(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未結合手を水素により終端したａ−ＳｉＧｅ：Ｈをｉ層に用いたｐｉｎ接合を備えた光起電力装置の製造方法であって、
ｐ層が形成された基板を反応室に移送し、該反応室中でＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス及びＨ２ガスを分解して前記ｐ層上に前記ｉ層を形成する工程を備え、
前記ｉ層を形成する工程を、前記反応室中に移送された前記基板の基板温度が安定になる前に開始すると共に、前記ＧｅＨ４ガスの流量を前記ｉ層の形成中に減少させることにより、当該ｉ層中における水素量とＧｅ量とを連動して変化させ、前記ｉ層中のバンドギャッププロファイルを膜厚方向で一定に保つことを特徴とする、光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、光起電力装置に係り、特に非晶質シリコンアロイを発電層に用いた光起電力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
未結合手を水素もしくはハロゲン族元素により終端した非晶質シリコンアロイ（以下、ａ−ＳｉＸ：Ｈという。）を発電層（ｉ層）に用いた光起電力装置は、シリコン（Ｓｉ）原子と炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、あるいは錫（Ｓｎ）原子とのアロイ化により光学ギャップを広い範囲で制御できることから、太陽光スペクトルの有効利用を目的とした積層型光起電力装置として有望視されている。
【０００３】
発電層を構成する合金型アモルファス半導体の成膜方法としてはプラズマ分解法が多用され、装置的には平行平板電極の容量結合型反応装置が用いられることが多い。膜生成用ガスはＳｉと合金を構成する成分に対応して選択され、例えば合金型アモルファス半導体の中で代表的地位を占めるアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという。）とゲルマニウム（Ｇｅ）とをアロイ化したａ−ＳｉＧｅ：Ｈは、モノシラン（ＳｉＨ4 ）とゲルマンガス（ＧｅＨ4 ）と水素（Ｈ2 ）とを膜生成用ガスとして用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非晶質シリコン系半導体を用いた光起電力装置においては、製造コストを低減するためにタクト時間を短縮して、生産性を向上させる必要がある。
【０００５】
非晶質シリコンアロイからなる発電層は通常２００〜２５０℃の高温で形成されるが、このときの昇温・安定化時間が成膜工程のタクト時間の短縮を制限する因子となっている。即ち、ｐ層を形成後、発電層を形成するために基板を反応室に移送すると、基板温度は発電層を形成する基板温度より８０℃から１００℃程度低い状態となる。これは搬送中の基板の冷却とｐ層と発電層との成膜温度の差である。
【０００６】
現在、発電層は８００秒ほどの成膜時間で成膜されるが、上記した温度差に対する昇温及び安定化には約３００秒程要している。これは、成膜時間の約半分の時間であり、タクト時間を短縮する際の大きな障害となっている。
【０００７】
しかしながら、昇温・安定化時間を短くすると、成膜工程中に温度上昇が生じ、基板側から成膜表面側へ向かって発電層中の水素プロファイルが負の勾配を持つことになる。このことはスーパーストレート型光起電力装置において、図３に示すように、ｐ側からｎ側へ向かって発電層のバンドギャッププロファイルが負の勾配を持つことを意味する。これは光照射で生成したホールの収集を阻害して光起電力装置の出力を低下させる要因になる。
【０００８】
この発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたものにして、昇温・安定化時間を短くしても、発電層のバンドギャッププロファイルに勾配の発生をなくすことを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、未結合手を水素により終端したａ−ＳｉＧｅ：Ｈをｉ層に用いたｐｉｎ接合を備えた光起電力装置の製造方法において、ｐ層が形成された基板を反応室に移送し、該反応室中でＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス及びＨ２ガスを分解して前記ｐ層上に前記ｉ層を形成する工程を備え、前記ｉ層を形成する工程を、前記反応室中に移送された前記基板の基板温度が安定になる前に開始すると共に、前記ＧｅＨ４ガスの流量を前記ｉ層の形成中に減少させることにより、当該ｉ層中における水素量とＧｅ量とを連動して変化させ、前記ｉ層中のバンドギャッププロファイルを膜厚方向で一定に保つことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、発電層の水素量プロファイルの負の勾配と連動させて、ＣやＧｅ等のバンドギャップ調整元素の添加量にも勾配を持たせる。膜中の水素量は成膜温度が低いほど多く含まれるので、反応温度が上昇するにつれて膜中の水素量は減る。そこで、膜中の水素量が多いときには、例えば、Ｇｅの組成量を多くして、ｐ層側からｎ層側にＧｅの組成量を減らして膜中の水素量の減少の影響をうち消すように作用させ、反応温度の変化に関わらず、バンドギャッププロファイルの勾配を解消する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
この発明の一実施の形態に係る光起電力装置を図１に示す。図１は積層型光起電力装置を示す断面模式図である。図１に示すように、ガラス基板１に透明電極２、膜厚２００オングストローム程度のｐ型ａ−ＳｉＣ層３、膜厚１００オングストローム程度の界面バッファ（ｂ）層４、膜厚２０００オングストローム程度のａ−Ｓｉからなるｉ層５及び膜厚２００オングストローム程度のｎ型ａ−Ｓｉ層６をこの順序で積層してフロントセルが形成される。そして、このフロントセルのｎ型ａ−Ｓｉ層６上に膜厚２００オングストローム程度のｐ型ａ−ＳｉＣ層７、膜厚２０００オングストローム程度のａ−ＳｉＧｅからなるｉ層８及び膜厚２００オングストローム程度のｎ型ａ−Ｓｉ層９をこの順序で積層してボトムトセルが形成される。そして、アルミニウム（Ａｌ）からなる裏面電極１０及び取り出し電極１１がスパッタリング法などにより形成される。
【００２０】
表１に、上記した光起電力装置における各半導体薄膜の形成条件を示す。
【００２１】
【表１】
0004155696.tif 000002
【００２２】
ボトムセルのｉ層８を形成するために反応室に基板を移送したときの基板温度は約１５０℃である。これはｐ層７の反応時の温度が１８０℃であり、移送時に３０℃程度冷却されるからである。これをｉ層８における反応時の基板温度である２３０℃に昇温・安定させるためには、約３００秒必要とする。従来は３００秒昇温に待機した後、ゲンルマンガスを５０ｓｃｃｍの流量で一定に流してｉ層を形成していた。
【００２３】
しかし、このように３００秒も待機するとタクト時間が長くなる。そこで、この発明では、ガス導入後の圧力安定化に要する１０秒ほどの時間を含め昇温時間などの待機時間を２０秒に短縮してｉ層８の反応を開始した。
【００２４】
このとき成膜開始時の基板温度は１７０℃である、従って成膜中の温度変化は６０℃である。このときゲルマンガスを一定の流量で流すと、前述したように、バンドプロファイルに負の勾配が発生する。そこで、この発明では、ゲルマンガスを６０ｓｃｃｍから５０ｓｃｃｍにリニアに変化させてｉ層８を形成した。
【００２５】
ａ−ＳｉＧｅ：Ｈの光学ギャップ（Ｅopt）は、膜中の水素量（ＣH）とＧｅ量（ＣGe）を用いて以下の式で近似できる。
【００２６】
Ｅopt＝１．３ＣH−０．６ＣGe＋１．４（ｅＶ）・・・（１）
【００２７】
ここでｉ層８においては、ｐ層近傍からｎ層近傍へ向かって水素量が減少し、膜厚方向の水素量差は最大６ａｔ．％である。式（１）より、この水素量差は０．０８ｅＶのバンドギャップ差に相当する。
【００２８】
しかし、この時ｐ層７近傍のＣGeを４８ａｔ．％、ｎ層９近傍のＣGeを３５ａｔ．％とし、ＣGeを約１３ａｔ．％傾斜させることで、図２に示すように、バンドギャップに与える影響をキャンセルさせることができ、ＣHの勾配がバンドギャップを膜厚方向で一定に保つことができる。
【００２９】
上記の一実施例では、バンドプロファイルをフラットにしているが、バンドプロファイル設計にＣH傾斜を利用してもよく、このプロファイルを台形や、山形にしたりすることは自由である。
【００３０】
また、上記実施例の説明ではａ−ＳｉＧｅ：Ｈに関してのみ述べたが、Ｓｉ原子とＣ原子とのアロイ、Ｓｉ原子とＮ原子とのアロイ、Ｓｉ原子とＯ原子とのアロイ、Ｓｉ原子とＳｎ原子とのアロイについても同様の効果が得られている。
例えば、ａ−ＳｉＣの場合には炭素（Ｃ）をｐ層側からｎ層側へ向かって増加させればよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、発電層の水素量プロファイルの負の勾配と連動させて、ＣやＧｅ等のバンドギャップ調整元素の添加量にも勾配を持たせることで、膜中の水素量の減少の影響をうち消すように作用させ、反応温度の変化に関わらず、バンドギャッププロファイルの勾配を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の断面模式図である。
【図２】この発明によるバンドギャッププロファイルを示す模式図である。
【図３】従来例のバンドギャッププロファイルを示す模式図である。。
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  透明電極
３  ｐ型ａ−ＳｉＣ層
４  界面バッファ（ｂ）層
５  ａ−Ｓｉからなるｉ層
６  ｎ型ａ−Ｓｉ層
７  ｐ型ａ−ＳｉＣ層
８  ａ−ＳｉＧｅからなるｉ層
９  ｎ型ａ−Ｓｉ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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