JPH0653151A - アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池 - Google Patents

アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池

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JPH0653151A
JPH0653151A JP4356379A JP35637992A JPH0653151A JP H0653151 A JPH0653151 A JP H0653151A JP 4356379 A JP4356379 A JP 4356379A JP 35637992 A JP35637992 A JP 35637992A JP H0653151 A JPH0653151 A JP H0653151A
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silicon thin
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Tetsuo Arai
哲郎 新居
Shitsuchiyanuritsutsu Poopon
ポーポン・シッチャヌリッツ
Takahisa Kase
高久 加瀬
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Showa Shell Sekiyu KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電率を高くし、かつワイドバンドギャップ
であるアモルファスシリコン薄膜を得る。 【構成】 アモルファスシリコン薄膜を、プラズマＣＶ
Ｄ法にて、主原料ガスとしてＳｉＨ4とＮ2Ｏを使用して
作製する。またはＳｉＨ4とＮ2Ｏを主原料ガスとし、こ
のＳｉＨ4ガスを高水素希釈度において作製する。Ｎ2Ｏ
を添加することで、同じ光学的バンドギャップで光導電
率が高くなり、高品質なａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ薄膜が得
られる。さらに、ＳｉＨ4ガスを水素で希釈することに
よって膜中の欠陥が少なくなる。水素希釈度を２０倍と
したａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜（図中の（１））は、同じ
光学的バンドギャップ範囲１.９５〜２.２５ｅＶで光導
電率が約２倍に向上される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池や光センサ等
に用いられるアモルファスシリコン薄膜に関し、詳しく
はシングル型および積層型アモルファスシリコン太陽電
池のバッファ層やｉ層に用いられるアモルファスシリコ
ン薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】シングル型アモルファスシリコン太陽電
池を製造する場合のバッファ層、好ましくは積層型アモ
ルファスシリコン太陽電池を製造する場合のトップセル
のバッファ層やｉ層の光学的バンドギャップを高めるた
め、主原料ガスであるＳｉＨ4を水素で希釈した水素化
アモルファスシリコン膜や水素化アモルファスシリコン
カーバイド膜、最近になってＳｉＨ4およびＣＯ2ガスを
水素希釈したａ−ＳｉＯ：Ｈ膜が使用されている。特に
水素希釈法によるＳｉＨ4−ＣＯ2系から作製したａ−Ｓ
ｉＯ：Ｈ膜は、従来の水素希釈法によるＳｉＨ4−ＣＨ4
系から作製したａ−ＳｉＣ：Ｈ膜より同じ光学的バンド
ギャップで、約１桁高い光導電率が得られ、従来のａ−
ＳｉＣ：Ｈ膜より高品質な膜が得られたとの報告もあ
る。（THE 22nd IEEE Photovoltaic Specialists Confe
rence,p1296-1301）
【発明が解決しようとする課題】ところで、シングル型
および積層型アモルファスシリコン太陽電池のバッファ
層やｉ層には、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜，ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜，ａ
−ＳｉＯ：Ｈ膜などが使用されている。特に、積層型ア
モルファスシリコン太陽電池のトップセルのバッファ層
やｉ層としては、高品質でワイドバンドギャップ化が可
能なアモルファスシリコン薄膜が有望視されている。す
なわち、従来の水素希釈度が高いＳｉＨ4ガスに、ＣＯ2
あるいはＣＨ4を添加した混合ガスをプラズマＣＶＤ法
で分解して得られる、アモルファスシリコン薄膜より、
導電率と光学的バンドギャップが共に高いものが望まれ
ている。本発明の目的は、導電率が高く、かつワイドバ
ンドギャップ化されたアモルファスシリコン薄膜および
その製造方法を提供することにある。また他の目的は、
導電率が高く、かつワイドバンドギャップのアモルファ
スシリコン薄膜を用いたシングル型または積層型のアモ
ルファスシリコン太陽電池を提供することにある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のアモルファスシリコン薄膜はＳｉＨ4お
よびＮ2Ｏを主原料ガスとし、プラズマＣＶＤ法にて作
製されたものである。また他の発明のアモルファスシリ
コン薄膜は水素稀釈したＳｉＨ4およびＮ2Ｏを主原料ガ
スとし、プラズマＣＶＤ法にて作製されたものである。
さらに他の発明のシングル型または積層型のアモルファ
スシリコン太陽電池は上記アモルファスシリコン薄膜
を、バッファ層および／またはｉ層に用いた構成にあ
る。
【０００４】
【作用】ＳｉＨ４にＮ2Ｏを添加することで、同じ光学
的バンドギャップで光導電率が高い高品質なアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ）薄膜を作製するこ
とができる。またＳｉＨ4ガスを水素で希釈することに
よって膜中の欠陥が少なくなる。上記ワイドバンドギャ
ップのアモルファスシリコン薄膜を、シングル型アモル
ファスシリコン太陽電池のバッファ層や積層型アモルフ
ァスシリコン太陽電池のバッファ層およびｉ層に用いる
ことにより、セルの電圧を高めることができ、性能が向
上される。
【０００５】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。厚さ30
00-4000Å程度のアモルファスシリコン薄膜を、コーニ
ング社(CorningLtd.)製7059ガラス基板上にプラズマＣ
ＶＤ法にて形成した。反応ガスとしてＳｉＨ4，ＣＨ4，
ＣＯ2，Ｎ2Ｏ，Ｈ2を用いて、次の実施例の製造条件で
膜形成を行った。 （実施例１および比較例）水素希釈を行わない場合につ
いて実施した。比較する為に本発明のａ−Ｓｉ：Ｏ：
Ｎ：Ｈの他、ＣＨ4による従来のａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈも形
成した。製造条件は、表１に示す。
【０００６】 表 − １ 実施例１ 比較例１ 基板温度 ２００ ２００ ℃ 反応圧力 ０.２ ０.２ Ｔｏｒｒ パワー密度 約３３ 約３３ ｍＷ／ｃｍ2 ＳｉＨ4ガス流量 ２０ ２０ ｓｃｃｍ Ｎ2Ｏガス流量 ７ − ｓｃｃｍ ＣＨ4ガス流量 − １０ ｓｃｃｍ
【０００７】上記の製造条件で作製されたａ−Ｓｉ：
Ｏ：Ｎ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈのバンドギャップ
（Ｅopt），光導電率（σph）の結果を表２に示す。同
じ光導電率に対して本発明のアモルファスシリコン薄膜
の方が高いＥoptが得られることが確かめられた。
【０００７】 表 − ２ 膜の種類 Ｅopt（ｅＶ） σph（Ω.ｃｍ）-1 実施例１ ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ ２.０５ ２.６×１０-6 比較例１ ａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ １.９７ ２.４×１０-6
【０００８】（実施例２および３）本発明のａ−Ｓｉ：
Ｏ：Ｎ：Ｈの膜質に及ぼす水素希釈率を検討した。その
時の製造条件を表３に示す。
【０００９】 表 − ３ 実施例２ 実施例３ 基板温度 １００〜２５０ １００〜２５０ ℃ 反応圧力 ０.５ ０.５ Ｔｏｒｒ パワー密度 約４４ 約４４ ｍＷ／ｃｍ2 ＳｉＨ4ガス流量 ２０ ２０ ｓｃｃｍ Ｈ2ガス流量 ４００ ２００ ｓｃｃｍ Ｎ2Ｏガス流量 ５〜１５ ５〜３０ ｓｃｃｍ
【００１０】実施例２および３で製造したアモルファス
シリコン薄膜の光学的バンドギャップＥoptと光導電率
σphとの関係をそれぞれ図１の(１)、(２)に示した。 （比較例２および３）上記実施例２の製造条件で、添加
ガスＮ2Ｏ以外にＣＯ2およびＣＨ4を用いて、水素希釈
度を２０倍として従来のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈおよびａ−Ｓ
ｉ：Ｃ：Ｈ膜を作製した。この膜のプラズマＣＶＤ法に
よる代表的な製造条件を表４に示す。
【００１２】 表 − ４ 比較例２ 比較例３ 基板温度 １００〜２５０ １００〜２５０ ℃ 反応圧力 ０.５ ０.５ Ｔｏｒｒ パワー密度 約４４ 約４４ ｍＷ／ｃｍ2 ＳｉＨ4ガス流量 ２０ ２０ ｓｃｃｍ Ｈ2ガス流量 ４００ ４００ ｓｃｃｍ ＣＯ2ガス流量 １０〜２６ − ｓｃｃｍ ＣＨ4ガス流量 − ２６〜３６ ｓｃｃｍ
【００１３】図１は、上記実施例２および３と比較例２
および３の製造条件により作製されたアモルファスシリ
コン薄膜の光学的バンドギャップ（Ｅopt）および光導
電率（σph）の関係を示している。図中に示すＲｕｎ
Ｎｏ．のＮ2Ｏ，ＣＯ2，ＣＨ4の各ガス流量は次のとお
りである。
【００１３】 Ｒｕｎ Ｎｏ． ガス流量 水素希釈度 （ｓｃｃｍ） Ｈ2／ＳｉＨ4（倍） ───────────────────────────── 実施例２ （Ｎ2Ｏ） ７３１ ５ ２０ ７３５ １０ ７３６ １５ ───────────────────────────── 実施例３ （Ｎ2Ｏ） ７２６ ５ １０ ７２５ １０ ７２４ ３０ ───────────────────────────── 比較例２ （ＣＯ2） ７３２ １０ ２０ ７３０ １８ ７２９ ２６ ───────────────────────────── 比較例３ （ＣＨ4） ７３３ ２６ ２０ ７３４ ３６ ─────────────────────────────
【００１４】図１の（１）は、実施例２（水素稀釈度２
０倍）で作製されたａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜における、
また図１の（２）は実施例３（水素稀釈度１０倍）で作
製されたａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜における光学的バンド
ギャップ（Ｅopt）および光導電率（σph）の関係を示
している。水素希釈度を２０倍としたａ−Ｓｉ：Ｏ：
Ｎ：Ｈ膜は、同じ光学的バンドギャップ範囲１.９５〜
２.２５ｅＶで光導電率が約２倍に向上した。図１の
（３）は、比較例２の製造条件で作製された水素希釈度
２０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜、また図１の（４）は比較
例３の製造条件で作製された水素希釈度２０倍のａ−Ｓ
ｉ：Ｃ：Ｈ膜のＥopt，σphの関係を示している。
【００１５】比較例３の添加ガスがＣＨ4の場合、水素
希釈度を２０倍としているのにかかわらず、実施例２の
添加ガスＮ2Ｏからなるａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜のσph
の方が約１桁以上向上していることがわかった。また、
比較例２の添加ガスがＣＯ2の場合では水素稀釈度２０
倍にもかかわらず、Ｅopt＝２.０８〜２.１２ｅＶの範
囲では、水素希釈度１０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜と
同程度のσphしか得られなかった。そして、Ｅopt＝２.
０２ｅＶでは水素希釈度２０倍のａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ
膜の方が、σphで約１桁向上していることがわかった。
以上の結果として、水素希釈度２０倍としたａ−Ｓｉ：
Ｏ：Ｎ：Ｈ膜は、添加ガスをＣＯ2あるいはＣＨ4とした
場合と比べて、同じ光学的バンドギャップで光導電率が
約２倍以上向上している。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原料ガスとしてＳｉＨ4およびＮ2Ｏの混合ガスを用いて
アモルファスシリコン薄膜を作製したことにより、従来
型のａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ膜及びａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜より、
高品質で光学的バンドギャップが高くなる。この特性は
ＳｉＨ4を水素で稀釈することにより、さらに良くな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるアモルファスシリコン薄膜の光
学的バンドギャップ（Ｅopt）と光導電率（σph）の関
係を示す図である。
【符号の説明】
１…水素希釈度２０倍ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜 ２…水素希釈度１０倍ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ膜 ３…水素希釈度２０倍ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈ膜 ４…水素希釈度２０倍ａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＳｉＨ4およびＮ2Ｏを主原料ガスとし、
    プラズマＣＶＤ法にて作製されたアモルファスシリコン
    薄膜。
  2. 【請求項２】 水素希釈したＳｉＨ4ガスおよびＮ2Ｏを
    主原料ガスとし、プラズマＣＶＤ法にて作製されたアモ
    ルファスシリコン薄膜。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載のアモルファスシ
    リコン薄膜を、バッファ層および／またはｉ層に用いら
    れたシングル型または積層型アモルファスシリコン太陽
    電池。
JP4356379A 1992-06-03 1992-12-21 アモルファスシリコン薄膜およびそれを応用した太陽電池 Pending JPH0653151A (ja)

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