JP3290186B2 - 太陽電池装置の製造方法 - Google Patents
太陽電池装置の製造方法Info
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- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
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- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
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- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、清浄な絶縁性基板表面および透明酸化物
電極表面を得て、半導体層に所望の光透過量を与える太
陽電池装置の製造方法に関する。
電極表面を得て、半導体層に所望の光透過量を与える太
陽電池装置の製造方法に関する。
背景技術 第10図は、従来の太陽電池装置102の構造を示した断
面図である。
面図である。
太陽電池装置102は、透明なガラス基板である絶縁性
基板10の表面に透明酸化物電極12を形成するとともに、
その透明酸化物電極12の表面にｐ型半導体層18、バッフ
ァ層20、真性半導体層22、ｎ型半導体層24、金属電極26
を順次重ねて積層構造に形成したものである。
基板10の表面に透明酸化物電極12を形成するとともに、
その透明酸化物電極12の表面にｐ型半導体層18、バッフ
ァ層20、真性半導体層22、ｎ型半導体層24、金属電極26
を順次重ねて積層構造に形成したものである。
絶縁性基板10は、透明酸化物電極12が形成されない側
の表面（図面では下側）から入射する光を透明酸化物電
極12に伝達する。
の表面（図面では下側）から入射する光を透明酸化物電
極12に伝達する。
透明酸化物電極12は、絶縁性基板10を介して入射する
光（主に太陽光）をｐ型半導体層18およびバッファ層20
を介して真性半導体層22に導くとともに、ｐ型半導体層
18とのオーム性接触（ohmic contact）を保つために形
成したものである。
光（主に太陽光）をｐ型半導体層18およびバッファ層20
を介して真性半導体層22に導くとともに、ｐ型半導体層
18とのオーム性接触（ohmic contact）を保つために形
成したものである。
ｐ型半導体層18は、入射光によって真性半導体層22で
生成される電荷担体（キャリヤ:carrier）を透明酸化物
電極12に導くために設けたｐ型半導体からなる層であ
る。バッファ層20は、ｐ型半導体層18に含まれるｐ型不
純物（ホウ素:boron）が真性半導体層22に混入してその
禁制帯幅（forbidden band width）が狭小化するのを防
止するためのバッファ層として機能する。真性半導体層
22は、入射光を吸収して電荷担体を生成するための真性
半導体から形成した層である。ｎ型半導体層24は、真性
半導体層22で生成された電荷担体を金属電極26に導くた
めに設けたｎ型半導体からなる層である。金属電極26に
は、起電力を取り出すための配線を接続する。
生成される電荷担体（キャリヤ:carrier）を透明酸化物
電極12に導くために設けたｐ型半導体からなる層であ
る。バッファ層20は、ｐ型半導体層18に含まれるｐ型不
純物（ホウ素:boron）が真性半導体層22に混入してその
禁制帯幅（forbidden band width）が狭小化するのを防
止するためのバッファ層として機能する。真性半導体層
22は、入射光を吸収して電荷担体を生成するための真性
半導体から形成した層である。ｎ型半導体層24は、真性
半導体層22で生成された電荷担体を金属電極26に導くた
めに設けたｎ型半導体からなる層である。金属電極26に
は、起電力を取り出すための配線を接続する。
次に、上述した従来の太陽電池装置の製造方法につい
て、第11図から第15図までを用いて説明する。
て、第11図から第15図までを用いて説明する。
まず、絶縁性基板10上に透明酸化物電極12を形成する
ために酸化スズを成膜した上でその全面に感光性樹脂13
を塗布する。そしてこの感光性樹脂13に対し所定のマス
クを用いて露光および現像処理を行い、太陽電池装置10
2となる領域に感光性樹脂13を残す。
ために酸化スズを成膜した上でその全面に感光性樹脂13
を塗布する。そしてこの感光性樹脂13に対し所定のマス
クを用いて露光および現像処理を行い、太陽電池装置10
2となる領域に感光性樹脂13を残す。
続いて、第11図に示すように、この感光性樹脂13をエ
ッチングマスクとし、ヨウ化水素（HI）およびアルゴン
（Ar）を原料ガスに用い、反応性イオンエッチング装置
により透明酸化物電極12をエッチングする。そして、感
光性樹脂13を除去すると、第12図に示すように絶縁性基
板10の表面に透明酸化物電極12を設けた状態となる。
ッチングマスクとし、ヨウ化水素（HI）およびアルゴン
（Ar）を原料ガスに用い、反応性イオンエッチング装置
により透明酸化物電極12をエッチングする。そして、感
光性樹脂13を除去すると、第12図に示すように絶縁性基
板10の表面に透明酸化物電極12を設けた状態となる。
続いて、第13図に示すように、透明酸化物電極12を覆
うように絶縁性基板10の全面にｐ型半導体層18をプラズ
マCVD（化学気相堆積）法により形成する。このとき、
原料ガスとしては、モノシラン（SiH4）およびジボラン
（B2H6）を用いる。また、同時にメタンガス（CH4）を
導入してｐ型半導体層18の炭化珪素化を行うことによっ
てその禁制帯幅の狭小化を防ぐとともに、光変換効率の
低下を防止する。引き続きｐ型半導体層18の全面にバッ
ファ層20を重ねて形成する。これは、モノシラン（Si
H4）およびメタンガス（CH4）を用いたプラズマCVD法に
より行う。次に、バッファ層20の全面に真性半導体層22
を形成する。これも、原料ガスとしてモノシラン（Si
H4）を用いたプラズマCVD法により行う。
うように絶縁性基板10の全面にｐ型半導体層18をプラズ
マCVD（化学気相堆積）法により形成する。このとき、
原料ガスとしては、モノシラン（SiH4）およびジボラン
（B2H6）を用いる。また、同時にメタンガス（CH4）を
導入してｐ型半導体層18の炭化珪素化を行うことによっ
てその禁制帯幅の狭小化を防ぐとともに、光変換効率の
低下を防止する。引き続きｐ型半導体層18の全面にバッ
ファ層20を重ねて形成する。これは、モノシラン（Si
H4）およびメタンガス（CH4）を用いたプラズマCVD法に
より行う。次に、バッファ層20の全面に真性半導体層22
を形成する。これも、原料ガスとしてモノシラン（Si
H4）を用いたプラズマCVD法により行う。
さらに、第14図に示すように、真性半導体層22の全面
にｎ型半導体層24を形成する。これは、原料ガスとして
モノシラン（SiH4）およびホスフィン（PH3）を用いて
プラズマCVD法により行う。その後、ｎ型半導体層24の
全面に金属電極26とするための金属膜25をスパッタリン
グ法により形成した上で、その全面に感光性樹脂15を塗
布する。
にｎ型半導体層24を形成する。これは、原料ガスとして
モノシラン（SiH4）およびホスフィン（PH3）を用いて
プラズマCVD法により行う。その後、ｎ型半導体層24の
全面に金属電極26とするための金属膜25をスパッタリン
グ法により形成した上で、その全面に感光性樹脂15を塗
布する。
そして、第15図に示すように、感光性樹脂15に対し所
定のマスクを用いて露光および現像処理を行って、感光
性樹脂15を太陽電池装置102となる領域にのみ残存させ
る。ついで、この感光性樹脂15をエッチングマスクとし
て金属膜25およびその下側に重なる各層を反応性イオン
エッチング法によりエッチングして除去し、さらに、こ
のエッチングマスクに用いた感光性樹脂15を除去する。
定のマスクを用いて露光および現像処理を行って、感光
性樹脂15を太陽電池装置102となる領域にのみ残存させ
る。ついで、この感光性樹脂15をエッチングマスクとし
て金属膜25およびその下側に重なる各層を反応性イオン
エッチング法によりエッチングして除去し、さらに、こ
のエッチングマスクに用いた感光性樹脂15を除去する。
そうすると、第10図に示すように、透明酸化物電極12
上にｐ型半導体層18からバッファー層20、真性半導体層
22、ｎ型半導体層24および金属電極26までが順次重なる
太陽電池装置102を製造することができる。
上にｐ型半導体層18からバッファー層20、真性半導体層
22、ｎ型半導体層24および金属電極26までが順次重なる
太陽電池装置102を製造することができる。
以上の製造方法によって太陽電池装置102を製造する
ことができるが、この太陽電池装置102は、透明酸化物
電極12の材料として酸化スズを用いているため、次のよ
うな問題があった。酸化スズをエッチングする場合は、
ヨウ化水素（HI）、臭化水素（HBr）、塩化水素（HCl）
等を原料ガスとして用いる反応性イオンエッチング装置
によって行うことができる。特に、ヨウ化水素は、エッ
チング特性に優れており、高いエッチングレートが得ら
れる。しかし、ヨウ化水素を用いると、エッチングによ
ってヨウ化スズ系化合物11が発生し、このヨウ化スズ系
化合物11が反応性イオンエッチング装置の反応室内に付
着したり、第10図から第15図に示すように、絶縁性基板
10や透明酸化物電極12に付着して汚染を引き起こし、こ
のことによって、太陽電池装置の歩留まりが低下すると
いう問題があった。また、絶縁性基板10や透明酸化物電
極12の汚染を引き起こすと、光の透過量が減少して取り
出せる電力が低下してしまうため、これらの汚染を解消
することは、太陽電池の出力特性の向上という点からみ
ても極めて重要な課題であった。
ことができるが、この太陽電池装置102は、透明酸化物
電極12の材料として酸化スズを用いているため、次のよ
うな問題があった。酸化スズをエッチングする場合は、
ヨウ化水素（HI）、臭化水素（HBr）、塩化水素（HCl）
等を原料ガスとして用いる反応性イオンエッチング装置
によって行うことができる。特に、ヨウ化水素は、エッ
チング特性に優れており、高いエッチングレートが得ら
れる。しかし、ヨウ化水素を用いると、エッチングによ
ってヨウ化スズ系化合物11が発生し、このヨウ化スズ系
化合物11が反応性イオンエッチング装置の反応室内に付
着したり、第10図から第15図に示すように、絶縁性基板
10や透明酸化物電極12に付着して汚染を引き起こし、こ
のことによって、太陽電池装置の歩留まりが低下すると
いう問題があった。また、絶縁性基板10や透明酸化物電
極12の汚染を引き起こすと、光の透過量が減少して取り
出せる電力が低下してしまうため、これらの汚染を解消
することは、太陽電池の出力特性の向上という点からみ
ても極めて重要な課題であった。
この発明は、太陽電池装置の製造方法において、この
ような問題点を解消することにより、清浄な絶縁性基板
表面と透明酸化物電極表面を得て、半導体層に所望の光
透過量を与えることができる太陽電池装置を製造するこ
とを目的とする。
ような問題点を解消することにより、清浄な絶縁性基板
表面と透明酸化物電極表面を得て、半導体層に所望の光
透過量を与えることができる太陽電池装置を製造するこ
とを目的とする。
発明の開示 この発明は、上記の目的を達成するために、絶縁性基
板上に成膜した金属膜をエッチングして透明酸化物電極
を形成する工程と、透明酸化物電極を形成する工程にお
けるエッチングガスよりも飽和蒸気圧の高いハロゲンガ
スによって、絶縁性基板と透明酸化物電極の表面を洗浄
する工程と、透明酸化物電極の表面上にｐ型半導体層、
真性半導体層およびｎ型半導体層を順次形成する工程
と、ｎ型半導体層上に金属電極を形成する工程とを有す
る太陽電池装置の製造方法を特徴とする。
板上に成膜した金属膜をエッチングして透明酸化物電極
を形成する工程と、透明酸化物電極を形成する工程にお
けるエッチングガスよりも飽和蒸気圧の高いハロゲンガ
スによって、絶縁性基板と透明酸化物電極の表面を洗浄
する工程と、透明酸化物電極の表面上にｐ型半導体層、
真性半導体層およびｎ型半導体層を順次形成する工程
と、ｎ型半導体層上に金属電極を形成する工程とを有す
る太陽電池装置の製造方法を特徴とする。
この製造方法によって太陽電池装置を製造すると、絶
縁性基板と透明酸化物電極の表面が清浄になり、透明性
が高くなる。そのため、所望の光透過量が得られる。
縁性基板と透明酸化物電極の表面が清浄になり、透明性
が高くなる。そのため、所望の光透過量が得られる。
また、絶縁性基板上に成膜した金属膜をエッチングガ
スでエッチングして透明酸化物電極を形成する工程と、
蒸気透明酸化物電極を形成する工程におけるエッチング
ガスの成分と金属膜の成分とを含む水溶性化合物の付着
した絶縁性基板と透明酸化物電極の表面を純水によって
洗浄する工程と、透明酸化物電極の表面上にｐ型半導体
層、真性半導体層およびｎ型半導体層を順次形成する工
程と、該ｎ型半導体層上に金属電極を形成する工程とを
有する太陽電池装置の製造方法としてもよい。
スでエッチングして透明酸化物電極を形成する工程と、
蒸気透明酸化物電極を形成する工程におけるエッチング
ガスの成分と金属膜の成分とを含む水溶性化合物の付着
した絶縁性基板と透明酸化物電極の表面を純水によって
洗浄する工程と、透明酸化物電極の表面上にｐ型半導体
層、真性半導体層およびｎ型半導体層を順次形成する工
程と、該ｎ型半導体層上に金属電極を形成する工程とを
有する太陽電池装置の製造方法としてもよい。
さらに、絶縁性基板と透明酸化物電極の表面を洗浄す
る工程より後または前に絶縁性基板と透明酸化物電極の
表面を純水によって洗浄する工程を有する太陽電池装置
の製造方法とすれば好ましい。
る工程より後または前に絶縁性基板と透明酸化物電極の
表面を純水によって洗浄する工程を有する太陽電池装置
の製造方法とすれば好ましい。
そして、絶縁性基板と透明酸化物電極の表面を純水に
よって洗浄する工程は、超音波を印加した水槽内で絶縁
性基板と透明酸化物電極を揺動して洗浄する工程とする
ことができる。
よって洗浄する工程は、超音波を印加した水槽内で絶縁
性基板と透明酸化物電極を揺動して洗浄する工程とする
ことができる。
図面の簡単な説明 第１図は、この発明の最良な実施形態の製造方法によ
って得られる太陽電池装置の構造を示す断面図である。
って得られる太陽電池装置の構造を示す断面図である。
第２図は、第１図に示した太陽電池装置の使用状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
第３図から第９図は、この発明の最良な実施形態によ
る太陽電池装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
る太陽電池装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
第10図は、従来の太陽電池装置の構造を示す断面図で
ある。
ある。
第11図から第15図は、従来の太陽電池装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。
の各工程を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、この発明による太陽電池装置の製造方法を実施
するための最良の形態を添付図面を用いて詳細に説明す
る。
するための最良の形態を添付図面を用いて詳細に説明す
る。
〔太陽電池装置の構造：第１図〕 まず、この発明により製造した太陽電池装置を第１図
によって説明する。なお、第10図に示した従来の太陽電
池装置と同一の構造については、それと同一の符号を付
して説明する。第１図は、この発明により製造した太陽
電池装置の構造を示した断面図である。
によって説明する。なお、第10図に示した従来の太陽電
池装置と同一の構造については、それと同一の符号を付
して説明する。第１図は、この発明により製造した太陽
電池装置の構造を示した断面図である。
第１図に示すように、太陽電池装置２は、透明なガラ
ス基板である絶縁性基板10の表面に透明酸化物電極12を
設けて、その透明酸化物電極12の表面に酸化性プラズマ
処理を施して表面処理層14を設けるとともに、この上に
シリコン窒化膜16を設け、このシリコン窒化膜16上にｐ
型半導体層18、バッファ層20、真性半導体層22、ｎ型半
導体層24、金属電極26を順次重ねて積層構造に形成した
ものである。
ス基板である絶縁性基板10の表面に透明酸化物電極12を
設けて、その透明酸化物電極12の表面に酸化性プラズマ
処理を施して表面処理層14を設けるとともに、この上に
シリコン窒化膜16を設け、このシリコン窒化膜16上にｐ
型半導体層18、バッファ層20、真性半導体層22、ｎ型半
導体層24、金属電極26を順次重ねて積層構造に形成した
ものである。
絶縁性基板10は、幅、奥行きとも適度な広さを有し、
適度な厚みを有する板状に形成され、透明酸化物電極12
が形成されない側の表面（図面では下側）から入射する
光を透明酸化物電極12に伝達する。
適度な厚みを有する板状に形成され、透明酸化物電極12
が形成されない側の表面（図面では下側）から入射する
光を透明酸化物電極12に伝達する。
透明酸化物電極12は、絶縁性基板10を介して入射する
光（主に太陽光）を表面処理層14、シリコン窒化膜16、
ｐ型半導体層18およびバッファ層20を介して真性半導体
層22に導くとともに、ｐ型半導体層18とのオーム性接触
を保つために形成したもので、発生する起電力を外部に
取り出すための配線を接続する。
光（主に太陽光）を表面処理層14、シリコン窒化膜16、
ｐ型半導体層18およびバッファ層20を介して真性半導体
層22に導くとともに、ｐ型半導体層18とのオーム性接触
を保つために形成したもので、発生する起電力を外部に
取り出すための配線を接続する。
また、第１図に示すように、透明酸化物電極12は、ｐ
型半導体層18の設けられない側面12aが上端から絶縁性
基板10に向かって漸次外側に傾斜したテーパ状に形成し
てある。これにより、金属電極26の断線および短絡を防
止する。
型半導体層18の設けられない側面12aが上端から絶縁性
基板10に向かって漸次外側に傾斜したテーパ状に形成し
てある。これにより、金属電極26の断線および短絡を防
止する。
この透明酸化物電極12の表面には、酸化性プラズマ処
理を施して表面処理層14を形成してあるが、この表面処
理層14は、透明酸化物電極12の還元を抑制し、表面を化
学的に安定化して太陽電池装置２の特性を向上させるた
めの表面安定化層として機能する。すなわち、酸化性プ
ラズマ処理を施すことによって、酸素原子プラズマが形
成する表面処理層14に含まれる酸素原子を透明酸化物電
極12の表面に現れる未結合のスズ原子と結合させるよう
にして、ｐ型半導体層18に含まれる不純物（ホウ素）と
その未結合のスズ原子との結合を抑制する（還元の抑
制）。こうして、表面処理層14が透明酸化物電極12の表
面を安定化させるというものである。
理を施して表面処理層14を形成してあるが、この表面処
理層14は、透明酸化物電極12の還元を抑制し、表面を化
学的に安定化して太陽電池装置２の特性を向上させるた
めの表面安定化層として機能する。すなわち、酸化性プ
ラズマ処理を施すことによって、酸素原子プラズマが形
成する表面処理層14に含まれる酸素原子を透明酸化物電
極12の表面に現れる未結合のスズ原子と結合させるよう
にして、ｐ型半導体層18に含まれる不純物（ホウ素）と
その未結合のスズ原子との結合を抑制する（還元の抑
制）。こうして、表面処理層14が透明酸化物電極12の表
面を安定化させるというものである。
シリコン窒化膜16は、透明酸化物電極12とｐ型半導体
層18との相互拡散を防止し、入射する太陽光の反射を防
止し、効率よく真性半導体層22に入射させるために形成
したものである。
層18との相互拡散を防止し、入射する太陽光の反射を防
止し、効率よく真性半導体層22に入射させるために形成
したものである。
ｐ型半導体層18は、入射光によって真性半導体層22で
生成される電荷担体を透明酸化物電極12に導くための内
部電界を形成するために設けたｐ型半導体からなる層で
ある。
生成される電荷担体を透明酸化物電極12に導くための内
部電界を形成するために設けたｐ型半導体からなる層で
ある。
バッファ層20は、ｐ型半導体層18に含まれるｐ型不純
物（ホウ素）が真性半導体層22に混入してその禁制帯幅
が狭小化することを防止し、光吸収効率の低下を防止す
るためのバッファ層として機能する。真性半導体層22
は、吸収した入射光のエネルギーに応じた電荷担体（電
子および正孔対）を生成するための真性半導体から形成
した層である。ｎ型半導体層24は、真性半導体層22で生
成された電荷担体を金属電極26に導くための内部電界を
形成するために設けたｎ型半導体からなる層である。金
属電極26には、発生する起電力を取り出すための配線を
接続する。
物（ホウ素）が真性半導体層22に混入してその禁制帯幅
が狭小化することを防止し、光吸収効率の低下を防止す
るためのバッファ層として機能する。真性半導体層22
は、吸収した入射光のエネルギーに応じた電荷担体（電
子および正孔対）を生成するための真性半導体から形成
した層である。ｎ型半導体層24は、真性半導体層22で生
成された電荷担体を金属電極26に導くための内部電界を
形成するために設けたｎ型半導体からなる層である。金
属電極26には、発生する起電力を取り出すための配線を
接続する。
以上の構成を有する太陽電池装置２は、第２図に示す
ようにして使用する。すなわち、表面処理層14を介して
透明酸化物電極12の表面に配線コード27を接続するとと
もに、金属電極26に配線コード28を接続し、配線コード
27と配線コード28とに負荷抵抗29を接続する。
ようにして使用する。すなわち、表面処理層14を介して
透明酸化物電極12の表面に配線コード27を接続するとと
もに、金属電極26に配線コード28を接続し、配線コード
27と配線コード28とに負荷抵抗29を接続する。
そして、絶縁性基板10の透明酸化物電極12の形成され
ない裏面から光30を入射すると、この入射する光30が透
明酸化物電極12から表面処理層14、シリコン窒化膜16、
ｐ型半導体層18、バッファ層20を経て真性半導体層22に
到達する。すると、この光30のエネルギーを受けて、真
性半導体層22において電子、正孔対が生成される。この
電子、正孔対は、ｐ型半導体層18とｎ型半導体層24とに
よって形成される電界によって分離され、透明酸化物電
極12と金属電極26とに起電力が現れる。この起電力は、
配線コード27、28を介して接続された負荷抵抗29から取
り出せるようになる。こうして、入射光のもつエネルギ
ーを電気エネルギーに変換したことになる。
ない裏面から光30を入射すると、この入射する光30が透
明酸化物電極12から表面処理層14、シリコン窒化膜16、
ｐ型半導体層18、バッファ層20を経て真性半導体層22に
到達する。すると、この光30のエネルギーを受けて、真
性半導体層22において電子、正孔対が生成される。この
電子、正孔対は、ｐ型半導体層18とｎ型半導体層24とに
よって形成される電界によって分離され、透明酸化物電
極12と金属電極26とに起電力が現れる。この起電力は、
配線コード27、28を介して接続された負荷抵抗29から取
り出せるようになる。こうして、入射光のもつエネルギ
ーを電気エネルギーに変換したことになる。
このとき、透明酸化物電極12は、その表面に酸化性プ
ラズマ処理による表面処理層14を設けているから、その
表面における還元が抑制されて化学的に安定化したもの
となっている。したがって、その透過率が低下したり、
非晶質半導体層の膜質が劣化することもないので、開放
端電圧を向上させることができ、太陽電池装置として好
ましい出力特性が得られる。その上、シリコン窒化膜16
を設けていることによって、透明酸化物電極12の膜質を
さらに安定化させることができるので、開放端電圧をさ
らに向上させることができる。
ラズマ処理による表面処理層14を設けているから、その
表面における還元が抑制されて化学的に安定化したもの
となっている。したがって、その透過率が低下したり、
非晶質半導体層の膜質が劣化することもないので、開放
端電圧を向上させることができ、太陽電池装置として好
ましい出力特性が得られる。その上、シリコン窒化膜16
を設けていることによって、透明酸化物電極12の膜質を
さらに安定化させることができるので、開放端電圧をさ
らに向上させることができる。
〔太陽電池装置の製造方法：第３図〜第９図、第１図〕 次に、この発明の実施形態にかかる太陽電池装置の製
造方法について第３図〜第９図と第１図を用いて詳細に
説明する。
造方法について第３図〜第９図と第１図を用いて詳細に
説明する。
まず、第３図に示すように、絶縁性基板10上に透明酸
化物電極12を形成するために酸化スズを成膜する。この
ときの膜厚は、900nm程度とし、CVD法で成膜する。続い
て、酸化スズを成膜した絶縁性基板10上の全面に膜厚2.
3μｍ程度の感光性樹脂13を塗布した上で、この感光性
樹脂13に対し所定のマスクを用いて露光および現像処理
を行って、太陽電池装置２となる領域に感光性樹脂13を
残す。
化物電極12を形成するために酸化スズを成膜する。この
ときの膜厚は、900nm程度とし、CVD法で成膜する。続い
て、酸化スズを成膜した絶縁性基板10上の全面に膜厚2.
3μｍ程度の感光性樹脂13を塗布した上で、この感光性
樹脂13に対し所定のマスクを用いて露光および現像処理
を行って、太陽電池装置２となる領域に感光性樹脂13を
残す。
続いて、第４図に示すように、この感光性樹脂13をエ
ッチングマスクとし、成膜された酸化スズを次の条件に
よってエッチングする。エッチングガスとして、ヨウ化
水素（HI）およびアルゴン（Ar）を用い、それぞれを流
量比が3:1になるようにして反応性イオンエッチング装
置の反応室に導く。そして、周波数2.45GHzのマイクロ
波電力を1kwで、周波数13.56MHzの高周波電力を300wで
印加して、絶縁性基板100を15℃に冷却しながら、反応
室圧力を10mTorrとする。以上の条件によって成膜され
た酸化スズをエッチングして、パターニングする。この
とき、絶縁性基板10を冷却しているが、この冷却によっ
て、感光性樹脂13との選択比を向上させることができ
る。
ッチングマスクとし、成膜された酸化スズを次の条件に
よってエッチングする。エッチングガスとして、ヨウ化
水素（HI）およびアルゴン（Ar）を用い、それぞれを流
量比が3:1になるようにして反応性イオンエッチング装
置の反応室に導く。そして、周波数2.45GHzのマイクロ
波電力を1kwで、周波数13.56MHzの高周波電力を300wで
印加して、絶縁性基板100を15℃に冷却しながら、反応
室圧力を10mTorrとする。以上の条件によって成膜され
た酸化スズをエッチングして、パターニングする。この
とき、絶縁性基板10を冷却しているが、この冷却によっ
て、感光性樹脂13との選択比を向上させることができ
る。
また、この場合のエッチングは、第５図に示すよう
に、金属電極26の断線および短絡を防止するために、透
明酸化物電極12の感光性樹脂13に被覆されない側面12a
が上端から絶縁性基板10に向かって漸次外側に傾斜した
テーパ状態になるように行う。
に、金属電極26の断線および短絡を防止するために、透
明酸化物電極12の感光性樹脂13に被覆されない側面12a
が上端から絶縁性基板10に向かって漸次外側に傾斜した
テーパ状態になるように行う。
そして、感光性樹脂13を除去すると、絶縁性基板10上
に透明酸化物電極12を設けた状態が得られる。しかし、
エッチングガスにヨウ化水素を用いて酸化スズ膜をエッ
チングしているため、絶縁性基板10と透明酸化物電極12
には、ヨウ化スズ系化合物11が付着して汚染を引き起こ
している。そこで、次のようにして絶縁性基板10と透明
酸化物電極12とを洗浄する。
に透明酸化物電極12を設けた状態が得られる。しかし、
エッチングガスにヨウ化水素を用いて酸化スズ膜をエッ
チングしているため、絶縁性基板10と透明酸化物電極12
には、ヨウ化スズ系化合物11が付着して汚染を引き起こ
している。そこで、次のようにして絶縁性基板10と透明
酸化物電極12とを洗浄する。
すなわち、原料ガスとして、この発明の特徴とするエ
ッチングガスであるヨウ化水素（HI）よりも飽和蒸気圧
の高いハロゲン系のガスである塩化水素（HCl）とアル
ゴン（Ar）とを流量比が5:1になるように反応性イオン
エッチング装置の反応質に導く。そして、周波数2.45GH
zのマイクロ波電力を1kwで、周波数13.56MHzの高周波電
力を300wで印加して、反応室圧力を10mTorrとする。こ
の条件に沿ってプラズマを発生させて、絶縁性基板10と
透明酸化物電極12の表面を洗浄する。そうすると、付着
しているヨウ化スズ系化合物11を除去して、その表面を
清浄にすることができる。なお、ヨウ化水素（HI）より
も飽和蒸気圧の高いハロゲン系のガスとしては、塩化水
素（HCl）の代わりに臭化水素（HBr）を用いてもよい。
ッチングガスであるヨウ化水素（HI）よりも飽和蒸気圧
の高いハロゲン系のガスである塩化水素（HCl）とアル
ゴン（Ar）とを流量比が5:1になるように反応性イオン
エッチング装置の反応質に導く。そして、周波数2.45GH
zのマイクロ波電力を1kwで、周波数13.56MHzの高周波電
力を300wで印加して、反応室圧力を10mTorrとする。こ
の条件に沿ってプラズマを発生させて、絶縁性基板10と
透明酸化物電極12の表面を洗浄する。そうすると、付着
しているヨウ化スズ系化合物11を除去して、その表面を
清浄にすることができる。なお、ヨウ化水素（HI）より
も飽和蒸気圧の高いハロゲン系のガスとしては、塩化水
素（HCl）の代わりに臭化水素（HBr）を用いてもよい。
以上の洗浄工程によって、ヨウ化スズ系化合物11が除
去される理由は、次の通りであると考えられる。洗浄す
る際に塩化水素または臭化水素を用いると、例えば、塩
化水素を用いた場合、ヨウ化スズ系化合物11を構成する
スズ（Sn）が塩化水素を構成する塩素と化合して塩化ス
ズ（SnCl）となり、ヨウ素（Ｉ）が水素と化合してヨウ
化水素（HI）となる。そうすると、このとき生成される
塩化スズは、その飽和蒸気圧がヨウ化スズの飽和蒸気圧
よりも高いので、反応性イオンエッチング装置の反応室
中におけるエッチング圧力との圧力差も大きくなる。こ
のため、エッチングで生成される塩化スズとヨウ化水素
とが絶縁性基板10と透明酸化物電極12の表面に付着した
まま残ることがなくなり、反応室の外部に排出されるよ
うになる。こうして、ヨウ化スズ系化合物11は、洗浄工
程において、塩化水素と反応して塩化スズ（SnCl）およ
びヨウ素（Ｉ）に変化して排出され、絶縁性基板10と透
明酸化物電極12の表面が清浄された状態が得られる。
去される理由は、次の通りであると考えられる。洗浄す
る際に塩化水素または臭化水素を用いると、例えば、塩
化水素を用いた場合、ヨウ化スズ系化合物11を構成する
スズ（Sn）が塩化水素を構成する塩素と化合して塩化ス
ズ（SnCl）となり、ヨウ素（Ｉ）が水素と化合してヨウ
化水素（HI）となる。そうすると、このとき生成される
塩化スズは、その飽和蒸気圧がヨウ化スズの飽和蒸気圧
よりも高いので、反応性イオンエッチング装置の反応室
中におけるエッチング圧力との圧力差も大きくなる。こ
のため、エッチングで生成される塩化スズとヨウ化水素
とが絶縁性基板10と透明酸化物電極12の表面に付着した
まま残ることがなくなり、反応室の外部に排出されるよ
うになる。こうして、ヨウ化スズ系化合物11は、洗浄工
程において、塩化水素と反応して塩化スズ（SnCl）およ
びヨウ素（Ｉ）に変化して排出され、絶縁性基板10と透
明酸化物電極12の表面が清浄された状態が得られる。
一方、ヨウ化スズ系化合物11は、純水に可溶であると
いう性質がある。そこで、以上の洗浄方法に片えて、絶
縁性基板10と透明酸化物電極12の表面を純水によって洗
浄するという方法をとることができる。この洗浄方法
は、透明酸化物電極12を形成した後に絶縁性基板10を反
応室から取り出して超音波を印加した水槽内において５
分間ほど揺動して洗浄するというものである。この洗浄
作業を二回繰り返すことによって、絶縁性基板10と透明
酸化物電極12の表面にヨウ化スズ系化合物11が付着した
状態から、これを除去した清浄な表面が得られる。
いう性質がある。そこで、以上の洗浄方法に片えて、絶
縁性基板10と透明酸化物電極12の表面を純水によって洗
浄するという方法をとることができる。この洗浄方法
は、透明酸化物電極12を形成した後に絶縁性基板10を反
応室から取り出して超音波を印加した水槽内において５
分間ほど揺動して洗浄するというものである。この洗浄
作業を二回繰り返すことによって、絶縁性基板10と透明
酸化物電極12の表面にヨウ化スズ系化合物11が付着した
状態から、これを除去した清浄な表面が得られる。
次に、以上の洗浄工程を経て清浄された透明酸化物電
極12に対し、その表面を安定化するために酸化性プラズ
マ処理を行って表面処理層14を形成する。この酸化性プ
ラズマ処理は、流量比が6:1となるようにした酸素
（O2）とアルゴン（Ar）とからなる原料ガスを用い、約
13.56MHzの高周波電力を300Wで印加するプラズマ雰囲気
に、透明酸化物電極12を曝すことによって行われる。す
ると、第６図に示すように、洗浄された透明酸化物電極
12の表面はもとより、側面12aまでも酸化性プラズマ処
理を施した膜厚数nm程度の表面処理層14が形成される。
極12に対し、その表面を安定化するために酸化性プラズ
マ処理を行って表面処理層14を形成する。この酸化性プ
ラズマ処理は、流量比が6:1となるようにした酸素
（O2）とアルゴン（Ar）とからなる原料ガスを用い、約
13.56MHzの高周波電力を300Wで印加するプラズマ雰囲気
に、透明酸化物電極12を曝すことによって行われる。す
ると、第６図に示すように、洗浄された透明酸化物電極
12の表面はもとより、側面12aまでも酸化性プラズマ処
理を施した膜厚数nm程度の表面処理層14が形成される。
さらに、第７図に示すように、入射した太陽光の反射
を防止するためのシリコン窒化膜16を約2nm程度の厚さ
で絶縁性基板10の全面に形成する。この処理は、原料ガ
スにモノシラン（SiH4）と窒素（N2）とを用い、約13.5
6MHzの高周波放電によるプラズマCVD（化学気相堆積）
法により行なう。
を防止するためのシリコン窒化膜16を約2nm程度の厚さ
で絶縁性基板10の全面に形成する。この処理は、原料ガ
スにモノシラン（SiH4）と窒素（N2）とを用い、約13.5
6MHzの高周波放電によるプラズマCVD（化学気相堆積）
法により行なう。
その後、シリコン窒化膜16を覆うようにして絶縁性基
板10の全面にｐ型半導体層18をプラズマCVD（化学気相
堆積）法により形成する。このとき、原料ガスは、モノ
シラン（SiH4）およびジボラン（B2H6）を用い、ｐ型半
導体層18の膜厚を10nm程度とする。また、同時にメタン
ガス（CH4）を導入してｐ型半導体層18の炭化珪素化を
行うことによってその禁制帯幅の狭小化を防止するとと
もに、光吸収効率の低下を防止する。引き続いてｐ型半
導体層18の全面にバッファ層20を重ねて形成する。これ
は、モノシラン（SiH4）およびメタンガス（CH4）と水
素（H2）を原料ガスに用いたプラズマCVD法により行わ
れ、バッファ層20の膜厚を13nm程度とする。その後、バ
ッファ層20の全面に真性半導体層22を形成する。原料ガ
スにはモノシラン（SiH4）を用いるが、これも、プラズ
マCVD法により行われる。真性半導体層22の膜厚は600nm
程度とする。
板10の全面にｐ型半導体層18をプラズマCVD（化学気相
堆積）法により形成する。このとき、原料ガスは、モノ
シラン（SiH4）およびジボラン（B2H6）を用い、ｐ型半
導体層18の膜厚を10nm程度とする。また、同時にメタン
ガス（CH4）を導入してｐ型半導体層18の炭化珪素化を
行うことによってその禁制帯幅の狭小化を防止するとと
もに、光吸収効率の低下を防止する。引き続いてｐ型半
導体層18の全面にバッファ層20を重ねて形成する。これ
は、モノシラン（SiH4）およびメタンガス（CH4）と水
素（H2）を原料ガスに用いたプラズマCVD法により行わ
れ、バッファ層20の膜厚を13nm程度とする。その後、バ
ッファ層20の全面に真性半導体層22を形成する。原料ガ
スにはモノシラン（SiH4）を用いるが、これも、プラズ
マCVD法により行われる。真性半導体層22の膜厚は600nm
程度とする。
そしてさらに、第８図に示すように、真性半導体層22
の全面にｎ型半導体層24を形成する。これは、原料ガス
としてモノシラン（SiH4）およびホスフィン（PH3）を
用いてプラズマCVD法により行われ、膜厚が40nm程度に
なるように成長させて形成する。その後、ｎ型半導体層
24の全面に金属電極26とするための金属膜25をスパッタ
リング法により形成する。このとき、原料にチタン（T
i）を用い、金属膜25の膜厚が200nm程度となるように形
成する。その後、金属膜25の全面に回転塗布法により感
光性樹脂17を膜厚1.2μｍ程度となるように塗布する。
の全面にｎ型半導体層24を形成する。これは、原料ガス
としてモノシラン（SiH4）およびホスフィン（PH3）を
用いてプラズマCVD法により行われ、膜厚が40nm程度に
なるように成長させて形成する。その後、ｎ型半導体層
24の全面に金属電極26とするための金属膜25をスパッタ
リング法により形成する。このとき、原料にチタン（T
i）を用い、金属膜25の膜厚が200nm程度となるように形
成する。その後、金属膜25の全面に回転塗布法により感
光性樹脂17を膜厚1.2μｍ程度となるように塗布する。
そして、第９図に示すように、感光性樹脂17に対し所
定のマスクを用いて露光および現像処理を行って、太陽
電池装置２となる領域にのみ感光性樹脂17が残存するよ
うにパターニングを行う。次いで、この感光性樹脂17を
エッチングマスクとして、まず、塩素（Cl2）と三塩化
ホウ素（BCl3）とをエッチングガスとして用いる反応性
イオンエッチング装置により金属膜25をエッチングして
除去することによって金属電極26を形成する。
定のマスクを用いて露光および現像処理を行って、太陽
電池装置２となる領域にのみ感光性樹脂17が残存するよ
うにパターニングを行う。次いで、この感光性樹脂17を
エッチングマスクとして、まず、塩素（Cl2）と三塩化
ホウ素（BCl3）とをエッチングガスとして用いる反応性
イオンエッチング装置により金属膜25をエッチングして
除去することによって金属電極26を形成する。
次に、同じ感光性樹脂17と金属電極26とをエッチング
マスクとして、六フッ化イオン（SF6）と四フッ化炭素
（CF4）と酸素（O2）とを原料ガスとして、反応性イオ
ンエッチング装置によって、金属電極26の下側に重なる
ｎ型半導体層24、真性半導体層22、バッファ層20、ｐ型
半導体層18およびシリコン窒化膜16を自己整合的にエッ
チングする。さらにその後、このエッチングマスクに用
いた感光性樹脂17を除去する。
マスクとして、六フッ化イオン（SF6）と四フッ化炭素
（CF4）と酸素（O2）とを原料ガスとして、反応性イオ
ンエッチング装置によって、金属電極26の下側に重なる
ｎ型半導体層24、真性半導体層22、バッファ層20、ｐ型
半導体層18およびシリコン窒化膜16を自己整合的にエッ
チングする。さらにその後、このエッチングマスクに用
いた感光性樹脂17を除去する。
そうすると、第１図に示すように、透明酸化物電極12
上に表面処理層14が形成されるとともに、その上面にシ
リコン窒化膜16が形成され、なおかつ、ｐ型半導体層18
からバッファ層20、真性半導体層22、ｎ型半導体層24お
よび金属電極26までが順次重なる太陽電池装置２を製造
することができる。
上に表面処理層14が形成されるとともに、その上面にシ
リコン窒化膜16が形成され、なおかつ、ｐ型半導体層18
からバッファ層20、真性半導体層22、ｎ型半導体層24お
よび金属電極26までが順次重なる太陽電池装置２を製造
することができる。
以上のようにして製造した太陽電池装置２は、透明酸
化物電極12を形成した際に付着するヨウ化スズ系化合物
を絶縁性基板10と透明酸化物電極12の表面を洗浄するこ
とによって除去し、清浄な表面を得た上で表面処理層14
から金属電極26までが順次重なる積層構造を得ている。
このため、太陽電池装置２の歩留まりの低下を防止でき
るばかりでなく、絶縁性基板10から入射する光の透過量
を増やし、所望の光透過量を得ることによって、取り出
せる電力を増加させ、出力特性を向上させることができ
る。
化物電極12を形成した際に付着するヨウ化スズ系化合物
を絶縁性基板10と透明酸化物電極12の表面を洗浄するこ
とによって除去し、清浄な表面を得た上で表面処理層14
から金属電極26までが順次重なる積層構造を得ている。
このため、太陽電池装置２の歩留まりの低下を防止でき
るばかりでなく、絶縁性基板10から入射する光の透過量
を増やし、所望の光透過量を得ることによって、取り出
せる電力を増加させ、出力特性を向上させることができ
る。
なお、以上の説明においては、絶縁性基板と透明酸化
物電極の表面を洗浄する方法として、透明酸化物電極を
エッチングして形成する際のエッチングガスよりも飽和
蒸気圧が高いハロゲンガスによる浄化方法か、純水を用
いた洗浄方法のいずれかを行う場合を例にとって説明し
たが、いうまでもなく、両方の方法をともに実施するよ
うにしてもよい。
物電極の表面を洗浄する方法として、透明酸化物電極を
エッチングして形成する際のエッチングガスよりも飽和
蒸気圧が高いハロゲンガスによる浄化方法か、純水を用
いた洗浄方法のいずれかを行う場合を例にとって説明し
たが、いうまでもなく、両方の方法をともに実施するよ
うにしてもよい。
また、透明酸化物電極の表面に表面処理層とシリコン
窒化膜を備えた構造の太陽電池装置を製造する方法につ
いて説明したが、この発明の製造方法は、この構造を製
造する場合だけでなく、表面処理層のみ備えてシリコン
窒化膜を備えない構造のものや、表面処理層とシリコン
窒化膜のいずれも備えない従来技術における構造を備え
たものについても適用することができる。
窒化膜を備えた構造の太陽電池装置を製造する方法につ
いて説明したが、この発明の製造方法は、この構造を製
造する場合だけでなく、表面処理層のみ備えてシリコン
窒化膜を備えない構造のものや、表面処理層とシリコン
窒化膜のいずれも備えない従来技術における構造を備え
たものについても適用することができる。
産業上の利用可能性 この発明による太陽電池装置の製造方法は、透明酸化
物電極を形成した際に付着するヨウ化スズ系化合物を絶
縁性基板と透明酸化物電極の表面を洗浄することによっ
て除去し、洗浄な表面を得た上で半導体層を積層する積
層構造を得ている。このため、不純物であるヨウ化スズ
系化合物がなくなる分、絶縁性基板と透明酸化物電極の
透明性が高まる。これにより、太陽電池装置の歩留まり
の低下を防止できるばかりでなく、絶縁性基板から入射
する光の透過量を増やし、所望の光透過量を得ることに
よって、取り出せる電力の増加と、出力特性の向上を図
ることができる。
物電極を形成した際に付着するヨウ化スズ系化合物を絶
縁性基板と透明酸化物電極の表面を洗浄することによっ
て除去し、洗浄な表面を得た上で半導体層を積層する積
層構造を得ている。このため、不純物であるヨウ化スズ
系化合物がなくなる分、絶縁性基板と透明酸化物電極の
透明性が高まる。これにより、太陽電池装置の歩留まり
の低下を防止できるばかりでなく、絶縁性基板から入射
する光の透過量を増やし、所望の光透過量を得ることに
よって、取り出せる電力の増加と、出力特性の向上を図
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−267701（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−63121（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−202232（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−18084（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (5)
- 【請求項１】絶縁性基板上に成膜した金属膜をエッチン
グして透明酸化物電極を形成する工程と、 前記透明酸化物電極を形成する工程におけるエッチング
ガスよりも飽和蒸気圧の高いハロゲンガスによって、前
記絶縁性基板と前記透明酸化物電極の表面を洗浄する工
程と、 前記透明酸化物電極の表面上にｐ型半導体層、真性半導
体層およびｎ型半導体層を順次形成する工程と、 前記ｎ型半導体層上に金属電極を形成する工程とを有す
る ことを特徴とする太陽電池装置の製造方法。 - 【請求項２】絶縁性基板上に成膜した金属膜をエッチン
グガスでエッチングして透明酸化物電極を形成する工程
と、 前記透明酸化物電極を形成する工程におけるエッチング
ガスの成分と前記金属膜の成分とを含む水溶性化合物の
付着した前記絶縁性基板と前記透明酸化物電極の表面を
純水によって洗浄する工程と、 前記透明酸化物電極の表面上にｐ型半導体層、真性半導
体層およびｎ型半導体層を順次形成する工程と、 該ｎ型半導体層上に金属電極を形成する工程とを有する ことを特徴とする太陽電池装置の製造方法。 - 【請求項３】前記絶縁性基板と透明酸化物電極の表面を
洗浄する工程より後または前に前記絶縁性基板と前記透
明酸化物電極の表面を純水によって洗浄する工程を有す
ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽電池装
置の製造方法。 - 【請求項４】前記絶縁性基板と前記透明酸化物電極の表
面を純水によって洗浄する工程を、超音波を印加した水
槽内で前記絶縁性基板と前記透明酸化物電極を揺動して
洗浄する工程としている請求の範囲第２項記載の太陽電
池装置の製造方法。 - 【請求項５】前記絶縁性基板と前記透明酸化物電極の表
面を純水によって洗浄する工程を、超音波を印加した水
槽内で前記絶縁性基板と前記透明酸化物電極を揺動して
洗浄する工程としている請求の範囲第３項記載の太陽電
池装置の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-15486 | 1998-01-28 | ||
| JP1548698 | 1998-01-28 | ||
| PCT/JP1999/000257 WO1999039390A1 (fr) | 1998-01-28 | 1999-01-22 | Procede de fabrication d'un dispositif de pile solaire |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=11890135
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53915499A Expired - Fee Related JP3290186B2 (ja) | 1998-01-28 | 1999-01-22 | 太陽電池装置の製造方法 |
Country Status (10)
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|---|---|
| US (1) | US6207471B1 (ja) |
| EP (1) | EP0978883B1 (ja) |
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