JPH0799776B2 - アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法 - Google Patents
アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法Info
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- JPH0799776B2 JPH0799776B2 JP61029050A JP2905086A JPH0799776B2 JP H0799776 B2 JPH0799776 B2 JP H0799776B2 JP 61029050 A JP61029050 A JP 61029050A JP 2905086 A JP2905086 A JP 2905086A JP H0799776 B2 JPH0799776 B2 JP H0799776B2
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- Japan
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- amorphous silicon
- solar cell
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- silicon solar
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- 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)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアモルフアスシリコン太陽電池の製造方法に関
するもので、更に詳しくは、高効率で量産性に富むアモ
ルフアスシリコン太陽電池の製造方法に係るものであ
る。
するもので、更に詳しくは、高効率で量産性に富むアモ
ルフアスシリコン太陽電池の製造方法に係るものであ
る。
光起電力効果を利用した電子デバイスの代表的なものと
しては太陽電池を例示できる。この太陽電池は太陽エネ
ルギーあるいはその他の光エネルギーを電気エネルギー
に変換するものであり、クリーンなエネルギー源とし
て、今後のエネルギー対策の一環として注目されてい
る。太陽電池による上記のエネルギー変換は、半導体の
ヘテロ接合、PnまたはPin接合、シヨツトキー接合など
の基本的な特性の１つである光起電力効果を利用したも
のであり、入射光を吸収し、そこで電子・正孔対を生成
し、これが外部に取出される、といつた機構に基くもの
である。
しては太陽電池を例示できる。この太陽電池は太陽エネ
ルギーあるいはその他の光エネルギーを電気エネルギー
に変換するものであり、クリーンなエネルギー源とし
て、今後のエネルギー対策の一環として注目されてい
る。太陽電池による上記のエネルギー変換は、半導体の
ヘテロ接合、PnまたはPin接合、シヨツトキー接合など
の基本的な特性の１つである光起電力効果を利用したも
のであり、入射光を吸収し、そこで電子・正孔対を生成
し、これが外部に取出される、といつた機構に基くもの
である。
アモルフアス半導体、例えばアモルフアスシリコンは薄
膜化・大面積化が可能であり、組成の自由度も大きく、
電気的並びに光学的特性を広い範囲で制御できることか
ら、最近各種デバイスの材料として注目されている。特
に、太陽エネルギー分布のピーク近傍の光に対する吸収
係数がSi結晶より大きく、薄膜形成温度が低く、原料か
らグロー放電により直接成膜でき、また接合形成も容易
であるなどの特徴をもつことから太陽電池材料として注
目されている。
膜化・大面積化が可能であり、組成の自由度も大きく、
電気的並びに光学的特性を広い範囲で制御できることか
ら、最近各種デバイスの材料として注目されている。特
に、太陽エネルギー分布のピーク近傍の光に対する吸収
係数がSi結晶より大きく、薄膜形成温度が低く、原料か
らグロー放電により直接成膜でき、また接合形成も容易
であるなどの特徴をもつことから太陽電池材料として注
目されている。
このような太陽電池を代表とする光起電力素子を設計・
製作する上で重要なことは、高い光電変換効率を達成す
ることのできる材料の選択・組合せ等を十分に検討する
ことであり、また同様に広い波長範囲に亘り吸収効率を
高めるべく工夫することである。これにより、高効率の
実用可能な製品の実現が可能となる。従来、この太陽電
池において使用されていたアモルフアスシリコンは、透
明電極をもつ。
製作する上で重要なことは、高い光電変換効率を達成す
ることのできる材料の選択・組合せ等を十分に検討する
ことであり、また同様に広い波長範囲に亘り吸収効率を
高めるべく工夫することである。これにより、高効率の
実用可能な製品の実現が可能となる。従来、この太陽電
池において使用されていたアモルフアスシリコンは、透
明電極をもつ。
ガラス基板上にシラン（SiH4）ガスあるいはジシラン
（Si2H6）ガスを主原料として、プラズマ分解法により
作製されており、ｐ、ｉ、ｎ型の３層のアモルフアスシ
リコンをそれぞれ50〜300Å、1,000〜7,000Å、100〜50
0Åの厚みとなるように形成し、金属電極を蒸着法によ
り成膜し、太陽電池としていた。
（Si2H6）ガスを主原料として、プラズマ分解法により
作製されており、ｐ、ｉ、ｎ型の３層のアモルフアスシ
リコンをそれぞれ50〜300Å、1,000〜7,000Å、100〜50
0Åの厚みとなるように形成し、金属電極を蒸着法によ
り成膜し、太陽電池としていた。
ところで上記従来法によりアモルフアスシリコンを形成
する際に、変換効率が高い太陽電池を得るためには、厚
膜のｉ型層を0.5〜２Å/secの比較的ゆつくりとした速
度で成膜しなければならず、生産的でなかつた。また10
Å/sec以上の高速成膜した場合、特に曲線因子、出力電
流の値が低く、高変換効率の太陽電池は得られたなかつ
た。
する際に、変換効率が高い太陽電池を得るためには、厚
膜のｉ型層を0.5〜２Å/secの比較的ゆつくりとした速
度で成膜しなければならず、生産的でなかつた。また10
Å/sec以上の高速成膜した場合、特に曲線因子、出力電
流の値が低く、高変換効率の太陽電池は得られたなかつ
た。
今後の新エネルギー対策の一環として重要視されている
太陽電池においては、低価格化、高性能化が当面の重大
な研究、開発の課題となつている。低価格化を実現する
太陽電池材料としてアモルフアスシリコンが注目されて
いるが、性能的にはかなり高い変換効率のものが得られ
るようになつてはきたが、低価格化では、まだ十分では
ない。この理由として考えられるのに、前記した成膜速
度が遅いことが挙げられる。
太陽電池においては、低価格化、高性能化が当面の重大
な研究、開発の課題となつている。低価格化を実現する
太陽電池材料としてアモルフアスシリコンが注目されて
いるが、性能的にはかなり高い変換効率のものが得られ
るようになつてはきたが、低価格化では、まだ十分では
ない。この理由として考えられるのに、前記した成膜速
度が遅いことが挙げられる。
グロー放電分解法で作製するｐ−ｉ−ｎアモルフアス系
太陽電池は、従来、ｉ型層の膜厚方向にそつて一定の成
膜速度、例えば、0.1〜２Å/secの低速で成膜していた
ので厚み4,000Åのｉ型膜を成膜し終えるのに30分から
２時間近く要していた。又100％SiH4ガスや100％Si2H6
ガスを用いて５〜100Å/secの高速成膜を行なう試みも
なされているが、ｐ型層と接するｉ型層（p/i界面のｉ
型層）を高速で成膜すると、前記のようにp/i界面特性
の劣化をもたらし、良好な出力特性を有する太陽電池は
得られていない。
太陽電池は、従来、ｉ型層の膜厚方向にそつて一定の成
膜速度、例えば、0.1〜２Å/secの低速で成膜していた
ので厚み4,000Åのｉ型膜を成膜し終えるのに30分から
２時間近く要していた。又100％SiH4ガスや100％Si2H6
ガスを用いて５〜100Å/secの高速成膜を行なう試みも
なされているが、ｐ型層と接するｉ型層（p/i界面のｉ
型層）を高速で成膜すると、前記のようにp/i界面特性
の劣化をもたらし、良好な出力特性を有する太陽電池は
得られていない。
又、従来の上記２つの方法によつて作製された太陽電池
は前者の場合、変換効率の高いものが得られる反面、製
造にかかる時間がかかるため、非生産的であつた。又、
低速度で成膜したものは、膜中に不純物、特に酸素原子
の取りこみが多く、光に対する劣化大であつた。
は前者の場合、変換効率の高いものが得られる反面、製
造にかかる時間がかかるため、非生産的であつた。又、
低速度で成膜したものは、膜中に不純物、特に酸素原子
の取りこみが多く、光に対する劣化大であつた。
本考案はこのような現状に鑑み、高効率で量産性に富む
アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法の提供を目的
とするものである。
アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法の提供を目的
とするものである。
本発明は、ｐ−ｉ−ｎ型アモルフアス系太陽電池のｉ型
層を成膜する際に、ｐ型層と接するｉ型層の成膜にはH2
で希釈したSiH4ガスを用い、バルクのｉ型層の成膜には
100％SiH4ガスを用いることにより、ｐ型層と接するｉ
型層とバルクのｉ型層とで成膜速度を変えて成膜するこ
とを特徴とするアモルフアスシリコン太陽電池の製造方
法である。
層を成膜する際に、ｐ型層と接するｉ型層の成膜にはH2
で希釈したSiH4ガスを用い、バルクのｉ型層の成膜には
100％SiH4ガスを用いることにより、ｐ型層と接するｉ
型層とバルクのｉ型層とで成膜速度を変えて成膜するこ
とを特徴とするアモルフアスシリコン太陽電池の製造方
法である。
本発明の一つの特に好ましい実施態様は、ｐ型層と接す
るｉ型層の厚みが約30Åから1000Åである上記方法があ
る。また一つの特に好ましい実施態様としては、ｐ型層
と接するｉ型層の成膜速度が0.1Å/secから２Å/secで
あり、バルクのｉ膜層の成膜速度が２Å/secから50Å/s
ecである上記方法が挙げられる。
るｉ型層の厚みが約30Åから1000Åである上記方法があ
る。また一つの特に好ましい実施態様としては、ｐ型層
と接するｉ型層の成膜速度が0.1Å/secから２Å/secで
あり、バルクのｉ膜層の成膜速度が２Å/secから50Å/s
ecである上記方法が挙げられる。
以下図面を参照して本発明を具体的に説明する。第１図
は本発明によるアモルフアスシリコン太陽電池の構造を
示す断面図であつて、１はガラス基板、２は透明導電
膜、３はｐ型アモルフアスシリコン層、４は低速で成膜
したｉ型アモルフアスシリコン層（ｐ型層に接するｉ型
層アモルフアスシリコン）、５は高速で成膜したｉ型ア
モルフアスシリコン層（バルクのｉ型層アモルフアスシ
リコン）、６はｎ型アモルフアスシリコン層、７は金属
電極をあらわし、光はガラス基板１側から入射するｐ−
ｉ−ｎ構造をしている。
は本発明によるアモルフアスシリコン太陽電池の構造を
示す断面図であつて、１はガラス基板、２は透明導電
膜、３はｐ型アモルフアスシリコン層、４は低速で成膜
したｉ型アモルフアスシリコン層（ｐ型層に接するｉ型
層アモルフアスシリコン）、５は高速で成膜したｉ型ア
モルフアスシリコン層（バルクのｉ型層アモルフアスシ
リコン）、６はｎ型アモルフアスシリコン層、７は金属
電極をあらわし、光はガラス基板１側から入射するｐ−
ｉ−ｎ構造をしている。
ｐ型アモルフアスシリコン層３に続いてｉ型アモルフア
スシリコン層４及び５を成膜する際に、ｐ−ｉ界面付近
の30〜1000Å望ましくは、100〜500Åのｉ型層４は、従
来から高い変換効率を得るのに使用されている0.1〜２
Å/secの低い速度で成膜し、ｉ−ｎ界面に向けてのｉ型
バルク層５は２〜50Å/secの高速で成膜する。特に好ま
しくは低速成膜を0.5〜1.5Å/sec、高速成膜を10〜30Å
/secで行うことが挙げられる。
スシリコン層４及び５を成膜する際に、ｐ−ｉ界面付近
の30〜1000Å望ましくは、100〜500Åのｉ型層４は、従
来から高い変換効率を得るのに使用されている0.1〜２
Å/secの低い速度で成膜し、ｉ−ｎ界面に向けてのｉ型
バルク層５は２〜50Å/secの高速で成膜する。特に好ま
しくは低速成膜を0.5〜1.5Å/sec、高速成膜を10〜30Å
/secで行うことが挙げられる。
ｐ−ｉ界面付近の低速成膜領域は30Å以下では高い変換
効率を維持するのに十分でなく、又、1000Åでは生産性
向上にはつながらない。本発明では、ｐ型層に接するｉ
型層の低速成膜にH2で希釈したSiH4ガスを用い、その上
のバルクｉ型層の高速成膜には100％SiH4ガスを用いて
成膜速度を制御する。
効率を維持するのに十分でなく、又、1000Åでは生産性
向上にはつながらない。本発明では、ｐ型層に接するｉ
型層の低速成膜にH2で希釈したSiH4ガスを用い、その上
のバルクｉ型層の高速成膜には100％SiH4ガスを用いて
成膜速度を制御する。
〔作用〕 ｐ型層と接するｉ型層を低速で成膜することによりｐ−
ｉ界面近傍光生成キヤリア（光が入射することによりｉ
型層内で生成した電子、正孔対のこと。この量が多い
程、発生電流は多くなる。）がトラツプされなり、再結
合してキヤリアが消滅する割合が少ない、良好な界面状
態を維持でき、太陽電池特性の出力電流や曲線因子は高
い状態を維持することができるため、変換効率の高い太
陽電池が得られ、しかも、ｉ型層のバルクは高速成膜で
形成しているために、従来よりも短時間で成膜が完了す
ることができい、量産を行なうのによい。
ｉ界面近傍光生成キヤリア（光が入射することによりｉ
型層内で生成した電子、正孔対のこと。この量が多い
程、発生電流は多くなる。）がトラツプされなり、再結
合してキヤリアが消滅する割合が少ない、良好な界面状
態を維持でき、太陽電池特性の出力電流や曲線因子は高
い状態を維持することができるため、変換効率の高い太
陽電池が得られ、しかも、ｉ型層のバルクは高速成膜で
形成しているために、従来よりも短時間で成膜が完了す
ることができい、量産を行なうのによい。
第１図の構造のアモルフアスシリコン太陽電池を以下の
ように作成した。反射防止膜並びに電極として機能する
透明導電膜２を有するガラス基板１をプラズマ反応室に
セツトし、SiH4とB2H6の混合ガスを用いてプラズマ反応
によりｐ型アモルフアスシリコン膜３を120Å厚さに堆
積した後、ｉ型アモルフアスシリコン膜4,5をSiH4ガス
のみを用いて形成した。成膜方法としては10％に希釈し
たSiH4ガスを用いて、１Å/secの成膜速度で100Å厚さ
にｉ型層４を成膜後、さらにガスを切換え、100％SiH4
ガスを用いて20Å/secの成膜速度で4500Å厚さにｉ型ア
モルフアスシリコン層５を形成した。
ように作成した。反射防止膜並びに電極として機能する
透明導電膜２を有するガラス基板１をプラズマ反応室に
セツトし、SiH4とB2H6の混合ガスを用いてプラズマ反応
によりｐ型アモルフアスシリコン膜３を120Å厚さに堆
積した後、ｉ型アモルフアスシリコン膜4,5をSiH4ガス
のみを用いて形成した。成膜方法としては10％に希釈し
たSiH4ガスを用いて、１Å/secの成膜速度で100Å厚さ
にｉ型層４を成膜後、さらにガスを切換え、100％SiH4
ガスを用いて20Å/secの成膜速度で4500Å厚さにｉ型ア
モルフアスシリコン層５を形成した。
更に、引き続いてSiH4とPH3の混合ガスを用いてｎ型ア
モルフアスシリコン膜６を500Å厚さ形成後、裏面電極
７としてAgを蒸着法により形成し、第１図に示す本発明
のｐ−ｉ−ｎ型アモルフアスシリコン太陽電池を完成し
た（実施例）。
モルフアスシリコン膜６を500Å厚さ形成後、裏面電極
７としてAgを蒸着法により形成し、第１図に示す本発明
のｐ−ｉ−ｎ型アモルフアスシリコン太陽電池を完成し
た（実施例）。
比較のために、上記実施例においてｉ型アモルフアスシ
リコン層をすべて低速の１Å/secの成膜し厚さ4500Åと
した、第２図に示す断面図のアモルフアスシリコン太陽
電池を作成した（比較例Ａ）。また、上記実施例におい
て、ｉ型アモルフアスシリコン層をすべて高速の20Å/s
ecの成膜し厚さ4500Åとして、第３図に示す断面図のも
のを作成し、比較例Ｂとした。なお第２図、第３図にお
いて符号の意味するところは第１図と同じである。
リコン層をすべて低速の１Å/secの成膜し厚さ4500Åと
した、第２図に示す断面図のアモルフアスシリコン太陽
電池を作成した（比較例Ａ）。また、上記実施例におい
て、ｉ型アモルフアスシリコン層をすべて高速の20Å/s
ecの成膜し厚さ4500Åとして、第３図に示す断面図のも
のを作成し、比較例Ｂとした。なお第２図、第３図にお
いて符号の意味するところは第１図と同じである。
本発明の実施例および比較例Ａならびに比較例Ｂで得ら
れたｐ−ｉ−ｎ型アモルフアスシリコン太陽電池の出力
特性は下表のとおりであつた。
れたｐ−ｉ−ｎ型アモルフアスシリコン太陽電池の出力
特性は下表のとおりであつた。
表から明らかな如く、本発明により高効率のアモルフア
スシリコン太陽電池が得られる。本実施例と比較例Ａと
はほぼ同程度の特性のものが得られるにもかかわらず、
本実施例ではｉ型層を成膜するに要する時間において比
較例Ａの場合の20分の１の成膜時間でｉ型層全体が形成
できるため、高効率でしかも量産性に富むアモルフアス
シリコン太陽電池が得ることができる。なお、比較例Ｂ
のものは明らかにその特性が劣つている。
スシリコン太陽電池が得られる。本実施例と比較例Ａと
はほぼ同程度の特性のものが得られるにもかかわらず、
本実施例ではｉ型層を成膜するに要する時間において比
較例Ａの場合の20分の１の成膜時間でｉ型層全体が形成
できるため、高効率でしかも量産性に富むアモルフアス
シリコン太陽電池が得ることができる。なお、比較例Ｂ
のものは明らかにその特性が劣つている。
第４図は、本実施例と比較例Ａによるアモルフアスシリ
コン太陽電池の光照射テスト結果を示すもので、AM1.0
（エアマスワン）の光源下で光照射した時の変換効率
（η）の初期値（η０）で規格化した変換効率（η／η
０％）を示している。第４図中イは本実施例をロは比較
例Ａをあらわす。100時間のテストで変換効率が、比較
例Ａの場合60％まで低下しているが、本実施例では90％
までの低下に抑えられており、本発明によれば光に対す
る信頼性が高い太陽電池も製造できることがわかる。
コン太陽電池の光照射テスト結果を示すもので、AM1.0
（エアマスワン）の光源下で光照射した時の変換効率
（η）の初期値（η０）で規格化した変換効率（η／η
０％）を示している。第４図中イは本実施例をロは比較
例Ａをあらわす。100時間のテストで変換効率が、比較
例Ａの場合60％まで低下しているが、本実施例では90％
までの低下に抑えられており、本発明によれば光に対す
る信頼性が高い太陽電池も製造できることがわかる。
以上説明したように、本発明はアモルフアスシリコン太
陽電池を構成する層の中で最も厚いｉ型層を成膜する際
に、ｐ型層と接するｉ型層の成膜速度を、ｉ型層のバル
ク域での成膜速度に比べて低くすることにより、p/i界
面の特性が良好となる為、高い変換効率をもつアモルフ
アスシリコン太陽電池が得られ、又バルク域は高速成膜
するので、量産性ある製造が可能となり、アモルフアス
シリコン太陽電池の低コスト化、信頼性向上を実現する
効果を奏する。
陽電池を構成する層の中で最も厚いｉ型層を成膜する際
に、ｐ型層と接するｉ型層の成膜速度を、ｉ型層のバル
ク域での成膜速度に比べて低くすることにより、p/i界
面の特性が良好となる為、高い変換効率をもつアモルフ
アスシリコン太陽電池が得られ、又バルク域は高速成膜
するので、量産性ある製造が可能となり、アモルフアス
シリコン太陽電池の低コスト化、信頼性向上を実現する
効果を奏する。
第１図は本発明のアモルフアスシリコン太陽電池の構造
を示す断面図、 第２図及び第３図は従来のアモルフアスシリコン太陽電
池の構造を示す断面図である。 第４図は本発明品と従来品の光照射テスト結果を示すグ
ラフであつて、光照射時間（hours）に対する変換効率
（η／η０％）の関係を示す。
を示す断面図、 第２図及び第３図は従来のアモルフアスシリコン太陽電
池の構造を示す断面図である。 第４図は本発明品と従来品の光照射テスト結果を示すグ
ラフであつて、光照射時間（hours）に対する変換効率
（η／η０％）の関係を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】ｐ−ｉ−ｎ型アモルフアス系太陽電池のｉ
型層を成膜する際に、ｐ型層と接するｉ型層の成膜には
H2で希釈したSiH4ガスを用い、バルクのｉ型層の成膜に
は100％SiH4ガスを用いることにより、ｐ型層と接する
ｉ型層とバルクのｉ型層とで成膜速度を変えて成膜する
ことを特徴とするアモルフアスシリコン太陽電池の製造
方法。 - 【請求項２】前記ｐ型層と接するｉ型層の厚みが約30Å
から1000Åである特許請求の範囲第１項に記載のアモル
フアスシリコン太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】前記ｐ型層と接するｉ型層の成膜速度が0.
1Å/secから２Å/secであり、バルクのｉ型層の成膜速
度が２Å/secから50Å/secである特許請求の範囲第１項
又は第２項に記載のアモルフアスシリコン太陽電池の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61029050A JPH0799776B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61029050A JPH0799776B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62188381A JPS62188381A (ja) | 1987-08-17 |
| JPH0799776B2 true JPH0799776B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=12265554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61029050A Expired - Lifetime JPH0799776B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0799776B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR910007465B1 (ko) * | 1988-10-27 | 1991-09-26 | 삼성전관 주식회사 | 비정질 실리콘 태양전지의 제조방법 |
| US6566594B2 (en) | 2000-04-05 | 2003-05-20 | Tdk Corporation | Photovoltaic element |
| WO2008099524A1 (ja) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 光電変換装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59107574A (ja) * | 1982-12-13 | 1984-06-21 | Agency Of Ind Science & Technol | アモルフアスシリコン太陽電池の製造方法 |
| JPS60192374A (ja) * | 1984-03-13 | 1985-09-30 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
| JPH0612836B2 (ja) * | 1984-08-20 | 1994-02-16 | 三井東圧化学株式会社 | 光電変換素子の製造方法 |
| JPH0612835B2 (ja) * | 1984-08-20 | 1994-02-16 | 三井東圧化学株式会社 | 光電変換素子の製法 |
-
1986
- 1986-02-14 JP JP61029050A patent/JPH0799776B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62188381A (ja) | 1987-08-17 |
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