(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された透明電極上に、ｐ型、ｉ型、ｎ型の半導体層、透明導電膜および裏面金属電極をこの順に形成する光起電力装置の製造方法であって、
前記ｉ型の半導体層上にｎ型非晶質Ｓｉ層を形成し、次いで高水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成することにより前記ｎ型の半導体層を形成することを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に形成された透明電極上に、ｐ型、ｉ型、ｎ型の半導体層を複数組形成する光起電力装置の製造方法であって、
前記ｉ型層上にｎ型非晶質Ｓｉ層を形成し、次いで高水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成することにより逆接合になるｎ型の半導体層を形成する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】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非晶質薄膜半導体を光発電層に用いた光起電力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原料ガスのグロー放電分解や光ＣＶＤ法により形成される非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す。）を主材料にした光起電力装置は、薄膜、大面積化が容易という特長を持ち、低コスト光起電力装置として期待されている。
【０００３】
この種の光起電力装置の構造としては、ｐｉｎ接合を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ光起電力装置が一般的である。図５はこのような光起電力装置の構造を示し、ガラス基板１上に、透明電極２、ｐ型ａ−ＳｉＣ層３、ｉ型ａ−Ｓｉ層４、ｎ型微結晶シリコン（以下、μｃ−Ｓｉ層と記す。）５、裏面金属電極７を順次積層することにより作成される。この光起電力装置は、ガラス基板１を通して入射する光により光起電力が発生する。また、裏面金属電極７は、ｉ型ａ−Ｓｉ層４で吸収しきれなかった光を反射し、再びｉ型ａ−Ｓｉ層４に入射させ、半導体層の光吸収を増加させるためにある。この裏面金属電極７としては、アルミニウムや銀などが用いられる。そして、裏面金属電極７と半導体層５との間には、ＺｎＯやＩＴＯなどの透明導電層６を設けることが半導体層と裏面金属との合金化等を抑制し、反射を良好に行うなどの点から望ましい。
【０００４】
ところで、上記の透明導電層６の中でＺｎＯ膜を用いた場合には、ｎ型層として、ａ−Ｓｉ層を用いると、オーミック性が劣化し、太陽電池特性が落ちる。このため、ｎ型層としては、μｃ−Ｓｉ層を用いる方がオーミック性などが改善され、太陽電池特性が向上する。このため、上記したように、ｎ型層にはμｃ−Ｓｉ層が用いられる場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラズマＣＶＤ法による微結晶シリコン層の形成は、水素を高希釈化した状態で形成されるため、その成膜速度はａ−Ｓｉに比べて遅くなる。また、微結晶シリコン膜は２００Å以下の膜厚では、高品質な膜質が得られない。
【０００６】
このため、従来のｎ型層に微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層を用いた光起電力装置においては、スループットが低くなるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上述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、効率及びスループットの向上を図れる光起電力装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板上に形成された透明電極上に、ｐ型、ｉ型、ｎ型の半導体層、透明導電膜および裏面金属電極をこの順に形成する光起電力装置の製造方法であって、前記ｉ型の半導体層上にｎ型非晶質Ｓｉ層を形成し、次いで高水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成することにより前記ｎ型の半導体層を形成することを特徴とする。
【０００９】
また、この発明は、基板上に形成された透明電極上に、ｐ型、ｉ型、ｎ型の半導体層を複数組形成する光起電力装置の製造方法であって、前記ｉ型層上にｎ型非晶質Ｓｉ層を形成し、次いで高水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成した後に低水素希釈条件でｎ型微結晶シリコン層を形成することにより逆接合になるｎ型の半導体層を形成することを特徴とする。
【００１０】
上記した構成によれば、ｎ型ａ−Ｓｉ層で主にドナーを供給し、その上の微結晶シリコン膜が核生成層となり、その上に高速で微結晶シリコン層が形成される。これによってｎ型層の特性は改善され、さらに後の微結晶部は２００Å以下の膜厚で高品質なものが高速に得られる。これにより、効率は向上し、さらにスループットも向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態にかかる光起電力装置を示す断面図であり、図５と共通の部分には共通の符号を付す。
【００１２】
この光起電力装置は以下のように作製される。まず、ガラス基板１上に透明電極２として酸化錫（ＳｎＯ2）等の膜を５０００〜１００００Åの厚さに形成する。このＳｎＯ2は、形成する条件を適宜選択することにより、表面に光閉じ込め効果に適した凹凸が形成される。
【００１３】
続いて、モノシラン（ＳｉＨ4）、ＣＨ4を主ガス、Ｈ2を希釈ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）をドーピングガスとして用い、プラズマＣＶＤ法により、ｐ型層３（ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ）を１００〜２００Åの厚さに形成する。
【００１４】
その後、このｐ型層３上に、モノシラン（ＳｉＨ4）を主ガス、Ｈ2を希釈ガスとして用い、プラズマＣＶＤ法によりｉ型層（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）４を２０００〜５０００Åの厚さに形成する。
【００１５】
さらに、このｉ型層４の上にモノシラン（ＳｉＨ4）を主ガス、ホスフィン（ＰＨ3）をドーピングガスとして用い、プラズマＣＶＤ法により、ｎ型層５１（ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）を１００Åの厚さに形成する。そして、このｎ型ａ−Ｓｉ層５１上にモノシラン（ＳｉＨ4）を主ガス、Ｈ2ガスで高希釈してホスフィン（ＰＨ3）をドーピングガスとして用い、プラズマＣＶＤ法により、膜厚３０Åのｎ型微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層５２を形成する。その後、ｎ型層５２上にモノシラン（ＳｉＨ4）を主ガス、Ｈ2ガスで低希釈してホスフィン（ＰＨ3）をドーピングガスとして用い、プラズマＣＶＤ法により、膜厚１５０〜２００Åのｎ型微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層５３を形成する。すなわち、この発明における光起電力装置においては、ｎ型層５が、ｎ型ａ−Ｓｉ層５１、成膜速度が遅い良質な膜からなる微結晶シリコン層５２と、高速で形成された微結晶シリコン層５３の３層の層で形成される。
【００１６】
最後に、ＺｎＯからなる透明導電膜６を形成した後、裏面金属電極７として銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）を蒸着又はスパッタ法により形成する。
【００１７】
上記した、各膜の形成条件を表１に示す。なお、成膜はプラズマＣＶＤ法により行った。なお、表１には、従来のｎ型微結晶シリコン層の製造条件も併せて記載している。
【００１８】
【表１】
0004124309.tif 000002
【００１９】
図３に、この発明により形成したｎ型層５の各膜における水素量のＳＩＭＳプロファイルを、図４に従来のｎ型層の水素量のＳＩＭＳプロファイルを示す。
【００２０】
図３及び図４から明らかなように、従来のものでは、膜中水素量が徐々に低下し、膜質が徐々に向上しているのに対し、この発明のものでは、微結晶シリコン層５２を形成した時点で急激に膜中水素濃度が減少し、良好な膜が形成される。その後、微結晶シリコン膜５３を高速で堆積しても良好な膜が得られていることが分かる。この発明においては、表１から明らかなように、成膜時間も大幅に短縮できる。
【００２１】
次に、この発明における光起電力素子と従来の微結晶シリコンを用いた光起電力素子の光照射後の変換効率をそれぞれ測定した結果を示す。
【００２２】
【表２】
0004124309.tif 000003
【００２３】
表２から明らかなように、この発明によれば、変換効率が向上していることが分かる。
【００２４】
図２はこの発明の他の実施の形態にかかる光起電力装置を示す断面図である。尚、上記した実施の形態と同じ部分には、同じ符号を付し説明を省略する。
【００２５】
この実施の形態は、ｐｉｎ構造の半導体層を数段階積層した所謂タンデム構造である。すなわち、ガラス基板１上に透明導電膜２を設け、その上にｐ型非晶質薄膜半導体層３、ｉ型非晶質薄膜半導体層４、この発明にかかるｎ型半導体層５をこの順序で数段階積層形成している。
【００２６】
上記タンデム構造のｐ型層３、ｎ型層５は上記した実施形態と同じ膜で上記表１と同じ条件により形成した。
【００２７】
ところで、各ｉ型層４、４ａのバンドギャップを光入射側では一番大きくし、その後は順次小さくしていくことによって各層で吸収できる波長領域が決定され、広範囲の波長領域で感度の高い光起電力装置が得られる。このため、光入射側のｉ型層４はｉ型ａ−Ｓｉ層で構成され、その下のｉ型層４ａは、例えばａ−ＳｉＧｅなどで構成される。光入射側のｉ層４は前述した表１と同じ条件で作成し、その下側のｉ層４ａはモノシラン（ＳｉＨ4）、ゲルマン（ＧｅＨ4）を主ガス、Ｈ2を希釈ガスとして用い、プラズマＣＶＤ法によりｉ型層（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）４を２０００〜５０００Åの厚さに形成した。
【００２８】
次に、上記したこの発明における光起電力素子と従来の微結晶シリコンを用いた光起電力素子の光照射後の変換効率をそれぞれ測定した結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
0004124309.tif 000004
【００３０】
表３から明らかなように、この発明によれば、変換効率が向上していることが分かる。
【００３１】
なお、上記した実施形態にかかるタンデム構造の光起電力装置においては、ｉ型層のバッドギャップを変化させているが、同じ組成のｐｉｎ型の膜を複数組積層してもよい。同じ組成のものを複数組積層することで、各組のｉ型層の膜厚を少なくすることができる。その結果、光照射後の劣化率を減少させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ｎ型ａ−Ｓｉ層で主にドナーを供給し、その上の微結晶シリコン膜が核生成層となり、その上に高速で微結晶シリコン層が形成される。これによってｎ型層特性は改善され、さらに後の微結晶部は２００Å以下の膜厚で高品質なものが高速に得られる。これにより、効率は向上し、さらにスループットも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる光起電力装置を示す断面図である。
【図２】この発明の他の実施形態にかかる光起電力装置を示す断面図である
【図３】この発明により形成したｎ型層における各層の水素量のＳＩＭＳプロファイルである。
【図４】従来のｎ型層の水素量のＳＩＭＳプロファイルである。
【図５】従来の光起電力装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  透明導電膜（ＳｎＯ2）
３  ｐ型層
４  ｉ型層
５  ｎ型層
５１  ｎ型層（ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）
５２  ｎ型微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層
５３  ｎ型微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層
６  ＺｎＯ膜
７  裏面金属電極
【図１】
0004124309.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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