JPH046880A - 非晶質シリコンカーバイド膜の形成方法並びに光起電力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［０００１］ 本発明は、非晶質シリコンカーバイド膜及びこの膜の形
成方法並びに光起電力装置に関する。 ［０００２］

【従来の技術】

非晶質半導体、特に、非晶質シリコンを用いた光起電力
装置は、電卓等の民生用として既に実用化されている。 ［０００３］ このような光起電力装置は、通常、ｐｉｎ接合を有して
おり、そして、多くの光を光活性層であるｉ型層に入射
するべく、光入射側に設けられるｐ型層は、バンドギャ
ップの広い非晶質シリコンカーバイド（以下、ａ−３ｉ
Ｃと称す）膜から構成されている。例えば、米国！＃許
第４．３８５．１９９号に詳しい。 ［０００４］

【発明が解決しようとする課題】

しかし乍ら、従来のａ−３ｉＣ膜においても、十分に光
を透過しているとは言えなかった。 ［０００５］ また、光起電力装置の寿命を伸ばすべく、ｉ型層中の水
素濃度を低減させることが成されており、そのために、
ｉ型層を高温で形成している。 ［０００６］ 然るに、ｉ型層を高温で形成するに先立って、ｐ型層が
形成されている場合、従来のｐ型層としてのａ−３ｉＣ
膜は、耐熱性に乏しく、ｉ型層の形成時にこの層に悪影
響を与えていた。また、ｉ型層の形成に先立ってｎ型層
が形成される場合においても、同様に、ｉ型層形成時、
この層に悪影響を与えてしまう。 ［０００７］

【課題を解決するための手段】

本発明の非晶質シリコンカーバイド膜は、炭素原子１個
に対して、平均２個以上のシリコン原子が結合したこと
を特徴とする。 ［０００８］ また、本発明の非晶質シリコンカーバイド膜の形成方法
は、放電電極により発生されたプラズマ放電を磁界によ
り特定の領域に閉じ込めた反応室内において、上記プラ
ズマ放電領域から離れた位置に膜形成用基板を配置する
工程と、上記反応室内に、シリコン化合物ガス及びこの
ガス量より多い炭素化合物ガスを導入し上記プラズマ放
電によって分解する工程と、分解されたガスにより上記
基板上に膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とす
る。 ［０００９］ 更に、本発明の非晶質シリコンカーバイド膜の形成方法
は、上記基板上に上記非晶質シリコンカーバイド膜が形
成された後、この非晶質シリコンカーバイド膜中にｐ型
不純物を添加することを特徴とする。 ［００１０１ 更に、本発明の光起電力装置は、受光面電極上に、上述
の非晶質シリコンカーバイド膜をｐ型層として備えるこ
とを特徴とする。 ［００１１］ 更には、本発明の光起電力装置は、基板の導電性表面に
形成されるｎ型層が、膜中のシリコン原子の２０〜５０
％が炭素原子と結合した非晶質シリコンカーバイド膜か
らなることを特徴とする。 ［００１２］

【作用】

本発明のａ−５ｉＣ膜は、炭素原子１個に対して、平均
２個以上のシリコン原子が結合しているので、光吸収の
少ないａ−３ｉＣ膜となる。 ［００１３］ また、本発明の方法によれば、シリコン原子と水素原子
が直接結合する割合が少ないので、耐熱性に優れたａ−
３ｉＣ膜となる。 ［００１４］ 更に、このようなａ−３ｉＣ膜を用いた光起電力装置に
あっては、光の収集効率に優れ、高出力を得られる。 ［００１５］

【実施例】

本発明は、光吸収が少なく、また耐熱特性に優れたａ−
３ｉＣ膜を提供するものであり、炭素原子１個に対して
、平均２個以上のシリコン原子が結合したことを特徴と
する。 ［００１６］ 図１は、本発明のａ−３ｉＣ膜を形成するためのＲＦグ
ロー放電装置を示している。 ［００１７］ この装置は、低圧状態となると共に原料ガスが導入され
る反応室１内に、対向配置で一対の放電電極２．３が設
けられ、これら放電電極２．３間には、高周波電力ＲＦ
が印加されている。一方の電極２上には、膜形成用の基
板４が配され、また、他方の電極３に近接して、放電電
極２．３にて形成されるプラズマを閉じ込めるための電
磁石５が設けられている。この電磁石５は、これに流れ
る電流、所謂、磁場電流（Ｉ　ｍｇ）を任意に変更でき
るようになっている。 ［００１８］ 本発明のａ−５ｉＣ膜は、この装置を用いて形成される
。表１にａ−５ｉＣ膜の一形成条件を示す。なお、同表
には、通常のプラズマＣＶＤ法による従来のａ−５ｉＣ
膜の形成条件をも示している。 ［００１９］

【表１】 ［００２０］ 図２は、この条件にて形成されたａ−３ｉＣ膜の光吸収
特性を示している。 同図において、本発明方法によるものは、夫々電磁石５
の磁場電流をＯＡ、ＩＡ及び２Ａとした場合を示してお
り、また、従来方法のものは破線にて示している。 ［００２１］ 同図から明らかなように、本発明により形成されたａ−
３ｉＣ膜は、いかなる波長の光に対しても、その吸収係
数が小さい。 ［００２２］ 図３及び図４は、本発明方法と従来方法とにより形成さ
れたａ−３ｉＣ膜のＸｐｓ（Ｘ線光電子分光法）スペク
トル特性（実線が本発明方法によるもの）及び本発明に
より形成されたａ−５ｉＣ膜の赤外線吸収特性を示して
いる。 ［００２３］ これら各特性から見て、本発明方法により形成されたａ
−３ｉＣ膜は、従来方法により形成されたａ−３ｉＣ膜
と比べて、炭素原子とシリコン原子とが直接結合してい
る割合が多い。また、本発明により形成されたａ−３ｉ
Ｃ膜は、炭素原子と水素原子、及びシリコン原子と水素
原子が、夫々直接結合している割合が少ないことが分か
る。 ［００２４］ 即ち、本発明のａ−５ｉＣ膜は、炭素原子とシリコン原
子とが直接結合する割合が多い。より具体的に言うと、
膜中において、炭素原子１個に対し、平均２個以上のシ
リコン原子が結合しているため、上述の如く、光吸収係
数の小さいａ　−３ｉＣ膜となる。 ［００２５］ 更に、本発明のａ−５ｉＣ膜は、シリコン原子と水素原
子とが結合する割合が少ないので、耐熱性に優れたａ−
３ｉＣ膜となる。 ［００２６］ ところで、本発明のａ−３ｉＣ膜を光起電力装置のｐ型
層として用いる場合、ａ−３ｉＣ膜中にｐ型不純物をド
ープする必要がある。 ［００２７］ 通常、ｐ型不純物は、膜形成時にＢ　２　Ｈ６等のｐ型
不純物化合物ガスを用いてドープするが、本発明者等は
、本発明のａ−５ｉＣ膜にあっては、膜形成後に、ａ−
３ｉＣ膜中にｐ型不純物をドープするのが好ましいこと
を見出しな。 ［００２８］ 即ち、上述の方法でａ−５ｉＣ膜を形成した後、この膜
をＢ２Ｈ６ガスを含むプラズマ放電中にて処理すること
により、ａ−３ｉＣ膜中に、ｐ型不純物としてボロン（
Ｂ）をドープする。 ［００２９］ 図５（Ａ）は、斯る方法によりａ−３ｉＣ膜中にＢをド
ープした場合のプラズマ処理時間とａ−３ｉＣ膜の暗導
電率との関係を示している。また、同図（Ｂ）は、ａ−
３ｉＣ膜中の形成時に、Ｂ　２　Ｈ６ガスを用いてａ−
３ｉＣ膜中にＢをドープした場合のＢＨのＳｉＨ４に対
する比率と暗導電率との関係を示す。 ［００３０］ なお、同図（Ａ）及び（Ｂ）のａ−３ｉＣ膜は、共に表
１に示す条件で、膜厚２００Ａに形成されたものであり
、また、Ｂ２Ｈ６ガスによるプラズマ処理の条件は、以
下の表２の通りである。 ［００３１７

【表２】 ［００３２］ 図５（Ａ）及び（Ｂ）から明らかなように、ｐ型のａ−
ＳｉＣ膜を形成するに当り、ａ−３ｉＣ膜を形成した後
に、ｐ型不純物としてのＢを膜中にドープすることによ
り、ａ−３ｉＣ膜の暗導電率を、膜形成と同時にＢをド
ープする場合に比べて、大きく向上させることができる
。 ［００３３］ 図６は、上述のａ−３ｉＣ膜を用いた本発明の光起電力
装置の一実施例を示しており、ガラス等の透明基板１０
上に形成されたＩＴ○、ＳｎＯ３等の透明電極膜１１上
に、本発明のｐ型ａ−３ｉＣ膜１２、プラズマＣＶＤ法
を用いて３５０℃の温度で膜厚的２０００　Ａに形成し
なｉ型ａ−３ｉ膜１３、ｎ型ａ−３ｉ膜１４及び裏面電
極膜１５を、この順に形成したものである。 ［００３４］ ところで、この例によれば、上記ｐ型ａ−３ｉＣ膜１２
は、膜形成後にＢをドープするために、Ｂの濃度がｉ型
ａ−３ｉ膜１４側で高く、透明電極膜１１側で低くなる
ため、ｐ型ａ−３ｉＣ膜１３と透明電極膜１１とのオー
ミック特性が悪くなる。 ［００３５］ そこで、図７は、この課題を解決した本発明の光起電力
装置の他の実施例を示しており、透明電極膜１１とｐ型
ａ−３ｉＣ膜１２との間に、従来゛の方法、即ち、膜形
成と同時にｐ型不純物をドープした第２ｐ型ａ−３ｉＣ
膜１６を挿入したものである。なお、第２ｐ型ａ−３ｉ
Ｃ膜１６の膜厚は、３０Ａ以下が好ましい。 ［００３６］ この構造によれば、透明電極膜１１とｐ型層−３ｉＣ膜
１２との間のオーミック特性は、第２ｐ型ａ−３ｉＣ膜
１６にて改善される。 ［００３７］ これら構成の光起電力装置によれば、光入射側のｐ型層
−３ｉＣ膜１２は、光吸収係数が小さく、また暗導電率
が大きいので、図８に実線で示すように、破線で示す従
来の光起電力装置より光収集効率が向上し、また、ｉ型
層−３ｉ膜１３にて発生した光キャリアの取出し時にお
けるｐ型層−３ｉＣ膜１２での電気的損失を低減するこ
とができ、出力特性の優れた光起電力装置を形成するこ
とができる。 ［００３８］ ところで、上述の光起電力装置は、本願のａ−３ｉＣ膜
を、基板１０上に先に形成されるｐ型層−３ｉＣ膜１２
として用いた形態のものであるが、本発明のａ−３ｉＣ
膜は、その耐熱性を生かして、ｎ型層を先に基板上に形
成する形態の光起電力装置のｎ型層として用いても好適
である。 ［００３９］ 図９は、二〇種光起電力装置の一実施例を示す断面図で
ある。裏面に背面反射用の金属膜２２が被着されたガラ
ス等の透明基板２１の表面に、５ｎ０２等の透明電極膜
２３、膜厚１０〜５０　Ａ　（７）　ｎ型層−３ｉ膜２
４、本発明の特徴である膜厚５０〜２００Ａのｎ型層−
３ｉＣ膜２５、プラズマＣＶＤ法を用いて３００℃の温
度により形成され水素含有量が１０％以下である膜厚４
０００〜８０００Ａノｉ型ａ−３ｉ膜２６、膜厚１００
〜２００Ａのｐ型層−３ｉ膜２７及びＩＴ○等の透明電
極膜２８を、この順に形成したものである。 ［００４０］ ｎ型層−５ｉＣ膜２５は、図１に示すＲＦグロー放電装
置を用いて形成される。 表３にこのｎ型層−３ｉＣ膜２５の一形成条件を示す。 ［００４１］

【表３】 但し、ＣＨ４：Ｈ，ガスにより１０％に希釈ＰＨ，：　
Ｈ，ガスにより１％に希釈 ［００４２］ この条件により形成されたｎ型ａ−３ｉＣ膜２５も、本
発明のｐ型ａ−３ｉＣ膜と同様に、シリコン原子と炭素
原子との結合（Ｓｉ−Ｃ結合）を多く含み、耐熱性に優
れたものであるため、ｎ型ａ−３ｉＣ膜２５の形成後に
ｉ型ａ−３ｉ膜２６を高温で形成したとしても、ｉ型ａ
−５ｉ膜２６に悪影響を与えることがない。 ［００４３］ ところで、ｎ型ａ−３ｉＣ膜２５の形成条件は、表３に
示したように、非常に過激な条件であるため、透明電極
膜２３上に直接ｎ型ａ−３ｉＣ膜２５を形成した場合透
明電極膜２３がダメージを受け、更に、透明電極膜２３
の構成元素が不純物としてｎ型ａ−３ｉＣ膜２５中に混
入してこの膜の特性を劣化させる。これを防止するため
に、本実施例では、ｎ型ａ−３ｉＣ膜２５の形成前に、
透明電極膜２３上にｎ型ａ−５ｉ膜２４を形成している
。 ［００４４］ 図１０は、斯る光起電力装置における変換効率のｉ型ａ
−５ｉ膜２６形成温度依存性を示している。なお、この
光起電力装置のｎ型ａ−３ｉＣ膜２５は、水素量８％、
Ｃ原子と結合しているＳｉ原子の比率が２０％のもので
ある。また、同図にはｎ型ａ−３ｉＣ膜２５に代えて、
通常の方法により形成したｎ型ａ−３ｉ膜２４と同様の
ｎ型ａ−３ｉ膜を用いた従来の光起電力装置の依存性も
併せて、破線で示している。 ［００４５］ 同図から見て、従来の光起電力装置は、ｉ型層の形成温
度が高くなるほど、変換効率が低下するのに対し、本発
明の光起電力装置は、その光電変換効率がｉ型ａ−３ｉ
膜２６の形成温度にほとんど影響されないことが分かる
。 ［００４６］ ところで、図９に示す光起電力装置の光電変換効率は、
ｎ型ａ−３ｉＣ膜２５中のＣ原子と結合するＳｉ原子の
比率の影響を受ける。図１１は、ｎ型ａ−５ｉＣ膜２５
中のＣ原子と結合するＳｉ原子の比率と光電変換効率と
の関係を示している［００４７］ 同図から分かるように、Ｃ原子と結合するＳｉ原子の比
率が２０〜５０％の場合、非常に優れた光電変換効率を
得られる。 ［００４８］ 更に、図１２は、ｎ型ａ−３ｉＣ膜２５中の水素量と光
電変換効率との関係を示している。 ［００４９］ この図によれば、光起電力装置の光電変換効率は、ｎ型
ａ−５ｉＣ膜２５中の水素量に影響を受けることが分か
り、光電変換効率を向上させるには、水素量を１０％以
下とするのが好ましい。 ［００５０］ ［発明の効果］ 本発明の非晶質シリコンカーバイド膜は、光吸収特性に
優れたものとなる。 ［００５１］ また、本発明の非晶質シリコンカーバイド膜は、これを
ｐ型層とする場合、ｐ型不純物が非晶質シリコンカーバ
イド膜形成後にドープされるので、膜の導電率を向上さ
せることができる。 ［００５２３ 更に、本発明の光起電力装置は、上述したｐ型の非晶質
シリコンカーバイド膜を光入射側に備えた構成であるの
で、光の収集効率が向上し、優れた特性を備える。 ［００５３］ 更には、本発明の光起電力装置は、ｉ型層の形成に先だ
って形成されるｎ型層を耐熱性に優れた本発明の非晶質
シリコンカーバイド膜から構成したので、優れた特性を
備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のａ−３ｉＣ膜を形成するためのＲＦグロー放電
装置を示す模式的断面図である。

【図２】 本発明及び従来例のａ−３ｉＣ膜の光吸収特性を示す特
性図である。

【図３】 本発明及び従来例のａ−３ｉＣ膜のＸＰＳスペクトル特
性を示す特性図である

【図４】 本発明のａ−３ｉＣ膜の赤外線吸収特性を示す特性図で
ある。

【図５】 （Ａ）は、本発明方法によりａ−３ｉＣ膜中にＢをドー
プした場合のプラズマ処理時間とａ−３ｉＣ膜の暗導電
率との関係を示す特性図であり、（Ｂ）は、ａ−３ｉＣ
膜の形成時に、Ｂ２Ｈ６ガスを用いてａ−３ｉＣ膜中に
Ｂをドープした場合のＢＨガスのＳ　Ｉ　Ｈｚ、ガスに
対する比率と暗導電率との関係を示す特性図である。

【図６】 本発明の光起電力装置の一実施例を示す模式的断面図で
ある。

【図７】 本発明の光起電力装置の他の実施例を示す模式的断面図
である。

【図８】 本発明及び従来例の光起電力装置の光収集効率を示す特
性図である。

【図９】 本発明の光起電力装置の更に他の実施例を示す断面図で
ある。

【図１０】 本発明の光起電力装置における変換効率のｉ型ａ−３ｉ
膜膜形湿温依存性を示す特性図である。

【図１１】 本発明の光起電力装置のｎ型ａ−３ｉＣ膜中のＣ原子と
結合するＳｉ原子の比率と光電変換効率との関係を示す
特性図である。

【図１２】 本発明の光起電力装置のｎ型ａ−３ｉＣ膜中の水素量と
光電変換効率との関係を示す特性図である。

【書類名】

図面

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】 （Ａン

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０１ 【図１１】

【図１２】 ○

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素原子１個に対して、平均２個以上のシ
   リコン原子が結合したことを特徴とする非晶質シリコン
   カーバイド膜。
2. 【請求項２】放電電極により発生されたプラズマ放電を
   磁界により特定の領域に閉じ込めた反応室内において、
   上記プラズマ放電領域から離れた位置に膜形成用基板を
   配置する工程と、上記反応室内にシリコン化合物ガス及
   びこのガス量より多い炭素化合物ガスを導入し、上記プ
   ラズマ放電によって分解する工程と、分解されたガスに
   より上記基板上に膜を形成する工程と、を備えたことを
   特徴とする非晶質シリコンカーバイド膜の形成方法。
3. 【請求項３】上記基板上に上記非晶質シリコンカーバイ
   ド膜が形成された後、この非晶質シリコンカーバイド膜
   中にｐ型不純物を添加することを特徴とする請求項２記
   載の非晶質シリコンカーバイド膜の形成方法。
4. 【請求項４】受光面電極上に、請求項３により形成され
   た非晶質シリコンカーバイド膜をｐ型層として備えるこ
   とを特徴とする光起電力装置。
5. 【請求項５】上記受光面電極と上記非晶質シリコンカー
   バイド膜との間に、均等濃度でｐ型不純物が添加された
   非晶質シリコンカーバイド膜を備えたことを特徴とする
   請求項４記載の光起電力装置。
6. 【請求項６】基板の導電性表面に、少なくともｎ型層及
   びｉ型層をこの順に形成してなる光起電力装置において
   、上記ｎ型層は、膜中のシリコン原子の２０〜５０％が
   炭素原子と結合した非晶質シリコンカーバイド膜からな
   ることを特徴とする光起電力装置。
7. 【請求項７】上記非晶質シリコンカーバイド膜は、膜中
   の水素量が１０％以下であることを特徴とする請求項６
   記載の光起電力装置。