JPH05343714A - アモルフアスシリコン系光電素子の製造方法 - Google Patents
アモルフアスシリコン系光電素子の製造方法Info
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- JPH05343714A JPH05343714A JP3341477A JP34147791A JPH05343714A JP H05343714 A JPH05343714 A JP H05343714A JP 3341477 A JP3341477 A JP 3341477A JP 34147791 A JP34147791 A JP 34147791A JP H05343714 A JPH05343714 A JP H05343714A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｐｉｎジャンクション型光電変換の効率を改
善することを目的とするものである。 【構成】 ｉ層にアモルフアスシリコン薄膜を含有する
ｐーｉーｎ接合型薄膜光電素子の製造方法において、シ
ランとハイドロカーボンのプラズマ分解により、約５０
Å〜２００Åの薄膜を有し、周期律表III 族の元素が
０．０５％〜４％のドープ量のアモルフアスシリコンカ
ーバイドのｐ型ドープ薄膜を含むｐ層９を生成する。こ
のようにして得られるアモルフアスシリコンカーバイド
のｐ型ドープ薄膜をｐ層９に用いることにより効率を大
幅に改善でき、太陽電池や光スイッチ等の光電素子とし
て用いることができる。
善することを目的とするものである。 【構成】 ｉ層にアモルフアスシリコン薄膜を含有する
ｐーｉーｎ接合型薄膜光電素子の製造方法において、シ
ランとハイドロカーボンのプラズマ分解により、約５０
Å〜２００Åの薄膜を有し、周期律表III 族の元素が
０．０５％〜４％のドープ量のアモルフアスシリコンカ
ーバイドのｐ型ドープ薄膜を含むｐ層９を生成する。こ
のようにして得られるアモルフアスシリコンカーバイド
のｐ型ドープ薄膜をｐ層９に用いることにより効率を大
幅に改善でき、太陽電池や光スイッチ等の光電素子とし
て用いることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ｉ層にアモルフアスシ
リコン薄膜を含有するｐーｉーｎ接合型薄膜光電素子、
つまりアモルフアスシリコン系光電素子の製造方法に関
する。
リコン薄膜を含有するｐーｉーｎ接合型薄膜光電素子、
つまりアモルフアスシリコン系光電素子の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】シラン（ＳｉＨ4 ）のプラズマ分解法で
得られるアモルフアスシリコンは、ＰＨ3 やＢ2 Ｈ6 で
ドープすることによりその電導度を大きく変えることが
できることがＷ．Ｅ．Ｓpear等によって発見（１９７６
年）された。そして、Ｄ．Ｅ．Ｃarlson等によってアモ
ルフアスシリコンを用いた太陽電池が試作されて以来注
目を集め、アモルフアスシリコン薄膜太陽電池の効率を
改善する研究が活発に行われている。
得られるアモルフアスシリコンは、ＰＨ3 やＢ2 Ｈ6 で
ドープすることによりその電導度を大きく変えることが
できることがＷ．Ｅ．Ｓpear等によって発見（１９７６
年）された。そして、Ｄ．Ｅ．Ｃarlson等によってアモ
ルフアスシリコンを用いた太陽電池が試作されて以来注
目を集め、アモルフアスシリコン薄膜太陽電池の効率を
改善する研究が活発に行われている。
【０００３】これまでの研究により、アモルフアスシリ
コン薄膜光電素子の構造としては、ショットキーバリヤ
ー型、ｐｉｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ結合型があり、その
うち前三者が高効率太陽電池として有望視されている。
変換効率は、これまでに、ショットキーバリヤー型で
５．５％（Ｄ．Ｅ．カールソン他、１９７７年）、ＭＩ
Ｓ型で４．８％（Ｊ．Ｉ．Ｂ．ウィルソン他、１９７８
年）、ｐｉｎ型で４．５％（浜川圭弘、１９７８）がそ
れぞれ達成されている。
コン薄膜光電素子の構造としては、ショットキーバリヤ
ー型、ｐｉｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ結合型があり、その
うち前三者が高効率太陽電池として有望視されている。
変換効率は、これまでに、ショットキーバリヤー型で
５．５％（Ｄ．Ｅ．カールソン他、１９７７年）、ＭＩ
Ｓ型で４．８％（Ｊ．Ｉ．Ｂ．ウィルソン他、１９７８
年）、ｐｉｎ型で４．５％（浜川圭弘、１９７８）がそ
れぞれ達成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ｐｉｎジャン
クション型太陽電池の場合、ｐ型アモルフアスシリコン
では、キャリヤ寿命が短く有効なキャリヤにならず、ま
た、光の吸収係数がｉ層に比べて大きいことから、ｐ層
での光の吸収ロスが大きい点に問題があった。
クション型太陽電池の場合、ｐ型アモルフアスシリコン
では、キャリヤ寿命が短く有効なキャリヤにならず、ま
た、光の吸収係数がｉ層に比べて大きいことから、ｐ層
での光の吸収ロスが大きい点に問題があった。
【０００５】本発明は、上記の問題を解決するものであ
って、ｐｉｎジャンクション型光電変換の効率を改善す
ることを目的とするものである。
って、ｐｉｎジャンクション型光電変換の効率を改善す
ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】そのために本発
明は、ｉ層にアモルフアスシリコン薄膜を含有するｐー
ｉーｎ接合型薄膜光電素子の製造方法において、シラン
とハイドロカーボンのプラズマ分解により、約５０Å〜
２００Åの薄膜を有し、周期律表III 族の元素が０．０
５％〜４％のドープ量のアモルフアスシリコンカーバイ
ドのｐ型ドープ薄膜を含むｐ層を生成することを特徴と
するものである。
明は、ｉ層にアモルフアスシリコン薄膜を含有するｐー
ｉーｎ接合型薄膜光電素子の製造方法において、シラン
とハイドロカーボンのプラズマ分解により、約５０Å〜
２００Åの薄膜を有し、周期律表III 族の元素が０．０
５％〜４％のドープ量のアモルフアスシリコンカーバイ
ドのｐ型ドープ薄膜を含むｐ層を生成することを特徴と
するものである。
【０００７】本発明者は、ｐｉｎジャンクション型光電
変換の効率を改善するため鋭意研究した結果、シランと
ハイドロカーボンをプラズマ分解して得られるアモルフ
アスシリコンカーバイドのｐ型ドープ薄膜をｐ層に用い
ることにより効率を大幅に改善できることを見出したも
のであり、太陽電池や光スイッチ等の光電素子として用
いることができる。
変換の効率を改善するため鋭意研究した結果、シランと
ハイドロカーボンをプラズマ分解して得られるアモルフ
アスシリコンカーバイドのｐ型ドープ薄膜をｐ層に用い
ることにより効率を大幅に改善できることを見出したも
のであり、太陽電池や光スイッチ等の光電素子として用
いることができる。
【０００８】本発明のアモルフアスシリコンは、シラン
（ＳｉＨ4 ）又はその誘導体を水素又はアルゴン、ヘリ
ウム等の不活性ガスと水素で希釈した混合ガスを、容量
結合法又は誘導結合法による高周波グロー分解又は直流
グロー放電分解することにより得るものである。混合ガ
ス中のシランの濃度は、通常０．５〜５０％、好ましく
は１〜２０％である。
（ＳｉＨ4 ）又はその誘導体を水素又はアルゴン、ヘリ
ウム等の不活性ガスと水素で希釈した混合ガスを、容量
結合法又は誘導結合法による高周波グロー分解又は直流
グロー放電分解することにより得るものである。混合ガ
ス中のシランの濃度は、通常０．５〜５０％、好ましく
は１〜２０％である。
【０００９】基板は、透明電極（ＩＴＯ、ＳｎＯ2 等）
を蒸着したガラスや高分子フイルム、金属等、太陽電池
の構成に必要なあらゆる基板が含まれる。
を蒸着したガラスや高分子フイルム、金属等、太陽電池
の構成に必要なあらゆる基板が含まれる。
【００１０】図２は太陽電池の基本構成の代表例を示す
図である。図２（イ）は透明基板を用いるタイプであ
り、例えば光入射側より順次ガラス又は透明フイルム
７、透明電極８、ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈ９、ｉ型ａ
ーＳｉ：Ｈ１０、ｎ型ａーＳｉ：Ｈ１１、電極１２から
なり、ガラスー透明電極ーｐーｉーｎーＡｌで構成され
るものである。また、図２（ロ）は不透明基板を用いる
タイプであり、例えば光入射側より順次透明電極１３、
ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈ９、ｉ型ａーＳｉ：Ｈ１０、
ｎ型ａーＳｉ：Ｈ１１、ステンレス、モリブデン、金属
を蒸着したフイルム１４からなり、ステンレスーｎーｉ
ーｐー透明電極で構成されるものである。太陽電池の基
本構成は、その他、ｐ層と透明電極の間に薄い絶縁層を
つけたり、薄い金属層をつけた構造でもよい。要は、ｐ
ーｉーｎジャンクションを基本とするものであれば如何
なる構成でもよい。
図である。図２（イ）は透明基板を用いるタイプであ
り、例えば光入射側より順次ガラス又は透明フイルム
７、透明電極８、ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈ９、ｉ型ａ
ーＳｉ：Ｈ１０、ｎ型ａーＳｉ：Ｈ１１、電極１２から
なり、ガラスー透明電極ーｐーｉーｎーＡｌで構成され
るものである。また、図２（ロ）は不透明基板を用いる
タイプであり、例えば光入射側より順次透明電極１３、
ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈ９、ｉ型ａーＳｉ：Ｈ１０、
ｎ型ａーＳｉ：Ｈ１１、ステンレス、モリブデン、金属
を蒸着したフイルム１４からなり、ステンレスーｎーｉ
ーｐー透明電極で構成されるものである。太陽電池の基
本構成は、その他、ｐ層と透明電極の間に薄い絶縁層を
つけたり、薄い金属層をつけた構造でもよい。要は、ｐ
ーｉーｎジャンクションを基本とするものであれば如何
なる構成でもよい。
【００１１】そして、ｉ層には、シランのグロー放電分
解で得られる約１０-7秒以上のキャリヤ寿命で約１０17
ｃｍ-3ｅＶ-1以下の局在準位密度及び１０-3ｃｍ2 ／Ｖ
以上の移動度をもつ真性アモルフアスシリコン（ｉーａ
ーＳｉ：Ｈ）を用い、ｎ層には、上記真性アモルフアス
シリコンをリン等の周期率表III 族の元素でドープした
ｎ型アモルフアスシリコン（ｎーａーＳｉ：Ｈ）を用い
る。
解で得られる約１０-7秒以上のキャリヤ寿命で約１０17
ｃｍ-3ｅＶ-1以下の局在準位密度及び１０-3ｃｍ2 ／Ｖ
以上の移動度をもつ真性アモルフアスシリコン（ｉーａ
ーＳｉ：Ｈ）を用い、ｎ層には、上記真性アモルフアス
シリコンをリン等の周期率表III 族の元素でドープした
ｎ型アモルフアスシリコン（ｎーａーＳｉ：Ｈ）を用い
る。
【００１２】ｉーａーＳｉ：Ｈ層の厚みは、約２５００
〜１００００Åである。ｎーａーＳｉ：Ｈ層は、オーミ
ック接触のための層であって特に厚みは限定されない
が、３００〜８００Åが通常用いられる。後述した本発
明の実施例では、ｉーａーＳｉ：Ｈ層は４５００Å、ｎ
ーａーＳｉ：Ｈ層は５００Åの厚みのものを用いてい
る。
〜１００００Åである。ｎーａーＳｉ：Ｈ層は、オーミ
ック接触のための層であって特に厚みは限定されない
が、３００〜８００Åが通常用いられる。後述した本発
明の実施例では、ｉーａーＳｉ：Ｈ層は４５００Å、ｎ
ーａーＳｉ：Ｈ層は５００Åの厚みのものを用いてい
る。
【００１３】本発明のアモルフアスシリコンカーバイド
は、シラン等のシリコンハイドライド（Ｓｉn Ｈ2n+2）
と、メタン、エタン等のハイドロカーボンをプラズマ分
解、好ましくはグロー放電分解して得られる。ハイドロ
カーボンについては、飽和脂肪族ハイドロカーボン（Ｃ
n Ｈ2n+2）が用いられるが、不飽和脂肪族ハイドロカー
ボン（例えばエチレン、プロピレン等の一般式Ｃ
n Ｈ2n）でもよい。シリコンカーバイドの組成について
は、グロー放電分解時の原料ガス組成を用いＳｉ原子数
とＣ原子数の比Ｓｉx Ｃ1-x で示し、例えばシラン（Ｓ
ｉＨ4 ）８モル、メタン２モルの割合で混合した場合に
はＳｉ0.8 Ｃ0.2 と示される。エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）を用
いる場合には、エタン１モルにメタン１モルの２倍のＣ
を含むので、シラン８モル、エタン４モルの混合でＳｉ
0.8 Ｃ0.2 となる。これらのガス組成で得られたアモル
フアスシリコンカーバイドをａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈとし
て以下に示す。分解生成物の組成は、原料ガス中に存在
する炭素原子が生成物中に取り込まれる比率、通常７０
％程度を考慮することにより理解される。
は、シラン等のシリコンハイドライド（Ｓｉn Ｈ2n+2）
と、メタン、エタン等のハイドロカーボンをプラズマ分
解、好ましくはグロー放電分解して得られる。ハイドロ
カーボンについては、飽和脂肪族ハイドロカーボン（Ｃ
n Ｈ2n+2）が用いられるが、不飽和脂肪族ハイドロカー
ボン（例えばエチレン、プロピレン等の一般式Ｃ
n Ｈ2n）でもよい。シリコンカーバイドの組成について
は、グロー放電分解時の原料ガス組成を用いＳｉ原子数
とＣ原子数の比Ｓｉx Ｃ1-x で示し、例えばシラン（Ｓ
ｉＨ4 ）８モル、メタン２モルの割合で混合した場合に
はＳｉ0.8 Ｃ0.2 と示される。エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）を用
いる場合には、エタン１モルにメタン１モルの２倍のＣ
を含むので、シラン８モル、エタン４モルの混合でＳｉ
0.8 Ｃ0.2 となる。これらのガス組成で得られたアモル
フアスシリコンカーバイドをａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈとし
て以下に示す。分解生成物の組成は、原料ガス中に存在
する炭素原子が生成物中に取り込まれる比率、通常７０
％程度を考慮することにより理解される。
【００１４】本発明の場合には、ボロン等の周期率表II
I 族の元素をドープしてｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈとし
てアモルフアスシリコンカーバイドを用いる点に特徴が
ある。この場合、ドープ量は任意であるが、ｐ層が約５
０Å〜２００Åの膜厚を有するものであっても、例えば
Ｂ2 Ｈ6 でドープする場合には、Ｂ原子数／（Ｓｉ＋
Ｃ）原子数を０．０５％〜４％の範囲にすることにより
光電素子として特に顕著な効果が得られる。
I 族の元素をドープしてｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈとし
てアモルフアスシリコンカーバイドを用いる点に特徴が
ある。この場合、ドープ量は任意であるが、ｐ層が約５
０Å〜２００Åの膜厚を有するものであっても、例えば
Ｂ2 Ｈ6 でドープする場合には、Ｂ原子数／（Ｓｉ＋
Ｃ）原子数を０．０５％〜４％の範囲にすることにより
光電素子として特に顕著な効果が得られる。
【００１５】ドープ量が４％以上である場合には、光学
的禁止帯幅Ｅｇｏｐｔが著しく低下し、光の吸収係数が
大幅に増加するために光吸収ロスが大きくなる。また、
ビルトインポテンシヤルも小さくなる。これは、過剰な
ドーパントにより水素が引き抜かれるために光学的禁止
帯幅が低下することによるものである。なお、光学的禁
止帯幅の低下による光吸収ロスは、厚みが大になるほど
顕著に現れる。
的禁止帯幅Ｅｇｏｐｔが著しく低下し、光の吸収係数が
大幅に増加するために光吸収ロスが大きくなる。また、
ビルトインポテンシヤルも小さくなる。これは、過剰な
ドーパントにより水素が引き抜かれるために光学的禁止
帯幅が低下することによるものである。なお、光学的禁
止帯幅の低下による光吸収ロスは、厚みが大になるほど
顕著に現れる。
【００１６】他方、ドープ量が０．０５％以下の場合に
は、フエルミレベルがほとんど低下しないので、電導度
が低くなり、また、接合形成が不十分で好ましくない。
なお、直列抵抗が著しく大であり、電導度が低いので、
厚みが加わると、抵抗は著しく増大する。従って、通常
は０．１〜２％程度で用いるのがよい。
は、フエルミレベルがほとんど低下しないので、電導度
が低くなり、また、接合形成が不十分で好ましくない。
なお、直列抵抗が著しく大であり、電導度が低いので、
厚みが加わると、抵抗は著しく増大する。従って、通常
は０．１〜２％程度で用いるのがよい。
【００１７】例えば比較的Ｂ2 Ｈ6 のドープ量が多く光
学的禁止帯幅が小さい場合、膜厚が約１３０Åを越える
と変換効率ηが小さくなる傾向がある。これは、ｐ層で
の光吸収ロスがあるためであり、このために厚みを大に
すると短絡電流Ｊｓｃが減少すると共に変換効率ηがさ
らに小さくなり、特に膜厚が２００Å付近で急速に小さ
くなる。また、膜厚が５０Å以下では、厚みが不足し、
接合が充分形成されないために膜が不均一になるので、
ｐ層として充分機能せず特性が大幅に低下する。
学的禁止帯幅が小さい場合、膜厚が約１３０Åを越える
と変換効率ηが小さくなる傾向がある。これは、ｐ層で
の光吸収ロスがあるためであり、このために厚みを大に
すると短絡電流Ｊｓｃが減少すると共に変換効率ηがさ
らに小さくなり、特に膜厚が２００Å付近で急速に小さ
くなる。また、膜厚が５０Å以下では、厚みが不足し、
接合が充分形成されないために膜が不均一になるので、
ｐ層として充分機能せず特性が大幅に低下する。
【００１８】上述の如く本発明に係わるアモルフアスシ
リコン系光電素子において所望の特性を得るためには、
膜厚を５０Å〜２００Åにすると共に、ドープ量を０．
０５％〜４％にすることが必要となる。
リコン系光電素子において所望の特性を得るためには、
膜厚を５０Å〜２００Åにすると共に、ドープ量を０．
０５％〜４％にすることが必要となる。
【００１９】以上の如く、要するに所定範囲内のドープ
量により、ドープしないａーＳｉＣでは、ＣＨ4 フラ
クションが増えるに従って急速に光電導度σｐｈが減少
するのに対して、大幅な光電導度σｐｈの回復が見られ
る。半導体物性が大きく改善され、ＥＳＲのスピン密
度が大幅に減少する。暗電導度σｄが大巾に増加し窓
側ｐ層の半導体として充分な特性が得られる。
量により、ドープしないａーＳｉＣでは、ＣＨ4 フラ
クションが増えるに従って急速に光電導度σｐｈが減少
するのに対して、大幅な光電導度σｐｈの回復が見られ
る。半導体物性が大きく改善され、ＥＳＲのスピン密
度が大幅に減少する。暗電導度σｄが大巾に増加し窓
側ｐ層の半導体として充分な特性が得られる。
【００２０】上記の如きａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈは、シラ
ンのグロー放電と同様の方法で作ることができる。
ンのグロー放電と同様の方法で作ることができる。
【００２１】
【実施例】以下に実施例をもってさらに説明する。図１
は本発明のアモルフアスシリコン系光電素子の製造方法
に適用されるプラズマ分解装置の概略図であり、１は電
極、２はサセプター、３は基板加熱用ヒーター、４はガ
ス（シラン、メタン、ドーピングガス）の入口、５は真
空を引くためのガス出口、６は基板を示す。
は本発明のアモルフアスシリコン系光電素子の製造方法
に適用されるプラズマ分解装置の概略図であり、１は電
極、２はサセプター、３は基板加熱用ヒーター、４はガ
ス（シラン、メタン、ドーピングガス）の入口、５は真
空を引くためのガス出口、６は基板を示す。
【００２２】図１に示す内径１１ｃｍの石英の反応管を
用い１４．５６ＭＨｚの高周波で真性型（ｉ型）アモル
フアスシリコン（ｉ型ａーＳｉ：Ｈ）、ｎ型アモルフア
スシリコン（ｎ型ａーＳｉ：Ｈ）、ｐ型アモルフアスシ
リコンカーバイド（ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈ）をそれ
ぞれグロー放電分解する。
用い１４．５６ＭＨｚの高周波で真性型（ｉ型）アモル
フアスシリコン（ｉ型ａーＳｉ：Ｈ）、ｎ型アモルフア
スシリコン（ｎ型ａーＳｉ：Ｈ）、ｐ型アモルフアスシ
リコンカーバイド（ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈ）をそれ
ぞれグロー放電分解する。
【００２３】ｉ型アモルフアスシリコンは、水素で希釈
したシランを２〜１０Ｔｏｒｒでグロー放電分解する。
ｎ型アモルフアスシリコンは、水素で希釈したシランと
フオスフイン（ｐＨ3 ）（ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝０．５モ
ル％）を同様にグロー放電分解する。ｐ型アモルフアス
シリコンカーバイドは、水素で希釈したシラン、メタン
（ＣＨ4 ）、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）（Ｂ2 Ｈ6 ／（ＣＨ
4 ＋ＳｉＨ4 ）＝０．２モル％）を同様にグロー放電分
解する。ここでアモルフアスシリコンカーバイド（ａー
Ｓｉx Ｃ1-x ：Ｈ）の組成は、グロー放電時のガス組成
Ｓｉx Ｃ1-x でｘを０．９５〜０．５０に変量した。
したシランを２〜１０Ｔｏｒｒでグロー放電分解する。
ｎ型アモルフアスシリコンは、水素で希釈したシランと
フオスフイン（ｐＨ3 ）（ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝０．５モ
ル％）を同様にグロー放電分解する。ｐ型アモルフアス
シリコンカーバイドは、水素で希釈したシラン、メタン
（ＣＨ4 ）、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）（Ｂ2 Ｈ6 ／（ＣＨ
4 ＋ＳｉＨ4 ）＝０．２モル％）を同様にグロー放電分
解する。ここでアモルフアスシリコンカーバイド（ａー
Ｓｉx Ｃ1-x ：Ｈ）の組成は、グロー放電時のガス組成
Ｓｉx Ｃ1-x でｘを０．９５〜０．５０に変量した。
【００２４】太陽電池の構成は、２５Ω／口のＳｎＯ2
薄膜のついたガラス基板のＳｎＯ2面にｐ型ａーＳｉx
Ｃ1-x ：Ｈ、ｉ型ａーＳｉ：Ｈ、ｎ型ａーＳｉ：Ｈの順
に堆積し、最後に３．３ｍｍ2 のアルミニウムを蒸着し
て、ＡＭー１１００ｍＷ／ｃｍ2 のソーラーシユミレー
ターで太陽電池特性を調べた。グロー放電時の基板温度
は２５０°Ｃで行った。また、ｉ層は４５００Å、ｎ層
は５００Å、ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈは１３５Åの厚
みである。
薄膜のついたガラス基板のＳｎＯ2面にｐ型ａーＳｉx
Ｃ1-x ：Ｈ、ｉ型ａーＳｉ：Ｈ、ｎ型ａーＳｉ：Ｈの順
に堆積し、最後に３．３ｍｍ2 のアルミニウムを蒸着し
て、ＡＭー１１００ｍＷ／ｃｍ2 のソーラーシユミレー
ターで太陽電池特性を調べた。グロー放電時の基板温度
は２５０°Ｃで行った。また、ｉ層は４５００Å、ｎ層
は５００Å、ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈは１３５Åの厚
みである。
【００２５】図３はｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈのグロー
放電分解時のガス組成Ｓｉx Ｃ１−ｘを変えた時の太陽
電池の変換効率を示す図である。この図からわかるよう
に、シラン１００％（Ｓｉ１ Ｃ0 ）の場合には、変換
効率が４．１％であるのに対し、本発明のＳｉ
x Ｃ1-x ：Ｈを用いると、Ｓｉ0.95Ｃ0.05でも５．４％
と増加し、Ｓｉ0.8 Ｃ0.2 ではさらに６．１％にも改善
される。また、Ｓｉ0.5 Ｃ0.5 でも５．０％とシラン１
００％の時より高い値が得られる。
放電分解時のガス組成Ｓｉx Ｃ１−ｘを変えた時の太陽
電池の変換効率を示す図である。この図からわかるよう
に、シラン１００％（Ｓｉ１ Ｃ0 ）の場合には、変換
効率が４．１％であるのに対し、本発明のＳｉ
x Ｃ1-x ：Ｈを用いると、Ｓｉ0.95Ｃ0.05でも５．４％
と増加し、Ｓｉ0.8 Ｃ0.2 ではさらに６．１％にも改善
される。また、Ｓｉ0.5 Ｃ0.5 でも５．０％とシラン１
００％の時より高い値が得られる。
【００２６】図４は本発明のｐ型ａーＳｉ0.8 Ｃ0.2 ：
Ｈの厚み依存性と対照例としてシラン１００％から得ら
れるｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 ：Ｈの厚み依存性を示す図であ
る。対照例（ｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 ：Ｈ）の場合には５０
Å〜１００Åに最適値があるが、本発明のａーＳｉx Ｃ
1-x ：Ｈをｐ層に用いると、５０Å〜２００Åで対照例
よりも高い変換効率が得られる。このようにｐ層の厚み
を比較的厚くすることができることは品質のバラツキを
小さくできて工業的に極めて有利となる。
Ｈの厚み依存性と対照例としてシラン１００％から得ら
れるｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 ：Ｈの厚み依存性を示す図であ
る。対照例（ｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 ：Ｈ）の場合には５０
Å〜１００Åに最適値があるが、本発明のａーＳｉx Ｃ
1-x ：Ｈをｐ層に用いると、５０Å〜２００Åで対照例
よりも高い変換効率が得られる。このようにｐ層の厚み
を比較的厚くすることができることは品質のバラツキを
小さくできて工業的に極めて有利となる。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、従来の
シラン１００％で得られるｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 ：Ｈ（ガ
ス組成Ｓｉ1 Ｃ0 ）の場合には、変換効率が４．１％で
あるのに対し、本発明のｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈを用
いると、ｘが０．９５〜０．５０の間で５％以上の変換
効率を示し、ｘが０．８０になると６．１％というさら
に高い変換効率の得られることが図３からわかる。
シラン１００％で得られるｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 ：Ｈ（ガ
ス組成Ｓｉ1 Ｃ0 ）の場合には、変換効率が４．１％で
あるのに対し、本発明のｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈを用
いると、ｘが０．９５〜０．５０の間で５％以上の変換
効率を示し、ｘが０．８０になると６．１％というさら
に高い変換効率の得られることが図３からわかる。
【００２８】また、このｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈの厚
み依存性について図４で見ると、対照例のシラン１００
％で得られるｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 に比べて大きい厚みで
高い効率が得られ、５０Å〜２００Åで対照例よりも高
い効率が得られることがわかる。
み依存性について図４で見ると、対照例のシラン１００
％で得られるｐ型ａーＳｉ1 Ｃ0 に比べて大きい厚みで
高い効率が得られ、５０Å〜２００Åで対照例よりも高
い効率が得られることがわかる。
【００２９】シランのグロー放電分解でメタン、エタン
等のハイドロカーボンを混合してグロー放電分解してア
モルフアスシリコンカーバイドの得られることは既に知
られている〔例えばＤ．Ａ．Ａnderson and Ｗ．Ｅ．Ｓ
pear, Ｐhil. Ｍag. 35, 1（1977) 〕。
等のハイドロカーボンを混合してグロー放電分解してア
モルフアスシリコンカーバイドの得られることは既に知
られている〔例えばＤ．Ａ．Ａnderson and Ｗ．Ｅ．Ｓ
pear, Ｐhil. Ｍag. 35, 1（1977) 〕。
【００３０】しかしながら、シランとメタンで得られる
ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈを真性領域に用いた太陽電池は、
Ｄ．Ｅ．Ｃarlson等の実験によりメタンを含まない場合
に２．２７％である効率が、１０％のメタンを含むと
１．４％に低下し、さらに３０％のメタンを含む場合に
は、０．０８％と極端に低下してしまうことが知られて
いた（例えばＴopics in Ａpplied Ｐhysics Ｖol.3
6, Ａmorphous Ｓemicoductors p=311 (Ｍ．Ｈ．Ｂro
dsky, Ｓpring-Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelberg 刊1979
年）。従って、メタン等のハイドロカーボンは不純物と
して好ましくないとされていた。このような従来の認識
の中で、本発明者は、アモルフアスシリコンカーバイト
をｐ型にドープすることにより変換効率を大幅に改善し
たものであり、その効果は驚くべきものである。
ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈを真性領域に用いた太陽電池は、
Ｄ．Ｅ．Ｃarlson等の実験によりメタンを含まない場合
に２．２７％である効率が、１０％のメタンを含むと
１．４％に低下し、さらに３０％のメタンを含む場合に
は、０．０８％と極端に低下してしまうことが知られて
いた（例えばＴopics in Ａpplied Ｐhysics Ｖol.3
6, Ａmorphous Ｓemicoductors p=311 (Ｍ．Ｈ．Ｂro
dsky, Ｓpring-Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelberg 刊1979
年）。従って、メタン等のハイドロカーボンは不純物と
して好ましくないとされていた。このような従来の認識
の中で、本発明者は、アモルフアスシリコンカーバイト
をｐ型にドープすることにより変換効率を大幅に改善し
たものであり、その効果は驚くべきものである。
【図１】 本発明のアモルフアスシリコン系光電素子の
製造方法に適用されるプラズマ分解装置の概略図であ
る。
製造方法に適用されるプラズマ分解装置の概略図であ
る。
【図２】 本発明の太陽電池の基本構成を示す図であ
る。
る。
【図３】 ｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈを作る時のガス組
成Ｓｉx Ｃ1-x のｘを変えた場合の太陽電池の効率を示
す図である。
成Ｓｉx Ｃ1-x のｘを変えた場合の太陽電池の効率を示
す図である。
【図４】 本発明のＳｉ0.8 Ｃ0.2 のガス組成で得られ
るｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈの厚み依存性と対照例のシ
ラン１００％で得られるｐ型ａーＳｉ：Ｈの厚み依存性
を示す図である。
るｐ型ａーＳｉx Ｃ1-x ：Ｈの厚み依存性と対照例のシ
ラン１００％で得られるｐ型ａーＳｉ：Ｈの厚み依存性
を示す図である。
１…電極、２…サセプター、３…基板加熱用ヒーター、
４…ガス（シラン、メタン、ドーピングガス）の入口、
５…真空を引くためのガス出口、６…基板、７…ガラス
又は透明フイルム、８、１３…透明電極、９…ｐ型ａー
Ｓｉx Ｃ1-x ：Ｈ、１０…ｉ型ａーＳｉ：Ｈ、１１…ｎ
型ａーＳｉ：Ｈ、１２…電極、１４…ステンレス、モリ
ブデン、金属を蒸着したフイルム
４…ガス（シラン、メタン、ドーピングガス）の入口、
５…真空を引くためのガス出口、６…基板、７…ガラス
又は透明フイルム、８、１３…透明電極、９…ｐ型ａー
Ｓｉx Ｃ1-x ：Ｈ、１０…ｉ型ａーＳｉ：Ｈ、１１…ｎ
型ａーＳｉ：Ｈ、１２…電極、１４…ステンレス、モリ
ブデン、金属を蒸着したフイルム
Claims (4)
- 【請求項１】 ｉ層にアモルフアスシリコン薄膜を含有
するｐーｉーｎ接合型薄膜光電素子の製造方法におい
て、シランとハイドロカーボンのプラズマ分解により、
約５０Å〜２００Åの薄膜を有し、周期律表III 族の元
素が０．０５％〜４％のドープ量のアモルフアスシリコ
ンカーバイドのｐ型ドープ薄膜を含むｐ層を生成するこ
とを特徴とするアモルフアスシリコン系光電素子の製造
方法。 - 【請求項２】 前記シランとハイドロカーボンの比率を
ガス組成式Ｓｉx Ｃ1-x （但し、ｘは約０．９７〜０．
３）にしたことを特徴とする請求項１記載のアモルフア
スシリコン系光電素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記ｘを０．９５〜０．５０にしたこと
を特徴とする請求項２記載のアモルフアスシリコン系光
電素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記ハイドロカーボンがメタンであるこ
とを特徴とする請求項１記載のアモルフアスシリコン系
光電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3341477A JPH05343714A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | アモルフアスシリコン系光電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3341477A JPH05343714A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | アモルフアスシリコン系光電素子の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55171375A Division JPS5795677A (en) | 1980-02-04 | 1980-12-03 | Amorphous silicon type photoelectric tranducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343714A true JPH05343714A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=18346367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3341477A Pending JPH05343714A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | アモルフアスシリコン系光電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343714A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4109271A (en) * | 1977-05-27 | 1978-08-22 | Rca Corporation | Amorphous silicon-amorphous silicon carbide photovoltaic device |
| JPS5578524A (en) * | 1978-12-10 | 1980-06-13 | Shunpei Yamazaki | Manufacture of semiconductor device |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP3341477A patent/JPH05343714A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4109271A (en) * | 1977-05-27 | 1978-08-22 | Rca Corporation | Amorphous silicon-amorphous silicon carbide photovoltaic device |
| JPS5578524A (en) * | 1978-12-10 | 1980-06-13 | Shunpei Yamazaki | Manufacture of semiconductor device |
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