JPH07263728A - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

薄膜太陽電池の製造方法

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JPH07263728A
JPH07263728A JP6051480A JP5148094A JPH07263728A JP H07263728 A JPH07263728 A JP H07263728A JP 6051480 A JP6051480 A JP 6051480A JP 5148094 A JP5148094 A JP 5148094A JP H07263728 A JPH07263728 A JP H07263728A
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JP
Japan
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layer
solar cell
boron
film solar
thin film
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JP6051480A
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English (en)
Inventor
Shinji Fujikake
伸二 藤掛
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Publication date
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】a−Siによりp−i−n接合を形成するため
にn層の上にi層を成膜した場合に、i層中に拡散した
燐の影響を硼素による中性化により取り除く。 【構成】n層形成後、その表面に硼素を含むガスを接触
させて硼素を付着させ、そのあとi層を形成すると、硼
素が燐と相似の濃度プロファイルを示して中性化を行う
ことができ、キャリアの収集効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコン (以下
a−Siと記す) などシリコンを主成分とした非晶質材
料を主体とするp−i−n接合を有する薄膜太陽電池の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原料ガスのグロー放電分解や光CVDに
より形成されるa−Siを主材料とした太陽電池は薄
膜、大面積化が容易という特徴をもち、低コスト太陽電
池として期待されている。特に、ステンレス鋼あるいは
金属電極を蒸着したプラスチックフィルム等のフレキシ
ブル基板を用いた太陽電池は、ロールツーロールプロセ
スにより高い生産性を実現できることから有望視されて
いる。図2はこのような太陽電池の構造を示し、導電性
基板1上にn層2、i層3、p層4、透明電極層5を順
次積層し、必要に応じて集電電極6を形成することによ
り作製される。この太陽電池は、透明電極層5側から入
射する光により発電が起こる。
【0003】この種の太陽電池ではi層3の成膜時にn
層2から燐が拡散する。その結果、図3に下部のバンド
プロファイルに対応して示した燐の濃度プロファイルが
i層3に生ずる。これに起因してi/n界面の電界が弱
くなるという問題があるので、これを解決する手段とし
て、図4に示すように、i層3成膜時に極微量の硼素を
均一に添加するカウンタドーピングが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5は、二次イオン質
量分析法 (SIMS) により得られた、n層2の上に成
膜した500nmの厚さのi層3の中に拡散した燐の濃
度プロファイルを示す。内部電界の均一化を図るために
は、i層2全域で不純物の中性化を図ることが望まし
い。しかしながら、図5から分かるようにi層中の燐は
かなり大きな分布をもっている。すなわち、i/n界面
付近の燐濃度が5×1017cm-3程度なのに対し、i/n
界面から400nm隔てた場所で8×1016cm-3程度と
なっており一桁程度の違いがある。このため、図4に示
した均一の硼素添加ではi層2全領域で中性化を図るこ
とは不可能であり、図3のようにi/n界面付近では依
然として電界が弱くなるという問題が残っていた。
【0005】本発明の目的は、上述の課題を解決するた
め、i層全領域で不純物の中性化を図るような薄膜太陽
電池の製造方法を提供することにある。
【0006】
【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、本発明は、n層、i層、p層の順に形成した、シ
リコンを主成分とする非晶質材料を主体とするp−i−
n接合を有する薄膜太陽電池の製造方法において、n層
形成後にその表面に硼素を付着させたのちi層を形成す
るものとする。n層表面に硼素を含むガスを接触させる
ことにより硼素を付着させることが良い方法である。そ
の場合、硼素を含むガスに接触させるn層の温度が40
0℃以下であることが有効である。硼素を含むガスがB
F3 あるいはB2 H6 であることが良い。
【0007】
【作用】表面処理によりn層表面に硼素が付着する。こ
の上にi層を成膜すると、i層中に燐とほぼ相似な形の
硼素濃度分布を実現できる。i層中の燐の濃度分布は、
n層中の燐の濃度、i層の成膜条件に異なるが、例えば
n層表面に硼素を含むガスを接触させるときのn層の温
度あるいは処理時間を調整することにより、i層中の硼
素の濃度分布の形を燐とほぼ相似させることが可能であ
る。
【0008】
【実施例】図1に、本発明の一実施例による薄膜太陽電
池のp−i−n接合部の不純物濃度プロファイルを下部
のバンドプロファイルに対応して示す。このように、i
層中で燐の濃度プロファイルに近似した硼素プロファイ
ルが形成されている。このような濃度プロファイルは、
図6に示すステッピングロール成膜装置によって得られ
た。図6の装置は、共通室10の中に二つの成膜室1
1、12、13が順に隣接して配置されている。そし
て、各室に前室14内の送りロール21から後室15内
の巻き取りロール22へ断続的に搬送される導電性基板
1が停止する。各成膜室11、12、13には、それぞ
れ電源23に接続された高電圧電極24が収容され、基
板1をはさむ反対側の部分には、それぞれヒータ25を
内蔵した接地電極26が収容されている。各成膜室の接
地電極26は移動可能で、基板1をシール部16へ押し
つけることにより、各室の高電圧電極24側の部分を気
密に密閉できる構造となっている。
【0009】この装置を用いて、まず、導電性基板1上
に成膜室11で10〜50nmの厚さのn層2 (図2)
が形成される。n層2は、SiH4 を主ガス、H2 を希
釈ガス、PH3 をドーピングガスとして電極24に高周
波電力を印加することにより得られる。成膜温度は15
0〜250℃である。真空引きの後、同成膜室11に硼
素を含んだガスを封入することで表面処理を行う。用い
るガスは、100%あるいはヘリウム等で数10%程度
に希釈されたBF3 であり、圧力0.5〜1Torrに保ち、
10〜1000秒、望ましくは30〜300秒間処理す
る。処理温度は、成膜温度とほぼ同様で400℃以下、
望ましくは、300℃以下である。表面処理により硼素
が付着するメカニズムは良く分かっていないが、BF3
から熱分解したラジカルがn層表面のダングリングボン
ドと結合を作ることによると推測される。400℃以上
に温度を上げると熱分解が進みすぎてほう素が過剰に取
り込まれてしまうので好ましくない。また、BF3 より
も分解しやすいB2 H6 を用いる場合は、水素等で10
〜1000ppm程度に希釈する必要がある。表面処理
後、基板を1ステップ移動し、成膜室12で、SiH4
を反応ガスとして膜厚200〜600nmのi層3を成
膜する。このとき、図1に示すように燐とほぼ同程度か
つ相似なプロファイルでほう素がi層中に取り込まれ、
内部電界の均一化が図られる。さらに、基板を1ステッ
プ移動させ、成膜室13でSiH4 を主ガス、H2 を希
釈ガス、B2 H6 あるいはBF3 をドーピングガスとし
て膜厚10〜30nmのp層4を形成する。なおp層4
は、光吸収低減かつ透明電極との接触抵抗低減を図る目
的から、微結晶シリコンにすることが望ましい。微結晶
シリコンは、一般に良く知られているように高水素希釈
かつ高周波電力の成膜により実現できる。以上の工程を
各反応室で繰り返すことにより、n−i−p接合が連続
的に得られる。この上に、スパッタリング、蒸着等で透
明電極層5および集電電極6を成膜することにより図2
に示す薄膜太陽電池が完成する。
【0010】ここで、本発明の効果を調べるために、硼
素無添加、均一硼素添加、および本発明による表面硼素
処理の太陽電池試料を作製し、比較試験を行った。試料
の太陽電池の構造は、ガラス基板/透明電極/n層−i
層−p層/金属電極である。n層厚さ20nmで、PH
3 /SiH4 比が1%、H2 による希釈倍率が9倍の反
応ガスを用い、基板温度200〜250℃、圧力0.2〜
0.5Torr、電力密度4〜8mW/cm2 の条件で、燐濃度
5×1020cm-3程度に成膜した。i層は厚さ400nm
で、成膜には、100%SiH4 を用いてn層と同様の
成膜条件で成膜するが、均一硼素添加の時は、B2 H6
/SiH4 比が0.5ppmの微量のB2H6 を反応ガス
に添加した。また、本発明による表面硼素処理には、1
00%BF3 ガスを用い、基板温度200℃、ガス圧力
1Torrで、処理時間は5分であった。p層の厚さは20
nmであった。
【0011】このような試料太陽電池のガラス基板を通
してのn層からの光入射に対する内部収集効率のバイア
ス依存性を比較した。入射光として波長500nmの短
波長光を用いた場合には、i/n界面付近で発生したキ
ャリアの収集をみることができる。図7は、その結果で
あり、線71に示す硼素無添加、線72に示す硼素添
加、線73に示す本発明の表面硼素処理順に特性が改善
されていることが分かる。短絡状態 (印加電圧0V)
の内部量子効率は、それぞれ69%、80%、96%と
なっており、本発明により明らかにi/n界面付近の内
部電界が大きく改善されることが分かった。さらに、本
発明の表面硼素処理を適用した太陽電池の波長700n
mの長波長光に対する内部量子効率を調べたところ50
0nmの場合とほぼ同じ特性であることが分かった。波
長700nmの光の場合、キャリアはi層全域でほぼ均
一に発生するので、以上の二つの結果から、表面処理し
たセルの内部電界は、非常に均一になっていると考えら
れる。なお、BF3 以外のガスとしてB2 H6 に用いて
の表面処理も試みたが、水素で100ppmに希釈した
ガスを使用することによりほぼ同様な効果が得られた。
この場合、波長500nmの光に対する短絡状態 (印加
電圧0V) における内部収集効率は94%であった。
【0012】本発明の他の実施例を実現する成膜装置を
図8に示す。この装置はロールツーロールの成膜装置で
あり、成膜室11、12、13の他に表面処理室17が
設けられている。表面処理室17には電極はなく、基板
を加熱するために、その裏面側にヒータ25を内蔵した
加熱体27が収容されている。隣接する各成膜室および
表面処理室の間はガスの相互拡散を防ぐように設計され
たスリット18でつながっている。基板1は送りロール
21から巻き取りロール22へこのスリット17を通っ
て連続的に搬送され、n層2の成膜、表面硼素処理、i
層3の成膜、p層4の成膜が連続して行われる。表面処
理室17で上記のステッピングロール装置におけるのと
同様の条件で表面硼素処理を行った結果、同様に内部電
界の均一化により変換効率の向上した薄膜太陽電池を得
ることができた。なお、表面処理温度はヒータ25によ
り、処理時間は処理室17の長さにより制御できる。以
上、シングルセルへの適用について述べたが、a−Si
/a−Si二層タンデムセルのトップおよびボトムセル
に適用することも有効である。また、a−Si以外にも
a−SiCやa−SiGe等をi層に用いた太陽電池に
適用することももちろん有効である。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、導電性基板上にa−S
iなどをn、i、pの順に成膜するタイプの薄膜太陽電
池の製造方法で、n層成膜後に硼素を含んだガスで表面
処理するなどの方法でn層表面に硼素を付着させること
により、硼素が燐とほぼ相似なプロファイルでi層中に
拡散する。したがって、処理条件を適当に選ぶことによ
り、i層全域で不純物の中性化が図られ、均一な内部電
界を実現できた。これにより、薄膜太陽電池でのキャリ
アの収集効率が向上し、さらには、従来の均一硼素添加
を行った太陽電池よりも高い変換効率を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例により形成されるp−i−n接
合のバンドプロファイルに対応して示されたi層中の不
純物濃度プロファイル図
【図2】本発明の実施例により製造される薄膜太陽電池
の断面図
【図3】p−i−n接合のバンドプロファイルに対応し
て示された従来のi層中の不純物濃度プロファイル図
【図4】p−i−n接合のバンドプロファイルに対応し
て示された別の従来のi層中の不純物濃度プロファイル
図
【図5】n層上に成膜したi層中への燐の拡散プロファ
イル図
【図6】本発明の一実施例の薄膜太陽電池製造に用いた
成膜装置の断面図
【図7】本発明に基づいて成膜されたp−i−n接合と
比較例のp−i−n接合の内部電子効率と印加電圧との
関係線図
【図8】本発明の別の実施例の薄膜太陽電池の製造に用
いた成膜装置の断面図
【符号の説明】
1 導電性基板 2 n層 3 i層 4 p層 5 透明電極層 11 n層成膜室 12 i層成膜室 13 p層成膜室 17 表面硼素処理室

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n層、i層、p層の順に形成したシリコン
    を主成分とする非晶質材料を主体とするp−i−n接合
    を有する薄膜太陽電池の製造方法において、n層の形成
    後にその表面に硼素を付着させたのちi層を形成するこ
    とを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項2】n層表面に硼素を含むガスを接触させるこ
    とにより付着させる請求項1記載の薄膜太陽電池の製造
    方法。
  3. 【請求項3】硼素を含むガスを接触させるn層の温度が
    400℃以下である請求項2記載の薄膜太陽電池の製造
    方法。
  4. 【請求項4】硼素を含むガスがBF3 である請求項2あ
    るいは3記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  5. 【請求項5】硼素を含むガスがB2 H6 である請求項2
    あるいは3記載の薄膜太陽電池の製造方法。
JP6051480A 1994-03-23 1994-03-23 薄膜太陽電池の製造方法 Pending JPH07263728A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009099217A1 (ja) 2008-02-06 2009-08-13 Kyocera Corporation 太陽電池素子の製造方法および太陽電池素子
JP2015516115A (ja) * 2012-05-11 2015-06-04 アポロン、ソーラーApollonsolar N型ドープしたシリコンを含む太陽電池

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