(57)【要約】  本発明の実施形態は一般的に、太陽電池および太陽電池を形成するための方法および装置に関する。さらに詳細には、本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池および薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置に関する。本発明の実施形態はまた、改善型薄膜シリコン太陽電池および改善型薄膜シリコン太陽電池を形成するための方法および装置を含み、太陽電池における層のうちの１つまたは複数の層は、改善した電気的特徴および機械的特性を有し、従来の非晶質シリコン堆積プロセスより何倍も速い速度で堆積されることができる少なくとも１つの非晶質シリコン層を備える。【選択図】  図１
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【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を形成する方法において、
基板に第１の光起電力接合を形成するステップと、
前記第１の光起電力接合の上に第２の光起電力接合を形成するステップであって、
ｐ型微晶質シリコン層を形成する工程、
前記ｐ型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成する工程であって、前記真性型微晶質シリコン層が形成されるときに、１つまたは複数のプロセス変数が、真性型微晶質シリコン層の厚さ内の２箇所以上の点で結晶留分を制御するように調整される工程、
前記真性型微晶質層の上にｎ型非晶質シリコン層を形成する工程、
を備える前記ステップと、
を備える、前記方法。
【請求項２】
前記第１の光起電力接合が、
ｐ型非晶質シリコン層を形成するステップと、
前記ｐ型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成するステップと、
前記真性型非晶質シリコン層の上にｎ型微晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項３】
前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性型非晶質シリコン層との間に、ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層を形成するステップをさらに備える、請求項２に記載の形成方法。
【請求項４】
前記真性型非晶質シリコン層と前記ｎ型微晶質シリコン層との間に、ｎ型非晶質シリコン緩衝層を形成するステップをさらに備える、請求項２に記載の形成方法。
【請求項５】
前記ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層が、約２０：１〜約３０：１の水素ガス対シランガスの比を有するガス混合物によって堆積される、請求項３に記載の形成方法。
【請求項６】
前記真性型微晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記真性型微晶質シリコン層を形成する前記ステップ中に、第１のガスとシランガスとの間の比を調整する工程をさらに備え、前記第１のガスが、水素を含む、請求項１に記載の形成方法。
【請求項７】
前記第１のガス対シランガスの比が、約２０：１〜約２００：１で制御される、請求項６に記載の形成方法。
【請求項８】
前記水素ガスのガス流が、堆積中に減少される、請求項７に記載の形成方法。
【請求項９】
前記ｎ型微晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
約１００：１〜約４００：１の水素対シランのガス比を有するガス混合物を供給して、前記ｎ型微晶質シリコン層を堆積する工程をさらに備える、請求項２に記載の形成方法。
【請求項１０】
前記ｐ型微晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
約２００：１〜約８００：１の水素対シランのガス比を有するガス混合物を供給して、前記ｐ型微晶質シリコン層を堆積する工程をさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項１１】
前記第２の光起電電池において、前記ｎ型非晶質シリコン層の上に、高密度にドープされるｎ型非晶質シリコン層を形成するステップをさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項１２】
前記高密度にドープされるｎ型非晶質シリコン層が、約３００Å未満の厚さを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ｐ型微晶質シリコン層を形成する前に、前記基板に水素処置プロセスを行うステップであって、前記水素処置が、
前記基板の前記表面に向かって水素を含むガスを分配する工程、
前記基板の前記表面の上にＲＦプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項１４】
前記真性型微晶質シリコン層を形成する前に、前記基板に水素処置プロセスを行うステップであって、前記水素処置が、
前記基板表面の上に配列される前記ｐ型微晶質シリコン層に向かって水素を含むガスを分配する工程、
前記ｐ型微晶質シリコン層の前記表面の上にＲＦプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項１５】
前記ｐ型非晶質シリコン層を堆積する前に、アルゴン処置プロセスを行うステップであって、前記アルゴン処置が、
前記基板の表面に向かってアルゴンを含むガスを分配する工程、
前記基板の前記表面の上にＲＦプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項２に記載の形成方法。
【請求項１６】
前記第１の光起電力接合と前記第２の光起電力接合との間に、界面層を形成するステップをさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項１７】
前記界面層が、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つから選択される、請求項１６に記載の形成方法。
【請求項１８】
前記基板と、前記ｐ型非晶質シリコン層との間に、第１の上部界面層を形成するステップをさらに備える、請求項２に記載の形成方法。
【請求項１９】
前記第１の上部界面層が、高密度にドープされたｐ型非晶質シリコン層、ｐ型微晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つである、請求項１８に記載の形成方法。
【請求項２０】
前記ｐ型微晶質シリコン層が、約１×１０１８原子／ｃｍ２〜約１×１０２０原子／ｃｍ２のホウ素濃度を有する、請求項１に記載の形成方法。
【請求項２１】
前記ｎ型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記基板の表面にシランガスを第１の流量で分配する工程、
水素対シランの希釈比が約５．０〜約９．０であるように水素を含有するガスを分配する工程、
約１：１〜約１：３のドーピング前駆物質ガス対シランガスの混合比であるような流量で、ドーピング前駆物質ガスを分配する工程、
約１〜約３トールで前記基板の表面に隣接する処理体積における圧力を制御する工程、を備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項２２】
前記ｐ型微晶質シリコン層を形成した後に、前記基板の表面の上にＲＦプラズマを生成するステップであって、前記ｐ型微晶質シリコン層を形成するステップおよび前記ＲＦプラズマを生成するステップが、
第１のプロセスチャンバにおいて行われるステップと、
前記基板を第２のプロセスチャンバに移送し、次に、前記真性型微晶質シリコン層および前記ｎ型非晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項２３】
基板の上に薄膜多接合太陽電池を形成する方法において、
基板に第１の光起電力接合を形成するステップであって、
ｐ型非晶質シリコン層を形成する工程、
前記ｐ型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成する工程であって、前記真性型非晶質シリコン層が、ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層およびバルク真性型非晶質シリコン層を含む工程、
前記真性型非晶質シリコン層の上にｎ型微晶質シリコン層を形成する工程、
を備える、前記ステップと、
前記第１の光起電力接合の上に第２の光起電力接合を形成するステップであって、
ｐ型微晶質シリコン層を形成する工程、
前記ｐ型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成する工程、
前記真性型微晶質シリコン層の上にｎ型非晶質シリコン層を形成する工程、
を備える、前記ステップと、
を備える、形成方法。
【請求項２４】
前記真性型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記真性型非晶質シリコン層を堆積するように供給されるガス混合物を調整する工程であって、前記ガス混合物が、少なくともシランガスおよび水素ガスを含む工程をさらに備える、請求項２３に記載の形成方法。
【請求項２５】
前記バルク真性型非晶質シリコン層を堆積するために利用される前記水素ガス流を還元するステップをさらに備える、請求項２４に記載の形成方法。
【請求項２６】
前記ガス混合物を調整する前記ステップが、約２５：１〜約１２．５：１の水素対シランのガスの比を制御する工程をさらに備える、請求項２４に記載の形成方法。
【請求項２７】
前記第１の光起電力接合と前記第２の光起電力接合との間に界面層を形成するステップをさらに備える、請求項２３に記載の形成方法。
【請求項２８】
前記界面層が、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つから選択される、請求項２７に記載の形成方法。
【請求項２９】
前記バルク真性型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記基板の表面に隣接する処理体積に第１の流量でシランガスを分配する工程、
水素対シランの希釈比が、約８〜約１５であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
処理体積における圧力を第１の圧力に制御する工程、
をさらに備え、
前記バルク真性型非晶質シリコン層を形成する前に、前記ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層を形成するステップであって、前記ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記処理体積に第２の流量でシランガスを分配する工程、
前記第２の流量に対する前記水素を含有するガスの前記流量の比が、約２０〜約５０であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
前記処理体積における圧力を前記第１の圧力より大きいかまたは等しい圧力に制御する工程をさらに備える、請求項２３に記載の形成方法。
【請求項３０】
前記ｐ型非晶質シリコン層を形成した後で、前記基板の表面の上にＲＦプラズマを生成するステップであって、前記ｐ型非晶質シリコン層を形成するステップおよび前記ＲＦプラズマを生成するステップが、
第１のプロセスチャンバにおいて行われるステップと、
前記基板を第２のプロセスチャンバに移送し、次に、前記真性型非晶質シリコン層および前記ｎ型微晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項２３に記載の形成方法。
【請求項３１】
第１の光起電力接合および第２の光起電力接合を備えるタンデム接合光起電デバイスであって、前記第１の光起電力接合が、
ｐ型非晶質シリコン層と、
ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層と、
バルク真性型非晶質シリコン層と、
ｎ型微晶質シリコン層と、を備え、前記第２の光起電力接合が、
ｐドープ微晶質シリコン層と、
真性型微晶質シリコン層と、
前記真性型微晶質シリコン層に隣接するｎドープ非晶質シリコン層と、
を備える、タンデム接合光起電デバイス。
【請求項３２】
前記第１の光起電力接合と前記第２の光起電力接合との間に配列される界面層をさらに備える、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記第１の光起電力接合と基板との間に配列される第１の上部界面層をさらに備える、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記第１の上部界面層が、高密度にドープされたｐ型非晶質シリコン層、ｐ型微晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つである、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記真性型微晶質シリコン層に隣接する前記ｎドープ非晶質シリコン層と接触状態にある前記第２の光起電力接合の上に配列される第２の下部界面層をさらに備える、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記第２の下部界面層が、高密度にドープされたｎ型非晶質シリコン層、ｎ型微晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つである、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記真性型微晶質シリコン層が、多重ステップ堆積プロセスによって形成され、各堆積ステップが、異なる水素対シランのガス比を有する、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３８】
水素対シランのガス比が、前記真性型微晶質シリコン層を堆積するために使用される各連続堆積ステップにおいて減少される、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層および前記バルク真性型非晶質シリコン層が、水素対シランのガス比を変化させることによって、１つの処理チャンバにおいて堆積される、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記バルク真性型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記基板の表面に隣接する処理体積に第１の流量でシランガスを分配する工程、
水素対シランの希釈比が、約８〜約１５であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
処理体積における圧力を第１の圧力に制御する工程、
をさらに備え、
前記バルク真性型非晶質シリコン層を形成する前に、前記ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層を形成するステップであって、前記ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記処理体積に第２の流量でシランガスを分配する工程、
前記第２の流量に対する前記水素を含有するガスの前記流量の比が、約２０〜約５０であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
前記処理体積における圧力を前記第１の圧力より大きいかまたは等しい圧力に制御する工程をさらに備える、請求項３１に記載の形成方法。
【請求項４１】
前記ｐ型非晶質シリコン層を形成した後で、前記基板の表面の上にＲＦプラズマを生成するステップであって、前記ｐ型非晶質シリコン層を形成するステップおよび前記ＲＦプラズマを生成するステップが、
第１のプロセスチャンバにおいて行われるステップと、
前記基板を第２のプロセスチャンバに移送し、次に、前記バルク真性型非晶質シリコン層および前記ｎ型微晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項３１に記載の形成方法。
【請求項４２】
前記ｐ型非晶質シリコン層を堆積する前に、前記基板に水素処置プロセスを行うステップであって、前記水素処置が、
前記基板の前記表面に向かって水素を含むガスを分配する工程、
前記基板の前記表面の上にＲＦプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項３１に記載の形成方法。
【請求項４３】
前記バルク真性型非晶質シリコン層を堆積する前に、前記基板に水素処置プロセスを行うステップであって、前記水素処置が、前記基板表面の上に配列される前記ｐ型非晶質シリコン層に向かって水素を含むガスを分配する工程と、前記ｐ型非晶質シリコン層の上にＲＦプラズマを生成する工程と、を備えるステップをさらに備える、請求項３１に記載の形成方法。
【請求項４４】
第１の光起電力接合および第２の光起電力接合を備え、前記第２の光起電力接合が、
ｐドープ微晶質シリコン層と、
真性型微晶質シリコン層であって、前記真性型微晶質シリコン層が、多重ステップ堆積プロセスによって形成され、各堆積ステップが、各堆積ステップにおいて異なる膜結晶留分を形成するために、異なる水素対シランの比を有するガス混合物を有する、真性型微晶質シリコン層と、
前記真性型微晶質シリコン層に隣接するｎドープ非晶質シリコン層と、
を備える、タンデム接合光起電デバイス。
【請求項４５】
前記ガス混合物において供給される水素対シランのガス比が、約２０：１〜約２００：１である、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記ガス混合物において供給される水素対シランのガス比が、各堆積ステップにおいて減少される、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記真性型微晶質シリコン層が、多重ステップ堆積プロセスによって形成され、堆積ステップに関して供給される水素対シランの比が、約１００：１、９５：１、９０：１および８５：１である、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記第１の光起電力接合と前記第２の光起電力接合との間に配列される界面層をさらに備え、前記界面層が、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つである、請求項４４に記載のデバイス。
【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、太陽電池および太陽電池を形成するための方法および装置に関する。さらに詳細には、本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池および薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置に関する。
【０００２】
関連技術の詳細
[0002]太陽電池は、太陽放射および他の光を使用可能な電気エネルギに変換する。エネルギ変換は、光起電力効果の結果として生じる。太陽電池は、結晶材料または非結晶材料または微晶質材料から形成されてもよい。一般的に、今日、大量生産される太陽電池には、主に結晶シリコン太陽電池および薄膜太陽電池の２種類がある。結晶シリコン太陽電池は典型的に、単結晶基板（すなわち、純シリコンの単一結晶基板）または多数結晶シリコン基板（すなわち、ポリ結晶またはポリシリコン）のいずれかを使用する。追加膜層は、シリコン基板の上に堆積され、光の捕捉を改善し、電気回路を形成し、デバイスを保護する。薄膜太陽電池は、適切な基板の上に堆積される材料の薄層を使用し、１つまたは複数のｐ−ｎ接合を形成する。適切な基板は、ガラス、金属およびポリマー基板を含む。薄膜太陽電池の特性は、光に曝されると、時間と共に劣化し、デバイスの安定性を所望より低下させる可能性があることが分かっている。劣化する可能性がある代表的な太陽電池特性は、曲線因子（ＦＦ）、短絡回路電流および開回路電圧（Ｖｏｃ）である。
【０００３】
[0003]現在の薄膜太陽電池に関する問題点は、効率が低いことと、コストが高いことを含む。したがって、改善した薄膜太陽電池、および工場環境において改善した薄膜太陽電池を形成するための方法および装置に対する需要がある。また、高い曲線因子、高い短絡回路電流、高い開回路電圧および良好なデバイス安定性を有する高い安定性のｐ−ｉ−ｎ太陽電池を作成するプロセスに関する需要もある。
【発明の開示】
【０００４】
[0004]本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池および薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置に関する。一実施形態において、基板の上に薄膜多接合太陽電池を形成する方法は、第１のｐ−ｉ−ｎ接合を形成することと、第１のｐ−ｉ−ｎ接合の上に第２のｐ−ｉ−ｎ接合を形成することと、を含む。第１のｐ−ｉ−ｎ接合を形成することは、ｐ型非晶質シリコン層を形成することと、ｐ型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成することと、真性型非晶質シリコン層の上にｎ型微晶質シリコン層を形成することと、を備える。第２のｐ−ｉ−ｎ接合を形成することは、ｐ型微晶質シリコン層を形成することと、ｐ型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成することと、真性型微晶質層の上にｎ型非晶質シリコン層を形成することと、を備えてもよい。一実施形態において、薄膜多接合太陽電池を形成するための装置は、第１のｐ−ｉ−ｎ接合を形成するように構成された少なくとも１つの第１のシステムと、第１のｐ−ｉ−ｎ接合の上に第２のｐ−ｉ−ｎ接合を形成するように構成された少なくとも１つの第２のシステムと、を備える。第１のシステムは、ｐ型非晶質シリコン層を堆積するように構成された１つのｐ型チャンバと、真性型非晶質シリコン層およびｎ型微晶質シリコン層を堆積するようにそれぞれ構成された複数のｉ／ｎチャンバと、を備えてもよい。第２のシステムは、ｐ型微晶質シリコン層を堆積するように構成された１つのｐ型チャンバと、真性型微晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層を堆積するようにそれぞれ構成された複数のｉ／ｎチャンバと、を備えてもよい。
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、基板の上に薄膜多接合太陽電池を形成する方法であって、基板に第１の光起電力接合を形成することと、第１の光起電力接合の上に第２の光起電力接合を形成することと、を備え、ｐ型微晶質シリコン層を形成することと、ｐ型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成することと、真性型微晶質シリコン層が形成されるときに、１つまたは複数のプロセス変数は、真性型微晶質シリコン層の厚さ内の２箇所以上の点で結晶留分を制御するように調整されることと、真性型微晶質層の上にｎ型非晶質シリコン層を形成することと、を備える方法をさらに提供してもよい。
【０００６】
[0006]本発明の実施形態は、基板の上に薄膜多接合太陽電池を形成する方法であって、基板に第１の光起電力接合を形成することを備え、ｐ型非晶質シリコン層を形成することと、ｐ型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成することを備え、真性型非晶質シリコン層は、ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層およびバルク真性型非晶質シリコン層を含み、真性型非晶質シリコン層の上にｎ型微晶質シリコン層を形成することと、第１の光起電力接合の上に第２の光起電力接合を形成することと、を備え、ｐ型微晶質シリコン層を形成することと、ｐ型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成することと、真性型微晶質層の上にｎ型非晶質シリコン層を形成することと、を備える方法を提供してもよい。
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は、タンデム接合光起電力デバイスであって、第１の光起電力接合および第２の光起電力接合を備え、第２の光起電力接合は、ｐドープ微晶質シリコン層、真性型微晶質シリコン層を備え、真性型微晶質シリコン層は、多重ステップ堆積プロセスによって形成され、各堆積ステップは水素対シランの異なる比を有するガス混合物を有し、各堆積ステップにおいて異なる膜結晶留分を形成し、ｎドープ非晶質シリコン層は、真性型微晶質シリコン層に隣接するデバイスをさらに提供してもよい。一実施形態において、水素対シランの異なる比は、真性型微晶質シリコン層の全体厚さにわたって均一に形成される結晶留分を制御する。
【０００８】
[0008]本発明の上記で記載した特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に概要を述べた本発明のさらに詳細な説明は、実施形態を参照して行われてもよく、実施形態の一部は添付図面に図示される。
【０００９】
[0019]しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを図示しており、したがって、本発明は、他の等しく効果的な実施形態を認めてもよいことから、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意すべきである。
【００１０】
[0020]理解を容易にするために、可能である場合には、図面に対して共通である同一の要素を表すために、同一の参照符号が使用される。
【詳細な形態】
【００１１】
[0021]本発明の実施形態は、改善型薄膜多接合太陽電池および改善型薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置を含む。図１は、光または太陽放射１０１に向けられた多接合太陽電池１００の一定の実施形態の概略図である。太陽電池１００は、基板の上に形成される薄膜を用いるガラス基板、ポリマー基板、金属基板または他の適切な基板などの基板１０２を備える。太陽電池１００は、基板１０２の上に形成される第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１１０と、第１のＴＣＯ層１１０の上に形成される第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０と、第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０の上に形成される第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０と、第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０の上に形成される第２のＴＣＯ層１４０と、第２のＴＣＯ層１４０の上に形成される金属バッキング層１５０と、をさらに備える。光捕獲を強化することによる光の吸収を改善するために、基板および／または基板の上に形成される薄膜のうちの１つまたは複数が、ウェットプロセス、プラズマプロセス、イオンプロセスおよび／または機械的プロセスによって任意に組織構成されてもよい。たとえば、図１の実施形態において、第１のＴＣＯ層１１０の上に堆積される次の薄膜が一般的に、薄膜の下の表面の地形に従うように、第１のＴＣＯ層１１０が、組織構成される。
【００１２】
[0022]第１のＴＣＯ層１１０および第２のＴＣＯ層１４０はそれぞれ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、スズ酸カドミウム、これらの組み合わせ、または他の適切な材料を備えてもよい。ＴＣＯ材料はまた、追加のドーパントおよび構成要素を含んでもよいことが理解される。たとえば、酸化亜鉛は、アルミニウム、ガリウム、ホウ素などのドーパントおよび他の適切なドーパントをさらに含んでもよい。酸化亜鉛は好ましくは、ドーパントの５原子％以下を備え、さらに好ましくは、２．５原子％以下のアルミニウムを備える。一定の場合には、基板１０２は、既に提供された第１のＴＣＯ層１１０を用いて、ガラス製造業者によって提供されてもよい。
【００１３】
[0023]第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０は、ｐ型非晶質シリコン層１２２、ｐ型非晶質シリコン層１２２の上に形成される真性型非晶質シリコン層１２４、真性型非晶質シリコン層１２４の上に形成されるｎ型微晶質シリコン層１２６を備えてもよい。一定の実施形態において、ｐ型非晶質シリコン層１２２は、約６０Å〜約３００Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、真性型非晶質シリコン層１２４は、約１，５００Å〜約３，５００Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、ｎ型微晶質半導体層１２６は、約１００Å〜約４００Åの間の厚さに形成されてもよい。
【００１４】
[0024]第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０は、ｐ型微晶質シリコン層１３２、ｐ型微晶質シリコン層１３２の上に形成される真性型微晶質シリコン層１３４、真性型微晶質シリコン層１３４の上に形成されるｎ型非晶質シリコン層１３６を備えてもよい。一定の実施形態において、ｐ型微晶質シリコン層１３２は、約１００Å〜約４００Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、真性型微晶質シリコン層１３４は、約１０，０００Å〜約３０，０００Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、ｎ型非晶質シリコン層１３６は、約１００Å〜約５００Åの間の厚さに形成されてもよい。
【００１５】
[0025]金属バッキング層１５０は、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、これらの合金またはこれらのの組み合わせからなるグループから選択される材料を含んでもよいが、これらに限定されるわけではない。レーザスクライビングプロセスなどの他のプロセスを行って、太陽電池１００を形成してもよい。他の膜、材料、基板および／または実装は、金属バッキング層１５０の上に提供されて、太陽電池を完成してもよい。太陽電池は、相互接続されてモジュールを形成してもよく、次にモジュールが接続されてアレイを形成することができる。
【００１６】
[0026]太陽放射１０１は、ｐ−ｉ−ｎ接合１２０、１３０の真性層によって吸収され、電子−正孔の対に変換される。ｐ型層と、真性層を横切って延びるｎ型層との間に形成される電界は、電子をｎ型層に向けて流れさせ、正孔をｐ型層に向かって流れさせて電流を作成する。非晶質シリコンおよび微晶質シリコンは、太陽放射１０１の異なる波長を吸収するために、第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０は、真性型非晶質シリコン層１２４を備え、第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０は、真性型微晶質シリコン層１３４を備える。したがって、太陽電池１００は、太陽放射スペクトルのより大きい部分を捕捉するために、さらに効率的である。非晶質シリコンは、微晶質シリコンより大きいバンドギャップを有するために、非晶質シリコンの真性層および微晶質の真性層は、最初に太陽放射１０１が真性型非晶質シリコン層１２４に当たり、次に、真性型微晶質シリコン層１３４に当たるように積層される。第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０によって吸収されなかった太陽放射は、第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０へと続く。驚くべきことに、太陽電池に関して提供された第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０および第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０のｐ−ｉ−ｎ層の本願明細書に開示された厚さは、太陽電池を製作するのに改善した効率および低減したコストを用いることが分かった。請求項に明確に記載されない限り、理論によって拘束されることを欲しているわけではなく、一方ではより厚い真性層１２４、１３４は、より大量の太陽放射スペクトルを吸収するのに有益であり、他方では、真性層１２４、１３４および／またはｐ−ｉ−ｎ接合１２０、１３０は、厚すぎると、中を流れる電子の流れが阻まれると考えられている。
【００１７】
[0027]一態様において、太陽電池１００は、第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０と第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０との間の金属トンネル層を利用する必要がない。第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０のｎ型微晶質シリコン層１２６およびｐ型微晶質シリコン層１３２は、第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０から第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０に電子が流れることを可能にするために、トンネル接合を提供するほど十分な導電性を有する。
【００１８】
[0028]一態様において、第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０のｎ型非晶質シリコン層１３６は、空気中の酸素など酸素からの攻撃に対してより耐性があるため、増強された太陽電池効率を提供すると考えられる。酸素は、シリコン膜を攻撃する可能性があり、したがって、不純物を形成して、その中の電子／正孔輸送に関与する膜の能力を低下させる。太陽電池構造／デバイスを形成する非晶質シリコン層対結晶シリコン層のより低い電気抵抗率は、形成される第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０における電力発生における望ましくない分路の作用の低減のために改善した電気特性を有するとも考えられる。形成されるｐ−ｉ−ｎ層を通って一般的に垂直に延在する分路は、形成される太陽電池デバイスの局所的な横領域を短絡させることによって、太陽電池性能を劣化させる。したがって、非晶ｎ型層の横抵抗（すなわち、垂直方向に対して直交する）は、結晶層よりはるかに高いため、短絡型欠陥が形成される太陽電池の残る部分にある作用はさらに小さくなる。短絡型欠陥の作用の低減は、太陽電池のデバイス性能を改善する。
【００１９】
[0029]図２は、真性型非晶質シリコン層１２４とｎ型微晶質シリコン層１２６との間に形成されるｎ型非晶質シリコン緩衝層１２５をさらに備える、図１の多接合太陽電池１００の概略図である。一定の実施形態において、ｎ型非晶質シリコン緩衝層１２５は、約１０Å〜約２００Åの間の厚さに形成されてもよい。ｎ型非晶質シリコン緩衝層１２５は、真性型非晶質シリコン層１２４とｎ型微晶質シリコン層１２６との間に存在すると考えられるバンドギャップの片寄りを埋めるのに役立つと考えられる。それゆえに、強化した電流収集のために、太陽電池効率は、改善されると考えられる。
【００２０】
[0030]図３は、第１のＴＣＯ層１１０とｐ型非晶質シリコン層１２２との間に形成されるｐ型微晶質シリコン接触層１２１をさらに備える、図１の多接合太陽電池１００の概略図である。一定の実施形態において、ｐ型微晶質シリコン接触層１２１は、約２０Å〜約２００Åの間の厚さに形成されてもよい。ｐ型微晶質シリコン接触層１２１は、ＴＣＯ層との低い抵抗接触を達成するのに役立つと考えられる。それゆえに、真性型非晶質シリコン層１２２と酸化亜鉛第１のＴＣＯ層１１０との間の電流が改善されるために、太陽電池効率は、改善されると考えられる。大量の水素が、接触層を形成するために使用されるため、ｐ型微晶質シリコン接触層１２１は、水素プラズマに対して耐性のある材料、たとえば、酸化亜鉛などを備えるＴＣＯ層と共に使用されることが好ましい。酸化スズは、水素プラズマによって化学的に還元されるため、ｐ型微晶質シリコン接触層と共に使用するためには、酸化スズは、適していないことが分かっている。太陽電池１００は、図２に示されるように、真性型非晶質シリコン層１２４とｎ型微晶質半導体層１２６との間に形成される任意のｎ型非晶質シリコン緩衝層をさらに備えてもよいことが、さらに理解される。
【００２１】
[0031]図４は、図１、図２または図３の太陽電池１００などの太陽電池の１つまたは複数の膜が堆積されてもよい、プラズマ強化型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ４００の一実施形態の概略断面図である。１つの適したプラズマ強化型化学気相堆積チャンバは、カリフォルニア州サンタクララに位置するＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。他の製造業者によるチャンバを含めて、他の堆積チャンバが、本発明を実現するために利用されてもよいことは検討される。
【００２２】
[0032]チャンバ４００は一般的に、壁４０２と、下部４０４と、シャワーヘッド４１０と、基板支持体４３０と、を含み、プロセス体積４０６を画定する。プロセス体積には、弁４０８を通ってアクセスされ、基板１００などの基板が、チャンバ４００の内外に移送されてもよいようになっている。基板支持体４３０は、基板を支持するための基板収容表面４３２と、基板支持体４３０を上昇および下降するためのリフトシステム４３６に連結されるステム４３４と、を含む。シャドウフロム（shadow from）４３３は、基板１００の周囲に任意に配置されてもよい。リフトピン４３８は、基板支持体４３０を通って移動可能であるように配列され、基板を基板収容表面４３２に移動したり、基板を基板収容表面４３２から移動したりする。基板支持体４３０はまた、所望の温度で基板支持体４３０を維持するために、加熱および／または冷却要素４３９を含んでもよい。基板支持体４３０はまた、基板支持体４３０の周囲でＲＦ接地を提供するために、接地ストラップ４３１を含んでもよい。接地ストラップの実施例は、２０００年２月１５日公表のＬａｗらに付与された米国特許第６，０２４，０４４号および２００６年１２月２０日出願のＰａｒｋらに付与された米国特許出願第１１／６１３，９３４号に開示されており、いずれの特許も本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２３】
[0033]シャワーヘッド４１０は、懸架装置４１４によって、シャワーヘッド４１０の周囲でバッキングプレート４１２に連結される。シャワーヘッド４１０はまた、シャワーヘッド４１０の弛みの防止および／またはシャワーヘッド４１０の真直度／曲率の制御に役立つようにするために、１つまたは複数の中心支持体４１６によってバッキングプレートに連結されてもよい。ガス源４２０が、バッキングプレート４１２に連結され、バッキングプレート４１２を通り、シャワーヘッド４１０を通り、基板収容表面４３２にガスを供給する。真空ポンプ４０９が、チャンバ４００に連結され、所望の圧力でプロセス体積４０６を制御する。ＲＦ電源４２２が、バッキングプレート４１２および／またはシャワーヘッド４１０に連結され、ＲＦ電力をシャワーヘッド４１０に提供し、その結果、電界がシャワーヘッドと基板支持体との間に作成されて、プラズマが、シャワーヘッド４１０と基板支持体４３０との間で、ガスから生成されてもよいようになっている。約０．３ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの周波数など種々のＲＦ周波数が使用されてもよい。一実施形態において、ＲＦ電源は、１３．５６ＭＨｚの周波数で提供される。シャワーヘッドの実施例は、２００２年１１月１２日公表のＷｈｉｔｅらに付与された米国特許第６，４７７，９８０号、２００６年１１月１７日公開のＣｈｏｉらに付与された米国特許公開２００５０２５１９９０号および２００６年３月２３日公開のＫｅｌｌｅｒらに付与された米国特許公開２００６／００６０１３８号に開示されており、いずれの特許も本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２４】
[0034]誘導結合された遠隔プラズマ源などの遠隔プラズマ源４２４もまた、ガス源とバッキングプレートとの間に連結されてもよい。遠隔プラズマが生成されて、チャンバ構成要素を洗浄するために提供されるように、処理基板の間で、洗浄ガスが、遠隔プラズマ源４２４に提供されてもよい。洗浄ガスは、シャワーヘッドに提供されるＲＦ電源４２２によってさらに励起されてもよい。適切な洗浄ガスは、ＮＦ３、Ｆ２およびＳＦ６を含むが、限定されるわけではない。遠隔プラズマ源の実施例は、１９９８年８月４日公表のＳｈａｎｇらに付与された米国特許第５，７８８，７７８号に開示されており、本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２５】
[0035]図１、図２または図３の太陽電池１００のシリコン層のうちの１つまたは複数の層などの１つまたは複数のシリコン層の堆積方法は、図４のプロセスチャンバまたは他の適切なチャンバにおける次の堆積パラメータを含んでもよい。１０，０００ｃｍ２以上、好ましくは４０，０００ｃｍ２以上、さらに好ましくは５５，０００ｃｍ２以上の表面積を有する基板が、チャンバに提供される。処理後、基板は、切断されて、より小さな太陽電池を形成してもよいことが、理解される。
【００２６】
[0036]一実施形態において、加熱および／または冷却要素４３９は、堆積中に、約４００℃以下、好ましくは約１００℃〜約４００℃、さらに好ましくは約１５０℃〜約３００℃、たとえば、約２００℃などの基板支持温度を提供するように設定されてもよい。
【００２７】
[0037]基板収容表面４３２の上に配列される基板の上表面とシャワーヘッド４１０との間の堆積中の間隔は、４００ミル〜約１，２００ミルであってもよく、好ましくは４００ミル〜約８００ミルである。
【００２８】
[0038]シリコン膜の堆積の場合には、シリコンベースのガスおよび水素ベースのガスが、提供される。適切なシリコンベースのガスは、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）およびこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるわけではない。適切な水素ベースのガスは、水素ガス（Ｈ２）を含むが、これに限定されるわけではない。ｐ型シリコン層のｐ型ドーパントはそれぞれ、ホウ素またはアルミニウムなどのＩＩＩ族元素を備えてもよい。好ましくは、ホウ素は、ｐ型ドーパントとして使用される。ホウ素を含有する源の実施例は、トリメチルボロン（（ＴＭＢ）（またはＢ（ＣＨ３）Ｈ３））、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、ＢＦ３、Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３および類似の化合物を含む。好ましくは、ＴＭＢは、ｐ型ドーパントとして使用される。ｎ型シリコン層のｎ型ドーパントはそれぞれ、リン、ヒ素またはアンチモンなどのＶ族元素を備えてもよい。好ましくは、リンは、ｎ型ドーパントとして使用される。リンを含有する源の実施例は、ホスフィンおよび類似の化合物を含む。ドーパントは典型的に、水素、アルゴン、ヘリウムおよび他の適切な化合物などの搬送ガスと共に提供される。本願明細書に開示される処理型において、水素ガスの総流量が、提供される。したがって、水素ガスが、ドーパントの場合のように、搬送ガスとして提供される場合には、どれほどの追加水素ガスがチャンバに提供されるべきかを決定するために、搬送ガスの流量は、水素の総流量から減算されるべきである。
【００２９】
[0039]図３の接触層１２１などのｐ型微晶質シリコン接触層を堆積する一定の実施形態は、約２００：１以上の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．８ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約６０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約０．０００２ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．００１６ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約０．０４ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．３２ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。本開示における流量は、内部チャンバ体積当たりのｓｃｃｍとして表現される。内部チャンバ体積は、ガスが占めることができるチャンバの内部の体積として定義される。たとえば、チャンバ４００の内部チャンバ体積は、バッキングプレート４１２およびチャンバの壁４０２および下部４０４によって定義される体積からシャワーヘッドアセンブリ（すなわち、シャワーヘッド４１０、懸架装置４１４、中心支持体４１５を含む）および基板支持体アセンブリ（すなわち、基板支持体４３０、接地ストラップ４３１を含む）によってその中に占められる体積を引いたものである。約５０ｍＷ／ｃｍ２〜約７００ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。本開示におけるＲＦ電力は、基板面積当たりの電極に供給されるＷ（ワット）として表現される。たとえば、２２０ｃｍ×２６０ｃｍの寸法を有する基板を処理するためにシャワーヘッドに供給される１０，３８５ＷのＲＦ電力の場合には、ＲＦ電力は、１０，３８５Ｗ／（２２０ｃｍ×２６０ｃｍ）＝１８０ｍＷ／ｃｍ２である。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、さらに好ましくは４トール〜約１２トールに維持されてもよい。ｐ型微晶質シリコン接触層の堆積速度は、約１０Å／分以上であってもよい。ｐ型微晶質シリコン接触層は、約２０％〜約８０％、好ましくは５０％〜約７０％の結晶留分を有する。
【００３０】
[0040]図１、図２または図３のシリコン層１２２などのｐ型非晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約２０：１以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約６０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約０．００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．０５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。メタンは、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約１５ｍＷ／ｃｍ２〜約２００ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約０．１トール〜２０トール、好ましくは約１トール〜約４トールに維持される。ｐ型非晶質シリコン層の堆積速度は、約１００Å／分以上であってもよい。Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ２Ｈ２などのメタンまたは他の炭素含有化合物を使用して、ｐ型非晶質シリコン層の窓特性を改善する（たとえば、太陽放射の吸収を低下させる）ことができる。それゆえに、増大した量の太陽放射が、真性層を通って吸収されてもよく、それゆえに、太陽電池効率が改善される。トリメチルボロンがｐ型非晶質シリコン層１２２におけるホウ素ドーパントを提供するために使用される実施形態において、ホウ素ドーパント濃度は、約１×１０１８原子／ｃｍ２〜約１×１０２０原子／ｃｍ２に維持される。メタンガスが炭化シリコン層としてp型層を形成するように提供するために使用される実施形態において、炭素ドーパント濃度は、層の約１０原子％〜約２０原子％に制御される。
【００３１】
[0041]図１、図２または図３のシリコン層１２４などの真性型非晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約２０：１以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備える。シランガスは、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約７ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約６０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約１５ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。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。真性型非晶質シリコン層の堆積速度は、約１００Å／分以上であってもよい。例示の実施形態において、真性型非晶質シリコン層は、約１２．５：１の水素対シランの比で堆積される。
【００３２】
[0042]一実施形態において、図１、図２または図３のシリコン層１２４などの真性型非晶質シリコン層の堆積は、多重ステップ堆積プロセスなどの２つ以上のステップを含んでもよい。たとえば、バルク真性型非晶質シリコン層堆積プロセスの前に、図９に描かれるようなｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）９０４は、ｐ型非晶質シリコン層の上に堆積されてもよい。ＰＩＢ層９０４の詳細の説明は、図９に関連して以下にさらに詳細に記載される。ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）およびバルクｉ型非晶質シリコン層１２４は、異なる所望の膜特性を用いる層を形成するために、堆積中にプロセスパラメータを円滑に変化させることによって、１つのチャンバにおいて堆積されてもよい。ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）は、下にあるｐ型非晶質シリコン層に対する損傷を最小限に抑えるために、比較的低いＲＦ電力を用いるような方式で堆積される。その上に、下にあるｐ型非晶質シリコン層およびバルクｉ型非晶質シリコン層１２４はそれぞれ、異なる膜透明度および特性を有するため、緩衝ｉ型非晶質シリコン層は、各層における膜特性を円滑に移行するのを支援してもよく、それにより、光学バンドギャップ（ＯＢＧ）における著しい変化を最小限に抑え、したがって、より広いバンドギャップを提供し、約２０ｍｅＶ〜５０ｍｅＶの開回路電圧を改善する。
【００３３】
[0043]一実施形態において、ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）は、約４０：１以下、たとえば、約３０：１未満、たとえば、約２０：１〜約３０：１、たとえば、２５などの比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することによって堆積されてもよい。シランガスは、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５ｓｃｃｍ／Ｌ、たとえば、約２．２８ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約２０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約６５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約８０ｓｃｃｍ／Ｌ、たとえば、約５７ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約３０ｍＷ／ｃｍ２などの１５ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約０．１トール〜２０トール、好ましくは、約３トールなどの約０．５トール〜約５トールに維持されてもよい。ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）の堆積速度は、約１００Å／分以上であってもよい。ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）の厚さは、約０Å〜約２００Åなどの約０Å〜約５００Å、たとえば、約１００Åである。ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）およびバルク真性型非晶質シリコン層１２４は、１つのチャンバで統合して堆積されてもよく、または別個のチャンバに個別に堆積されてもよいことに留意すべきである。
【００３４】
[0044]ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）が、所望の厚さに達した場合には、緩衝真性型非晶質シリコン層１２４に関して供給されたガス混合物は、次のバルク真性型非晶質シリコン層１２４を堆積するために可変であってもよい。バルク真性型非晶質シリコン層１２４に対するｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）の堆積への移行中に、ガス混合物に供給された水素ガスは、徐々に減少され、シランガスは依然として、同一または徐々に増大されてもよい。一実施形態において、ガス混合物における水素ガス対シランガスの比は、２５：１から約１２．５：１に変化し、ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）の堆積をバルク真性型非晶質シリコン層１２４の堆積に移行する。ＲＦ電力は、ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）堆積の場合の約３０ｍＷ／ｃｍ２からバルク真性型非晶質シリコン層堆積の場合の約５０ｍＷ／ｃｍ２まで徐々に増加されてもよい。プロセス圧力は、約３トール〜約２．５トールで実質的に同一または徐々に調整されるように維持されてもよい。
【００３５】
[0045]図２のシリコン層１２５などのｎ型非晶質シリコン緩衝層を堆積する一定の実施形態は、約２０：１以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備える。シランガスは、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約４ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約０．０００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．００７５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１．５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約１５ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。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４トールに維持されてもよい。ｎ型非晶質シリコン緩衝層の堆積速度は、約２００Å／分以上であってもよい。ホスフィンが、ｎ型非晶質シリコン層におけるリンドーパントを提供するために使用される実施形態において、リンドーパント濃度は、約１×１０１８原子／ｃｍ２〜約１×１０２０原子／ｃｍ２に維持される。
【００３６】
[0046]図１、図２または図３のシリコン層１２６などのｎ型微晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約１００：１以上の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約０．３５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．８ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約７１．４３ｓｃｃｍ／Ｌなどの約３０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２５０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約０．０００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．００６ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスは、約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１．２ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約９００ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。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、さらに好ましくは４トール〜約１２トールに維持されてもよい。ｎ型微晶質シリコン層の堆積速度は、約５０Å／分以上であってもよい。ｎ型微晶質シリコン層は、約２０％〜約８０％、好ましくは５０％〜約７０％の結晶留分を有する。ホスフィンが、ｎ型微晶質シリコン層におけるリンドーパントを提供するために使用される実施形態において、リンドーパント濃度は、約１×１０１８原子／ｃｍ２〜約１×１０２０原子／ｃｍ２に維持される。
【００３７】
[0047]図１、図２または図３のシリコン層１２６などのｎ型微晶質シリコン層を堆積する別の実施形態において、堆積プロセスは、約１００：１〜約４００：１などの約５００：１以下、たとえば、約３０４：１または約２０３：１の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約０．３２ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．４５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．８ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約６８ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１４２．８５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約３０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２５０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約０．００２５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．０１５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．０００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．００２５ｓｃｃｍ／Ｌ、たとえば、約０．００５ｓｃｃｍ／Ｌなどの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスは、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３ｓｃｃｍ／Ｌ、約０．９ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１．０８８ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約３７０ｍＷ／ｃｍ２などの約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約９００ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約１トール〜１００トール、好ましくは約３トール〜約２０トール、さらに好ましくは４トール〜約１２トール、たとえば、約６トールまたは約９トールに維持されてもよい。ｎ型微晶質シリコン層の堆積速度は、約１５０Å／分以上であってもよい。
【００３８】
[0048]図１、図２または図３のシリコン層１３２などのｐ型微晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約２００：１以上の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備える。シランガスは、約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．８ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約６０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約０．０００２ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．００１６ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約０．０４ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．３２ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約５０ｍＷ／ｃｍ２〜約７００ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。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、さらに好ましくは４トール〜約１２トールに維持されてもよい。ｐ型微晶質シリコン層の堆積速度は、約１０Å／分以上であってもよい。ｐ型微晶質シリコン接触層は、約２０％〜約８０％、好ましくは５０％〜約７０％の結晶留分を有する。トリメチルボロンが、ｐ型微晶質シリコン層におけるホウ素ドーパントを提供するために使用される実施形態において、ホウ素ドーパント濃度は、約１×１０１８原子／ｃｍ２〜約１×１０２０原子／ｃｍ２に維持される。
【００３９】
[0049]図１、図２または図３のシリコン層１３２などのｐ型微晶質シリコン層を堆積するさらに別の実施形態において、堆積プロセスは、約２００：１〜約８００：１などの約１０００：１以下、たとえば、約６０１：１または約４０１：１の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約０．２ｓｃｃｍ／Ｌ、約０．３８ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．８ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約１４２．８５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約６０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約０．００１１５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．０００２ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．００１６ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約０．２３ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．０４ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．３２ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約２９０ｍＷ／ｃｍ２〜約４４０ｍＷ／ｃｍ２などの約５０ｍＷ／ｃｍ２〜約７００ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。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、さらに好ましくは約９トールまたは約７トールなどの４トール〜約１２トールに維持されてもよい。ｐ型微晶質シリコン層の堆積速度は、約１４３Å／分以上であってもよい。
【００４０】
[0050]図１、図２または図３のシリコン層１３４などの真性型微晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、１：２０〜１：２００の比でシランガス対水素ガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約４０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約４００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。一定の実施形態において、シラン流量は、堆積中に第１の流量から第２の流量に増大してもよい。一定の実施形態において、水素流量は、堆積中に第１の流量から第２の流量に減少してもよい。約３００ｍＷ／ｃｍ２以上、好ましくは約６００ｍＷ／ｃｍ２以上のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。一定の実施形態において、電力密度は、堆積中に第１の電力密度から第２の電力密度に減少してもよい。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、さらに好ましくは約４トール〜約１２トールに維持される。真性型微晶質シリコン層の堆積速度は、約２００Å／分以上、好ましくは５００Å／分であってもよい。堆積される微晶質真性層に関する方法および装置は、２００６年６月２３日出願の「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ  ａ  Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆｉｌｍ  ｆｏｒ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の米国特許出願第１１／４２６，１２７号に開示され、本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。微晶質シリコン真性層は、約２０％〜約８０％、好ましくは５５％〜約７５％の結晶留分を有する。驚くべきことに、約７０％以下の結晶留分を有する微晶質シリコン真性層が、開回路電圧における増大を提供し、より高い太陽電池効率をもたらすことが分かった。
【００４１】
[0051]図１、図２または図３のシリコン層１３４などの真性型微晶質シリコン層を堆積するさらに別の実施形態において、真性型微晶質シリコン層は、１つまたは複数のステップ、たとえば、多重堆積ステップによって堆積されてもよい。結晶留分は、堆積された膜の厚さにおける増大と共に変化してもよいため、堆積中に供給されるガス比は、全体の真性型微晶質シリコン層の結晶留分を維持するように変化してもよい。結果的に、堆積は、異なるプロセスパラメータまたはプロセス変数を用いた多重ステップにおいて行われ、結果として生じる膜において異なる結晶留分を形成してもよい。多重堆積ステップは、真性型微晶質シリコン層が、膜内の異なる厚さレベルで異なる所望の膜特性を有する勾配膜として形成されることを可能にする。一実施形態において、各堆積ステップにおいて可変であってもよいプロセスパラメータまたはプロセス変数は、ＲＦ電力、堆積時間、ガス混合物において供給される水素ガス対シランガスの比、ガス混合物において供給されるガス種、プロセス圧力、ガス流量、間隔、ＲＦ周波数および／または他の適切なプロセスパラメータを含む。一実施形態において、水素ガス対シランガスの比、プロセス圧力、ＲＦ電力または堆積時間のプロセス変数は、形成される真性型微晶質シリコン層の異なる部位に形成される結晶留分を制御するために可変であってもよい。別の実施形態において、水素ガス対シランガスの比のプロセス変数は、各堆積ステップにおいて可変であり、形成される真性型微晶質シリコン層の異なる部位に形成される結晶留分を制御する。
【００４２】
[0052]一実施形態において、堆積プロセスにおいて行われるステップの数は、真性型微晶質シリコン層の所望の厚さによって決定されてもよい。たとえば、真性型微晶質シリコン層が、５０００Åを超える比較的大きい厚さを用いて堆積されることが所望である場合には、膜の均一な結晶留分を維持するために、全体のプロセスは、より多くのステップに分割されてもよい。対照的に、真性型微晶質シリコン層が、より薄い厚さを用いて堆積されることが所望である場合には、堆積プロセスにおけるステップの数は、適切な範囲で制御されてもよい。
【００４３】
[0053]真性型微晶質シリコン層が、約１７０００Åの厚さを用いて形成される例示の実施形態において、堆積プロセスは、４つのステップに分割され、堆積ステップのそれぞれにおいて、ガス混合物における水素ガス対シランガスの異なる比を用いる。各ステップにおいて形成される厚さは、それぞれのステップにおいて約４２５０Å（たとえば、１７０００Å総厚／４堆積ステップ＝ステップ当たり４２５０Å）に実質的に等しいように制御されてもよい。堆積中に、水素ガス対シランガスのガス比は、各連続ステップにおいて徐々に減少され、所定の範囲内で堆積された膜の全体の結晶留分を効率的に維持し、全体の膜の厚さが増大するときに、膜の全体の結晶留分が増大しないようにする。水素ガス対シランガスの低い比は、ガス混合物に供給される水素ガスの量を減少させることによって、および／またはガス混合物に提供されるシランガスの量を増大させることによって達成されてもよい。本願明細書に記載されたような比は、処理チャンバに供給される流量比（たとえば、体積比）である。１つの特定の実施形態において、水素ガス対シランガスのガス比は、堆積プロセスの第１のステップにおいて約１００：１で、第２のステップにおいて９５：１で、第３のステップにおいて９０：１で、第４／最後のステップにおいて８５：１で制御されてもよい。水素ガス対シランガスのガス比は、異なるプロセス型に適することが所望であるように、約２０：１〜約２００：１で調整されてもよいことに留意すべきである。一実施形態において、堆積中にガス流を調整する際には、シランガス流は一定に維持されるのに対して、ガス混合物において供給される水素フローは徐々に低減され、結果として、ガス混合物において水素ガス対シランガスの低い比を生じ、真性型微晶質シリコン層において形成される結晶留分を削減するか、またはこの逆である。ガス圧力、基板温度、ＲＦ電力などの他のプロセスパラメータは、各堆積ステップ中に実質的に同一に維持されてもよい。
【００４４】
[0054]一実施形態において、シランガスは、約０．９７ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約８０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約１０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約２００ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。堆積が４つのステップなどの多重ステップを有する例示の実施形態において、水素ガス流は、第１のステップにおいて約９７ｓｃｃｍ／Ｌで構成され、次のプロセスステップにおいて個々に、９２ｓｃｃｍ／Ｌ、８７．５ｓｃｃｍ／Ｌおよび８２．６ｓｃｃｍ／Ｌに徐々に低減されてもよい。約４９０ｍＷ／ｃｍ２などの約３００ｍＷ／ｃｍ２以上のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約１トール〜約１００トール、たとえば約３トール〜約２０トール、たとえば約９トールなどの約４トール〜約１２トールに維持される。真性型微晶質シリコン層の堆積速度は、４００Å／分などの約２００Å／分以上であってもよい。
【００４５】
[0055]図１、図２または図３のシリコン層１３６などのｎ型非晶質シリコン層を堆積する方法の一定の実施形態は、第１のシラン流量で任意の第１のｎ型非晶質シリコン層を堆積することと、第１のシラン流量より少ない第２のシラン流量で、第１の任意のｎ型非晶質シリコン層の上に第２のｎ型非晶質シリコン層を堆積することと、を備えてもよい。第１の任意のn型非晶質シリコン層は、約５．５：１などの約２０：１以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約５．５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約２７ｓｃｃｍ／Ｌなどの約４ｓｃｃｍ／Ｌ〜約４０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約０．００９５ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．０００５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．００１５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約１．９ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約８０ｍＷ／ｃｍ２などの２５ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。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１．５トールなどの約０．５トール〜約４トールに維持されてもよい。第１のｎ型非晶質シリコン層の堆積速度は、約５６１Å／分などの約２００Å／分以上であってもよい。ホスフィンが、ｎ型非晶質シリコン層におけるリンドーパントを提供するために使用される実施形態において、リンドーパント濃度は、約１×１０１８原子／ｃｍ２〜約１×１０２０原子／ｃｍ２に維持される。
【００４６】
[0056]第２のｎ型非晶質シリコン層堆積は、約７．８：１などの約２０：１以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３ｓｃｃｍ／Ｌなどの約０．１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５ｓｃｃｍ／Ｌ、たとえば、約１．４２ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約６．４２ｓｃｃｍ／Ｌなどの約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約０．０１５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．０３ｓｃｃｍ／Ｌなどの０．０１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．０７５ｓｃｃｍ／Ｌ、たとえば、約０．０２３ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約３ｓｃｃｍ／Ｌ〜約６ｓｃｃｍ／Ｌなどの約２ｓｃｃｍ／Ｌ〜約１５ｓｃｃｍ／Ｌ、たとえば、約４．７１ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。約６０ｍＷ／ｃｍ２などの２５ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約０．１トール〜約２０トール、たとえば約１．５トールなどの約０．５トール〜約４トールに維持されてもよい。第２のｎ型非晶質シリコン層の堆積速度は、約３００Å／分などの約１００Å／分以上であってもよい。第２のｎ型非晶質シリコン層の厚さは、約２０Åおよび約１５０Åなどの３００Å未満、たとえば、約８０Åである。第２のｎ型非晶質シリコン層は、高密度にドープされ、約５００Ω−ｃｍ以下の抵抗率を有する。高密度に（たとえば、縮退的に）ｎ型ドープされる非晶質シリコンは、層ＴＣＯ層１４０などのＴＣＯ層との改善したオーミック接触を提供すると考えられる。それゆえ、太陽電池効率が改善される。任意の第１のｎ型非晶質シリコンが、ｎ型非晶質シリコン層全体の堆積速度を増大するために使用される。ｎ型非晶質シリコン層が、任意の第１のｎ型非晶質シリコンなしで形成され、高密度に（たとえば、縮退的に）ドープされる第２のｎ型非晶質層から主に形成されてもよいことは理解される。
【００４７】
[0057]ｎ型、真性型およびｐ型のシリコン含有層を含む層の各堆積の前に、任意の水素またはアルゴンのプラズマガス処置プロセスが、行われてもよいことに留意すべきである。水素処置プロセスは、表面汚染を抑制するために、下にある層を処置するために行われてもよい。さらに、表面欠陥が、処置プロセス中に除去または排除されてもよいために、プラズマ処置プロセスはまた、境界における電気特性を改善することができる。一実施形態において、プラズマ処置プロセスは、処理チャンバに水素ガスまたはアルゴンガスを供給することによって行われてもよい。水素ガスまたはアルゴンガスを供給するためのガス流は、約１５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約４０ｓｃｃｍ／Ｌなどの約１０ｓｃｃｍ／Ｌ〜約４５ｓｃｃｍ／Ｌ、たとえば、約２０ｓｃｃｍ／Ｌおよび約３６ｓｃｃｍ／Ｌである。一実施例において、水素ガスは、約２１．４２ｓｃｃｍ／Ｌで供給されてもよく、またはアルゴンガスは、約３５．７ｓｃｃｍ／Ｌで供給されてもよい。処置プロセスを行うために供給されるＲＦ電力は、約６０ｍＷ／ｃｍ２などの２５ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２で制御されてもよく、水素処置の場合には約８０ｍＷ／ｃｍ２、アルゴン処置の場合には約２５ｍＷ／ｃｍ２などの１０ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２でシャワーヘッドに提供されてもよい。
【００４８】
[0058]一実施形態において、アルゴン処置プロセスは、ｐ型非晶質シリコン層の堆積前に行われる。一実施形態において、水素処置プロセスは、有用である場合には、真性型非晶質シリコン層、ｎ型微晶質シリコン層、ｐ型微晶質シリコン層および真性型微晶質シリコン層および他の層のそれぞれの堆積の前に行われてもよい。
【００４９】
[0059]図８Ａから図８Ｃは、太陽電池の種々の実施形態を概略的に図示する。図８Ａから図８Ｃに描かれた実施形態は、単接合太陽電池を図示しているが、描かれた層は、本願明細書において記載された方法によって作製されるポリシリコン、非晶質シリコン、微晶質シリコン、またはこれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、異なる材料を用いて形成されたタンデム、３つ以上の接合太陽電池の一部であってもよいことに留意すべきである。
【００５０】
[0060]図８Ａは、ＴＣＯ層１１０の上に配列される太陽電池８５０を有する基板１０２を描いている。太陽電池８５０は、ｐ型非晶質シリコン層１２２、真性型非晶質シリコン層１２４およびｎ型非晶質シリコン層８０４を有する。ｐ型非晶質シリコン層１２２の堆積前に、予備のｐ型非晶質シリコン層８０２が、基板１０２の上に形成されてもよい。予備のｐ型非晶質シリコン層８０２は、ｐ型非晶質シリコン層堆積プロセス中に、シラン流量を制御することによって形成される。堆積中に、第１のシラン流量は、予備のｐ型非晶質シリコン層８０２を堆積するために供給されてもよく、第２のシラン流量は、予備のｐ型非晶質シリコン層８０２の上にｐ型非晶質シリコン層１２２を堆積するために供給されてもよい。第２のシラン流量は、第１のシラン流量より高い流量で制御されてもよい。
【００５１】
[0061]結果として生じる予備のｐ型非晶質シリコン層８０２は、高密度に（たとえば、縮退的に）ドープされるｐ型非晶質シリコン層であり、約１０５Ω−ｃｍ以下の抵抗率を有する。高密度に（たとえば、縮退的に）ドープされる予備のｐ型非晶質シリコン層８０２は、ＴＣＯ層１１０などのＴＣＯ層との改善したオーミック接触を提供すると考えられる。高密度にドープされた予備のｐ型非晶質シリコン層８０２は、低減した幅の空乏領域（たとえば、ＴＣＯ層１１０と太陽電池８５０との間のポテンシャル障壁）を提供し、それゆえに、効果的な電流輸送のトンネル現象が、それにより促進される。その上、高密度にドープされた予備のｐ型非晶質シリコン層８０２に存在する高い量のアクセプタ状元素もまた、ＴＣＯ層１１０および太陽電池８５０の境界でポテンシャル障壁を低下させる。結果的に、ｐ型非晶質シリコン層１２２は、広いバンドギャップ層として作用する。それゆえに、太陽電池効率が、改善される。ｐ型非晶質シリコン層１２２は、全体的なｐ型シリコン形成プロセスに関して堆積速度を増大するために使用される。ｐ型非晶質シリコン層１２２はまた、同様に高密度にドープされた予備のｐ型非晶質シリコン８０２材料から形成されてもよいことは理解される。
【００５２】
[0062]高密度にドープされた予備のｐ型非晶質シリコン層８０２堆積プロセスは、約２０：１以下の比で、水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約１ｓｃｃｍ／Ｌ〜約５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、０．００２５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約０．１５ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの０．５％モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント／搬送ガスの混合物は、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ〜約３０ｓｃｃｍ／Ｌの流量で提供されてもよい。１５ｍＷ／ｃｍ２〜約２５０ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約０．５トール〜約４トールなどの約０．１トール〜約２０トールに維持されてもよい。予備のｐ型非晶質シリコン層８０２の堆積速度は、約１００Å／分以上であってもよい。一実施形態において、高密度にドープされたｐ型非晶質シリコン層８０２は、立方センチメートル当たり約１０２０原子〜立方センチメートル当たり約１０２１原子のドーパント濃度を有する。
【００５３】
[0063]一実施形態において、ｐ型非晶質シリコン層１２２は、図１から図３を参照して記載したのと類似の態様で作製されてもよい。
【００５４】
[0064]同様に、ｎ型非晶質シリコン層８０４堆積プロセスの場合には、プロセスは、高密度にドープされた非晶質シリコン層８０６と共に、ｎ型非晶質シリコン層８０４を堆積するために２ステップ堆積プロセスを含んでもよい。２ステップ堆積プロセスは、図１から図３を参照して説明したｎ型非晶質シリコン層１３６の堆積プロセスに類似である。あるいは、ｎ型非晶質シリコン層８０４は、高密度にドープされたｎ型非晶質シリコン層８０６として最初に形成され、ＴＣＯ層１４０などのＴＣＯ層との改善したオーミック接触を提供してもよい。一実施形態において、高密度にドープされたｎ型非晶質シリコン層８０６は、立方センチメートル当たり約１０２０原子〜立方センチメートル当たり約１０２１原子のドーパント濃度を有する。
【００５５】
[0065]一実施形態において、ｐ型非晶質シリコン層１２２は、約５０Å〜約２００Åの厚さを有し、高密度にドープされたｐ型非晶質シリコン層８０２は、約１０Å〜約５０Åの厚さを有する。ｎ型非晶質シリコン層８０４は、約１００Å〜約４００Åの厚さを有し、高密度にドープされたｎ型非晶質シリコン層８０６は、約５０Å〜約２００Åの厚さを有する。
【００５６】
[0066]図８Ｂは、基板１０２の上に配列された太陽電池８５２の別の実施形態を描いている。図８Ａの太陽電池８５０と同様に、太陽電池８５２は、図８Ａのように、高密度にドープされたｐ型非晶質シリコン層８０２、ｐ型非晶質シリコン層１２２および真性型非晶質シリコン層１２４と、ｎ型非晶質シリコン緩衝層８２０およびｎ型微晶質シリコン層８０８を含む。ｎ型非晶質シリコン緩衝層８２０は、図２の緩衝層１２５と類似の層であり、真性型非晶質シリコン層１２４とｎ型微晶質シリコン層８０８との間に形成されてもよい。ｎ型非晶質シリコン緩衝層８２０は、真性型シリコン層１２４とｎ型シリコン層８０８との間に生じうるバンドギャップの片寄りを埋めるのに役立つ。それゆえに、強化した電流収集のために、太陽電池効率は、改善されると考えられる。これらの層８０２、１２２、１２４、８０８は、上述したプロセスなどの任意の適切なプロセスによって作製されてもよい。
【００５７】
[0067]図８Ｃは、基板１０２の上に配列される太陽電池８５４のさらに別の実施形態を描いている。上述した電池の構造に類似して、太陽電池８５４は、ｐ型微晶質シリコン層８１０、真性型微晶質シリコン層８１２、ｎ型非晶質シリコン障壁層８２１およびｎ型微晶質シリコン層８１４を含む。ｎ型非晶質シリコン障壁層８２１は、真性型微晶質シリコン層８１２とｎ型微晶質シリコン層８１４との間に形成される障壁層として機能する。ｎ型非晶質シリコン障壁層８２１は、膜の横抵抗率の増大、周囲の電流の問題点の回避を支援する。一実施形態において、ｎ型非晶質シリコン障壁層８２１は、図８Ｂのｎ型非晶質シリコン緩衝層８２０および図２の緩衝層１２５の堆積方式に類似の方式で堆積されてもよい。ｎ型非晶質シリコン障壁層８２１は、緩衝層８２０、１２５に類似の膜構成要素を有する方式で作製されてもよい。障壁層８２１は、緩衝層８２０、１２５が接触状態にある非晶質シリコン膜の代わりに、微晶質ベースのシリコン膜（たとえば、真性型微晶質シリコン層８１２およびｎ型微晶質シリコン層８１４）に接触するため、障壁層８２１は、膜の横抵抗率の増大、周囲の電流の問題点の回避のために作用する。
【００５８】
[0068]１つまたは複数の接合、たとえば、多重接合が所望である実施形態において、図８Ａの太陽電池８５０は、基板と接触状態にある上部電池として構成されてもよく、図８Ｃの太陽電池８５４は、上部太陽電池８５０の上に配列される下部電池として構成されてもよい。上部電池が、より高いバンドギャップを提供するために所望である場合には、太陽電池８５０の真性型非晶質シリコン層１２４は、太陽電池８５４における真性型微晶質シリコン層８１２より高いバンドギャップを提供してもよい。あるいは、電池の配置は、所望の電池性能を達成するために、任意の適切な方式で構成されてもよい。
【００５９】
[0069]図９は、電池９００内部に配列される多数の異なる接触層、緩衝層または界面層を備える多接合太陽電池９００の別の例示の実施形態を描いている。電池９００は、基板１０２の上に配列されるＴＣＯ層１１０を有する基板１０２の上に配列される第１の接合９１０および第２の接合９２０を含む。界面層９０８は、第１の接合９１０と第２の接合９２０との間に堆積されてもよい。界面層９０８は、界面接触抵抗および導電率を改善し、より広い光学バンドギャップを提供するために堆積される。その上、界面層９０８の材料は、層９０８の反射率（ＲＩ）および光吸収が、異なる電気特性および異なるデバイス要件の場合の光捕獲効率を提供するように調整されてもよいように選択される。一実施形態において、界面層９０８を形成するための適切な材料は、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮおよび他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金を含む。一実施形態において、界面層９０８は、シリコン炭素（ＳｉＣ）層、酸化シリコン（ＳｉＯ）層または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）層である。界面層９０８の反射率（ＲＩ）は、堆積中に層９０８を堆積するように供給されるガス混合物を変化させることによって調整されてもよい。堆積のために供給されるガス混合物が変化するとき、堆積される界面層９０８において形成される炭素ドーパントまたは窒素ドーパントもまた異なってもよく、その結果、結果として生じる膜が、所望の膜のバンドギャップ、光吸収率および結晶留分を有してもよい。膜のバンドギャップおよび光吸収率が改善されるとき、結果的に、電池変換効率が増大される。さらに、接合がＴＣＯ層、金属バッキングプレートおよび／または基板と接触状態にある場合には、界面層９０８はまた、任意の境界で使用されてもよい。
【００６０】
[0070]図９に描かれる実施形態において、界面層９０８は、第１の接合９１０と第２の接合９２０との間に配列される。第１の接合は、第１の上部界面層９０２、ｐ型非晶質シリコン層１２２、ＰＩＢ層９０４、ｉ型非晶質シリコン層１２４、ｎ型非晶質シリコン緩衝層９０６およびｎ型微晶質シリコン層１２６を備える。一実施形態において、第１の上部界面層９０２は、上述の界面層９０８と類似の膜特性を有してもよい。あるいは、第１の上部界面層９０２は、ｐ型微晶質シリコン接触層１２１、高密度に（たとえば、縮退的に）ドープされる予備のｐ型非晶質シリコン層８０２、ｐ型微晶質シリコン層８１０、または図１から図３および図８Ａから図８Ｃを参照して上述したようなｐ型非晶質シリコン層に類似であってもよい。別の実施形態において、ＰＩＢ層９０４は、上述したようにｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）に類似であってもよい。ｎ型非晶質シリコン緩衝層９０６は、図８Ｂから図８Ｃおよび図２で参照した非晶質シリコン緩衝層８２０、８２１または緩衝層１２５に類似であってもよい。
【００６１】
[0071]第２の接合９２０は、ｐ型微晶質シリコン層１３２、任意のＰＩＢ層９１２、真性型微晶質シリコン層９１４、ｎ型非晶質シリコン層９１６および第２の下部界面層９１８を含む。第２の下部界面層９１８は、上述の界面層９０８と類似であってもよい。あるいは、第２の下部界面層９１８は、図８Ｂから図８Ｃで参照した高密度に（たとえば、縮退的に）ドープされる非晶質シリコン層８０６またはｎ型微晶質シリコン層８１４、または上述した他の類似のｎ型接触層に類似であってもよい。ｐ型微晶質シリコン層１３２については、図１から図３を参照して上述した。任意のＰＩＢ層９１２は、上述したようなｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）に類似であってもよい。あるいは、ＰＩＢ層９１２は、ｐ型微晶質シリコン層（たとえば、ｐ型微晶質シリコン層１３２）と接触状態にあるため、任意のＰＩＢ層９１２は、必要に応じて、微晶質シリコンベースの材料または非晶質シリコンベースの材料として堆積されてもよい。微晶質シリコンベースの材料または非晶質シリコンベースの材料として堆積されてもよい任意のＰＩＢ層９１２を堆積する堆積プロセスは、上述したように、任意の真性型シリコンベースの堆積プロセスから選択されてもよい。真性型微晶質シリコン層９１４は、上述したように、１つのステップまたは多重ステップとして堆積されてもよい。１つの具体的な実施形態において、真性型微晶質シリコン層９１４は、ガス混合物における水素対シランの比を徐々に調節することによって、４つのステッププロセスを使用して堆積され、上述したように結果として生じる膜において形成される一様な結晶留分を提供する。ｎ型非晶質シリコン層９１６は、図１から図３および図８Ａを参照して上述したようなｎ型非晶質シリコン層１３６、８０４と類似であってもよい。
【００６２】
[0072]第２のＴＣＯ層１４０およびバッキング電極層１５０は、接合形成プロセスを完成するために、第２の接合９２０の上に次に配列されてもよい。
【００６３】
[0073]図５は、図４のチャンバ４００などのＰＥＣＶＤチャンバまた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などの複数のプロセスチャンバ５３１〜５３７を有する、プロセスシステム５００の一実施形態の上部概略図である。プロセスシステム５００は、ロードロックチャンバ５１０およびプロセスチャンバ５３１〜５３７に連結される移送チャンバ５２０を含む。ロードロックチャンバ５１０は、システム外の周囲の環境と移送チャンバ５２０およびプロセスチャンバ５３１〜５３７の中の真空環境との間で、基板が移送されることを可能にする。ロードロックチャンバ５１０は、１つまたは複数の基板を保持する１つまたは複数の真空排気可能領域を含む。真空排気可能領域は、システム５００への基板の投入中にポンプによって排出され、システム５００からの基板の排出中に通気される。移送チャンバ５２０は、ロードロックチャンバ５１０とプロセスチャンバ５３１〜５３７との間で基板を移送するようになっている移送チャンバ５２０の中に配列される、少なくとも１つの真空ロボット５２２を有する。７つのプロセスチャンバが、図５に示されている。しかし、システムは、任意の適切な数のプロセスチャンバを有してもよい。
【００６４】
[0074]本発明の一定の実施形態において、１つのシステム５００は、第１のｐ−ｉ−ｎ接合１２０などの多接合太陽電池の真性型非晶質シリコン層を備える第１のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するように構成される。プロセスチャンバ５３１〜５３７の１つは、第１のｐ−ｉ−ｎ接合のｐ型シリコン層を堆積するように構成されるのに対して、残るプロセスチャンバ５３１〜５３７はそれぞれ、真性型非晶質シリコン層およびｎ型シリコン層の両方を堆積するように構成される。第１のｐ−ｉ−ｎ接合の真性型非晶質シリコン層およびｎ型シリコン層は、堆積ステップの間で不動態化プロセスを報じることなく、同一のチャンバで堆積されてもよい。それゆえに、基板は、ロードロックチャンバ５１０を通ってシステムに入り、真空ロボットによって、ｐ型シリコン層を堆積するように構成される専用のプロセスチャンバに移送され、真空ロボットによって、真性型シリコン層およびｎ型シリコン層を堆積するように構成される残りのプロセスチャンバのうちの１つに移送され、真空ロボットによって、ロードロックチャンバ５１０に戻るように移送される。一定の実施形態において、ｐ型シリコン層を形成するために、プロセスチャンバを用いて基板を処理するための時間は、１つのチャンバにおいて真性型非晶質シリコン層およびｎ型シリコン層を形成するための時間より、約４倍以上、たとえば６倍以上速い。したがって、第１のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するためのシステムの一定の実施形態において、ｐチャンバ対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を提供するための時間を含むシステムのスループットは、約１０基板／時間以上、好ましくは２０基板／時間以上であってもよい。
【００６５】
[0075]本発明の一定の実施形態において、１つのシステム５００は、第２のｐ−ｉ−ｎ接合１３０などの多接合太陽電池の真性型微晶質シリコン層を備える第２のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するように構成される。プロセスチャンバ５３１〜５３７の１つは、第１のｐ−ｉ−ｎ接合のｐ型シリコン層を堆積するように構成されるのに対して、残るプロセスチャンバ５３１〜５３７はそれぞれ、真性型微晶質シリコン層およびｎ型シリコン層の両方を堆積するように構成される。第２のｐ−ｉ−ｎ接合の真性型微晶質シリコン層およびｎ型シリコン層は、堆積ステップの間で不動態化プロセスを報じることなく、同一のチャンバで堆積されてもよい。一定の実施形態において、ｐ型シリコン層を形成するために、プロセスチャンバを用いて基板を処理するための時間は、１つのチャンバにおいて真性型微晶質シリコン層およびｎ型シリコン層を形成するための時間より、約４倍以上速い。したがって、第２のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するためのシステムの一定の実施形態において、ｐチャンバ対ｉ／ｎチャンバの比は、約１：６以上などの１：４以上である。プロセスチャンバのプラズマ洗浄を提供するための時間を含むシステムのスループットは、約５基板／時間以上などの約３基板／時間以上であってもよい。
【００６６】
[0076]一定の実施形態において、真性型微晶質シリコン層の厚さが、真性型非晶質シリコン層より厚いために、真性型非晶質シリコン層を備える第１のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するためのシステム５００のスループットは、真性型微晶質シリコン層を備える第２のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するためのシステム５００のスループットの約２倍以上である。したがって、真性型非晶質シリコン層を備える第１のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するようになっている１つのシステム５００は、真性型微晶質シリコン層を備える第２のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積するようになっている２つ以上のシステム５００と匹敵させることができる。一旦、第１のｐ−ｉ−ｎ接合が１つのシステムにおける１つの基板の上に形成されると、基板は、周囲環境（すなわち、真空破壊）に曝され、第２のシステムに移送されてもよい。第１のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積する第１のシステムと第２のｐ−ｉ−ｎ接合を堆積する第２のシステムとの間の基板のウェット洗浄またはドライ洗浄は、必要ではない。
【００６７】
実施例
[0077]本願明細書に開示された実施例は、事実上例示であり、請求項に明確に記載されない限り、本発明の範囲を限定することを意図していない。
【００６８】
[0078]４，３２０ｃｍ２の表面積を有する基板が、カリフォルニア州サンタクララのＡＫＴ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から入手可能で、１３０リットルの内部チャンバ体積を有するＡＫＴ  ４３００  ＰＥＣＶＤ  Ｓｙｓｔｅｍによって処理された。層１は、ＰＥＣＶＤシステムの第１のチャンバにおいて堆積された。層２〜４は、ＰＥＣＶＤシステムの第２のチャンバにおいて堆積された。層５は、ＰＥＣＶＤシステムの第３のチャンバにおいて堆積された。層６〜層１１は、ＰＥＣＶＤシステムの第４のチャンバにおいて堆積された。層１〜層１１の堆積中の間隔は、５５０ミルに設定され、基板支持体の温度は、２００℃に設定された。タンデムｐ−ｉ−ｎ接合太陽電池を形成するために、堆積パラメータは、図６に記載されている。ホスフィンは、水素搬送ガス中、０．５％の混合において提供された。トリメチルボロンは、水素搬送ガス中、０．５％の混合において提供された。図６における水素ガス流量は、ドーパント搬送ガスから分離される水素ガス流量を示す。太陽電池は、図７に記載された以下の特性を有した。
【００６９】
非晶質堆積プロセス
[0079]本発明の一態様は、改善式薄膜シリコン太陽電池および改善式薄膜シリコン太陽電池を形成するための方法および装置を含み、太陽電池における層のうちの１つまたは複数の層は、改善された電気特徴および機械的特性を有し、従来の非晶質シリコン堆積プロセスより何倍も速い速度で堆積可能である少なくとも１つの非晶質シリコン層を備える。本願明細書に記載された方法を使用して達成される改善された堆積速度は、太陽電池基板処理システムによる基板スループットを著しく改善することができる。一実施形態において、本願明細書に記載されたプロセスは、薄膜ｐ−ｉ−ｎ太陽電池内の非晶質真性型層を形成するために使用され、非晶質真性型層の堆積速度は、約６０Å／分より速い。一実施形態において、非晶質真性型層の堆積速度は、少なくとも２２００ｍｍ×２６０ｍｍのサイズの基板で、約１５０Å／分〜約４００Å／分である。
【００７０】
[0080]驚くべきことに、本願明細書に記載された方法は、形成された薄膜太陽電池の光安定性を向上することが分かった。  その理由は、非晶質シリコン堆積プロセス中の高圧の使用が、生成されるプラズマにおけるイオンエネルギおよび電子温度を低下させることによって、成長する膜の表面のイオン衝撃を低減しやすいと考えられるためである。その上、処理中に水素ガス対シランガスの高い比を使用する場合にも、形成される太陽電池デバイスの光安定性に悪影響を及ぼすことが分かっているより高次のシラン関連の化学種の生成が抑制されると考えられる。以下の説明は、単接合太陽電池を形成する方法について一般的に説明しているが、以下で説明される１つまたは複数のプロセスステップは、既に説明したステップのうちの１つまたは複数のステップと組み合わせて使用してもよいことから、この構成は、本発明の範囲を限定することを意図していない。一実施例において、障壁層堆積プロセスステップ、真性型層堆積ステップ、電力上昇ステップ、温度安定ステップおよびプラズマ洗浄ステップは、図１から図９に関して上記で説明したステップのうちの１つまたは複数のステップと共に使用される。
【００７１】
[0081]図１０は、本願明細書に記載したプロセスを使用して形成される太陽電池１０００の一例を図示している。太陽電池１０００は、基板の上に形成される薄膜を用いたガラス基板、ポリマー基板または他の適切な基板などの基板１０２を含む。太陽電池１０００は、基板１０２の上に形成される第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１１０と、第１のＴＣＯ層１１０の上に形成されるｐ−ｉ−ｎ接合１０２０と、ｐ−ｉ−ｎ接合１０２０の上に形成される第２のＴＣＯ層１０３２と、第２のＴＣＯ層１０３２の上に形成される金属バッキング層１０３４と、をさらに備えてもよい。上述されたように、光捕獲を増大することによって光の吸収を改善するために、基板および／または基板の上に形成される薄膜のうちの１つまたは複数が、ウェットプロセス、プラズマプロセス、イオンプロセスおよび／または機械的プロセスによって任意に組織構成されてもよい。たとえば、第１のＴＣＯ層１１０の上に堆積される次の薄膜が一般的に、薄膜の下の表面の地形に従うように、太陽電池１０００における第１のＴＣＯ層１１０が、組織構成される。第１のＴＣＯ層１１０および第２のＴＣＯ層１０３２はそれぞれ、酸化スズ（ＳｎｘＯｙ）、酸化亜鉛（ＺｎｘＯｙ）、酸化インジウムスズ（ＩｎｘＳｎｙＯｚ）、スズ酸カドミウム、これらの組み合わせまたは他の適切な材料を備えてもよく、上述のように追加のドーパントおよび構成要素をさらに含んでもよい。
【００７２】
[0082]ｐ−ｉ−ｎ接合１０２０は、ｐ型非晶質シリコン層１０２２、ｐ型非晶質シリコン層１０２２の上に形成される真性型非晶質シリコン層１０２４、真性型非晶質シリコン層１０２４の上に形成されるｎ型非晶質シリコン層１０２６を備えてもよい。一定の実施形態において、ｐ型非晶質シリコン層１０２２は、約６０オングストローム（Å）〜約２００Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、真性型非晶質シリコン層１０２４は、約１，５００Å〜約５，０００Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、ｎ型非晶質半導体層１０２６は、約１００Å〜約４００Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、図１０に示されているように、ｐ−ｉ−ｎ接合１０２０はまた、約５０Å〜約１５０Åの間の厚さに形成されてもよい縮退的に（たとえば、高密度に）ドープされるｎ＋＋型非晶質半導体層１０２７を備えてもよい。
【００７３】
[0083]金属バッキング層１０３４は、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、これらの合金またはこれらの組み合わせからなるグループから選択される材料を含んでもよいが、これらに限定されるわけではない。レーザスクライビングプロセスなどの他のプロセスを行って、太陽電池１０００を形成してもよい。他の膜、材料、基板および／または実装は、金属バッキング層１０３４の上に提供されて、太陽電池を完成してもよい。
【００７４】
[0084]図４を参照すると、１つのチャンバが図示されているが、図５に図示されたようなシステム５００は、基板操作ロボット５２２の周囲に配置される複数のチャンバを含有してもよい。そのようなシステムにおいて、追加層が堆積される場合には、１つまたは複数の非晶質シリコン層は、基板が別のチャンバに移動される前に、１つのチャンバに堆積されてもよい。典型的に、ｉ型層およびｎ型層が基板の上に堆積される場合には、ｐ型層が、第１のチャンバにおいて基板の上に堆積され、次に基板が別のチャンバに移動される。
【００７５】
[0085]一実施形態において、加熱および／または冷却要素４３９は、堆積中に約２５０℃以下の基板支持温度を提供するように設定されてもよい。一実施形態において、基板支持体は、約１５０℃〜約２５０℃の温度に維持される。一実施例において、基板支持体は、約２００℃の温度に維持される。基板支持体４３０の基板収容表面４３２の上に配列される基板１０２の上表面とシャワーヘッド４１０（すなわち、ＲＦ電極）との間の種々の堆積ステップ中の間隔は、６００ミル〜約６，０００ミルであってもよい。太陽電池用途向けのガラス基板の典型的な厚さは、約４０ミル〜２００ミルである。
【００７６】
[0086]一実施形態において、ｐ−ｉ−ｎ非晶質シリコン太陽電池は、以下に記載される以下のステップを使用して形成される。以下で説明されるプロセス値および実施例は、本願明細書に記載される本発明の範囲について限定することを意図しているわけではなく、一部の場合において、約２９００リットルのチャンバ体積を有し、２２００ｍｍ×２６００ｍｍ基板を処理するようになっている６０ｋ処理システムに関する。第一に、少なくとも１つの基板の上に配列されるＴＣＯ層１１０を有する基板は、ＰＥＣＶＤチャンバ４００に挿入され、基板支持体４３０の上に配置され、その結果、ＴＣＯ１１０は、ｐ−ｉ−ｎ接合１０２０に含有される層のうちの１つまたは複数の層を収容することができる。
【００７７】
[0087]一実施形態において、ｐ−ｉ−ｎ接合１０２０における層のうちの１つまたは複数の層を堆積する前に、基板の温度は、アルゴン、水素またはヘリウムなどのガスを約３〜約５分の期間、処理チャンバを通るように流すことによって安定化され、典型的な３ｍｍ〜５ｍｍの厚さのガラス基板の温度を、約２００℃などの所望の温度まで上昇させることを可能にする。一実施例において、温度安定化ステップは、約２５．８ｓｃｃｍ／Ｌ（たとえば、７５，０００ｓｃｃｍ）の流量でアルゴンガスを提供することを備え、約２．０〜約２．５トールのチャンバ圧力を達成して、約５分以内に所望のレベルで、シャワーヘッド４１０から約６４０ミルに位置決めされる基板の温度を安定化する。この場合には、基板支持体は、約２００℃の温度に維持されることができる。
【００７８】
[0088]次のステップまたはプラズマ洗浄ステップにおいて、プラズマは、処理体積４０６において生成され、アルゴンガス、水素ガスまたはヘリウムガスが、チャンバを通って分配されて、ＴＣＯ層１１０の表面を洗浄し、ＴＣＯ層１１０の電気特性を改善する。一実施形態において、水素含有プラズマは、酸化スズを含有するＴＣＯ層などのＴＣＯ層と積極的に反応しうるため、処理体積を通って流れるガスは、アルゴンを含む。一実施形態において、酸化亜鉛を備えるＴＣＯ層に水素ガスを備える洗浄ガスを使用して、プラズマ洗浄ステップを行うことが望ましい。
【００７９】
[0089]次のステップにおいて、一般的にＴＣＯ層１１０の表面を洗浄した後、ｐ型ドープ非晶質層は、ＴＣＯ表面の上に堆積される。一実施形態において、ｐ型ドープ非晶質層は、２段階で堆積され、第１の段階プロセスは、約０〜約６．０の水素対シランの希釈比を利用してもよい。この低い水素希釈比は、ＴＣＯ層および生成されるプラズマの相互作用に起因して生じる可能性があるＴＣＯ層に対する損傷を防止するために利用される。一実施形態において、第１のｐ型ドープ非晶質層は、縮退的に（たとえば、高密度に）ドープされるｐ＋＋型非晶質シリコン層であり、約２〜約２．５トールの圧力で約２：１〜約６：１の比であるＴＭＢ：シラン前駆物質ガス混合物を使用して形成される層に相当するドーピング濃度を有し、ＴＭＢ前駆物質は０．５％のＴＭＢを備える。一実施形態において、第１のｐ型ドープ非晶質層は、約４５ｍＷ／ｃｍ２（２４００Ｗ）〜約９１ｍＷ／ｃｍ２（４８００Ｗ）のプラズマ電力で形成される。一実施例において、図１０に図示される層１０２２の一部などのｐ型非晶質シリコン層の第１の段階は、約２．１ｓｃｃｍ／Ｌ（たとえば、６０００ｓｃｃｍ）〜約３．１ｓｃｃｍ／Ｌ（たとえば、９０００ｓｃｃｍ）の流量でシランを提供し、水素ガス対シランガスの混合比が約６．０であるような流量で水素ガスを提供し、６：１の０．５％ＴＭＢガス対シランガスの混合比に相当する流量でドーピング前駆物質を提供することによって形成されてもよく、同時に、基板支持体温度は、約２００℃に維持され、プラズマ電力は、５７ｍＷ／ｃｍ２（３２８７Ｗ）で制御され、チャンバ圧力は約２〜１０秒間、約２．５トールに維持されて、約１０〜５０Åの膜を形成する。この実施例において、基板は、シャワーヘッド４１０から約６４０ミルに位置決めされることができる。このドーピング濃度で形成される非晶質ｐ型ドープシリコン層は、シリコン太陽電池の正孔輸送を改善すると考えられる。
【００８０】
[0090]第１のｐ型ドープ非晶質層の堆積後に、第２のｐ型ドープ非晶質層が次に、堆積されることができる。第２のｐ型ドープ非晶質層は、約８０〜１５０Åの厚さを有してもよく、約１：１〜約２：３のＴＭＢ：シラン前駆物質混合比および約５〜約１０の水素シラン希釈比を使用して形成される層に相当するドーピング濃度を使用して一般的に堆積される。一実施形態において、第２のｐ型ドープ非晶質層は、約４５ｍＷ／ｃｍ２（２４００Ｗ）〜約９１ｍＷ／ｃｍ２（４８００Ｗ）のプラズマ電力で形成される。また、一実施例において、第２の非晶質シリコンｐ型ドープ層堆積プロセス中に、堆積される膜の導電率を増大させるために、メタン（ＣＨ４）などの炭素含有前駆物質ガスを処理領域に分配することによって、堆積される膜に対する炭素の量を提供することが望ましい。一実施形態において、純メタン対シランの比は、約１：１〜約２：３（メタン：シラン）で変化され、シラン流量は、約２．１ｓｃｃｍ／Ｌ（６０００ｓｃｃｍ）〜約３．１ｓｃｃｍ／Ｌ（９０００ｓｃｃｍ）で変化してもよい。一実施例において、ｐ型非晶質シリコン層の第２の段階は、約２．３ｓｃｃｍ／Ｌ（６７０２ｓｃｃｍ）の流量でシランを提供し、水素ガス対シランガスの混合比が約１０．０であるような流量で水素ガスを提供し、５．８：１の０．５％ＴＭＢガス対シランガスの混合比に相当する流量でドーピング前駆物質を提供し、メタンガス対シランガスの混合比が約１：１であるような流量でメタンガスを提供することによって形成されてもよく、同時に、基板支持体温度は、約２００℃に維持され、プラズマ電力は、約５６ｍＷ／ｃｍ２（３２１７Ｗ）で制御され、チャンバ圧力は約２１秒間で、１２０Åを形成するために、約２．５トールに維持される。この実施例において、基板は、シャワーヘッド４１０から約６４０ミルに位置決めされることができる。第１のｐ型ドープ非晶質層の直後の第２のｐ型ドープ非晶質層の使用は、薄い高密度（たとえば、縮退的に）ドープされた第１のｐ型層の使用およびより厚くて広いバンドギャップの第２のｐ型非晶質層材料の使用に起因する光吸収損失の低減に役立つと考えられる。
【００８１】
[0091]ｐ型層堆積ステップ中などのＰＥＣＶＤ堆積ステップの１つまたは複数のステップ中に、静電荷が、基板上に蓄積されることができる。静電荷は、機械的基板リフト機構によって基板収容表面４３２から強制的に除去されると、基板に対する損傷を生じるほど十分に大きくなってもよい。基板の上表面とシャワーヘッドとの間の間隔が可変であってもよい間に、静電荷を排除するために、水素プラズマが、チャンバ内で作成される。したがって、一実施形態において、太陽電池デバイスを形成するために使用される堆積ステップの一部が異なるチャンバ（たとえば、ｐ型堆積ステップ、ｉ型堆積ステップ、ｎ型堆積ステップ）において行われるため、処理チャンバから基板を移送する前に、基板支持体４３０から基板１０２を分離するのに役立つように、任意のプラズマ処理ステップまたは電力上昇ステップが、使用される。生成されたプラズマは、前の処理ステップ中に誘電体基板で収集される電荷が放電することを可能にする。このステップにおいて、プラズマは、処理体積４０６において生成されるのと同時に、アルゴンガス、水素ガスまたはヘリウムガスは、処理チャンバを通過して、消失されることになっている基板において捕獲される電荷用の経路を形成する。基板支持体はまた、約２００℃などの所望の温度で維持されてもよい。一実施形態において、電力上昇ステップは、種々の間隔における６ステップなどのシャワーヘッド間隔に対する種々の基板における多重ステップを備え、静電荷を完全に排除する。一実施形態において、最初に水素を含有するガスは、約３８ｍＷ／ｃｍ２（１０００Ｗ）〜約７６ｍＷ／ｃｍ２（４０００Ｗ）のＲＦ電力で、約５．２ｓｃｃｍ／Ｌ（１５，０００ｓｃｃｍ）〜約１５．５ｓｃｃｍ／Ｌ（４５０００ｓｃｃｍ）の流量で、処理体積を通って分配される。一実施例において、電力上昇ステップは、約１０．３ｓｃｃｍ／Ｌ（３０，０００ｓｃｃｍ）の流量で水素ガスを提供して、約２．０トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板がシャワーヘッド４１０から約１４００ミルに位置決めされ、約５７ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が約３秒間分配される。別の実施例において、電力上昇ステップは、約１０．３ｓｃｃｍ／Ｌ（３０，０００ｓｃｃｍ）の流量で水素ガスを提供して、約２．０トールのチャンバ圧力を達成することを備え、同時に、基板がシャワーヘッド４１０から約１４００ミルに位置決めされ、約５７ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が約３秒間分配される第１のステップと、約２．０トールのチャンバ圧力を達成するように、約１０．３ｓｃｃｍ／Ｌ（３０，０００ｓｃｃｍ）の流量で水素ガスが分配されると同時に、基板がシャワーヘッド４１０から約６０００ミルに位置決めされ、約５７ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が約５秒間分配される第２のステップと、を備える。
【００８２】
[0092]次のステップにおいて、任意に、水素ガスは、約２０秒の期間、処理チャンバを通じて分配され、基板を約２００℃などの所望の温度で安定化することを可能にしてもよい。一部の場合において、基板が、多重チャンバＰＥＣＶＤシステム内で、１つのチャンバから別のチャンバに真空環境において輸送される場合には、基板の上に堆積されるｐ型材料を有する基板は、基板の温度を実質的な量だけ失うことはないと考えられるため、このステップを完了するために使用される時間期間は、短くてもよい。一実施例において、温度安定化ステップは、約２５．９ｓｃｃｍ／Ｌ（たとえば、７５，０００ｓｃｃｍ）の流量でアルゴンガスを提供することを備え、約２．５トールのチャンバ圧力を達成して、約２０〜６０秒後にシャワーヘッド４１０から約６４０ミルに位置決めされる基板の温度を安定化する。基板支持体は、約２００℃の温度に維持されることができる。
【００８３】
[0093]次のステップまたはプラズマ洗浄ステップにおいて、一旦、基板が第２の処理チャンバに装填されると、基板において典型的に行われる。このステップにおいて、水素プラズマは、障壁層などの次の材料層の堆積前に、堆積されるｐ型層の表面を適切に洗浄するために、第２の処理チャンバの処理体積において生成される。水素プラズマ処置は、ｐ型層を不動態化し、ｐ型層の上に形成されうる任意の表面の欠陥を除去し、水素プラズマ処置ステップがないと、ｉ型層に拡散されやすい可能性がある任意の炭素およびホウ素の汚染を抑制することができる。一実施形態において、水素プラズマ洗浄ステップは、約３５ｍＷ／ｃｍ２（２０００Ｗ）〜約１３６ｍＷ／ｃｍ２（７２００Ｗ）のプラズマ電力と、約０〜約６０秒間、約２〜約２．５トールのチャンバ圧力を達成するのに十分な水素ガスを提供することを備える。一実施例において、水素プラズマ洗浄ステップは、約１０．３ｓｃｃｍ／Ｌ（３０，０００ｓｃｃｍ）の流量および５２ｍＷ／ｃｍ２（３０００Ｗ）のプラズマ電力で、水素ガスを提供し、約２．５トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板が、約１５秒間、シャワーヘッド４１０から約６４０ミルに位置決めされることを備える。
【００８４】
[0094]ｐ−ｉ層の間の境界における障壁層１０２３は、太陽電池の電気性能を改善することができることが分かっている。一実施形態において、障壁層１０２３は、上記で説明したＰＩＢ層と類似である。一定の実施形態において、障壁層１０２３は、約５０〜３００Åの厚さを有する障壁層を形成するために、約３８秒〜約２２５秒間、次のｉ層堆積プロセスに等しいか、または次のｉ層堆積プロセスより約０．５トール大きい圧力で、約２０〜約５０の比で、水素中で希釈されるシラン前駆物質を使用したプラズマ堆積によって形成される。障壁層は、広いバンドギャップを提供し、約５０ｍｅＶまでの太陽電池の開回路電圧を改善すると考えられる。障壁層は、前に堆積された層と以下で説明する次に堆積される高い堆積速度の真性層との間に配置されるため、障壁層を使用して、前に堆積された層のイオン衝撃を最小限に抑えてもよい。障壁層堆積ステップ中に、前に堆積された層の衝撃を最小限に抑えるために、堆積プロセスは典型的に、低いＲＦプラズマ堆積電力を使用する。一実施形態において、障壁層は、真性型非晶質材料であり、約２０〜約５０の希釈比を有する水素によって希釈されたシランガス混合物、ｉ層堆積プロセスに等しいか、またはｉ層堆積プロセスより大きいチャンバ圧力、および約１８秒〜約３６００秒の時間期間で約２３ｍＷ／ｃｍ２（１２００Ｗ）〜約６１ｍＷ／ｃｍ２（３２４０Ｗ）のＲＦプラズマ電力を使用して、基板の上に形成される。１つの構成において、チャンバ圧力は、ｉ層堆積プロセスに等しいか、またはｉ層堆積プロセスより約０．５トール大きい。一実施例において、真性型非晶質シリコン層を備える障壁層は、約１．５ｓｃｃｍ／Ｌ（４２３５ｓｃｃｍ）の流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約２５であるような流量で、水素ガスを提供すると同時に、基板支持体温度が、約２００℃に維持され、プラズマ電力は、約２７ｍＷ／ｃｍ２（１５２５Ｗ）に制御され、チャンバ圧力は約３５秒間、約３．０トールに維持されることによって形成される。１つの構成において、本願明細書において説明されたプロセスを使用して形成される障壁層膜の特性に起因して、障壁層は、形成される太陽電池デバイスにおける青い光吸収の改善、それゆえに、太陽電池効率の改善に役立つように使用されることができると考えられる。約２０〜約５０の水素対シランの希釈比および３７．９ｓｃｃｍ／Ｌ（１１０，０００ｓｃｃｍ）を超える流量における障壁層の堆積は、曲線因子および、他の従来形成された太陽電池デバイスより優れた光安定性などの電気特徴を改善すると考えられる。
【００８５】
[0095]次のステップにおいて、真性層１０２４は、基板表面の上に堆積される。緩衝層の堆積に続いて、真性型非晶質材料の２０００〜３０００Åの厚さの層が、約８〜約１５の希釈比を有する水素によって希釈されたシランガス混合物、約２〜約３トールのチャンバ圧力、および約３００〜約１８００秒の時間期間において、約２７ｍＷ／ｃｍ２（１４４０Ｗ）〜約９１ｍＷ／ｃｍ２のＲＦプラズマ電力を使用して、基板の上に形成される。一実施例において、２６００Åの真性非晶質層は、約９０００ｓｃｃｍの流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約１２．５であるような流量で、水素ガスを提供すると同時に、基板支持体温度が、約２００℃に維持され、プラズマ電力は、約５５ｍＷ／ｃｍ２（３１６８Ｗ）に制御され、チャンバ圧力は約７３６秒間、約２．５トールに維持されることによって形成されてもよい。
【００８６】
[0096]次のステップにおいて、ｎ型ドープ非晶質層１０２６は、約５．０〜約９．０の水素対シラン希釈比、約１：１〜約１：３のドーパント：シランの比の０．５％ホスフィン（ＰＨ３）ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質、約６８（３６００Ｗ）〜約１１４ｍＷ／ｃｍ２（６０００Ｗ）のＲＦプラズマ電力、および約２４〜約３６秒の時間期間において、約１〜約３トールのチャンバ圧力を利用して、ｉ型真性層１０２４の表面上に堆積される。一実施例において、２００〜３００Åのｎ型非晶質シリコン層は、約１．０ｓｃｃｍ／Ｌ（３０００ｓｃｃｍ）〜約３．１ｓｃｃｍ／Ｌ（６０００ｓｃｃｍ）の流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約５．０であるような流量で、水素ガスを提供し、約１：３の０．５％ホスフィン（ＰＨ３）ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質を提供すると同時に、基板支持体温度が、約２００℃に維持され、プラズマ電力は、約８１ｍＷ／ｃｍ２（４６７８Ｗ）に制御され、チャンバ圧力は約２５秒間、約１．５トールに維持されることによって形成される。この実施例において、基板は、シャワーヘッド４１０から約６４０ミルに位置決めされることができる。
【００８７】
[0097]次のステップにおいて、縮退的にドープされる（たとえば、ｎ＋＋）ｎ型ドープ非晶質層１０２７は、約５．０〜約９．０の水素対シラン希釈比、約１：２〜約１：５（ホスフィン：シランの比）の０．５％ホスフィン（ＰＨ３）ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質、約６８ｍＷ／ｃｍ２（３６００Ｗ）〜約１１３ｍＷ／ｃｍ２（６０００Ｗ）のＲＦプラズマ電力、および約８〜約２５秒の間において、約１〜約３トールのチャンバ圧力を利用して、ｎ型層１０２６の表面の上に堆積されて、５０〜１５０Åの厚い層を形成する。一実施例において、８０Åのｎ＋＋型非晶質シリコン層は、約０．５ｓｃｃｍ／Ｌ（１５００ｓｃｃｍ）〜約３．１ｓｃｃｍ／Ｌ（６０００ｓｃｃｍ）の流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約８．３であるような流量で、水素ガスを提供し、約５：１のホスフィン（ＰＨ３）ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質を提供すると同時に、基板支持体温度が、約２００℃に維持され、プラズマ電力は、約７２ｍＷ／ｃｍ２（４１５３Ｗ）に制御され、チャンバ圧力は約１０秒間、約１．５トールに維持されることによって形成される。この実施例において、基板は、シャワーヘッド４１０から約６４０ミルに位置決めされることができる。
【００８８】
[0098]ｎ層およびｎ＋層が形成された後、プラズマが再び、処理体積において生成されて、上記で説明したように、基板における静電荷を排除してもよい。一実施形態において、このステップは、種々の間隔における６ステップなどのシャワーヘッド間隔に対する種々の基板における多重サブステップを備え、静電荷を完全に排除する。一実施形態において、処理体積を流れるガスは、水素を含む。一実施例において、いわゆる「電力上昇ステップ」は、約１０．３ｓｃｃｍ／Ｌ（３０，０００ｓｃｃｍ）の流量で水素ガスを提供して、約２．０トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板がシャワーヘッド４１０から約１４００ミルに位置決めされ、約５７ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が約３秒間分配されることを備える。別の実施例において、電力上昇ステップは、約１０．３ｓｃｃｍ／Ｌ（３０，０００ｓｃｃｍ）の流量で水素ガスを提供して、約２．０トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板がシャワーヘッド４１０から約１４００ミルに位置決めされ、約５７ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が約３秒間分配される第１のステップと、約２．０トールのチャンバ圧力を達成するように、約１０．３ｓｃｃｍ／Ｌ（３０，０００ｓｃｃｍ）の流量で水素ガスが分配されると同時に、基板がシャワーヘッド４１０から約６０００ミルに位置決めされ、約５７ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ電力が約５秒間分配される第２のステップと、を備える。
【００８９】
[0099]前述の内容は、本発明の実施形態に向けられているが、本発明の他の実施形態および別の実施形態は、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく考案されることができ、本発明の範囲は、以下の請求項によって決定される。たとえば、図４のプロセスチャンバは、水平位置に示されている。本発明の他の実施形態において、プロセスチャンバは、垂直などの水平以外の位置にあってもよいことは理解される。たとえば、本発明の実施形態は、図５において多重プロセスチャンバクラスタツールに関して記載されている。本発明の実施形態はまた、インラインシステムおよび混成インライン／クラスタシステムにおいて実現されてもよいことは理解される。たとえば、本発明の実施形態は、第１のｐ−ｉ−ｎ接合および第２のｐ−ｉ−ｎ接合を形成するように構成された第１のシステムに関して記載されている。本発明の他の実施形態において、第１のｐ−ｉ−ｎ接合および第２のｐ−ｉ−ｎ接合は、１つのシステムにおいて形成されてもよいことは理解される。たとえば、本発明の実施形態は、真性型層およびｎ型層の両方を堆積するようになっているプロセスチャンバに関して記載されている。本発明の他の実施形態において、別個のチャンバが、真性型層およびｎ型層を堆積するようになってもよいことは理解される。本発明の他の実施形態において、プロセスチャンバは、ｐ型層および真性型層の両方を堆積するようになってもよいことは理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】光または太陽放射に向けられる多接合太陽電池の一定の実施形態の概略図である。
【図２】ｎ型非晶質シリコン緩衝層をさらに備える図１の多接合太陽電池の概略図である。
【図３】ｐ型微晶質シリコン接触層をさらに備える図１の多接合太陽電池の概略図である。
【図４】太陽電池の１つまたは複数の膜が堆積されてもよいプラズマ強化型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバの一実施形態の概略断面図である。
【図５】複数のプロセスチャンバを有するプロセスシステムの一実施形態の上部概略図である。
【図６】タンデムｐ−ｉ−ｎ接合太陽電池を形成するための堆積パラメータの集合を描いている。
【図７】本発明の一実施形態の太陽電池の特性を描いている。
【図８Ａ】単接合太陽電池の異なる実施形態の概略図を描いている。
【図８Ｂ】単接合太陽電池の異なる実施形態の概略図を描いている。
【図８Ｃ】単接合太陽電池の異なる実施形態の概略図を描いている。
【図９】単接合太陽電池の異なる実施形態の概略図を描いている。
【図１０】本発明の一実施形態による単接合太陽電池の概略図である。
【符号の説明】
【００９１】
１００…多接合太陽電池または基板、１０１…太陽放射、１０２…基板、１１０…第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層、１２０…第１のｐ−ｉ−ｎ接合、１２１…ｐ型微晶質シリコン接触層、１２２…ｐ型非晶質シリコン層、１２４…真性型非晶質シリコン層、１２５…ｎ型非晶質シリコン緩衝層、１２６…ｎ型微晶質シリコン層、１３０…第２のｐ−ｉ−ｎ接合、１３２…ｐ型微晶質シリコン層、１３４…真性型微晶質シリコン層、１３６…ｎ型非晶質シリコン層、１４０…第２のＴＣＯ層、１５０…金属バッキング層、４００…プラズマ強化型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、４０２…壁、４０４…下部、４０６…プロセス体積、４０８…弁、４０９…真空ポンプ、４１０…シャワーヘッド、４１２…バッキングプレート、４１４…懸架装置、４１６…中心支持体、４２０…ガス源、４２２…ＲＦ電源、４２４…遠隔プラズマ源、４３０…基板支持体、４３１…接地ストラップ、４３２…基板収容表面、４３４…ステム、４３３…シャドウフロム、４３６…リフトシステム、４３８…リフトピン、４３９…加熱および／または冷却要素、５００…プロセスシステム、５１０…ロードロックチャンバ、５２０…移送チャンバ、５２２…真空ロボット、５３１〜５３７…プロセスチャンバ、８０２…予備のｐ型非晶質シリコン層、８０４…ｎ型非晶質シリコン層、８０６…高密度にドープされたｎ型非晶質シリコン層、８０８…ｎ型微晶質シリコン層、８１０…ｐ型微晶質シリコン層、８１２…真性型微晶質シリコン層、８１４…ｎ型微晶質シリコン層、８２０…ｎ型非晶質シリコン緩衝層、８２１…ｎ型非晶質シリコン緩衝層、８５０…太陽電池、８５２…太陽電池、８５４…太陽電池、９００…多接合太陽電池、９０２…第１の上部界面層、９０４…ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層（ＰＩＢ層）、９０６…ｎ型非晶質シリコン緩衝層、９０８…界面層、９１０…第１の接合、９１２…任意のＰＩＢ層、９１４…真性型微晶質シリコン層、９１６…ｎ型非晶質シリコン層、９１８…、第２の下部界面層、９２０…第２の接合、１０００…太陽電池、１０２０…ｐ−ｉ−ｎ接合、１０２２…ｐ型非晶質シリコン層、１０２３…障壁層、１０２４…真性型非晶質シリコン層、１０２６…ｎ型非晶質シリコン層、１０２７…縮退的にドープされるｎ＋＋型非晶質半導体層、１０３２…第２のＴＣＯ層、１０３４…金属バッキング層。
【図１】
2010534938.tif 000003
【図２】
2010534938.tif 000004
【図３】
2010534938.tif 000005
【図４】
2010534938.tif 000006
【図５】
2010534938.tif 000007
【図６】
2010534938.tif 000008
【図７】
2010534938.tif 000009
【図８Ａ】
2010534938.tif 000010
【図８Ｂ】
2010534938.tif 000011
【図８Ｃ】
2010534938.tif 000012
【図９】
2010534938.tif 000013
【図１０】
2010534938.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月25日(2009.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜多接合太陽電池を形成する方法において、
基板に第１の光起電力接合を形成するステップと、
前記第１の光起電力接合の上に第２の光起電力接合を形成するステップであって、
ｐ型微晶質シリコン層を形成する工程、
前記ｐ型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成する工程であって、前記真性型微晶質シリコン層が形成されるときに、１つまたは複数のプロセス変数が、真性型微晶質シリコン層の厚さ内の２箇所以上の点で結晶留分を制御するように調整される工程、
前記真性型微晶質層の上にｎ型非晶質シリコン層を形成する工程、
を備える前記ステップと、
を備える、前記方法。
【請求項２】
前記第１の光起電力接合が、
ｐ型非晶質シリコン層を形成するステップと、
前記ｐ型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成するステップと、
前記真性型非晶質シリコン層の上にｎ型微晶質シリコン層を形成するステップと、
前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性型非晶質シリコン層との間に、ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層を形成するステップと、
前記真性型非晶質シリコン層と前記ｎ型微晶質シリコン層との間に、ｎ型非晶質シリコン緩衝層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項３】
前記真性型微晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記真性型微晶質シリコン層を形成する前記ステップ中に、第１のガスとシランガスとの間の比を調整する工程をさらに備え、前記第１のガスが、水素を含む、請求項１に記載の形成方法。
【請求項４】
前記第１のガス対シランガスの比が、約２０：１〜約２００：１で制御される、請求項３に記載の形成方法。
【請求項５】
前記第２の光起電電池において、前記ｎ型非晶質シリコン層の上に、高密度にドープされるｎ型非晶質シリコン層を形成するステップであって、前記高密度にドープされるｎ型非晶質シリコン層が、約３００Å未満の厚さを有するステップをさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項６】
前記ｐ型微晶質シリコン層、前記真性型微晶質シリコン層、および前記ｐ型非晶質シリコン層を形成する前に、前記基板に水素またはアルゴンの処置プロセスを行うステップであって、前記水素処置が、
前記基板の前記表面に向かって水素を含むガスを分配する工程、
前記基板の前記表面の上にＲＦプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項２に記載の形成方法。
【請求項７】
前記第１の光起電力接合と前記第２の光起電力接合との間に、界面層を形成するステップであって、前記界面層が、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つから選択されるステップをさらに備える、請求項１に記載の形成方法。
【請求項８】
前記基板と、前記ｐ型非晶質シリコン層との間に、第１の上部界面層を形成するステップであって、前記第１の上部界面層が、高密度にドープされたｐ型非晶質シリコン層、ｐ型微晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つであるステップをさらに備える、請求項２に記載の形成方法。
【請求項９】
第１の光起電力接合および第２の光起電力接合を備えるタンデム接合光起電デバイスであって、前記第１の光起電力接合が、
ｐ型非晶質シリコン層と、
ｐ−ｉ緩衝真性型非晶質シリコン層と、
バルク真性型非晶質シリコン層と、
ｎ型微晶質シリコン層と、を備え、前記第２の光起電力接合が、
ｐドープ微晶質シリコン層と、
真性型微晶質シリコン層と、
前記真性型微晶質シリコン層に隣接するｎドープ非晶質シリコン層と、
を備える、タンデム接合光起電デバイス。
【請求項１０】
前記第１の光起電力接合と前記第２の光起電力接合との間に配列される界面層をさらに備える、請求項９に記載のタンデム接合光起電デバイス。
【請求項１１】
前記第１の光起電力接合と基板との間に配列される第１の上部界面層をさらに備え、前記第１の上部界面層が、高密度にドープされたｐ型非晶質シリコン層、ｐ型微晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つである、請求項９に記載のタンデム接合光起電デバイス。
【請求項１２】
前記第１の上部界面層は、約１０２０ｃｍ３〜約１０２１原子／ｃｍ３のドーピング濃度を有する高密度にドープされるｐ型非晶質シリコンまたは高密度にドープされるｐ型微晶質シリコンの層である、請求項１１に記載のタンデム接合光起電デバイス。
【請求項１３】
前記真性型微晶質シリコン層に隣接する前記ｎドープ非晶質シリコン層と接触状態にある前記第２の光起電力接合の上に配列される第２の下部界面層をさらに備え、前記第２の下部界面層が、高密度にドープされたｎ型非晶質シリコン層、ｎ型微晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、および他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金のうちの少なくとも１つである、請求項９に記載のタンデム接合光起電デバイス。
【請求項１４】
前記第２の下部界面層は、約１０２０原子／ｃｍ３〜約１０２１原子／ｃｍ３のドーピング濃度を有する高密度にドープされるｎ型非晶質シリコンまたは高密度にドープされるｎ型微晶質シリコンの層である、請求項１３に記載のタンデム接合光起電デバイス。
【請求項１５】
前記ｐドープ微晶質シリコン層は、約１×１０１８原子／ｃｍ３〜約１×１０２０原子／ｃｍ３のボロン濃度を有する、請求項９に記載のタンデム接合光起電デバイス。
【国際調査報告】
2010534938.tif 000015