(57)【要約】【課題】  薄膜多接合太陽電池セル及びそれを形成する方法及び装置を提供する。【解決手段】  一実施形態において、基板の上に薄膜多接合太陽電池セルを形成する方法が提供される。上記方法は、反応域内に基板を位置決めするステップと、反応域にガス混合物を供給するステップであって、ガス混合物がシリコン含有化合物と水素ガスを含む、上記ステップと、基板上に真性型微結晶シリコン層の第１の領域を第１の堆積速度で形成するステップと、基板上に真性型微結晶シリコン層の第２の領域を第１の堆積速度より高い第２の堆積速度で形成するステップと、基板上に真性型微結晶シリコン層の第３の領域を第２の堆積速度より低い第３の堆積速度で形成するステップと、を含む。【選択図】  図１
2011501445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に薄膜多接合太陽電池セルを形成する方法であって、
該基板を反応域に位置決めするステップと、
該反応域にガス混合物を供給するステップであって、該ガス混合物がシリコン含有ガスと水素ガスを含む、前記ステップと、
該基板上に真性型微結晶シリコン層の第１の領域を第１の堆積速度で形成するステップと、
該基板上に該真性型微結晶シリコン層の第２の領域を該第１の堆積速度より高い第２の堆積速度で形成するステップと、
該基板上に該真性型微結晶シリコン層の第３の領域を該第２の堆積速度より低い第３の堆積速度で形成するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
該第１の堆積速度が、約１００オングストローム／分〜約３５０オングストローム／分であり、該第２の堆積速度が、約４００オングストローム／分〜約１,５００オングストローム／分であり、該第３の堆積速度が、約１００オングストローム／分〜約３５０オングストローム／分である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該シリコン含有ガスを約１,０００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍの流量で、水素ガスを約１００,０００ｓｃｃｍ〜約３００,０００ｓｃｃｍの流量で、ＲＦ電力を０.２ワット／ｃｍ２〜約０.６ワット／ｃｍ２で供給して、該真性型微結晶シリコン層の該第１の領域を形成するステップと、
該シリコン含有ガスを約１,０００ｓｃｃｍ〜約６,０００ｓｃｃｍの流量で、水素ガスを約２００,０００ｓｃｃｍ〜約６００,０００ｓｃｃｍの流量で、ＲＦ電力を０.６ワット／ｃｍ２〜約０.９ワット／ｃｍ２で供給して、該真性型微結晶シリコン層の該第２の領域を形成するステップと、
該シリコン含有ガスを約１,０００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍの流量で、水素ガスを約１００,０００ｓｃｃｍ〜約３００,０００ｓｃｃｍの流量で、ＲＦ電力を０.２ワット／ｃｍ２〜約０.６ワット／ｃｍ２で供給して、該真性型微結晶シリコン層の該第３の領域を形成するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該真性型微結晶シリコン層の該第１領域が、約１０オングストローム〜約５００オングストロームの厚さに形成され、該真性型微結晶シリコン層の該第２領域が、約１０,０００オングストローム〜約３０,０００オングストロームの厚さに形成され、該真性型微結晶シリコン層の該第３領域が、約１０オングストローム〜約５００オングストロームの厚さに形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該真性型微結晶層を形成する前にｐ型微結晶シリコン層を形成するステップであって、該ｐ型微結晶シリコン層を形成するステップが、
該シリコン含有ガスを１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、水素ガスを１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約６,０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、ｐ型ドーパントを０.００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０.０５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、ＲＦ電力を５０ミリワット／ｃｍ２〜約７００ミリワット／ｃｍ２で供給する工程を含む、前記ステップと、
該真性型微結晶シリコン層の上にｎ型シリコン層を形成するステップであって、該ｎ型シリコン層を形成するステップが、
該シリコン含有ガスを約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、水素ガスを約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、ｎ型ドーパントを０.０５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１.５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、ＲＦ電力を約１００ミリワット／ｃｍ２〜約９００ミリワット／ｃｍ２で供給する工程を含む、前記ステップと、
を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
該ｐ型微結晶シリコン層を形成する前にｐ-ｉ-ｎ接合部を形成するステップであって、該ｐ-ｉ-ｎ接合部を形成するステップが、
該シリコン含有ガスを約１０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、水素ガスを約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１,０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、ｐ型ドーパントを約０.０５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１ｓｃｃｍ／Ｌで、ＲＦ電力を１５ミリワット／ｃｍ２〜約２００ミリワット／ｃｍ２で供給して、ｐ型アモルファスシリコン層を形成する工程と、
該シリコン含有ガスを約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、水素ガスを約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３,０００ｓｃｃｍ／Ｌで、ＲＦ電力を１５ミリワット／ｃｍ２〜約２５０ミリワット／ｃｍ２で供給して、真性型アモルファスシリコン層を形成する工程と、
該シリコン含有ガスを約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２５０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で、水素ガスを約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５,０００ｓｃｃｍ／Ｌで、ｎ型ドーパントを０.００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０.０１５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給する工程と、
を含む、前記ステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
基板の上に薄膜多接合太陽電池セルを形成する方法であって、
第１のｐ-ｉ-ｎ接合部を形成するステップであって、
ｐ型アモルファスシリコン層を形成する工程と、
該ｐ型アモルファスシリコン層の上に真性型アモルファスシリコン層を形成する工程と、
該真性型アモルファスシリコン層の上に第１のｎ型シリコン層を形成する工程と、
を含む前記ステップと、
該第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の上に第２のｐ-ｉ-ｎ接合部を形成するステップであって、
ｐ型微結晶シリコン層を形成する工程と、
ｐ型微結晶シリコン層の上に真性型微結晶シリコン層を形成する工程であって、該真性型微結晶シリコン層を形成する工程が、
該真性型微結晶シリコン層の第１の領域を第１の堆積速度で形成することと、
該真性型微結晶シリコン層の第２の領域を該第１の堆積速度より高い第２の堆積速度で形成することと、
該真性型微結晶シリコン層の第３の領域を第２の堆積速度より低い第３の堆積速度で形成することと、
を含む前記工程と、
該真性型微結晶シリコン層の上に第２のｎ型シリコン層を形成する工程と、
を含む前記ステップと、
を含む前記方法。
【請求項８】
真性型微結晶シリコン層を形成するステップが、
該真性型微結晶シリコン層の第１の領域を形成する前にシード層を形成する工程と、
該ｐ型微結晶シリコン層と該シード層の間にアモルファスシリコンバリヤ層を形成する工程と、
を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該ｐ型微結晶シリコン層と該真性型微結晶シリコン層の間にアモルファスシリコンバリヤ層を形成するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
該第１の堆積速度が、約１００オングストローム／分〜約３５０オングストローム／分であり、該第２の堆積速度が、約４００オングストローム／分〜約１５００オングストローム／分であり、該第３の堆積速度が、約１００オングストローム／分〜約３５０オングストローム／分である、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
該第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の該ｐ型アモルファスシリコン層が、約６０オングストローム〜約３００オングストロームの厚さに形成され、該第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の該真性型アモルファスシリコン層が、約１,５００オングストローム〜約３,５００オングストロームの厚さに形成され、該第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の該ｎ型シリコン層が、約１００オングストローム〜約４００オングストロームの厚さに形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
該第２のｐ-ｉ-ｎ接合部の該ｐ型微結晶シリコン層が、約１００オングストローム〜約４００オングストロームの厚さに形成され、該第２のｐ-ｉ-ｎ接合部の該真性型微結晶シリコン層が、約１０,０００オングストローム〜約３０,０００オングストロームの厚さに形成され、該第２のｎ型シリコン層が、約１００オングストローム〜約５００オングストロームの厚さに形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
該第１のｐ-ｉ-ｎ接合部が、第１のプロセスチャンバと第２のプロセスチャンバを備える第１のプロセスシステムにおいて形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
該第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の該ｐ型アモルファスシリコン層が、該第１のプロセスシステムの該第１のプロセスチャンバ内で形成され、該真性型アモルファスシリコン層と該ｎ型シリコン層が、該第１のプロセスシステムの該第２のプロセスチャンバ内で形成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
該第２のｐ-ｉ-ｎ接合部の該ｐ型微結晶シリコン層が、第２のプロセスシステムの第１のプロセスチャンバ内で形成され、該第２のｐ-ｉ-ｎ接合部の該真性型微結晶シリコン層と該第２のｎ型シリコン層が、該第２のプロセスシステムの第２のプロセスチャンバ内で形成される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、太陽電池セル並びにそれを形成する方法及び装置に関連する。より詳細に、本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池セル並びにそれを形成する方法及び装置に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]結晶シリコン太陽電池セルと薄膜太陽電池セルは、２種類の太陽電池セルである。結晶シリコン太陽電池セルは、典型的には、単結晶基板（即ち、純シリコンの単結晶基板）か又は多結晶シリコン基板（即ち、多結晶シリコン又はポリシリコン）を用いる。追加の膜層をシリコン基板に堆積して、光捕捉を改善し、電気回路を形成し、且つデバイスを保護する。薄膜太陽電池セルは、適切な基板上に堆積される材料の薄層を用いて、１つ以上のｐ-ｉ-ｎ接合部を形成する。適切な基板には、ガラス基板、金属基板、ポリマー基板が含まれる。
【０００３】
[0003]微結晶シリコン膜（μＣ-Ｓｉ）は、太陽電池セルを形成するために用いられる膜の１種である。微結晶シリコン膜の在来の堆積プロセスの堆積速度は遅く、不利なことには、製造処理量が低下するとともに生産コストが増大する。
【０００４】
[0004]それ故、微結晶シリコン膜を堆積する方法の改善が求められている。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]特許請求の範囲に記載される本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池セル並びにそれを形成する方法及び装置に関する。一実施形態において、基板の上に薄膜多接合太陽電池セルを形成する方法が提供される。上記方法は、反応域内に基板を位置決めするステップと、反応域にガス混合物を供給するステップであって、ガス混合物がシリコン含有化合物と水素ガスを含む、前記ステップと、基板上に真性型微結晶シリコン層の第１の領域を第１の堆積速度で形成するステップと、基板上に真性型微結晶シリコン層の第２の領域を第１の堆積速度より高い第２の堆積速度で形成するステップと、基板上に真性型微結晶シリコン層の第３の領域を第２の堆積速度より低い第３の堆積速度で形成するステップと、を含む。
【０００６】
[0006]他の実施形態において、基板の上に薄膜多接合太陽電池セルを形成する方法が提供される。上記方法は、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部を形成するステップと、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の上に第２のｐ-ｉ-ｎ接合部を形成するステップとを含む。第１のｐ-ｉ-ｎ接合部は、ｐ型アモルファスシリコン層を形成し、ｐ型アモルファスシリコン層の上に真性型アモルファスシリコン層を形成し、真性型アモルファスシリコン層の上に第１のｎ型シリコン層を形成することによって形成される。第２のｐ-ｉ-ｎ接合部は、ｐ型微結晶シリコン層を形成し、ｐ型微結晶シリコン層の上に真性型微結晶シリコン層を形成し、真性型微結晶シリコン層の上に第２のｎ型シリコン層を形成することによって形成される。真性型微結晶シリコン層は、真性型微結晶シリコン層の第１の領域を第１の堆積速度で形成し、真性型微結晶シリコン層の第２の領域を第１の堆積速度よりも高い第２の堆積速度で形成し、真性型微結晶シリコン層の第３の領域を第２の堆積速度より低い第３の堆積速度で形成することによって形成される。ある実施形態において、第１のｎ型シリコン層は、ｎ型アモルファス／微結晶シリコン層である。ある実施形態において、第１のｎ型シリコン層は、微結晶シリコン層である。ある実施形態において、第２のｎ型シリコン層は、アモルファスシリコン層か又は微結晶シリコン層である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
[0007]本発明の上記の特徴が詳細に理解されるように、上で簡単にまとめれた本発明のより具体的な説明が実施形態によって参照されてもよく、その一部は添付の図面によって示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の単に典型的な実施形態を示しているので、本発明の範囲を制限するものとみなさるべきでなく、本発明が他の等しく有効な実施形態を含むことができることは留意すべきである。
【図１】図１は、光又は太陽放射に向いている微結晶シリコンベースの薄膜太陽電池セルの概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従って真性微結晶シリコン層を形成する処理ステップを示す流れ図である。
【図３】図３は、光又は太陽放射に向いている多接合太陽電池セルの概略図である。
【図４】図４は、シード層を更に備える図３の多接合太陽電池セルの概略図である。
【図５】図５はシード層とアモルファスシリコンバリヤ層を更に備える図３の多接合太陽電池セルの概略図である。
【図６】図６は、太陽電池セルの１つ以上の太陽電池膜を堆積させることができるプラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバの一実施形態の概略断面図である。
【図７】図７は、複数のプロセスチャンバを持つプロセスシステムの一実施形態の平面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に従って堆積された真性微結晶シリコン層の性質を示す表である。
【０００８】
[0016]理解を容易にするために、可能な限り、図に共通な同じ要素を示すのに同じ符号が用いられている。一実施形態の要素及び／又はプロセス工程が、改めて記載することなく他の実施形態に便宜的に組み込まれてもよいことは企図されている。
【詳細な説明】
【０００９】
[0017]特許請求の範囲に記載される本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池セル並びにそれを形成する方法及び装置に関する。薄膜太陽電池セルは、一般的には、１つ以上のｐ-ｉ-ｎ接合部を備える。ｐ-ｉ-ｎ接合部は、一般的には、ｐドープシリコン層又はｐ型層とｎドープシリコン層又はｎ型層を備え、ｐ型層とｎ型層の間に真性層が挟まれている。真性層は、一般的には、ドープされていない半導体層を備える。ある実施形態において、真性層は、約１０,０００オングストローム〜約３０,０００オングストローム厚の微結晶シリコン層を備える。上記方法を用いて、このサイズの微結晶シリコン層は、堆積させるのに約１時間かかる。しかしながら上記本開示における方法を用いて、真性型微結晶シリコン層の堆積時間は、下に横たわる層をほとんど損傷せずに２０-３０分間まで短縮させることができる。
【００１０】
[0018]個々の太陽電池セル構造を参照して述べられるが、真性型微結晶シリコン層を堆積させる上記方法が、２００７年２月６日に出願のＣｈｏｉらの多接合太陽電池セル並びにそれを形成する方法及び装置と題する米国特許出願第１１／６７１,９８８号、２００７年１月１８日に出願のＣｈｏｉらの多接合太陽電池セル並びにそれを形成する方法及び装置と題する米国特許出願第１１／６２４,６７７号、２００６年６月２３日に出願のＣｈｏｉらの光起電デバイス用の微結晶シリコン膜を堆積するための方法および装置と題する米国特許出願第１１／４２６,１２７号に開示された構造のような他の構造を堆積させるのに用いることができることは理解されるべきであり、これらの開示内容のすべてが本明細書に本開示内容と対立しない程度まで全体で援用されている。
【００１１】
[0019]図１は、光又は太陽放射に向いている微結晶シリコンベースの薄膜太陽電池セルの概略図である。太陽電池セル１００は、本明細書に記載された方法を用いて形成された真性型微結晶シリコン層１２４を備える。太陽電池セル１００は、基板１０２、例えば、薄膜がその上に形成されたガラス基板、ポリマー基板、金属基板、又は他の適した基板を備える。太陽電池１００は、基板１０２の上に形成された第１の透明導電酸化物（ＴＣＯ）層１１０と、第１の透明導電酸化物層１１０の上に形成されたｐ-ｉ-ｎ接合部１２０と、ｐ-ｉ-ｎ接合部１２０の上に形成された第２の透明導電酸化物層１４０と、第２の透明導電酸化物層１４０の上に形成されたメタルバック層１５０を更に備える。光散乱を改善するために、基板及び／又はその上に形成された薄膜の１つ以上は、場合により、湿式プロセス、プラズマプロセス、イオンプロセス及び／又は機械的プロセスによってテクスチャ処理されてもよい。例えば、図１に示される実施形態において、第１のＴＣＯ層１１０は、テクスチャ処理されていてもよく、その上に堆積された次の薄膜は、一般的には、その下の表面の形状に従う。
【００１２】
[0020]第１のＴＣＯ層１１０と第２のＴＣＯ層１４０は、各々、酸化スズ、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、スズ酸カドミウム、これらの組み合わせ、又は他の適切な材料を含むことができる。ＴＣＯ材料には追加のドーパントや成分が含まれてもよいことは理解される。例えば、酸化亜鉛には、更に、ドーパント、例えば、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、他の適切なドーパントが含まれる場合がある。酸化亜鉛は、好ましくは５原子パーセント以下のドーパントを含み、より好ましくは２.５原子パーセント以下のアルミニウムを含む。
【００１３】
[0021]ｐ-ｉ-ｎ接合部１２０は、ｐ型微結晶シリコン層１２２と、ｐ型微結晶シリコン層１２２の上に形成された真性型微結晶シリコン層１２４と、真性型微結晶シリコン層１２４の上に形成されたｎ型シリコン層１２６を含むことができる。ある実施形態において、ｐ型微結晶シリコン層１２２は、約１００オングストローム〜約４００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、真性型微結晶シリコン層１２４は、約１０,０００オングストローム〜約３０,０００オングストローム、例えば、約１６,０００オングストローム〜約２０,０００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、ｎ型シリコン層１２６は、約１００オングストローム〜約５００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、ｎ型シリコン層１２６は、ｎ型アモルファスシリコン層又はｎ型微結晶シリコン層である。
【００１４】
[0022]メタルバック層１５０は、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、これらの合金、又はこれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含めてもよいが、これらに限定されない。他のプロセス（例えば、レーザスクライビングプロセス）が、太陽電池セル１００を形成するために行われてもよい。他の膜、材料、基板、及び／又はパッケージングがメタルバック層１５０の上に設けられて、太陽電池セルを完成させることができる。太陽電池セルが相互接続されて、モジュールを形成してもよく、これが接続されて、アレイを形成可能である。
【００１５】
[0023]図２は、真性型微結晶シリコン層を堆積させるために用いることができる本発明の一実施形態の処理ステップを示す流れ図２００である。ステップ２１０で、基板は、反応域に位置決めされる。ステップ２２０で、シリコン含有ガスと水素ガスを含むガス混合物は、反応域へ供給される。ステップ２３０で、真性型微結晶シリコン層の第１の領域は、基板上に第１の堆積速度で形成される。ステップ２４０で、真性型微結晶シリコン層の第２の領域は、基板上に第１の堆積速度より大きい第２の堆積速度で形成される。ステップ２５０で、真性型微結晶シリコン層の第３の領域は、第２の堆積速度よりも小さい第３の速度で基板上に形成される。
【００１６】
[0024]ステップ２１０で、基板１０２は、反応域内に位置決めされる。基板は、ガラス基板、ポリマー基板、金属基板、又は薄膜が上部に形成される他の適切な基板を備えることができる。ある例において、ガラス製造業者によって第１のＴＣＯ層１１０がすでに設けられた基板１０２が供給されてもよい。ｐ型微結晶シリコン層１２２が基板１０２上に形成されてもよい。
【００１７】
[0025]ステップ２２０で、シリコン含有ガスと水素ガスを備えるガス混合物は、反応域に供給される。適切なシリコンベースのガスとしては、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。ある実施形態において、アルゴンやヘリウムのような不活性ガスが反応域に供給される場合がある。ある実施形態において、ヘリウムの代わりにアルゴンやヘリウムのような不活性ガスが反応域に供給される場合がある。
【００１８】
[0026]ステップ２３０で、真性型微結晶シリコン層１２４の第１の領域は、基板１０２上に第１の堆積速度で形成される。真性型微結晶シリコン層の第１の領域は、約０〜約５００オングストローム厚、例えば、約５０オングストローム〜約４００オングストローム厚、例えば、約２００オングストローム〜約３００オングストローム厚である。第１の領域は、約１００オングストローム／分〜３５０オングストローム／分、例えば、約１５０オングストローム／分〜約３００オングストローム／分の低堆積速度で堆積させることができる。真性型微結晶シリコン層１２４の第１の領域は、前に堆積されたｐ型微結晶シリコン層１２２のバッファ層として機能する。低堆積速度で堆積される第１の領域は、ステップ２４０で生じる高ＲＦ電力堆積中、ＰＩ接合部を保護する。高堆積速度（例えば、＞４００オングストローム／分）を用いてｐ型層上に直接ｉ型微結晶シリコン層を堆積させると、下に横たわるｐ型層を損傷することが分かった。第１の領域は、シリコン含有ガスを約１０００ｓｃｃｍ〜約３０００ｓｃｃｍ、例えば、約１５００ｓｃｃｍの流量で、水素ガスを約１００,０００ｓｃｃｍ〜約３００,０００ｓｃｃｍ、例えば、約１５０,０００ｓｃｃｍの流量で供給し、ＲＦ電力を約０.２ワット／ｃｍ２〜約０.６ワット／ｃｍ２、例えば、約０.４５ワット／ｃｍ２を供給することによって形成することができる。
【００１９】
[0027]ステップ２４０で、ｉ型微結晶シリコン層の第２の領域は、基板１０２上に第１の堆積速度より大きい第２の堆積速度で形成される。真性型微結晶シリコン層の第２の領域は、約１０,０００オングストローム〜約３０,０００オングストローム厚、好ましくは約１６,０００〜約２０,０００オングストローム厚である。第２の領域は、約４００オングストローム／分より大きい堆積速度、例えば、約４００オングストローム／分〜約１５００オングストローム／分又は約５００オングストローム／分〜約６００オングストローム／分で堆積させることができる。バッファ層として機能する第１の領域の存在は、第２の領域をより高いＲＦ電力とより高い堆積速度を用いて堆積させることを可能にする。第２の領域は、シリコン含有ガスを約１,０００ｓｃｃｍ〜約６,０００ｓｃｃｍ、例えば、約３,０００ｓｃｃｍの流量で、水素ガスを約２００,０００ｓｃｃｍ〜約６００,０００ｓｃｃｍ、例えば、３００,０００ｓｃｃｍの流量で、ＲＦ電力を０.６ワット／ｃｍ２〜約１.３ワット／ｃｍ２、例えば、０.９ワット／ｃｍ２を供給することによって形成させることができる。
【００２０】
[0028]ステップ２５０で、真性型微結晶シリコン層１２４の第３の領域は、基板上に第２の堆積速度より低い第３の堆積速度で形成される。真性型微結晶シリコン層１２４の第３の領域は、約０〜約５００オングストローム厚、約５０オングストローム〜約４００オングストローム厚、例えば、約２００オングストローム〜約３００オングストローム厚である。第３の領域は、約１００オングストローム／分〜約３５０オングストローム／分、例えば、約１５０オングストローム／分〜約３００オングストローム／分の堆積速度で堆積させることができる。第３の領域は、前に堆積された真性型微結晶シリコン層１２４の第２の領域のパッシベーション層として機能する。高堆積速度で堆積される第２の領域は、平坦でない表面を形成する大きな微結晶シリコン結晶から構成される。ｎ型シリコン層１２６の第２の領域の平坦でない表面に直接堆積させると、平坦でないｎ型シリコン層１２６が生じるので、続いての層の均一な堆積を非常に困難にする。従って、真性型微結晶シリコン層の第３の領域を低堆積速度で堆積させることにより、続いての層の均一な堆積を可能にするより平坦な表面を持つ真性型微結晶シリコン層が生じる。第３の領域は、シランガスを約１,０００ｓｃｃｍ〜約３,０００ｓｃｃｍ、例えば、約１５００ｓｃｃｍの流量、水素ガスを約１００,０００ｓｃｃｍ〜約３００,０００ｓｃｃｍ、例えば、約１５０,０００ｓｃｃｍの流量、ＲＦ電力を０.２ワット／ｃｍ２〜約０.６ワット／ｃｍ２、例えば、約０.４５ワット／ｃｍ２で供給することによって形成することができる。真性型微結晶シリコン層の一実施形態は、図８に示される以下の性質を有する。
【００２１】
[0029]図３は、光又は太陽放射に向いている多接合太陽電池セルの概略図である。太陽電池セル３００は、本明細書に記載される方法を用いて形成される真性型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ-Ｓｉ層）３３４を備える。太陽電池セル３００は、基板３０２、例えば、ガラス基板、ポリマー基板、金属基板、又は薄膜が上部に形成される他の適切な基板を備える。太陽電池セル３００は、更に、基板３０２の上に形成された第１の透明導電酸化物（ＴＣＯ）層３１０と、第１のＴＣＯ層の上に形成された第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０と、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０の上に形成された第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０と、第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０の上に形成された第２のＴＣＯ層３４０と、第２のＴＣＯ層３４０の上に形成されたメタルバック層３５０を備える。光反射を減少させることによって光散乱を改善するために、基板及び／又はその上に形成された薄膜の１つ以上は、場合により、湿式プロセス、プラズマプロセス、イオンプロセス、及び／又は機械的プロセスによってテクスチャ処理されてもよい。
【００２２】
[0030]第１のＴＣＯ層３１０と第２のＴＣＯ層３４０は、各々、酸化スズ、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、スズ酸カドミウム、これらの組み合わせ、又は他の適切な材料を含むことができる。ＴＣＯ材料が追加のドーパントや成分を含んでもよいことは理解される。例えば、酸化亜鉛には、更に、ドーパント、例えば、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、他の適切なドーパントが含まれてもよい。酸化亜鉛は、好ましくは５原子％以下のドーパントを含み、より好ましくは２.５原子％以下のアルミニウムを含む。ある例において、第１のＴＣＯ層３１０がすでに備えられた基板３０２がガラス製造業者によって供給されてもよい。
【００２３】
[0031]第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０は、ｐ型アモルファスシリコン層３２２と、ｐ型アモルファスシリコン層３２２の上に形成された真性型アモルファスシリコン層３２４と、真性型アモルファスシリコン層３２４の上に形成された第１のｎ型シリコン層３２６を備えていてもよい。ある実施形態において、ｐ型アモルファスシリコン層３２２は、約６０オングストローム〜約３００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、真性型アモルファスシリコン層３２４は、約１,５００オングストローム〜約３,５００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、第１のｎ型シリコン層３２６は、約１００オングストローム〜約４００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、第１のｎ型シリコン層３２６は、ｎ型アモルファスシリコンとｎ型微結晶シリコンを含む二重層構造であり、ｎ型アモルファスシリコンが真性型アモルファスシリコン層３２４上に堆積されている。ある実施形態において、第１のｎ型シリコン層３２６は、微結晶シリコンを含む。
【００２４】
[0032]第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０は、ｐ型微結晶シリコン層３３２と、ｐ型微結晶シリコン層３３２の上に形成された真性型微結晶シリコン層３３４と、真性型微結晶シリコン層３３４の上に形成された第２のｎ型シリコン層３３６を備えることができ、ここで、第２のｎ型シリコン層は、微結晶シリコンか又はアモルファスシリコンである。ある実施形態において、ｐ型微結晶シリコン層３３２は、約１００オングストローム〜約４００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、真性型微結晶シリコン層３３４は、約１０,０００オングストローム〜約３０,０００オングストロームの厚さ、例えば、約１６,０００オングストローム〜約２０,０００の厚さに本明細書に記載される方法を用いて形成される場合がある。ある実施形態において、第２のｎ型シリコン層３３６は、約１００オングストローム〜約５００オングストロームの厚さに形成される場合がある。ある実施形態において、第２のｎ型シリコン層３３６は、アモルファスシリコン層である。ある実施形態において、第２のｎ型シリコン層３３６は、微結晶シリコン層である。
【００２５】
[0033]メタルバック層３５０には、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、これらの合金、又はこれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料が含まれてもよいが、これらに限定されない。太陽電池セル３００を形成するためにレーザスクライビングプロセスのような他のプロセスが行われてもよい。他の膜、材料、基板、及び／又はパッケージングは、メタルバック層３５０の上に設けられて、太陽電池セルを完成することができる。太陽電池セルを相互接続して、モジュールを形成してもよく、これを接続して、アレイを形成可能である。
【００２６】
[0034]太陽放射は、ｐ-ｉ-ｎ接合部３２０、３３０の真性層によって吸収され、電子正孔対に変換される。真性層を全体に伸びるｐ型層とｎ型層の間に生じる電界は、電子をｎ型層へ流れさせ、正孔をｐ型層へ流れさせ、電流が生成される。アモルファスシリコンと微結晶シリコンが太陽放射の異なる波長を吸収することから、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０は真性型アモルファスシリコン層３２４を備え、第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０は真性型微結晶シリコン層３３４を備える。それ故、太陽電池セル３００は、太陽放射スペクトルのより広い部分を捕捉するのでより効率が良い。アモルファスシリコンの真性層と微結晶の真性層は、アモルファスシリコンが微結晶シリコンより広いバンドギャップを持つので、太陽放射はまず真性型アモルファスシリコン層３２４に当たり、その後真性型微結晶シリコン層３３４に当たるような方法で積層される。第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０で吸収されなかった太陽放射は、第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０に続ける。
【００２７】
[0035]一態様において、太陽電池セル３００は、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０と第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０の間に金属トンネル層を用いる必要がない。第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０の第１のｎ型シリコン層３２６とｎ型微結晶シリコン層３３２は、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部３２０から第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０へ電子を流すことを可能にするトンネル接合部を与えるのに充分な導電性を持つ。
【００２８】
[0036]図４は、ｐ型微結晶シリコン層３３２と真性型微結晶シリコン層３３４の間に形成されるシード層を更に備える図３の多接合太陽電池セルの概略図である。ある実施形態において、シード層３６０は、約２０オングストローム〜約５００オングストローム、約５０オングストローム〜約３００オングストローム、例えば約１００オングストローム〜約２００オングストロームの厚さに形成することができる。シード層３６０は、ｐ型微結晶シリコン層と真性型微結晶シリコン層３３４の間により良い接触接着特性と境界特性を与えるのを援助すると思われる。シード層の低堆積速度は、シランベースのガスとＨ２の比が約１：１００〜約１：２０,０００、例えば、約１：２００〜約１：１,５００、例えば、１：１,０００のガス混合物によって制御することができ、他のプロセスパラメータはｉ型μｃ-Ｓｉ層３３４堆積と実質的に同様である。他の実施形態において、ｉ型μｃ-Ｓｉ層３３４の堆積は、シード層を堆積させる第１ステップと、バルクｉ型μｃ-Ｓｉ層３３４の堆積させるために本明細書に記載される第２ステップと、第３ステップと、第４ステップを持つ４ステップ堆積プロセスを含む場合がある。第１ステップのシード層堆積プロセスの堆積速度は、比較的低く、１００オングストローム／分未満であり、シランベースのガス：Ｈ２の比が、約１：１００〜約１：２,０００、例えば、１：２００〜１：１,５００、例えば、１：１,０００のガス混合物によって制御されている。
【００２９】
[0037]図５は、ｐ型微結晶シリコン層３３２とシード層３６０の間に形成されたアモルファスシリコンバリヤ層３７０を更に備える図３の多接合太陽電池セルの概略図である。ある実施形態において、アモルファスシリコンバリヤ層３７０は、約２０オングストローム〜約１００オングストローム、例えば、約３０オングストローム〜約９０オングストロームの厚さに形成される場合がある。アモルファスシリコンバリヤ層３７０がドーパント拡散バリヤ層として作用するので、ホウ素のようなドーパントによる真性型微結晶シリコン層３３４の汚染を防止すると思われる。シード層３６０で示したが、アモルファスバリヤ層３７０がシード層３６０を含まない構造で用いてもよいことは理解すべきである。
【００３０】
[0038]図６は、図１の太陽電池セル１００や図３、図４、図５の太陽電池セル３００のような太陽電池セルの１つ以上の太陽電池膜を堆積させることができるプラズマ増強型化学堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバの一実施形態の概略断面図である。適切なプラズマ増強型化学堆積チャンバには、ＡＫＴ４３００ＰＥＣＶＤやＡＫＴ６０Ｋが含まれ、いずれもカリフォルニア州サンタクララのＡＫＴＡｍｅｒｉｃａ社から入手可能である。
【００３１】
[0039]他の製造業者からのものを含む他の堆積チャンバが本発明を実施するのに用いられてもよいことも意図されている。
【００３２】
[0040]チャンバ６００は、一般的には、壁６０２と、底部６０４と、シャワーヘッド６１０と、反応域６０６を画成する基板支持体６３０とを含んでいる。反応域６０６は、基板６０１のような基板がチャンバ６００の内外に搬送されるようにバルブ６０８を通って接近される。基板支持体６３０は、基板を支持するための基板受容面６３２と、基板支持体６３０を上下するリフトシステム６３６に結合されたステム６３４を含んでいる。シャドウフレーム６３３は、場合により、基板６０１の周辺の上に配置される。リフトピン６３８は、基板の受容面６３２へ、また、受容面から基板を動かすために、基板支持体６３０を通して動かせるように配置される。基板支持体６３０は、基板支持体６３０を所要の温度に維持するように加熱素子及び／又は冷却素子６３９を含んでいてもよい。基板支持体６３０は、また、基板支持体６３０の周辺にＲＦ接地を与えるように接地ストラップ６３１を含んでいてもよい。接地ストラップの例は、Ｌａｗらの２０００年２月１５日に発行された米国特許第６,０２４,０４４号とＰａｒｋらの２００６年１２月２０日に出願された米国特許出願第１１／６１３,９３４号に開示され、これらはいずれも本開示内容に合致する範囲で本明細書に全体で援用されている。
【００３３】
[0041]シャワーヘッド６１０は、サスペンション６１４によってその周辺のバッキングプレート６１２に結合されている。シャワーヘッド６１０は、また、シャワーヘッド６１０の直線性及び／又は曲線性をたわめるのを避ける及び／又は制御するのを援助するように一つ以上の中央支持体６１６によってバッキングプレートに結合されてもよい。ガス源６２０は、バッキングプレート６１２を通って、また、シャワーヘッド６１０を通って基板受容面６３２にガスを供給するようにバッキングプレート６１２に結合されている。真空ポンプ６０９は、所要の圧力に反応域６０６を制御するようにチャンバ６００に結合されている。ＲＦ電源６２２は、シャワーヘッド６１０にＲＦ電力を供給するようにバッキングプレート６１２及び／又はシャワーヘッド６１０に結合されているので、電界がシャワーヘッドと基板支持体の間に作り出されて、シャワーヘッド６１０と基板支持体６３０の間のガスからプラズマを生成することができる。約０.３ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの周波数のような様々なＲＦ周波数が用いられてもよい。一実施形態において、ＲＦ電源は、１３.５６ＭＨｚの周波数で与えられる。シャワーヘッドの例は、２００２年１１月１２日に公開されたＷｈｉｔｅらの米国特許第６,４７７,９８０号、２００６年１１月１７日に公開されたＣｈｏｉらの米国公開第２００５０２５１９９０号、２００６年３月２３日に公開されたＫｅｌｌｅｒらの米国公開第２００６／００６０１３８号に開示されており、これらはすべて本開示内容に合致する範囲で本明細書に全体で援用されている。
【００３４】
[0042]ガス源とバッキングプレートの間に誘導結合遠隔プラズマ源のような遠隔プラズマ源６２４が結合されてもよい。基板の処理の間の間隔で、洗浄ガスが遠隔プラズマ源６２４に供給することができるので、遠隔プラズマが生成されるとともにチャンバ構成要素に供給される。洗浄ガスは、更に、シャワーヘッドに供給されるＲＦ電源６２２によって励起されてもよい。適切な洗浄ガスとしては、ＮＦ３、Ｆ２、及びＳＦ６が挙げられがこれらに限定されない。遠隔プラズマ源の例は、１９９８年８月４日に発行されたＳｈａｎｇらの米国特許第５,７８８,７７８号に開示され、本開示内容に合致する範囲で本明細書に援用されている。
【００３５】
[0043]図１の太陽電池セルや図３、図４、図５の太陽電池セル３００のシリコン層の１つ以上のような１つ以上のシリコン層のための堆積法には、図６のプロセスチャンバ又は他の適切なチャンバにおける以下の堆積パラメータが含まれてもよい。表面積が１０,０００ｃｍ２以上、好ましくは４０,０００ｃｍ２以上、より好ましくは５５,０００ｃｍ２以上の基板がチャンバに準備される。処理した後、基板がより小さな太陽電池セルを形成するように切断されてもよいことは理解される。
【００３６】
[0044]一実施形態において、加熱素子及び／又は冷却要素６３９は、約４００℃以下、好ましくは約１００℃〜約４００℃、より好ましくは約１５０℃〜約３００℃、例えば、約２００℃の堆積中の基板支持体の温度を与えるように設定されてもよい。
【００３７】
[0045]基板受容面６３２上に配置された基板の最上面とシャワーヘッド６１０の間の堆積中の間隔は、４００ミル〜約１,２００ミル、好ましくは４００ミル〜約８００ミルであってもよい。
【００３８】
[0046]シリコン膜を堆積するために、シリコンベースのガスと水素ガス（Ｈ２）が供給される。適切なシリコンベースのガスとしては、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化シリコン(ＳｉＦ４）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。ｐ型シリコン層のｐ型ドーパントは、各々がホウ素又はアルミニウムのようなＩＩＩ族の元素を含んでいてもよい。好ましくは、ホウ素がｐ型ドーパントとして用いられる。ホウ素含有源の例としては、トリメチルボロン（ＴＭＢ（或いはＢ(ＣＨ３)３））、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、ＢＦ３、Ｂ(Ｃ２Ｈ５)３、及び同様の化合物が挙げられる。好ましくは、ＴＭＢがｐ型ドーパントとして用いられる。ｎ型シリコン層のｎ型ドーパントは、各々、リン、砒素、或いはアンチモンのようなＶ族元素を含んでもよい。好ましくは、リンは、ｎ型ドーパントとして用いられる。リン含有源の例としては、ホスフィン及び同様の化合物が挙げられる。ドーパントは、典型的には、水素、アルゴン、ヘリウム、他の適切な化合物のようなキャリヤガスと供給される。本明細書に開示されるプロセス用法において、水素ガスの全流量が供給される。それ故、水素ガスがドーパントのためのようなキャリヤガスとして供給される場合には、キャリヤガスの流量を水素の全流量から引いて、どのくらいの追加の水素ガスをチャンバへ供給されなければならないかを決定しなければならない。
【００３９】
[0047]図３-図５のシリコン層３２２のようなｐ型アモルファスシリコン層を堆積させる或る実施形態は、水素ガスとシラン含有ガスのガス混合物を約２０：１以下の比で供給することを含んでもよい。シランガスは、約１０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。水素ガスは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。トリメチルボロンは、約０.５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンがキャリヤガス中０.５％モル又は容積濃度で供給される場合には、ドーパント／キャリヤガス混合物は、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２００／Ｌの流量で供給されてもよい。メタンは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜２００ｓｃｃｍ／Ｌの流速で供給されてもよい。本開示における流量は、チャンバ内容積当たりｓｃｃｍとして表される。チャンバ内容積は、ガスが占有し得るチャンバの内部の容積として定義される。例えば、チャンバ６００のチャンバ内容積は、シャワーヘッドアセンブリ(即ち、シャワーヘッド６１０、サスペンション６１４、中央支持体６１６を含む)と基板支持アセンブリ(即ち、基板支持体６３０、接地ストラップ６３１)によってその中に占める容積を引いたバッキングプレート６１２とチャンバの壁６０２と底部６０４によって画成される容積である。約１５ミリワット／ｃｍ２〜約２００ミリワット／ｃｍ２のＲＦ電力がシャワーヘッドに供給されてもよい。本開示におけるＲＦ電力は、基板面積当たり電極に供給されるワットとして表される。例えば、１０,３８５ワットのＲＦ電力が２２０ｃｍ×２６０ｃｍの寸法を持つ基板を処理するためにシャワーヘッドに供給される場合、ＲＦ電力は、１０,３８５ワット／（２２０ｃｍ×２６０ｃｍ）＝１８０ミリワット／ｃｍ２になる。チャンバの圧力は、約０.１トール〜約２０トール、好ましくは約１トール〜約４トールに維持される。ｐ型アモルファスシリコン層の堆積速度は、約１００オングストローム／分以上であってもよい。Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ２Ｈ２のようなメタン又は他の炭素含有化合物は、ｐ型アモルファスシリコン層の窓特性（例えば、太陽放射の吸収がより小さい）を改善するために使用可能である。従って、増加した量の太陽放射が真性層を通って吸収することができるので、セル効率が改善される。
【００４０】
[0048]図３-図５のシリコン層３２４のような真性型アモルファスシリコン層を堆積させるある実施形態は、水素ガスとシラン含有ガスのガス混合物を約２０：１以下の比で供給することを含む。シランガスは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。水素ガスは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。約１５ミリワット／ｃｍ２〜約２５０ミリワット／ｃｍ２のＲＦ電力がシャワーヘッドに供給されてもよい。チャンバの圧力は、約０.１トール〜２０トール、好ましくは約０.５トール〜約５トールに維持されてもよい。真性型アモルファスシリコン層の堆積速度は、約１００オングストローム／分以上であってもよい。
【００４１】
[0049]図３-図５の第１のｎ型シリコン層３２６のようなｎ型シリコン層を堆積させるある実施形態は、水素ガスとシランガスを約１０００：１以下の比で供給することを含む。シランガスは、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２５０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。水素ガスは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。ホスフィンは、約０.００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０.１５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。言い換えれば、ホスフィンがキャリヤガス中０.５％モル又は容積濃度で供給される場合には、ドーパント／キャリヤガス混合物は、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。約１５ミリワット／ｃｍ２〜約１０００ミリワット／ｃｍ２のＲＦ電力がシャワーヘッドに供給されてもよい。チャンバの圧力は、約０.１トール〜約２０トール、好ましくは約０.５トール〜約１２トールに維持されてもよい。第１のｎ型シリコン層３２６の堆積速度は、約２００オングストローム／分以上であってもよい。
【００４２】
[0050]図３-図５の層３３２又は図１の層１２２のようなｐ型微結晶シリコン層を堆積させるある実施形態は、水素ガスとシリコン含有ガスのガス混合物を約２００：１以上の比で供給することを含む場合がある。シランガスは、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。水素ガスは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約６，０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。トリメチルボロンは、約０.００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０.０５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンがキャリヤガス中０.５％モル又は容積濃度で供給される場合には、ドーパント／キャリヤガス混合物は、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。約５０ミリワット／ｃｍ２〜約１０００ミリワット／ｃｍ２のＲＦ電力がシャワーヘッドに供給されてもよい。チャンバの圧力は、約１トール〜約１００トール、好ましくは約３トール〜約２０トール、より好ましくは４トールから約１２トールに維持されてもよい。ｐ型微結晶シリコンコンタクト層の堆積速度は、約１０オングストローム／分以上であってもよい。ｐ型微結晶シリコンコンタクト層の結晶分率は、約２０パーセント〜約８０パーセント、好ましくは５０パーセント〜約７０パーセントである。
【００４３】
[0051]図３-図５のシリコン層３３４のような真性型微結晶シリコン層を堆積させるある実施形態は、真性型微結晶シリコン層１２４に関して上記のように堆積される場合がある。
【００４４】
[0052]図３-図５の第２のｎ型シリコン層３３６のようなｎ型アモルファスシリコン層或いはｎ型微結晶シリコン層を堆積させるある実施形態は、水素ガスとシラン含有ガスのガス混合物を約５：１以上の比で供給することを含む場合がある。シランガスは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。水素ガスは、約１００ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２,０００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。ホスフィンは、約０.０５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１.５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。言い換えれば、ホスフィンがキャリヤガス中０.５％モル又は容積濃度で供給される場合には、ドーパント／キャリヤガスは、約１０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で供給されてもよい。約１００ミリワット／ｃｍ２〜約９００ミリワット／ｃｍ２のＲＦ電力がシャワーヘッドに供給されてもよい。チャンバの圧力は、約１トール〜約１００トール、好ましくは約３トール〜約２０トール、より好ましくは３トール〜約１２トールに維持されてもよい。ｎ型微結晶シリコン層或いはｎ型アモルファスシリコン層の堆積速度は、約５０オングストローム／分以上であってもよい。ｎ型微結晶シリコン層の結晶分率は、約２０パーセント〜約８０パーセント、好ましくは５０パーセント〜約７０パーセントである。
【００４５】
[0053]図７は、図６のＰＥＣＶＤチャンバ６００或いはシリコン膜を堆積することができる他の適切なチャンバのような複数のプロセスチャンバ７３１-７３７を有するプロセスシステム７００の一実施形態の概略平面図である。プロセスシステム７００は、ロードロックチャンバ７１０とプロセスチャンバ７３１-７３７に結合された搬送チャンバ７２０を含む。ロードロックチャンバ７１０は、基板をシステム外部の周囲環境と搬送チャンバ７２０とプロセスチャンバ７３１-７３７内の真空環境の間を搬送させることを可能にする。ロードロックチャンバ７１０は、一つ以上の基板を保持する一つ以上の排出可能領域を含んでいる。排出可能領域は、システム７００に基板を導入している間にポンプダウンされており、システム７００から基板を送出させている間は換気されている。搬送チャンバ７２０は、ロードロックチャンバ７１０とプロセスチャンバ７３１-７３７の間で基板を搬送するように適合される、内部に配置された少なくとも１つの真空ロボット７２２を有する。７つのプロセスチャンバが図７に示されている。しかしながら、システムは適切ないかなる数のプロセスチャンバを有してもよい
[0054]本発明のある実施形態において、一システム７００は、図３-図５の第１のｐ-ｉ-ｎ接合部のような多接合太陽電池セルの１つ又は複数の真性型アモルファスシリコン層を備える第１のｐ-ｉ-ｎ接合部を堆積させるように構成される。プロセスチャンバ７３１-７３７の１つは、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の１つ又は複数のｐ型シリコン層を堆積させるように構成され、残りのプロセスチャンバ７３１-７３７は、各々、１つ又は複数の真性型アモルファスシリコン層と１つ又は複数のｎ型シリコン層の双方を堆積させるように構成される。第１のｐ-ｉ-ｎ接合部の真性型アモルファスシリコン層とｎ型シリコン層は、堆積ステップ間においてパッシベーションプロセスを行うことなく同一チャンバ内で堆積させることができる。従って、基板は、ロードロックチャンバ７１０を通ってシステムに入り、ｐ型シリコン層を堆積させるように構成された専用のプロセスチャンバへ真空ロボットによって搬送され、真性型シリコン層とｎ型シリコン層の双方を堆積させるように構成された残りのプロセスチャンバの１つへ真空ロボットによって搬送され、ロードロックチャンバ７１０に真空ロボットによって搬送される。ある実施形態において、基板をプロセスチャンバで処理して、ｐ型シリコン層を形成する時間は、単一チャンバ内で真性型アモルファスシリコン層とｎ型シリコン層を形成する時間より約４倍以上速くなり、好ましくは１５倍以上速くなる。それ故、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部を堆積させるシステムのある実施形態において、ｐチャンバとｉ／ｎチャンバの比は、１：４以上、好ましくは１：６以上である。プロセスチャンバのプラズマ洗浄ができる時間を含むシステムの処理量は、約２０基板／時間以上が可能である。
【００４６】
[0055]本発明のある実施形態において、一システム７００は、図３-図５の第２のｐ-ｉ-ｎ接合部３３０のような多接合太陽電池セルの１つ又は複数の真性型微結晶シリコン層を備える第２のｐ-ｉ-ｎ接合部を堆積させるように構成される。プロセスチャンバ７３１-７３７の１つは、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部のｐ型シリコン層を堆積させるように構成され、残りのプロセスチャンバ７３１-７３７は、各々、真性型微結晶シリコン層とｎ型シリコン層の双方を堆積させるように構成される。第２のｐ-ｉ-ｎ接合部の真性型微結晶シリコン層とｎ型シリコン層は、堆積ステップ間においてパッシベーションプロセスを行うことなく同一チャンバ内で堆積されてもよい。
【００４７】
[0056]微結晶シリコン膜を堆積させる改善方法が提供される。上記方法は、有利には、下に横たわる層をほとんど損傷せずに太陽電池セルにおける微結晶シリコン層の堆積速度を増加させる。高堆積速度は、微結晶シリコン層を備える太陽電池セルの処理時間を減少させ、生産コストを低下させつつ製造処理量を増加させる。
【００４８】
[0057]上記は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の多くの実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく構成されてもよく、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。例えば、図４のプロセスチャンバは、水平位置で示してきた。本発明の他の実施形態において、プロセスチャンバが垂直のような水平でない位置でもよいことも理解される。例えば、本発明の実施形態は、図７におけるマルチプロセスチャンバクラスタツールを参照して説明してきた。本発明の実施形態がインラインシステムやハイブリッドインライン／クラスタシステムにおいて実施可能であることも理解される。例えば、本発明の実施形態は、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部と第２のｐ-ｉ-ｎ接合部を形成するように構成された第１のシステムを参照して説明してきた。本発明の他の実施形態において、第１のｐ-ｉ-ｎ接合部と第２のｐ-ｉ-ｎ接合部が単一のシステムにおいて形成可能であることも理解される。例えば、本発明の実施形態は、真性型層とｎ型層の双方を堆積させるように適合されたプロセスチャンバを参照して説明してきた。本発明の他の実施形態において、別々のチャンバが真性型層とｎ型層を堆積させるように適合可能であることも理解される。本発明の他の実施形態において、プロセスチャンバがｐ型層と真性型層の双方を堆積させるように適合可能であることも理解される。
【符号の説明】
【００４９】
１００…太陽電池セル、１０２…基板、１１０…第１の透明導電層、１２０…ｐ-ｉ-ｎ接合部、１２２…ｐ型微結晶シリコン層、１２４…真性型微結晶シリコン層、１２６…ｎ型シリコン層、１４０…第２の透明導電層、１５０…メタルバック層、３００…太陽電池セル、３０２…基板、３１０…第１の透明導電層、３２０…第１のｐ-ｉ-ｎ接合部、３２２…ｐ型アモルファスシリコン層、３２４…真性型アモルファスシリコン層、３２６…第１のｎ型シリコン層、３３０…第２のｐ-ｉ-ｎ接合部、３３２…ｐ型微結晶シリコン層、３３４…真性型微結晶シリコン層、３３６…第２のｎ型シリコン層、３４０…第２の透明導電層、３５０…メタルバック層、３６０…シード層、３７０…アモルファスシリコンバリヤ層、６００…チャンバ、６０２…壁、６０４…底部、６０６…処理域、６０８…バルブ、６０９…真空ポンプ、６１０…シャワーヘッド、６１２…バッキングプレート、６１４…サスペンション、６１６…中央支持体、６２０…ガス源、６２２…ＲＦ電源、６２４…遠隔プラズマ源、６３０…基板支持体、６３１…接地ストラップ、６３２…基板受容面、６３３…シャドウフレーム、６３４…ステム、６３６…リフトシステム、６３８…リフトピン、６３９…加熱素子及び／又は冷却素子、７００…プロセスシステム、７１０…ロードロックチャンバ、７２０…搬送チャンバ、７２２…真空ロボット、７３１-７３７…プロセスチャンバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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