(57)【要約】      （修正有）【課題】劣化率を低下させ、安定化効率を高めた光起電力装置を提供する。【解決手段】基板１００の上部に配置された第１電極２１０と、第１電極２１０の上部に受光層２３３を含む少なくとも一つ以上の光電変換層２３０と、光電変換層２３０の上部に配置された第２電極２５０とを含み、受光層２３３は、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムと前記水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム間に形成された非晶質シリコンゲルマニウムネットワークとを含む第１副層２３３ａと、水素化されたマイクロ結晶質シリコンと前記水素化されたマイクロ結晶質シリコン間に形成された非晶質シリコンネットワークとを含む第２副層２３３ｂとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板(１００)と、
前記基板(１００)の上部に配置された第１電極(２１０)と、
前記第１電極(２１０)の上部に受光層(２３３)を含む少なくとも一つ以上の光電変換層(２３０)と、
前記光電変換層(２３０)の上部に配置された第２電極(２５０)と、を含み、
前記受光層(２３３)は、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-SiGe：H)と前記水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム間に形成された非晶質シリコンゲルマニウムネットワーク(a-SiGe：H)とを含む第１副層(２３３ａ)と、水素化されたマイクロ結晶質シリコン(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-Si：H)と前記水素化されたマイクロ結晶質シリコン間に形成された非晶質シリコンネットワーク(a-Si：H)とを含む第２副層２３３ｂと、
を含む、光起電力装置。
【請求項２】
前記受光層の平均ゲルマニウム含量は、０ａｔｏｍｉｃ％より大きく１５ａｔｏｍｉｃ％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記受光層の厚さは、０.５μｍ以上１.０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記受光層の平均結晶体積分率は、３０％以上６０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記受光層の平均酸素含量は、１.０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記光電変換層(２３０)は、第１光電変換層(２３０−１)と、前記第１光電変換層の上部に配置された第２光電変換層(２３０−２)とを含み、
前記第２光電変換層に含まれた受光層は、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-SiGe：H)と前記水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム間に形成された非晶質シリコンゲルマニウムネットワーク(a-SiGe：H)とを含む第１副層(２３３−２ａ)と、水素化されたマイクロ結晶質シリコン(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-Si：H)と前記水素化されたマイクロ結晶質シリコン間に形成された非晶質シリコンネットワーク(a-Si：H)とを含む第２副層(２３３−２ｂ)と、
を含む、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項７】
前記第２光電変換層は、光が入射される側から前記第１光電変換層よりさらに遠く離れていることを特徴とする、請求項６に記載の光起電力装置。
【請求項８】
前記非晶質シリコンゲルマニウムネットワークと前記非晶質シリコンネットワークとは、各々結晶シリコン粒子を含むことを特徴とする、請求項１又は６に記載の光起電力装置。
【請求項９】
基板(１００)上に第１電極(２１０)を形成するステップと、
チャンバ(３１０)内で前記第１電極(２１０)上に、受光層(２３３)を含む一つ以上の光電変換層(２３０)を形成するステップと、
前記光電変換層(２３０)上に第２電極(２５０)を形成するステップと、を含み、
前記受光層(２３３)が形成される間に、前記チャンバ(３１０)に供給されるシランの流量は一定であり、
非シリコン系元素を含む原料ガスの流量は、蒸着時間によって第１流量値と第２流量値との間の変化を繰り返し、
前記チャンバ(３１０)に流入される第１時点での水素の流量は、前記第１時点以後の第２時点での水素の流量より大きいことを特徴とする、光起電力装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１流量値は、蒸着時間によって増加し、
前記第１流量値及び前記第２流量値によって形成される前記受光層の第１副層及び第２副層は、光が入射される側から遠くなるように形成されることを特徴とする、請求項９に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１流量値の維持される時間は、蒸着時間によって増加し、
前記第１流量値及び前記第２流量値によって形成される前記受光層の第１副層及び第２副層は、光が入射される側から遠くなるように形成されることを特徴とする、請求項９に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２流量値は、０であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１３】
前記非シリコン系元素は、ゲルマニウムであることを特徴とする、請求項９に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１流量値と前記第２流量値との変化の一つ以上の周期の間に供給される前記水素の流量は、前記一つ以上の周期の以後に供給される前記水素の流量より大きいことを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１流量値と前記第２流量値との変化の周期ごとに、前記水素の流量が減少することを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１６】
前記水素の流量は、蒸着時間によって漸進的に減少することを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１７】
前記受光層は、複数の第１副層及び第２副層を含み、
前記複数の第１副層及び第２副層は、光が入射される側に近いほど大きい光学的バンドギャップを有することを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１８】
前記非シリコン系元素を含む原料ガスがゲルマニウムを含む場合、前記受光層の平均ゲルマニウム含量は、０ａｔｏｍｉｃ％より大きく１５ａｔｏｍｉｃ％以下であることを特徴とする、請求項９に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１９】
前記受光層の光学的バンドギャップが、０.９ｅＶ以上１.３ｅＶ以下であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項２０】
前記受光層の形成時に、前記チャンバに供給される電圧の周波数は、２７.１２ＭＨｚ以上であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項２１】
前記非シリコン系元素を含む原料ガスがゲルマニウムを含み、
前記受光層は、前記第１流量値で前記原料ガスが供給される間に形成される第１副層と、前記第２流量値で前記原料ガスが供給される間に形成される第２副層とを含み、
前記第２副層は、水素化されたマイクロ結晶質シリコンからなり、
前記第１副層は、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムからなることを特徴とする、請求項９に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項２２】
前記受光層の厚さは、０.５μｍ以上１.０μｍ以下であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項２３】
前記受光層は、前記第１流量値で前記原料ガスが供給される間に形成される第１副層と、前記第２流量値で前記原料ガスが供給される間に形成される第２副層とを含み、
前記第２副層の厚さは、２０ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項２４】
前記受光層は、前記第１流量値で前記原料ガスが供給される間に形成される第１副層と、前記第２流量値で前記原料ガスが供給される間に形成される第２副層とを含み、
一周期の間に形成される前記第１副層及び前記第２副層の厚さの和は、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項２５】
前記非シリコン系元素を含む原料ガスがゲルマニウムを含み、
前記第１流量値は前記第２流量値より大きく、前記第２流量値は０であり、
前記受光層の平均結晶体積分率は、３０％以上６０％以下であることを特徴とする、請求項９に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項２６】
前記受光層の平均酸素含量は、１.０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予測され、これらを代替する代替エネルギー源に関する関心が高まっている。その中でも太陽光エネルギーは、エネルギー資源が豊富であり、環境汚染に対する問題点がないため、特に注目されている。
【０００３】
太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換させる装置が、光起電力装置、即ち、太陽電池である。光起電力装置は、主に半導体接合の光起電力現象を用いる。即ち、ｐ型とｎ型の不純物で各々ドーピングされた半導体ｐｉｎ接合に光が入射され吸収されると、光のエネルギーが半導体内部で電子とホールとを発生させ、内部電界によって、これらが分離されることでｐｉｎ接合両端に光起電力が発生される。このとき、接合両端に電極を形成し導線を接続すると、電極及び導線を通して外部に電流が流れるようになる。
【０００４】
石油のような既存のエネルギー源を太陽光エネルギー源に代替していくためには、時間が経つに従って現れる光起電力装置の劣化率は低く、安定化効率は高くなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の光起電力装置の製造方法は、光起電力装置の劣化率を低下させ、安定化効率を高めるためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態による光起電力装置は、基板と、前記基板の上部に配置された第１電極と、前記第１電極の上部に受光層を含む少なくとも一つ以上の光電変換層と、前記光電変換層の上部に配置された第２電極と、を含み、前記受光層は、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-SiGe：H)と前記水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム間に形成された非晶質シリコンゲルマニウムネットワーク(a-SiGe：H)とを含む第１副層と、水素化されたマイクロ結晶質シリコン(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-Si：H)と前記水素化されたマイクロ結晶質シリコン間に形成された非晶質シリコンネットワーク(a-Si：H)とを含む第２副層と、を含む。
【０００７】
本発明の一実施形態による光起電力装置の製造方法は、基板上に第１電極を形成するステップと、チャンバ内で前記第１電極上に、受光層を含む一つ以上の光電変換層を形成するステップと、前記光電変換層上に第２電極を形成するステップとを含み、前記受光層が形成される間、前記チャンバに供給されるシランの流量は一定であり、非シリコン系元素を含む原料ガスの流量は、蒸着時間によって第１流量値と第２流量値との間の変化を繰り返し、前記チャンバに流入される第１時点での水素の流量は、前記第１時点以後の第２時点での水素の流量より大きくする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光起電力装置の製造方法は、光起電力装置の劣化率を低下させ、安定化効率を高め、受光層の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による光起電力装置を示した図である。
【図２】本発明の第２実施形態による他の光起電力装置を示した図である。
【図３ａ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図３ｂ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図３ｃ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図３ｄ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図３ｅ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図３ｆ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図３ｇ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図３ｈ】本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【図４】本発明の実施形態によって受光層を形成するためのプラズマ化学気相蒸着装置を示す。
【図５ａ】本発明の実施形態によって受光層を形成するための原料ガスの流量変化を示す。
【図５ｂ】本発明の実施形態によって受光層を形成するための原料ガスの流量変化を示す。
【図５ｃ】本発明の実施形態によって受光層を形成するための原料ガスの流量変化を示す。
【図５ｄ】本発明の実施形態によって受光層を形成するための原料ガスの流量変化を示す。
【図５ｅ】本発明の実施形態によって受光層を形成するための原料ガスの流量変化を示す。
【図５ｆ】本発明の実施形態によって受光層を形成するための原料ガスの流量変化を示す。
【図６】本発明の実施形態に含まれた複数の副層を含む受光層を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態による光起電力装置を示した図である。
【００１１】
図示されるように、光起電力装置は、基板１００と、第１及び第２電極２１０、２５０と、光電変換層２３０と、保護層３００とを含む。
【００１２】
具体的に、基板１００上に第１電極２１０が配置される。第１電極２１０は、隣接した第１電極間に電気的に短絡されないように、一定間隔で離隔される。光電変換層２３０は、第１電極間の一定間隔で離隔された領域を覆うように、第１電極２１０の上部に配置される。第２電極２５０は、光電変換層２３０の上部に配置され、第２電極２５０は、隣接した第２電極間に電気的に短絡されないように、一定間隔で離隔される。このとき、第２電極２５０は、第１電極２１０と直列接続されるように、光電変換層２３０を貫通して電気的に接続される。保護層３００は、第２電極間に離隔された領域と光電変換層間に離隔された領域とを覆うように、第２電極の上部に配置される。
【００１３】
光電変換層２３０は、ｐタイプ半導体層２３１と、受光層２３３と、ｎタイプ半導体層２３５とを含む。受光層２３３は、第１副層２３３ａと、第１副層２３３ａ上に積層された第２副層２３３ｂとを含む。第１副層２３３ａは、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-SiGe：H)と、前記水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム間に形成された非晶質シリコンゲルマニウムネットワーク(a-SiGe：H)とを含み、第２副層２３３ｂは、水素化されたマイクロ結晶質シリコン(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-Si：H)と、前記水素化されたマイクロ結晶質シリコン間に形成された非晶質シリコンネットワーク(a-Si：H)と、を含む。第１副層に含まれた非晶質シリコンゲルマニウムネットワークと第２副層に含まれた非晶質シリコンネットワークとは、各々、結晶シリコン粒子を含む。
【００１４】
図２は、本発明の第２実施形態による他の光起電力装置を示した図である。
【００１５】
図２の光起電力装置に対し、図１に示した光起電力装置とほぼ類似しているため、同一の構造に対しては省略することにする。図２で、光電変換層２３０は、第１光電変換層２３０−１と、第１光電変換層の上部に配置された第２光電変換層２３０−２とを含み、第１光電変換層と第２光電変換層とは、ｐタイプ半導体層２３１−１、２３１−２と、受光層２３３−１、２３３−２と、ｎタイプ半導体層２３５−１、２３５−２とを含む。
【００１６】
受光層２３３−１、２３３−２は、第１副層２３３−１ａ、２３３−２ａと、第１副層の上部に積層された第２副層２３３−１ｂ、２３３−２ｂとからなる。このとき、第１光電変換層２３０−１に含まれた受光層２３３−１は、水素化された非晶質シリコン系を含む第１副層２３３−１ａと、前記水素化された非晶質シリコン系及び前記水素化された非晶質シリコン系で取り囲まれた結晶質シリコン粒子を含む第２副層２３３−１ｂとを含む。第２光電変換層２３０−２に含まれた受光層２３３−２は、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-SiGe：H)と、前記水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム間に形成された非晶質シリコンゲルマニウムネットワーク(a-SiGe：H)とを含む第１副層２３３−２ａと、水素化されたマイクロ結晶質シリコン(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-Si：H)と、前記水素化されたマイクロ結晶質シリコン間に形成された非晶質シリコンネットワーク(a-Si：H)とを含む第２副層(２３３−２ｂ)と、を含む。このとき、第１副層に含まれた非晶質シリコンゲルマニウムネットワークと第２副層に含まれた非晶質シリコンネットワークとは、各々、結晶シリコン粒子を含む。
【００１７】
本実施形態では、光電変換層を２つに限定したが、３つ以上を含むことができ、３つの光電変換層のうち、光が入射される側面から遠く離れた２番目、あるいは３番目の光電変換層は、前述した第２光電変換層と同様である。
【００１８】
このような第１及び第２実施形態による光起電力装置については、以下の説明する光起電力装置の製造方法でさらに詳しく説明することにする。
【００１９】
図３ａ〜図３ｈは、本発明の実施形態による光起電力装置の製造方法を示す。
【００２０】
図３ａに示されるように、先ず基板１００が用意される。基板１００は、絶縁性透明基板１００であることができる。
【００２１】
図３ｂに示されるように、基板１００上に第１電極２１０が形成される。本発明の実施形態で、第１電極２１０は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法で形成されることができ、酸化錫(ＳｎＯ２)や酸化亜鉛(ＺｎＯ)のような透明伝導性酸化物(ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide)からなることができる。
【００２２】
図３ｃに示されるように、レーザーが第１電極２１０側や基板１００側に照射され第１電極２１０がスクライブ(scribe)される。これによって、第１電極２１０に第１分離溝２２０が形成される。即ち、第１分離溝２２０は、第１電極２１０を貫通するため、隣接した第１電極２１０間の短絡が防止される。
【００２３】
図３ｄに示されるように、第１電極２１０と第１分離溝２２０とを覆うように、受光層を含む一つ以上の光電変換層２３０がＣＶＤ法で積層される。このとき、各光電変換層２３０は、ｐタイプ半導体層と、受光層と、ｎタイプ半導体層とを含む。ｐタイプ半導体層の形成のために、モノシラン(ＳｉＨ４)のようにシリコンを含む原料ガスと、Ｂ２Ｈ６のように３族元素を含む原料ガスとが反応室に混入されると、ＣＶＤ法によってｐタイプ半導体層が積層される。その後、シリコンを含む原料ガスが反応室に流入されると、ＣＶＤ法によって受光層がｐタイプ半導体層上に形成される。受光層の形成方法については、以後に詳しく説明される。最後にＰＨ３のように５族元素を含む反応ガスと、シリコンを含む原料ガスとが混入されると、 ＣＶＤ法によってｎタイプ半導体層が真性半導体層上に積層される。これによって、第１電極２１０上にｐタイプ半導体層と、受光層と、ｎタイプ半導体層とが順次に積層される。
【００２４】
本発明の実施形態による受光層は、一つの光電変換層２３０を含む単一接合の光起電力装置に含まれるか、または複数の光電変換層を含む多重接合の光起電力装置に含まれることができる。
【００２５】
図３ｅに示されるように、大気中でレーザーが基板１００側や光電変換層２３０側に照射され光電変換層２３０がスクライブされる。これによって、光電変換層２３０に第２分離溝２４０が形成される。
【００２６】
図３ｆに示されるように、ＣＶＤやスパッタリング方法で光電変換層２３０及び第２分離溝２４０を覆う第２電極２５０が形成される。第２電極２５０は、ＡｌやＡｇのような金属電極であることができる。
【００２７】
図３ｇに示されるように、大気中でレーザーが照射され光電変換層２３０及び第２電極２５０がスクライブされる。これによって、光電変換層２３０及び第２電極２５０に対して第３分離溝２７０が形成される。
【００２８】
図３ｈに示されるように、光電変換層２３０と、第１電極２１０と、第２電極２５０とを含む光起電力セル２００を保護するために、保護層３００がラミネーション工法によって光起電力セル２００の一部、または全部を覆う。保護層３００は、ＥＶＡ(Ethylene Vinyl Acetate)を含むことができる。
【００２９】
このような工程を通して保護層３００が形成された光起電力セル２００が用意され、保護層上にはバックシート(図示しない)が形成されることができる。
【００３０】
次に、図面を参照して受光層の製造方法が詳しく説明される。
【００３１】
図４は、本発明の実施形態によって、受光層を形成するためのプラズマ化学気相蒸着装置を示す。図４に示されるように、第１電極２１０とｐタイプ半導体層２３１またはｎタイプ半導体層２３５とが形成された基板１００が、電極の役割をするプレート３００上に位置する。また、受光層の形成工程の以前にチャンバ３１０の内部の不純物を除去するために、真空ポンプ３２０が動作し、これによって、アングルバルブ３３０を通してチャンバ３１０の内部の不純物が除去され、チャンバ３１０の内部は実質的に真空状態になる。
【００３２】
チャンバ３１０の内部が実質的に真空状態になると、水素(Ｈ２)及びシランのような原料ガスと、ゲルマニウムのような非シリコン系元素を含む原料ガスとが、流量調節機ＭＦＣ１、ＭＦＣ２、ＭＦＣ３、及びノズルが形成された電極３４０を通してチャンバ３１０内に流入される。
【００３３】
即ち、第１流量調節機ＭＦＣ１を通して水素が流入され、第２流量調節機ＭＦＣ２を通してシランが流入されることができる。また、第３流量調節機ＭＦＣ３を通してゲルマニウムのような非シリコン系元素を含む原料ガスが流入されることができる。
【００３４】
このとき、アングルバルブ３３０は、チャンバ３１０の圧力が一定に維持されるように制御される。チャンバ３１０の圧力が一定に維持される場合、チャンバ３１０内の渦流発生によるシリコンパウダーの生成が防止され、蒸着条件が一定に維持される。水素は、シランの希釈のために流入され、ステーブラーロンスキー効果(Staebler-Wronski effect)を減少させる。
【００３５】
原料ガスが流入され電源Ｅが電圧を供給すると、電極３４０とプレート３００との間に電位差が発生するため、原料ガスはプラズマ状態になって受光層がｐタイプ半導体層２３１またはｎタイプ半導体層２３５上に蒸着される。
【００３６】
図５ａ〜図５ｆは、本発明の実施形態によって受光層を形成するための原料ガスの流量変化を示す。
【００３７】
図５ａ〜図５ｃに示されるように、ゲルマニウムのような非シリコン系元素を含む原料ガスの流量は、蒸着時間Ｔによって第１流量値αと第２流量値βとの間の変化を繰り返す。このとき、第１流量値αと第２流量値βとは一定であり、第１流量値αは第２流量値βより大きく、第２流量値βは０である。
【００３８】
このとき、第１時点での水素の流量は、第１時点以後の第２時点での水素の流量より大きい。このような水素流量Ａの減少パターンは、多様になることができる。例えば、図５ａに示されるように、受光層の蒸着が開始される時点から第１流量値αと第２流量値βとの変化の一つ以上の周期Ｐの間に供給される水素の流量Ａ１は、一つ以上の周期Ｐの以後に供給される水素の流量Ａ２より大きい。図５ｂに示されるように、受光層の蒸着が開始される時点から第１流量値αと第２流量値βとの変化の周期Ｐごとに水素の流量Ａ１、Ａ２、Ａ３、…が減少することができる。また図５ｃに示されるように、水素の流量は、蒸着時間Ｔによって漸進的に減少することができる。
【００３９】
このような水素流量の変化については、以後に詳しく説明される。
【００４０】
図５ａ〜図５ｃでは、水素流量が変化し、非シリコン系元素を含む原料ガスの第１流量値α及び第２流量値βは一定である。一方に、図５ｄ〜図５ｆに示されるように、水素流量は、図５ａ〜図５ｃのように減少するが、非シリコン系元素を含む原料ガスの第１流量値αが増加するか、または第１流量値αが維持される時間ｔ１が増加することができる。
【００４１】
即ち、図５ｄ〜図５ｆに図示される非シリコン系元素を含む原料ガスの供給パターンは、図５ａ〜図５ｃに図示される水素流量変化のパターンのうちの一つに適用されることができる。例えば、図５ａに示されるように、水素流量が変化し、図５ｄ〜図５ｆに図示される非シリコン系元素を含む原料ガスの供給パターンのうちの一つによって非シリコン系元素を含む原料ガスが供給されることができる。
【００４２】
図５ｄに示されるように、非シリコン系元素を含む原料ガスの流量は、蒸着時間Ｔによって第１流量値αと第２流量値(β＝０)との間の変化を繰り返し、第１流量値αは、蒸着時間Ｔの変化に従って増加する。
【００４３】
このとき、第１流量値αと第２流量値βとの変化の一周期Ｐの間に第１流量値αが維持される時間ｔ１と第２流量値βが維持される時間ｔ２は、蒸着時間Ｔの変化に従って一定である。
【００４４】
図５ｅに示されるように、非シリコン系元素を含む原料ガスの流量は、蒸着時間Ｔによって第１流量値αと第２流量値(β＝０)との間の変化を繰り返し、第１流量値αと第２流量値βとの変化の一周期Ｐの間に第１流量値αが維持される時間ｔ１は、蒸着時間Ｔの変化に従って増加する。
【００４５】
このとき、第１流量値αと第２流量値βとは、蒸着時間Ｔの変化に従って一定であり、第１流量値αと第２流量値βとの変化の一周期Ｐの間に第１流量値αが維持される時間ｔ１と第２流量値βが維持される時間ｔ２との比は、蒸着時間Ｔの変化に従って一定である。
【００４６】
図５ｆに示されるように、非シリコン系元素を含む原料ガスの流量は、蒸着時間Ｔによって第１流量値αと第２流量値βとの間の変化を繰り返す。このとき、第１流量値αと第２流量値βとの変化の一周期Ｐの間に第１流量値αが維持される時間ｔ１は、蒸着時間Ｔの変化に従って増加し、第１流量値αは、蒸着時間Ｔの変化に従って増加する。
【００４７】
第１流量値αと第２流量値βとの変化の一周期Ｐの間に第１流量値αが維持される時間ｔ１と第２流量値βが維持される時間ｔ２との比は、蒸着時間Ｔの変化に従って一定である。
【００４８】
ゲルマニウムのような非シリコン系元素を含む原料ガスの流量が、第１流量値αと第２流量値(β＝０)とを繰り返す場合、図６のように、複数の副層(sub-layers)２３３ａ、２３３ｂを含む受光層２３３が、ｐタイプ半導体層２３１またはｎタイプ半導体層２３５上に形成される。即ち、非シリコン系元素を含む原料ガスの流量が増加するほど、結晶性及び蒸着速度が減少する一方、非シリコン系元素を含む原料ガスの流量が減少するほど、結晶性及び蒸着速度は増加する。
【００４９】
従って、第２流量値で供給される期間の間に非シリコン系元素を含む原料ガスが供給されないため、第２副層２３３ｂは、水素化されたマイクロ結晶質シリコン(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-Si：H)からなる。このとき、第２副層２３３ｂのマイクロ結晶質シリコンの間には、結晶シリコン粒子(crystalline silicon grain)が入り込んでいる非晶質シリコンネットワーク(a-Si：H)が形成される。
【００５０】
また、第１副層２３３ａは、非シリコン系元素を含む原料ガスが供給されるため、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム(hydrogenated micro-crystalline silicon)(μc-SiGe：H)からなることができる。第１副層２３３ａのマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムの間には、結晶シリコン粒子(crystalline silicon grain)が入り込んでいる非晶質シリコンゲルマニウムネットワーク(a-SiGe：H)が形成される。
【００５１】
ここで、水素希釈比が基準値以上になると、水素化された非晶質シリコン相ではない、マイクロ結晶質シリコンゲルマニウムやマイクロ結晶質シリコンのようなマイクロ結晶質シリコン相が形成されることができる。このような第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂは、光学的バンドギャップが小さいため、長波長領域の光を容易に吸収することができる。
【００５２】
これによって、水素化されたマイクロ結晶質シリコンからなる第２副層２３３ｂと、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムからなる第１副層２３３ａとは、二重または三重接合の光起電力装置のボトムセルの受光層に含まれることができる。
【００５３】
このように、複数の副層２３３ａ、２３３ｂを含む受光層２３３が形成される場合、初期効率及び安定化効率の差である劣化率が減少するため、本発明の実施形態による光起電力装置は、高い安定化効率を有することができる。
【００５４】
即ち、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム(μc-SiGe：H)のみからなる受光層よりは、本発明の実施形態のように第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂが交互に形成され、第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂに各々非晶質シリコンゲルマニウムネットワーク(a-SiGe：H)及び非晶質シリコンネットワーク(a-Si：H)が水素希釈によってＳＲＯ(Short-Range-Order)及びＭＲＯ(Medium-Range-Order)が向上するため、受光層２３３の初期劣化が早くなり、安定化効率に到達するための時間が短くなる。従って、安定化効率が高くなる。即ち、受光層２３３がマイクロ結晶シリコンゲルマニウムの単一膜からなる場合に比べ、第２副層２３３ｂの水素化されたマイクロ結晶質シリコンが第１副層２３３ａの水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウム間を満たしているため、蒸着速度が早く、ゲルマニウムによる受光層２３３の欠陥密度の増加を抑制することができる。
【００５５】
前述したように、第２副層２３３ｂは、水素化されたマイクロ結晶質シリコンからなり、第１副層２３３ａは、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムからなる。このとき、本発明の実施形態のように、水素流量が図５ａ〜図５ｃのように蒸着時間によって変化することは、水素化されたマイクロ結晶質シリコンの以前に形成されるインキュベーション膜(incubation layer)を最大限に薄くするためである。
【００５６】
即ち、水素化されたマイクロ結晶質シリコンが形成される過程から非晶質シリコンからなるインキュベーション膜が形成される。非晶質シリコンは、キャリアの再結合が増加して効率を減少させるため、インキュベーション膜は、可能な限り薄くなければならない。水素の流量が増加すると結晶性が増加するため、本発明の実施形態では第１時点での水素の流量が第１時点以後の第２時点での水素の流量より大きい。これによって、インキュベーション膜の厚さが減少するため、光起電力装置の効率が増加することができる。
【００５７】
また、図５ｅ〜図５ｆに示されるように、蒸着時間Ｔによってゲルマニウムのような非シリコン系元素を含む原料ガスの第１流量値αや、第１流量値αが維持される時間ｔ１が増加する。このような第１流量値α及び第２流量値βによって形成される受光層２３３の第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂは、光が入射される側から遠くなるように形成される。これによって、光が入射される側から遠くなるほど、第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂの光学的バンドギャップが次第に減少する。
【００５８】
エネルギー密度の高い特定波長領域の光は、透過深さ(penetration depth)が小さく、エネルギー密度の高い特定波長領域の光を吸収するためには、光学的バンドギャップが大きくなければならない。
【００５９】
従って、ゲルマニウムのような非シリコン系元素を含む原料ガスの流量が小さいほど、光学的バンドギャップが大きくなるため、図５ｄ〜図５ｆのように、供給される原料ガスによって光が入射される側に近い副層２３３ａ、２３３ｂが、相対的に大きい光学的バンドギャップを有するようになる。これによって、光が入射される側に近い副層２３３ａ、２３３ｂが特定波長領域の光を最大限に多く吸収する。
【００６０】
また、ゲルマニウムのような非シリコン系元素を含む原料ガスの流量が大きいほど、光が入射される側から遠い副層２３３ａ、２３３ｂが相対的に小さい光学的バンドギャップを有するようになる。これによって、光が入射される側から遠い副層２３３ａ、２３３ｂが前記特定波長以外の領域の光を最大限に多く吸収する。
【００６１】
本発明の実施形態で使用されるプラズマ化学気相蒸着方法で、電源Ｅが供給する電圧の周波数は１３.５６ＭＨｚとすることができる。電源Ｅが供給する電圧の周波数が２７.１２ＭＨｚ以上である場合、蒸着率が向上する。これによって、非晶質シリコンからなるインキュベーション膜の厚さがさらに薄くなることができる。
【００６２】
長波長領域の光を吸収するために、水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムと水素化されたマイクロ結晶質シリコンとからなる受光層２３３の光学的バンドギャップは、０.９ｅＶ以上１.３ｅＶ以下であることができ、ゲルマニウムの平均含量は、０ａｔｏｍｉｃ％より大きく、１５ａｔｏｍｉｃ％以下とすることができる。
【００６３】
水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムと水素化されたマイクロ結晶質シリコンとからなる受光層２３３の厚さは、０.５μｍ以上１.０μｍ以下とすることができる。受光層２３３の厚さが０.５μｍより小さいと受光層２３３の機能を果たせず、１.０μｍより大きいと受光層２３３の厚さが非常に厚くなるため、効率が低下する。
【００６４】
即ち、本発明の実施形態による受光層２３３の光学的バンドギャップが０.９ｅＶ以上１.３ｅＶ以下で小さいため、受光層２３３は、０.５μｍ以上１.０μｍ以下の薄い厚さを有していても長波長領域の光を容易に吸収することができる。
【００６５】
また、０.９ｅＶ以上１.３ｅＶ以下の光学的バンドギャップが形成されるためには、ゲルマニウムのような非シリコン系元素の含量が増加しなければならない。ゲルマニウムの場合、含量が増加すると蒸着率が低下し、タクトタイム(tact time)が顕著に増加する。本発明の実施形態の場合、ゲルマニウムが供給されない状態で第２副層２３３ｂが繰り返して形成されるため、ゲルマニウムの平均含量が０ａｔｏｍｉｃ％より大きく１５ａｔｏｍｉｃ％以下で小さいとしても、０.９ｅＶ以上１.３ｅＶ以下の光学的バンドギャップが形成されることができる。
【００６６】
水素化されたマイクロ結晶質シリコンからなる第２副層２３３ｂの厚さは、２０ｎｍであることができる。第２副層２３３ｂの厚さが２０ｎｍより小さいと、水素化されたマイクロ結晶質シリコンの形成が困難になり、第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂを含む受光層２３３の効果を得ることができない。
【００６７】
前述したように、受光層２３３の厚さは、０.５μｍ以上１.０μｍ以下であることができる。また、第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂを含む受光層２３３が、その役割を果たすためには、５周期Ｐ以上１０周期以下であることができる。従って、一周期Ｐの間にゲルマニウムが第１流量値αと第２流量値(β＝０)とで供給されるとき、第１副層２３３ａ及び第２副層２３３ｂの厚さの和が５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることができる。
【００６８】
水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムと水素化されたマイクロ結晶質シリコンとからなる受光層２３３の平均結晶体積分率は、３０％以上６０％以下であることができる。平均結晶体積分率が３０％より小さい場合、非晶質シリコンが多く生成されてキャリアの再結合増加による効率低下が発生することがある。また、平均結晶体積分率が６０％より大きい場合、結晶質物質の結晶粒界の体積が大きくなり結晶欠陥(defect)が多くなるため、再結合が増加することがある。
【００６９】
水素化されたマイクロ結晶質シリコンゲルマニウムと水素化されたマイクロ結晶質シリコンとからなる受光層２３３の平均酸素含量は、１.０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。受光層２３３の平均酸素含量が１.０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より大きいと、光電変換効率が低下する。
【００７０】
本発明の実施形態では、第１副層２３３ａが先に形成されたが、第２副層２３３ｂが第１副層２３３ａより先に形成されることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
2011018884.tif 000009
【図３ｆ】
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【図３ｇ】
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【図３ｈ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６】
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