JP2000243992A - シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｎ層中のドーパントがｉ層中へ固体拡散する
のを防ぐことにより、良質の多結晶層を成膜して、高品
質のシリコン系薄膜光電変換装置を製造することができ
る方法を提供する。 【解決手段】 シリコン系薄膜光電変換装置をプラズマ
ＣＶＤ法を利用して製造する方法は、ｎ型層１０４が２
〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成され、ｉ型の結晶質シ
リコン系光電変換層１０５が０．０３６〜０．３６μｍ
／ｈｒの範囲内の堆積速度で５〜２０分の範囲内の時間
だけ堆積された後に１μｍ／ｈｒ以上の堆積速度で最終
的に１〜５μｍの範囲内の厚さまで堆積され、さらに、
ｐ型層１０６が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成さ
れ、これらのｎ型層、ｉ型光電変換層、およびｐ型層が
個々のプラズマＣＶＤ反応室内で形成されることを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置の
製造方法に関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の
性能を低下させずにむしろ向上させつつその生産のコス
トと効率を改善し得る製造方法に関するものである。な
お、本願明細書において「多結晶」、「微結晶」、およ
び「結晶質」の用語は、薄膜光電変換装置の技術分野に
おいて通常用いられているように、部分的に非晶質状態
を含むものをも意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】近年、たとえば多結晶シリコンや微結晶
シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した
光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これら
の開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質
シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低
コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、
太陽電池だけでなくて光センサ等の様々な光電変換装置
への応用が期待されている。

【０００３】従来から、太陽電池の生産装置としては、
図３のブロック図に示されているように複数の膜堆積室
（チャンバとも呼ばれる）を直線状に連結したインライ
ン方式、または図４のブロック図に示されているように
中央に中間室を設けてその周りに複数のチャンバを配置
するマルチチャンバ方式が採用されている。

【０００４】たとえば、基板側からｎ層、ｉ層およびｐ
層が順次積層されるｎｉｐ型太陽電池の場合、図３のイ
ンライン方式では、ｎ層を形成するためのｎ層堆積室３
ｎ、光電変換層を形成するためのｉ層堆積室３ｉ₁ 〜３
ｉ₆ 、およびｐ層を形成するためのｐ層堆積室３ｐが連
続して連結された構造が用いられる。この場合に、ｎ層
とｐ層はｉ層に比べて薄くて成膜時間が格段に短いの
で、生産効率を上げるために通常は複数のｉ層堆積室が
連結されるのが一般的であり、ｎ層およびｐ層の成膜時
間が律速状態になるまではｉ層堆積室の数が増えるほど
生産性が向上する。しかし、このインライン方式では、
最もメンテナンスが必要とされるｉ層堆積室を複数含ん
でいるので、１つのｉ層堆積室でもそのメンテナンスが
必要となった場合にその生産ライン全体が停止させられ
るという難点がある。

【０００５】他方、図４のマルチチャンバ方式は、膜が
堆積されるべき基板が中間室４ｍを経由して各膜堆積チ
ャンバ４ｎ，４ｉ₁ 〜４ｉ₄ ，４ｐに移動させられる方
式である。そして、それぞれのチャンバと中間室との間
には気密を維持し得る可動仕切りが設けられているの
で、ある１つのチャンバに不都合が生じた場合でも他の
チャンバは使用可能であり、生産が全体的に停止させら
れるということはない。しかし、このマルチチャンバ方
式の生産装置は、中間室４ｍと各チャンバ４ｎ，４ｉ₁
〜４ｉ₄ ，４ｐとの間の気密性を維持しつつ基板を移動
させる機構が複雑であって高価であり、また、中間室４
ｍの周りに配置されるチャンバの数が空間的に制限され
るという問題があるので、実際の生産方式としてはあま
り用いられていない。

【０００６】一方、非晶質シリコン太陽電池に関して
は、簡便な方法として図２に示されているように、すべ
ての半導体層を同一のチャンバ２ｎｉｐ内で形成すると
いう、いわゆるシングルチャンバ方式も従来から用いら
れている。

【０００７】しかし、ｐ型層とｎ型層にドープされる導
電型決定不純物原子が他の異なる種類の半導体層に混入
することを防止するために、それぞれの半導体層を形成
する前に、たとえば水素等のパージガスによる１時間の
ガス置換のように、チャンバ内の十分なガス置換を行な
う必要がある。また、そのようなガス置換処理を施して
も非晶質シリコン太陽電池の良好な性能を得ることがで
きなかったために、シングルチャンバ方式はあくまでも
実験的用途のみに使用されている。さらに、非晶質シリ
コン太陽電池では１導電型層、光電変換層、および逆導
電型層のすべてを一度も大気に晒すことなく真空プロセ
ス中で連続的に形成する必要があるため、工業的には上
述のインライン方式やマルチチャンバ方式が用いられて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法においては、光
電変換装置の特性を低下させることなく低コストでかつ
効率よく生産することができない。これは、光電変換ユ
ニットに含まれる光電変換層と導電型層との界面を大気
に晒せばその光電変換装置の性能が低下するという問題
があるために、その光電変換ユニットに含まれるすべて
の半導体層を一度も大気に晒すことなく真空プロセス中
で連続的に形成することが必要とされているからであ
る。

【０００９】また、ｎ層、ｉ層、およびｐ層のすべてを
単一の同じプラズマ反応室内で連続して成膜する場合、
その反応室内の放電電極などに付着したリンなどのｎ型
ドーパントがｉ層へ拡散することが問題となる。すなわ
ち、ｉ層中において拡散したｎ型ドーパントによって影
響されたｎ型影響領域はそれに隣接するｎ層を補間する
役目を果たすが、光電変換には寄与しない。したがっ
て、ｉ層が十分な光電変換機能を果たすためにはｎ型影
響領域の厚さを補うようにｉ層全体を厚くしなければな
らず、その膜厚の増大に伴う電気抵抗の増加やドーパン
トによる光吸収などの悪影響が生じる。

【００１０】一方、インライン方式やマルチチャンバ方
式のように、ｎ層、ｉ層およびｐ層を個々のプラズマ反
応室内で成膜する場合にも、以下のような問題が生じ
る。すなわち、ｉ層の成膜中に、ｎ層中のドーパントが
ｉ層中へ固体拡散してしまい、ｉ層として良質の多結晶
層を成膜できないという問題が生じる。

【００１１】このような従来技術の課題に鑑み、本発明
は、ｎ層中のドーパントがｉ層中へ固体拡散するのを防
ぐことにより、良質の多結晶層を成膜して、高品質のシ
リコン系薄膜光電変換装置を製造することができる方法
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においてプラズマ
ＣＶＤ法を利用してシリコン系薄膜光電変換装置を製造
する方法は、ｎ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形
成され、ｉ型の結晶質シリコン系光電変換層が第１の堆
積速度で所定の厚さまで堆積された後に、第１の堆積速
度よりも速い第２の堆積速度で最終的に１〜５μｍの範
囲内の厚さまで堆積され、さらに、ｐ型層が２〜５０ｎ
ｍの範囲内の厚さに形成され、それらのｎ型層、ｉ型光
電変換層、およびｐ型層が個々のプラズマＣＶＤ反応室
内で形成されることを特徴としている。

【００１３】より具体的には、ｉ型の結晶質シリコン系
光電変換層は、０．０３６〜０．３６μｍ／ｈｒの範囲
内の堆積速度で５〜２０分の範囲内の時間だけ堆積され
た後に、１μｍ／ｈｒ以上の堆積速度で最終的に１〜５
μｍの範囲内の厚さまで堆積されるとよい。

【００１４】すなわち、本発明者たちは、上述の従来技
術における課題を解決すべく検討を重ねた結果、半導体
接合を構成するすべての半導体層をプラズマＣＶＤ法に
て低温で形成するシリコン系薄膜光電変換装置におい
て、ｎ層とｐ層の厚さが十分に薄くてｉ層の厚みが特定
の範囲内にある場合に、ｉ層の成膜速度をその成膜初期
からの時間に依存して最適に制御することによって、良
質の多結晶層を成膜することができることを見出したの
である。これによって、より一層良好な性能を有する光
電変換装置が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１の模式的な斜視図を参照し
て、本発明の実施の形態の１例として製造されるシリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明する。この装置の基板１０
１としては、ステンレス等の金属、ポリイミド等の低膨
張率を有する有機フィルム、または低融点の安価なガラ
ス等が用いられ得る。

【００１６】基板１０１上の電極１１０は、下記の薄膜
（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば真空蒸
着法やスパッタ法によって裏面電極堆積チャンバ内で形
成される。なお、図１において光１０９は上方から入射
されるように描かれているが、これは下方から入射され
るようにされてもよく、その場合には、電極１１０は金
属薄膜を含まない。 （Ａ） Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる層を含む金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ、ＳｎＯ₂ およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる層を含む透明導電性
薄膜。

【００１７】裏面電極１１０が形成された基板１０１は
裏面電極堆積チャンバから取出されて、ｎ型の半導体層
の形成のための膜堆積チャンバ内に移され、光電変換ユ
ニット１１１に含まれるｎ型半導体層１０４がプラズマ
ＣＶＤ法により堆積される。このときの電極堆積チャン
バと半導体層堆積チャンバとの間における基板の移送
は、大気中で行なわれても何ら問題は生じない。ｎ型半
導体層１０４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型微結
晶シリコン系薄膜などが用いられ得る。しかし、ｎ型層
１０４に関するこれらの条件は限定的なものではなく、
微結晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマニウ
ム等の合金材料の層を用いてもよい。ｎ型微結晶シリコ
ン系薄膜１０４の厚さは２〜５０ｎｍの範囲内に設定さ
れ、より好ましくは５〜３０ｎｍの範囲内に設定され
る。

【００１８】次に、ｎ型層１０４が形成された基板１０
１は、ｉ型の半導体層の形成のための膜堆積チャンバ内
に移される。ここで、ｎ型半導体層１０４上に、光電変
換層１０５として、結晶質を含むシリコン系薄膜がチャ
ンバ内でプラズマＣＶＤ法によって４００℃以下の下地
温度のもとで形成される。この光電変換層１０５として
は、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体積結晶化
分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、あるいは微
量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を
十分に備えている結晶質シリコン系薄膜が使用され得
る。また、光電変換層１０５はこれらに限定されず、合
金材料であるシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウ
ム等の膜を用いてもよい。

【００１９】光電変換層１０５の膜厚は１〜５μｍの範
囲内で、より好ましくは１〜４μｍの範囲内に設定さ
れ、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層として必要
かつ十分な厚さにされる。光電変換層１０５は４００℃
以下という低温で形成されるので、結晶粒界や粒内にお
ける欠陥を終端または不活性化させる水素原子を多く含
み、その好ましい水素含有量は０．５〜３０原子％の範
囲内であり、より好ましくは１〜２０原子％の範囲内に
ある。

【００２０】シリコン系薄膜光電変換層１０５に含まれ
る結晶粒の多くは下地層から上方に柱状に延びて成長し
ている。これらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１
０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折における（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
は１／５以下であり、１／１０以下であることがより好
ましい。

【００２１】光電変換層１０５を堆積する際、ｎ層１０
４中のリン原子のｉ層１０５への固体拡散によって、光
電変換層１０５内の最初の堆積部分はｎ型になる。この
ようなｎ型ドーパントの拡散は、成膜したｉ層１０５全
体の厚みにはあまり関係がなく、ｉ層１０５の堆積初期
からのプラズマ継続時間によって影響を受ける。

【００２２】具体的には、ｎ層１０４を形成した後にｉ
層１０５を形成するためにプラズマを発生させた場合、
ｎ層１０４中のｎ型ドーパントがｉ層１０５中へ固体拡
散してくる。このｎ型ドーパントのｉ層中への固体拡散
はｉ層１０５の堆積初期の５〜２０分間続き、その間に
形成されたｉ層が影響を受けてｎ型影響領域となる。し
たがって、ｉ層１０５の堆積初期の成膜速度を上げれば
上げるほど、ドーパントの影響を受ける領域の厚さが増
大する。前述のように、このｎ型影響領域はｎ層１０４
を補間する役目を果たすが、光電変換には寄与しない。
また、ｉ層１０５の初期成膜速度が速くなればこのｎ型
影響領域が厚くなってｉ層全体の厚さも厚くしなければ
ならず、その膜厚の増大に伴う電気抵抗の増加やドーパ
ントによる光吸収などの悪影響が生じる。

【００２３】したがって、ｉ層１０５の堆積時に初めの
５〜２０分は低速で成膜することが非常に重要になる。
他方、ｉ層１０５の成膜速度が遅すぎれば、その前に形
成したｎ層１０４にプラズマによるダメージが生じる。
たとえば、ｎ層１０４の堆積の完了後に水素プラズマの
みを５分間発生させた後にｉ層１０５を成膜した場合に
は、ｎ層１０４が水素プラズマによってエッチングされ
るために、完成した光電変換装置において良好な光電変
換効率を得ることができない。

【００２４】このような状況からして、ｉ層１０５の初
期成膜速度は０．０３６〜０．３６μｍ／ｈｒの範囲内
にあることが好ましく、０．０５〜０．２μｍ／ｈｒの
範囲内にあることがより好ましい。また、ｉ層１０５の
うちでこのように遅い初期成膜速度で堆積される部分の
厚さは３００ｎｍ以下であることが好ましい。なぜなら
ば、低速で堆積された膜はその堆積条件を最適化するこ
とによって高速で堆積された膜と比べて遜色のない品質
を有することが可能であるが、その領域の成膜に時間が
かかってスループットが小さくなり、光電変換装置の生
産性を低下させるからである。したがって、ｉ層１０５
の堆積の初期に低速度の成膜を行なう時間は５〜２０分
の範囲内であることが好ましく、５〜１０分の範囲内に
あることがさらに好ましい。

【００２５】なお、ｎ層１０４と光電変換層１０５との
間には、光電変換層１０５の結晶配向を強めるために、
極めて薄い非晶質シリコン層やシリコン酸化膜層（図示
せず）が形成されてもよい。このような中間介在層の厚
みは０．５〜５０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、
１〜５ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。

【００２６】次に、ｉ層１０５が形成された基板１０１
は、ｐ型の半導体層の形成のための膜堆積チャンバ内に
移される。ここで、光電変換層１０５上に、ｐ型層１０
６がチャンバ内で形成される。このｐ型層１０６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型層１０６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等でもよく、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等の合金材
料の層を用いてもよい。ｐ型層１０６の厚さは２〜５０
ｎｍの範囲内にあり、２〜１０ｎｍの範囲内にあること
がより好ましい。

【００２７】なお、ｐ型層１０６は非晶質薄膜に限られ
ず、微結晶のシリコン系薄膜や合金系薄膜であってもよ
く、また異なる複数の薄膜の積層であってもよい。

【００２８】また、図１の例では、単一の光電変換ユニ
ットのみから構成されたシリコン系薄膜光電変換装置が
示されているが、周知の非晶質シリコンを含む薄膜を利
用した光電変換ユニットが積層されてもよいことは言う
までもない。

【００２９】また、ｎ層、ｉ層、およびｐ層を形成する
ための各チャンバ間の移動の際には、真空中での移動の
他、大気中での移動を行なってもよい。但し、大気中で
移動を行なう場合には、ｉ層上にｐ層を堆積する前に、
Ｈ₂ プラズマ処理を行なうことが好ましい。

【００３０】光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ、
ＳｎＯ₂ 、ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜１０７と、さらにこの上に
グリッド電極としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ等から選択された少なくとも１以上の金属また
はこれらの合金の層を含む櫛型状の金属電極１０８とが
スパッタ法または真空蒸着法によって形成され、これに
よって図１に示されたような光電変換装置が完成する。
なお、図１において光１０９は上方から入射されるよう
に描かれているが、これは下方から入射されるようにさ
れてもよく、その場合には金属電極１０８は櫛型状であ
る必要はなく、また、透明導電膜１０７を省略して逆導
電型層１０６を覆うように形成されてもよい。

【００３１】

【実施例】以下において、本発明の一実施例によるシリ
コン系薄膜光電変換装置の製造方法が、比較例としての
光電変換装置の製造方法とともに説明される。

【００３２】（比較例１）図１を参照して説明された実
施の形態に類似して、非晶質タイプのシリコン薄膜太陽
電池が、図４に示すマルチチャンバ方式を用いて比較例
１としての製造方法により作製された。まず、ガラス基
板１０１上に、裏面電極１１０として、厚さ３００ｎｍ
のＡｇ膜１０２とその上の厚さ１００ｎｍのＺｎＯ膜１
０３とのそれぞれがスパッタ法にて形成された。その
後、基板はｎ型半導体層形成用分離チャンバ４ｎ、ｉ型
半導体形成用分離チャンバ４ｉ₁ 〜４ｉ₄ 、およびｐ型
半導体形成用分離チャンバ４ｐに順次移され、裏面電極
１１０上には、厚さ１０ｎｍでリンドープされたｎ型微
結晶シリコン層１０４、厚さ３００ｎｍでノンドープの
非晶質シリコン光電変換層１０５、および厚さ８ｎｍで
ボロンドープされたｐ型微結晶シリコン層１０６がそれ
ぞれプラズマＣＶＤ法により成膜され、ｎｉｐ型光電変
換ユニット１１１が形成された。

【００３３】ここで、基板１０１は、各層堆積後、すべ
て真空排気された中間室４ｍを通して次のチャンバに移
動された。なお、中間室を使用せず一度大気に晒したサ
ンプルは、ｐ型微結晶シリコン層１０６の成膜前に、チ
ャンバ４ｐ内でたとえばＨ₂（水素）プラズマに晒すこ
とによって表面を気相エッチングすれば、光電変換装置
の性能低下を防止することができる。

【００３４】そして、光電変換ユニット１１１上には、
前面電極１０７として、厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴ
Ｏ膜がスパッタ法にて堆積され、その上に電流取出しの
ための櫛型Ａｇ電極１０８が真空蒸着法によって形成さ
れた。

【００３５】ｎ型微結晶シリコン層１０４は、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。
すなわち、反応ガスの流量としてはシランが５ｓｃｃ
ｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０
５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定さ
れた。また、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ² であ
り、成膜温度は２００℃であった。これと同一の成膜条
件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型
微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであっ
た。さらに、このｎ型微結晶シリコン層１０４上に形成
される非晶質シリコン光電変換層１０５は、成膜温度１
５０℃のもとでＲＦプラズマＣＶＤ法により堆積され
た。このとき、反応ガスにはシランが用いられ、チャン
バ４ｉ₁ 〜４ｉ ₄ 内圧力は０．３Ｔｏｒｒにされた。こ
れと同一の成膜条件でガラス基板上に直接堆積した厚さ
３００ｎｍのｉ型非晶質シリコン膜の暗導電率は５×１
０^-10 Ｓ／ｃｍであった。また、このｉ型非晶質シリコ
ン層１０５の成膜速度は０．３６μｍ／ｈｒであった。

【００３６】この比較例１において製造された太陽電池
の入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃ
ｍ² 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０．８２８Ｖ、短絡電流密度が１６．６ｍＡ／
ｃｍ² 、曲線因子が５０．４％、そして変換効率が６．
９３％であった。

【００３７】（比較例２）図１を参照して説明された実
施の形態に類似して、多結晶タイプのシリコン薄膜太陽
電池が、図４に示すマルチチャンバ方式を用いて比較例
２としての製造方法により作製された。チャンバ４ｎ、
４ｉ₁ 〜４ｉ₄ ，４ｐ内において、ｎ型微結晶シリコン
層１０４、多結晶シリコン光電変換層１０５、およびｐ
型微結晶シリコン層１０６が、この順序でそれぞれプラ
ズマＣＶＤ法によって成膜され、ｎｉｐ接合が形成され
た。ｎ型微結晶シリコン層１０４とｐ型微結晶シリコン
層１０６は、比較例１と同様に作製された。しかし、多
結晶シリコン光電変換層１０５の形成においては、反応
ガスとしてシランと水素が用いられ、シラン／水素の比
率は１／１８にされ、チャンバ４ｉ₁ 〜４ｉ₄ 内圧力は
１．０Ｔｏｒｒに設定された。また、ＲＦパワー密度は
１５ｍＷ／ｃｍ² であり、成膜温度は４００℃に設定さ
れた。このときのｉ層１０５の成膜速度は、０．３μｍ
／ｈｒであった。

【００３８】この比較例２によって形成された多結晶シ
リコン光電変換層１０５において、２次イオン質量分析
法から求められた水素含有量は４原子％であり、Ｘ線回
折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回
折ピークの強度比は１／９であった。

【００３９】このような比較例２の製造方法により得ら
れた太陽電池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１
００ｍＷ／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０．４６５Ｖ、短絡電流密度が２
６．８ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が６６．０％、そして変
換効率が８．２２％であった。

【００４０】（参考例）図１を参照して説明された実施
の形態に類似して、多結晶タイプのシリコン薄膜太陽電
池が、図４に示すマルチチャンバ方式を用いて参考例と
しての製造方法により作製された。チャンバ４ｎ、４ｉ
₁ 〜４ｉ₄ 、４ｐ内において、ｎ型微結晶シリコン層１
０４、多結晶シリコン光電変換層１０５、およびｐ型微
結晶シリコン層１０６が、この順序でそれぞれプラズマ
ＣＶＤ法によって成膜され、ｎｉｐ接合が形成された。
ｎ型微結晶シリコン層１０４とｐ型微結晶シリコン層１
０６は、比較例１と同様に作製された。しかし、多結晶
シリコン光電変換層１０５の形成においては、反応ガス
としてシランと水素が用いられ、シラン／水素の比率は
１／１２０にされ、チャンバ４ｉ₁ 〜４ｉ₄ 内圧力は
５．０Ｔｏｒｒに設定された。また、ＲＦパワー密度は
１２０ｍＷ／ｃｍ² であり、成膜温度は４００℃に設定
された。このときのｉ層１０５の成膜速度は、１．４μ
ｍ／ｈｒであった。

【００４１】その後、前面電極１０７，１０８が、比較
例１の場合と同様に作製された。この参考例において形
成された多結晶シリコン光電変換層１０５において、２
次イオン質量分析法から求めた水素含有量は４原子％で
あり、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに対する
（１１１）回折ピークの強度比は１／９であった。

【００４２】このような参考例の製造方法による太陽電
池に入射光１０９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０．５２０Ｖ、短絡電流密度が２７．１ｍＡ
／ｃｍ² 、曲線因子が７３．０％、そして変換効率が１
０．３％であった。

【００４３】（実施例）図１を参照して説明された実施
の形態に対応して、多結晶タイプのシリコン薄膜太陽電
池が、図４に示すマルチチャンバ方式を用いて実施例と
しての製造方法により作製された。この実施例におい
て、ｉ層１０５がその堆積初期の１０分間にわたって
０．０５μｍ／ｈｒの速度で成膜されたことを除いて、
参考例と同じ条件の下に光電変換装置が作製された。な
お、ｉ層１０５の堆積初期における遅い成膜速度の制御
は、反応ガスの流量とＲＦパワー密度を低減させること
によって行なわれた。

【００４４】このような実施例の製造方法により得られ
た太陽電池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１０
０ｍＷ／ｃｍ² の光度で照射したときの出力特性におい
ては、開放端電圧が０．５３０Ｖ、短絡電流密度が２
７．８ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が７３．１％、そして変
換効率が１０．８％であった。

【００４５】以上のことから、本発明の実施例による太
陽電池は先行技術による比較例１および２の太陽電池に
比べて明らかに優れた光電変換特性を有していることが
わかる。また、参考例による太陽電池においてはｉ層１
０５が高い反応ガス圧の下で高速で形成されているの
で、ｉ層全体におけるリンの含有濃度が低くなっている
ために、そのドーパントによる光電変換特性の悪影響が
低減され、比較例に比べてはるかに優れた光電変換特性
を有していることがわかる。しかし、参考例においては
ｉ層１０５が初めから高速で堆積されるので、ｎ型影響
領域が厚くなり、その結果として、実施例に比べて短絡
電流密度が減少して変換効率が少し劣っているものと考
えられる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ｎ層中
のドーパントがｉ層中へ固体拡散するのを防ぐことによ
り、良質の多結晶層を成膜して、高品質のシリコン系薄
膜光電変換装置を製造することができる方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例によるシリコン系薄
膜光電変換装置の製造方法を説明するための模式的な斜
視図である。

【図２】従来の光電変換装置の製造方法に用いられるシ
ングルチャンバ方式のプラズマＣＶＤ装置を示す模式的
なブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態の一例によるシリコン系薄
膜光電変換装置の製造方法に用いられるインライン方式
の製造装置を示す模式的なブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態の一例によるシリコン系薄
膜光電変換装置の製造方法に用いられるマルチチャンバ
方式の製造方法を示す模式的なブロック図である。

【符号の説明】

１０１：ガラス等の基板 １０２：Ａｇ等の膜 １０３：ＺｎＯ、ＩＴＯ等の膜 １０４：たとえばｎ型の微結晶シリコン層 １０５：ｉ型のシリコン光電変換層 １０６：たとえばｐ型の微結晶シリコン層 １０７：ＩＴＯ等の透明導電膜 １０８：Ａｇ等の櫛型電極 １０９：照射光 ２ｎｉｐ：ｎ層、ｉ層およびｐ層を形成するための単一
のプラズマＣＶＤチャンバ ４ｎ：ｎ層を形成するための分離プラズマＣＶＤチャン
バ ４ｉ₁ 〜４ｉ₄ ：ｉ層を形成するための分離プラズマＣ
ＶＤチャンバ ４ｐ：ｐ層を形成するための分離プラズマＣＶＤチャン
バ ４ｍ：中間室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AB03 AB06 AC01 AF07 AF10 BB06 BB16 CA13 DA52 DA61 DQ15 DQ17 EE12 5F051 AA03 AA04 AA05 CA07 CA15 CA34 DA04 FA02 FA03 FA04 FA06 GA02 GA03 GA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン系薄膜光電変換装置をプラズマ
   ＣＶＤ法を利用して製造する方法であって、 ｎ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成され、 ｉ型の結晶質シリコン系光電変換層が第１の堆積速度で
   所定の厚さまで堆積された後に、第１の堆積速度よりも
   速い第２の堆積速度で最終的に１〜５μｍの範囲内の厚
   さまで堆積され、 さらに、ｐ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成さ
   れ、 前記ｎ型層、前記ｉ型光電変換層、および前記ｐ型層が
   個々のプラズマＣＶＤ反応室内で形成されることを特徴
   とするシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
2. 【請求項２】 シリコン系薄膜光電変換装置をプラズマ
   ＣＶＤ法を利用して製造する方法であって、 ｎ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成され、 ｉ型の結晶質シリコン系光電変換層が０．０３６〜０．
   ３６μｍ／ｈｒの範囲内の堆積速度で５〜２０分の範囲
   内の時間だけ堆積された後に、１μｍ／ｈｒ以上の堆積
   速度で最終的に１〜５μｍの範囲内の厚さまで堆積さ
   れ、 さらに、ｐ型層が２〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成さ
   れ、 前記ｎ型層、前記ｉ型光電変換層、および前記ｐ型層が
   個々のプラズマＣＶＤ反応室内で形成されることを特徴
   とするシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記結晶質シリコン系光電変換層の堆積
   時において、原料ガスはシランおよびジシランの少なく
   とも一方を含むシラン系ガスと水素とを含み、シラン系
   ガス／水素の流量比が１／１００〜１／５００の範囲内
   にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の光電変換装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記光電変換層はその膜面に平行に（１
   １０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における
   （２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの
   強度比が１／５以下であることを特徴とする請求項３に
   記載の光電変換装置の製造方法。