JPH0878342A - n型非晶質半導体の形成方法及び光起電力装置の製造方法 - Google Patents
n型非晶質半導体の形成方法及び光起電力装置の製造方法Info
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- JPH0878342A JPH0878342A JP6213793A JP21379394A JPH0878342A JP H0878342 A JPH0878342 A JP H0878342A JP 6213793 A JP6213793 A JP 6213793A JP 21379394 A JP21379394 A JP 21379394A JP H0878342 A JPH0878342 A JP H0878342A
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 pin型非晶質光起電力装置のn層に使用さ
れる、ドーピング特性の改善を図ったn型非晶質半導体
を形成する。 【構成】 真空チャンバ1内の平行平板電極2a, 2bにガ
ラス基板3を載置し、高周波電源4により高周波を印加
し、マスフローコントローラ8a, 8bにて流量を制御した
SiH4 ガス及びターシャリブチルホスフィン(TB
P)ガスを配管9を介して真空チャンバ1内に導入し
て、ガラス基板3上にn型a−Si膜を形成する。
れる、ドーピング特性の改善を図ったn型非晶質半導体
を形成する。 【構成】 真空チャンバ1内の平行平板電極2a, 2bにガ
ラス基板3を載置し、高周波電源4により高周波を印加
し、マスフローコントローラ8a, 8bにて流量を制御した
SiH4 ガス及びターシャリブチルホスフィン(TB
P)ガスを配管9を介して真空チャンバ1内に導入し
て、ガラス基板3上にn型a−Si膜を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマCVD法等の
気相成長法を用いてn型非晶質半導体を形成する方法、
及び、この形成方法を利用して非晶質光起電力装置を製
造する方法に関するものである。
気相成長法を用いてn型非晶質半導体を形成する方法、
及び、この形成方法を利用して非晶質光起電力装置を製
造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、クリーンなエネルギとして、太陽
光発電が注目されており、その中でも特に非晶質半導体
を用いた非晶質太陽電池は、コストの面で他の種類の太
陽電池よりも有望であるので、その研究開発が積極的に
進められている。
光発電が注目されており、その中でも特に非晶質半導体
を用いた非晶質太陽電池は、コストの面で他の種類の太
陽電池よりも有望であるので、その研究開発が積極的に
進められている。
【0003】一般的な非晶質太陽電池は、ガラス基板の
上に、ITO,SnO2 等の透明導電膜、p型,i型,
n型非晶質シリコン(a−Si)膜、Ag,Au等の裏
面電極をこの順に積層形成して構成されている。このa
−Si膜は、特開昭60-30182号公報にも開示されている
ように、p型,i型,n型の各層を別々のプラズマCV
D装置内で順次形成する、所謂、連続分離方式にて作製
されている。
上に、ITO,SnO2 等の透明導電膜、p型,i型,
n型非晶質シリコン(a−Si)膜、Ag,Au等の裏
面電極をこの順に積層形成して構成されている。このa
−Si膜は、特開昭60-30182号公報にも開示されている
ように、p型,i型,n型の各層を別々のプラズマCV
D装置内で順次形成する、所謂、連続分離方式にて作製
されている。
【0004】ところで、半導体材料としてのa−Siの
歴史は、1975年にダンディ大学のSpear らが、水素でS
iの未結合手をターミネートすることによって膜の欠陥
を減らして価電子(pn)制御に成功したことから始ま
っており、現在までに既に20年近くの年数を経過してい
る。しかしながら、プラズマCVD法を用いてSiH 4
ガスを分解してi型a−Si層を形成し、プラズマCV
D法を用いてドーピングガスとしてB2 H6 を添加しな
がらSiH4 ガスを分解してp型a−Si層を形成し、
プラズマCVD法を用いてドーピングガスとしてPH3
を添加しながらSiH4 ガスを分解してn型a−Si層
を形成するという手法は、現在に至るまで基本的には変
化していない。
歴史は、1975年にダンディ大学のSpear らが、水素でS
iの未結合手をターミネートすることによって膜の欠陥
を減らして価電子(pn)制御に成功したことから始ま
っており、現在までに既に20年近くの年数を経過してい
る。しかしながら、プラズマCVD法を用いてSiH 4
ガスを分解してi型a−Si層を形成し、プラズマCV
D法を用いてドーピングガスとしてB2 H6 を添加しな
がらSiH4 ガスを分解してp型a−Si層を形成し、
プラズマCVD法を用いてドーピングガスとしてPH3
を添加しながらSiH4 ガスを分解してn型a−Si層
を形成するという手法は、現在に至るまで基本的には変
化していない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】民生用のa−Si光起
電力装置は、今日まで順調にその製品化が進められてき
たが、今後、a−Si光起電力装置の電力用への実用化
を促進するためには、その光電変換の高効率化が最も重
要な課題である。即ち、具体的には、a−Si光起電力
装置の光電変換体を構成しているpin各層の更なる高
品質化が問題である。
電力装置は、今日まで順調にその製品化が進められてき
たが、今後、a−Si光起電力装置の電力用への実用化
を促進するためには、その光電変換の高効率化が最も重
要な課題である。即ち、具体的には、a−Si光起電力
装置の光電変換体を構成しているpin各層の更なる高
品質化が問題である。
【0006】これまで、i型a−Siについては、低不
純化または反応条件の最適化などの点で、p型a−Si
については、炭素化またはドーピングガスとしてトリメ
チルボロン(B(CH3 )3 )の使用などの点でそれぞ
れに改善がなされており、かなりの成果をあげている。
しかしながら、n型a−Siについては、窒素化または
微結晶化などの点においていろいろな試みがなされてい
るが、所望の成果をあげていないのが現状である。
純化または反応条件の最適化などの点で、p型a−Si
については、炭素化またはドーピングガスとしてトリメ
チルボロン(B(CH3 )3 )の使用などの点でそれぞ
れに改善がなされており、かなりの成果をあげている。
しかしながら、n型a−Siについては、窒素化または
微結晶化などの点においていろいろな試みがなされてい
るが、所望の成果をあげていないのが現状である。
【0007】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、ドーピングガスとしてターシャリブチルホスフ
ィンを用いることにより、ドーピング特性の改善を図っ
たn型非晶質半導体を形成できるn型非晶質半導体の形
成方法、及び、この形成方法を利用した光起電力装置の
製造方法を提供することを目的とする。
であり、ドーピングガスとしてターシャリブチルホスフ
ィンを用いることにより、ドーピング特性の改善を図っ
たn型非晶質半導体を形成できるn型非晶質半導体の形
成方法、及び、この形成方法を利用した光起電力装置の
製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1に係るn
型非晶質半導体の形成方法は、ドーピングガスとしてタ
ーシャリブチルホスフィンを用いることを特徴とする。
型非晶質半導体の形成方法は、ドーピングガスとしてタ
ーシャリブチルホスフィンを用いることを特徴とする。
【0009】本願の請求項2に係るn型非晶質半導体の
形成方法は、真空容器内に導入したガスを分解して、n
型非晶質半導体を形成する方法において、導電型を決定
するために添加するドーピングガスとしてターシャリブ
チルホスフィンを用いることを特徴とする。
形成方法は、真空容器内に導入したガスを分解して、n
型非晶質半導体を形成する方法において、導電型を決定
するために添加するドーピングガスとしてターシャリブ
チルホスフィンを用いることを特徴とする。
【0010】本願の請求項3に係るn型非晶質半導体の
形成方法は、請求項2において、前記n型非晶質半導体
の主たる構成材料が、シリコンまたはゲルマニウム、或
いは、これらの酸化物,窒化物,炭化物であることを特
徴とする。
形成方法は、請求項2において、前記n型非晶質半導体
の主たる構成材料が、シリコンまたはゲルマニウム、或
いは、これらの酸化物,窒化物,炭化物であることを特
徴とする。
【0011】本願の請求項4に係る光起電力装置の製造
方法は、光電変換層としてpin接合の非晶質半導体膜
を有する光起電力装置を製造する方法において、ドーピ
ングガスとしてターシャリブチルホスフィンを用いて、
前記非晶質半導体膜のn層を形成することを特徴とす
る。
方法は、光電変換層としてpin接合の非晶質半導体膜
を有する光起電力装置を製造する方法において、ドーピ
ングガスとしてターシャリブチルホスフィンを用いて、
前記非晶質半導体膜のn層を形成することを特徴とす
る。
【0012】
【作用】本発明では、非晶質半導体の導電型(n型)を
決定するために添加するドーピングガスとしてターシャ
リブチルホスフィン((CH3 )3 CPH2 )を使用す
る。よって、ドーピングガスとしてPH3 ホスフィン
(PH3 )を使用していた従来例に比べて、格段にドー
ピング特性が改善される。従って、本発明にて形成した
n型非晶質半導体を非晶質光起電力装置に用いた場合、
変換効率等の装置特性を向上することが可能となる。
決定するために添加するドーピングガスとしてターシャ
リブチルホスフィン((CH3 )3 CPH2 )を使用す
る。よって、ドーピングガスとしてPH3 ホスフィン
(PH3 )を使用していた従来例に比べて、格段にドー
ピング特性が改善される。従って、本発明にて形成した
n型非晶質半導体を非晶質光起電力装置に用いた場合、
変換効率等の装置特性を向上することが可能となる。
【0013】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。
いて具体的に説明する。
【0014】図1は、本発明のn型非晶質半導体の形成
方法の実施状態を示す概略図であり、図中1は真空チャ
ンバである。真空チャンバ1内には、上部放電電極2a、
及びヒータを内蔵した下部放電電極2bが対向して配置さ
れている。下部放電電極2b上には、成膜対象のガラス基
板3が載置されている。真空チャンバ1には、高周波電
源4により 13.56MHzの高周波電圧が印加される。ま
た、真空チャンバ1には排気システム5が接続されてお
り、その内部が真空状態に維持される。そして、上部放
電電極2a,下部放電電極2b間に真空放電が生じてプラズ
マが発生するようになっている。
方法の実施状態を示す概略図であり、図中1は真空チャ
ンバである。真空チャンバ1内には、上部放電電極2a、
及びヒータを内蔵した下部放電電極2bが対向して配置さ
れている。下部放電電極2b上には、成膜対象のガラス基
板3が載置されている。真空チャンバ1には、高周波電
源4により 13.56MHzの高周波電圧が印加される。ま
た、真空チャンバ1には排気システム5が接続されてお
り、その内部が真空状態に維持される。そして、上部放
電電極2a,下部放電電極2b間に真空放電が生じてプラズ
マが発生するようになっている。
【0015】真空チャンバ1は、配管9を介してSiH
4 ボンベ6及びターシャリブチルホスフィン(以下TB
Pという)ボンベ7に連結されている。配管9の中途に
は、SiH4 のガス流量を制御するマスフローコントロ
ーラ8aとTBPのガス流量を制御するマスフローコント
ローラ8bとが設けられている。TBPボンベ7の周囲に
はTBPを気化するためのヒータ10が設置されている。
また、配管9にはその内部を加温するためのコイル11が
囲繞されている。
4 ボンベ6及びターシャリブチルホスフィン(以下TB
Pという)ボンベ7に連結されている。配管9の中途に
は、SiH4 のガス流量を制御するマスフローコントロ
ーラ8aとTBPのガス流量を制御するマスフローコント
ローラ8bとが設けられている。TBPボンベ7の周囲に
はTBPを気化するためのヒータ10が設置されている。
また、配管9にはその内部を加温するためのコイル11が
囲繞されている。
【0016】次に、動作について説明する。真空チャン
バ1内の下部放電電極2b上にガラス基板3を載置し、排
気システム5により真空チャンバ1内を真空状態に維持
し、高周波電源4により 13.56MHzの高周波電圧を印
加する。一方、SiH4 ボンベ6からマスフローコント
ローラ8aにてその流量を制御したSiH4 ガスを、コイ
ル11への通電により内部を50℃程度に維持した配管9を
介して真空チャンバ1内に導入する。また、ヒータ10に
て30〜40℃に加熱して気化させたTBPボンベ7内のT
BPガスを、マスフローコントローラ8bにてその流量を
制御し、配管9を介して真空チャンバ1内に導入する。
上部放電電極2a,下部放電電極2b間にプラズマが発生し
てSiH4 が分解され、またTBPから解離されたPが
ドープされて、ガラス基板3上にn型a−Si層が成膜
される。
バ1内の下部放電電極2b上にガラス基板3を載置し、排
気システム5により真空チャンバ1内を真空状態に維持
し、高周波電源4により 13.56MHzの高周波電圧を印
加する。一方、SiH4 ボンベ6からマスフローコント
ローラ8aにてその流量を制御したSiH4 ガスを、コイ
ル11への通電により内部を50℃程度に維持した配管9を
介して真空チャンバ1内に導入する。また、ヒータ10に
て30〜40℃に加熱して気化させたTBPボンベ7内のT
BPガスを、マスフローコントローラ8bにてその流量を
制御し、配管9を介して真空チャンバ1内に導入する。
上部放電電極2a,下部放電電極2b間にプラズマが発生し
てSiH4 が分解され、またTBPから解離されたPが
ドープされて、ガラス基板3上にn型a−Si層が成膜
される。
【0017】上述の実施例において、TBPのガス流量
とSiH4 のガス流量との比を変化させて形成したn型
a−Si層の暗導電率の変化を図2に示す。図2におい
て、横軸は両ガスの流量比(NTBP /NSiH4)を示し、
縦軸は暗導電率〔Ω-1cm-1〕を示す。また、比較のため
に、ドーピングガスとしてPH3 を使用した従来例にお
けるPH3 とSiH4 とのガス流量の比(NPH3 /N
SiH4)と形成したn型a−Si層の暗導電率との関係
を、図2と同様に、図3に示す。何れの例においても、
プラズマCVD反応の条件は、圧力:10Pa,基板温
度:200 ℃,高周波電力:30W,トータルガス流量:10
SCCM(一定)とした。
とSiH4 のガス流量との比を変化させて形成したn型
a−Si層の暗導電率の変化を図2に示す。図2におい
て、横軸は両ガスの流量比(NTBP /NSiH4)を示し、
縦軸は暗導電率〔Ω-1cm-1〕を示す。また、比較のため
に、ドーピングガスとしてPH3 を使用した従来例にお
けるPH3 とSiH4 とのガス流量の比(NPH3 /N
SiH4)と形成したn型a−Si層の暗導電率との関係
を、図2と同様に、図3に示す。何れの例においても、
プラズマCVD反応の条件は、圧力:10Pa,基板温
度:200 ℃,高周波電力:30W,トータルガス流量:10
SCCM(一定)とした。
【0018】図2,図3の比較から、TBPを用いる本
発明例ではPH3 を用いる従来例に比べて、約1桁少な
い流量比で同じ暗導電率が得られ、また、1%以上ドー
ピングした場合には5倍以上の高い暗導電率が得られる
ことが分かる。
発明例ではPH3 を用いる従来例に比べて、約1桁少な
い流量比で同じ暗導電率が得られ、また、1%以上ドー
ピングした場合には5倍以上の高い暗導電率が得られる
ことが分かる。
【0019】本発明のようにTBPを用いた場合に、P
H3 を用いる従来例よりドーピング特性が改善される理
由としては、TBPとPH3 ではPの同位体の割合が異
なっていてドーパントとしての活性化率が違ってくる、
または、PH3 ではP原子が3個の水素原子と結合して
いるがTBPではP原子が2個の水素原子及び1個の炭
素原子と結合していてPの解離度が異なってくる等の理
由が考えられる。
H3 を用いる従来例よりドーピング特性が改善される理
由としては、TBPとPH3 ではPの同位体の割合が異
なっていてドーパントとしての活性化率が違ってくる、
または、PH3 ではP原子が3個の水素原子と結合して
いるがTBPではP原子が2個の水素原子及び1個の炭
素原子と結合していてPの解離度が異なってくる等の理
由が考えられる。
【0020】次に、本発明(TBP使用)により形成し
たn型非晶質半導体を光電変換体のpin結合のn層に
用いたa−Si光起電力装置を製造して、その光電変換
特性を測定した。また、比較例として、上述した従来例
(PH3 使用)のn型非晶質半導体を同じくn層に用い
たa−Si光起電力装置を製造して、その光電変換特性
を測定した。これらの結果を下記表1に示す。なお、こ
れらのa−Si光起電力装置においては、pin結合の
n層のみが異なっているだけであり、p層,i層を含め
て他の形成条件は同一である。
たn型非晶質半導体を光電変換体のpin結合のn層に
用いたa−Si光起電力装置を製造して、その光電変換
特性を測定した。また、比較例として、上述した従来例
(PH3 使用)のn型非晶質半導体を同じくn層に用い
たa−Si光起電力装置を製造して、その光電変換特性
を測定した。これらの結果を下記表1に示す。なお、こ
れらのa−Si光起電力装置においては、pin結合の
n層のみが異なっているだけであり、p層,i層を含め
て他の形成条件は同一である。
【0021】
【表1】
【0022】表1の結果から分かるように、本発明によ
り形成したn型非晶質半導体を使用したa−Si光起電
力装置では、従来例により形成したn型非晶質半導体を
使用したa−Si光起電力装置に比べて、n層の改善に
より、内部電界の強化,i層とn層との界面での再結合
の減少及び直列抵抗の減少を図ることができ、開放電圧
(VOC),短絡電流(ISC),曲線因子(FF),変換
効率というすべての特性についての向上を実現できてい
る。
り形成したn型非晶質半導体を使用したa−Si光起電
力装置では、従来例により形成したn型非晶質半導体を
使用したa−Si光起電力装置に比べて、n層の改善に
より、内部電界の強化,i層とn層との界面での再結合
の減少及び直列抵抗の減少を図ることができ、開放電圧
(VOC),短絡電流(ISC),曲線因子(FF),変換
効率というすべての特性についての向上を実現できてい
る。
【0023】なお、上述の実施例では、プラズマCVD
法を用いたが、公知の光CVD法またはマイクロCVD
法等を用いても同様の効果を得ることができる。
法を用いたが、公知の光CVD法またはマイクロCVD
法等を用いても同様の効果を得ることができる。
【0024】また、n型非晶質半導体の材料としてa−
Siの場合について説明したが、a−SiGe,a−S
iN,a−SiC,a−SiO等の他の非晶質半導体に
ついても全く同様に行えることは勿論であり、同様の効
果が得られる。
Siの場合について説明したが、a−SiGe,a−S
iN,a−SiC,a−SiO等の他の非晶質半導体に
ついても全く同様に行えることは勿論であり、同様の効
果が得られる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明では、従来のような
PH3 に代えてTBPを使用するので、従来例に比べて
暗導電率に優れたn型非晶質半導体を形成することがで
き、この形成したn型非晶質半導体を光起電力装置に使
用した場合にその特性を著しく向上することが可能とな
る。本発明で使用するTBPはPH3 と比較してドーピ
ング効率に優れているので、少量の使用により同等以上
の膜特性を得ることができる。また、TBPはPH3 よ
りも格段に毒性が弱いので、最近問題となっている特殊
材料ガスに対する防災上の処理も簡易となる。
PH3 に代えてTBPを使用するので、従来例に比べて
暗導電率に優れたn型非晶質半導体を形成することがで
き、この形成したn型非晶質半導体を光起電力装置に使
用した場合にその特性を著しく向上することが可能とな
る。本発明で使用するTBPはPH3 と比較してドーピ
ング効率に優れているので、少量の使用により同等以上
の膜特性を得ることができる。また、TBPはPH3 よ
りも格段に毒性が弱いので、最近問題となっている特殊
材料ガスに対する防災上の処理も簡易となる。
【図1】本発明のn型非晶質半導体の形成方法の実施状
態を示す概略図である。
態を示す概略図である。
【図2】本発明の形成方法にて形成したn型非晶質半導
体の材料ガス流量比(TBP/SiH4 )と暗導電率と
の関係を示すグラフである。
体の材料ガス流量比(TBP/SiH4 )と暗導電率と
の関係を示すグラフである。
【図3】従来の形成方法にて形成したn型非晶質半導体
の材料ガス流量比(PH3 /SiH4 )と暗導電率との
関係を示すグラフである。
の材料ガス流量比(PH3 /SiH4 )と暗導電率との
関係を示すグラフである。
1 真空チャンバ 2a 上部放電電極 2b 下部放電電極 3 ガラス基板 4 高周波電源 5 排気系 6 SiH4 ボンベ 7 TBPボンベ 8a,8b マスフローコントローラ 9 配管 10 ヒータ 11 コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05H 1/46 M 9216−2G
Claims (4)
- 【請求項1】 ドーピングガスとしてターシャリブチル
ホスフィンを用いることを特徴とするn型非晶質半導体
の形成方法。 - 【請求項2】 真空容器内に導入したガスを分解して、
n型非晶質半導体を形成する方法において、導電型を決
定するために添加するドーピングガスとしてターシャリ
ブチルホスフィンを用いることを特徴とするn型非晶質
半導体の形成方法。 - 【請求項3】 前記n型非晶質半導体の主たる構成材料
が、シリコンまたはゲルマニウム、或いは、これらの酸
化物,窒化物,炭化物であることを特徴とする請求項2
記載のn型非晶質半導体の形成方法。 - 【請求項4】 光電変換層としてpin接合の非晶質半
導体膜を有する光起電力装置を製造する方法において、
ドーピングガスとしてターシャリブチルホスフィンを用
いて、前記非晶質半導体膜のn層を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 |
|---|---|---|---|
| JP6213793A JPH0878342A (ja) | 1994-09-07 | 1994-09-07 | n型非晶質半導体の形成方法及び光起電力装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6213793A JPH0878342A (ja) | 1994-09-07 | 1994-09-07 | n型非晶質半導体の形成方法及び光起電力装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0878342A true JPH0878342A (ja) | 1996-03-22 |
Family
ID=16645149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6213793A Pending JPH0878342A (ja) | 1994-09-07 | 1994-09-07 | n型非晶質半導体の形成方法及び光起電力装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0878342A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012134541A (ja) * | 2009-02-17 | 2012-07-12 | Korea Inst Of Industrial Technology | 誘導結合プラズマ化学気相蒸着法を利用した太陽電池の製造方法 |
-
1994
- 1994-09-07 JP JP6213793A patent/JPH0878342A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012134541A (ja) * | 2009-02-17 | 2012-07-12 | Korea Inst Of Industrial Technology | 誘導結合プラズマ化学気相蒸着法を利用した太陽電池の製造方法 |
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