JPH08204218A - 非晶質半導体薄膜製造装置 - Google Patents
非晶質半導体薄膜製造装置Info
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- JPH08204218A JPH08204218A JP7010779A JP1077995A JPH08204218A JP H08204218 A JPH08204218 A JP H08204218A JP 7010779 A JP7010779 A JP 7010779A JP 1077995 A JP1077995 A JP 1077995A JP H08204218 A JPH08204218 A JP H08204218A
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- JP
- Japan
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- thin film
- semiconductor thin
- amorphous semiconductor
- power
- signal wave
- Prior art date
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- Pending
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 膜形成性気体のグロー放電分解により非晶
質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造装置にお
いて、非晶質半導体薄膜が水素化アモルファスシリコン
薄膜であり、アモルファスシリコン太陽電池の光活性層
に用いられる場合において、信号波によって振幅変調さ
れた搬送波をグロー放電を起こさせるための交流電力と
して用いる。 【効果】 本発明にしたがえば、得られる非晶質半導
体薄膜の膜特性の向上し、これを光活性層に用いた非晶
質太陽電池の変換効率が向上する。
質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造装置にお
いて、非晶質半導体薄膜が水素化アモルファスシリコン
薄膜であり、アモルファスシリコン太陽電池の光活性層
に用いられる場合において、信号波によって振幅変調さ
れた搬送波をグロー放電を起こさせるための交流電力と
して用いる。 【効果】 本発明にしたがえば、得られる非晶質半導
体薄膜の膜特性の向上し、これを光活性層に用いた非晶
質太陽電池の変換効率が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】化石燃料の枯渇、原子力発電用燃
料の安全性の問題、および大気中ＣＯ2 濃度増加による
地球環境破壊が危惧される昨今、代替エネルギーの開発
および普及が急務となっている。本発明は、次期代替エ
ネルギーとして有望視されているアモルファス太陽電池
の光活性層である真性アモルファスシリコン薄膜形成お
よびその高変換効率化、およびその他の非晶質半導体薄
膜の高品質形成を行うための、非晶質半導体薄膜製造装
置および薄膜形成方法に関するものである。
料の安全性の問題、および大気中ＣＯ2 濃度増加による
地球環境破壊が危惧される昨今、代替エネルギーの開発
および普及が急務となっている。本発明は、次期代替エ
ネルギーとして有望視されているアモルファス太陽電池
の光活性層である真性アモルファスシリコン薄膜形成お
よびその高変換効率化、およびその他の非晶質半導体薄
膜の高品質形成を行うための、非晶質半導体薄膜製造装
置および薄膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アモルファス太陽電池の光活性層の多く
は、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）装置を用いてモノ
シラン、ジシランガス等の膜形成性気体のグロー放電分
解により、水素化アモルファスシリコン薄膜を形成して
いる。この場合、グロー放電は高周波電源、ＤＣ電源を
用いることにより真空チャンバー内に誘起され、ガスは
プラズマ状態となる。平行平板型電極を有するプラズマ
ＣＶＤ装置では電極に直流電圧もしくは交流電圧が印加
され、荷電粒子はその電圧もしくはプラズマポテンシャ
ルによって生じる電界に沿ってドリフトする。また、直
流電圧もしくは交流電圧によって分解をうけた非晶質半
導体薄膜の原料ガスはラジカル種となり、電極に設置さ
れた薄膜形成基板に衝突し、薄膜堆積がなされる。この
時用いられている装置のＤＣ電源もしくは高周波電源は
非晶質半導体薄膜の膜厚の高い再現性を得るため、出力
電力変動はリップル含有率で３％以下といった、極めて
出力電力変動の小さい電源が使用されていた。本発明者
らは、今回、アモルファス太陽電池の変換効率を向上さ
せるさまざまな方法を検討していたところ、出力変動す
る交流電力を用いることにより、アモルファス太陽電池
の変換効率が向上することを発見し、本発明を完成させ
るにいたった。この理由は定かではないが、非晶質半導
体薄膜内部の微小な領域で構造に規則性が発生し、その
ことに由来して、本来、構造規則性がないことで発揮さ
れていた非晶質半導体薄膜の膜特性が低下したものと推
測している。このような、出力変動する交流電力を用い
ることにより、アモルファス太陽電池の変換効率が向上
するという事実は知られておらず、交流電源の出力変動
を任意に与えた場合の非晶質半導体薄膜の膜特性の報告
はかってされていない。
は、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）装置を用いてモノ
シラン、ジシランガス等の膜形成性気体のグロー放電分
解により、水素化アモルファスシリコン薄膜を形成して
いる。この場合、グロー放電は高周波電源、ＤＣ電源を
用いることにより真空チャンバー内に誘起され、ガスは
プラズマ状態となる。平行平板型電極を有するプラズマ
ＣＶＤ装置では電極に直流電圧もしくは交流電圧が印加
され、荷電粒子はその電圧もしくはプラズマポテンシャ
ルによって生じる電界に沿ってドリフトする。また、直
流電圧もしくは交流電圧によって分解をうけた非晶質半
導体薄膜の原料ガスはラジカル種となり、電極に設置さ
れた薄膜形成基板に衝突し、薄膜堆積がなされる。この
時用いられている装置のＤＣ電源もしくは高周波電源は
非晶質半導体薄膜の膜厚の高い再現性を得るため、出力
電力変動はリップル含有率で３％以下といった、極めて
出力電力変動の小さい電源が使用されていた。本発明者
らは、今回、アモルファス太陽電池の変換効率を向上さ
せるさまざまな方法を検討していたところ、出力変動す
る交流電力を用いることにより、アモルファス太陽電池
の変換効率が向上することを発見し、本発明を完成させ
るにいたった。この理由は定かではないが、非晶質半導
体薄膜内部の微小な領域で構造に規則性が発生し、その
ことに由来して、本来、構造規則性がないことで発揮さ
れていた非晶質半導体薄膜の膜特性が低下したものと推
測している。このような、出力変動する交流電力を用い
ることにより、アモルファス太陽電池の変換効率が向上
するという事実は知られておらず、交流電源の出力変動
を任意に与えた場合の非晶質半導体薄膜の膜特性の報告
はかってされていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】膜形成性気体のグロー
放電分解により非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導
体薄膜製造装置において、非晶質半導体薄膜膜特性向上
に適した印加交流電力の仕様を明らかにし、非晶質半導
体薄膜の膜特性を向上させ、例えば、非晶質半導体薄膜
が水素化アモルファスシリコン薄膜である場合、水素化
アモルファスシリコン薄膜の膜特性を向上させ、アモル
ファス太陽電池の光電変換効率の向上をはかることを目
的とするものである。
放電分解により非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導
体薄膜製造装置において、非晶質半導体薄膜膜特性向上
に適した印加交流電力の仕様を明らかにし、非晶質半導
体薄膜の膜特性を向上させ、例えば、非晶質半導体薄膜
が水素化アモルファスシリコン薄膜である場合、水素化
アモルファスシリコン薄膜の膜特性を向上させ、アモル
ファス太陽電池の光電変換効率の向上をはかることを目
的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、膜形成性気体
のグロー放電分解により非晶質半導体薄膜を形成する非
晶質半導体薄膜製造装置において、該グロー放電を起こ
させる印加交流電力の搬送波が信号波によって振幅変調
されており、その振幅変調度(m)(m=Vs/Vo 、Vs: 信号波
電圧の最大値、Vo: 搬送波電圧の最大値) が 5〜95% の
範囲にあり、搬送波を振幅変調する信号波の周波数が、
5Hz〜1MHzの間の或る値にあるもの、または、その範囲
内で、周波数幅を有する信号波で搬送波が振幅変調され
うる交流電源を用いて非晶質半導体薄膜を形成すること
を特徴とする非晶質半導体薄膜製造装置を要旨とするも
のである。
のグロー放電分解により非晶質半導体薄膜を形成する非
晶質半導体薄膜製造装置において、該グロー放電を起こ
させる印加交流電力の搬送波が信号波によって振幅変調
されており、その振幅変調度(m)(m=Vs/Vo 、Vs: 信号波
電圧の最大値、Vo: 搬送波電圧の最大値) が 5〜95% の
範囲にあり、搬送波を振幅変調する信号波の周波数が、
5Hz〜1MHzの間の或る値にあるもの、または、その範囲
内で、周波数幅を有する信号波で搬送波が振幅変調され
うる交流電源を用いて非晶質半導体薄膜を形成すること
を特徴とする非晶質半導体薄膜製造装置を要旨とするも
のである。
【０００５】また、本発明は、膜形成性気体のグロー放
電分解により非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体
薄膜製造方法において、該グロー放電を起こさせる印加
交流電力の搬送波が信号波によって振幅変調されてお
り、その振幅変調度(m)(m=Vs/Vo 、Vs: 信号波電圧の最
大値、Vo: 搬送波電圧の最大値) が 5〜95% の範囲にあ
り、搬送波を振幅変調する信号波の周波数が、 5Hz〜1M
Hzの間の或る値にあるもの、または、その範囲内で、周
波数幅を有する信号波で搬送波が振幅変調されうる交流
電源を用いて非晶質半導体薄膜を形成することを特徴と
する非晶質半導体薄膜の形成方法を要旨とするものであ
る。
電分解により非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体
薄膜製造方法において、該グロー放電を起こさせる印加
交流電力の搬送波が信号波によって振幅変調されてお
り、その振幅変調度(m)(m=Vs/Vo 、Vs: 信号波電圧の最
大値、Vo: 搬送波電圧の最大値) が 5〜95% の範囲にあ
り、搬送波を振幅変調する信号波の周波数が、 5Hz〜1M
Hzの間の或る値にあるもの、または、その範囲内で、周
波数幅を有する信号波で搬送波が振幅変調されうる交流
電源を用いて非晶質半導体薄膜を形成することを特徴と
する非晶質半導体薄膜の形成方法を要旨とするものであ
る。
【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいては、基本的に、膜形成性気体のグロー放電分解に
より非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造
装置および非晶質半導体薄膜製造方法において、薄膜形
成を行う場合の交流電力について、電力が一定でなく、
搬送波を振幅変調する信号波の周波数が、 5Hz〜1MHzの
間の或る値であるもの、または、その範囲内で、周波数
幅を有している信号波で搬送波が振幅変調されており、
さらに印加される交流電力の搬送波の振幅変調度(m) が
5〜95% の範囲にある交流電力を用いて薄膜形成を行
う。ここで振幅変調度(m) は、例えばオシロスコープを
用いて容易に測定をすることができる。まず、振幅変調
を行わない状態の搬送波の振幅の最大値(Vo)を測定して
おき、その後、信号波によって搬送波を振幅変調したと
きの搬送波の変動の振幅の最大値(Vs)を測定する。この
時、振幅変調度(m) は、m=Vs/Vo で表すことができる。
本発明においては、かかる交流電源を用いることによ
り、意外なことに、非晶質半導体薄膜の電気的欠陥密度
が低減され、その結果、膜特性の向上がはかられるので
ある。
おいては、基本的に、膜形成性気体のグロー放電分解に
より非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造
装置および非晶質半導体薄膜製造方法において、薄膜形
成を行う場合の交流電力について、電力が一定でなく、
搬送波を振幅変調する信号波の周波数が、 5Hz〜1MHzの
間の或る値であるもの、または、その範囲内で、周波数
幅を有している信号波で搬送波が振幅変調されており、
さらに印加される交流電力の搬送波の振幅変調度(m) が
5〜95% の範囲にある交流電力を用いて薄膜形成を行
う。ここで振幅変調度(m) は、例えばオシロスコープを
用いて容易に測定をすることができる。まず、振幅変調
を行わない状態の搬送波の振幅の最大値(Vo)を測定して
おき、その後、信号波によって搬送波を振幅変調したと
きの搬送波の変動の振幅の最大値(Vs)を測定する。この
時、振幅変調度(m) は、m=Vs/Vo で表すことができる。
本発明においては、かかる交流電源を用いることによ
り、意外なことに、非晶質半導体薄膜の電気的欠陥密度
が低減され、その結果、膜特性の向上がはかられるので
ある。
【０００７】本発明に意義について念のため明確にして
おく。従来、非晶質太陽電池の変換効率の向上は、光活
性層たる非晶質薄膜の品質改善ができるか否かにかかっ
ており、多くの研究者によりその高品質化、光安定化の
検討が鋭意進められていたにもかかわらず、際立った効
果を挙げていない。しかるところ、本発明者らは、これ
まで可能な限り変動の少ない交流電力を印加して成膜を
行うことが好ましいと信じられてきた当業者の技術常識
に反し、逆に、積極的に出力変動せしめた交流電力を印
加して成膜を実施する方が、膜特性が向上し、またこれ
を用いた太陽電池セルの変換効率が向上することを見い
だし本発明を完成させたものである。
おく。従来、非晶質太陽電池の変換効率の向上は、光活
性層たる非晶質薄膜の品質改善ができるか否かにかかっ
ており、多くの研究者によりその高品質化、光安定化の
検討が鋭意進められていたにもかかわらず、際立った効
果を挙げていない。しかるところ、本発明者らは、これ
まで可能な限り変動の少ない交流電力を印加して成膜を
行うことが好ましいと信じられてきた当業者の技術常識
に反し、逆に、積極的に出力変動せしめた交流電力を印
加して成膜を実施する方が、膜特性が向上し、またこれ
を用いた太陽電池セルの変換効率が向上することを見い
だし本発明を完成させたものである。
【０００８】本発明の装置ないは成膜方法を用いて形成
される非晶質半導体薄膜は、典型的には水素化アモルフ
ァスシリコン薄膜である。すなわち、膜形成性気体とし
て、モノシラン、ジシランガスの純ガス、もしくはモノ
シランまたは、ジシランガスと水素ガスの混合ガスを用
い、このグロー放電分解によって水素化アモルファスシ
リコン薄膜でが形成されるのである。このようにして形
成された水素化アモルファスシリコン薄膜は、アモルフ
ァス太陽電池の光活性層として好適に用いることができ
る。
される非晶質半導体薄膜は、典型的には水素化アモルフ
ァスシリコン薄膜である。すなわち、膜形成性気体とし
て、モノシラン、ジシランガスの純ガス、もしくはモノ
シランまたは、ジシランガスと水素ガスの混合ガスを用
い、このグロー放電分解によって水素化アモルファスシ
リコン薄膜でが形成されるのである。このようにして形
成された水素化アモルファスシリコン薄膜は、アモルフ
ァス太陽電池の光活性層として好適に用いることができ
る。
【０００９】以下、水素化アモルファスシリコン薄膜に
代表される非晶質半導体薄膜の形成を行う例を添付図面
を参照しながら説明する。〔図１〕には非晶質半導体薄
膜の製造装置を示す。交流電源（10）の出力は、コンデ
ンサーを介してカソード電極５に接続されている。交流
電力をカソード電極に印加することにより、カソード電
極にＤＣ電圧が発生する。この電圧は交流電力の搬送波
周波数程度の交流電圧をカットできる性能を有するＬＣ
フィルターを通してＤＣ電圧計によって測定することが
できる。また、このオシロスコープまたはＤＣ電圧計
（11）、ＬＣフィルター（12）は、必要に応じて使用す
る。水素化アモルファスシリコン薄膜形成は上記したよ
うに、モノシラン、ジシランガスの純ガス、もしくはモ
ノシランまたは、ジシランガスと水素ガスの混合ガス等
の膜形成性気体ののグロー放電分解によって行われる。
光活性層の形成温度は、100 〜250 ℃、好ましくは 150
〜 225℃、形成圧力は、0.01〜１Torr、好ましくは0.03
〜 0.3 Torr である。
代表される非晶質半導体薄膜の形成を行う例を添付図面
を参照しながら説明する。〔図１〕には非晶質半導体薄
膜の製造装置を示す。交流電源（10）の出力は、コンデ
ンサーを介してカソード電極５に接続されている。交流
電力をカソード電極に印加することにより、カソード電
極にＤＣ電圧が発生する。この電圧は交流電力の搬送波
周波数程度の交流電圧をカットできる性能を有するＬＣ
フィルターを通してＤＣ電圧計によって測定することが
できる。また、このオシロスコープまたはＤＣ電圧計
（11）、ＬＣフィルター（12）は、必要に応じて使用す
る。水素化アモルファスシリコン薄膜形成は上記したよ
うに、モノシラン、ジシランガスの純ガス、もしくはモ
ノシランまたは、ジシランガスと水素ガスの混合ガス等
の膜形成性気体ののグロー放電分解によって行われる。
光活性層の形成温度は、100 〜250 ℃、好ましくは 150
〜 225℃、形成圧力は、0.01〜１Torr、好ましくは0.03
〜 0.3 Torr である。
【００１０】プラズマＣＶＤ法に用いられる交流電源と
しては、主として搬送波となる50Hz以上の交流電力を発
生させる電源が用いられる。工業的には 13.56MHz の周
波数が使用され、適宜、成膜目的に合わせて周波数の設
定が行われる。さらにこの周波数の交流電力は、信号波
の中心周波数が、 5Hz〜1MHzの間の或る値であるもの、
好ましくは、10Hz〜10kHz の間の或る値であるものであ
り、または、その範囲内で、周波数幅を有している信号
波で搬送波が振幅変調されているものである。周波数幅
の代表的な値としては、10Hz〜10kHz 、好ましくは、20
Hz〜1kHzであり、交流電力の振幅変調度は 5〜95% の範
囲であり、好ましくは10〜50% にある交流電力を用いて
行われる。
しては、主として搬送波となる50Hz以上の交流電力を発
生させる電源が用いられる。工業的には 13.56MHz の周
波数が使用され、適宜、成膜目的に合わせて周波数の設
定が行われる。さらにこの周波数の交流電力は、信号波
の中心周波数が、 5Hz〜1MHzの間の或る値であるもの、
好ましくは、10Hz〜10kHz の間の或る値であるものであ
り、または、その範囲内で、周波数幅を有している信号
波で搬送波が振幅変調されているものである。周波数幅
の代表的な値としては、10Hz〜10kHz 、好ましくは、20
Hz〜1kHzであり、交流電力の振幅変調度は 5〜95% の範
囲であり、好ましくは10〜50% にある交流電力を用いて
行われる。
【００１１】なお、非晶質半導体薄膜は、水素化アモル
ファスシリコン薄膜、水素化アモルファスシリコンゲル
マン薄膜、水素化シリコンカーボン薄膜等であるが、水
素化アモルファスシリコンカーボン薄膜は、上記の膜形
成性原料ガスにさらにメタン、エチレン、アセチレン等
の、炭素を含有するガスが用いられる。また、水素化ア
モルファスシリコンゲルマニューム薄膜は、膜形成性原
料ガスとして、ゲルマン、四フッ化ゲルマニューム等の
ゲルマニュームを含有するガスが用いられる。斯くして
形成された非晶質半導体薄膜は、アモルファス太陽電池
の光活性層(ｉ型層 )を好適に形成しうるが、これらの
原料ガスに水素やヘリウム等を希釈して用いることや原
料ガスにジボランやホスフィン等のドーピングガスを添
加すること等、非晶質半導体薄膜形成における従来技術
を併用することについては、なんら本発明の効果を妨げ
るものではない。
ファスシリコン薄膜、水素化アモルファスシリコンゲル
マン薄膜、水素化シリコンカーボン薄膜等であるが、水
素化アモルファスシリコンカーボン薄膜は、上記の膜形
成性原料ガスにさらにメタン、エチレン、アセチレン等
の、炭素を含有するガスが用いられる。また、水素化ア
モルファスシリコンゲルマニューム薄膜は、膜形成性原
料ガスとして、ゲルマン、四フッ化ゲルマニューム等の
ゲルマニュームを含有するガスが用いられる。斯くして
形成された非晶質半導体薄膜は、アモルファス太陽電池
の光活性層(ｉ型層 )を好適に形成しうるが、これらの
原料ガスに水素やヘリウム等を希釈して用いることや原
料ガスにジボランやホスフィン等のドーピングガスを添
加すること等、非晶質半導体薄膜形成における従来技術
を併用することについては、なんら本発明の効果を妨げ
るものではない。
【００１２】光活性層たるｉ型半導体薄膜の膜厚は、光
電変換素子の用途に応じて適宜決定されるものであり、
本発明の臨界的限定条件ではない。本発明の効果を達成
するためには、50〜1000nm程度が好ましい。導電性を有
する、薄膜形成用基板については、特に限定される条件
はない。薄膜形成用基板としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、
ＺｎＯからなる透明導電膜付き青板ガラス、ホウケイ酸
ガラス、石英ガラス等、従来用いられている透明導電膜
付きガラス基板材料が有用であるが、さらに、金属や導
電性を有するプラスチックスも薄膜形成基板材料として
用いることができる。
電変換素子の用途に応じて適宜決定されるものであり、
本発明の臨界的限定条件ではない。本発明の効果を達成
するためには、50〜1000nm程度が好ましい。導電性を有
する、薄膜形成用基板については、特に限定される条件
はない。薄膜形成用基板としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、
ＺｎＯからなる透明導電膜付き青板ガラス、ホウケイ酸
ガラス、石英ガラス等、従来用いられている透明導電膜
付きガラス基板材料が有用であるが、さらに、金属や導
電性を有するプラスチックスも薄膜形成基板材料として
用いることができる。
【００１３】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。 実施例１ ５ｃｍ角透明導電性基板上にｐ型、ｉ型、ｎ型半導体お
よびメタルマスクで1cm2の大きさにパターニングされた
金属電極を形成したアモルファス太陽電池を作製した。
薄膜形成装置としては、〔図１〕に示したタイプの装置
を使用し、直径10cm 径の平行平板型電極を有するプラ
ズマＣＶＤ装置を用いた。ガス分解には、高周波電力を
カソード電極（５）に印加して行った。ＳｎＯ2 からな
る透明導電膜付きガラス基板を当該成膜装置のアノード
電極（４）に設置し、真空排気ならびに基板加熱を行
い、基板温度 180℃、シランガス流量 1sccm、メタンガ
ス流量 1sccm、水素ガス流量20sccm、2%水素希釈ジボラ
ンガス流量 3sccm、圧力0.15Torrにおいて、ｐ型ａーＳ
ｉＣ：Ｈ膜を6nm 形成した。
明する。 実施例１ ５ｃｍ角透明導電性基板上にｐ型、ｉ型、ｎ型半導体お
よびメタルマスクで1cm2の大きさにパターニングされた
金属電極を形成したアモルファス太陽電池を作製した。
薄膜形成装置としては、〔図１〕に示したタイプの装置
を使用し、直径10cm 径の平行平板型電極を有するプラ
ズマＣＶＤ装置を用いた。ガス分解には、高周波電力を
カソード電極（５）に印加して行った。ＳｎＯ2 からな
る透明導電膜付きガラス基板を当該成膜装置のアノード
電極（４）に設置し、真空排気ならびに基板加熱を行
い、基板温度 180℃、シランガス流量 1sccm、メタンガ
ス流量 1sccm、水素ガス流量20sccm、2%水素希釈ジボラ
ンガス流量 3sccm、圧力0.15Torrにおいて、ｐ型ａーＳ
ｉＣ：Ｈ膜を6nm 形成した。
【００１４】次に、水素化アモルファスシリコンカーバ
イド（ａーＳｉＣx:Ｈ）膜を 15nm形成した。ａーＳｉ
Ｃx:Ｈ膜の作製は、原料ガスとして、シラン／メタン／
水素を2/2/5 の割合で導入し、圧力0.15Torrにおいて、
高周波電力を印加して薄膜形成を行った。また、メタン
流量は形成終了時には０となるように流量制御を行っ
た。次に、5cm 角透明導電性基板を真性水素化アモルフ
ァスシリコン（ａーＳｉ：Ｈ）薄膜形成室のアノード側
に設置した。真性水素化アモルファスシリコン薄膜はシ
ランを高周波電力を直径 10cm 径のカソード電極に印加
して分解し、基板温度 180℃で、形成圧力0.05Torrで行
い、厚み650nm で形成した。交流電力は、搬送波周波数
fo=13.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m=10
% 、平均出力電力Pf=7W で行い、放電開始用にトリガー
電圧を反応室内に印加して、グロー放電を開始させた。
また、この時、ＬＣフィルターを介して、搬送波周波数
を除去してオシロスコープを用いて測定したセルフバイ
アス電圧Vdc は、-69 〜-83Vまで変化した。続いて、ｎ
型半導体薄膜を、基板温度 180℃で、ｎ型微結晶シリコ
ン薄膜を 40nm 形成した。その後、薄膜形成装置から取
り出し、ＡＬ電極を蒸着し、〔図２〕に示したアモルフ
ァス太陽電池を作製した。ＡＭ（エアーマス）1.5 、10
0 mW／cm2 の擬似太陽光下で、アモルファス太陽電池の
光電特性を測定した結果、光電変換素子特性は曲線因子
が 0.760と高い値が得られ、本発明の効果が確認された
うえに、短絡光電流18.0mA／cm2 、開放端電圧O.906Vを
得て、結果として、光電変換効率12.4％というＡＬ電極
を用いた単接合アモルファスシリコン太陽電池としては
高い値が得られた。
イド（ａーＳｉＣx:Ｈ）膜を 15nm形成した。ａーＳｉ
Ｃx:Ｈ膜の作製は、原料ガスとして、シラン／メタン／
水素を2/2/5 の割合で導入し、圧力0.15Torrにおいて、
高周波電力を印加して薄膜形成を行った。また、メタン
流量は形成終了時には０となるように流量制御を行っ
た。次に、5cm 角透明導電性基板を真性水素化アモルフ
ァスシリコン（ａーＳｉ：Ｈ）薄膜形成室のアノード側
に設置した。真性水素化アモルファスシリコン薄膜はシ
ランを高周波電力を直径 10cm 径のカソード電極に印加
して分解し、基板温度 180℃で、形成圧力0.05Torrで行
い、厚み650nm で形成した。交流電力は、搬送波周波数
fo=13.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m=10
% 、平均出力電力Pf=7W で行い、放電開始用にトリガー
電圧を反応室内に印加して、グロー放電を開始させた。
また、この時、ＬＣフィルターを介して、搬送波周波数
を除去してオシロスコープを用いて測定したセルフバイ
アス電圧Vdc は、-69 〜-83Vまで変化した。続いて、ｎ
型半導体薄膜を、基板温度 180℃で、ｎ型微結晶シリコ
ン薄膜を 40nm 形成した。その後、薄膜形成装置から取
り出し、ＡＬ電極を蒸着し、〔図２〕に示したアモルフ
ァス太陽電池を作製した。ＡＭ（エアーマス）1.5 、10
0 mW／cm2 の擬似太陽光下で、アモルファス太陽電池の
光電特性を測定した結果、光電変換素子特性は曲線因子
が 0.760と高い値が得られ、本発明の効果が確認された
うえに、短絡光電流18.0mA／cm2 、開放端電圧O.906Vを
得て、結果として、光電変換効率12.4％というＡＬ電極
を用いた単接合アモルファスシリコン太陽電池としては
高い値が得られた。
【００１５】実施例２ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数fs=500kHz 、振幅変調度m=10%
、平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セル
フバイアス電圧Vdc は、-68 〜-83Vまで変化した。作製
されたアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマ
ス）1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を
測定した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.754、
短絡光電流17.8mA／cm2 、開放端電圧O.909Vを得て、結
果として、光電変換効率12.2％が得られた。
3.56MHz 、信号波周波数fs=500kHz 、振幅変調度m=10%
、平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セル
フバイアス電圧Vdc は、-68 〜-83Vまで変化した。作製
されたアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマ
ス）1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を
測定した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.754、
短絡光電流17.8mA／cm2 、開放端電圧O.909Vを得て、結
果として、光電変換効率12.2％が得られた。
【００１６】実施例３ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m= 5% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-73 〜-82Vまで変化した。作製され
たアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）
1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定
した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.744、短絡
光電流17.4mA／cm2 、開放端電圧O.912Vを得て、結果と
して、光電変換効率11.8％が得られた。
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m= 5% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-73 〜-82Vまで変化した。作製され
たアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）
1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定
した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.744、短絡
光電流17.4mA／cm2 、開放端電圧O.912Vを得て、結果と
して、光電変換効率11.8％が得られた。
【００１７】実施例４ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m=95% 、
平均出力電力Pf=20Wで行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-42 〜-192V まで変化した。された
アモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）1.
5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定し
た結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.740、短絡光
電流17.5mA／cm2 、開放端電圧O.911Vを得て、結果とし
て、光電変換効率11.8％が得られた。
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m=95% 、
平均出力電力Pf=20Wで行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-42 〜-192V まで変化した。された
アモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）1.
5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定し
た結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.740、短絡光
電流17.5mA／cm2 、開放端電圧O.911Vを得て、結果とし
て、光電変換効率11.8％が得られた。
【００１８】実施例５ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数として fs=10Hz〜1kHzの周波数
帯域制限された、ホワイトノイズを用い、振幅変調度m=
10% 、平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セ
ルフバイアス電圧Vdc は、-70 〜-82Vまで変化した。作
製されたアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアー
マス）1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性
を測定した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.763
とたいへん高い値が得られ、短絡光電流17.8mA／cm2 、
開放端電圧O.920Vを得て、結果として、光電変換効率1
2.5％が得られた。
3.56MHz 、信号波周波数として fs=10Hz〜1kHzの周波数
帯域制限された、ホワイトノイズを用い、振幅変調度m=
10% 、平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セ
ルフバイアス電圧Vdc は、-70 〜-82Vまで変化した。作
製されたアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアー
マス）1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性
を測定した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.763
とたいへん高い値が得られ、短絡光電流17.8mA／cm2 、
開放端電圧O.920Vを得て、結果として、光電変換効率1
2.5％が得られた。
【００１９】比較例１ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m= 3% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-73 〜-77Vまでと、実施例と比較し
て変動が小さかったが、作製されたアモルファスシリコ
ン太陽電池をＡＭ（エアーマス）1.5 、100 mW／cm2 の
擬似太陽光下で、光電特性を測定したところ、光電変換
素子特性は曲線因子が 0.726と実施例より低く、短絡光
電流17.0mA／cm2 、開放端電圧O.908V、光電変換効率1
1.2％と低い値しか得られなかった。振幅変調度が小さ
すぎる場合は、本発明の効果は充分得られないことがわ
かる。
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m= 3% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-73 〜-77Vまでと、実施例と比較し
て変動が小さかったが、作製されたアモルファスシリコ
ン太陽電池をＡＭ（エアーマス）1.5 、100 mW／cm2 の
擬似太陽光下で、光電特性を測定したところ、光電変換
素子特性は曲線因子が 0.726と実施例より低く、短絡光
電流17.0mA／cm2 、開放端電圧O.908V、光電変換効率1
1.2％と低い値しか得られなかった。振幅変調度が小さ
すぎる場合は、本発明の効果は充分得られないことがわ
かる。
【００２０】比較例２ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m=100%、
平均出力電力Pf=7W で行った。この場合、放電開始時に
トリガー電圧を印加した直後のみグロー放電がおこった
が、以後、放電は持続せず、アモルファスシリコン太陽
電池は作製できなかった。振幅変調度が大きすぎる場合
は、本発明の効果を奏することが出来ないことがわか
る。
3.56MHz 、信号波周波数fs=60Hz 、振幅変調度m=100%、
平均出力電力Pf=7W で行った。この場合、放電開始時に
トリガー電圧を印加した直後のみグロー放電がおこった
が、以後、放電は持続せず、アモルファスシリコン太陽
電池は作製できなかった。振幅変調度が大きすぎる場合
は、本発明の効果を奏することが出来ないことがわか
る。
【００２１】比較例３ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数fs= 1Hz 、振幅変調度m=10% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-69 〜-83Vまで変化した。作製され
たアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）
1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定
した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.724、短絡
光電流17.1mA／cm2 、開放端電圧O.913Vが得られ、光電
変換効率は11.3％であった。信号波の周波数が小さすぎ
ると、本発明の効果を奏することが出来ないことが明ら
かである。
3.56MHz 、信号波周波数fs= 1Hz 、振幅変調度m=10% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-69 〜-83Vまで変化した。作製され
たアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）
1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定
した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.724、短絡
光電流17.1mA／cm2 、開放端電圧O.913Vが得られ、光電
変換効率は11.3％であった。信号波の周波数が小さすぎ
ると、本発明の効果を奏することが出来ないことが明ら
かである。
【００２２】比較例４ 実施例１において、交流電力として、搬送波周波数fo=1
3.56MHz 、信号波周波数fs=2MHz 、振幅変調度m=10% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-75 〜-77Vまで変化した。作製され
たアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）
1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定
した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.717、短絡
光電流17.0mA／cm2 、開放端電圧O.902Vを得て、結果と
して、光電変換効率11.0％が得られた。信号波の周波数
が過大であると、本発明の効果を奏することが出来ない
ことがわかる。以上、実施例、比較例の結果を〔表１〕
にまとめた。
3.56MHz 、信号波周波数fs=2MHz 、振幅変調度m=10% 、
平均出力電力Pf=7W で行った。また、この時、セルフバ
イアス電圧Vdc は、-75 〜-77Vまで変化した。作製され
たアモルファスシリコン太陽電池をＡＭ（エアーマス）
1.5 、100 mW／cm2 の擬似太陽光下で、光電特性を測定
した結果、光電変換素子特性は曲線因子が 0.717、短絡
光電流17.0mA／cm2 、開放端電圧O.902Vを得て、結果と
して、光電変換効率11.0％が得られた。信号波の周波数
が過大であると、本発明の効果を奏することが出来ない
ことがわかる。以上、実施例、比較例の結果を〔表１〕
にまとめた。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】以上のように、気体のグロー放電により
非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造装置
および方法において、信号波によって振幅変調された搬
送波をグロー放電を起こさせるための交流電力として用
いることにより、該非晶質半導体薄膜の膜の品質したが
ってこれを光活性層として用いる太陽電池の変換効率が
向上する。すなわち、本発明は実用レベルにおいての非
晶質半導体薄膜の膜特性の向上がはかれるものであり、
非晶質太陽電池の実用化に大きく貢献するものである。
非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造装置
および方法において、信号波によって振幅変調された搬
送波をグロー放電を起こさせるための交流電力として用
いることにより、該非晶質半導体薄膜の膜の品質したが
ってこれを光活性層として用いる太陽電池の変換効率が
向上する。すなわち、本発明は実用レベルにおいての非
晶質半導体薄膜の膜特性の向上がはかれるものであり、
非晶質太陽電池の実用化に大きく貢献するものである。
【図１】本発明の非晶質半導体薄膜製造装置を示す図
【図２】本発明の非晶質半導体薄膜製造装置により形成
される非晶質太陽電池の層構成の例を示す図
される非晶質太陽電池の層構成の例を示す図
１ チャンバー ２ 薄膜形成用基板 ３ アノード電極 ４ 基板加熱ヒーター付き電極 ５ カソード電極 ６ 放電抑制電極（シールド） ７ 電気絶縁物 ８ ガス供給系 ９ 排気系 １０ 交流電源 １１ オシロスコープまたはＤＣ電圧計 １２ ＬＣフィルター １３ 透明性基板 １４ 透明導電性膜 １５ ｐ型半導体薄膜 １６ 真性水素化アモルファスシリコン薄膜 １７ ｎ型半導体薄膜 １８ 金属電極
Claims (2)
- 【請求項１】 膜形成性気体のグロー放電分解により非
晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造装置に
おいて、該グロー放電を起こさせる印加交流電力の搬送
波が信号波によって振幅変調されており、その振幅変調
度(m)(m=Vs/Vo 、Vs: 信号波電圧の最大値、Vo: 搬送波
電圧の最大値) が 5〜95% の範囲にあり、搬送波を振幅
変調する信号波の周波数が、 5Hz〜1MHzの間の或る値に
あるもの、または、その範囲内で、周波数幅を有する信
号波で搬送波が振幅変調されうる交流電源を用いて非晶
質半導体薄膜を形成することを特徴とする非晶質半導体
薄膜製造装置。 - 【請求項２】 膜形成性気体のグロー放電分解により非
晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜製造方法に
おいて、該グロー放電を起こさせる印加交流電力の搬送
波が信号波によって振幅変調されており、その振幅変調
度(m)(m=Vs/Vo 、Vs: 信号波電圧の最大値、Vo: 搬送波
電圧の最大値) が 5〜95% の範囲にあり、搬送波を振幅
変調する信号波の周波数が、 5Hz〜1MHzの間の或る値に
あるもの、または、その範囲内で、周波数幅を有する信
号波で搬送波が振幅変調されうる交流電源を用いて非晶
質半導体薄膜を形成することを特徴とする非晶質半導体
薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7010779A JPH08204218A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 非晶質半導体薄膜製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7010779A JPH08204218A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 非晶質半導体薄膜製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08204218A true JPH08204218A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=11759825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7010779A Pending JPH08204218A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 非晶質半導体薄膜製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08204218A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106253330A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-12-21 | 丰郅(上海)新能源科技有限公司 | 一种光伏功率优化系统 |
-
1995
- 1995-01-26 JP JP7010779A patent/JPH08204218A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106253330A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-12-21 | 丰郅(上海)新能源科技有限公司 | 一种光伏功率优化系统 |
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