JPH05102502A - Amorphous solar cell - Google Patents

Amorphous solar cell

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JPH05102502A
JPH05102502A JP3261852A JP26185291A JPH05102502A JP H05102502 A JPH05102502 A JP H05102502A JP 3261852 A JP3261852 A JP 3261852A JP 26185291 A JP26185291 A JP 26185291A JP H05102502 A JPH05102502 A JP H05102502A
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solar cell
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silicon
amorphous solar
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賢司 宮地
Yoshinori Ashida
芳徳 芦田
Nobuhiro Fukuda
信弘 福田
Noriyuki Yanagawa
紀行 柳川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、非晶質太陽電池の高性能化のため
に、導電性薄膜に極薄膜状態で結晶性を有し、可視光に
対し、低吸収で、かつ、高キャリア密度の半導体薄膜を
適用し、開放端電圧、短絡光電流、光電変換効率の改善
を図る。 【構成】 非晶質太陽電池のp層またはn層が、炭化水
素化合物または有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合
ガスの放電により生成するイオンを成長表面に照射しつ
つ薄膜を成膜する工程とイオン照射のみを行う工程とを
繰り返し、かつその一回づつの繰り返しにおいて成膜さ
れる薄膜の厚みが1から 100Åである全膜厚が 300Å以
下の結晶性半導体薄膜であることを特徴とする非晶質太
陽電池。 【効果】 本発明により、従来技術では不可能であった
膜厚が 300Å以下で、可視光に対し低吸収で、高キャリ
ア密度の結晶性半導体薄膜の形成が可能となり、この薄
膜を非晶質太陽電池のp層またはn層に適用することに
より、光電変換効率を顕著に改善することができる。
(57) [Abstract] [Object] The present invention provides a conductive thin film having crystallinity in an ultrathin film state, low absorption of visible light, and high performance in order to improve the performance of an amorphous solar cell. Apply a semiconductor thin film with high carrier density to improve open-circuit voltage, short-circuit photocurrent and photoelectric conversion efficiency. [Structure] A p-layer or an n-layer of an amorphous solar cell forms a thin film while irradiating the growth surface with ions generated by discharge of a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organosilicon compound and a non-depositing gas The crystalline semiconductor thin film is characterized by repeating the process and the process of performing only ion irradiation, and the thickness of the thin film formed in each repetition is 1 to 100Å and the total film thickness is 300Å or less. Amorphous solar cell. [Effect] According to the present invention, it is possible to form a crystalline semiconductor thin film having a film thickness of 300 Å or less, a low absorption of visible light, and a high carrier density, which was impossible with the conventional technique. The photoelectric conversion efficiency can be remarkably improved by applying it to the p layer or the n layer of the solar cell.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は非晶質太陽電池の高性能
化に関し、特に、可視光に対して低吸収で、かつ、低抵
抗、高キャリア密度の結晶性半導体薄膜を極薄膜状態で
形成する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improving the performance of an amorphous solar cell, and more particularly, to a crystalline semiconductor thin film having low absorption of visible light, low resistance and high carrier density in an extremely thin film state. Related to forming technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】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既に実用
化されている。しかしながら、太陽光発電用途のよう
に、 0.1W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。しかして、太陽電池の光電変換効率は開放端電圧、
短絡光電流ならびに曲線因子の積で表される。各種の検
討の結果、短絡光電流ならびに曲線因子については、現
在の達成値は理論的に予想される値に近づいてきたが、
こと開放端電圧は未だ充分改善されていない。
2. Description of the Related Art Amorphous solar cells have already been put to practical use as a low-output energy supply source for driving calculators and watches. However, it cannot be said that the performance and stability are sufficient as an energy supply source with a large output of 0.1 W or more, such as solar power generation applications, and various studies have been carried out with the aim of improving performance. There is. Then, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is the open circuit voltage,
It is represented by the product of short circuit photocurrent and fill factor. As a result of various studies, regarding the short-circuit photocurrent and the fill factor, the currently achieved values have come close to the theoretically expected values,
That is, the open-circuit voltage has not been sufficiently improved.

【0003】太陽電池の信頼性向上のために、近年、光
入射側にp層を設けたpin 型非晶質太陽電池が検討され
ている。この非晶質太陽電池において、開放端電圧を改
善するためには、p型半導体薄膜の光電特性を改善せね
ばならず、特に、光学的バンドギャップの拡大と電気導
電率の向上を同時に行わねばならないところに、技術の
困難性があった。
In order to improve the reliability of solar cells, a pin type amorphous solar cell having a p-layer on the light incident side has been studied in recent years. In order to improve the open-circuit voltage in this amorphous solar cell, the photoelectric characteristics of the p-type semiconductor thin film must be improved, and in particular, the optical bandgap and the electrical conductivity must be increased at the same time. Where it didn't happen, there was technical difficulty.

【0004】これらを満足する材料として、微結晶薄膜
が提案されているが、プラズマCVD法などの従来技術を
用いて、透明電極上にp型微結晶薄膜を形成すべき成膜
条件で薄膜の形成を試みても、結果的には非晶質太陽電
池の開放端電圧は向上していない。この理由として、pi
n 型非晶質太陽電池のp層として必要十分な50〜 300Å
の膜厚において、透明電極上にp型微結晶薄膜を形成す
ることが困難なためであることが報告されている(例え
ば、ビー.ゴールドスタイン他「通常のRFグロー放電に
よって成膜されたp型 SiC:H微結晶薄膜の特性」、アプ
ライド フィジックス レター、53巻、2672〜2674頁、
1988年発行(B.Goldstein et al.,"Properties of p+ mi
crocrystalline films of SiC:H deposited by convent
ional rfglow discharge", Applied Physics letters,
53, p2672〜2674 (1988))。つまり、50〜 300Åの膜厚
においては結晶化せず、高抵抗化しており、曲線因子も
低く、開放端電圧の改善も得られない。一方、ECR(Elec
tron CyclotronResonance) プラズマCVD 法を用いてp
層を形成した場合は、開放端電圧の改善および光電変換
効率の向上が報告されているが、本法ではイオン衝撃に
よる下地材料への損傷が激しく、本法によって得られる
p型微結晶薄膜の特性を十分に引き出せていないのが現
状である(例えば、ユタカ.ハットリ他「ECR-CVD で形
成したp型微結晶 SiC膜を用いた高効率アモルファスヘ
テロ接合太陽電池」テクニカル ダイジェスト オブ
インターナショナル PVSEC-3、171 〜174 頁、1987年発
行(Y.Hattori et al., "High Efficiency Amorphous He
terojunction Solar cell Employing ECR-CVD Produced
p-Type Microcrystalline SiC Film", Technical Dige
st of the International PVSEC-3 、p.171 〜174(198
7))。 近年、成膜後、マイクロ波プラズマや高周波プ
ラズマ等で発生させた原子状水素で処理することを繰り
返すことにより、微結晶薄膜を得られることが報告され
ているが、これらについては、全膜厚が 300Å以下でも
微結晶化が可能であるかは言及されていない(例えば、
エー.アサノ「水素化アモルファスシリコンおよび微結
晶シリコン薄膜の網目構造に対する水素原子の影響」、
アプライド フィジックス レター、56巻、533 〜535
頁、1990年発行 (A.Asano, "Effects of hydrogen atom
s on the network structure of hydrogenated amorpho
us and microcrystalline silicon thin films", Appli
ed Physics letters, 56, p.533 〜535 (1990))、イサ
ム.シミズ他「低基板温度での結晶性シリコンの成長に
対する化学反応制御」、マテリアル リサーチ ソサエ
ティー シンポジウム プロシーディング、164巻、195
〜204 頁、1990年発行(I.Shimizu et al.,"CONTROL OF
CHEMICAL REACTIONS FOR GROWTH OF CRYSTALLINE Si A
T LOW SUBSTRATE TEMPERATURE", Materials Research S
ociety Symposium Proceeding Vol.164, p.195 〜204
(1990)))。また、900 〜1000Åのシリコン薄膜を形成
後、イオンビームで処理することにより、微結晶薄膜が
得られることも報告されているが、これらの場合、keV
〜MeV オーダーの高エネルギ−のイオンを照射しなけれ
ばならず(例えば、ジェー.エス.イム他「アモルファ
スシリコン薄膜内でのイオン照射による結晶核生成」ア
プライド フィジックス レター、57巻、1766〜1768
頁、1990年発行 (J.S.Imet al., "Ion irradiation enh
anced crystal nucleation in amorphous Si thin film
s", Applied Physics letters, 57, p.1766 〜1768 (19
90))、シー.スピネラ他「化学気相堆積法によるアモル
ファスシリコンへのイオンビーム照射下での粒成長機
構」アプライド フィジックス レター、57巻、554 〜
556 頁、1990年発行(C.Spinella et al., "Grain growt
h kinetics during ion beam irradiation of chemical
vapor deposited amorphous silicon", AppliedPhysic
s letters, 57, p.554 〜556 (1990)))、下地材料への
損傷が生じること、並びに、装置が極めて大型で高価な
ものになり、実用的でない。
A microcrystalline thin film has been proposed as a material satisfying these requirements. However, the conventional technique such as the plasma CVD method is used to form the p-type microcrystalline thin film on the transparent electrode under the film forming conditions. Even if the formation is attempted, the open circuit voltage of the amorphous solar cell is not improved as a result. The reason for this is pi
50-300 Å necessary and sufficient for p-layer of n-type amorphous solar cell
It has been reported that it is difficult to form a p-type microcrystalline thin film on a transparent electrode with a film thickness of 1 μm (see, for example, Bee Goldstein et al. Type SiC: H Microcrystalline Thin Film Properties, Applied Physics Letters, 53, 2672-2674,
Published in 1988 (B. Goldstein et al., "Properties of p + mi
crocrystalline films of SiC: H deposited by convent
ional rfglow discharge ", Applied Physics letters,
53, p2672-2674 (1988)). That is, in the film thickness of 50 to 300 Å, it does not crystallize and has a high resistance, the fill factor is low, and the improvement of the open circuit voltage cannot be obtained. On the other hand, ECR (Elec
tron CyclotronResonance) plasma CVD method
When a layer is formed, improvement in open-circuit voltage and improvement in photoelectric conversion efficiency have been reported. However, this method causes severe damage to the underlying material due to ion bombardment, and the p-type microcrystalline thin film obtained by this method At present, the characteristics have not been fully exploited (eg, Yutaka Hattori et al., "High-efficiency amorphous heterojunction solar cell using p-type microcrystalline SiC film formed by ECR-CVD" Technical Digest of
International PVSEC-3, pp. 171-174, published in 1987 (Y. Hattori et al., "High Efficiency Amorphous He
terojunction Solar cell Employing ECR-CVD Produced
p-Type Microcrystalline SiC Film ", Technical Dige
st of the International PVSEC-3, p.171-174 (198
7)). In recent years, it has been reported that a microcrystalline thin film can be obtained by repeating treatment with atomic hydrogen generated by microwave plasma or high frequency plasma after film formation. It is not mentioned whether microcrystallization is possible even when the value is less than 300Å (for example,
A. Asano "Effect of hydrogen atoms on the network structure of hydrogenated amorphous silicon and microcrystalline silicon thin films",
Applied Physics Letter, Volume 56, 533-535
Page, published in 1990 (A. Asano, "Effects of hydrogen atom
s on the network structure of hydrogenated amorpho
us and microcrystalline silicon thin films ", Appli
ed Physics letters, 56, p.533-535 (1990)), Isamu. Shimizu et al. “Chemical reaction control for growth of crystalline silicon at low substrate temperature”, Material Research Society Symposium Proceedings, 164, 195
~ 204 pages, published in 1990 (I. Shimizu et al., "CONTROL OF
CHEMICAL REACTIONS FOR GROWTH OF CRYSTALLINE Si A
T LOW SUBSTRATE TEMPERATURE ", Materials Research S
ociety Symposium Proceeding Vol.164, p.195〜204
(1990))). It has also been reported that a microcrystalline thin film can be obtained by treating with an ion beam after forming a 900-1000Å silicon thin film, but in these cases, keV
It is necessary to irradiate high-energy ions in the order of ~ MeV (for example, JS Im et al., "Crystal Nucleation by Ion Irradiation in Amorphous Silicon Thin Films", Applied Physics Letters, 57, 1766-1768).
Page, published in 1990 (JSImet al., "Ion irradiation enh
anced crystal nucleation in amorphous Si thin film
s ", Applied Physics letters, 57, p.1766 ~ 1768 (19
90)), Sea. Spinella et al. "Grain Growth Mechanism of Ion Beam Irradiation on Amorphous Silicon by Chemical Vapor Deposition" Applied Physics Letters, 57, 554-
556, published in 1990 (C. Spinella et al., "Grain growt
h kinetics during ion beam irradiation of chemical
vapor deposited amorphous silicon ", AppliedPhysic
s letters, 57, p. 554 to 556 (1990)), damage to the base material, and the device being extremely large and expensive, which is not practical.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、従来不
可能であった極薄膜状態(300Å以下)で結晶性を有し、
かつ、可視光に対して低吸収で、低抵抗、高キャリア密
度の特性を有する結晶性半導体薄膜を形成できることを
見出した。しかして、本発明の目的は、該結晶性半導体
薄膜をpinまたはnip構成の非晶質太陽電池のp層
および/またはn層に適用することにより、極めて高い
開放端電圧、光電変換効率を達成せんとするにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention have crystallinity in an extremely thin film state (300 Å or less), which has hitherto been impossible,
Moreover, they have found that a crystalline semiconductor thin film having low absorption of visible light, low resistance, and high carrier density can be formed. Therefore, an object of the present invention is to achieve extremely high open circuit voltage and photoelectric conversion efficiency by applying the crystalline semiconductor thin film to the p layer and / or the n layer of an amorphous solar cell having a pin or nip structure. It is in the field.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、鋭意検討した結果、イオン発生装置内
に炭化水素化合物または有機珪素化合物のガスを含むガ
スを導入し、成長表面へ好ましくは1keV以下の低エネル
ギーイオンを照射しながら 100Å以下の極薄膜を形成
後、更にイオン照射を継続することにより膜の結晶化が
促進され、その工程を繰り返すことにより、300 Å以下
の膜厚でも結晶性を有し、可視光に対し、低吸収で、か
つ、低抵抗、高キャリア密度の半導体薄膜を形成するこ
とが可能であることを見出した。本半導体薄膜を非晶質
太陽電池のp層および/またはn層に適用することによ
り、セル特性、特に、開放端電圧を大きく改善すること
が出来ることを見出し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors have introduced a gas containing a gas of a hydrocarbon compound or an organosilicon compound into an ion generator to grow the surface. After forming an ultrathin film of 100 Å or less while irradiating low energy ions of preferably 1 keV or less, crystallization of the film is promoted by continuing ion irradiation, and by repeating the process, a film of 300 Å or less can be obtained. It has been found that it is possible to form a semiconductor thin film having crystallinity even with a thick thickness, low absorption of visible light, low resistance, and high carrier density. The inventors have found that by applying the semiconductor thin film to the p-layer and / or the n-layer of an amorphous solar cell, the cell characteristics, especially the open-circuit voltage can be greatly improved, and the present invention has been completed.

【0007】本発明は、基板上に、第一の電極、第一の
導電性薄膜、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、該第一の導電性薄膜および/または第二の導電性
薄膜が炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性
のガスの混合ガスを放電させて得られた荷電粒子を含む
雰囲気で、シリコン系薄膜形成原料を供給してシリコン
系薄膜形成を行う工程(以下、成膜工程と略称する)
と、該シリコン系薄膜形成原料の供給を停止して、炭化
水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性のガスの混
合ガスを放電させて得られた荷電粒子を含む雰囲気に当
該薄膜形成表面をさらす工程(以下、改質工程と略称す
る)とを繰り返し、かつ、両工程の一回づつの繰り返し
において形成される薄膜の厚みが1から 100Åである全
膜厚が 300Å以下の結晶性半導体薄膜であることを特徴
とする非晶質太陽電池、を要旨とするものである。
According to the present invention, on a substrate, a first electrode, a first conductive thin film, a substantially intrinsic thin film, a second conductive thin film,
In an amorphous solar cell in which a second electrode is formed in this order, the first conductive thin film and / or the second conductive thin film is a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organosilicon compound and a non-depositing gas. Of forming a silicon-based thin film by supplying a silicon-based thin film forming raw material in an atmosphere containing charged particles obtained by discharging (hereinafter, abbreviated as film forming step)
And stopping the supply of the silicon-based thin film forming raw material, and exposing the thin film forming surface to an atmosphere containing charged particles obtained by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-depositing gas. A crystalline semiconductor thin film with a total thickness of 300 Å or less, in which the thickness of the thin film formed by repeating the process (hereinafter abbreviated as "reforming process") is 1 to 100 Å. The subject is an amorphous solar cell, which is characterized by being present.

【0008】図1に、本願発明が対象とする、非晶質太
陽電池の層構成の一例を示す。
FIG. 1 shows an example of the layer structure of an amorphous solar cell, which is the object of the present invention.

【0009】導電性薄膜の形成において、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う
ることは言うまでもない。本発明においては、第一の導
電性薄膜および/または第二の導電性薄膜に特許請求の
範囲に記述された結晶性半導体薄膜を適用することが特
徴である。
In forming the conductive thin film, the first conductive thin film and the second conductive thin film have different conductivity types. For example, if the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. It goes without saying that the opposite case is also possible. The present invention is characterized in that the crystalline semiconductor thin film described in the claims is applied to the first conductive thin film and / or the second conductive thin film.

【0010】まず、最初に、本発明における最大の特徴
である結晶性半導体薄膜の形成方法の詳細について説明
する。本発明の半導体薄膜の形成において、成膜工程
は、その薄膜成長を炭化水素化合物または有機珪素化合
物と非堆積性のガスの混合ガスを放電せしめて生成する
荷電粒子を含む雰囲気で行うことに最大の特徴を有し、
薄膜形成原料の供給手段、ひいては成膜手段自体は、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、イオンプ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)法により実施される。荷電粒子を含む雰囲気
とは、炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性
のガスを放電せしめて生成する、炭化水素や有機珪素お
よび/または非堆積性ガスの陽イオンまたは陰イオンを
含む雰囲気である。本発明においては、これを基板にバ
イアス電圧を印加する等の手段により、基板上に形成さ
れた薄膜表面に導く(衝突させる) ものである。
First, the details of the method for forming a crystalline semiconductor thin film, which is the greatest feature of the present invention, will be described. In the formation of the semiconductor thin film of the present invention, the film forming step is performed at the maximum by performing the thin film growth in an atmosphere containing charged particles generated by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-depositing gas. Has the characteristics of
The means for supplying the thin film forming raw material, and thus the film forming means itself, are not particularly limited. Specifically, it is carried out by a physical film forming method such as vacuum deposition, sputtering or ion plating, or a chemical vapor deposition (CVD) method such as photo CVD or plasma CVD. The atmosphere containing charged particles is an atmosphere containing a cation or anion of a hydrocarbon or organic silicon compound and / or a non-depositing gas, which is generated by discharging a non-depositing gas. is there. In the present invention, this is guided (collision) to the surface of the thin film formed on the substrate by means such as applying a bias voltage to the substrate.

【0011】一方、改質工程とは、成膜工程での薄膜形
成原料の供給を停止し、炭化水素化合物または有機珪素
化合物と非堆積性のガスの混合ガスを放電せしめて生成
する荷電粒子を含む雰囲気のみ継続させ、基板上に形成
された薄膜形成表面に導き(さらし)、成膜工程で形成
された半導体薄膜の性質を改質する工程である。なお、
この際、炭化水素化合物または有機珪素化合物の分解生
成種が薄膜表面を覆っても、なんら本発明の効果を妨げ
るものではない。また、勿論炭化水素化合物と有機珪素
化合物は併用してもよい。
On the other hand, in the reforming step, the supply of the thin film forming raw material in the film forming step is stopped, and charged particles produced by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-depositing gas are generated. In this step, only the atmosphere containing is continued to guide (expose) to the surface of the thin film formed on the substrate to modify the properties of the semiconductor thin film formed in the film forming step. In addition,
At this time, even if the decomposition product species of the hydrocarbon compound or the organosilicon compound covers the surface of the thin film, the effect of the present invention is not impeded. Further, of course, the hydrocarbon compound and the organosilicon compound may be used together.

【0012】以下に、効果的な物理的成膜方法を説明す
る。前述したように、成膜工程での炭化水素化合物また
は有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガスを放電せ
しめて生成する荷電粒子を含む雰囲気の発生は、これか
ら説明する物理的成膜方法や化学気相成膜法と併せて行
われるものであるが、独立に制御できるものである。し
かして、これは、改質工程での、炭化水素化合物または
有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガスを放電せし
めて生成する荷電粒子を含む雰囲気の発生方法と同じ発
生方法であるので、効果的な発生法などについては、後
述する改質工程の具体的な項で説明する。
An effective physical film forming method will be described below. As described above, the generation of the atmosphere containing the charged particles generated by discharging the mixed gas of the hydrocarbon compound or the organic silicon compound and the non-depositing gas in the film forming step is caused by the physical film forming method or the physical film forming method described below. Although it is performed together with the chemical vapor deposition method, it can be controlled independently. However, since this is the same generation method as the generation method of the atmosphere containing the charged particles generated by discharging the mixed gas of the hydrocarbon compound or the organic silicon compound and the non-depositing gas in the reforming step, The effective generation method and the like will be described in the specific section of the reforming step described later.

【0013】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
などの元素や化合物、合金を効果的に用いることができ
る。成膜条件は、薄膜成長中に荷電粒子を含む雰囲気に
さらす以外には、とくに限定されるものではなく、アル
ゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプトン等の希
ガス、水素、炭化水素、フッ素、窒素、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、0.1 〜 100sccm、反応圧力は、0.0001mtorr
〜100mtorrの範囲である。また、成膜速度に応じて、流
量、圧力、電力等の成膜条件は適宜選択される。
Silicon as a starting material for film formation,
Elements, compounds and alloys such as silicon carbide, silicon nitride, silicon-germanium alloy or composite powder, silicon-tin alloy or composite powder can be effectively used. The film forming condition is not particularly limited except that it is exposed to an atmosphere containing charged particles during thin film growth, and rare gases such as argon, xenon, helium, neon, krypton, hydrogen, hydrocarbons, fluorine and nitrogen are used. The film can be formed in an atmosphere such as oxygen gas. As specific conditions, the gas flow rate is 0.1 to 100 sccm, and the reaction pressure is 0.0001 mtorr.
It is in the range of ~ 100 mtorr. Further, the film forming conditions such as the flow rate, the pressure and the electric power are appropriately selected according to the film forming rate.

【0014】成膜温度の管理は、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、500 ℃以下の温度範
囲で選択される。
The film formation temperature is controlled by controlling the substrate temperature. The temperature range is not basically limited, but it is preferable to set the temperature in conformity with the reforming process. Specifically, it is selected in the temperature range of 500 ° C or lower.

【0015】次に、効果的な化学気相成膜法の具体的示
例を示す。 成膜のための原料ガスとして、一般式SinH
2n+2 (nは自然数)で表されるモノラン、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、ゲルマン化合物などが用
いられる。また、水素、重水素、フッ素、塩素、ヘリウ
ム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、窒素な
ど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
度や膜特性を考慮して適宜選択されるものである。成膜
条件については、物理的成膜方法と同様に、薄膜成長中
に荷電粒子を含む雰囲気で行うこと以外にはとくに限定
されるものではない。具体的な条件を以下に開示する。
Next, a concrete example of an effective chemical vapor deposition method will be shown. As a source gas for film formation, the general formula Si n H
2n + 2 (n is a natural number) monolane, disilane,
Silane compounds such as trisilane and tetrasilane, fluorinated silanes, organic silanes, hydrocarbons, germane compounds and the like are used. Further, gases such as hydrogen, deuterium, fluorine, chlorine, helium, argon, neon, xenon, krypton and nitrogen may be introduced together with the source gas. When using these gases, 0.01 to 100 relative to the source gas
% (Volume ratio) is effective, and is appropriately selected in consideration of the film formation rate and film characteristics. Similar to the physical film forming method, the film forming conditions are not particularly limited except that the film formation is performed in an atmosphere containing charged particles during thin film growth. The specific conditions are disclosed below.

【0016】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350nm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〜 100sccm、反応圧力15mtorr 〜大
気圧、基板温度 200〜 600℃、基板の耐熱性、成膜速度
から考えられる成膜時間、改質工程の温度等を考慮する
と、より好ましくは、300 〜 500℃の範囲において適宜
選択される。
In photo-CVD, a raw material gas is decomposed by using an ultraviolet light source having a wavelength of 350 nm or less, such as a low pressure mercury lamp, a deuterium lamp or a rare gas lamp, to form a film. As film formation conditions, consider gas flow rate of 1 to 100 sccm, reaction pressure of 15 mtorr to atmospheric pressure, substrate temperature of 200 to 600 ° C, heat resistance of substrate, film formation time considered from film formation speed, temperature of reforming process, etc. Then, more preferably, it is appropriately selected in the range of 300 to 500 ° C.

【0017】また、プラズマCVDについて、以下に具
体的に示す。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〜 900sccm、反応圧
力0.001mtorr〜大気圧、電力1mW/ cm2 〜 10W/ cm2
範囲で十分である。これらの成膜条件は成膜速度、放電
方法に応じ適宜変更されるものである。基板温度は 200
〜600℃であり、より好ましくは、 300〜 500℃であ
る。
The plasma CVD will be specifically described below. As the discharge method, high frequency discharge, direct current discharge, microwave discharge, ECR discharge or the like can be effectively used. A raw material gas flow rate of 1 to 900 sccm, a reaction pressure of 0.001 mtorr to atmospheric pressure, and an electric power of 1 mW / cm 2 to 10 W / cm 2 are sufficient. These film forming conditions are appropriately changed depending on the film forming rate and the discharging method. Substrate temperature is 200
To 600 ° C, and more preferably 300 to 500 ° C.

【0018】本発明において、改質工程及び成膜工程に
おける炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性
のガスの混合ガスを放電せしめて得られたこれらの荷電
粒子を含む雰囲気とは、炭化水素化合物または有機珪素
化合物と非堆積性のガスの混合ガスを用いた放電によ
り、炭化水素や有機珪素および/または非堆積性ガスの
陽イオンまたは陰イオンからなる荷電粒子を発生させ、
成長表面に暴露した雰囲気である。その雰囲気中にイオ
ン化されていないものが存在していても、なんら本発明
の効果を妨げるものではない。この放電雰囲気に暴露す
るとともに、基板にバイアス電圧を印加し、イオン化し
た成分を効果的に基板上に導くことは改質方法としてよ
り好ましい手段である。しかして、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
電等を有効に利用することができる。又、イオン発生装
置により、効果的にイオンを発生せしめ、これを基板表
面に導くことも本発明においては有用な方法である。具
体的には、カウフマン型イオン銃やECRイオン銃など
種々のイオン発生装置が用いられる。
In the present invention, the atmosphere containing charged particles obtained by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-depositing gas in the reforming step and the film forming step means a hydrocarbon. Discharge using a mixed gas of a compound or an organosilicon compound and a non-depositing gas to generate charged particles composed of cations or anions of a hydrocarbon or organosilicon and / or a non-depositing gas,
The atmosphere exposed to the growth surface. The presence of non-ionized substances in the atmosphere does not hinder the effect of the present invention. Exposure to this discharge atmosphere and application of a bias voltage to the substrate to effectively guide the ionized components onto the substrate is a more preferable modification method. Therefore, as a method of generating discharge, high frequency discharge, direct current discharge, microwave discharge, ECR discharge, etc. can be effectively utilized. It is also a useful method in the present invention to effectively generate ions by an ion generator and guide the ions to the substrate surface. Specifically, various ion generators such as a Kauffman type ion gun and an ECR ion gun are used.

【0019】本発明において、炭化水素化合物または有
機珪素化合物のガスとは、メタン、エタンなどの飽和炭
化水素化合物、エチレン、アセチレンなどの不飽和炭化
水素化合物、メチルシラン、ジメチルシラン、ジシリル
メタン、ジメチルジシランなどの有機シラン化合物など
であり、これらのガスに必要に応じて、水素ガス、重水
素ガス、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素、
四フッ化炭素、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガ
ス、キセノンガス、クリプトンガスなどの非堆積性ガス
を混合することは、本発明の妨げとはならず、むしろよ
り好ましい態様である。炭化水素化合物または有機珪素
化合物のガスとそれ以外のガスとの混合比は、欲する薄
膜の吸収係数、導電率、キャリア密度に併せて、適宜、
選択されるが、通常、100ppm〜100%、より好ましくは、
1%〜50% の範囲に混合される。この混合比が低すぎる場
合は、吸収係数が高くなってしまい、この混合比が高す
ぎある場合は、結晶化が阻害され、キャリア密度が低下
し、高抵抗の膜となる。なお、すでに述べたように、炭
化水素化合物と有機珪素化合物は併用してもよい。この
場合は、混合比は両者の合計で上記の範囲になるように
する。
In the present invention, the gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound is a saturated hydrocarbon compound such as methane or ethane, an unsaturated hydrocarbon compound such as ethylene or acetylene, methylsilane, dimethylsilane, disilylmethane, dimethyldisilane, etc. Organic silane compounds, etc., and if necessary, hydrogen gas, deuterium gas, fluorine gas, hydrogen fluoride gas, nitrogen trifluoride,
Mixing non-depositing gases such as carbon tetrafluoride, argon gas, neon gas, helium gas, xenon gas, krypton gas is not a hindrance to the present invention, but is a more preferred embodiment. The mixing ratio of the gas of the hydrocarbon compound or the organosilicon compound and the gas other than that is appropriately determined in accordance with the absorption coefficient, conductivity, and carrier density of the desired thin film.
It is selected, but usually 100 ppm to 100%, more preferably
It is mixed in the range of 1% to 50%. If this mixing ratio is too low, the absorption coefficient will be high, and if this mixing ratio is too high, crystallization will be hindered, the carrier density will decrease, and a high resistance film will be formed. As already mentioned, the hydrocarbon compound and the organosilicon compound may be used in combination. In this case, the mixing ratio should be within the above range in total.

【0020】次に、改質工程の具体的な条件を開示す
る。放電を用いる場合には、放電電力1〜500W、炭化水
素化合物または有機珪素化合物を含むガスの流量5〜 5
00sccm、圧力0.001mtorr〜大気圧の範囲において、発生
維持される。イオン銃を用いる場合には、炭化水素化合
物または有機珪素化合物を含むガスの流量 0.1〜 50scc
m 、圧力0.0001mtorr 〜100mtorrであり、イオンの発生
ならびに十分の寿命を有する圧力範囲が用いられる。ま
た、イオンエネルギーとしては、10〜1000eVの範囲で十
分であり、好ましくは 100〜 600eVである。イオンのエ
ネルギーをこの範囲を越えて高くすると、改質の効果よ
りも、イオンによる損傷やスパッタリング現象が激しく
なり効果的でない。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
度と同じかあるいはより低い温度であり、室温から600
℃、好ましくは、200 〜500 ℃である。一回の成膜工程
においては、1〜 100Å、好ましくは3〜50Åの膜厚に
形成される。膜厚が 100Åを越える場合には、本発明の
効果が低下する。また、1Å未満の膜厚においては、実
用性の観点から成膜、改質の繰り返し回数が増加するの
で好ましくない。1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秒以内である。
Next, specific conditions for the reforming process will be disclosed. When using discharge, discharge power 1 to 500 W, flow rate of gas containing hydrocarbon compound or organic silicon compound 5 to 5
It is generated and maintained in the range of 00 sccm and pressure of 0.001 mtorr to atmospheric pressure. When using an ion gun, flow rate of gas containing hydrocarbon compound or organosilicon compound 0.1 to 50 scc
m 2, pressure 0.0001 mtorr to 100 mtorr, a pressure range with ion generation as well as sufficient lifetime is used. The ion energy is sufficient in the range of 10 to 1000 eV, preferably 100 to 600 eV. If the energy of ions is increased beyond this range, the damage due to ions and the sputtering phenomenon will be more severe than the effect of modification, which is not effective. The temperature condition in the reforming process is 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 from room temperature to 600 ° C.
C., preferably 200 to 500.degree. In one film forming step, the film is formed to a film thickness of 1 to 100Å, preferably 3 to 50Å. When the film thickness exceeds 100Å, the effect of the present invention is reduced. Further, if the film thickness is less than 1 Å, the number of repetitions of film formation and modification increases from the viewpoint of practicality, which is not preferable. The time required for one cycle is not particularly limited, but is 1000 seconds or less.

【0021】本発明の薄膜を非晶質太陽電池の第一の導
電性薄膜および/または第二の導電性薄膜に適用するた
めには、当然のことながら、該導電性薄膜を形成する際
に、上記に示されたガス以外にp型を付与するガスもし
くはn型を付与するガスを導入する。p型を付与するガ
スとは、ジボランなどのホウ素水素化物、三フッ化ホウ
素などのハロゲン化ホウ素、トリメチルホウ素などの有
機ホウ素化合物、三塩化アルミニウムなどのハロゲン化
アルミニウム、トリメチルアルミニウムなどの有機アル
ミニウム化合物などである。一方、n型を付与するガス
とは、ホスフィンなどのリン水素化物、三フッ化リンな
どのハロゲン化リン、トリメチルリンなどの有機リン化
合物、アルシンなどの砒素水素化物、トリメチル砒素な
どの有機砒素化合物などのガスが用いられる。これらの
ガスに必要に応じて、水素ガス、重水素ガス、フッ化水
素ガス、フッ素ガス、三フッ化窒素、四フッ化炭素、ア
ルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガス、キセノンガ
ス、クリプトンガスなどと混合することは、本発明の妨
げとはならず、むしろより好ましい態様である。p型ま
たはn型を付与するガスとそれ以外のガスとの混合比
は、欲する薄膜の導電率、キャリア密度に併せて、適
時、選択されるが、通常、10ppm〜20%、より好ましく
は、200ppm〜5%の範囲に混合される。この混合比が低
すぎる場合は、p型またはn型を付与するガスの不足の
ため、キャリア密度の高い膜が得られず、高抵抗の膜と
なる。また、この混合比が高すぎる場合は、結晶化が阻
害され、やはり、キャリア密度の低い膜しか得られず、
高抵抗の膜となる。なお、云うまでもないが、第一の導
電性薄膜がp型の導電型の場合は、第二の導電性薄膜は
n型の導電型であり、逆に第一の導電性薄膜がn型の導
電型の場合は、第二の導電性薄膜はp型の導電型とな
る。
In order to apply the thin film of the present invention to the first conductive thin film and / or the second conductive thin film of an amorphous solar cell, as a matter of course, when the conductive thin film is formed, In addition to the gases shown above, a gas imparting p-type or a gas imparting n-type is introduced. Gases imparting p-type are boron hydrides such as diborane, boron halides such as boron trifluoride, organoboron compounds such as trimethylboron, aluminum halides such as aluminum trichloride, organoaluminum compounds such as trimethylaluminum. And so on. On the other hand, the gas imparting n-type is a phosphorus hydride such as phosphine, a phosphorus halide such as phosphorus trifluoride, an organic phosphorus compound such as trimethyl phosphorus, an arsenic hydride such as arsine, an organic arsenic compound such as trimethylarsenic. Gas such as is used. If necessary, mix these gases with hydrogen gas, deuterium gas, hydrogen fluoride gas, fluorine gas, nitrogen trifluoride, carbon tetrafluoride, argon gas, neon gas, helium gas, xenon gas, krypton gas, etc. Doing so is not a hindrance to the present invention, but is a more preferable embodiment. The mixing ratio of the gas that imparts p-type or n-type and the other gas is appropriately selected in accordance with the desired conductivity and carrier density of the thin film, but is usually 10 ppm to 20%, more preferably, It is mixed in the range of 200 ppm to 5%. If the mixing ratio is too low, a gas having a high carrier density cannot be obtained because of a shortage of gas imparting p-type or n-type, and a high-resistance film is obtained. If this mixing ratio is too high, crystallization is hindered, and only a film having a low carrier density can be obtained,
It becomes a high resistance film. Needless to say, when the first conductive thin film is of p-type, the second conductive thin film is of n-type, and conversely, the first conductive thin film is of n-type. In the case of the conductivity type, the second conductive thin film has the p-type conductivity.

【0022】次に、実質的に真性の薄膜について説明す
る。本発明において、実質的に真性の薄膜は、水素化シ
リコン薄膜、水素化シリコンゲルマニウム薄膜、水素化
シリコンカ−ボン薄膜などであり、非晶質太陽電池の光
活性領域を形成するものである。これら実質的に真性の
薄膜は、シラン、ジシランなどの分子内にシリコンを有
する化合物、ゲルマンなどの分子内にゲルマニウムを有
する化合物、メチルシランなどの有機シラン化合物また
は、これらの化合物と炭化水素ガスとの混合ガスなどか
ら、目的の半導体薄膜に応じて適宜選択した原料ガス
に、プラズマCVD法や光CVD 法などの成膜手段を適用す
ることにより容易に形成される。原料ガスを水素、重水
素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプト
ンなどで希釈して用いることは、なんら本発明の効果を
妨げるものではない。具体的な形成条件としては、温度
は150 〜500 ℃、好ましくは、175 〜350 ℃であり、圧
力は0.01〜5 Torr、好ましくは、0.03〜1.5 Torrで行わ
れる。実質的に真性の薄膜の膜厚は、本発明の限定条件
ではないが、通常、300 〜10000 Åで十分である。
Next, the substantially intrinsic thin film will be described. In the present invention, the substantially intrinsic thin film is a silicon hydride thin film, a silicon hydride germanium thin film, a silicon hydride carbon thin film, or the like, and forms a photoactive region of an amorphous solar cell. These substantially intrinsic thin films are compounds having silicon in the molecule such as silane and disilane, compounds having germanium in the molecule such as germane, organic silane compounds such as methylsilane, or a combination of these compounds and hydrocarbon gas. It is easily formed by applying a film forming means such as a plasma CVD method or an optical CVD method to a raw material gas appropriately selected from a mixed gas or the like according to a target semiconductor thin film. Diluting the source gas with hydrogen, deuterium, helium, argon, xenon, neon, krypton or the like does not hinder the effect of the present invention. As specific forming conditions, the temperature is 150 to 500 ° C., preferably 175 to 350 ° C., and the pressure is 0.01 to 5 Torr, preferably 0.03 to 1.5 Torr. The thickness of the substantially intrinsic thin film is not a limiting condition of the present invention, but 300 to 10000Å is usually sufficient.

【0023】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有効に用
いられる。たとえば、基体としては絶縁性または導電
性、透明、不透明のいずれの性質を有するものでもよ
い。基本的にはガラス、アルミナ、シリコン、ステンレ
ススティ−ル、アルミニウム、モリブデン、クロム、耐
熱性高分子など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、第一または第二の電極のどちらかが、必ず、光入射
側となり、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、チタンなどの金
属や酸化スズ、酸化亜鉛など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。
The material of the substrate and electrodes used in the present invention is not particularly limited, and conventionally used substances can be effectively used. For example, the substrate may have any of insulating, conductive, transparent, and opaque properties. Basically, a film- or plate-shaped material formed of a substance such as glass, alumina, silicon, stainless steel, aluminum, molybdenum, chromium, and heat-resistant polymer can be effectively used. As the electrode material, either the first electrode or the second electrode is always on the light incident side, and of course, a transparent or transparent material must be used on the light incident side. There is no. A metal such as aluminum, silver, chromium or titanium or a metal oxide such as tin oxide or zinc oxide can be appropriately selected and used.

【0024】なお、本発明の非晶質太陽電池を形成する
ために好ましい装置の一例の模式図を図2に示す。ここ
で、1は基体挿入室、2は第一の導電性薄膜形成室、3
は実質的に真性の薄膜形成室、4は第二の導電性薄膜形
成室、5は第二の電極形成室、6基体取り出し室、7は
基体、8はRF電極、9は基体加熱電極、10はメタルマ
スク、11は第二の電極蒸発源、12は真空排気ライン、13
は原料ガス導入ライン、14はシリコン蒸発源、15はイオ
ン発生装置、16はゲ−ト弁をそれぞれ示す。図2におい
ては、第一の導電性薄膜形成室2は、シリコン蒸発源1
4、イオン発生装置15を備えており、ここで第一の導電
性薄膜の形成工程と、その改質工程が行われる。なお、
その詳細については、特願平3−248861号に記載されて
いるとおりである。
A schematic view of an example of a preferable apparatus for forming the amorphous solar cell of the present invention is shown in FIG. Here, 1 is a substrate insertion chamber, 2 is a first conductive thin film forming chamber, 3
Is a substantially intrinsic thin film forming chamber, 4 is a second conductive thin film forming chamber, 5 is a second electrode forming chamber, 6 is a substrate extracting chamber, 7 is a substrate, 8 is an RF electrode, 9 is a substrate heating electrode, 10 is a metal mask, 11 is a second electrode evaporation source, 12 is a vacuum exhaust line, 13
Is a source gas introduction line, 14 is a silicon evaporation source, 15 is an ion generator, and 16 is a gate valve. In FIG. 2, the first conductive thin film forming chamber 2 is a silicon evaporation source 1
4. The ion generator 15 is provided, in which the step of forming the first conductive thin film and the modification step thereof are performed. In addition,
The details are as described in Japanese Patent Application No. 3-248861.

【0025】[0025]

【実施例】実施例1 図2に示した装置を使用した。これは、上記したとお
り、基体挿入室、第一の導電性薄膜形成室、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、第一の導電性薄膜形成室には、シリコ
ンを堆積するための電子ビ−ム蒸着装置およびイオンを
発生するためのイオン発生装置を有しているものであ
る。第一の電極として、酸化スズが予め形成されたガラ
ス基体は、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。第一の導電性薄膜は、出発原
料として、高純度シリコンをるつぼにセットし、電子ビ
−ムを入射し、蒸発させた。イオン発生装置に、水素10
sccm、2%ジボラン/水素0.5sccm 、炭化水素化合物とし
てメタンガス0.2sccm 導入し、圧力1×10-3Torrに調節
し、イオンビ−ム電圧300V、加速電圧50V 印加し、イオ
ンビ−ムを発生させ、イオンビ−ムのシャッタ−を開
き、基板表面にイオンビ−ムを照射した。同時に、電子
ビーム蒸着装置のシャッターを20秒開き、基板上に20Å
シリコン薄膜を蒸着した(成膜工程)。次に、電子ビー
ム蒸着装置のシャッターを閉じ、イオンビーム照射のみ
を10秒行った(改質工程)。こうして、電子ビーム蒸着
装置のシャッターの開閉を各々の時間間隔で繰り返し
た。10回の繰り返しにより約 200Åの厚みのp型結晶性
シリコン薄膜を形成した。ついで、実質的に真性の薄膜
形成室に当該基体を移送し、モノシランを10sccm導入し
て、圧力0.05Torr、温度250 ℃の条件でプラズマCVD 法
により、アモルファスシリコン薄膜を約6000Åの膜厚に
形成した。プラズマCVD 法は13.56MHzのRF放電を利用
し、この時のRF電力は5Wであった。実質的に真性の薄膜
形成後、第二の導電性薄膜形成室に当該基体を移送し
た。第二の導電性薄膜には、n型の導電性を付与するた
めに、原料ガスとして、モノシラン/ホスフィン/水素
を10/0.01/100 の割合で導入し、圧力0.2Torr 、温度25
0 ℃、RF電力80W で約500 Åの厚みのn型微結晶シリコ
ン膜を形成した。ついで、第二の電極形成室へ移送さ
れ、真空蒸着により、アルミニウム膜を第二の電極とし
て形成した。
EXAMPLES Example 1 The apparatus shown in FIG. 2 was used. As described above, this is composed of the substrate insertion chamber, the first conductive thin film forming chamber, the substantially intrinsic thin film forming chamber, the second conductive thin film forming chamber, and the second electrode forming chamber. The conductive thin film forming chamber has an electron beam vapor deposition device for depositing silicon and an ion generating device for generating ions. The glass substrate on which tin oxide was previously formed as the first electrode was heated in a vacuum in the substrate insertion chamber and transferred to the first conductive thin film forming chamber. For the first conductive thin film, high-purity silicon was set as a starting material in a crucible, and an electron beam was incident thereon to be evaporated. 10 hydrogen in the ion generator
sccm, 2% diborane / hydrogen 0.5sccm, methane gas 0.2sccm as a hydrocarbon compound were introduced, the pressure was adjusted to 1 × 10 -3 Torr, an ion beam voltage of 300V and an acceleration voltage of 50V were applied to generate an ion beam, The shutter of the ion beam was opened and the substrate surface was irradiated with the ion beam. At the same time, open the shutter of the electron beam evaporation system for 20 seconds and set 20Å on the substrate.
A silicon thin film was deposited (film forming step). Next, the shutter of the electron beam vapor deposition apparatus was closed and only ion beam irradiation was performed for 10 seconds (reforming step). In this way, opening and closing of the shutter of the electron beam vapor deposition apparatus was repeated at each time interval. A p-type crystalline silicon thin film having a thickness of about 200Å was formed by repeating 10 times. Next, the substrate is transferred to a substantially intrinsic thin film forming chamber, 10 sccm of monosilane is introduced, and an amorphous silicon thin film is formed to a thickness of about 6000 Å by the plasma CVD method at a pressure of 0.05 Torr and a temperature of 250 ° C. did. The plasma CVD method used 13.56MHz RF discharge, and the RF power at this time was 5W. After forming the substantially intrinsic thin film, the substrate was transferred to the second conductive thin film forming chamber. In order to impart n-type conductivity to the second conductive thin film, monosilane / phosphine / hydrogen was introduced at a ratio of 10 / 0.01 / 100 as a raw material gas, pressure 0.2 Torr, temperature 25
An n-type microcrystalline silicon film having a thickness of about 500Å was formed at 0 ° C and RF power of 80W. Then, it was transferred to the second electrode forming chamber and an aluminum film was formed as a second electrode by vacuum vapor deposition.

【0026】かくして得られた非晶質太陽電池の光電変
換特性をAM-1.5、100mW/cm2 の光をソ−ラ−シュミレ−
タ−により照射して測定した。この結果、開放端電圧0.
980V と非常に高い値を得た。短絡光電流、曲線因子と
も、各々、18.15mA/cm2 、0.730 と高い値を保ち、結果
として、光電変換効率13.0% と極めて優れた性能であっ
た。なお、本第一の導電性薄膜の形成条件と同じ条件で
形成した薄膜のみをラマン散乱スペクトルで測定したと
ころ、結晶シリコン特有の520 cm-1のラマン散乱スペク
トルが得られた。
The photoelectric conversion characteristics of the thus-obtained amorphous solar cell are AM-1.5, and the light of 100 mW / cm 2 is solar simulator.
The measurement was performed by irradiating with a laser. As a result, the open circuit voltage is 0.
A very high value of 980V was obtained. The short-circuit photocurrent and fill factor were high at 18.15 mA / cm 2 and 0.730, respectively, and as a result, the photoelectric conversion efficiency was 13.0%, which was an extremely excellent performance. When only the thin film formed under the same conditions as the first conductive thin film was measured by Raman scattering spectrum, a Raman scattering spectrum of 520 cm -1 peculiar to crystalline silicon was obtained.

【0027】実施例2 実施例1において、第一の導電性薄膜の形成の場合の一
回当たりの蒸着厚みならびに改質時間のみ変更し、それ
ぞれ、約4Åおよび6秒とした。蒸着厚みの変更は、電
子ビーム蒸着装置のシャッターを開く時間を変更するこ
とにより実施した。実施例1において、電子ビーム蒸着
による蒸着速度が約1Å/秒と判明したので、本実施例
においては一回の成膜時間を4秒とした。蒸着工程−改
質工程の50回の繰り返しにより約 200Åのp型結晶性薄
膜を形成した。実施例1と同様に光電変換特性を測定し
た結果、開放端電圧0.970 V 、短絡光電流18.01mA/c
m2 、曲線因子0.733 、と高い値であり、光電変換効率1
2.8% と優れた値であった。
Example 2 In Example 1, only the vapor deposition thickness and the reforming time per time in the case of forming the first conductive thin film were changed to about 4Å and 6 seconds, respectively. The vapor deposition thickness was changed by changing the opening time of the shutter of the electron beam vapor deposition apparatus. In Example 1, the deposition rate by electron beam evaporation was found to be about 1 Å / sec. Therefore, in this Example, the film formation time was set to 4 seconds. A p-type crystalline thin film of about 200 Å was formed by repeating the vapor deposition step-reforming step 50 times. As a result of measuring the photoelectric conversion characteristics in the same manner as in Example 1, the open end voltage was 0.970 V, and the short circuit photocurrent was 18.01 mA / c.
High value of m 2 , fill factor of 0.733, and photoelectric conversion efficiency of 1
It was an excellent value of 2.8%.

【0028】実施例3 実施例1において、第一の導電性薄膜の形成の場合の一
回当たりの蒸着厚みならびに改質時間のみ変更し、それ
ぞれ、約80Åおよび10秒とした。蒸着厚みの変更は電子
ビーム蒸着装置のシャッターを開く時間を変更すること
により実施した。実施例1において、電子ビーム蒸着に
よる蒸着速度が約1Å/秒と判明したので、本実施例に
おいては一回の成膜時間を80秒とした。蒸着工程−改質
工程の3回の繰り返しにより約 240Åのp型結晶性薄膜
を形成した。実施例1と同様に光電変換特性を測定した
結果、開放端電圧0.973V 、短絡光電流18.12mA/cm2
曲線因子0.732 、と高い値であり、光電変換効率12.9%
と優れた値であった。
Example 3 In Example 1, only the vapor deposition thickness and the reforming time per time in the case of forming the first conductive thin film were changed to about 80Å and 10 seconds, respectively. The vapor deposition thickness was changed by changing the opening time of the shutter of the electron beam vapor deposition apparatus. In Example 1, the deposition rate by electron beam evaporation was found to be about 1 Å / sec. Therefore, in this example, the deposition time for one time was set to 80 seconds. A p-type crystalline thin film of about 240 Å was formed by repeating the vapor deposition process and the modification process three times. As a result of measuring the photoelectric conversion characteristics in the same manner as in Example 1, the open circuit voltage was 0.973 V, the short circuit photocurrent was 18.12 mA / cm 2 ,
High fill factor of 0.732, photoelectric conversion efficiency of 12.9%
And was an excellent value.

【0029】比較例1 実施例1において、第一の導電性薄膜の形成の場合に、
イオン照射のみでの改質工程を経ることなく 200Åの厚
みにまでp型結晶性薄膜を形成した。すなわち、イオン
ビーム蒸着装置と電子ビーム蒸着装置のシャッターを同
時に開き、実施例1において、電子ビーム蒸着による蒸
着速度が約1Å/秒と判明したので、 200秒後に両方の
シャッターを閉じて、p型結晶性薄膜の形成を終了し
た。本試料も実施例と同様の光電変換特性を測定したと
ころ、開放端電圧0.880 V 、短絡光電流16.70mA/cm2
曲線因子0.675 、光電変換効率9.92% と実施例に比べ低
い性能であった。本第一の導電性薄膜の形成条件と同じ
条件で形成した薄膜のみをラマン散乱スペクトルで測定
したところ、結晶シリコン特有の520 cm-1のラマン散乱
スペクトルは認められず、性能が低い原因は、この結晶
化の有無によるものと判明した。本比較例は導電性の薄
膜に結晶性薄膜を適用するには、成膜とイオン照射によ
る改質を繰り返すことが必須であることを示すものであ
る。
Comparative Example 1 In Example 1, in the case of forming the first conductive thin film,
A p-type crystalline thin film was formed to a thickness of 200 Å without undergoing a modification process using only ion irradiation. That is, the shutters of the ion beam vapor deposition apparatus and the electron beam vapor deposition apparatus were simultaneously opened, and in Example 1, it was found that the vapor deposition rate by electron beam vapor deposition was about 1Å / sec. The formation of the crystalline thin film was completed. This sample was also measured for photoelectric conversion characteristics similar to those of the example, and the open-circuit voltage was 0.880 V, the short-circuit photocurrent was 16.70 mA / cm 2 ,
The fill factor was 0.675 and the photoelectric conversion efficiency was 9.92%, which was lower than that of the example. When only the thin film formed under the same conditions as the formation conditions of the first conductive thin film was measured by the Raman scattering spectrum, the Raman scattering spectrum of 520 cm -1 peculiar to crystalline silicon was not observed, and the reason for the low performance was It was revealed that this was due to the presence or absence of crystallization. This comparative example shows that in order to apply a crystalline thin film to a conductive thin film, it is essential to repeat film formation and modification by ion irradiation.

【0030】比較例2 実施例1において、第一の導電性薄膜の形成の場合に、
Si薄膜を 200Åの厚みにまで形成した後、イオン照射の
みを継続した。照射のみの時間は1000秒とした。本条件
により得られた素子の光電変換特性は、開放端電圧0.88
2 V 、短絡光電流16.65mA/cm2 、曲線因子0.690 、光電
変換効率10.1% と低い性能であった。本第一の導電性薄
膜の形成条件と同じ条件で作製した薄膜も、結晶化して
おらず、その為、開放端電圧、短絡光電流の改善が得ら
れていない。本比較例は、導電性薄膜に結晶性薄膜を適
用する上で、成膜−改質工程の繰り返しの一回当たりの
膜厚に上限があることを示すものである。
Comparative Example 2 In Example 1, in the case of forming the first conductive thin film,
After forming a Si thin film to a thickness of 200Å, only ion irradiation was continued. The time only for irradiation was 1000 seconds. The photoelectric conversion characteristics of the device obtained under these conditions have an open circuit voltage of 0.88.
The performance was low at 2 V, short-circuit photocurrent 16.65 mA / cm 2 , fill factor 0.690, and photoelectric conversion efficiency 10.1%. The thin film produced under the same conditions as the formation conditions of the first conductive thin film was not crystallized, and therefore, improvement in open circuit voltage and short circuit photocurrent was not obtained. This comparative example shows that, in applying a crystalline thin film to a conductive thin film, there is an upper limit to the film thickness per repetition of the film forming-reforming process.

【0031】比較例3 実施例1において、第一の導電性薄膜の形成の場合に、
成膜工程でイオン照射を行わずに膜形成を実施した。す
なわち、電子ビーム蒸着装置のシャッターを20秒開き、
基板上に20Åシリコン薄膜を蒸着後、電子ビーム蒸着装
置のシャッターを閉じるとともに、イオンビームのシャ
ッターを開き、イオンビーム照射を10秒行った。次に、
イオンビームのシャッターを閉じるとともに、電子ビー
ム蒸着装置のシャッターを再び開けて成膜を行う。この
成膜と改質の繰り返しを10回繰り返すことにより、約 2
00Åのp型微結晶薄膜を形成した。本条件により得られ
た素子の光電変換特性は、開放端電圧0.876 V 、短絡光
電流16.37mA/cm2 、曲線因子0.695 、光電変換効率9.97
% と低い性能であった。本第一の導電性薄膜の形成条件
と同じ条件で作製した薄膜も、結晶化しておらず、その
為、開放端電圧、短絡光電流の改善が得られていない。
すなわち、本比較例は、導電性薄膜に結晶性薄膜を適用
する上で、成膜工程においてもイオン照射が必要である
ことを示すものである。
Comparative Example 3 In Example 1, in the case of forming the first conductive thin film,
A film was formed without performing ion irradiation in the film forming process. That is, open the shutter of the electron beam evaporation system for 20 seconds,
After depositing a 20Å silicon thin film on the substrate, the shutter of the electron beam evaporation system was closed and the ion beam shutter was opened, and the ion beam irradiation was performed for 10 seconds. next,
The shutter for the ion beam is closed and the shutter for the electron beam evaporation system is opened again to form a film. By repeating this film formation and reforming 10 times, about 2
A p-type microcrystalline thin film of 00Å was formed. The photoelectric conversion characteristics of the device obtained under these conditions are: open circuit voltage 0.876 V, short circuit photocurrent 16.37 mA / cm 2 , fill factor 0.695, photoelectric conversion efficiency 9.97.
It had a low performance of%. The thin film produced under the same conditions as the formation conditions of the first conductive thin film was not crystallized, and therefore, improvement in open circuit voltage and short circuit photocurrent was not obtained.
That is, this comparative example shows that ion irradiation is necessary also in the film forming step in applying the crystalline thin film to the conductive thin film.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の実施例ならびに比較例から明らか
なように、本方法を用いて作製した半導体薄膜は、300
Å以下の膜厚においても、結晶性を有しており、このこ
とが、従来、困難であった微結晶半導体薄膜の非晶質太
陽電池のp層および又はn層への適用を可能ならしめ、
開放端電圧、短絡光電流の大幅な改善につながった。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
効率ならびに高信頼性を可能にする技術を提供できるも
のであり、エネルギ−産業にとって、極めて有用な発明
であると云わざるを得ない。
As is clear from the above examples and comparative examples, the semiconductor thin film produced by this method is
Even if the film thickness is less than Å, it has crystallinity, which makes it possible to apply the microcrystalline semiconductor thin film to the p-layer and / or n-layer of an amorphous solar cell, which has been difficult in the past. ,
This has led to significant improvements in open circuit voltage and short circuit photocurrent. Therefore, the present invention can provide a technology that enables high conversion efficiency and high reliability required for a solar cell for electric power, and it must be said that the present invention is an extremely useful invention for the energy industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】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。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of an amorphous solar cell obtained by the present invention.

【図2】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。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a preferable apparatus for forming the element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体挿入室 2 第一の導電性薄膜形成室 3 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 第二の電極形成室 6 基体取り出し室 7 基体 8 RF電極 9 基体加熱電極 10 メタルマスク 11 第二の電極蒸発源 12 真空排気ライン 13 原料ガス導入ライン 14 シリコン蒸発源 15 イオン発生装置 16 ゲ−ト弁 1 Substrate insertion chamber 2 First conductive thin film forming chamber 3 Substantially intrinsic thin film forming chamber 4 Second conductive thin film forming chamber 5 Second electrode forming chamber 6 Substrate take-out chamber 7 Substrate 8 RF electrode 9 Substrate heating Electrode 10 Metal mask 11 Second electrode evaporation source 12 Vacuum exhaust line 13 Raw material gas introduction line 14 Silicon evaporation source 15 Ion generator 16 Gate valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳川 紀行 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kiyuki Yanagawa 1190 Kasama-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上に、第一の電極、第一の導電性薄
膜、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、該
第一の導電性薄膜および/または第二の導電性薄膜が炭
化水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性のガスの
混合ガスを放電させて得られた荷電粒子を含む雰囲気
で、シリコン系薄膜形成原料を供給してシリコン系薄膜
形成を行う工程と、該シリコン系薄膜形成原料の供給を
停止して、炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆
積性のガスの混合ガスを放電させて得られた荷電粒子を
含む雰囲気に当該薄膜形成表面をさらす工程とを繰り返
し、かつ、その一回の繰り返しにおいて形成されるシリ
コン系薄膜の厚みが1から 100Åである全膜厚が 300Å
以下の結晶性半導体薄膜であることを特徴とする非晶質
太陽電池。
1. An amorphous solar cell in which a first electrode, a first conductive thin film, a substantially intrinsic thin film, a second conductive thin film, and a second electrode are formed in this order on a substrate. In an atmosphere containing charged particles obtained by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-depositing gas, wherein the first conductive thin film and / or the second conductive thin film is silicon. A step of supplying a silicon-based thin film forming raw material to form a silicon-based thin film, and stopping the supply of the silicon-based thin film forming raw material to discharge a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organosilicon compound and a non-depositing gas. The step of exposing the thin film forming surface to the atmosphere containing the obtained charged particles is repeated, and the thickness of the silicon-based thin film formed in one cycle is 1 to 100Å and the total film thickness is 300Å
An amorphous solar cell comprising the following crystalline semiconductor thin film.
【請求項2】 イオン発生装置内に、炭化水素化合物ま
たは有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガスを導入
し、1〜100 Åの薄膜を、該薄膜形成表面へ低エネルギ
−イオンを照射しながら形成する工程と、該シリコン系
薄膜形成原料の供給を停止して、更に該イオン照射を継
続する工程とを繰り返す請求項1記載の非晶質太陽電
池。
2. A mixture gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-depositing gas is introduced into an ion generator to irradiate a thin film having a thickness of 1 to 100 Å with low energy ions. The amorphous solar cell according to claim 1, wherein the step of forming the amorphous solar cell and the step of stopping the supply of the silicon-based thin film forming raw material and continuing the ion irradiation are repeated.
【請求項3】 薄膜成長表面へ照射する低エネルギ−イ
オンが1 KeV 以下である請求項2記載の非晶質太陽電
池。
3. The amorphous solar cell according to claim 2, wherein the low-energy ions irradiated to the thin film growth surface are 1 KeV or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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