JPH0582456A - 非晶質シリコン薄膜の形成方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法 - Google Patents
非晶質シリコン薄膜の形成方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法Info
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- JPH0582456A JPH0582456A JP3273304A JP27330491A JPH0582456A JP H0582456 A JPH0582456 A JP H0582456A JP 3273304 A JP3273304 A JP 3273304A JP 27330491 A JP27330491 A JP 27330491A JP H0582456 A JPH0582456 A JP H0582456A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、ＣやＯを添加することなく、広
いバンドギャップ及び高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜
の形成方法を提供することを目的とする。 【構成】 基板１上に、一導電型の非晶質シリコン層
３、ｉ型非晶質シリコン層４、他導電型非晶質シリコン
層５を形成してなる光起電力装置の製造方法において、
ｉ型非晶質シリコン層４は、プラズマＣＶＤ法を用いて
膜厚１００Å以下のｉ型非晶質シリコンの形成後、希ガ
スによるシリコン薄膜の改質処理を交互に繰り返し、所
定の膜厚に形成する。
いバンドギャップ及び高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜
の形成方法を提供することを目的とする。 【構成】 基板１上に、一導電型の非晶質シリコン層
３、ｉ型非晶質シリコン層４、他導電型非晶質シリコン
層５を形成してなる光起電力装置の製造方法において、
ｉ型非晶質シリコン層４は、プラズマＣＶＤ法を用いて
膜厚１００Å以下のｉ型非晶質シリコンの形成後、希ガ
スによるシリコン薄膜の改質処理を交互に繰り返し、所
定の膜厚に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は広い光学的バンドギャッ
プ及び高い光導電率を有する非晶質シリコン薄膜の形成
方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法に関す
る。
プ及び高い光導電率を有する非晶質シリコン薄膜の形成
方法およびこれを用いた光起電力装置の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】非晶質半導体（ａ−Ｓｉ）を主体とする
光起電力装置においては、その変換効率を向上するた
め、ｐ型、ｉ型、ｎ型又はｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質シ
リコン層を２層以上積層した積層型の光起電力装置の研
究が従来より盛んに行われている。
光起電力装置においては、その変換効率を向上するた
め、ｐ型、ｉ型、ｎ型又はｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質シ
リコン層を２層以上積層した積層型の光起電力装置の研
究が従来より盛んに行われている。
【０００３】この積層型の光起電力装置にあっては、光
の有効利用のために、光入射側の第１層にはバンドギャ
ップの広いものが好ましい。
の有効利用のために、光入射側の第１層にはバンドギャ
ップの広いものが好ましい。
【０００４】このため、従来では、ａ−Ｓｉ膜中にＣ
（炭素）やＯ（酸素）等を添加して光学的バンドギャッ
プを広くする方法が用いられている。しかしながらこの
場合、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ，９７＆９８（１９８７）」
の１０２７頁ないし１０３４頁に記載されているよう
に、Ｃ等を添加すると、ａ−Ｓｉの膜質（光導電率等）
が低下するという問題があった。
（炭素）やＯ（酸素）等を添加して光学的バンドギャッ
プを広くする方法が用いられている。しかしながらこの
場合、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ，９７＆９８（１９８７）」
の１０２７頁ないし１０３４頁に記載されているよう
に、Ｃ等を添加すると、ａ−Ｓｉの膜質（光導電率等）
が低下するという問題があった。
【０００５】一方、Ｃ等を添加することなくａ−Ｓｉ中
の水素（Ｈ）濃度を高くすることにより、広いバンドギ
ャップを有する膜を形成することができる。水素濃度を
高くするには、基板温度を低下させてａ−Ｓｉ膜を形成
すれば良い。例えば、膜の形成時における基板温度を１
００℃以下とすれば、３０ａｔｍ・％のＨ原子を有する
ａ−Ｓｉが得られる。
の水素（Ｈ）濃度を高くすることにより、広いバンドギ
ャップを有する膜を形成することができる。水素濃度を
高くするには、基板温度を低下させてａ−Ｓｉ膜を形成
すれば良い。例えば、膜の形成時における基板温度を１
００℃以下とすれば、３０ａｔｍ・％のＨ原子を有する
ａ−Ｓｉが得られる。
【０００６】しかしながら、基板温度を低下させると、
ａ−Ｓｉ膜の光導電率が低下し、この場合も優れた膜特
性を有するａ−Ｓｉを形成できないという問題があっ
た。
ａ−Ｓｉ膜の光導電率が低下し、この場合も優れた膜特
性を有するａ−Ｓｉを形成できないという問題があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のａ−Ｓｉ膜の製造方法では、広いバンドギャップ及び
優れた膜特性、特に高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜を
形成することができなかった。
のａ−Ｓｉ膜の製造方法では、広いバンドギャップ及び
優れた膜特性、特に高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜を
形成することができなかった。
【０００８】この発明は、上述した従来の問題点を解消
しＣやＯを添加することなく、広いバンドギャップを備
えたａ−Ｓｉ膜における光導電率を向上させ、広いバン
ドギャップ及び高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜の形成
方法を提供することを目的とする。
しＣやＯを添加することなく、広いバンドギャップを備
えたａ−Ｓｉ膜における光導電率を向上させ、広いバン
ドギャップ及び高い光導電率を備えたａ−Ｓｉ膜の形成
方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の非晶質シリコ
ン薄膜の形成方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚
１００Å以下のシリコン薄膜形成した後、希ガスをプラ
ズマ反応させて、上記シリコン薄膜の改質処理を行なう
ことを特徴とする。
ン薄膜の形成方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚
１００Å以下のシリコン薄膜形成した後、希ガスをプラ
ズマ反応させて、上記シリコン薄膜の改質処理を行なう
ことを特徴とする。
【００１０】また、この発明による光起電力装置の製造
方法は、基板上に、一導電型の非晶質シリコン層、ｉ型
非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコン層を形成し
てなる光起電力装置の製造方法であって、上記ｉ型非晶
質シリコン層は、プラズマＣＶＤ法を用いて膜厚１００
Å以下のｉ型非晶質シリコン膜の形成後、希ガスによる
シリコン薄膜の改質処理を交互に繰り返し、所定の膜厚
に形成することを特徴とする。
方法は、基板上に、一導電型の非晶質シリコン層、ｉ型
非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコン層を形成し
てなる光起電力装置の製造方法であって、上記ｉ型非晶
質シリコン層は、プラズマＣＶＤ法を用いて膜厚１００
Å以下のｉ型非晶質シリコン膜の形成後、希ガスによる
シリコン薄膜の改質処理を交互に繰り返し、所定の膜厚
に形成することを特徴とする。
【００１１】
【作用】この本発明の方法は、高い光導電率（≧１×１
０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の形成温度で
ａ−Ｓｉ薄膜を形成した後、希ガスをプラズマ反応させ
ることで、ａ−Ｓｉ薄膜を改質することができる。従っ
て、この発明の方法を用いることにより広いバンドギャ
ップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖｓ・（αｈν）1/3プロッ
トによる）と高い光導電率（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）
のａ−Ｓｉ薄膜を容易に得ることができる。
０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の形成温度で
ａ−Ｓｉ薄膜を形成した後、希ガスをプラズマ反応させ
ることで、ａ−Ｓｉ薄膜を改質することができる。従っ
て、この発明の方法を用いることにより広いバンドギャ
ップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖｓ・（αｈν）1/3プロッ
トによる）と高い光導電率（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）
のａ−Ｓｉ薄膜を容易に得ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例につき説明する。こ
の発明は、プラズマＣＶＤ法を用いて、高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の
形成温度で、所定時間シラン（ＳｉＨ4）ガスをプラズ
マ分解し、基板上に１００Å以下ａ−Ｓｉ薄膜を形成す
る。そして、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アル
ゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）
等の希ガスを用い、この希ガスを所定時間プラズマ反応
させて、ａ−Ｓｉ薄膜を改質させる。この工程を繰り返
すことにより、所望の膜厚のａ−Ｓｉ薄膜を形成するも
のである。
の発明は、プラズマＣＶＤ法を用いて、高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）が得られるａ−Ｓｉ薄膜の
形成温度で、所定時間シラン（ＳｉＨ4）ガスをプラズ
マ分解し、基板上に１００Å以下ａ−Ｓｉ薄膜を形成す
る。そして、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アル
ゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）
等の希ガスを用い、この希ガスを所定時間プラズマ反応
させて、ａ−Ｓｉ薄膜を改質させる。この工程を繰り返
すことにより、所望の膜厚のａ−Ｓｉ薄膜を形成するも
のである。
【００１３】このようにして形成されたａ−Ｓｉ薄膜
は、広い光学的バンドギャップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖ
ｓ．（αｈν）1/3プロットによる）と高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）を有する。しかも、ＳｉＨ
2／ＳｉＨ結合比が減少し、高いσphの高品質なａ−Ｓ
ｉ薄膜が得られる。
は、広い光学的バンドギャップ（≧１．６ｅＶ：ｈνｖ
ｓ．（αｈν）1/3プロットによる）と高い光導電率
（≧１×１０-5Ω-1・cm-1）を有する。しかも、ＳｉＨ
2／ＳｉＨ結合比が減少し、高いσphの高品質なａ−Ｓ
ｉ薄膜が得られる。
【００１４】表１に、この発明のａ−Ｓｉ膜形成条件を
示す。
示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１に示す条件を用い、プラズマＣＶＤ法
を用いて形成する１回のａ−Ｓｉ薄膜形成を５０Åと固
定して、Ａｒプラズマの処理時間を３０秒から２分と変
化させた結果を図１に示す。比較のために、本方法を用
いず表１の膜形成条件を用いて連続で形成した膜、即
ち、Ａｒガスのプラズマ処理を行なわないａ−Ｓｉ薄膜
の特性も合わせて示す。
を用いて形成する１回のａ−Ｓｉ薄膜形成を５０Åと固
定して、Ａｒプラズマの処理時間を３０秒から２分と変
化させた結果を図１に示す。比較のために、本方法を用
いず表１の膜形成条件を用いて連続で形成した膜、即
ち、Ａｒガスのプラズマ処理を行なわないａ−Ｓｉ薄膜
の特性も合わせて示す。
【００１７】図１に示したように、処理時間を長くする
ことにより、バンドギャップも次第に拡がっていき、Ａ
ｒ処理時間が２分では連続形成の膜よりもバンドギャッ
プが０．１ｅＶ広い膜が得られた。しかも、電気的特性
は連続形成の膜とほぼ等しく、この発明方法によるａ−
Ｓｉ膜が広いバンドギャップ及び優れた電気的特性を持
つ膜であることがわかる。
ことにより、バンドギャップも次第に拡がっていき、Ａ
ｒ処理時間が２分では連続形成の膜よりもバンドギャッ
プが０．１ｅＶ広い膜が得られた。しかも、電気的特性
は連続形成の膜とほぼ等しく、この発明方法によるａ−
Ｓｉ膜が広いバンドギャップ及び優れた電気的特性を持
つ膜であることがわかる。
【００１８】また、図１に示すように、膜中のＳｉＨ2
／ＳｉＨ結合比についても連続形成膜と同等であり、Ｓ
ｉＨ2結合の少ない膜である。この膜中のＳｉＨ2結合が
少ないということは、膜の光劣化が小さいということを
意味しており、この発明方法を用いることにより広いバ
ンドギャップで優れた電気的特性を持つばかりでなく信
頼性も高い膜が得られる。
／ＳｉＨ結合比についても連続形成膜と同等であり、Ｓ
ｉＨ2結合の少ない膜である。この膜中のＳｉＨ2結合が
少ないということは、膜の光劣化が小さいということを
意味しており、この発明方法を用いることにより広いバ
ンドギャップで優れた電気的特性を持つばかりでなく信
頼性も高い膜が得られる。
【００１９】また、この効果はＡｒばかりでなく他の希
ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）でも同様である。
ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）でも同様である。
【００２０】図２に、今度はＡｒの処理時間を２分に固
定し、ａ−Ｓｉ薄膜の膜厚を５０〜１００Åと変化させ
た時の水素量とバンドギャップの変化を示す。図２から
分かるように、ａ−Ｓｉの膜厚が１００Åをこえるとこ
の処理はほとんど効果がないことが分かる。
定し、ａ−Ｓｉ薄膜の膜厚を５０〜１００Åと変化させ
た時の水素量とバンドギャップの変化を示す。図２から
分かるように、ａ−Ｓｉの膜厚が１００Åをこえるとこ
の処理はほとんど効果がないことが分かる。
【００２１】本形成法により得られた、バンドギャップ
が広くかつ光導電率の高いａ−Ｓｉは、例えば図３に示
すように、２層積層型のアモルファス太陽電池の１層目
のｉ層として用いることができる。図３に従いこの光起
電力装置について説明する。
が広くかつ光導電率の高いａ−Ｓｉは、例えば図３に示
すように、２層積層型のアモルファス太陽電池の１層目
のｉ層として用いることができる。図３に従いこの光起
電力装置について説明する。
【００２２】ガラス基板１上に、ＳｎＯ2、ＩＴＯ等か
らなる透明電極２、１層目の光起電力素子を構成する膜
厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜から
なるｐ型層３をプラズマＣＶＤ法により透明電極２上に
形成する。
らなる透明電極２、１層目の光起電力素子を構成する膜
厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜から
なるｐ型層３をプラズマＣＶＤ法により透明電極２上に
形成する。
【００２３】続いて、膜厚１０００Åの本発明によるａ
−Ｓｉからなるｉ型層４を形成する。この形成は、ま
ず、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｉ型のａ−Ｓｉ膜を５
０Å形成し、Ａｒプラズマ処理を２分間行う。この処理
を繰り返してｉ型層４を形成する。
−Ｓｉからなるｉ型層４を形成する。この形成は、ま
ず、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｉ型のａ−Ｓｉ膜を５
０Å形成し、Ａｒプラズマ処理を２分間行う。この処理
を繰り返してｉ型層４を形成する。
【００２４】その後、膜厚５０〜３００ÅのＰ（リン）
ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層５をプラズマＣＶＤ法
により形成する。
ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層５をプラズマＣＶＤ法
により形成する。
【００２５】引き続き、２層目の光起電力素子を構成す
る膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜
からなるｐ型層６、膜厚３０００Åの従来法によるａ−
Ｓｉからなるｉ型層７、膜厚５０〜３００ÅのＰ（リ
ン）ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層８、及びＡｇ等の
金属から成る金属電極９をこの順序で積層して光起電力
装置を形成する。
る膜厚〜１００ÅのＢ（ボロン）ドープのａ−ＳｉＣ膜
からなるｐ型層６、膜厚３０００Åの従来法によるａ−
Ｓｉからなるｉ型層７、膜厚５０〜３００ÅのＰ（リ
ン）ドープのａ−Ｓｉからなるｎ型層８、及びＡｇ等の
金属から成る金属電極９をこの順序で積層して光起電力
装置を形成する。
【００２６】上述したこの発明により形成した光起電力
装置と、ｉ型層を従来の方法で形成した光起電力装置と
を比較したところ、本発明の方法で形成した光起電力装
置では、開放電圧が１．７５Ｖから１．８５Ｖに向上し
た。
装置と、ｉ型層を従来の方法で形成した光起電力装置と
を比較したところ、本発明の方法で形成した光起電力装
置では、開放電圧が１．７５Ｖから１．８５Ｖに向上し
た。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば広
いバンドギャップ及び高い光導電率を備え、かつ膜中の
ＳｉＨ2結合が少なく低光劣化の非晶質シリコン膜を提
供することができる。この非晶質シリコン膜を光起電力
装置に用いることで、太陽電池特性が向上する。
いバンドギャップ及び高い光導電率を備え、かつ膜中の
ＳｉＨ2結合が少なく低光劣化の非晶質シリコン膜を提
供することができる。この非晶質シリコン膜を光起電力
装置に用いることで、太陽電池特性が向上する。
【図１】この発明における膜形成時のＡｒのプラズマ処
理時間と膜特性の関係を示す特性図である。
理時間と膜特性の関係を示す特性図である。
【図２】この発明における膜形成時のＡｒのプラズマ処
理を施すａ−Ｓｉの処理膜厚と膜特性の関係を示す特性
図である。
理を施すａ−Ｓｉの処理膜厚と膜特性の関係を示す特性
図である。
【図３】この発明方法により形成した膜を用いた光起電
力装置の例を示す断面図である。
力装置の例を示す断面図である。
１ ガラス基板 ２ 透明電極 ３ ｐ型層 ４ ｉ型層 ５ ｎ型層 ６ ｐ型層 ７ ｉ型層 ８ ｎ型層 ９ 金属電極
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚１００
Å以下のシリコン薄膜形成した後、希ガスをプラズマ反
応させて、上記シリコン薄膜の改質処理を行なうことを
特徴とする非晶質シリコン薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 基板上に、一導電型の非晶質シリコン
層、ｉ型非晶質シリコン層、他導電型非晶質シリコン層
を形成してなる光起電力装置の製造方法であって、上記
ｉ型非晶質シリコン層は、プラズマＣＶＤ法を用いて膜
厚１００Å以下のｉ型非晶質シリコン膜の形成後、希ガ
スによるシリコン薄膜の改質処理を交互に繰り返し、所
定の膜厚に形成することを特徴とする光起電力装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273304A JP2883231B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 積層型光起電力装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273304A JP2883231B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 積層型光起電力装置の製造方法 |
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|---|---|
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| JP2883231B2 JP2883231B2 (ja) | 1999-04-19 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS5972776A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-24 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 非晶質光電変換素子の製造方法および製造装置 |
| JPH03217014A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-24 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 非晶質半導体薄膜 |
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-
1991
- 1991-09-24 JP JP3273304A patent/JP2883231B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5972776A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-24 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 非晶質光電変換素子の製造方法および製造装置 |
| JPH03217014A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-24 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 非晶質半導体薄膜 |
| JPH04346419A (ja) * | 1991-05-24 | 1992-12-02 | Canon Inc | 堆積膜の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2883231B2 (ja) | 1999-04-19 |
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