게 저하된다고 생각된다.

이에 반해, 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 n층상에 추가p층이 형성된 실시예 1∼실시예 6과, 추가p층으로서 산소를 포함한 p층이 형성된 실시예 4∼6에서는 100회의 성막 배치 처리가 행해진 후에도 곡선 인자 및 변환 효율의 저하가 억제되어 있다. 따라서 생산 초기와 거의 동일하게 양호한 출력 특성을 가진 광전 변환 장치가 얻어진다.

이것은, p층 또는 산소를 포함한 p층이 제2 광전 변환 유닛의 n층상에 추가적으로 형성되어 있기 때문에, 성막실내에 배치된 구성 부재의 표면에는 앞서 제조되는 제2 광전 변환 유닛의 제조 과정에 의해 발생한 p형 불순물(p층)이 부착되어 있다. 그 결과 같은 성막실내에서 다음으로 제조되는 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 i층의 초기 형성시에는 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 p층과 i층과의 계면에 추가p층을 형성할 때에 발생한 p형 불순물만이 혼입된다. 이 p형 불순물은 다음으로 제조되는 제2 광전 변환 유닛에서의 p층 및 i층으로 이루어진 적층 구조가 형성될 때에 p-i계면의 접합 상태를 저해하지 않고 원하는 정상적인 p-i계면의 형성을 촉진시킨다고 생각된다. 그 결과 얻어지는 광전 변환 장치의 특성의 열화가 방지되었다고 생각된다.

또 추가p층의 두께를 바꾼 실시예 1∼3을 비교하면 p층의 두께와 상관 없이 광전 변환 장치의 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다는 상술한 효과를 얻을 수 있는데, 두께가 100Å미만인 경우에 특히 양호한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 탄뎀형의 광전 변환 장치의 제조 방법 및 광전 변환 장치의 제조 시스템에 널리 적용 가능하다.

1…투명 기판, 2…투명 도전막, 3…제1 광전 변환 유닛, 4…제2 광전 변환 유닛, 5…이면 전극, 10A,10B(10)…광전 변환 장치, 31…p형 반도체층(제1 p형 반도체층), 32…i형 실리콘층(제1 i형 반도체층), 33…n형 반도체층(제1 n형 반도체층), 41…p형 반도체층(제2 p형 반도체층), 42…i형 실리콘층(제2 i형 반도체층), 43…n형 반도체층(제2 n형 반도체층), 44A…p형 반도체층(제3 p형 반도체층), 44B…산소를 포함한 p형 반도체층(제3 p형 반도체층), 60…제1 성막 장치, 61…로드실, 62…P층 성막 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실), 63(63a,63b,63c,63d)…I층 성막 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실), 64…N층 성막 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실), 65…P층 성막 반응실(제1 플라즈마 CVD 반응실), 66…언로드실, 70A…제2 성막 장치, 71…로드·언로드실, 72…IN층 성막 반응실(제2 플라즈마 CVD 반응실), 80A…폭로 장치.

Claims

복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실과 단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실을 사용함으로써 기판상에 형성된 투명 도전막상에 제1 광전 변환 유닛을 구성하는 제1 p형 반도체층, 제1 i형 반도체층 및 제1 n형 반도체층과, 결정질의 실리콘계 박막으로 이루어진 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 제2 p형 반도체층, 제2 i형 반도체층 및 제2 n형 반도체층이 순서대로 적층된 광전 변환 장치의 제조 방법으로서,
상기 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제1 i형 반도체층, 상기 제1 n형 반도체층 및 상기 제2 p형 반도체층 각각을 형성하고,
상기 제2 p형 반도체층을 대기 분위기에 노출시키고,
상기 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급하고,
상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 대기중에 노출된 상기 제2 p형 반도체층상에 상기 제2 i형 반도체층을 형성하고,
상기 제2 i형 반도체층상에 상기 제2 n형 반도체층을 형성하는
것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제2 n형 반도체층상에 제3 p형 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 제3 p형 반도체층은 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 제조 방법.
제3항에 있어서,
산소 원소를 가진 가스를 함유하는 프로세스 가스를 사용함으로써 상기 제3 p형 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 제조 방법.
광전 변환 장치로서,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 광전 변환 장치의 제조 방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
기판상에 형성된 투명 도전막상에 제1 광전 변환 유닛을 구성하는 제1 p형 반도체층, 제1 i형 반도체층 및 제1 n형 반도체층과, 결정질의 실리콘계 박막으로 이루어진 제2 광전 변환 유닛을 구성하는 제2 p형 반도체층, 제2 i형 반도체층 및 제2 n형 반도체층이 순서대로 적층된 광전 변환 장치의 제조 시스템으로서,
복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실을 포함하고, 상기 복수의 제1 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제1 p형 반도체층, 상기 제1 i형 반도체층, 상기 제1 n형 반도체층 및 상기 제2 p형 반도체층의 각각을 형성하는 제1 성막 장치와,
상기 제2 p형 반도체층을 대기 분위기에 노출시키는 폭로 장치와,
단수의 제2 플라즈마 CVD 반응실을 포함하고 상기 제2 i형 반도체층을 형성하기 전에 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 p형 불순물을 함유하는 가스를 공급하고, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 대기중에 노출된 상기 제2 p형 반도체층상에 상기 제2 i형 반도체층을 형성하고, 상기 제2 i형 반도체층상에 상기 제2 n형 반도체층을 형성하는 제2 성막 장치,
를 포함한 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 제조 시스템.
제6항에 기재된 광전 변환 장치의 제조 시스템으로서,
상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제2 n형 반도체층상에 제3 p형 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 제조 방법.
제7항에 기재된 광전 변환 장치의 제조 시스템으로서,
상기 제3 p형 반도체층은 산소를 포함한 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 시스템.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 성막 장치는 산소 원소를 가진 가스를 함유한 프로세스 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급하는 산소 가스 공급부를 포함한 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치의 제조 시스템.
기판상에 형성된 투명 도전막상에 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함한 복수의 반도체층이 적층된 광전 변환 장치를 연속적으로 제조하는 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법으로서,
제1 도전형 반도체층을 형성하는 제1 플라즈마 CVD 반응실을 포함한 제1 성막 장치를 준비하고,
상기 제1 성막 장치에 접속되어 상기 제1 성막 장치에 의해 형성된 상기 제1 도전형 반도체층을 대기 분위기에 노출시키는 폭로 장치를 준비하고,
대기 분위기에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층상에 제1 도전형 반도체층과는 다른 반도체층을 형성하는 제2 플라즈마 CVD 반응실과, 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 복수의 반도체층이 적층된 처리 완료 기판과 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 성막 처리되지 않은 미처리 기판을 바꾸는 반송 장치를 포함한 제2 성막 장치를 준비하고,
상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제2 도전형 반도체층이 형성된 후, 또한 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 상기 미처리 기판이 반입되기 전에 대기 분위기에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층에 포함되는 제1 도전형 불순물을 가진 제1 불순물 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급하고,
상기 제1 불순물 가스가 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급된 후 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에서 상기 제1 불순물 가스를 배기하고, 상기 제1 불순물 가스와는 다른 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실로 공급하여 상기 제1 도전형 반도체층과는 다른 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층은 p형 불순물을 함유한 p형 반도체층이고,
상기 제2 도전형 반도체층은 n형 불순물을 함유한 n형 반도체층이고,
상기 복수의 반도체층은 p형 반도체층, i형 반도체층 및 n형 반도체층으로 구성되고,
상기 제1 불순물 가스는 p형 불순물을 함유한 가스이고,
상기 제1 도전형 반도체층과는 다른 상기 반도체층은 i형 반도체층 또는 n형 반도체층인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 불순물 가스를 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실에 공급할 때 상기 제2 플라즈마 CVD 반응실내에 상기 제1 불순물 가스의 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치 제조 시스템의 사용 방법.