JPS6252976A - アモルファスシリコン太陽電池の製造方法 - Google Patents

アモルファスシリコン太陽電池の製造方法

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JPS6252976A
JPS6252976A JP60192525A JP19252585A JPS6252976A JP S6252976 A JPS6252976 A JP S6252976A JP 60192525 A JP60192525 A JP 60192525A JP 19252585 A JP19252585 A JP 19252585A JP S6252976 A JPS6252976 A JP S6252976A
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中村 源四郎
Takushi Itagaki
板垣 卓士
Kazuhiko Sato
和彦 佐藤
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アモルファス太陽電池に関し、特に特性の
光劣化を抑制したアモルファス太陽電池に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
アモルファス太陽電池において、その光劣化特性を抑制
して信輔性を向上させるには、その内部応力を減少させ
ることが重要である(板垣他 第46回応用物理学会講
演会予稿60年10月、中村他第11回インターナショ
ナル コンファレンス アモルファス アンド リキッ
ド セミコンファレンス予稿60年9月ローマ(G、’
Nakamura etal Proc。
11th ICALS )参照)。
従来のアモルファス太陽電池では、12H6a−Si:
H形成用主成分ガスとしてSiH4を用い、プラズマC
VD法によってi層を形成するようにしている。通常の
SiH*系a −Si : Hにおいては、比較的RF
パワー密度が低(、SiH,供給量が多く、成膜速度の
小さい条件下で作製した膜で、水素結合状態として5i
−H結合状態のみになった時に、良好な光導電特性が得
られることが知られているが、アモルファス膜中、圧縮
応力は主としてa −Si −H結合濃度に比例するた
め、その内部応力が非常に大きくなる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上のように従来のアモルファス太陽電池では、良好な
光導電特性を得ようとすると、内部応力が非常に大きく
なり、光劣化特性が顕著になるという問題があった。
この発明は以上のような従来の問題点を解消するために
なされたもので、光導電特性を損なうことなく、光劣化
特性を抑制できるアモルファス太陽電池を提供すること
を目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本願の第1の発明に係るアモルファス太陽電池は、原料
ガスとして5itHbガス又はSiH,とSi、H。
との混合ガスを用いて形成したi層、n形a −Si:
H又はp形a −3l : Hのうちの少なくとも1つ
を設けたものである。
本願の第2の発明に係るアモルファス太陽電池は、Si
2H4ガスを用いて形成した第1の層と、SiH4系a
 −3t : Hの第2の層とを交互に積み重ねて作製
されたi層、n形a −3t : H又はp形a −S
i:Hのうちの少なくとも1つを設けたものである。
本願の第3の発明に係るアモルファス太陽電池では、1
層にボロン、リンをドープするようにしたものである。
〔作用〕
本願の第1の発明においては、Si2Hbガス又はこれ
とSiH,との混合ガスを用いるようにしたことから、
5tlH6ガスのプラズマ雰囲気中での分解効率を適宜
選択することにより、膜中の5t−Hlあるいは(St
  Ih) n結合が増大し、5t−H結合に起因する
圧縮応力と5t−Hlあるいは(St−H,) n結合
に起因する引張応力とが相殺し合い、内部応力は大幅に
低減される。
本願の第2の発明においては、Si2Hiガスを用いた
第1の層とS i H4を用いた第2の層を積層したこ
とから、第2の層中の圧縮応力は第1の層中の引張応力
の影響を受け、積層全体の内部応力は低減されるもので
ある。
本願の第3の発明においては、iNにボロン。
リンをドープしたことから、ドープによって引張応力が
増大し、膜中の圧縮応力は影響を受けて内部応力は低減
されるものである。
〔実施例〕
以下、本発明の基本的原理を述べ、併せて本発明の詳細
な説明する。
Si、H,系のa −St : H膜では、St zH
bガスのブの差によって、水素結合状態が変化し、分解
効率の高い膜ではその内部応力は5i−H結合に基づく
圧縮応力であるが、分解効率の低下にともない、5i−
H2あるいは(St−Hz) n濃度が増加し、内部応
力は圧縮応力から引張応力まで連続的に変化する。
第1図にはRFパワー密度を一定にしてSi、H。
流量を変化させた時の膜中応力の変化を、第2図にはS
iH4ガスを用いた時の最適成長条件下でSiJ。
mol比(SiJ4 / SiH4+Si2Ha )を
増加させた時の膜中内部応力の変化、及び5i−H,あ
るいは(Si−H,) n結合を多(含むような分解効
率が低い条件下で作成した〜4 X 10”dynes
/ cm”程度の引張応力を持つa−Si:H膜(1)
と通常のSiH4系a−3t : Hで最適条件下で作
成した〜l0XIO’ dynes/cmt程度の圧縮
応力を持つ膜(n)との薄膜積層構造で各積層膜の間隔
を変化させた時の内部応力の変化を示す。これらの多重
積層薄膜では、通常、〔I〕の膜が大きい光学的ギャッ
プ密度を持つため、そのキャリア伝導は良好な(n)の
膜を通して起きるので、全体としてみた時CI)の膜中
(St−H2) n結合状態の増加による膜質の低下は
少ない。
第3図(al、 (b)にSt!H,流量を変化させた
膜、及び5itH,mole比を変化させた膜の赤外吸
収ピークの変化を一例として示すが、圧縮応力の減少、
引張応力の増加は、5t−It結合に対応した2090
cr ’の吸収ピークの増加とよい対応を示しているこ
とが分る。
また第4図に最適なSiH&系a−Si:H(圧縮応力
、ノンドープ膜で〜1oxxo’ dynes /cn
+” )及び引張応力(〜4 XIO” dynes 
7cm” )を持つ低い分解効率のSi、H,系a −
3t : Hの各形成条件下でBzHi、 Pusの各
ドーピングーole比(対5iH4,対Si2Hi )
を変化させた時のa −Si : H膜中の内部応力の
変化を示す、膜中、ボロン、リン濃度の増加に伴い、圧
縮応力の減少、引張応力の増加が起きることが分る。
以上のことから、a −5t : H膜中の圧縮応力は
、・・・(1) の関係を持つことが分った。膜中応力は特性の光劣化を
促進し信鎖性の低下を招くが、特にa −Si:H膜中
の圧縮応力の緩和に有効に作用する5i−H,結合濃度
そのものは、光導電特性への影響も少なく、又応力の及
ぼす光電特性そのものの低下要因も考えるられることか
ら、上記方法、特に5t−H,濃度の制御による応力緩
和は高品質、高信頼性アモルファス膜、即ちアモルファ
ス太陽電池の高品質化の可能性を持っている。
また(1)式より、ボロン、リン等の各濃度による引張
応力成分と、SiH4系5t−St : H又はSiH
4系a−St : Hの各プラズマ成膜条件の選択、制
御によって調整可能な圧縮応力成分とを相殺させて、p
−1−n構造、もしくはp−1−n/・・・・・・/p
 −3−n多層構造のアモルファス太陽電池全体をスト
レスフリーな構造にすることが可能であることが分る。
以上のような本発明の原理に基づき、次のようなアモル
ファス太陽電池を作成することができる。
(i)アモルファス太陽電池のtiを、プラズマCVD
法による通常の5i)Itガスを用いた条件下において
、SiH4ガスをi層a −St : H形成用主成分
ガスとして用いる代わりにSiH4と5izH,ガスと
の混合ガス雰囲気中でSi、H,ガスのモル比(St2
H6/5i)In +Si2H6)を2.5〜15 m
ol/%の範囲で作成し、i層の内部応力を低減して、
光劣化特性を抑制する。
(ii)i層を、プラズマCVD法による通常のSiH
#ガスを用いた条件下でSiH*ガスをSi、H,ガス
に代えて形成し、その時、SiH4ガスと比較してその
流量の減少によりi層中の内部応力が最少になるように
作成して、光劣化特性を抑制する。
(iii) SiJ&ガスを用いて低パワー、高流量条
件下で作成したtensileな内部応力を持つi層(
I)とRFパワー、流量等の最適な条件下で作成したS
in、系a −St s Hi層(I[)を15〜30
0人ステップで交互に積み重ねてi層を作成し、1層主
励起キャリア発生領域を持つアモルファス太陽電池を製
造できる。
(iv)上記(i)〜(iii )の膜で、ボロン、リ
ンをドーピングする一方、このボロン、リンのドーピン
グによって増加する引張応力成分が上記(i)〜(ii
i )で述べた各i層の成長条件の選択によって制御可
能な圧縮応力成分と等しくなるようにn形a−st:)
I、p形a −St : H及び微量ボロン。
リンドープilを作製し、これらによってアモルファス
太陽電池を構成する。
(v)上記(iv)で述べたn@a −Si : H,
p形a −Si : Hあるいは微量ボロン、リンドー
プl屡のうちの少なくとも一種類以上のアモルファス層
によってアモルファス太陽電池を構成する。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明に係るアモルファス太陽電池によ
れば、Si、H,ガスを用いて膜中の5i−H2又は(
Si  Hり n結合を増大させ、あるいはボロン、リ
ンをドープさせ、これらによって引張応力を増大させて
5t−n結合に起因する圧縮応力と相殺させるようにし
たので、膜中の内部応力を大幅に低減できる効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第4図は本発明の詳細な説明するための図
で、第1図はSi2H6流量を変化させた時の内部応力
の変化を示す図、第2図は5izH6/Si’da +
si!Lモル比を変化させた膜の内部応力の変化、及び
Si2H6系a −St : HとSiH4系a −S
t : H膜を交互に積み重ね、各厚みを変化させた時
の膜中応力の変化を示す図、第3図(a) (blは各
々第1図及び第2図で示したアモルファス膜の赤外吸収
の測定結果を示す図、第4図はボロン、リンのドーピン
グレベルの及ぼす膜中応力への影響を示した図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アモルファス太陽電池において、Si_2H6ガ
    ス又はSiH_4とSi_2H_6との混合ガスを用い
    てプラズマCVD法により作製した1層、n形a−Si
    :H又はp形a−Si:Hのうち少なくとも1つ有する
    ことを特徴とするアモルファス太陽電池。
  2. (2)上記i層は、プラズマCVD法による通常のSi
    H_4ガスを用いたi層形式条件下において、SiH_
    4ガスをi層a−Si:H形成用主成分ガスとして用い
    る代りにSiH_4とSi_2H_6との混合ガス雰囲
    気中で、Si_2H_6ガスのモル比(Si_2H_6
    /SiH_4+Si_2H_6)が2.5〜15mol
    /%の範囲で作製されたものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のアモルファス太陽電池。
  3. (3)上記i層は、プラズマCVD法による通常のSi
    H_4ガスを用いたi層成長条件下でSiH_4ガスを
    Si_2H_6ガスに代えて形成する時に、SiH_4
    ガスに比較してその流量の減少によって内部応力が最少
    になるように作製されたものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のアモルファス太陽電池。
  4. (4)アモルファス太陽電池において、Si_2H_6
    ガスを用いて形成された第1の層と、SiH_4系a−
    Si:Hの第2の層とを交互に積み重ねて作製されたi
    層、n形a−Si:H又はp形a−Si:Hのうちの少
    なくとも1つを有することを特徴とするアモルファス太
    陽電池。
  5. (5)上記i層は、第1の層が低パワー、高流量条件下
    で作製されて引張応力を持つものであり、第2の層がR
    Fパワー、流量等の最適条件下で作製されたものであり
    、第1、第2の層は15〜300Åステップで積み重ね
    られていることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載
    のアモルファス太陽電池。
  6. (6)アモルファス太陽電池において、i層にボロン、
    リンがドーピングされていることを特徴とするアモルフ
    ァス太陽電池。
  7. (7)上記ボロン、リンは、そのドーピングによって増
    加する引張応力成分がn形a−Si:H、p形a−Si
    :Hあるいはi層の圧縮応力成分と等しくなるようにド
    ーピングされていることを特徴とする特許請求の範囲第
    6項記載のアモルファス太陽電池。
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