JPH04115579A - Amorphous solar cell - Google Patents
Amorphous solar cellInfo
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- JPH04115579A JPH04115579A JP2234392A JP23439290A JPH04115579A JP H04115579 A JPH04115579 A JP H04115579A JP 2234392 A JP2234392 A JP 2234392A JP 23439290 A JP23439290 A JP 23439290A JP H04115579 A JPH04115579 A JP H04115579A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野]
本発明は非晶質太陽電池に関し、とくに、優れた光電特
性を安定して有する非晶質太陽電池に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to an amorphous solar cell, and particularly to an amorphous solar cell that stably has excellent photoelectric properties.
[背景技術]
非晶質太陽電池は電卓や時計を駆動するための、出力の
小さいエネルギー供給源としてすでに実用化されている
。しかしながら、太陽光発電用途のように、o、iw以
上のような出力の大きいエネルギー供給源としては、性
能および安定性に関しては十分とはいえず、性能向上を
めざして、各種の検討が実施されている。実際、タンデ
ム型太陽電池のように素子構造上の工夫により、若干の
改善は見られているものの、実用上の太陽電池としては
、−午後に、約20%程度、光電特性が低下しているの
が現実である。これら性能向上の制県および光電特性の
低下の要因としては、プラズマCVD法、光CVD法、
熱CVD法等の成膜方法で形成されている水素化非晶質
シリコン膜自体の特性にあると考え、本発明者らは、そ
の解決方法を特願昭63−308909、特願平01−
163710.165402.165403、特願平0
2−011803で提案した。すなわち、成膜工程にお
いては、水素量の少ない非晶質シリコンを形成して、つ
ぎにこの膜を水素ガス、フン化水素ガス、フッ素ガス、
三フッ化窒素、四フッ化炭素などの非堆積性の反応性ガ
スを含む放電雰囲気で処理することを交互に繰り返して
膜形成を行うことによる改質を図った結果、従来より狭
光学的バンドギャップで、良好な光電特性を有し、光照
射に対するかなり安定な膜を得ることが可能になった。[Background Art] Amorphous solar cells have already been put into practical use as a low-output energy supply source for driving calculators and watches. However, as an energy supply source with a large output of o, iw or more, such as for photovoltaic power generation, its performance and stability are not sufficient, and various studies have been conducted to improve performance. ing. In fact, although some improvements have been seen with device structures such as tandem solar cells, as a practical solar cell, the photoelectric characteristics deteriorate by about 20% in the -afternoon. That is the reality. The factors contributing to these performance improvements and deterioration of photoelectric properties are plasma CVD method, photo CVD method,
Thinking that this problem lies in the characteristics of the hydrogenated amorphous silicon film itself, which is formed by a film-forming method such as thermal CVD, the inventors proposed a solution to this problem in Japanese Patent Applications No. 63-308909 and No. 01-1999.
163710.165402.165403, patent application Hei 0
2-011803. That is, in the film formation process, amorphous silicon with a small amount of hydrogen is formed, and then this film is exposed to hydrogen gas, hydrogen fluoride gas, fluorine gas,
As a result of alternating treatments in a discharge atmosphere containing non-depositing reactive gases such as nitrogen trifluoride and carbon tetrafluoride to form a film, the optical band is narrower than before. With the gap, it became possible to obtain a film with good photoelectric properties and fairly stable against light irradiation.
そこで、本願では、非晶質太陽電池において、主に発電
に供する、より厚い第二の実質的に真性の薄膜の形成に
、この新しい膜形成法の通用を図ることにより、性能お
よび安定性に優れた非晶質太陽電池の提供を可能とする
に到ったものである。Therefore, in this application, we aim to apply this new film formation method to the formation of a thicker, second, substantially intrinsic thin film that is mainly used for power generation in amorphous solar cells, thereby improving performance and stability. This has made it possible to provide an excellent amorphous solar cell.
現状の非晶質太陽電池の性能およびその光照射に対する
安定性は、主に発電に供する、実質的に真性の薄膜の特
性、とくに、膜中の水素量および水素結合状態に大きく
制限されている。そこで、少なくとも、より厚い第二の
実質的に真性の薄膜の形成を我々が促案しているように
、水素量を制御し、従来より線光学的バンドギャップで
、かつ、良好な光電特性キャリアー輸送特性を発現でき
る形成方法で行った。すなわち、プラズマCVD法によ
り、半導体FWJ膜を5から100人だけ形成(以下、
成膜と略称する)したのち、反応性ガスを含む放電雰囲
気に曝す工程を繰り返すことにより、より厚い第二の実
質的に真性の薄膜を形成し非晶質太陽電池を作製するこ
とにより、高性能で、かつ、光照射に対し極めて安定な
ものを提供することができた。The performance of current amorphous solar cells and their stability against light irradiation are largely limited by the properties of the substantially intrinsic thin film used for power generation, especially the amount of hydrogen in the film and the state of hydrogen bonding. . Therefore, we are recommending at least the formation of a second substantially intrinsic thin film, which is thicker, by controlling the amount of hydrogen, and has a carrier with a line-optical bandgap and better photoelectric properties than before. A formation method that allows for the development of transport properties was used. In other words, a semiconductor FWJ film is formed by only 5 to 100 people using the plasma CVD method (hereinafter referred to as
By repeating the process of exposing to a discharge atmosphere containing a reactive gas, a thicker second substantially intrinsic thin film is formed and an amorphous solar cell is fabricated. We were able to provide a product with high performance and extremely stability against light irradiation.
本発明は、基体上に、第一の電極、第一の導電性薄膜、
より薄い第一の実質的に真性の薄膜、より厚い第二の実
質的に真性の薄膜、第二の導電性薄膜、第二の電極の1
@に形成せしめられた非晶質太陽電池において、少なく
とも、より厚い第二の実質的に真性の薄膜の形成を結合
水素量が20原子%以下の半導体薄膜の形成工程(以下
成膜工程と略称する)と該形成された薄膜を反応性ガス
を含む放電雰囲気に曝す工程(以下改質工程と略称する
)とを繰り返すことにより行い、かつ、成膜工程と改質
工程の繰り返しにおいて、−度の繰り返しにおいて形成
される半導体薄膜を5から100人の厚みに形成されて
いるものである。The present invention provides a first electrode, a first conductive thin film,
a thinner first substantially intrinsic thin film, a thicker second substantially intrinsic thin film, a second electrically conductive thin film, and a second electrode.
In the amorphous solar cell formed in @, at least the formation of a thicker second substantially intrinsic thin film is performed in a step of forming a semiconductor thin film with a bound hydrogen content of 20 atomic % or less (hereinafter abbreviated as film forming step). ) and the step of exposing the formed thin film to a discharge atmosphere containing a reactive gas (hereinafter abbreviated as the modification step), and in repeating the film forming step and the modification step, - The semiconductor thin film is formed by repeating the steps 5 to 100 times thick.
以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.
本発明においては、より厚い第二の実質的に真性の薄膜
を該成膜工程と改質工程の繰り返しで形成することが必
須であるが、勿論、その他の第一の導電性Ti1H1よ
り薄い第一の実質的に真性の薄膜、第二の導電性薄膜の
いずれも該成膜工程と改質工程の繰り返しにおいて形成
しても、なんら、本発明の効果を妨げるものではなく、
むしろ好ましい方法である。以下に成膜工程と改質工程
の繰り返し形成の詳細を説明する。In the present invention, it is essential to form a thicker second substantially intrinsic thin film by repeating the film forming step and the modification step, but of course, a second substantially intrinsic thin film thinner than the other first conductive Ti1H1 is essential. Even if both the first substantially intrinsic thin film and the second conductive thin film are formed by repeating the film forming step and the modification step, the effects of the present invention will not be hindered in any way.
This is a rather preferable method. Details of the repeated formation of the film forming process and the modifying process will be described below.
本発明においては、成膜工程は特に限定されるものでは
ない、具体的には、真空蒸着、スパッタリング、イオン
ブレーティングなどの物理的成膜方法や光CVD、プラ
ズマCVDなどの化学気相成膜(CVD)法により、成
膜する工程であり、また、改質工程とは、その薄膜を反
応性ガス含む非堆積性ガスの放電を発生させて、この放
電の雰囲気に曝すことにより、半導体薄膜の性質を改善
する工程である。In the present invention, the film-forming process is not particularly limited, and specifically includes physical film-forming methods such as vacuum evaporation, sputtering, and ion blasting, and chemical vapor deposition methods such as photo-CVD and plasma CVD. This is a process of forming a film by (CVD) method, and the modification process is a process of forming a semiconductor thin film by generating a discharge of a non-depositional gas containing a reactive gas and exposing the thin film to the atmosphere of this discharge. It is a process that improves the properties of
本発明においては、薄膜を形成する成膜工程と改質工程
とを操り返すこと、ならびに−度の繰り返しにより形成
される半導体薄膜の厚みを5から100人に、好ましく
は10から80人に、さらに好ましくは30から50人
に規定することが、必須の要件であり、これ以外の成膜
条件は特に本発明の効果を何ら妨げるものではない。In the present invention, the thickness of the semiconductor thin film formed by repeating the film forming process and the modification process to form a thin film is increased from 5 to 100, preferably from 10 to 80. More preferably, it is an essential requirement that the number of people be 30 to 50, and other film forming conditions do not particularly impede the effects of the present invention.
効果的な物理的成膜方法を以下に説明する。An effective physical film formation method will be explained below.
まず、実質的に真性な薄膜の形成の場合、成膜のための
出発原料としてシリコン、炭化シリコン、窒化シリコン
、シリコン−ゲルマニウム合金(または複合粉末)、シ
リコン−錫合金(または複合粉末)等の元素や化合物、
合金を効果的に用いることができる。この他にも炭素、
ゲルマニウム、錫等の元素、化合物、合金を用いること
もできる。First, in the case of forming a substantially intrinsic thin film, silicon, silicon carbide, silicon nitride, silicon-germanium alloy (or composite powder), silicon-tin alloy (or composite powder), etc. are used as starting materials for film formation. elements and compounds,
Alloys can be used effectively. In addition, carbon,
Elements, compounds, and alloys such as germanium and tin can also be used.
成膜条件は結合水素量を少なくする以外にはとくに限定
されるものではない。半導体薄膜中の結合水素量は20
at%以下であり、好ましくは、10 at%以下にな
るような成膜条件が選択される。20%を越えてあまり
に多量の結合水素があると、反応性ガスを含む放電雰囲
気に曝す効果がない。もちろん、これらの条件を満足す
る範囲内であれば、不活性ガス、水素、炭化水素、フッ
素、酸素ガス等の雰囲気で成膜することができる。具体
的な条件として、ガス流量は、1〜100 secm、
反応圧力は、0.001mtorr〜10IItorr
の範囲である。また、成膜速度に応して、流量・圧力・
電力等の成膜条件は適宜選択される。成膜温度について
は、基板温度を管理することで成膜が行われる。温度範
囲は、基本的には制約をうけるものではないが、改質工
程に適合させて温度を設定することが好ましい。具体的
には、soo ’c以下の温度範囲で選択される。The film-forming conditions are not particularly limited other than reducing the amount of bound hydrogen. The amount of bonded hydrogen in the semiconductor thin film is 20
Film forming conditions are selected such that the concentration is at most 10 at%, preferably at most 10 at%. If there is too much bound hydrogen, exceeding 20%, exposure to a discharge atmosphere containing reactive gases will be ineffective. Of course, as long as these conditions are satisfied, the film can be formed in an atmosphere of inert gas, hydrogen, hydrocarbon, fluorine, oxygen gas, or the like. As specific conditions, the gas flow rate is 1 to 100 sec,
The reaction pressure is 0.001 mtorr to 10 II torr
is within the range of In addition, the flow rate, pressure,
Film forming conditions such as electric power are selected as appropriate. Regarding the film formation temperature, film formation is performed by controlling the substrate temperature. Although the temperature range is basically not subject to any restrictions, it is preferable to set the temperature in accordance with the reforming process. Specifically, it is selected within a temperature range of soo'c or less.
一方、導電性薄膜の形成の場合、第一の導電性薄膜と第
二の導電性薄膜とは、互いに異なる導電型を有するもの
である。例えば、第一の導電型をp型とすれば、第二の
導電型はn型になる。その逆の場合もありえることは云
うまでもない。p型の導電性を付与するには、出発原料
に■族の元素(例えば、ホウ素)を含む化合物を用いる
か、ジボラン、ハロゲン化ホウ素、トリメチルホウ素ガ
ス等の雰囲気で成膜することで行える。n型の導電性を
付与するには、出発原料に■族の元素(例えば、リン)
を含む化合物を用いるが、ホスフィン、アルシン、ハロ
ゲン化リン、ハロゲン化砒素、アルキルリン、アルキル
砒素ガス等の雰囲気で成膜することで行える。On the other hand, in the case of forming a conductive thin film, the first conductive thin film and the second conductive thin film have conductivity types different from each other. For example, if the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. Needless to say, the opposite case is also possible. P-type conductivity can be imparted by using a compound containing a group (I) element (for example, boron) as a starting material, or by forming a film in an atmosphere of diborane, boron halide, trimethylboron gas, or the like. To impart n-type conductivity, a group ■ element (for example, phosphorus) is added to the starting material.
The film can be formed in an atmosphere of phosphine, arsine, phosphorus halide, arsenic halide, alkyl phosphorus, alkyl arsenic gas, or the like.
効果的なCVD法の具体的示例を以下に示す。Specific examples of effective CVD methods are shown below.
まず、実質的に真性な薄膜の形成の場合、成膜のための
原料ガスとして、一般式Si、、Hz、、−z 、(n
は自然数)で表されるモノシラン、ジシラン、トリシラ
ン、テトラシランなどシラン化合物や、フッ化シラン、
有機シラン、炭化水素等が用いられる。また、水素、フ
ッ素、塩素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、窒素等のガ
スを原料ガスとともに導入しても良い。これらのガスを
用いる場合には、原料ガスに対して、0.01〜100
%(容積比率)の範囲で用いると効果的であり、成膜速
度や膜特性(水素量など)を考慮して適宜選択されるも
のである。First, in the case of forming a substantially intrinsic thin film, the general formula Si, Hz, , -z, (n
is a natural number), silane compounds such as monosilane, disilane, trisilane, and tetrasilane, fluorinated silane,
Organic silanes, hydrocarbons, etc. are used. Further, a gas such as hydrogen, fluorine, chlorine, helium, argon, neon, nitrogen, etc. may be introduced together with the raw material gas. When using these gases, 0.01 to 100
It is effective when used within a range of % (volume ratio), and is appropriately selected in consideration of the film formation rate and film characteristics (hydrogen content, etc.).
成膜条件については、物理的成膜方法と同様に、結合水
素量を少なくする以外にはとくに限定されるものではな
い。すなわち半導体薄膜中の結合水素量は20at%以
下であり、好ましくは、10 at%以下になるように
、成膜条件が選択される。具体的な条件を以下に開示す
ると、光CVDは、低圧水銀ランプや重水素ランプや希
ガスランプなどの、波長350 nm以下の紫外光源を
用いて原料ガスを分解し成膜が行われる。成膜時の条件
として、ガス流量1〜100 seem、反応圧力15
mtorr 〜大気圧、基板温度200〜600°C
1基板の耐熱性、成膜速度から考えられる成膜時間、後
処理のプラズマ処理温度等を考慮すると、より好ましく
は、300〜500℃の範囲において適宜選択される。As with the physical film-forming method, the film-forming conditions are not particularly limited other than reducing the amount of bonded hydrogen. That is, the film forming conditions are selected so that the amount of bound hydrogen in the semiconductor thin film is 20 at % or less, preferably 10 at % or less. Specific conditions will be disclosed below. In photo-CVD, film formation is performed by decomposing a source gas using an ultraviolet light source with a wavelength of 350 nm or less, such as a low-pressure mercury lamp, deuterium lamp, or rare gas lamp. The conditions during film formation were a gas flow rate of 1 to 100 seam and a reaction pressure of 15
mtorr ~ atmospheric pressure, substrate temperature 200~600°C
Considering the heat resistance of one substrate, the film formation time considered from the film formation rate, the plasma treatment temperature of post-treatment, etc., it is more preferably selected appropriately in the range of 300 to 500°C.
また、プラズマCVDについて、以下に具体的に示す。Further, plasma CVD will be specifically shown below.
放電の方式として、高周波放電、直流放電、マイクロ波
放電、ECR放電等の方式を有効に用いることができる
。原料ガスの流量1〜9005ecta、反応圧力0.
OO1mtorr〜大気圧、電力1mW/c+i〜IO
W/c+Jの範囲で十分である。これらの成膜条件は成
膜速度、放電方法に応し適宜変更されるものである。As the discharge method, methods such as high frequency discharge, direct current discharge, microwave discharge, and ECR discharge can be effectively used. Flow rate of raw material gas is 1 to 9005 ecta, reaction pressure is 0.
OO1mtorr~atmospheric pressure, power 1mW/c+i~IO
A range of W/c+J is sufficient. These film forming conditions are changed as appropriate depending on the film forming rate and the discharge method.
基板温度は200〜600°Cであり、より好ましくは
、300〜500℃である。The substrate temperature is 200 to 600°C, more preferably 300 to 500°C.
一方、導電性薄膜の形成の場合、物理的成膜方法と同様
に、第一の導電性薄膜と第二の導電性薄膜トは、互いに
異なる導電型を有するものである。例エバ、第一の導電
型をp型とすれば、第二の導電型はn型になる。その逆
の場合もありえることは云うまでもない。p型の導電性
を付与するには、原料ガスにジボラン、ハロゲン化ホウ
素、トリメチルホウ素ガス等を加えて、成膜することで
行える。n型の導電性を付与するには、原料ガスにホス
フィン、アルシン、ハロゲン化リン、ハロゲン化砒素、
アルキルリン、アルキル砒素ガス等を加えて、成膜する
ことで行える。On the other hand, in the case of forming a conductive thin film, the first conductive thin film and the second conductive thin film have different conductivity types, similar to the physical film formation method. For example, if the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. Needless to say, the opposite case is also possible. P-type conductivity can be imparted by adding diborane, boron halide, trimethylboron gas, etc. to the raw material gas and forming a film. To impart n-type conductivity, phosphine, arsine, phosphorus halide, arsenic halide,
This can be done by adding alkyl phosphorus, alkyl arsenic gas, etc. to form a film.
本発明において、改質工程とは、非堆積性の反応性ガス
を改質室に導入し、放電を発生させ、この放iff雰囲
気に、成膜工程において形成された薄膜を曝す工程であ
る。In the present invention, the modification step is a step in which a non-depositional reactive gas is introduced into the modification chamber, a discharge is generated, and the thin film formed in the film formation step is exposed to this iff atmosphere.
放電を発生させる方式は高周波放電、直流放電、マイク
ロ波放電、ECR放電等をを効に利用することができる
。また、非堆積性の反応性ガスとは、水素、フッ素、フ
ッ素化合物等であり、水素ガス、フッ素、フッ化水素ガ
ス、三フッ化窒素、四フッ化炭素等を有効に用いること
ができる。また、これらのガスの混合ガスでも構わない
。As a method for generating discharge, high frequency discharge, direct current discharge, microwave discharge, ECR discharge, etc. can be effectively used. Further, the non-depositing reactive gas includes hydrogen, fluorine, fluorine compounds, etc., and hydrogen gas, fluorine, hydrogen fluoride gas, nitrogen trifluoride, carbon tetrafluoride, etc. can be effectively used. Further, a mixed gas of these gases may be used.
改質工程の具体的な条件を次に開示する。放電は、放t
′を力1〜500W、非堆積性の反応性ガスの流量5〜
500sec+a、圧力、O,OOlmtorr 〜大
気圧の範囲において、発生維持される。改質工程におけ
る温度条件は基板の温度で管理される。この基板温度は
、成膜工程の基板温度と同じがあるいはより低い温度で
あり、室温から600°C1好ましくは、200〜50
0″Cである。Specific conditions for the modification step will be disclosed next. The discharge is
' with a power of 1 to 500 W and a flow rate of non-depositing reactive gas of 5 to 500 W.
It is generated and maintained within a range of 500 sec+a, pressure, O,OOlmtorr to atmospheric pressure. The temperature conditions in the modification process are controlled by the temperature of the substrate. This substrate temperature is the same as or lower than the substrate temperature in the film forming process, and is preferably 600°C to 200°C to 50°C from room temperature.
0″C.
一回の成膜工程においては、5がら100人に、好まし
くは10から80八に、さらに好ましくは30から50
人の膜厚に形成される。なお、あまりに膜厚を薄くする
と、結晶化する恐れがあり、アモルファス薄膜としては
、過度に薄く出来ない。In one film-forming process, 5 to 100 people, preferably 10 to 808 people, more preferably 30 to 50 people
Formed to the thickness of a person. Note that if the film thickness is made too thin, there is a risk of crystallization, so it cannot be made too thin as an amorphous thin film.
Iサイクルに要する時間は特に限定される要件ではない
が、1000秒以内数秒以上である。成膜工程から改質
工程へ移行する時間および改質工程から成膜工程に移行
する時間はできる限り短いほうがこのましい。この時間
は装置形状・寸法、真空排気システム等に依存する。具
体的には1秒以内に短縮することもできる。The time required for the I cycle is not particularly limited, but is within 1000 seconds and several seconds or more. It is preferable that the time from the film formation process to the modification process and the time from the modification process to the film formation process be as short as possible. This time depends on the shape and dimensions of the device, the vacuum evacuation system, etc. Specifically, the time can be shortened to less than 1 second.
本発明を実施するための形成装置としては、特に制限は
ないが、例えば第2図に示したような、基体挿入室l、
第一の導電性薄膜形成室2、より厚い第二の実質的に真
性の薄膜形成室3、第二の導電性薄膜形成室4、第二の
t極形成室5からなり、基体挿入室、電極形成室以外は
全てプラズマCVD法を適用できるものである。本発明
で用いる基体や電極の材料については特に制限されず、
従来用いられている物質がを効に用いられる。例えば、
基体としては絶縁性または導電性、透明、不透明のいず
れかの性質を有するものでもよい。There are no particular limitations on the forming apparatus for carrying out the present invention, but for example, a substrate insertion chamber l, as shown in FIG.
Consisting of a first conductive thin film forming chamber 2, a thicker second substantially intrinsic thin film forming chamber 3, a second conductive thin film forming chamber 4, and a second t-electrode forming chamber 5, a substrate insertion chamber, The plasma CVD method can be applied to everything except the electrode forming chamber. The materials of the substrate and electrodes used in the present invention are not particularly limited;
Conventionally used substances can be used effectively. for example,
The substrate may be insulating or conductive, transparent, or opaque.
基本的にはガラス、アルミナ、シリコン、ステンレスス
ティール、アルミニウム、モリブデン、クロム、耐熱性
高分子等の物質で形成されるフィルムあるいは板状の材
料を有効に用いることができる。電極材料としては、光
入射側にはもちろん透明あるいは透明性の材料を用いな
ければならないが、これ以外の実質的な制限はない。ア
ルミニウム、銀、クロム、チタン、ニッケルークロム、
金、白金等の金属や酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウ
ム等の金属酸化物の中から適宜、選択して用いることが
できる。なお、本発明で得られる非晶質太陽電池の構成
を第1図に示すが、各構成層の厚みは、特に規定するも
のでなく、より厚い第二の実質的に真性の薄膜の厚みが
、−度の繰り返しにおいて形成される薄膜の厚みより、
当然厚くなければならない当然の要請を除き、従来通常
使用されている公知の非晶質太陽電池の厚みがそのまま
使用可能である。例えば、より厚い第二の実質的に真性
の薄膜の厚みとしては、500〜50,000人程変形
使用可能である。Basically, film or plate-shaped materials formed from substances such as glass, alumina, silicon, stainless steel, aluminum, molybdenum, chromium, and heat-resistant polymers can be effectively used. As for the electrode material, a transparent or transparent material must of course be used on the light incident side, but there are no other practical limitations. Aluminum, silver, chromium, titanium, nickel-chromium,
It can be appropriately selected and used from metals such as gold and platinum, and metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, and indium oxide. The structure of the amorphous solar cell obtained by the present invention is shown in FIG. 1, but the thickness of each constituent layer is not particularly defined, and the thickness of the second substantially intrinsic thin film, which is thicker, is From the thickness of the thin film formed by repeating , - degrees,
Except for the obvious requirement that the solar cell be thick, the thickness of conventionally known amorphous solar cells can be used as is. For example, the thickness of the thicker second substantially intrinsic film can vary by as much as 500 to 50,000.
〔実施例1〕
本発明を実施するための形成装置としては、第2図に示
したような装置を用いた。これは、基体挿入室、第一の
導電性薄膜形成室、より厚い第二の実質的に真性の薄膜
形成室、第二の導電性薄膜形成室、第二の電極形成室か
らなり、基体挿入室、電極形成室以外は全てプラズマC
VD法を通用できるものを用いた。ここで得られる非晶
質太陽電池の構成を第1図に示す。第一の電極2として
、酸化スズ薄膜が形成されたガラス基体1は、基体挿入
室で真空中加熱され、第一の導電性薄膜形成室に移送さ
れた。第一の;1g I P!薄膜3には、p型の導電
性を付与するため、原料ガスとして、ジシラン/ジメチ
ルシラン/ジボラン/水素を571゜510.01/2
0の割合で導入し、圧力Q、2Torr 、、形成温度
250℃、高周波電力IWで約10OAの厚みp型非
晶質シリコンカーバイド膜を形成した。ついで、ジボラ
ンの供給を停止して、ジメチルシラン/ジシランの割合
を175からOへと減少させ、圧力0.ITorr 、
形成温度275°C1高周波電力IWで約150人の厚
みのより薄い第一の実質的に真性の薄膜4を形成した。[Example 1] As a forming apparatus for implementing the present invention, an apparatus as shown in FIG. 2 was used. It consists of a substrate insertion chamber, a first conductive thin film formation chamber, a thicker second substantially intrinsic thin film formation chamber, a second conductive thin film formation chamber, and a second electrode formation chamber. All rooms except the electrode formation room are plasma C.
A material that can be used with the VD method was used. The structure of the amorphous solar cell obtained here is shown in FIG. A glass substrate 1 on which a tin oxide thin film was formed as a first electrode 2 was heated in a vacuum in a substrate insertion chamber, and then transferred to a first conductive thin film forming chamber. First; 1g I P! In order to impart p-type conductivity to the thin film 3, disilane/dimethylsilane/diborane/hydrogen is used as a source gas at 571°510.01/2.
A p-type amorphous silicon carbide film with a thickness of about 10 OA was formed at a pressure Q of 2 Torr, a formation temperature of 250° C., and a high frequency power IW. Then, the diborane feed was stopped, the dimethylsilane/disilane ratio was decreased from 175 to 0, and the pressure was reduced to 0. ITorr,
A first substantially intrinsic thin film 4 having a thickness of approximately 150 mm was formed at a formation temperature of 275° C. and a high frequency power IW.
ついで、該基体をより厚い第二の実質的に真性の薄膜形
成室に移送した。より厚い第二の実質的に真性の薄膜5
は、まず、成膜条件として、ジシラン2secm、水素
50secm、反応圧力0.25Torr、高周波電力
15W、基板温度300°Cに設定し、Si薄膜を約4
0人成膜したのち、放電を止めることなく、ただちにジ
シランの供給を停止し、反応性ガスたる水素50sec
m、圧力0.25T。The substrate was then transferred to a second, thicker, substantially intrinsic film formation chamber. thicker second substantially intrinsic thin film 5
First, the film forming conditions were set as disilane 2 sec, hydrogen 50 sec, reaction pressure 0.25 Torr, high frequency power 15 W, and substrate temperature 300°C.
After the film was formed, the supply of disilane was immediately stopped without stopping the discharge, and the supply of hydrogen as a reactive gas was continued for 50 seconds.
m, pressure 0.25T.
rr、高周波電力15W、基板温度400°Cにて10
秒間Si薄膜を放電中に暴露した。改質後、再びジシラ
ンを2secm導入し、成膜工程−改質工程を同一条件
で繰り返した。150回の繰り返しにより約6000人
まで形成を行った。次に、第二の導電性薄膜形成室に移
送された。第二の導電性薄膜6には、n型の導電性を付
与するために、原料ガスとして、ジシラン/ホスフィン
/水素を1010.01/100の割合で導入し、圧力
0.2Torr 、形成温度250°C,RF電力80
Wで、約500人の厚みn型微結晶シリコン膜を形成し
た。ついで、第二電極形成室へ移送され、真空1着によ
り、アルミニウム膜を第二の電極7として形成した。rr, high frequency power 15W, substrate temperature 400°C 10
The Si thin film was exposed during the discharge for seconds. After the modification, disilane was introduced again for 2 seconds, and the film formation process and modification process were repeated under the same conditions. Approximately 6,000 people were formed by repeating 150 times. Next, it was transferred to a second conductive thin film forming chamber. In order to impart n-type conductivity to the second conductive thin film 6, disilane/phosphine/hydrogen was introduced as raw material gases in a ratio of 1010.01/100, at a pressure of 0.2 Torr and a formation temperature of 250. °C, RF power 80
An n-type microcrystalline silicon film with a thickness of about 500 wafers was formed using W. Then, it was transferred to a second electrode forming chamber, and an aluminum film was formed as the second electrode 7 by vacuum coating.
かくして得られた非晶質太陽電池の光電変換特性をA
M 1.5.100mW/cm2の光をソ”t ”
、/ユミレーターにより、照射して測定した。この結果
、光電変換効率12.8%、短絡光電流18.70mA
/cm”、開放端電圧0.900 V、曲線因子0.7
60と優れた性能を示した。その上、この非晶質太陽電
池の光安定性を調へるために、AM−1,5,100m
W/cfflの光を20時間連続照射し、光電変換効率
の変化を観測した。初期の光電変換効率に対する20時
間後の光電変換効率の変化は5%以下であり、きわめて
安定性の非晶質太陽電池であることが判明した。The photoelectric conversion characteristics of the amorphous solar cell thus obtained are A
M 1.5. Light of 100mW/cm2
, / Umilator, irradiated and measured. As a result, the photoelectric conversion efficiency was 12.8%, and the short-circuit photocurrent was 18.70 mA.
/cm”, open circuit voltage 0.900 V, fill factor 0.7
60, showing excellent performance. Moreover, in order to control the photostability of this amorphous solar cell, AM-1,5,100m
Light of W/cffl was continuously irradiated for 20 hours, and changes in photoelectric conversion efficiency were observed. The change in photoelectric conversion efficiency after 20 hours with respect to the initial photoelectric conversion efficiency was 5% or less, indicating that it was an extremely stable amorphous solar cell.
〔比較例1〕
実施例1において、より厚い第二の実質的に真性の薄膜
の形成において、Si薄膜の形成後、改質工程を経るこ
となく 6000人の厚みにまで形成して、非晶質太陽
電池を作製した。本方法により得られた非晶質太陽電池
の性能は、光電変換効率11.7%、短絡光電流17.
15a+A/cm” 、開放端電圧0.911■、曲線
因子0.752であり、実施例1で示された性能に比べ
低かった。また2、この光安定性を測定したところ、光
電変換効率の変化率は約20%はどの変化を示し、未だ
信鯨性が欠ける特性であることがわかった。本比較例は
改質工程を経過しなければ本発明の効果は発揮出来ない
ことを示すものである。[Comparative Example 1] In Example 1, in the formation of a thicker second substantially intrinsic thin film, after forming the Si thin film, it was formed to a thickness of 6000 nm without going through a modification process, and was made into an amorphous film. A high-quality solar cell was fabricated. The performance of the amorphous solar cell obtained by this method is that the photoelectric conversion efficiency is 11.7%, and the short-circuit photocurrent is 17.
15a+A/cm", open-circuit voltage 0.911■, and fill factor 0.752, which were lower than the performance shown in Example 1. 2. When the photostability was measured, it was found that the photoelectric conversion efficiency It was found that the rate of change was about 20%, which indicates that the property still lacks credibility.This comparative example shows that the effect of the present invention cannot be exhibited unless the reforming process is performed. It is.
以上の実施例ならびに比較例から明らかなように、少な
(ともより厚い第二の実質的に真性の薄膜を一度の繰り
返し膜厚5から100人で、改質工程で非堆積性の反応
性ガスの放電雰囲気で処理し、作製して形成した非晶質
太陽電池は、該薄膜を改質工程を行わないで作製した非
晶質太陽電池より良好な光1i特性を有し、本質的に問
題とされている光照射に対する安定性も大幅に改善され
た。As is clear from the above Examples and Comparative Examples, a second (and thicker) substantially intrinsic thin film is repeatedly formed at a thickness of 5 to 100 times, and a non-depositing reactive gas is used in the modification process. An amorphous solar cell manufactured by processing the thin film in a discharge atmosphere has better optical 1i characteristics than an amorphous solar cell manufactured without performing a modification process on the thin film, and is essentially free from problems. The stability against light irradiation, which is said to be important, has also been significantly improved.
したがって、本発明は電力用太陽電池に要求される高変
換効率ならびに高倍転性を可能にする技術を提供できる
ものであり、エネルギー産業にとって、きわめて有用な
発明である。Therefore, the present invention can provide a technology that enables high conversion efficiency and high multiplier performance required for power solar cells, and is an extremely useful invention for the energy industry.
第1図は本発明により得られる非晶質太陽電池の構成の
一例を示す断面模式図である。第2図は本発明の素子を
形成するために好ましい装置の一例を示す模式図である
。第2図において、1−−−−基体挿入室、2−−−−
−・・−第一の導電性薄膜形成室、3−・−−−−−−
一−−より厚い第二の実質的に真性の薄膜形成室、4・
−−−−〜−・・−第二の導電性薄膜形成室、5・第二
電極形成室、6−・−・−基体取り出し室、7−・−−
−一一基体、8−−−−−−−一放itt力印加電極、
9・−基体加熱電極、1l−−−−−−メタルマスク、
11蒸着源、12−−・−・・−真空排気ライン、13
−−−−−・−原料ガス導入ライン、1 t−−−−一
・−三方切り替えバルブ、15−−−−−−−・−ゲー
ト弁を示す。
特許出願人 三井東圧化学株式会社
−第二の電極
一第二の導電性薄膜
一成膜工程と改質工程を繰り返して形成されたより厚い
第二の実質的に真性の薄膜
−より薄い第一の実質的に真性の薄膜
−第一の導電性薄膜
一第一の電極
一ガラス基体
第1図FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of an amorphous solar cell obtained by the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a preferred apparatus for forming the element of the present invention. In FIG. 2, 1----substrate insertion chamber, 2----
---First conductive thin film forming chamber, 3--------
1--a second substantially intrinsic film formation chamber that is thicker; 4.
--------Second conductive thin film forming chamber, 5--Second electrode forming chamber, 6----Substrate removal chamber, 7---
-11 base, 8-------1 release force applying electrode,
9.-Substrate heating electrode, 1l----Metal mask,
11 evaporation source, 12--...- vacuum exhaust line, 13
---- Raw material gas introduction line, 1 t --- 1.- Three-way switching valve, 15 --- Gate valve is shown. Patent applicant: Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. - Second electrode - Second conductive thin film - Thicker second substantially intrinsic thin film formed by repeating the deposition process and the modification process - Thinner first film Substantially Intrinsic Thin Film - First Conductive Thin Film - First Electrode - Glass Substrate FIG.
Claims (1)
薄い第一の実質的に真性の薄膜、より厚い第二の実質的
に真性の薄膜、第二の導電性薄膜、第二の電極の順に形
成せしめられた非晶質太陽電池において、 [1]少なくとも、より厚い第二の実質的に真性の薄膜
の形成を結合水素量が20原子%以下の半導体薄膜の形
成工程と反応性ガスを含む放電雰囲気に曝す工程の繰り
返しによって行い、かつ、[2]一度の繰り返しにおい
て形成される半導体薄膜の厚みが、5から100Åであ
ることを特徴とする非晶質太陽電池の製造方法。(1) on a substrate, a first electrode, a first conductive thin film, a thinner first substantially intrinsic thin film, a thicker second substantially intrinsic thin film, a second conductive thin film; In an amorphous solar cell formed in the order of the second electrode, [1] Formation of at least a thicker second substantially intrinsic thin film is a step of forming a semiconductor thin film with a bound hydrogen content of 20 at % or less. [2] The thickness of the semiconductor thin film formed in one repetition is from 5 to 100 Å. Production method.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234392A JPH04115579A (en) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | Amorphous solar cell |
| AU83546/91A AU632241B2 (en) | 1990-09-06 | 1991-09-02 | Amorphous silicon solar cell and method for manufacturing the same |
| DE69125554T DE69125554T2 (en) | 1990-09-06 | 1991-09-04 | Process for producing an amorphous silicon solar cell |
| EP91308087A EP0475666B1 (en) | 1990-09-06 | 1991-09-04 | Method of Manufacturing an Amorphous Silicon Solar Cell |
| US07/756,219 US5248348A (en) | 1990-09-06 | 1991-09-05 | Amorphous silicon solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2234392A JPH04115579A (en) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | Amorphous solar cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04115579A true JPH04115579A (en) | 1992-04-16 |
Family
ID=16970281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2234392A Pending JPH04115579A (en) | 1990-09-06 | 1990-09-06 | Amorphous solar cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04115579A (en) |
-
1990
- 1990-09-06 JP JP2234392A patent/JPH04115579A/en active Pending
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