JPH10313125A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPH10313125A JPH10313125A JP9120410A JP12041097A JPH10313125A JP H10313125 A JPH10313125 A JP H10313125A JP 9120410 A JP9120410 A JP 9120410A JP 12041097 A JP12041097 A JP 12041097A JP H10313125 A JPH10313125 A JP H10313125A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄膜太陽電池の変換効率の向上を目指して高
品質かつ結晶性の良好な薄膜を形成する。 【解決手段】 プラズマＣＶＤ法を用い、ＶＨＦ帯の高
高周波電力を印加しながらパルス放電を行って基板上に
結晶性Ｓｉ薄膜を形成する。電源周波数を２７．１２Ｍ
Ｈｚ〜８１．３６ＭＨｚとすることにより、ＲＦ帯の電
源周波数を使用するよりも暗導電率が増加し、また連続
放電よりもパルス放電することにより、暗導電率が増加
する。
品質かつ結晶性の良好な薄膜を形成する。 【解決手段】 プラズマＣＶＤ法を用い、ＶＨＦ帯の高
高周波電力を印加しながらパルス放電を行って基板上に
結晶性Ｓｉ薄膜を形成する。電源周波数を２７．１２Ｍ
Ｈｚ〜８１．３６ＭＨｚとすることにより、ＲＦ帯の電
源周波数を使用するよりも暗導電率が増加し、また連続
放電よりもパルス放電することにより、暗導電率が増加
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等におけ
る結晶性薄膜の形成方法に関する。
る結晶性薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に薄膜太陽電池は、ガラス等の透光
性絶縁基板上にＳｎＯ2やＩＴＯ等の透明導電膜が形成
され、その上に非晶質半導体のｐ層、ｉ層、ｎ層がこの
順に積層されて光電変換活性層が形成され、その上に金
属薄膜の裏面電極が積層されてなる構造と、金属基板電
極の上に非晶質半導体のｎ層、ｉ層、ｐ層がこの順に積
層されて光電変換活性層が形成され、その上に透明導電
膜が積層されてなる構造とがある。これらのうち、前者
のｐ−ｉ−ｎ層の順に積層する方法は、透光性絶縁基板
が太陽電池の表面カバーガラスを兼ねることができる
点、またＳｎＯ2等の耐プラズマ性透明導電膜が開発さ
れて、この上に非晶質半導体の光電変換活性層をプラズ
マＣＶＤ法で積層することが可能になった点、等から多
用されるようになり、現在の主流となっている。
性絶縁基板上にＳｎＯ2やＩＴＯ等の透明導電膜が形成
され、その上に非晶質半導体のｐ層、ｉ層、ｎ層がこの
順に積層されて光電変換活性層が形成され、その上に金
属薄膜の裏面電極が積層されてなる構造と、金属基板電
極の上に非晶質半導体のｎ層、ｉ層、ｐ層がこの順に積
層されて光電変換活性層が形成され、その上に透明導電
膜が積層されてなる構造とがある。これらのうち、前者
のｐ−ｉ−ｎ層の順に積層する方法は、透光性絶縁基板
が太陽電池の表面カバーガラスを兼ねることができる
点、またＳｎＯ2等の耐プラズマ性透明導電膜が開発さ
れて、この上に非晶質半導体の光電変換活性層をプラズ
マＣＶＤ法で積層することが可能になった点、等から多
用されるようになり、現在の主流となっている。
【０００３】上記透光性絶縁基板（ガラス）／透明導電
膜／ｐ−ｉ−ｎ半導体／裏面電極構造を持つアモルファ
ス太陽電池では、これまでの精力的な研究・開発にも拘
わらず、変換効率が１０ｃｍ角の素子で１０〜１２％と
いうレベルに留まっている。これまで太陽電池には主に
非晶質材料が用いられてきたが、これ以上の変換効率向
上を図るための方法の１つとして、結晶性Ｓｉ薄膜を適
用することがあげられる。例えば特開昭５７−１８７９
７１号公報には、非晶質太陽電池のｐ層あるいはｎ層を
結晶Ｓｉから構成することが記載されている。
膜／ｐ−ｉ−ｎ半導体／裏面電極構造を持つアモルファ
ス太陽電池では、これまでの精力的な研究・開発にも拘
わらず、変換効率が１０ｃｍ角の素子で１０〜１２％と
いうレベルに留まっている。これまで太陽電池には主に
非晶質材料が用いられてきたが、これ以上の変換効率向
上を図るための方法の１つとして、結晶性Ｓｉ薄膜を適
用することがあげられる。例えば特開昭５７−１８７９
７１号公報には、非晶質太陽電池のｐ層あるいはｎ層を
結晶Ｓｉから構成することが記載されている。
【０００４】なお、これらに用いられる非晶質半導体の
薄膜形成は、原料ガスのグロー放電分解によるプラズマ
ＣＶＤ法や、光ＣＶＤ法による気相成長により形成さ
れ、これらの方法は大面積の薄膜形成が可能という利点
を有する。
薄膜形成は、原料ガスのグロー放電分解によるプラズマ
ＣＶＤ法や、光ＣＶＤ法による気相成長により形成さ
れ、これらの方法は大面積の薄膜形成が可能という利点
を有する。
【０００５】さらに、非晶質材料を形成するプラズマＣ
ＶＤプロセスにおいて、パウダー（Ｓｉの重合した粉状
のもの）の生成を減少させるために、パルス放電が近年
用いられるようになってきた。このような技術に関して
は特公平７−４７８２３号（特開平５−１５６４５１
号）公報に記載されている。
ＶＤプロセスにおいて、パウダー（Ｓｉの重合した粉状
のもの）の生成を減少させるために、パルス放電が近年
用いられるようになってきた。このような技術に関して
は特公平７−４７８２３号（特開平５−１５６４５１
号）公報に記載されている。
【０００６】ここで、薄膜形成に利用されるグロー放電
プラズマの周波数は１３．５６ＭＨｚのＲＦ（無線周波
数）が主流であり、ついで２．４５ＧＨｚのマイクロ波
プラズマが研究されている。工業用に割当てられている
高周波がＲＦとマイクロ波だけであることから、ＲＦと
マイクロ波以外の高周波帯における周波数効果について
はほとんど研究が行われなかった。しかし近年、ＲＦと
マイクロ波との間に位置する高高周波を用いたアモルフ
ァス膜および結晶性薄膜の適用が検討されている。例え
ば太陽電池素子のｉ層での結晶性薄膜（７０ＭＨｚで成
膜）の適用については「ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ ＭＩＣＲ
ＯＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ ＳＩＬＩＣＯＮ（μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ）−ＡＰＲＯＭＩＳＩＮＧ ＮＥＷ ＴＨＩＮ
ＦＩＬＭＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬ」
（Ａ．Ｓｈａｈ他 ＦｉｒｓｔＷＣＰＥＣ；Ｄｅｓ．５
−９，１９９４；Ｈａｗａｉｉ）に記載されている。
プラズマの周波数は１３．５６ＭＨｚのＲＦ（無線周波
数）が主流であり、ついで２．４５ＧＨｚのマイクロ波
プラズマが研究されている。工業用に割当てられている
高周波がＲＦとマイクロ波だけであることから、ＲＦと
マイクロ波以外の高周波帯における周波数効果について
はほとんど研究が行われなかった。しかし近年、ＲＦと
マイクロ波との間に位置する高高周波を用いたアモルフ
ァス膜および結晶性薄膜の適用が検討されている。例え
ば太陽電池素子のｉ層での結晶性薄膜（７０ＭＨｚで成
膜）の適用については「ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ ＭＩＣＲ
ＯＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ ＳＩＬＩＣＯＮ（μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ）−ＡＰＲＯＭＩＳＩＮＧ ＮＥＷ ＴＨＩＮ
ＦＩＬＭＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬ」
（Ａ．Ｓｈａｈ他 ＦｉｒｓｔＷＣＰＥＣ；Ｄｅｓ．５
−９，１９９４；Ｈａｗａｉｉ）に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ｐ層あるい
はｎ層に結晶性薄膜を形成すれば開放電圧は向上するこ
とが考えられるが、ｐ層およびｎ層では光の吸収損失を
抑制するための薄膜化を行うと、充分な結晶性が得られ
ないという問題がある。これは、薄膜太陽電池に適用す
るためｐ型あるいはｎ型の結晶性薄膜を１０〜２０ｎｍ
の薄膜にすると、厚膜状態（２００ｎｍ以上）では１Ｓ
／ｃｍ程度の導電率のものが１０-6Ｓ／ｃｍまで低下す
る。すなわち薄膜化により結晶性が低下することになる
からである。
はｎ層に結晶性薄膜を形成すれば開放電圧は向上するこ
とが考えられるが、ｐ層およびｎ層では光の吸収損失を
抑制するための薄膜化を行うと、充分な結晶性が得られ
ないという問題がある。これは、薄膜太陽電池に適用す
るためｐ型あるいはｎ型の結晶性薄膜を１０〜２０ｎｍ
の薄膜にすると、厚膜状態（２００ｎｍ以上）では１Ｓ
／ｃｍ程度の導電率のものが１０-6Ｓ／ｃｍまで低下す
る。すなわち薄膜化により結晶性が低下することになる
からである。
【０００８】また、結晶性薄膜を形成する場合に、結晶
性の改善を図るために単に高高周波のプラズマＣＶＤを
適用してだけでは、結晶粒径の拡大および薄膜中の欠陥
準位の低減を図ることができず、結晶性の向上には不十
分である。
性の改善を図るために単に高高周波のプラズマＣＶＤを
適用してだけでは、結晶粒径の拡大および薄膜中の欠陥
準位の低減を図ることができず、結晶性の向上には不十
分である。
【０００９】このように、結晶性薄膜の形成において、
高高周波を用いただけでは結晶性の向上には結びつか
ず、ｐ層およびｎ層での薄膜結晶性の向上、ｉ層での結
晶粒径拡大といった結晶性の良好な薄膜形成が困難であ
った。
高高周波を用いただけでは結晶性の向上には結びつか
ず、ｐ層およびｎ層での薄膜結晶性の向上、ｉ層での結
晶粒径拡大といった結晶性の良好な薄膜形成が困難であ
った。
【００１０】また、パルス放電による薄膜形成は非晶質
薄膜には適用されているが、結晶性薄膜には適用されて
いないのが現状である。
薄膜には適用されているが、結晶性薄膜には適用されて
いないのが現状である。
【００１１】そこで、本発明は、上記に鑑み、ＲＦとマ
イクロ波との間に位置するＶＨＦ帯の高高周波およびパ
ルス放電を併用することにより、太陽電池等における変
換効率の向上を目指して高品質かつ結晶性の良好な薄膜
を形成することを目的とする。
イクロ波との間に位置するＶＨＦ帯の高高周波およびパ
ルス放電を併用することにより、太陽電池等における変
換効率の向上を目指して高品質かつ結晶性の良好な薄膜
を形成することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、プラズマＣＶＤ法を用い、ＶＨＦ帯の高高周波電
力を印加しながらパルス放電を行って基板上に結晶性薄
膜を形成するものであり、薄膜の結晶性を改善する。特
に、プラズマＣＶＤ装置で使用する高高周波のパルス変
調電源の電源周波数を２７．１２ＭＨｚ〜８１．３６Ｍ
Ｈｚとすることにより、ＲＦ帯の電源周波数を使用する
よりも暗導電率が増加し、また連続放電よりもパルス放
電することによっても、暗導電率が増加する。
段は、プラズマＣＶＤ法を用い、ＶＨＦ帯の高高周波電
力を印加しながらパルス放電を行って基板上に結晶性薄
膜を形成するものであり、薄膜の結晶性を改善する。特
に、プラズマＣＶＤ装置で使用する高高周波のパルス変
調電源の電源周波数を２７．１２ＭＨｚ〜８１．３６Ｍ
Ｈｚとすることにより、ＲＦ帯の電源周波数を使用する
よりも暗導電率が増加し、また連続放電よりもパルス放
電することによっても、暗導電率が増加する。
【００１３】これにより、従来の薄膜形成方法では困難
であった結晶性Ｓｉ薄膜のｐ層およびｎ層での光の吸収
損失の低減を図れて薄膜結晶性の向上となり、またｉ層
での結晶粒径拡大といった結晶性の良好な薄膜形成が可
能となる。
であった結晶性Ｓｉ薄膜のｐ層およびｎ層での光の吸収
損失の低減を図れて薄膜結晶性の向上となり、またｉ層
での結晶粒径拡大といった結晶性の良好な薄膜形成が可
能となる。
【００１４】そこで、これを薄膜太陽電池の製造に適用
すると、高品質かつ結晶性の良好な薄膜が得られ、太陽
電池の短絡電流値が増大し、長波長光の吸収が増加し
て、高効率な太陽電池の実現が可能となる。
すると、高品質かつ結晶性の良好な薄膜が得られ、太陽
電池の短絡電流値が増大し、長波長光の吸収が増加し
て、高効率な太陽電池の実現が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る結晶性Ｓ
ｉ薄膜のｐ層またはｎ層の形成方法を説明する。本発明
では、プラズマＣＶＤ法を用い、ＶＨＦ帯の高高周波電
力を印加しながらパルス放電を行って基板上に結晶性薄
膜を形成する。まず、周知のプラズマＣＶＤ装置には高
高周波（ＶＨＦ帯）のパルス変調電源を接続する。高高
周波として、ＲＦ帯より高い１３．５６ＭＨｚから３０
０ＭＨｚの電源周波数を使用する。
ｉ薄膜のｐ層またはｎ層の形成方法を説明する。本発明
では、プラズマＣＶＤ法を用い、ＶＨＦ帯の高高周波電
力を印加しながらパルス放電を行って基板上に結晶性薄
膜を形成する。まず、周知のプラズマＣＶＤ装置には高
高周波（ＶＨＦ帯）のパルス変調電源を接続する。高高
周波として、ＲＦ帯より高い１３．５６ＭＨｚから３０
０ＭＨｚの電源周波数を使用する。
【００１６】まず、結晶性ｐ層を形成する場合、基板温
度２００度、シラン／水素＝１／１００（あるいはＳｉ
Ｈ4とＣＨ4との混合ガス）、Ｂ2Ｈ6ガス＝０．５％、圧
力０．３Ｔｏｒｒ，電源周波数８１．３６ＭＨｚ、パワ
ー３０Ｗ、パルス放電のパルス幅（ｄｕｔｙ＝ＯＮ時間
／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間））３８％とする。これによ
って形成した結晶性ｐ層の暗導電率としては５Ｓ／ｃｍ
が得られた。
度２００度、シラン／水素＝１／１００（あるいはＳｉ
Ｈ4とＣＨ4との混合ガス）、Ｂ2Ｈ6ガス＝０．５％、圧
力０．３Ｔｏｒｒ，電源周波数８１．３６ＭＨｚ、パワ
ー３０Ｗ、パルス放電のパルス幅（ｄｕｔｙ＝ＯＮ時間
／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間））３８％とする。これによ
って形成した結晶性ｐ層の暗導電率としては５Ｓ／ｃｍ
が得られた。
【００１７】ここで、パルス放電のパルス幅に対する薄
膜特性の一連の検討として、基板温度、ガス流量、圧
力、電源周波数、パワーを一定にしたままパルス幅（ｄ
ｕｔｙ）を変化させた。表１にパルス幅を変化させた
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの薄膜形成条件を示し、そして薄膜特性
としてｐ層の暗導電率を測定した結果を図１に示す。図
１より、連続放電（ｄｕｔｙ＝１００％）を行ったＤよ
りパルス放電を行ったＡ，Ｂ，Ｃでは、暗導電率が向上
することがわかる。特に、ｄｕｔｙ＝４０〜８０％にお
いて、その効果は顕著である。
膜特性の一連の検討として、基板温度、ガス流量、圧
力、電源周波数、パワーを一定にしたままパルス幅（ｄ
ｕｔｙ）を変化させた。表１にパルス幅を変化させた
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの薄膜形成条件を示し、そして薄膜特性
としてｐ層の暗導電率を測定した結果を図１に示す。図
１より、連続放電（ｄｕｔｙ＝１００％）を行ったＤよ
りパルス放電を行ったＡ，Ｂ，Ｃでは、暗導電率が向上
することがわかる。特に、ｄｕｔｙ＝４０〜８０％にお
いて、その効果は顕著である。
【００１８】
【表１】
【００１９】次に、表２に示すパルス幅（ｄｕｔｙ＝１
００％）を一定にして電源周波数を変化させたＥ，Ｆ，
Ｇに対して、ｐ層の暗導電率を測定した結果を図２に示
す。図２より、電源周波数はＲＦ帯（１３．５６ＭＨ
ｚ）のＧよりはＶＨＦ帯のＤ，Ｅ，Ｆにおいて特性が向
上することがわかる。なお、Ｄは表１のものと同じであ
る。特に、２７．１２〜８１．３６ＭＨｚの範囲、その
中でも電源周波数が高いほど暗導電率が高くなる。した
がって、高高周波電力を印加しながらパルス放電を行う
ことにより、薄膜結晶性が向上し、特に電源周波数を高
く、パルス幅が短いほど結晶性の向上が顕著となる。
００％）を一定にして電源周波数を変化させたＥ，Ｆ，
Ｇに対して、ｐ層の暗導電率を測定した結果を図２に示
す。図２より、電源周波数はＲＦ帯（１３．５６ＭＨ
ｚ）のＧよりはＶＨＦ帯のＤ，Ｅ，Ｆにおいて特性が向
上することがわかる。なお、Ｄは表１のものと同じであ
る。特に、２７．１２〜８１．３６ＭＨｚの範囲、その
中でも電源周波数が高いほど暗導電率が高くなる。した
がって、高高周波電力を印加しながらパルス放電を行う
ことにより、薄膜結晶性が向上し、特に電源周波数を高
く、パルス幅が短いほど結晶性の向上が顕著となる。
【００２０】
【表２】
【００２１】また、結晶性ｎ層を形成する場合は、上記
結晶性ｐ層の形成条件においてＢ2Ｈ6ガスの代わりにＰ
Ｈ3ガスを原料ガスの０．５％程度導入する。他の条件
は同じである。薄膜特性はｐ層の場合と同様、電源周波
数が高くパルス幅が短い程薄膜下での結晶性が向上す
る。
結晶性ｐ層の形成条件においてＢ2Ｈ6ガスの代わりにＰ
Ｈ3ガスを原料ガスの０．５％程度導入する。他の条件
は同じである。薄膜特性はｐ層の場合と同様、電源周波
数が高くパルス幅が短い程薄膜下での結晶性が向上す
る。
【００２２】ところで一般的に、高高周波技術は非晶質
薄膜の成膜速度の向上に効果があり、またパルス放電は
非晶質薄膜の形成時に発生するパウダーを抑制する効果
がある。しかしながら、結晶性Ｓｉ薄膜の形成技術はこ
れらの非晶質薄膜の形成技術とは異なる技術が必要であ
る。すなわち、結晶性Ｓｉ薄膜の形成にはプラズマ密度
と電子温度の両方を高くすることが重要であることを本
発明者は見いだした。プラズマ密度を向上するためには
高高周波の適用が効果的であり、他研究機関から結晶性
の改善の報告もあるが、高高周波だけではプラズマ密度
は上がるが電子温度は低下する。そこで、結晶性をさら
に改善するために、本発明者は電子温度に着目して、パ
ルス放電を併用することにより大幅な結晶性の改善を図
ることに成功した。パルス放電においては図３に示すよ
うに、放電開始数十マイクロ秒（μｓ）は過渡的に電子
温度が高い状態にあり、この特性を利用することにより
電子温度を上昇させることができ、結晶性の改善を図る
ことが可能となった。
薄膜の成膜速度の向上に効果があり、またパルス放電は
非晶質薄膜の形成時に発生するパウダーを抑制する効果
がある。しかしながら、結晶性Ｓｉ薄膜の形成技術はこ
れらの非晶質薄膜の形成技術とは異なる技術が必要であ
る。すなわち、結晶性Ｓｉ薄膜の形成にはプラズマ密度
と電子温度の両方を高くすることが重要であることを本
発明者は見いだした。プラズマ密度を向上するためには
高高周波の適用が効果的であり、他研究機関から結晶性
の改善の報告もあるが、高高周波だけではプラズマ密度
は上がるが電子温度は低下する。そこで、結晶性をさら
に改善するために、本発明者は電子温度に着目して、パ
ルス放電を併用することにより大幅な結晶性の改善を図
ることに成功した。パルス放電においては図３に示すよ
うに、放電開始数十マイクロ秒（μｓ）は過渡的に電子
温度が高い状態にあり、この特性を利用することにより
電子温度を上昇させることができ、結晶性の改善を図る
ことが可能となった。
【００２３】また、パルス放電の効果として、上記のよ
うに電子温度を上昇させる効果とともに堆積速度を自由
に制御でき、これによっても結晶性の改善に効果を与え
ている。電子温度の上昇のためプラズマに投入するパワ
ーを増大させることが大きなポイントとなるが、これは
成膜速度を大きくする影響を与える。しかし、成膜速度
が大きくなると、一般に結晶性は低下する。そのため、
成膜速度が大きくなりすぎないように、パルスのＯＮ時
間を長くしすぎたり、パルス幅を大きくしすぎないとい
ったパルスの間隔の制御を行うことが重要である。成膜
速度の目安としては約１Å／秒となる。以上のような２
点の効果に基づいて、パルス放電を行うことによって従
来の連続放電よりも結晶性の良好な薄膜を得ることが可
能となる。しかも、パルス放電を行うことにより、パウ
ダーの発生も当然抑制できるので、高品質な薄膜を形成
できる。
うに電子温度を上昇させる効果とともに堆積速度を自由
に制御でき、これによっても結晶性の改善に効果を与え
ている。電子温度の上昇のためプラズマに投入するパワ
ーを増大させることが大きなポイントとなるが、これは
成膜速度を大きくする影響を与える。しかし、成膜速度
が大きくなると、一般に結晶性は低下する。そのため、
成膜速度が大きくなりすぎないように、パルスのＯＮ時
間を長くしすぎたり、パルス幅を大きくしすぎないとい
ったパルスの間隔の制御を行うことが重要である。成膜
速度の目安としては約１Å／秒となる。以上のような２
点の効果に基づいて、パルス放電を行うことによって従
来の連続放電よりも結晶性の良好な薄膜を得ることが可
能となる。しかも、パルス放電を行うことにより、パウ
ダーの発生も当然抑制できるので、高品質な薄膜を形成
できる。
【００２４】次に、結晶性Ｓｉ薄膜のｉ層の形成方法を
説明する。まず、プラズマＣＶＤ装置には高高周波（Ｖ
ＨＦ帯）のパルス変調電源を接続する。結晶性ｉ層を形
成する場合、表３のＨに示すように、基板温度２３０
度、シラン／水素＝１／１００、圧力０．２Ｔｏｒｒ、
パワー１００Ｗ、電源周波数８１．３６ＭＨｚ、パルス
幅（ｄｕｔｙ）９％で成膜を行う。なお、表３中、Ｉは
ＲＦ電源を用い、連続放電によって結晶性ｉ層を形成す
る場合の薄膜形成条件である。
説明する。まず、プラズマＣＶＤ装置には高高周波（Ｖ
ＨＦ帯）のパルス変調電源を接続する。結晶性ｉ層を形
成する場合、表３のＨに示すように、基板温度２３０
度、シラン／水素＝１／１００、圧力０．２Ｔｏｒｒ、
パワー１００Ｗ、電源周波数８１．３６ＭＨｚ、パルス
幅（ｄｕｔｙ）９％で成膜を行う。なお、表３中、Ｉは
ＲＦ電源を用い、連続放電によって結晶性ｉ層を形成す
る場合の薄膜形成条件である。
【００２５】そして、Ｉの場合、ｉ層は非常に微小な微
結晶粒（直径約３００Å）の集合体であったが、本発明
のＨの場合、粒径５００Å（Ｘ線測定）、厚さ４μｍの
柱状構造の結晶性Ｓｉ薄膜を得た。このように、ｉ層の
結晶粒径の拡大が図れることにより、長波長光の吸収が
増加することになり、長波長感度の向上を達成できる。
結晶粒（直径約３００Å）の集合体であったが、本発明
のＨの場合、粒径５００Å（Ｘ線測定）、厚さ４μｍの
柱状構造の結晶性Ｓｉ薄膜を得た。このように、ｉ層の
結晶粒径の拡大が図れることにより、長波長光の吸収が
増加することになり、長波長感度の向上を達成できる。
【００２６】
【表３】
【００２７】次に、本発明の薄膜形成方法を適用した薄
膜太陽電池を図４に示す。この薄膜太陽電池は、透光性
絶縁基板１の上に順に積層された透明導電膜２、結晶性
ｐ層３、非晶質ｉ層４、非晶質ｎ層５および裏面電極６
からなる。
膜太陽電池を図４に示す。この薄膜太陽電池は、透光性
絶縁基板１の上に順に積層された透明導電膜２、結晶性
ｐ層３、非晶質ｉ層４、非晶質ｎ層５および裏面電極６
からなる。
【００２８】ここで、本実施形態の薄膜太陽電池の特徴
は、図５に示す従来構造の太陽電池の非晶質ｐ層７のａ
−ＳｉＣの代わりに結晶性の良好な結晶性ｐ層３を用い
るところにある。以下、この太陽電池の製造方法を説明
する。まず、透光性絶縁基板１として厚さ１ｍｍ程度の
ガラス基板を用いる。ここではガラスを用いているが、
透光性絶縁基板１であれば、高分子フィルムであっても
かまわない。この上にＣＶＤ法等により透明導電膜２を
約１μｍの膜厚で形成する。この透明導電膜２は凹凸状
の形状であることが望ましく、またその材料としてはＺ
ｎＯ、またはＺｎＯを表面に少なくとも数１０ｎｍコー
トしたＳｎＯ2およびＩＴＯが望ましい。これは結晶性
ｐ層３を形成するときにＴＣＯ（透明導電性酸化物膜）
に与えるプラズマダメージを避けるためである。
は、図５に示す従来構造の太陽電池の非晶質ｐ層７のａ
−ＳｉＣの代わりに結晶性の良好な結晶性ｐ層３を用い
るところにある。以下、この太陽電池の製造方法を説明
する。まず、透光性絶縁基板１として厚さ１ｍｍ程度の
ガラス基板を用いる。ここではガラスを用いているが、
透光性絶縁基板１であれば、高分子フィルムであっても
かまわない。この上にＣＶＤ法等により透明導電膜２を
約１μｍの膜厚で形成する。この透明導電膜２は凹凸状
の形状であることが望ましく、またその材料としてはＺ
ｎＯ、またはＺｎＯを表面に少なくとも数１０ｎｍコー
トしたＳｎＯ2およびＩＴＯが望ましい。これは結晶性
ｐ層３を形成するときにＴＣＯ（透明導電性酸化物膜）
に与えるプラズマダメージを避けるためである。
【００２９】透明導電膜２の上にプラズマＣＶＤ法等の
方法で高高周波パルス放電を用いて結晶性ｐ層３が形成
される。形成条件は表１中のＡと同じ、基板温度２００
度、シラン／水素＝１／１００、Ｂ2Ｈ6ガス＝０．５
％、圧力０．３Ｔｏｒｒ、パワー３０Ｗ、電源周波数８
１．３６ＭＨｚ、パルス幅３８％で成膜を行う。結晶性
ｐ層３の膜厚は１０ｎｍから３０ｎｍ程度が望ましい。
これは厚すぎると光の吸収損失が大きくなるためであ
る。なお、結晶性ｐ層３はカーボンを含んでいてもよ
く、ｐ層側から光照射が行われる場合にｐ層３内での光
吸収をより少なくすることができ、ｉ層４への到達光が
増加するので、変換効率が増大する。
方法で高高周波パルス放電を用いて結晶性ｐ層３が形成
される。形成条件は表１中のＡと同じ、基板温度２００
度、シラン／水素＝１／１００、Ｂ2Ｈ6ガス＝０．５
％、圧力０．３Ｔｏｒｒ、パワー３０Ｗ、電源周波数８
１．３６ＭＨｚ、パルス幅３８％で成膜を行う。結晶性
ｐ層３の膜厚は１０ｎｍから３０ｎｍ程度が望ましい。
これは厚すぎると光の吸収損失が大きくなるためであ
る。なお、結晶性ｐ層３はカーボンを含んでいてもよ
く、ｐ層側から光照射が行われる場合にｐ層３内での光
吸収をより少なくすることができ、ｉ層４への到達光が
増加するので、変換効率が増大する。
【００３０】結晶性ｐ層３の上には、ＣＶＤ法等により
ａ−Ｓｉ：Ｈのｉ層４、ａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層５が順次積
層される。なお、ｉ層４にはａ−ＳｉＧｅ：Ｈのｉ層や
ａ−ＳｉＣ：Ｈのｉ層のような合金層でもよい。ｉ層４
の膜厚は１００ｎｍから６００ｎｍ程度が望ましい。ま
た、ａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層５は結晶性ｎ層でもよい。ｎ層
５の膜厚は数１０ｎｍである。
ａ−Ｓｉ：Ｈのｉ層４、ａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層５が順次積
層される。なお、ｉ層４にはａ−ＳｉＧｅ：Ｈのｉ層や
ａ−ＳｉＣ：Ｈのｉ層のような合金層でもよい。ｉ層４
の膜厚は１００ｎｍから６００ｎｍ程度が望ましい。ま
た、ａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層５は結晶性ｎ層でもよい。ｎ層
５の膜厚は数１０ｎｍである。
【００３１】次に裏面電極６は、反射率の比較的高い金
属であるＡｌやＡｇを用いて、真空蒸着法等により形成
する。膜厚としては数１００ｎｍから１μｍ程度であ
る。簡素化して裏面電極６を金属電極のみとしている
が、裏面での反射光を有効に利用するために、透明導電
膜をａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層５と裏面電極６の間に形成して
もよい。
属であるＡｌやＡｇを用いて、真空蒸着法等により形成
する。膜厚としては数１００ｎｍから１μｍ程度であ
る。簡素化して裏面電極６を金属電極のみとしている
が、裏面での反射光を有効に利用するために、透明導電
膜をａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層５と裏面電極６の間に形成して
もよい。
【００３２】本発明の薄膜形成方法により作製した単層
の薄膜太陽電池の特性は、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃ
ｍ2）においてＩｓｃ：１９．１ｍＡ／ｃｍ2、Ｖｏｃ：
０．９２Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．７３、Ｐｍａｘ：１２．８
ｍＷ／ｃｍ2である。
の薄膜太陽電池の特性は、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃ
ｍ2）においてＩｓｃ：１９．１ｍＡ／ｃｍ2、Ｖｏｃ：
０．９２Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．７３、Ｐｍａｘ：１２．８
ｍＷ／ｃｍ2である。
【００３３】なお、本実施形態の太陽電池は光電変換層
が単層であるが、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈのｉ層やａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈのｉ層のような合金層を用いて、タンデム構造あ
るいはトリプル構造のように積層されたものでもよい。
が単層であるが、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈのｉ層やａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈのｉ層のような合金層を用いて、タンデム構造あ
るいはトリプル構造のように積層されたものでもよい。
【００３４】他の実施形態の薄膜太陽電池を図６に示
す。この薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１の上に順に
積層された透明導電膜２、結晶性ｐ層３、結晶性ｉ層
８、結晶性ｎ層９および裏面電極６からなる。
す。この薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１の上に順に
積層された透明導電膜２、結晶性ｐ層３、結晶性ｉ層
８、結晶性ｎ層９および裏面電極６からなる。
【００３５】以下、この太陽電池の製造方法を説明する
が、上記実施形態の太陽電池のものとｉ層およびｎ層を
除いて同じである。まず、透光性絶縁基板１として厚さ
１ｍｍ程度のガラス基板を用いる。この上に透明導電膜
２を約１μｍの膜厚で形成する。透明導電膜２の上にプ
ラズマＣＶＤ法等の方法で高高周波パルス放電により、
表１中のＡと同じ形成条件で結晶性ｐ層３を形成する。
結晶性ｐ層３の膜厚は１０ｎｍから３０ｎｍ程度が望ま
しい。結晶性ｐ層３の上には結晶性ｉ層８、結晶性ｎ層
９が順次積層される。ｉ層８の膜厚は４μｍ程度が望ま
しい。ｉ層８の形成条件としては表３中のＨと同じ、基
板温度２３０度、シラン／水素＝１／１００、圧力０．
２Ｔｏｒｒ、パワー１００Ｗ、電源周波数８１．３６Ｍ
Ｈｚ、パルス幅９％で成膜を行う。ｎ層９の形成条件と
しては、基板温度２００度、シラン／水素＝１／１０
０、ＰＨ3ガス＝０．５％、圧力０．２Ｔｏｒｒ、パワ
ー２５Ｗ、電源周波数８１．３６ＭＨｚ、パルス幅３８
％（ＯＮ時間３０μｓ、ＯＦＦ時間５０μｓ）で成膜を
行う。ｎ層９の膜厚は数１０ｎｍである。次に裏面電極
６を形成する。裏面電極６は反射率の比較的高い金属で
あるＡｌやＡｇを用いている。膜厚としては数１００ｎ
ｍから１μｍ程度である。なお、各層３，８，９の高高
周波パルス放電に関する形成条件を表４にまとめて示し
ている。
が、上記実施形態の太陽電池のものとｉ層およびｎ層を
除いて同じである。まず、透光性絶縁基板１として厚さ
１ｍｍ程度のガラス基板を用いる。この上に透明導電膜
２を約１μｍの膜厚で形成する。透明導電膜２の上にプ
ラズマＣＶＤ法等の方法で高高周波パルス放電により、
表１中のＡと同じ形成条件で結晶性ｐ層３を形成する。
結晶性ｐ層３の膜厚は１０ｎｍから３０ｎｍ程度が望ま
しい。結晶性ｐ層３の上には結晶性ｉ層８、結晶性ｎ層
９が順次積層される。ｉ層８の膜厚は４μｍ程度が望ま
しい。ｉ層８の形成条件としては表３中のＨと同じ、基
板温度２３０度、シラン／水素＝１／１００、圧力０．
２Ｔｏｒｒ、パワー１００Ｗ、電源周波数８１．３６Ｍ
Ｈｚ、パルス幅９％で成膜を行う。ｎ層９の形成条件と
しては、基板温度２００度、シラン／水素＝１／１０
０、ＰＨ3ガス＝０．５％、圧力０．２Ｔｏｒｒ、パワ
ー２５Ｗ、電源周波数８１．３６ＭＨｚ、パルス幅３８
％（ＯＮ時間３０μｓ、ＯＦＦ時間５０μｓ）で成膜を
行う。ｎ層９の膜厚は数１０ｎｍである。次に裏面電極
６を形成する。裏面電極６は反射率の比較的高い金属で
あるＡｌやＡｇを用いている。膜厚としては数１００ｎ
ｍから１μｍ程度である。なお、各層３，８，９の高高
周波パルス放電に関する形成条件を表４にまとめて示し
ている。
【００３６】
【表４】
【００３７】上記の薄膜形成方法により作製した単層の
薄膜太陽電池の特性は、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ
2）において、Ｉｓｃ：２８．１ｍＡ／ｃｍ2、Ｖｏｃ：
０．５７Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．６４、Ｐｍａｘ：１０．３
ｍＷ／ｃｍ2である。
薄膜太陽電池の特性は、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ
2）において、Ｉｓｃ：２８．１ｍＡ／ｃｍ2、Ｖｏｃ：
０．５７Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．６４、Ｐｍａｘ：１０．３
ｍＷ／ｃｍ2である。
【００３８】なお、この太陽電池では光電変換層が単層
であるが、ａ−Ｓｉあるいはａ−ＳｉＧｅセルを上部セ
ルとして用い、この結晶性薄膜Ｓｉセルを下部セルとし
て用いることにより、さらに高い効率が期待される。ま
た、ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／結晶性薄膜Ｓｉの３層構
造としても効果的である。
であるが、ａ−Ｓｉあるいはａ−ＳｉＧｅセルを上部セ
ルとして用い、この結晶性薄膜Ｓｉセルを下部セルとし
て用いることにより、さらに高い効率が期待される。ま
た、ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／結晶性薄膜Ｓｉの３層構
造としても効果的である。
【００３９】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。例え
ば、上記実施形態の太陽電池とは逆に、透光性絶縁基板
の上にｎ層、ｉ層、ｐ層の順に積層して光電変換活性層
を形成した構造の薄膜太陽電池としてもよい。この場
合、結晶性ｎ層はカーボンを含んでいてもよい。
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。例え
ば、上記実施形態の太陽電池とは逆に、透光性絶縁基板
の上にｎ層、ｉ層、ｐ層の順に積層して光電変換活性層
を形成した構造の薄膜太陽電池としてもよい。この場
合、結晶性ｎ層はカーボンを含んでいてもよい。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、ＶＨＦ帯の高高周波にパルス放電を加えること
により、パウダーの発生が抑制されて欠陥の少ない高品
質で、かつ導電率の低下しない結晶性の良好な薄膜を形
成することができる。
よると、ＶＨＦ帯の高高周波にパルス放電を加えること
により、パウダーの発生が抑制されて欠陥の少ない高品
質で、かつ導電率の低下しない結晶性の良好な薄膜を形
成することができる。
【００４１】このように、Ｓｉ薄膜の結晶性の向上を達
成できることにより、ｐ層およびｎ層での光の吸収損失
が少なくなるので、ｉ層への到達光の増加により短絡電
流値が向上し、しかも高い開放電圧が得られる。また、
ｉ層での結晶粒径の大型化を図れ、長波長光の吸収を増
加させることができる。したがって、長波長感度の向上
および変換効率の向上となり、高効率な薄膜太陽電池の
実現が可能となる。
成できることにより、ｐ層およびｎ層での光の吸収損失
が少なくなるので、ｉ層への到達光の増加により短絡電
流値が向上し、しかも高い開放電圧が得られる。また、
ｉ層での結晶粒径の大型化を図れ、長波長光の吸収を増
加させることができる。したがって、長波長感度の向上
および変換効率の向上となり、高効率な薄膜太陽電池の
実現が可能となる。
【図１】暗導電率に対する高高周波下でのパルス放電の
効果を示す図
効果を示す図
【図２】暗導電率に対する電源周波数の影響を示す図
【図３】パルス放電における高周波入力後の電子温度の
時間的変化を示す図
時間的変化を示す図
【図４】本発明の実施形態の太陽電池の構成を示す断面
図
図
【図５】従来の太陽電池の構成を示す断面図
【図６】他の実施形態の太陽電池の構成を示す断面図
１ 透光性絶縁基板 ２ 透明導電膜 ３ 結晶性ｐ層 ４ 非晶質ｉ層 ５ 非晶質ｎ層 ６ 裏面電極 ７ 非晶質ｐ層 ８ 結晶性ｉ層 ９ 結晶性ｎ層
Claims (8)
- 【請求項１】 プラズマＣＶＤ法を用いた薄膜の形成方
法であって、ＶＨＦ帯の高高周波電力を印加しながらパ
ルス放電を行って基板上に結晶性薄膜を形成することを
特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項２】 薄膜が結晶性Ｓｉからなるｐ層であるこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。 - 【請求項３】 薄膜が結晶性Ｓｉからなるｎ層であるこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。 - 【請求項４】 結晶性Ｓｉの薄膜はカーボンを含んでい
ることを特徴とする請求項２または３記載の薄膜形成方
法。 - 【請求項５】 薄膜が結晶性Ｓｉからなるｉ層であるこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。 - 【請求項６】 電源周波数が２７．１２ＭＨｚ〜８１．
３６ＭＨｚとされたことを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載の薄膜形成方法。 - 【請求項７】 ｐ層、ｉ層、ｎ層が積層されてなる非晶
質Ｓｉ太陽電池において、各層のうち少なくとも１層に
請求項１記載の薄膜形成方法によって結晶性薄膜を形成
することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項８】 ｐ層、ｉ層、ｎ層が積層されてなる薄膜
結晶Ｓｉ太陽電池において、各層のうち少なくとも１層
に請求項１記載の薄膜形成方法によって結晶性薄膜を形
成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9120410A JPH10313125A (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9120410A JPH10313125A (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10313125A true JPH10313125A (ja) | 1998-11-24 |
Family
ID=14785539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9120410A Pending JPH10313125A (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10313125A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151719A (ja) * | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Sharp Corp | 薄膜太陽電池およびその製造方法 |
| EP1505174A1 (en) * | 2003-07-30 | 2005-02-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of silicon thin film solar cell |
| JP2005183620A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Sharp Corp | シリコン薄膜太陽電池の製造方法 |
| US7041342B2 (en) * | 1999-07-26 | 2006-05-09 | Schott Glas | Thin-film solar cells and method of making |
| JP2008004813A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Sharp Corp | シリコン系薄膜光電変換素子の製造方法、製造装置およびシリコン系薄膜光電変換素子 |
| WO2009037815A1 (ja) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | Nissin Electric Co., Ltd. | 光起電力素子およびその製造方法 |
| WO2011116510A1 (zh) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | 福建钧石能源有限公司 | 沉积薄膜的方法 |
-
1997
- 1997-05-12 JP JP9120410A patent/JPH10313125A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7041342B2 (en) * | 1999-07-26 | 2006-05-09 | Schott Glas | Thin-film solar cells and method of making |
| JP2002151719A (ja) * | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Sharp Corp | 薄膜太陽電池およびその製造方法 |
| EP1505174A1 (en) * | 2003-07-30 | 2005-02-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of silicon thin film solar cell |
| JP2005050905A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Sharp Corp | シリコン薄膜太陽電池の製造方法 |
| JP2005183620A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Sharp Corp | シリコン薄膜太陽電池の製造方法 |
| JP2008004813A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Sharp Corp | シリコン系薄膜光電変換素子の製造方法、製造装置およびシリコン系薄膜光電変換素子 |
| WO2009037815A1 (ja) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | Nissin Electric Co., Ltd. | 光起電力素子およびその製造方法 |
| WO2011116510A1 (zh) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | 福建钧石能源有限公司 | 沉积薄膜的方法 |
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