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JP3697199B2 - Solar cell manufacturing method and solar cell - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の製造方法および太陽電池に関し、特にpin構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を改良した太陽電池の製造方法および太陽電池に係わる。
【0002】
【従来の技術】
pin構造の薄膜結晶シリコン層(微結晶Si層または多結晶Si層)を有する太陽電池においては、発電層であるi型の微結晶Si層または多結晶Si層を高品質化(主に(110)優先配向、低欠陥密度等)することが光電変換効率を向上に有用であることが知られている。(110)優先配向とは、一般にX線回折パターンにおいて(220)面からの回折強度と他の面からの回折強度を比較して判断するが、ここではプラズマCVDにより製膜した薄膜シリコン結晶における主なピークである(220)面と(111)面との回折強度の比を(110)配向比として定義する。
【0003】
ところで、電子技術総合研究所彙報63巻第1号、第2号にはi型の微結晶Si層(i層)をSiH4ガスを原料ガスとしてプラズマCVD装置のチャンバ内に導入して、チャンバ内にプラズマを発生するとともに、雰囲気温度(製膜される被処理基板の温度)を350℃を超える高温にして製膜することにより、そのi層が(110)優先配向を顕著に示すことが開示されている。しかしながら、例えば透明絶縁性基板面から光を入射し、pin構造の薄膜結晶シリコン(微結晶Siまたは多結晶Si)を有するタイプの太陽電池の製造において、前記i層を300℃を超える高温で製膜すると、次のような問題を生じる。
【0004】
すなわち、最も単純な構造の太陽電池は図12に示すように透明絶縁性基板101上に第1透明電極102、p型の微結晶Si層(p層)103、i型微結晶Si層(i層)104、n型微結晶Si層(n層)105、第2透明電極106、さらに裏面電極107を順次形成することにより製造される。前記第1、第2の透明電極102,106は、通常、酸化錫のような金属酸化物が使用されるが、前記i層104を製膜するときに原料ガスであるH2またはSiH4ガスに由来する水素ラジカルがプラズマ中で発生する。この水素ラジカルは、図13に示すように前記p層103を拡散し、さらに下側の第1透明電極102に達すると、還元反応によりその電極材料である金属酸化物の酸素の引き抜きが生じる。前記還元反応は、高温でi層104を製膜した場合に顕著に促進されるため、前記第1透明電極102は透明度が下がり、光の透過性が低下して、光電変換効率の低下が起きる。
【0005】
また、前記透明絶縁性基板101を高温に加熱することにより図14に示すようにp層103からi層104へのp型不純物(例えばボロン等)の拡散が促進されてpi接合界面のi層104側にp型拡散層108が形成されるため、接合界面の電気特性が劣化して漏れ電流が増加し、光電変換効率の低下が起きる。
【0006】
したがって、従来のように(110)優先配向を有するi型微結晶Si層104を製膜するために基板温度を高温にすると、透明電極102の光学的特性の劣化やpi接合界面へのp型拡散層108の生成による電気特性の劣化が生じ、光電変換効率の低下を招く問題を生じる。
【0007】
また、透明絶縁性基板上に裏面電極、第1透明電極、n型の微結晶Si層(n層)、i型微結晶Si層(i層)、p型微結晶Si層(p層)および第2透明電極を順次形成した構造を有し、第2透明電極側から光を入射させる太陽電池においても、i層を前述したように300℃を超える高温で製膜すると、第1透明電極の光透過性の低下、ni接合界面のi層側へのn型不純物層の形成による光電変換効率の低下を招く。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、透明絶縁性基板上に第1透明電極、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層、第2透明電極および裏面電極を順次形成し、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる構造の太陽電池の製造において、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を従来技術に比べてより低温で、かつ低コストで製膜することによって前記第1透明電極の光透過性の低下、pi接合界面またはni接合界面での電気特性の劣化を招くことなく、前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を(110)優先配向させることを可能にした太陽電池の製造方法を提供しようとするものである。
【0009】
本発明は、透明絶縁性基板上に裏面電極、第1透明電極、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層および第2透明電極を順次形成し、前記第2透明電極側から光を入射させる構造の太陽電池の製造において、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を従来技術に比べてより低温で、かつ低コストで製膜することによって前記第1透明電極の光透過性の低下、pi接合界面またはni接合界面での電気特性の劣化を招くことなく、前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を(110)優先配向させることを可能にした太陽電池の製造方法を提供しようとするものである。
【0010】
本発明は、(110)優先配向性を示すi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を含むpin構造の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有する太陽電池を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、透明絶縁性基板上に第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極と、裏面電極とを順次形成し、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる太陽電池を製造するに際し、
反応容器と、この反応容器に原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記反応容器内のガス排出するための排出手段と、前記反応容器内に配置された放電用はしご型電極と、この放電用はしご型電極にグロー放電発生用電力を供給するための電源と、前記反応容器内に前記放電用はしご型電極と離間して平行に配置され、加熱用ヒーターを内蔵した支持電極とを備えるCVD装置を用い、
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、前記CVD装置の支持電極に前記透明絶縁性基板を有する被処理物を支持させて加熱し、SiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスを前記原料ガスとして前記塩素化ケイ素系化合物ガスが前記SiH 4 と前記塩素化ケイ素系化合物ガスとの合計流量に対して1〜80%の範囲になるように前記ガス供給手段から前記反応容器内に供給し、前記電源からはしご型電極に周波数60MHz以上のグロー放電発生用高周波電力を供給して前記反応容器内にグロー放電を起こしてプラズマを発生させることにより製膜され、かつ塩素を1×10 18 cm -3 〜8×10 20 cm -3 含有することを特徴とするものである。
【0012】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、透明絶縁性基板上に裏面電極と、第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極とを順次形成し、前記第2透明電極側から光を入射させる太陽電池を製造するに際し、
反応容器と、この反応容器に原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記反応容器内のガス排出するための排出手段と、前記反応容器内に配置された放電用はしご型電極と、この放電用はしご型電極にグロー放電発生用高周波電力を供給するための電源と、前記反応容器内に前記放電用はしご型電極と離間して平行に配置され、加熱用ヒーターを内蔵した支持電極とを備えるCVD装置を用い、
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、前記CVD装置の支持電極に前記透明絶縁性基板を有する被処理物を支持させて加熱し、SiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスを前記原料ガスとして前記塩素化ケイ素系化合物ガスが前記SiH 4 と前記塩素化ケイ素系化合物ガスとの合計流量に対して1〜80%の範囲になるように前記ガス供給手段から前記反応容器内に供給し、前記電源からはしご型電極に周波数60MHz以上のグロー放電発生用電力を供給して前記反応容器内にグロー放電を起こしてプラズマを発生させることにより製膜され、かつ塩素を1×10 18 cm -3 〜8×10 20 cm -3 含有することを特徴とするものである。
【0013】
本発明に係る太陽電池は、透明絶縁性基板上に第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極と、裏面電極とが順次形成され、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる太陽電池において、
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、塩素を1×1018cm-3〜8×1020cm-3含有することを特徴とするものである。
【0014】
本発明に係る別の太陽電池は、透明絶縁性基板上に裏面電極と、第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極とが順次形成され、前記第2透明電極側から光を入射させる太陽電池において、
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、塩素を1×1018cm-3〜8×1020cm-3含有することを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0016】
図1は、以下に説明する実施形態の太陽電池の製造におけるpin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層などの形成に用いられるプラズマCVD装置を示す概略図、図2は図1のCVD装置に組み込まれる放電用はしご型電極を示す斜視図である。
【0017】
接地された反応容器1内には、図2に示す構造の放電用はしご型2が起立して配置されている。図示しない加熱ヒーターを内蔵した陽極3は、前記反応容器1内に前記はしご型電極2と所望距離離間して平行に配置されている。このようなはしご型電極2および陽極3の配置において、それらの対向面を前面、反対側の面を後面と称する。前記陽極3は、被処理基板を保持する機能を有する。
【0018】
高周波電源4は、インピーダンス整合器5を通して前記はしご型電極2に接続されている。原料ガスを供給するためのガス供給管6は、その先端が前記はしご型電極2の背面に位置するように前記反応容器1内に挿入されている。排気管7は、前記陽極3の背面に位置する前記反応容器1の側面に連結され、かつ他端が図示しない真空ポンプのような排気部材に連結されている。
【0019】
(第1実施形態)
本発明に係る透明絶縁性基板側から光を入射するタイプの太陽電池の製造方法を前述した図1および図2に示すプラズマCVD装置を参照して説明する。
【0020】
(第1工程)
透明絶縁性基板上に第1透明電極を形成する。
【0021】
前記透明絶縁性基板は、例えば光透過を示す青板ガラスから作られる。
【0022】
前記第1透明電極は、例えば酸化錫(SnO2)、酸化インジウム錫(ITO)のような金属酸化物から作られる。ここでは、水素による第1透明電極の還元を抑制するため数十nmの厚さの酸化亜鉛膜(図示せず)を第1透明電極上へ形成する。
【0023】
(第2工程)
前述した図1に示すプラズマCVD装置の陽極3に前記第1透明電極が形成された透明絶縁性基板を被処理物8として保持させ、被処理物8をリードを通して接地された反応容器1に接続した後、図示しない真空ポンプを作動して排気管7を通して前記反応容器1内を真空排気する。つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を所望温度に加熱する。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびp型不純物ガスをガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を所定の圧力に制御する。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8の第1透明電極上にp型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜する。
【0024】
前記p型不純物としては、例えばB26等を用いることができる。
【0025】
(第3工程)
p型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気する。つづいて、反応容器1内に原料ガスであるSiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスをガス供給管6を通して導入し、反応容器1内の所定の圧力に制御する。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から周波数が60MHz以上の高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のp型の微結晶Si層または多結晶Si層上にi型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜する。
【0026】
前記塩素化ケイ素系化合物ガスを原料ガスに添加することによって、前記陽極3の加熱ヒーターによる被処理物の透明絶縁性基板を120〜300℃の比較的低温の加熱条件の下で(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜することが可能になる。なお、この透明絶縁性基板の加熱温度を120℃未満にすると、(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜が困難になる虞がある。一方、透明絶縁性基板の加熱温度が300℃を超える高温にすると、製膜時にSiH4ガスに由来するプラズマ中の水素ラジカルが前記p型の微結晶Si層または多結晶Si層を拡散し、さらに下側の金属酸化物からなる第1透明電極に達して還元し、金属酸化物の酸素の引き抜きが生じて光の透過性が低下して、光電変換効率の低下が起こったり、p型の微結晶Si層または多結晶Si層のp型不純物がpi接合界面に拡散して電気特性の劣化が生じ、光電変換効率の低下を招いたりする虞がある。
【0027】
前記塩素化ケイ素系化合物ガスは、前記SiH4と前記塩素化ケイ素系化合物ガスの合計流量に対して流量比で1〜80%の範囲にて前記反応容器1に供給することが好ましい。前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比を1%未満にすると、120〜300℃の比較的低温の加熱条件の下では膜質が良好なi型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜することが困難になる。一方、前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比が80%を超えると、i型微結晶Si層または多結晶Si層がCl、Cl2等にエッチングされ製膜速度が低下する、またi型Si層がアモルファス化する虞がある。より好ましい前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比は、10%〜40%である。
【0028】
前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比を1〜80%に設定することにより塩素を1×1018cm-3〜8×1020cm-3含有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層を形成することが可能になる。前記i型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素含有量を1×1018cm-3未満にすると、i型の微結晶Si層または多結晶Si層における(110)優先配向を向上することが困難になる。一方、前記i型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素含有量が8×1020cm-3を超えると、i型の微結晶Si層または多結晶Si層の膜質を劣化させる虞がある。より好ましいi型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素含有量は2×1019cm-3〜4×1020cm-3 である。
なお、前記塩素化ケイ素系化合物ガスをSiH4とH2とに混合するにあたり、H2で希釈したガスを使用することを許容する。
【0029】
前記反応容器内にプラズマを発生させる際の圧力は、0.5〜10Torrの範囲、より好ましくは0.5〜3.0Torrの範囲に設定することが望ましい。
【0030】
(第4工程)
i型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気する。つづいて、この反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびn型不純物ガス(PH3等)をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内の所定の圧力に制御する。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のi型の微結晶Si層または多結晶Si層上にn型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜する。この後、前記被処理物をプラズマCVD層の反応容器1から取り出し、前記n型の微結晶Si層または多結晶Si層上に第2透明電極および裏面電極を順次形成して太陽電池を製造する。この太陽電池は、透明絶縁性基板側から太陽光のような光を入射させて前記pin構造の微結晶Si層または多結晶Si層で光電変換させることにより起電される。
【0031】
前記n型不純物ガスとしては、例えばPH3等を用いることができる。
【0032】
前記第2透明電極は、例えば酸化インジウム錫(ITO)、酸化錫から作られる。
【0033】
前記裏面電極は、例えばAlから作られる。
【0034】
なお、前記太陽電池の製造において第1透明電極側からp型、i型、n型の微結晶Si層を順次製膜してpin構造としたが、n型、i型、p型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を順次製膜してnip構造としてもよい。
【0035】
また、前記第1透明電極と前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層との間に、p、i、nの配列が前記微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と同様なpin構造またはnip構造を持つアモルファスシリコン層を配置することを許容する。
【0036】
以上、第1実施形態によれば透明絶縁性基板上に第1透明電極、pin構造またはnip構造を持つ微結晶Si層または多結晶Si層、第2透明電極および裏面電極を順次形成し、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる構造の太陽電池の製造において、プラズマCVD装置の支持電極に前記透明絶縁性基板を有する被処理物を支持させて加熱し、SiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスを原料ガスとしてガス供給手段から前記反応容器内に供給し、前記電源からはしご型電極に周波数60MHz以上のグロー放電発生用電力を供給して前記反応容器内にグロー放電を起こしてプラズマを発生させることによって、p型(またはn型)の微結晶Si層または多結晶Si層を120〜300℃の比較的低温の加熱条件の下で(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜することが可能になる。
【0037】
すなわち、SiH2Cl2のような塩素化ケイ素系ガスを原料ガスの一成分として用いることによって、プラズマ中で塩素化ケイ素系ガスが分解して塩素を発生するため、シリコンの成長表面を水素の代わりに塩素で覆うことが可能になる。塩素は、水素に比べて原子寸法が大きいためにSi層中に取り込まれ難く、(110)配向性を妨げる二次核の発生を抑制することができる。その結果、(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜することが可能になる。
【0038】
したがって、i型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜時にSiH4ガスに由来するプラズマ中の水素ラジカルが前記p型(またはn型)の微結晶Si層または多結晶Si層を拡散し、さらに下側の酸化錫のような金属酸化物からなる第1透明電極に達して還元する反応を抑制することができる。その結果、金属酸化物の酸素の引き抜きを抑制して前記第1透明電極の光の透過性を維持できる。
【0039】
また、i型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜時にp型(またはn型)の微結晶Si層または多結晶Si層とのpi接合界面(またはni接合界面)にp型(またはn型)の不純物が拡散するのを抑制できるため、前記接合界面での電気特性を良好な状態に維持することができる。
【0040】
このように第1実施形態によれば、比較的低温で(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜でき、かつ前記第1透明電極の光の透過性を維持できるとともに、pi接合界面(またはni接合界面)での電気特性を良好な状態に維持することができるため、透明絶縁性基板側から太陽光のような光を入射した際、高い光電変換効率を示す太陽電池を製造することができる。
【0041】
また、第1透明電極、pin構造またはnip構造を持つ微結晶Si層または多結晶Si層、第2透明電極および裏面電極を順次形成し、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる構造の太陽電池において、i型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素量を1×1018〜8×1020cm-3に規定することによって、(110)優先配向性を向上できるため、透明絶縁性基板側から太陽光のような光を入射した際、高い光電変換効率を示す太陽電池を得ることができる。
【0042】
さらに、前記第1透明電極と前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層との間に、p、i、nの配列が前記微結晶Si層または多結晶Si層と同様なpin構造またはnip構造を持つアモルファスシリコン層を配置することによって、より一層光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。
【0043】
(第2実施形態)
本発明に係る第2透明電極側から光を入射するタイプの太陽電池の製造方法を前述した図1および図2に示すプラズマCVD装置を参照して説明する。
【0044】
(第1工程)
例えば光透過を示す青板ガラスから作られる透明絶縁性基板上に例えばAlからなる裏面電極を形成した後、この裏面電極上に例えば酸化錫、酸化インジウム錫(ITO)のような金属酸化物から作られる第1透明電極を形成する。
【0045】
(第2工程)
前述した図1に示すプラズマCVD装置の陽極3に前記第1透明電極が形成された透明絶縁性基板を被処理物8として保持させ、被処理物8をリードを通して接地された反応容器1に接続した後、図示しない真空ポンプを作動して排気管7を通して前記反応容器1内のガスを真空排気する。つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を所望温度に加熱する。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2および例えばPH3のようなn型不純物ガスをガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を所定の圧力に制御する。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8の第1透明電極上にn型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜する。
【0046】
(第3工程)
n型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気する。つづいて、反応容器1内に原料ガスであるSiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスをガス供給管6を通して導入し、反応容器1内の所定の圧力に制御する。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から周波数が60MHz以上の高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のn型の微結晶Si層または多結晶Si層上にi型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜する。
【0047】
前記塩素化ケイ素系化合物ガスを原料ガスに添加することによって、前記陽極3の加熱ヒーターによる被処理物の透明絶縁性基板を120〜300℃の比較的低温の加熱条件の下で(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜することが可能になる。なお、この透明絶縁性基板の加熱温度を120℃未満にすると、(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜が困難になる虞がある。一方、透明絶縁性基板の加熱温度が300℃を超える高温にすると、製膜時にSiH4ガスに由来するプラズマ中の水素ラジカルが前記n型の微結晶Si層または多結晶Si層を拡散し、さらに下側の金属酸化物からなる第1透明電極に達して還元し、金属酸化物の酸素の引き抜きが生じて光の透過性が低下して、光電変換効率の低下が起こったり、n型の微結晶Si層または多結晶Si層のn型不純物がni接合界面に拡散して電気特性の劣化が生じ、光電変換効率の低下を招いたりする虞がある。
【0048】
前記塩素化ケイ素系化合物ガスは、前記SiH4と前記塩素化ケイ素系化合物ガスの合計流量に対して流量比で1〜80%の範囲にて前記反応容器1に供給することが好ましい。前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比を1%未満にすると、120〜300℃の比較的低温の加熱条件の下で膜質が良好なi型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜することが困難になる。一方、前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比が80%を超えると、i型微結晶Siまたは多結晶Si層がCl、Cl2等にエッチングされ製膜速度が低下する、またi型Si層がアモルファス化する虞がある。より好ましい前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比は、10%〜40%である。
【0049】
前記塩素化ケイ素系化合物ガスの流量比を1〜80%に設定することにより塩素を1×1018cm-3〜8×1020cm-3含有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層を形成することが可能になる。前記i型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素含有量を1×1018cm-3未満にすると、i型の微結晶Si層または多結晶Si層における(110)優先配向を向上することが困難になる。一方、前記i型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素含有量が8×1020cm-3を超えると、i型の微結晶Si層または多結晶Si層の膜質を劣化させる虞がある。より好ましいi型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素含有量は2×1019cm-3〜4×1020cm-3 である。
なお、前記塩素化ケイ素系化合物ガスをSiH4とH2とに混合するにあたり、H2で希釈することを許容する。
【0050】
前記反応容器内にプラズマを発生させる際の圧力は、0.5〜10Torrの範囲、より好ましくは0.5〜3.0Torrの範囲に設定することが望ましい。
【0051】
前記高周波電源から放電用はしご型電極に供給する高周波電力は、60MHz以上の周波数を有することが好ましい。
【0052】
(第4工程)
i型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気する。つづいて、この反応容器1内に原料ガスであるSiH、Hおよび例えばB26のようなp型不純物ガスをガス供給管6を通して導入し、反応容器1内の所定の圧力に制御する。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のi型の微結晶Si層または多結晶Si層上にp型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜する。この後、前記被処理物をプラズマCVD層の反応容器1から取り出し、前記p型の微結晶Si層または多結晶Si層上に例えば酸化錫、酸化インジウム錫(ITO)のよう金属酸化物からなる第2透明電極を形成して太陽電池を製造する。この太陽電池は、第2透明電極側から太陽光のような光を入射させて前記pin構造の微結晶Si層または多結晶Si層で光電変換させることにより起電される。
【0053】
なお、前記太陽電池の製造において第1透明電極側からn型、i型、p型の微結晶Si層を順次製膜してnip構造としたが、p型、i型、n型の微結晶Si層または多結晶Si層を順次製膜してpin構造としてもよい。
【0054】
また、前記nip構造またはpin構造を持つ微結晶Si層または多結晶Si層と前記第2透明電極との間に、p、i、nの配列が前記微結晶Si層または多結晶Si層と同様なnip構造またはpin構造を持つアモルファスシリコン層を配置することを許容する。
【0055】
以上、第2実施形態によれば透明絶縁性基板上に裏面電極、第1透明電極、nip構造またはpin構造を持つ微結晶Si層または多結晶Si層、第2透明電極を順次形成し、前記第2透明電極側から光を入射させる構造の太陽電池の製造において、プラズマCVD装置の支持電極に前記透明絶縁性基板を有する被処理物を支持させて加熱し、SiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスを原料ガスとしてガス供給手段から前記反応容器内に供給し、前記電源からはしご型電極に周波数60MHz以上のグロー放電発生用電力を供給して前記反応容器内にグロー放電を起こしてプラズマを発生させることによって、n型(またはp型)の微結晶Si層または多結晶Si層上に120〜300℃の比較的低温の加熱条件の下で前述した第1実施形態と同様な作用により(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜することができる。
【0056】
したがって、i型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜時にSiH4ガスに由来するプラズマ中の水素ラジカルが前記n型の微結晶Si層または多結晶Si層を拡散し、さらに下側の酸化錫のような金属酸化物からなる第1透明電極に達して還元する反応を抑制することができる。その結果、金属酸化物の酸素の引き抜きを抑制して前記第1透明電極の光の透過性を維持できる。
【0057】
また、i型の微結晶Si層または多結晶Si層の製膜時にn型(またはp型)の微結晶Si層または多結晶Si層とのni接合界面(またはpi接合界面)にn型(またはp型)の不純物が拡散するのを抑制できるため、前記接合界面での電気特性を良好な状態に維持することができる。
【0058】
このように第2実施形態によれば、比較的低温で(110)優先配向性を有するi型の微結晶Si層または多結晶Si層を製膜でき、かつ前記第1透明電極の光の透過性を維持できるとともに、ni接合界面(またはpi接合界面)での電気特性を良好な状態に維持することができるため、第2透明電極側から太陽光のような光を入射した際、高い光電変換効率を示す太陽電池を製造することができる。
【0059】
また、透明絶縁性基板上に裏面電極、第1透明電極、nip構造またはpin構造を持つ微結晶Si層または多結晶Si層および第2透明電極を順次形成し、前記第2透明電極側から光を入射させる構造の太陽電池において、i型の微結晶Si層または多結晶Si層中の塩素量を1×1018〜8×1020cm-3に規定することによって、(110)優先配向性を向上できるため、第2透明電極側から太陽光のような光を入射した際、高い光電変換効率を示す太陽電池を得ることができる。
【0060】
さらに、前記nip構造またはpin構造を持つ微結晶Si層または多結晶Si層と前記第2透明電極との間に、p、i、nの配列が前記微結晶Si層または多結晶Si層と同様なnip構造またはpin構造を持つアモルファスシリコン層を配置することによって、より一層光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。
【0061】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【0062】
(実施例1)
この実施例1では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでpin構造が微結晶Siからなる太陽電池の製造工程を図3を参照して説明する。
【0063】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板11上に酸化錫(SnO2)からなる第1透明電極12を形成した。
【0064】
次いで、前述した図1に示すプラズマCVD装置におけるp層製膜用の反応容器1内の陽極3に前記透明電極12が形成された透明絶縁性基板11を被処理物8として保持し、被処理物8をリードを通して接地された反応容器1に接続した後、図示しない真空ポンプを作動して排気管7を通して前記反応容器1内を1×10 8Torr以下に真空排気した。つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を160℃の温度に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびB26をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を500mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から周波数100MHzの高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8の第1透明電極12上に厚さ30nmのp型微結晶Si層13を製膜した。
【0065】
次いで、p型微結晶Si層13を製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、i層製膜用の反応容器1内に被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を190℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器内1に原料ガスであるSiH4とSiH2Cl2とH2との混合ガスをガス供給管6を通して導入した後、反応容器1内の圧力を2Torrに制御した。このとき、前記各ガスの量はSiH4:3〜7sccm、SiH2Cl2(1%水素希釈):50〜200sccm、H2:100〜250sccmとした。また、SiH2Cl2は全Siガスの流量に対して流量比で10〜40%の範囲であった。原料ガスを導入した後、反応容器1内の温度及び圧力を十分安定させた後、高周波電源4からインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に周波数100MHz、70mW/cm2の高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、前記p型微結晶Si層13上に厚さ1500nmのi型微結晶Si層14の製膜した。このi型微結晶Si層14は、塩素を6×1019cm-3含有されていた。
【0066】
次いで、i型微結晶Si層14の製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、n層製膜用の反応容器1内へ被処理物8を移動し同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を160℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、この反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびPH3をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を700mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のi型微結晶Si層14上に厚さ30nmのn型微結晶Si層15を製膜した。この後、前記被処理物をプラズマCVD層の反応容器1から取り出し、前記n型微結晶Si層15に酸化インジウム(ITO)からなる第2透明電極16およびAlからなる裏面電極17を順次形成して図3に示す太陽電池を製造した。
【0067】
(比較例1)
反応容器1内に原料ガスであるSiH4(流量:4〜8sccm)およびH2(流量:250〜350sccm)をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内の圧力を2Torrに制御し、反応容器1内の温度及び圧力を十分安定させた後、高周波電源4からインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に周波数100MHz、70mW/cm2の高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、前記p型微結晶Si層上に厚さ1500nmのi型微結晶Si層14を製膜した以外、実施例1と同様な方法により太陽電池を製造した。
【0068】
実施例1および比較例1で製膜したi型微結晶Si層の(110)配向比を調べた。その結果を下記表1に示す。
【0069】
【表1】

Figure 0003697199
【0070】
前記表1から明らかなようにSiH2Cl2を全Siガスの流量に対して流量比で10〜40%の範囲で添加した原料ガスを用いて製膜した実施例1のi型微結晶Si層は、SiH2Cl2を添加せずSiH4およびH2からなる原料ガスを用いて製膜した比較例1のi型微結晶Si層に比べて(110)配向比が5倍以上の29の値を示すことがわかる。
【0071】
また、実施例1および比較例1の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、試料温度:室温)をそれらの透明絶縁性基板側から入射し、発電特性を評価した。その結果を図4に示す。
【0072】
図4から明らかなように実施例1の太陽電池は、比較例1の太陽電池に比べて短絡電流が向上されることがわかる。これは、実施例1の太陽電池を構成するi型微結晶Si層の(110)配向比が向上されたためである。
【0073】
(実施例2)
この実施例2では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでpin構造が多結晶Siからなる太陽電池の製造工程を図5を参照して説明する。
【0074】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板11上に酸化錫からなる第1透明電極12を形成した。
【0075】
次いで、前述した図1に示すプラズマCVD装置におけるp層製膜用反応容器1内の陽極3に前記透明電極12が形成された透明絶縁性基板11を被処理物8として保持し、被処理物8をリードを通して接地された反応容器1に接続した後、図示しない真空ポンプを作動して排気管7を通して前記反応容器1内を1×10-8Torr以下に真空排気した。つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を180℃の温度に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびB26をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を500mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から周波数100MHzの高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8の第1透明電極12上に厚さ300nmのp型多結晶Si層18を製膜した。
【0076】
次いで、p型多結晶Si層18を製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、i層製膜用の反応容器1内に被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を210℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器内1に原料ガスであるSiH4とSiH2Cl2とH2との混合ガスをガス供給管6を通して導入した後、反応容器1内の圧力を1.0Torrに制御した。このとき、前記各ガスの量はSiH4:5〜10sccm、SiH2Cl2(1%水素希釈):100〜200sccm、H2:100〜200sccmとした。また、SiH2Cl2は全Siガスの流量に対して流量比で10〜30%の範囲であった。原料ガスを導入した後、反応容器1内の温度及び圧力を十分安定させた後、高周波電源4からインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に周波数100MHz、100mW/cm2の高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、前記p型多結晶Si層18上に厚さ1500nmのi型多結晶Si層19を製膜した。このi型多結晶Si層18は、塩素を4×1019cm-3含有されていた。
【0077】
次いで、i型多結晶Si層19の製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、n層製膜用の反応容器1内へ被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を180℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、この反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびPH3をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を700mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のi型多結晶Si層19上に厚さ30nmのn型多結晶Si層20を製膜した。この後、前記被処理物をプラズマCVD層の反応容器1から取り出し、前記n型多結晶Si層20に酸化インジウムからなる第2透明電極16およびAlからなる裏面電極17を順次形成して図5に示す太陽電池を製造した。
【0078】
実施例2で製膜したi型多結晶Si層の(110)配向比を調べた結果、実施例1と同様な29の値を示した。
【0079】
また、実施例2の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、照射温度:室温)をその透明絶縁性基板側から入射し、発電特性を評価した。その結果は、実施例1と同様な大きな短絡電流が得られた。
【0080】
(実施例3)
この実施例3では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでpin構造が微結晶Siからなり、かつタンデム構造を有する太陽電池の製造工程を図6を参照して説明する。
【0081】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板11上に酸化錫からなる第1透明電極12を形成した。
【0082】
次いで、前述した図1に示すプラズマCVD装置における反応容器1内の陽極3に前記透明電極12が形成された透明絶縁性基板11を被処理物8として保持し、被処理物8をリードを通して接地された反応容器1に接続した後、図示しない真空ポンプを作動して排気管7を通して前記反応容器1内を1×10-8Torr以下に真空排気した。つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を130℃の温度に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびB26をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を100mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から周波数13.56MHzの高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8の第1透明電極12上に厚さ30nmのp型アモルファスSi層31を製膜した。
【0083】
次いで、p型アモルファスSi層31を製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、i層製膜用の反応容器1内に被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を160℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4(流量:50sccm)およびH2(流量:50sccm)をガス供給管6を通して導入した後、反応容器1内の圧力を100mTorrに制御した。原料ガスを導入した後、反応容器1内の温度及び圧力を十分安定させた後、高周波電源4からインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に周波数60MHz、200mW/cm2の高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、前記p型アモルファスSi層31上に厚さ300nmのi型アモルファスSi層32の製膜した。
【0084】
次いで、i型アモルファスSi層32の製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、n層製膜用の反応容器1内へ被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を130℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、この反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびPH3をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を100mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のi型アモルファスSi層32上に厚さ40nmのn型アモルファスSi層33を製膜した。
【0085】
次いで、n型アモルファスSi層33上に前述した実施例1と同様な方法によりp型微結晶Si層13、i型微結晶Si層14、n型微結晶Si層15、酸化インジウムからなる第2透明電極16およびAlからなる裏面電極17を順次形成して図6に示すタンデム構造の太陽電池を製造した。
【0086】
実施例3の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、照射温度:室温)をその透明絶縁性基板側から入射し、発電特性を評価した。その結果、比較例1を上記タンデムに適用した場合に比べて大きな短絡電流値1.10(相対値)が得られた。
【0087】
(実施例4)
この実施例4では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでpin構造が多結晶Siからなり、かつタンデム構造を有する太陽電池の製造工程を図7を参照して説明する。
【0088】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板11上に酸化錫からなる第1透明電極12を形成した。つづいて、この透明電極12上に実施例3と同様な方法によりp型アモルファスSi層31、i型アモルファスSi層32およびn型アモルファスSi層33を順次製膜した。ひきつづき、n型アモルファスSi層33上に前述した実施例2と同様な方法によりp型多結晶Si層18、i型多結晶Si層19、n型多結晶Si層20、酸化インジウムからなる第2透明電極16およびAlからなる裏面電極17を順次形成して図7に示すタンデム構造の太陽電池を製造した。
【0089】
実施例4の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、照射温度:室温)をその透明絶縁性基板側から入射し、発電特性を評価した。その結果、実施例3と同様に大きな短絡電流値が得られた。
【0090】
(実施例5)
この実施例5では、第2透明電極側から光を入射するタイプでnip構造が微結晶Siからなる太陽電池の製造工程を図8を参照して説明する。
【0091】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板41上にAlからなる裏面電極42および酸化亜鉛(ZnO)からなる第1透明電極43を形成した。
【0092】
次いで、前述した図1に示すプラズマCVD装置におけるn層製膜用の反応容器1内の陽極3に前記透明電極43が形成された透明絶縁性基板41を被処理物8として保持し、被処理物8をリードを通して接地された反応容器1に接続した後、図示しない真空ポンプを作動して排気管7を通して前記反応容器1内を1×10-8Torr以下に真空排気した。つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を160℃の温度に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびPH3をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を700mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から周波数100MHzの高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8の第1透明電極43上に厚さ30nmのn型微結晶Si層44を製膜した。
【0093】
次いで、n型微結晶Si層44を製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、i層製膜用の反応容器1内に被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を190℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器内1に反応容器1内に原料ガスであるSiH4とSiH2Cl2とH2との混合ガスをガス供給管6を通して導入した後、反応容器1内の圧力を2.0Torrに制御した。このとき、前記各ガスの量はSiH4:3〜7sccm、SiH2Cl2(1%水素希釈):50〜250sccm、H2:100〜250sccmとした。また、SiH2Cl2は全Siガスの流量に対して流量比で10〜40%の範囲であった。原料ガスを導入した後、反応容器1内の温度及び圧力を十分安定させた後、高周波電源4からインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に周波数100MHz、10Wの高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、前記n型微結晶Si層44上に厚さ1500nmのi型微結晶Si層45の製膜した。このi型微結晶Si層45は、塩素を6×1019cm-3含有されていた。
【0094】
次いで、i型微結晶Si層45の製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、p層製膜用の反応容器1内へ被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を160℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、この反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびB26をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を500mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のi型微結晶Si層45上に厚さ30nmのp型微結晶Si層46を製膜した。この後、前記被処理物をプラズマCVD層の反応容器1から取り出し、前記p型微結晶Si層46に酸化インジウムからなる第2透明電極47を形成して図8に示す太陽電池を製造した。
【0095】
実施例5で製膜したi型微結晶Si層の(110)配向比を調べた結果、実施例1と同様な29の値を示した。
【0096】
また、実施例5の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、照射温度:室温)をその第2透明電極側から入射し、発電特性を評価した。その結果は、実施例1と同様な大きな短絡電流が得られた。
【0097】
(実施例6)
この実施例6では、第2透明電極側から光を入射するタイプでnip構造が多結晶Siからなる太陽電池の製造工程を図9を参照して説明する。
【0098】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板41上にAlからなる裏面電極42および酸化亜鉛(ZnO)からなる第1透明電極43を形成した。
【0099】
次いで、前述した図1に示すプラズマCVD装置におけるn層製膜用の反応容器1内の陽極3に前記透明電極43が形成された透明絶縁性基板41を被処理物8として保持し、被処理物8をリードを通して接地された反応容器1に接続した後、図示しない真空ポンプを作動して排気管7を通して前記反応容器1内を1×10-7Torr以下に真空排気した。つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を180℃の温度に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびPH3をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を700mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から周波数100MHzの高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8の第1透明電極43上に厚さ300nmのn型多結晶Si層48を製膜した。
【0100】
次いで、n型多結晶Si層48を製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、i層製膜用の反応容器1内へ被処理物8を移動し上記n型微結晶Si層13の製膜と同様にセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を210℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、反応容器1内に原料ガスであるSiH4とSiH2Cl2とH2との混合ガスをガス供給管6を通して導入した後、反応容器1内の圧力を1.0Torrに制御した。このとき、前記各ガスの量はSiH4:5〜10sccm、SiH2Cl2(1%水素希釈):100〜200sccm、H2:100〜200sccmとした。また、SiH2Cl2は全Siガスの流量に対して流量比で10〜30%の範囲であった。原料ガスを導入した後、反応容器1内の温度及び圧力を十分安定させた後、高周波電源4からインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に周波数100MHz、70mW/cm2の高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、前記n型多結晶Si層48上に厚さ1500nmのi型多結晶Si層49の製膜した。このi型多結晶Si層49は、塩素を4×1019cm-3含有されていた。
【0101】
次いで、i型多結晶Si層49の製膜後、原料ガスの供給を停止し、反応容器1内を真空排気した。つづいて、p層製膜用の反応容器1内へ被処理物8を移動し上記製膜と同様の手順でセットした。1×10-7Torr以下に真空排気した後、つづいて、陽極3に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物8の基板を180℃に加熱した。加熱ヒーターによる加熱温度が十分安定した後、この反応容器1内に原料ガスであるSiH4、H2およびB26をガス供給管6を通して導入し、反応容器1内を700mTorrの圧力に制御した。反応容器1内の温度および圧力が十分安定した後、高周波電源4から高周波電力をインピーダンス整合器5を通して放電用はしご型電極2に供給することにより前記放電用はしご型電極2と前記被処理物8の間にプラズマ9を発生させ、前記被処理物8のi型多結晶Si層49上に厚さ30nmのp型多結晶Si層50を製膜した。この後、前記被処理物をプラズマCVD層の反応容器1から取り出し、前記p型多結晶Si層50に酸化インジウムからなる第2透明電極47を形成して図9に示す太陽電池を製造した。
【0102】
実施例6で製膜したi型多結晶Si層の(110)配向比を調べた結果、実施例1と同様な29の値を示した。
【0103】
また、実施例6の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、照射温度:室温)をその第2透明電極側から入射し、発電特性を評価した。その結果は、実施例1と同様な大きな短絡電流が得られた。
【0104】
(実施例7)
この実施例7では、第2透明電極側から光を入射するタイプでnip構造が微結晶Siからなり、かつタンデム構造を有する太陽電池の製造工程を図10を参照して説明する。
【0105】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板41上にAlからなる裏面電極42および酸化錫からなる第1透明電極43を形成した。つづいて、この第2透明電極43上に実施例5と同様な方法によりn型微結晶Si層43、i型微結晶Si層44、p型微結晶Si層45を順次形成した。ひきつづき、p型微結晶Si層45上に実施例3と同様な方法によりn型アモルファスSi層51、i型アモルファスSi層52およびp型アモルファスSi層53を順次製膜し、さらに酸化インジウムからなる第2透明電極47を形成して図10に示すタンデム構造の太陽電池を製造した。
【0106】
実施例7の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、照射温度:室温)をその第2透明電極側から入射し、発電特性を評価した。その結果、比較例1を上記タンデムに適用した場合に比べて大きな短絡電流値1.10(相対値)が得られた。
【0107】
(実施例8)
この実施例8では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでnip構造が多結晶Siからなり、かつタンデム構造を有する太陽電池の製造工程を図11を参照して説明する。
【0108】
まず、光透過を有する青板ガラスからなる透明絶縁性基板41上にAlからなる裏面電極42および酸化錫からなる第1透明電極43を形成した。つづいて、この第2透明電極43上に実施例6と同様な方法によりn型多結晶Si層48、i型多結晶Si層49、p型多結晶Si層50を順次形成した。ひきつづき、p型多結晶Si層50上に実施例3と同様な方法によりn型アモルファスSi層51、i型アモルファスSi層52およびp型アモルファスSi層53を順次製膜し、さらに酸化インジウムからなる第2透明電極47を形成して図11に示すタンデム構造の太陽電池を製造した。
【0109】
実施例8の太陽電池に模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm2、照射温度:室温)をその第2透明電極側から入射し、発電特性を評価した。その結果、実施例7と同様に大きな短絡電流値が得られた。
【0110】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、透明絶縁性基板上に第1透明電極、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層、第2透明電極および裏面電極を順次形成し、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる構造の太陽電池の製造において、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を従来技術に比べてより低温で、かつ低コストで製膜することによって前記第1透明電極の光透過性の低下、pi接合界面またはni接合界面での電気特性の劣化を招くことなく、前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を(110)優先配向させることを可能にし、ひいては短絡電流のような発電特性が向上された太陽電池の製造方法を提供することができる。
【0111】
また、本発明によれば透明絶縁性基板上に裏面電極、第1透明電極、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層および第2透明電極を順次形成し、前記第2透明電極側から光を入射させる構造の太陽電池の製造において、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を従来技術に比べてより低温で、かつ低コストで製膜することによって前記第1透明電極の光透過性の低下、pi接合界面またはni接合界面での電気特性の劣化を招くことなく、前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を(110)優先配向させることを可能にし、ひいては短絡電流のような発電特性が向上された太陽電池の製造方法を提供することができる。
【0112】
さらに、本発明によれば(110)優先配向性を示すi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を含むpin構造の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層を有し、短絡電流のような発電特性が向上された太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の太陽電池を製造したプラズマCVD装置の断面図。
【図2】放電用はしご型電極の平面図。
【図3】本発明の実施例1におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図4】本発明の実施例1および比較例1における太陽電池の短絡電流を示す特性図。
【図5】本発明の実施例2におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図6】本発明の実施例3におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図7】本発明の実施例4におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図8】本発明の実施例5におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図9】本発明の実施例6におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図10】本発明の実施例7におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図11】本発明の実施例8におけるの太陽電池の構造を示す断面図。
【図12】従来の太陽電池の構造を示す断面図。
【図13】従来の太陽電池の製造工程での問題点を説明するための断面図。
【図14】従来の太陽電池の製造工程での他の問題点を説明するための断面図。
【符号の説明】
1…反応容器、
2…放電用はしご型電極、
3…陽極、
4…高周波電源、
5…整合器、
6…ガス供給管、
7…排気管、
8…被処理物、
9…プラズマ、
11,41…透明絶縁性基板、
12,42…第1透明電極、
13,46…p型微結晶Si層、
14,45…i型微結晶Si層、
15,44…n型微結晶Si層、
16,47…第2透明電極、
17,42…裏面電極、
18,50…p型多結晶Si層、
19,49…i型多結晶Si層、
20,48…n型多微結晶Si層、
31,53…p型アモルファスSi層、
32,52…i型アモルファスSi層、
33,51…n型アモルファスSi層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell and a solar cell, and more particularly, to a solar cell having an improved i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer among microcrystalline silicon layers or polycrystalline silicon layers having a pin structure. The present invention relates to a method and a solar cell.
[0002]
[Prior art]
In a solar cell having a thin-film crystalline silicon layer (microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer) having a pin structure, the quality of the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer as a power generation layer is improved (mainly (110 It is known that it is useful to improve the photoelectric conversion efficiency. The (110) preferred orientation is generally determined by comparing the diffraction intensity from the (220) plane with the diffraction intensity from other planes in the X-ray diffraction pattern. Here, in the thin film silicon crystal formed by plasma CVD, The ratio of the diffraction intensity between the (220) plane and the (111) plane, which is the main peak, is defined as the (110) orientation ratio.
[0003]
By the way, in the Vol. 63 No. 1 and No. 2 of the Institute of Electronics Technology Research Institute, i-type microcrystalline Si layer (i layer) is made SiH.FourA gas is introduced into a chamber of a plasma CVD apparatus as a raw material gas to generate plasma in the chamber and to form a film at an atmospheric temperature (temperature of the substrate to be processed) higher than 350 ° C. , It is disclosed that the i layer exhibits (110) preferential orientation. However, for example, in the production of a solar cell having a pin structure of thin-film crystalline silicon (microcrystalline Si or polycrystalline Si) by making light incident from the surface of a transparent insulating substrate, the i layer is produced at a high temperature exceeding 300 ° C. The film causes the following problems.
[0004]
That is, as shown in FIG. 12, the solar cell having the simplest structure has a first transparent electrode 102, a p-type microcrystalline Si layer (p layer) 103, an i-type microcrystalline Si layer (i Layer) 104, n-type microcrystalline Si layer (n layer) 105, second transparent electrode 106, and back electrode 107 are sequentially formed. The first and second transparent electrodes 102 and 106 are usually made of metal oxide such as tin oxide, but H is a source gas when the i layer 104 is formed.2Or SiHFourHydrogen radicals derived from gas are generated in the plasma. As shown in FIG. 13, when the hydrogen radical diffuses in the p layer 103 and reaches the lower first transparent electrode 102, oxygen of the metal oxide as the electrode material is extracted by a reduction reaction. Since the reduction reaction is remarkably accelerated when the i layer 104 is formed at a high temperature, the transparency of the first transparent electrode 102 decreases, the light transmittance decreases, and the photoelectric conversion efficiency decreases. .
[0005]
Further, by heating the transparent insulating substrate 101 to a high temperature, diffusion of p-type impurities (for example, boron) from the p layer 103 to the i layer 104 is promoted as shown in FIG. Since the p-type diffusion layer 108 is formed on the 104 side, the electrical characteristics of the junction interface deteriorates, the leakage current increases, and the photoelectric conversion efficiency decreases.
[0006]
Therefore, when the substrate temperature is increased to form the i-type microcrystalline Si layer 104 having the (110) preferential orientation as in the prior art, the optical characteristics of the transparent electrode 102 are deteriorated and the p-type at the pi junction interface is formed. Deterioration of electrical characteristics due to the generation of the diffusion layer 108 occurs, resulting in a problem of reducing the photoelectric conversion efficiency.
[0007]
Further, on the transparent insulating substrate, a back electrode, a first transparent electrode, an n-type microcrystalline Si layer (n layer), an i-type microcrystalline Si layer (i layer), a p-type microcrystalline Si layer (p layer), and Even in a solar cell having a structure in which the second transparent electrode is sequentially formed and light is incident from the second transparent electrode side, when the i layer is formed at a high temperature exceeding 300 ° C. as described above, the first transparent electrode This results in a decrease in light transmittance and a decrease in photoelectric conversion efficiency due to the formation of an n-type impurity layer on the i-layer side of the ni junction interface.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, a second transparent electrode, and a back electrode are sequentially formed on a transparent insulating substrate, and the transparent insulating substrate side In the manufacture of a solar cell having a structure in which light is incident from the first transparent electrode, at least an i-type microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer is formed at a lower temperature and at a lower cost than in the prior art. The i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer can be (110) preferentially oriented without incurring a decrease in light transmittance and deterioration of electrical characteristics at the pi junction interface or ni junction interface. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell.
[0009]
In the present invention, a back electrode, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, and a second transparent electrode are sequentially formed on a transparent insulating substrate, and the second transparent electrode side is formed. In the manufacture of a solar cell having a structure in which light is incident from the first transparent electrode, at least an i-type microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer is formed at a lower temperature and at a lower cost than in the prior art. The i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer can be (110) preferentially oriented without incurring a decrease in light transmittance and deterioration of electrical characteristics at the pi junction interface or ni junction interface. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell.
[0010]
The present invention intends to provide a solar cell having a pin structure microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer including an i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer exhibiting (110) preferential orientation. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  A method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, a second transparent electrode, and a back electrode on a transparent insulating substrate. In order to produce a solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side,
  A reaction vessel, a gas supply means for supplying a raw material gas to the reaction vessel, a discharge means for discharging the gas in the reaction vessel, a discharge ladder electrode disposed in the reaction vessel, and A power supply for supplying glow discharge generating power to the discharge ladder electrode, and a support electrode that is disposed in parallel with the discharge ladder electrode in the reaction vessel in parallel with the heater for heating. Using a CVD device,
  Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer has a transparent insulating substrate as a support electrode of the CVD apparatus. SiH is heated by supporting the processed material.FourAnd SiH2Cl2, SiHClThreeAnd SiClFourAt least one chlorinated silicon compound gas selected from H and H2As a raw material gasThe chlorinated silicon-based compound gas is the SiH Four And 1 to 80% of the total flow rate of the chlorinated silicon compound gasBy supplying the gas supply means into the reaction vessel, and supplying the ladder-type electrode with high frequency power for generating glow discharge having a frequency of 60 MHz or more from the power source to cause glow discharge in the reaction vessel to generate plasma. Film-formedAnd 1 × 10 chlorine 18 cm -3 ~ 8x10 20 cm -3 ContainIt is characterized by that.
[0012]
  A method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes a back electrode, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, and a second transparent electrode on a transparent insulating substrate. In order to manufacture a solar cell in which light is incident from the second transparent electrode side,
  A reaction vessel, a gas supply means for supplying a raw material gas to the reaction vessel, a discharge means for discharging the gas in the reaction vessel, a discharge ladder electrode disposed in the reaction vessel, and A power supply for supplying glow discharge generating high-frequency power to the discharge ladder-type electrode, and a support electrode that is disposed in parallel with the discharge ladder-type electrode in the reaction container and is parallel to the discharge ladder-type electrode. Use a CVD device with
  Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer has a transparent insulating substrate as a support electrode of the CVD apparatus. SiH is heated by supporting the processed material.FourAnd SiH2Cl2, SiHClThreeAnd SiClFourAt least one chlorinated silicon compound gas selected from H and H2As a raw material gasThe chlorinated silicon-based compound gas is the SiH Four And 1 to 80% of the total flow rate of the chlorinated silicon compound gasProduced by supplying plasma from the gas supply means into the reaction vessel, supplying glow discharge generation power having a frequency of 60 MHz or more from the power source to the ladder-type electrode, and generating glow discharge in the reaction vessel. MembraneAnd 1 × 10 chlorine 18 cm -3 ~ 8x10 20 cm -3 ContainIt is characterized by that.
[0013]
In the solar cell according to the present invention, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, a second transparent electrode, and a back electrode are sequentially formed on a transparent insulating substrate. In the solar cell that makes light incident from the transparent insulating substrate side,
Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer contains 1 × 10 1 chlorine.18cm-3~ 8x1020cm-3It is characterized by containing.
[0014]
Another solar cell according to the present invention includes a back electrode, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, and a second transparent electrode on a transparent insulating substrate. In a solar cell that is sequentially formed and makes light incident from the second transparent electrode side,
Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer contains 1 × 10 1 chlorine.18cm-3~ 8x1020cm-3It is characterized by containing.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0016]
FIG. 1 is a schematic view showing a plasma CVD apparatus used for forming a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure in manufacturing a solar cell according to an embodiment described below, and FIG. It is a perspective view which shows the ladder-type electrode for discharge integrated in 1 CVD apparatus.
[0017]
In the grounded reaction vessel 1, a discharge ladder 2 having a structure shown in FIG. An anode 3 containing a heater (not shown) is disposed in the reaction vessel 1 in parallel with the ladder electrode 2 at a desired distance. In such an arrangement of the ladder-type electrode 2 and the anode 3, the facing surfaces thereof are referred to as the front surface and the opposite surface is referred to as the rear surface. The anode 3 has a function of holding a substrate to be processed.
[0018]
The high frequency power source 4 is connected to the ladder-type electrode 2 through the impedance matching unit 5. The gas supply pipe 6 for supplying the source gas is inserted into the reaction vessel 1 so that the tip thereof is located on the back surface of the ladder-type electrode 2. The exhaust pipe 7 is connected to the side surface of the reaction vessel 1 located on the back surface of the anode 3 and the other end is connected to an exhaust member such as a vacuum pump (not shown).
[0019]
(First embodiment)
A method for manufacturing a solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side according to the present invention will be described with reference to the plasma CVD apparatus shown in FIGS. 1 and 2 described above.
[0020]
(First step)
A first transparent electrode is formed on the transparent insulating substrate.
[0021]
The transparent insulating substrate is made of, for example, blue plate glass that exhibits light transmission.
[0022]
The first transparent electrode is, for example, tin oxide (SnO2), Made from a metal oxide such as indium tin oxide (ITO). Here, a zinc oxide film (not shown) having a thickness of several tens of nm is formed on the first transparent electrode in order to suppress reduction of the first transparent electrode by hydrogen.
[0023]
(Second step)
The transparent insulating substrate on which the first transparent electrode is formed is held as the workpiece 8 on the anode 3 of the plasma CVD apparatus shown in FIG. 1, and the workpiece 8 is connected to the grounded reaction vessel 1 through the lead. After that, the reaction vessel 1 is evacuated through the exhaust pipe 7 by operating a vacuum pump (not shown). Subsequently, the heater built in the anode 3 is energized to heat the substrate of the workpiece 8 to a desired temperature. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four, H2The p-type impurity gas is introduced through the gas supply pipe 6 to control the inside of the reaction vessel 1 to a predetermined pressure. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this time, plasma 9 is generated to form a p-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer on the first transparent electrode of the workpiece 8.
[0024]
As the p-type impurity, for example, B2H6Etc. can be used.
[0025]
(Third step)
After forming a p-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, the supply of the source gas is stopped and the reaction vessel 1 is evacuated. Subsequently, SiH which is a raw material gas in the reaction vessel 1FourAnd SiH2Cl2, SiHClThreeAnd SiClFourAt least one chlorinated silicon compound gas selected from H and H2Gas is introduced through the gas supply pipe 6 and controlled to a predetermined pressure in the reaction vessel 1. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high-frequency power having a frequency of 60 MHz or more is supplied from the high-frequency power source 4 to the discharge ladder-type electrode 2 through the impedance matching device 5 and the discharge ladder-type electrode 2 Plasma 9 is generated between the workpiece 8 to form an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer on the p-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer of the workpiece 8. .
[0026]
By adding the chlorinated silicon-based compound gas to the raw material gas, the transparent insulating substrate of the object to be processed by the heater of the anode 3 is preferentially (110) under a relatively low temperature heating condition of 120 to 300 ° C. It becomes possible to form an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having orientation. If the heating temperature of the transparent insulating substrate is lower than 120 ° C., it may be difficult to form an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having (110) preferential orientation. On the other hand, when the heating temperature of the transparent insulating substrate is higher than 300 ° C., SiH is formed during film formation.FourHydrogen radicals in the plasma derived from the gas diffuse through the p-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, reach the first transparent electrode made of the lower metal oxide, and reduce the metal oxide. Oxygen extraction occurs, resulting in a decrease in light transmittance, resulting in a decrease in photoelectric conversion efficiency, and a p-type impurity in a p-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer diffuses into a pi junction interface, resulting in electrical characteristics. Degradation may occur, leading to a decrease in photoelectric conversion efficiency.
[0027]
The chlorinated silicon-based compound gas is the SiHFourIt is preferable to supply the reaction vessel 1 with a flow rate ratio of 1 to 80% with respect to the total flow rate of the chlorinated silicon compound gas. When the flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas is less than 1%, an i-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer is formed under a relatively low temperature heating condition of 120 to 300 ° C. It becomes difficult to do. On the other hand, when the flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas exceeds 80%, the i-type microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer becomes Cl, Cl2There is a possibility that the film-forming speed is reduced by etching, and the i-type Si layer becomes amorphous. The flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas is more preferably 10% to 40%.
[0028]
By setting the flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas to 1 to 80%, chlorine is 1 × 1018cm-3~ 8x1020cm-3An i-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer can be formed. The chlorine content in the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer is 1 × 1018cm-3If it is less than this, it becomes difficult to improve the (110) preferential orientation in the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer. On the other hand, the chlorine content in the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer is 8 × 1020cm-3If it exceeds 1, the film quality of the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer may be deteriorated. The chlorine content in the more preferable i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer is 2 × 1019cm-3~ 4x1020cm-3 It is.
The chlorinated silicon compound gas is changed to SiH.FourAnd H2When mixing with H2The use of gas diluted with is allowed.
[0029]
The pressure for generating plasma in the reaction vessel is desirably set in the range of 0.5 to 10 Torr, more preferably in the range of 0.5 to 3.0 Torr.
[0030]
(4th process)
After forming the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, the supply of the source gas is stopped and the reaction vessel 1 is evacuated. Subsequently, SiH as a raw material gas is contained in the reaction vessel 1.Four, H2And n-type impurity gas (PHThreeEtc.) is introduced through the gas supply pipe 6 and controlled to a predetermined pressure in the reaction vessel 1. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this time, plasma 9 is generated, and an n-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer is formed on the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer of the workpiece 8. Thereafter, the object to be processed is taken out from the plasma CVD layer reaction vessel 1, and a second transparent electrode and a back electrode are sequentially formed on the n-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer to manufacture a solar cell. . This solar cell is generated by making light such as sunlight enter from the transparent insulating substrate side and performing photoelectric conversion on the microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer having the pin structure.
[0031]
As the n-type impurity gas, for example, PHThreeEtc. can be used.
[0032]
The second transparent electrode is made of, for example, indium tin oxide (ITO) or tin oxide.
[0033]
The back electrode is made of, for example, Al.
[0034]
In the production of the solar cell, the p-type, i-type, and n-type microcrystalline Si layers are sequentially formed from the first transparent electrode side to form a pin structure. However, the n-type, i-type, and p-type microcrystals are formed. A silicon layer or a polycrystalline silicon layer may be sequentially formed to have a nip structure.
[0035]
Further, the arrangement of p, i, n is the same as that of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer between the first transparent electrode and the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure. An amorphous silicon layer having a pin structure or a nip structure is allowed to be disposed.
[0036]
As described above, according to the first embodiment, the first transparent electrode, the microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer having the pin structure or the nip structure, the second transparent electrode, and the back electrode are sequentially formed on the transparent insulating substrate, In the manufacture of a solar cell having a structure in which light is incident from the transparent insulating substrate side, a workpiece having the transparent insulating substrate is supported on a support electrode of a plasma CVD apparatus and heated, and SiHFourAnd SiH2Cl2, SiHClThreeAnd SiClFourAt least one chlorinated silicon compound gas selected from H and H2The gas mixture is supplied as a raw material gas from the gas supply means into the reaction vessel, and a glow discharge generating power having a frequency of 60 MHz or more is supplied from the power source to the ladder electrode to cause a glow discharge in the reaction vessel. By generating plasma, a p-type (or n-type) microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer is formed into an i-type having (110) preferential orientation under a relatively low temperature heating condition of 120 to 300 ° C. A microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer can be formed.
[0037]
That is, SiH2Cl2By using a chlorinated silicon-based gas such as as a component of the source gas, the chlorinated silicon-based gas decomposes in the plasma to generate chlorine, so that the silicon growth surface is covered with chlorine instead of hydrogen. Is possible. Chlorine has a larger atomic size than hydrogen, and is thus hardly taken into the Si layer, and can suppress the generation of secondary nuclei that hinder (110) orientation. As a result, an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having (110) preferential orientation can be formed.
[0038]
Therefore, when forming an i-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer, SiHFourA hydrogen gas radical derived from a gas diffuses in the p-type (or n-type) microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, and further includes a first transparent electrode made of a metal oxide such as tin oxide on the lower side. It is possible to suppress the reaction of reaching and reducing. As a result, it is possible to maintain the light transmittance of the first transparent electrode by suppressing the oxygen extraction of the metal oxide.
[0039]
In addition, when an i-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer is formed, a p-type (or ni-junction interface) with a p-type (or n-type) microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer has a p-type (or ni-type interface). Alternatively, since diffusion of n-type impurities can be suppressed, electrical characteristics at the bonding interface can be maintained in a favorable state.
[0040]
As described above, according to the first embodiment, an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having (110) preferential orientation can be formed at a relatively low temperature, and light can be transmitted through the first transparent electrode. And maintain good electrical characteristics at the pi junction interface (or ni junction interface), so that when a light such as sunlight is incident from the transparent insulating substrate side, A solar cell exhibiting conversion efficiency can be manufactured.
[0041]
In addition, the first transparent electrode, the microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having a pin structure or nip structure, the second transparent electrode, and the back electrode are sequentially formed so that light is incident from the transparent insulating substrate side. In the battery, the amount of chlorine in the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer is 1 × 1018~ 8x1020cm-3Since (110) preferential orientation can be improved, a solar cell exhibiting high photoelectric conversion efficiency can be obtained when light such as sunlight is incident from the transparent insulating substrate side.
[0042]
  Furthermore, the arrangement of p, i, and n is the same as that of the microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer between the first transparent electrode and the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure. By disposing an amorphous silicon layer having a pin structure or a nip structure, a solar cell with higher photoelectric conversion efficiency can be obtained.
[0043]
(Second Embodiment)
A method for manufacturing a solar cell in which light is incident from the second transparent electrode side according to the present invention will be described with reference to the plasma CVD apparatus shown in FIGS. 1 and 2 described above.
[0044]
(First step)
For example, a back electrode made of, for example, Al is formed on a transparent insulating substrate made of blue glass that shows light transmission, and then made of a metal oxide such as tin oxide or indium tin oxide (ITO) on the back electrode. Forming a first transparent electrode.
[0045]
(Second step)
The transparent insulating substrate on which the first transparent electrode is formed is held as the workpiece 8 on the anode 3 of the plasma CVD apparatus shown in FIG. 1, and the workpiece 8 is connected to the grounded reaction vessel 1 through the lead. Thereafter, a vacuum pump (not shown) is operated to evacuate the gas in the reaction vessel 1 through the exhaust pipe 7. Subsequently, the heater built in the anode 3 is energized to heat the substrate of the workpiece 8 to a desired temperature. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four, H2And for example PHThreeSuch an n-type impurity gas is introduced through the gas supply pipe 6 to control the inside of the reaction vessel 1 to a predetermined pressure. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. In the meantime, plasma 9 is generated to form an n-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer on the first transparent electrode of the workpiece 8.
[0046]
(Third step)
After forming the n-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, the supply of the source gas is stopped and the reaction vessel 1 is evacuated. Subsequently, SiH which is a raw material gas in the reaction vessel 1FourAnd SiH2Cl2, SiHClThreeAnd SiClFourAt least one chlorinated silicon compound gas selected from H and H2Gas is introduced through the gas supply pipe 6 and controlled to a predetermined pressure in the reaction vessel 1. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power having a frequency of 60 MHz or more is supplied from the high frequency power source 4 to the discharge ladder type electrode 2 through the impedance matching device 5, so that the discharge ladder type electrode 2 Plasma 9 is generated between the workpiece 8 to form an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer on the n-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer of the workpiece 8. .
[0047]
By adding the chlorinated silicon-based compound gas to the raw material gas, the transparent insulating substrate of the object to be processed by the heater of the anode 3 is preferentially (110) under a relatively low temperature heating condition of 120 to 300 ° C. It becomes possible to form an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having orientation. If the heating temperature of the transparent insulating substrate is lower than 120 ° C., it may be difficult to form an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having (110) preferential orientation. On the other hand, when the heating temperature of the transparent insulating substrate is higher than 300 ° C., SiH is formed during film formation.FourHydrogen radicals in the plasma derived from the gas diffuse through the n-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, reach the first transparent electrode made of the lower metal oxide, and reduce the metal oxide. Oxygen extraction occurs, resulting in a decrease in light transmittance, resulting in a decrease in photoelectric conversion efficiency, or an n-type impurity in the n-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer diffuses into the ni junction interface, resulting in electrical characteristics. Degradation may occur, leading to a decrease in photoelectric conversion efficiency.
[0048]
The chlorinated silicon-based compound gas is the SiHFourIt is preferable to supply the reaction vessel 1 with a flow rate ratio of 1 to 80% with respect to the total flow rate of the chlorinated silicon compound gas. When the flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas is less than 1%, an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having a good film quality under a relatively low temperature heating condition of 120 to 300 ° C. It becomes difficult to do. On the other hand, if the flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas exceeds 80%, the i-type microcrystalline Si or polycrystalline Si layer becomes Cl, Cl2There is a possibility that the film-forming speed is reduced by etching, and the i-type Si layer becomes amorphous. The flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas is more preferably 10% to 40%.
[0049]
By setting the flow rate ratio of the chlorinated silicon-based compound gas to 1 to 80%, chlorine is 1 × 1018cm-3~ 8x1020cm-3An i-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer can be formed. The chlorine content in the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer is 1 × 1018cm-3If it is less than this, it becomes difficult to improve the (110) preferential orientation in the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer. On the other hand, the chlorine content in the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer is 8 × 1020cm-3If it exceeds 1, the film quality of the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer may be deteriorated. The chlorine content in the more preferable i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer is 2 × 1019cm-3~ 4x1020cm-3 It is.
The chlorinated silicon compound gas is changed to SiH.FourAnd H2When mixing with H2Allow to dilute with.
[0050]
The pressure for generating plasma in the reaction vessel is desirably set in the range of 0.5 to 10 Torr, more preferably in the range of 0.5 to 3.0 Torr.
[0051]
The high-frequency power supplied from the high-frequency power source to the discharge ladder electrode preferably has a frequency of 60 MHz or more.
[0052]
(4th process)
After forming the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, the supply of the source gas is stopped and the reaction vessel 1 is evacuated. Subsequently, SiH, H, and B, for example, which are source gases, are contained in the reaction vessel 12H6Such a p-type impurity gas is introduced through the gas supply pipe 6 and controlled to a predetermined pressure in the reaction vessel 1. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 4 to the discharge ladder-type electrode 2 through the impedance matching device 5, whereby the discharge ladder-type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this time, plasma 9 is generated to form a p-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer on the i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer of the workpiece 8. Thereafter, the object to be processed is taken out of the plasma CVD layer reaction vessel 1 and is made of a metal oxide such as tin oxide or indium tin oxide (ITO) on the p-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer. A second transparent electrode is formed to manufacture a solar cell. This solar cell is generated by making light such as sunlight enter from the second transparent electrode side and photoelectrically converting it in the microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having the pin structure.
[0053]
In the production of the solar cell, n-type, i-type, and p-type microcrystalline Si layers are sequentially formed from the first transparent electrode side to form a nip structure. However, p-type, i-type, and n-type microcrystals are formed. A Si layer or a polycrystalline Si layer may be sequentially formed to have a pin structure.
[0054]
In addition, the arrangement of p, i, and n is the same as that of the microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer between the microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having the nip structure or the pin structure and the second transparent electrode. An amorphous silicon layer having a nip structure or a pin structure is allowed to be disposed.
[0055]
As described above, according to the second embodiment, the back electrode, the first transparent electrode, the microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer having the nip structure or the pin structure, and the second transparent electrode are sequentially formed on the transparent insulating substrate, In manufacturing a solar cell having a structure in which light is incident from the second transparent electrode side, a workpiece having the transparent insulating substrate is supported on a support electrode of a plasma CVD apparatus and heated, and SiHFourAnd SiH2Cl2, SiHClThreeAnd SiClFourAt least one chlorinated silicon compound gas selected from H and H2A gas mixture is supplied as a raw material gas from the gas supply means into the reaction vessel, and a glow discharge generating power having a frequency of 60 MHz or more is supplied from the power source to the ladder electrode to cause a glow discharge in the reaction vessel. By generating plasma, an action similar to that of the first embodiment described above is performed on a n-type (or p-type) microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer under a relatively low temperature heating condition of 120 to 300 ° C. Thus, an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having (110) preferential orientation can be formed.
[0056]
Therefore, when forming an i-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer, SiHFourHydrogen radicals in the plasma derived from the gas diffuse through the n-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer, and reach the first transparent electrode made of a metal oxide such as tin oxide on the lower side to be reduced. The reaction can be suppressed. As a result, it is possible to maintain the light transmittance of the first transparent electrode by suppressing the oxygen extraction of the metal oxide.
[0057]
In addition, when an i-type microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer is formed, an n-type (or pi-junction interface) with an n-type (or pi-junction interface) with an n-type (or p-type) microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer is used. Alternatively, the diffusion of p-type impurities can be suppressed, so that electrical characteristics at the bonding interface can be maintained in a favorable state.
[0058]
As described above, according to the second embodiment, an i-type microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having (110) preferential orientation can be formed at a relatively low temperature, and light can be transmitted through the first transparent electrode. And the electrical characteristics at the ni junction interface (or pi junction interface) can be maintained in a good state. Therefore, when light such as sunlight is incident from the second transparent electrode side, A solar cell exhibiting conversion efficiency can be manufactured.
[0059]
Further, a back electrode, a first transparent electrode, a microcrystalline Si layer or a polycrystalline Si layer having a nip structure or a pin structure, and a second transparent electrode are sequentially formed on a transparent insulating substrate, and light is transmitted from the second transparent electrode side. In the solar cell having a structure in which the incident light is incident, the amount of chlorine in the i-type microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer is 1 × 1018~ 8x1020cm-3(110) Since the preferred orientation can be improved, a solar cell exhibiting high photoelectric conversion efficiency can be obtained when light such as sunlight is incident from the second transparent electrode side.
[0060]
Further, the arrangement of p, i, n is the same as that of the microcrystalline Si layer or the polycrystalline Si layer between the microcrystalline Si layer or polycrystalline Si layer having the nip structure or the pin structure and the second transparent electrode. By disposing an amorphous silicon layer having a nip structure or a pin structure, a solar cell with higher photoelectric conversion efficiency can be obtained.
[0061]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0062]
Example 1
In Example 1, a manufacturing process of a solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side and the pin structure is made of microcrystalline Si will be described with reference to FIG.
[0063]
First, tin oxide (SnO) is formed on a transparent insulating substrate 11 made of blue glass having light transmission.2The 1st transparent electrode 12 which consists of this was formed.
[0064]
Next, the transparent insulating substrate 11 on which the transparent electrode 12 is formed is held as the object to be processed 8 on the anode 3 in the reaction container 1 for p-layer deposition in the plasma CVD apparatus shown in FIG. After the object 8 is connected to the grounded reaction vessel 1 through a lead, a vacuum pump (not shown) is operated and the inside of the reaction vessel 1 through the exhaust pipe 7 is 1 × 10 8The evacuation was performed below Torr. Subsequently, the heater built in the anode 3 was energized to heat the substrate of the workpiece 8 to a temperature of 160 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four, H2And B2H6Was introduced through the gas supply pipe 6 and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 500 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, high-frequency power having a frequency of 100 MHz is supplied from the high-frequency power source 4 to the ladder-type electrode 2 for discharge through the impedance matching device 5, so Plasma 9 was generated between the processed objects 8, and a p-type microcrystalline Si layer 13 having a thickness of 30 nm was formed on the first transparent electrode 12 of the processed object 8.
[0065]
Subsequently, after forming the p-type microcrystalline Si layer 13, the supply of the source gas was stopped, and the inside of the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for i-layer film formation, and set in the same procedure as the above film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 190 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1FourAnd SiH2Cl2And H2Was introduced through the gas supply pipe 6 and then the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 2 Torr. At this time, the amount of each gas is SiH.Four: 3-7 sccm, SiH2Cl2(1% hydrogen dilution): 50-200 sccm, H2: 100 to 250 sccm. SiH2Cl2Was in the range of 10 to 40% of the flow rate of the total Si gas. After introducing the raw material gas, the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, and then the frequency of 100 MHz, 70 mW / cm is applied to the discharge ladder electrode 2 from the high frequency power source 4 through the impedance matching unit 5.2Plasma was generated by supplying high-frequency power of 1 to form an i-type microcrystalline Si layer 14 having a thickness of 1500 nm on the p-type microcrystalline Si layer 13. This i-type microcrystalline Si layer 14 contains 6 × 10 chlorine.19cm-3Contained.
[0066]
Next, after forming the i-type microcrystalline Si layer 14, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for n-layer film formation, and set in the same procedure. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 160 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, the raw material gas SiH is introduced into the reaction vessel 1.Four, H2And PHThreeWas introduced through the gas supply pipe 6, and the inside of the reaction vessel 1 was controlled to a pressure of 700 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this time, plasma 9 was generated, and an n-type microcrystalline Si layer 15 having a thickness of 30 nm was formed on the i-type microcrystalline Si layer 14 of the workpiece 8. Thereafter, the object to be processed is taken out from the plasma CVD layer reaction vessel 1, and a second transparent electrode 16 made of indium oxide (ITO) and a back electrode 17 made of Al are sequentially formed on the n-type microcrystalline Si layer 15. The solar cell shown in FIG. 3 was manufactured.
[0067]
(Comparative Example 1)
SiH which is a source gas in the reaction vessel 1Four(Flow rate: 4-8 sccm) and H2(Flow rate: 250 to 350 sccm) is introduced through the gas supply pipe 6, the pressure in the reaction vessel 1 is controlled to 2 Torr, the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, and then the impedance matching device is supplied from the high frequency power source 4. 5 to discharge ladder electrode 2 at a frequency of 100 MHz and 70 mW / cm.2A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that plasma was generated by supplying high-frequency power and an i-type microcrystalline Si layer 14 having a thickness of 1500 nm was formed on the p-type microcrystalline Si layer. Manufactured.
[0068]
The (110) orientation ratio of the i-type microcrystalline Si layer formed in Example 1 and Comparative Example 1 was examined. The results are shown in Table 1 below.
[0069]
[Table 1]
Figure 0003697199
[0070]
As apparent from Table 1, SiH2Cl2The i-type microcrystalline Si layer of Example 1 formed by using a raw material gas added with a flow rate ratio of 10 to 40% with respect to the flow rate of the total Si gas is SiH.2Cl2SiH without addingFourAnd H2It can be seen that the (110) orientation ratio shows a value of 29 which is 5 times or more as compared with the i-type microcrystalline Si layer of Comparative Example 1 formed using a source gas consisting of
[0071]
Further, simulated solar light (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) was applied to the solar cells of Example 1 and Comparative Example 1.2Sample temperature: room temperature) was incident from the transparent insulating substrate side, and the power generation characteristics were evaluated. The result is shown in FIG.
[0072]
As is clear from FIG. 4, the solar cell of Example 1 has an improved short circuit current compared to the solar cell of Comparative Example 1. This is because the (110) orientation ratio of the i-type microcrystalline Si layer constituting the solar cell of Example 1 was improved.
[0073]
(Example 2)
In Example 2, a manufacturing process of a solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side and the pin structure is made of polycrystalline Si will be described with reference to FIG.
[0074]
First, the first transparent electrode 12 made of tin oxide was formed on the transparent insulating substrate 11 made of blue plate glass having light transmission.
[0075]
Next, the transparent insulating substrate 11 on which the transparent electrode 12 is formed is held as the workpiece 8 on the anode 3 in the reaction container 1 for p-layer deposition in the plasma CVD apparatus shown in FIG. 8 is connected to the grounded reaction vessel 1 through a lead, and then a vacuum pump (not shown) is operated to evacuate the reaction vessel 1 through the exhaust pipe 7 by 1 × 10-8The evacuation was performed below Torr. Subsequently, the heater built in the anode 3 was energized to heat the substrate of the workpiece 8 to a temperature of 180 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four, H2And B2H6Was introduced through the gas supply pipe 6 and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 500 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, high-frequency power having a frequency of 100 MHz is supplied from the high-frequency power source 4 to the ladder-type electrode 2 for discharge through the impedance matching device 5, so Plasma 9 was generated between the processed objects 8, and a p-type polycrystalline Si layer 18 having a thickness of 300 nm was formed on the first transparent electrode 12 of the processed object 8.
[0076]
Subsequently, after forming the p-type polycrystalline Si layer 18, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for i-layer film formation, and set in the same procedure as the above film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 8 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 210 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1FourAnd SiH2Cl2And H2Was introduced through the gas supply pipe 6, and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled at 1.0 Torr. At this time, the amount of each gas is SiH.Four: 5-10 sccm, SiH2Cl2(1% hydrogen dilution): 100-200 sccm, H2: 100-200 sccm. SiH2Cl2Was in the range of 10 to 30% in flow rate ratio with respect to the flow rate of the total Si gas. After introducing the raw material gas, the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, and then the frequency is set to 100 MHz and 100 mW / cm from the high frequency power source 4 to the discharge ladder electrode 2 through the impedance matching unit 5.2Plasma was generated by supplying a high-frequency power of 1, and an i-type polycrystalline Si layer 19 having a thickness of 1500 nm was formed on the p-type polycrystalline Si layer 18. This i-type polycrystalline Si layer 18 contains 4 × 10 chlorine.19cm-3Contained.
[0077]
Next, after forming the i-type polycrystalline Si layer 19, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for n-layer film formation, and set in the same procedure as the above film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized to heat the substrate of the workpiece 8 to 180 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, the raw material gas SiH is introduced into the reaction vessel 1.Four, H2And PHThreeWas introduced through the gas supply pipe 6, and the inside of the reaction vessel 1 was controlled to a pressure of 700 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this time, plasma 9 was generated, and an n-type polycrystalline Si layer 20 having a thickness of 30 nm was formed on the i-type polycrystalline Si layer 19 of the workpiece 8. Thereafter, the object to be processed is taken out from the plasma CVD layer reaction vessel 1, and a second transparent electrode 16 made of indium oxide and a back electrode 17 made of Al are sequentially formed on the n-type polycrystalline Si layer 20 as shown in FIG. The solar cell shown in FIG.
[0078]
As a result of examining the (110) orientation ratio of the i-type polycrystalline Si layer formed in Example 2, the value of 29 was the same as in Example 1.
[0079]
Moreover, simulated solar light (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) was applied to the solar cell of Example 2.2, Irradiation temperature: room temperature) was incident from the transparent insulating substrate side, and power generation characteristics were evaluated. As a result, a large short-circuit current similar to that in Example 1 was obtained.
[0080]
(Example 3)
In Example 3, a manufacturing process of a solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side, the pin structure is made of microcrystalline Si, and the tandem structure is described with reference to FIG.
[0081]
First, the first transparent electrode 12 made of tin oxide was formed on the transparent insulating substrate 11 made of blue plate glass having light transmission.
[0082]
Next, the transparent insulating substrate 11 on which the transparent electrode 12 is formed is held as the workpiece 8 on the anode 3 in the reaction vessel 1 in the plasma CVD apparatus shown in FIG. 1, and the workpiece 8 is grounded through the lead. After connecting to the reaction vessel 1, a vacuum pump (not shown) is operated and the inside of the reaction vessel 1 is passed through the exhaust pipe 7 by 1 × 10-8The evacuation was performed below Torr. Subsequently, the heater built in the anode 3 was energized to heat the substrate of the workpiece 8 to a temperature of 130 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four, H2And B2H6Was introduced through the gas supply pipe 6 and the pressure inside the reaction vessel 1 was controlled to 100 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz is supplied from the high-frequency power source 4 to the discharge ladder-type electrode 2 through the impedance matching device 5, thereby Plasma 9 was generated between the workpieces 8 to form a 30 nm thick p-type amorphous Si layer 31 on the first transparent electrode 12 of the workpiece 8.
[0083]
Next, after forming the p-type amorphous Si layer 31, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for i-layer film formation, and set in the same procedure as the above film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 160 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four(Flow rate: 50 sccm) and H2After introducing (flow rate: 50 sccm) through the gas supply pipe 6, the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 100 mTorr. After introducing the raw material gas, the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, and then the high frequency power source 4 is passed through the impedance matching unit 5 to the discharge ladder electrode 2 at a frequency of 60 MHz and 200 mW / cm.2Plasma was generated by supplying a high-frequency power, and an i-type amorphous Si layer 32 having a thickness of 300 nm was formed on the p-type amorphous Si layer 31.
[0084]
Subsequently, after forming the i-type amorphous Si layer 32, the supply of the source gas was stopped, and the inside of the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for n-layer film formation, and set in the same procedure as the above film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 130 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, the raw material gas SiH is introduced into the reaction vessel 1.Four, H2And PHThreeWas introduced through the gas supply pipe 6 and the pressure inside the reaction vessel 1 was controlled to 100 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this time, plasma 9 was generated, and an n-type amorphous Si layer 33 having a thickness of 40 nm was formed on the i-type amorphous Si layer 32 of the workpiece 8.
[0085]
Next, on the n-type amorphous Si layer 33, the second method comprising the p-type microcrystalline Si layer 13, the i-type microcrystalline Si layer 14, the n-type microcrystalline Si layer 15, and indium oxide by the same method as in the first embodiment. A transparent electrode 16 and a back electrode 17 made of Al were sequentially formed to manufacture a tandem solar cell shown in FIG.
[0086]
Simulated sunlight (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) in the solar cell of Example 32, Irradiation temperature: room temperature) was incident from the transparent insulating substrate side, and power generation characteristics were evaluated. As a result, a short circuit current value of 1.10 (relative value) was obtained as compared with the case where Comparative Example 1 was applied to the tandem.
[0087]
Example 4
In Example 4, a manufacturing process of a solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side and the pin structure is made of polycrystalline Si and has a tandem structure will be described with reference to FIG.
[0088]
First, the first transparent electrode 12 made of tin oxide was formed on the transparent insulating substrate 11 made of blue plate glass having light transmission. Subsequently, a p-type amorphous Si layer 31, an i-type amorphous Si layer 32, and an n-type amorphous Si layer 33 were sequentially formed on the transparent electrode 12 in the same manner as in Example 3. Subsequently, on the n-type amorphous Si layer 33, the second method comprising the p-type polycrystalline Si layer 18, the i-type polycrystalline Si layer 19, the n-type polycrystalline Si layer 20, and indium oxide by the same method as in Example 2 described above. A transparent electrode 16 and a back electrode 17 made of Al were sequentially formed to manufacture a tandem solar cell shown in FIG.
[0089]
Simulated sunlight (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) for the solar cell of Example 42, Irradiation temperature: room temperature) was incident from the transparent insulating substrate side, and power generation characteristics were evaluated. As a result, a large short-circuit current value was obtained as in Example 3.
[0090]
(Example 5)
In Example 5, a manufacturing process of a solar cell in which light enters from the second transparent electrode side and the nip structure is made of microcrystalline Si will be described with reference to FIG.
[0091]
First, a back electrode 42 made of Al and a first transparent electrode 43 made of zinc oxide (ZnO) were formed on a transparent insulating substrate 41 made of blue plate glass having light transmission.
[0092]
Next, the transparent insulating substrate 41 on which the transparent electrode 43 is formed is held on the anode 3 in the reaction vessel 1 for n-layer deposition in the plasma CVD apparatus shown in FIG. After the object 8 is connected to the grounded reaction vessel 1 through a lead, a vacuum pump (not shown) is operated and the inside of the reaction vessel 1 through the exhaust pipe 7 is 1 × 10-8The evacuation was performed below Torr. Subsequently, the heater built in the anode 3 was energized to heat the substrate of the workpiece 8 to a temperature of 160 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four, H2And PHThreeWas introduced through the gas supply pipe 6, and the inside of the reaction vessel 1 was controlled to a pressure of 700 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, high-frequency power having a frequency of 100 MHz is supplied from the high-frequency power source 4 to the ladder-type electrode 2 for discharge through the impedance matching unit 5 and the ladder-type electrode 2 for discharge and the covered electrode. Plasma 9 was generated between the processed objects 8, and an n-type microcrystalline Si layer 44 having a thickness of 30 nm was formed on the first transparent electrode 43 of the processed object 8.
[0093]
Next, after forming the n-type microcrystalline Si layer 44, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for i-layer film formation, and set in the same procedure as the above film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 190 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, the reaction gas in the reaction vessel 1 is SiH which is a raw material gas.FourAnd SiH2Cl2And H2Was introduced through the gas supply pipe 6, and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled at 2.0 Torr. At this time, the amount of each gas is SiH.Four: 3-7 sccm, SiH2Cl2(1% hydrogen dilution): 50-250 sccm, H2: 100 to 250 sccm. SiH2Cl2Was in the range of 10 to 40% of the flow rate of the total Si gas. After the source gas is introduced, the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, and then high frequency power with a frequency of 100 MHz and 10 W is supplied from the high frequency power source 4 to the discharge ladder electrode 2 through the impedance matching unit 5. Plasma was generated, and an i-type microcrystalline Si layer 45 having a thickness of 1500 nm was formed on the n-type microcrystalline Si layer 44. This i-type microcrystalline Si layer 45 contains 6 × 10 chlorine.19cm-3Contained.
[0094]
Next, after forming the i-type microcrystalline Si layer 45, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for p-layer film formation, and set in the same procedure as that for film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 160 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, the raw material gas SiH is introduced into the reaction vessel 1.Four, H2And B2H6Was introduced through the gas supply pipe 6 and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 500 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this time, plasma 9 was generated, and a p-type microcrystalline Si layer 46 having a thickness of 30 nm was formed on the i-type microcrystalline Si layer 45 of the workpiece 8. Thereafter, the object to be processed was taken out from the plasma CVD layer reaction vessel 1, and a second transparent electrode 47 made of indium oxide was formed on the p-type microcrystalline Si layer 46 to manufacture the solar cell shown in FIG.
[0095]
As a result of examining the (110) orientation ratio of the i-type microcrystalline Si layer formed in Example 5, the value of 29 was the same as in Example 1.
[0096]
Moreover, simulated solar light (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) was applied to the solar cell of Example 5.2, Irradiation temperature: room temperature) was incident from the second transparent electrode side, and power generation characteristics were evaluated. As a result, a large short-circuit current similar to that in Example 1 was obtained.
[0097]
(Example 6)
In Example 6, a manufacturing process of a solar cell in which light enters from the second transparent electrode side and the nip structure is made of polycrystalline Si will be described with reference to FIG.
[0098]
First, a back electrode 42 made of Al and a first transparent electrode 43 made of zinc oxide (ZnO) were formed on a transparent insulating substrate 41 made of blue plate glass having light transmission.
[0099]
Next, the transparent insulating substrate 41 on which the transparent electrode 43 is formed is held on the anode 3 in the reaction vessel 1 for n-layer deposition in the plasma CVD apparatus shown in FIG. After the object 8 is connected to the grounded reaction vessel 1 through a lead, a vacuum pump (not shown) is operated and the inside of the reaction vessel 1 through the exhaust pipe 7 is 1 × 10-7The evacuation was performed below Torr. Subsequently, the heater built in the anode 3 was energized to heat the substrate of the workpiece 8 to a temperature of 180 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1Four, H2And PHThreeWas introduced through the gas supply pipe 6, and the inside of the reaction vessel 1 was controlled to a pressure of 700 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, high-frequency power having a frequency of 100 MHz is supplied from the high-frequency power source 4 to the ladder-type electrode 2 for discharge through the impedance matching unit 5 and the ladder-type electrode 2 for discharge and the covered electrode. Plasma 9 was generated between the processed objects 8, and an n-type polycrystalline Si layer 48 having a thickness of 300 nm was formed on the first transparent electrode 43 of the processed object 8.
[0100]
Next, after forming the n-type polycrystalline Si layer 48, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction vessel 1 for i-layer deposition and set in the same manner as the deposition of the n-type microcrystalline Si layer 13. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 8 built in the anode 3 was energized, and the substrate of the workpiece 8 was heated to 210 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, SiH as a raw material gas is placed in the reaction vessel 1FourAnd SiH2Cl2And H2Was introduced through the gas supply pipe 6, and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled at 1.0 Torr. At this time, the amount of each gas is SiH.Four: 5-10 sccm, SiH2Cl2(1% hydrogen dilution): 100-200 sccm, H2: 100-200 sccm. SiH2Cl2Was in the range of 10 to 30% in flow rate ratio with respect to the flow rate of the total Si gas. After introducing the raw material gas, the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, and then the frequency of 100 MHz, 70 mW / cm is applied to the discharge ladder electrode 2 from the high frequency power source 4 through the impedance matching unit 5.2Plasma was generated by supplying a high frequency power of 1, and an i-type polycrystalline Si layer 49 having a thickness of 1500 nm was formed on the n-type polycrystalline Si layer 48. This i-type polycrystalline Si layer 49 contains 4 × 10 chlorine.19cm-3Contained.
[0101]
Next, after forming the i-type polycrystalline Si layer 49, the supply of the source gas was stopped, and the reaction vessel 1 was evacuated. Subsequently, the workpiece 8 was moved into the reaction container 1 for p-layer film formation, and set in the same procedure as that for film formation. 1 × 10-7After evacuating below Torr, the heater 3 built in the anode 3 was energized to heat the substrate of the workpiece 8 to 180 ° C. After the heating temperature by the heater is sufficiently stabilized, the raw material gas SiH is introduced into the reaction vessel 1.Four, H2And B2H6Was introduced through the gas supply pipe 6, and the inside of the reaction vessel 1 was controlled to a pressure of 700 mTorr. After the temperature and pressure in the reaction vessel 1 are sufficiently stabilized, the high frequency power is supplied from the high frequency power source 4 through the impedance matching device 5 to the discharge ladder type electrode 2, whereby the discharge ladder type electrode 2 and the workpiece 8 are processed. During this period, plasma 9 was generated, and a p-type polycrystalline Si layer 50 having a thickness of 30 nm was formed on the i-type polycrystalline Si layer 49 of the workpiece 8. Thereafter, the object to be processed was taken out from the plasma CVD layer reaction vessel 1, and a second transparent electrode 47 made of indium oxide was formed on the p-type polycrystalline Si layer 50 to manufacture the solar cell shown in FIG.
[0102]
As a result of examining the (110) orientation ratio of the i-type polycrystalline Si layer formed in Example 6, a value of 29 similar to that in Example 1 was shown.
[0103]
Moreover, simulated solar light (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) was applied to the solar cell of Example 6.2, Irradiation temperature: room temperature) was incident from the second transparent electrode side, and power generation characteristics were evaluated. As a result, a large short-circuit current similar to that in Example 1 was obtained.
[0104]
(Example 7)
In Example 7, a manufacturing process of a solar cell in which light enters from the second transparent electrode side, the nip structure is made of microcrystalline Si, and has a tandem structure will be described with reference to FIG.
[0105]
First, a back electrode 42 made of Al and a first transparent electrode 43 made of tin oxide were formed on a transparent insulating substrate 41 made of blue plate glass having light transmission. Subsequently, an n-type microcrystalline Si layer 43, an i-type microcrystalline Si layer 44, and a p-type microcrystalline Si layer 45 were sequentially formed on the second transparent electrode 43 by the same method as in Example 5. Subsequently, an n-type amorphous Si layer 51, an i-type amorphous Si layer 52 and a p-type amorphous Si layer 53 are sequentially formed on the p-type microcrystalline Si layer 45 by the same method as in the third embodiment, and further made of indium oxide. The second transparent electrode 47 was formed to manufacture a tandem solar cell shown in FIG.
[0106]
Simulated sunlight (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) in the solar cell of Example 72, Irradiation temperature: room temperature) was incident from the second transparent electrode side, and power generation characteristics were evaluated. As a result, a short circuit current value of 1.10 (relative value) was obtained as compared with the case where Comparative Example 1 was applied to the tandem.
[0107]
(Example 8)
In Example 8, a manufacturing process of a solar cell in which light is incident from the transparent insulating substrate side and the nip structure is made of polycrystalline Si and has a tandem structure will be described with reference to FIG.
[0108]
First, a back electrode 42 made of Al and a first transparent electrode 43 made of tin oxide were formed on a transparent insulating substrate 41 made of blue plate glass having light transmission. Subsequently, an n-type polycrystalline Si layer 48, an i-type polycrystalline Si layer 49, and a p-type polycrystalline Si layer 50 were sequentially formed on the second transparent electrode 43 by the same method as in Example 6. Subsequently, an n-type amorphous Si layer 51, an i-type amorphous Si layer 52, and a p-type amorphous Si layer 53 are sequentially formed on the p-type polycrystalline Si layer 50 by the same method as in Example 3, and further made of indium oxide. The second transparent electrode 47 was formed to manufacture a tandem solar cell shown in FIG.
[0109]
Simulated sunlight (spectrum: AM1.5, irradiation intensity: 100 mW / cm) for the solar cell of Example 82, Irradiation temperature: room temperature) was incident from the second transparent electrode side, and power generation characteristics were evaluated. As a result, a large short-circuit current value was obtained as in Example 7.
[0110]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the first transparent electrode, the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, the second transparent electrode, and the back electrode are sequentially formed on the transparent insulating substrate. In the production of a solar cell having a structure in which light is incident from the transparent insulating substrate side, at least an i-type microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer is formed at a lower temperature and at a lower cost than in the prior art. By doing so, the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer is (110) without causing a decrease in light transmittance of the first transparent electrode and a deterioration in electrical characteristics at the pi junction interface or the ni junction interface. It is possible to provide a method of manufacturing a solar cell that can be preferentially oriented and, in turn, has improved power generation characteristics such as short circuit current.
[0111]
According to the present invention, a back electrode, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, and a second transparent electrode are sequentially formed on the transparent insulating substrate, and the second electrode In the production of a solar cell having a structure in which light is incident from the transparent electrode side, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer is formed at a lower temperature and at a lower cost than in the prior art. (110) preferentially orienting the i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer without reducing the light transmittance of the transparent electrode and deteriorating the electrical characteristics at the pi junction interface or the ni junction interface. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a solar cell with improved power generation characteristics such as short-circuit current.
[0112]
Furthermore, according to the present invention, the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having a pin structure including the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer exhibiting the (110) preferential orientation is provided, and the A solar cell with improved power generation characteristics can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a plasma CVD apparatus for producing a solar cell of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a discharge ladder electrode.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 1 of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing short circuit currents of solar cells in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 2 of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 3 of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 4 of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 5 of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 6 of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 7 of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell in Example 8 of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional solar cell.
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining problems in a conventional solar cell manufacturing process.
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining another problem in the manufacturing process of a conventional solar cell.
[Explanation of symbols]
1 ... reaction vessel,
2 ... Ladder electrode for discharge,
3 ... Anode,
4 ... High frequency power supply,
5. Matching unit,
6 ... gas supply pipe,
7 ... exhaust pipe,
8 ...
9 ... Plasma,
11, 41 ... Transparent insulating substrate,
12, 42 ... 1st transparent electrode,
13, 46 ... p-type microcrystalline Si layer,
14, 45 ... i-type microcrystalline Si layer,
15, 44 ... n-type microcrystalline Si layer,
16, 47 ... second transparent electrode,
17, 42 ... back electrode,
18, 50 ... p-type polycrystalline Si layer,
19, 49 ... i-type polycrystalline Si layer,
20, 48 ... n-type polycrystalline Si layer,
31, 53... P-type amorphous Si layer,
32, 52 ... i-type amorphous Si layer,
33, 51 ... n-type amorphous Si layer.

Claims (15)

透明絶縁性基板上に第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極と、裏面電極とを順次形成し、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる太陽電池を製造するに際し、
反応容器と、この反応容器に原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記反応容器内のガス排出するための排出手段と、前記反応容器内に配置された放電用はしご型電極と、この放電用はしご型電極にグロー放電発生用電力を供給するための電源と、前記反応容器内に前記放電用はしご型電極と離間して平行に配置され、加熱用ヒーターを内蔵した支持電極とを備えるCVD装置を用い、
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、前記CVD装置の支持電極に前記透明絶縁性基板を有する被処理物を支持させて加熱し、SiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスを前記原料ガスとして前記塩素化ケイ素系化合物ガスが前記SiH 4 と前記塩素化ケイ素系化合物ガスとの合計流量に対して1〜80%の範囲になるように前記ガス供給手段から前記反応容器内に供給し、前記電源からはしご型電極に周波数60MHz以上のグロー放電発生用高周波電力を供給して前記反応容器内にグロー放電を起こしてプラズマを発生させることにより製膜され、かつ塩素を1×10 18 cm -3 〜8×10 20 cm -3 含有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
A first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, a second transparent electrode, and a back electrode are sequentially formed on the transparent insulating substrate, and the transparent insulating substrate side When manufacturing solar cells that make light incident from
A reaction vessel, a gas supply means for supplying a raw material gas to the reaction vessel, a discharge means for discharging the gas in the reaction vessel, a discharge ladder electrode disposed in the reaction vessel, and A power supply for supplying glow discharge generating power to the discharge ladder electrode, and a support electrode that is disposed in parallel with the discharge ladder electrode in the reaction vessel in parallel with the heater for heating. Using a CVD device,
Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer has a transparent insulating substrate on the support electrode of the CVD apparatus. heated by supporting the processed product, the chlorinated silicon of the SiH 4 and SiH 2 Cl 2, SiHCl 3 and at least one chlorinated silicon compound gas and a gas mixture of H 2 is selected from SiCl 4 as the source gas Ladder type gas is supplied from the gas supply means into the reaction vessel so that the system compound gas is in the range of 1 to 80% with respect to the total flow rate of the SiH 4 and the chlorinated silicon compound gas. A plasma is generated by supplying glow discharge generating high frequency power having a frequency of 60 MHz or more to the electrode to cause glow discharge in the reaction vessel. Method of manufacturing a solar cell formed as a film, and characterized that you containing chlorine 1 × 10 18 cm -3 ~8 × 10 20 cm -3 by the.
さらに前記第1透明電極と前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層との間にp、i、nの配列が前記微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と同様なpin構造またはnip構造を持つアモルファスシリコン層を配置したことを特徴とする請求項1記載の太陽電池の製造方法。  Further, the pin having the same arrangement of p, i, n as the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer between the first transparent electrode and the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure. 2. The method of manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein an amorphous silicon layer having a structure or a nip structure is disposed. 透明絶縁性基板上に裏面電極と、第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極とを順次形成し、前記第2透明電極側から光を入射させる太陽電池を製造するに際し、
反応容器と、この反応容器に原料ガスを供給するためのガス供給手段と、前記反応容器内のガス排出するための排出手段と、前記反応容器内に配置された放電用はしご型電極と、この放電用はしご型電極にグロー放電発生用高周波電力を供給するための電源と、前記反応容器内に前記放電用はしご型電極と離間して平行に配置され、加熱用ヒーターを内蔵した支持電極とを備えるCVD装置を用い、
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、前記CVD装置の支持電極に前記透明絶縁性基板を有する被処理物を支持させて加熱し、SiH4とSiH2Cl2、SiHCl3およびSiCl4から選ばれる少なくとも1つの塩素化ケイ素系化合物ガスとH2との混合ガスを前記原料ガスとして前記塩素化ケイ素系化合物ガスが前記SiH 4 と前記塩素化ケイ素系化合物ガスとの合計流量に対して1〜80%の範囲になるように前記ガス供給手段から前記反応容器内に供給し、前記電源からはしご型電極に周波数60MHz以上のグロー放電発生用電力を供給して前記反応容器内にグロー放電を起こしてプラズマを発生させることにより製膜され、かつ塩素を1×10 18 cm -3 〜8×10 20 cm -3 含有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
A back electrode, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, and a second transparent electrode are sequentially formed on a transparent insulating substrate, and the second transparent electrode side When manufacturing solar cells that make light incident from
A reaction vessel, a gas supply means for supplying a raw material gas to the reaction vessel, a discharge means for discharging the gas in the reaction vessel, a discharge ladder electrode disposed in the reaction vessel, and A power supply for supplying glow discharge generating high-frequency power to the discharge ladder-type electrode, and a support electrode that is disposed in parallel with the discharge ladder-type electrode in the reaction vessel and is provided in parallel with the heater for heating. Use a CVD device with
Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer has a transparent insulating substrate as a support electrode of the CVD apparatus. heated by supporting the processed product, the chlorinated silicon of the SiH 4 and SiH 2 Cl 2, SiHCl 3 and at least one chlorinated silicon compound gas and a gas mixture of H 2 is selected from SiCl 4 as the source gas Ladder type gas is supplied from the gas supply means into the reaction vessel so that the system compound gas is in the range of 1 to 80% of the total flow rate of the SiH 4 and the chlorinated silicon compound gas. By supplying glow discharge generating power having a frequency of 60 MHz or more to the electrode to cause glow discharge in the reaction vessel to generate plasma. Are membrane made Ri, and manufacturing method of a solar cell which is characterized that you containing chlorine 1 × 10 18 cm -3 ~8 × 10 20 cm -3.
さらに前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と前記第2透明電極との間にp、i、nの配列が前記微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と同様なpin構造またはnip構造を持つアモルファスシリコン層を配置したことを特徴とする請求項3記載の太陽電池の製造方法。  Further, the pin having the same arrangement of p, i, n as the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer between the microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure and the second transparent electrode. 4. The method for manufacturing a solar cell according to claim 3, wherein an amorphous silicon layer having a structure or a nip structure is disposed. 少なくとも前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層の製膜において、前記支持電極の加熱ヒーターにより120〜300℃の温度に加熱することを特徴とする請求項1または3記載の太陽電池の製造方法。  4. The solar cell according to claim 1, wherein at least the i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer is heated to a temperature of 120 to 300 ° C. by a heater of the support electrode. 5. Production method. 少なくとも前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層の製膜において、前記支持電極の加熱ヒーターにより160〜210℃の温度に加熱することを特徴とする請求項1または3記載の太陽電池の製造方法。  4. The solar cell according to claim 1, wherein at least the i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer is heated to a temperature of 160 to 210 ° C. by a heater of the support electrode. 5. Production method. 前記塩素化ケイ素系化合物ガスは、前記SiHThe chlorinated silicon-based compound gas is the SiH 4Four と前記塩素化ケイ素系化合物ガスの合計流量に対して流量比で10〜40%の範囲にて前記反応容器に供給されることを特徴とする請求項1または3記載の太陽電池の製造方法。4. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the reaction vessel is supplied in a flow rate ratio of 10 to 40% with respect to a total flow rate of the chlorosilicon compound gas. 少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層の製膜において、前記反応容器の圧力を0.5〜10Torrの範囲に設定することを特徴とする請求項1または3記載の太陽電池の製造方法。4. The solar cell production according to claim 1, wherein the pressure of the reaction vessel is set in the range of 0.5 to 10 Torr in the formation of at least an i-type microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer. Method. 少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層の製膜において、前記反応容器の圧力を0.5〜3Torrの範囲に設定することを特徴とする請求項1または3記載の太陽電池の製造方法。The solar cell production according to claim 1 or 3, wherein the pressure of the reaction vessel is set in the range of 0.5 to 3 Torr in the film formation of at least i-type microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer. Method. 透明絶縁性基板上に第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極と、裏面電極とが順次形成され、前記透明絶縁性基板側から光を入射させる太陽電池において、A first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, a second transparent electrode, and a back electrode are sequentially formed on the transparent insulating substrate, and the transparent insulating substrate side In solar cells that make light incident from
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、塩素を1×10  Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer contains 1 × 10 1 chlorine. 1818 cmcm -3-3 〜8×10~ 8x10 2020 cmcm -3-3 含有することを特徴とする太陽電池。A solar cell comprising:
少なくとも前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、塩素を2×10At least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer contains 2 × 10 6 chlorine. 1919 cmcm -3-3 〜4×10~ 4x10 2020 cmcm -3-3 含有することを特徴とする請求項10記載の太陽電池。The solar cell according to claim 10, which is contained. さらに前記第1透明電極と前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層との間にp、i、nの配列が前記微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と同様なpin構造またはnip構造を持つアモルファスシリコン層を配置したことを特徴とする請求項10記載の太陽電池。Further, the pin having the same arrangement of p, i, n as the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer between the first transparent electrode and the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure. The solar cell according to claim 10, wherein an amorphous silicon layer having a structure or a nip structure is disposed. 透明絶縁性基板上に裏面電極と、第1透明電極と、pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と、第2透明電極とが順次形成され、前記第2透明電極側から光を入射させる太陽電池において、A back electrode, a first transparent electrode, a microcrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a pin structure or a nip structure, and a second transparent electrode are sequentially formed on a transparent insulating substrate, and the second transparent electrode side In solar cells that make light incident from
前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層のうち、少なくともi型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、塩素を1×10  Of the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure, at least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer contains 1 × 10 1 chlorine. 1818 cmcm -3-3 〜8×10~ 8x10 2020 cmcm -3-3 含有することを特徴とする太陽電池。A solar cell comprising:
少なくとも前記i型の微結晶シリコン層または多結晶シリコン層は、塩素を2×10At least the i-type microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer contains 2 × 10 6 chlorine. 1919 cmcm -3-3 〜4×10~ 4x10 2020 cmcm -3-3 含有することを特徴とする請求項13記載の太陽電池。The solar cell according to claim 13, which is contained. さらに前記pin構造またはnip構造を持つ微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と前記第2透明電極との間にp、i、nの配列が前記微結晶シリコン層または多結晶シリコン層と同様なpin構造またはnip構造を持つアモルファスシリコン層を配置したことを特徴とする請求項13記載の太陽電池。Further, the pin having the same arrangement of p, i, n as the microcrystalline silicon layer or the polycrystalline silicon layer between the microcrystalline silicon layer or polycrystalline silicon layer having the pin structure or the nip structure and the second transparent electrode. The solar cell according to claim 13, wherein an amorphous silicon layer having a structure or a nip structure is disposed.
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