JP4691888B2 - Non-single crystal solar cell and method of manufacturing non-single crystal solar cell - Google Patents
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Description
この発明は、微結晶膜,非晶質膜,多結晶膜などの非単結晶膜を用いた薄膜非単結晶太陽電池のp型半導体層に関するものである。 The present invention relates to a p-type semiconductor layer of a thin film non-single crystal solar cell using a non-single crystal film such as a microcrystalline film, an amorphous film, or a polycrystalline film.
シリコンおよびゲルマニウムを主体とする薄膜シリコン光電変換素子のp型ドープ材料としては一般にボロン(B)が用いられてきた。p層の特性向上は太陽電池デバイスにおいては開放電圧や曲線因子(FF)を増加させるための最重要因子である。 In general, boron (B) has been used as a p-type doping material of a thin film silicon photoelectric conversion element mainly composed of silicon and germanium. The improvement in the characteristics of the p layer is the most important factor for increasing the open circuit voltage and the fill factor (FF) in the solar cell device.
従来p層ドーパントとして用いられてきたボロンは150℃以下の低温成膜条件下では水素によってパッシベーションされやすく、ボロンが膜内に導入されても活性化されないという大きな問題があった。またいわゆるスーパーストレート型太陽電池(pin型太陽電池)においてはp層成膜後にi層を作製することになるが、i層を200℃以上の高温で作製するとp層内のボロンがi層内へ拡散したり、pi界面でi層作製中にボロンがi層内の水素をはぎ取って(いわゆるオートドーピング)、pi界面に欠陥準位を誘起し、太陽電池特性を大幅に悪化させることが非特許文献1や2で知られている。
Boron conventionally used as a p-layer dopant has a big problem that it is easily passivated by hydrogen under a low temperature film formation condition of 150 ° C. or less and is not activated even if boron is introduced into the film. In a so-called super straight type solar cell (pin type solar cell), the i layer is produced after the p layer is formed. However, if the i layer is produced at a high temperature of 200 ° C. or higher, boron in the p layer is converted into the i layer. When boron diffuses to the pi interface, boron strips off hydrogen in the i layer (so-called auto-doping), induces a defect level at the pi interface, and significantly deteriorates the solar cell characteristics. It is known from
前述の課題を解決するために原子半径の小さいボロンに代わって、ガリウムを薄膜シリコン光電変換素子のp型ドーパントとして用いることが、特許文献1に公開されている。ガリウムはボロンと比較して原子が大きく従って拡散が少ないためpi界面で欠陥準位が形成されにくいという特性がある。しかしながら、ガリウムは金属元素であるために薄膜中で偏析しやすいという難点があり、ボロンドープp型薄膜と同等の吸収係数とキャリア濃度を併せ持つガリウムドープp型薄膜を形成することが難しいという問題があった。
In order to solve the above-described problem,
特許文献等は以下の通り。
しかしながら、ガリウムは金属元素であるために薄膜中で偏析しやすいという難点があり、ボロンドープp型薄膜と同等の吸収係数とキャリア濃度を併せ持つガリウムドープp型薄膜を形成することが難しいという問題があった。 However, since gallium is a metal element, it is difficult to segregate in the thin film, and there is a problem that it is difficult to form a gallium-doped p-type thin film having the same absorption coefficient and carrier concentration as the boron-doped p-type thin film. It was.
そこで、シリコンもしくはゲルマニウムを主成分とするp型半導体層、実質的に真性なi型半導体層、n型半導体層を積層したpin接合を少なくとも一つ有する太陽電池において、少なくとも一つのp型半導体層がボロンドープp型半導体層とガリウムドープp型半導体層の積層物から構成されており、ガリウムドープp型半導体層がi型半導体層との界面側に積層されている構造を取ることで、優れた効率を有する太陽電池を提供することが求められていた。 Therefore, in a solar cell having at least one pin junction in which a p-type semiconductor layer mainly composed of silicon or germanium, a substantially intrinsic i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer is stacked, at least one p-type semiconductor layer Has a structure in which a boron-doped p-type semiconductor layer and a gallium-doped p-type semiconductor layer are stacked, and the gallium-doped p-type semiconductor layer is stacked on the interface side with the i-type semiconductor layer. There has been a need to provide solar cells with efficiency.
請求項1に係る本願発明は、シリコンもしくはゲルマニウムを主成分とするp型半導体層、実質的に真性なi型半導体層、n型半導体層を積層したpin接合を少なくとも一つ有する太陽電池において、少なくとも一つのp型半導体層がボロンドープp型半導体層とガリウムドープp型半導体層の積層物から構成されており、ガリウムドープp型半導体層がi型半導体層との界面側に積層されていることを特徴とする非単結晶太陽電池を提供するものである。
また請求項2に係る本願発明は、透明導電膜と裏面電極との間に、透明導電膜側からボロンドープp型微結晶シリコン層と、ガリウムドープp型微結晶シリコン層と、i型微結晶シリコン層と、n型アモルファスシリコン層と、がこの順で積層された非単結晶太陽電池を提供するものである。
また請求項3に係る本願発明は、請求項2記載の発明において、前記裏面電極が、n型アモルファスシリコン層側の透明電極と、金属層との積層構造であることを特徴とする非単結晶太陽電池を提供するものである。
The present invention according to
Further, the present invention according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided the non-single crystal according to the second aspect , wherein the back electrode has a laminated structure of a transparent electrode on the n-type amorphous silicon layer side and a metal layer. A solar cell is provided.
ガリウムドープp型半導体層をi型半導体層との界面に積層されると、ガリウムはボロンよりも原子半径が大きくi層内に拡散しにくいためpi界面特性の悪化を引き起こしにくい。そのため、例えばpin型太陽電池(スーパーストレート型)においてはi層を従来よりも高温で作製してもセル特性の劣化を引き起こさないという利点がある。またボロンドープp層を併せて用いることで低い吸収係数と高い導電率を有するp層を実現することができる。 When a gallium-doped p-type semiconductor layer is stacked at the interface with the i-type semiconductor layer, gallium has a larger atomic radius than boron and is difficult to diffuse into the i-layer, so that the pi interface characteristics are unlikely to deteriorate. Therefore, for example, in a pin type solar cell (super straight type), there is an advantage that cell characteristics are not deteriorated even if the i layer is produced at a higher temperature than the conventional one. In addition, by using a boron-doped p layer in combination, a p layer having a low absorption coefficient and high conductivity can be realized.
請求項4に係る本願発明は、ボロンドープp型半導体層およびガリウムドープp型半導体層の積層物から構成されたシリコンもしくはゲルマニウムを主成分とするp型半導体層と、該ガリウムドープp型半導体層側のp型半導体層界面に積層された実質的に真性なi型半導体層と、n型半導体層と、を積層したpin接合を少なくとも一つ有する非単結晶太陽電池の製造方法であって、ボロンドープp型半導体層およびガリウムドープp型半導体層が、p型半導体層を形成する作製装置内に、ボロン供給原料およびガリウム供給原料を含むガスをそれぞれ導入して形成することを特徴とする非単結晶太陽電池の製造方法を提供するものである。
また請求項5に係る本願発明は、請求項4に記載の発明において、前記p型半導体層がシリコンを主成分とし、ボロン供給原料が、ジボラン、トリメチルボロン、又はフッ化ボロンのガスであることを特徴とする非単結晶太陽電池の製造方法を提供するものである。
また請求項6に係る本願発明は、請求項4に記載の発明において、シラン、水素、ジボシランの混合ガスを用いたプラズマCVD法でボロンドープp型半導体層を形成することを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法を提供するものである。
また請求項7に係る本願発明は、請求項4に記載の発明において、ガリウム供給原料が、トリメチルガリウム、トリエチルガリウムのガスであることを特徴とする非単結晶太陽電池の製造方法を提供するものである。
また請求項8に係る本願発明は、前記p型半導体層がシリコンを主成分とし、シラン、水素、トリメチルガリウムの混合ガスを用いたプラズマCVD法でガリウムドープp型半導体層を形成することを特徴とする請求項4に記載の非単結晶太陽電池の製造方法を提供するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a p-type semiconductor layer mainly composed of silicon or germanium composed of a laminate of a boron-doped p-type semiconductor layer and a gallium-doped p-type semiconductor layer, and the gallium-doped p-type semiconductor layer side. A method for manufacturing a non-single-crystal solar cell having at least one pin junction in which a substantially intrinsic i-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are stacked at the interface of the p-type semiconductor layer. Non-single crystal characterized in that a p-type semiconductor layer and a gallium-doped p-type semiconductor layer are formed by introducing a gas containing a boron supply material and a gallium supply material into a manufacturing apparatus for forming the p-type semiconductor layer, respectively. A method for manufacturing a solar cell is provided.
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth aspect, the p-type semiconductor layer is mainly composed of silicon, and the boron supply material is a gas of diborane, trimethylboron, or boron fluoride. The manufacturing method of the non-single-crystal solar cell characterized by these is provided.
The present invention according to
The present invention according to
The present invention according to
これにより、特異な構造のp型半導体材料を作製することが可能になった。 This makes it possible to produce a p-type semiconductor material having a unique structure.
本発明によればシリコンもしくはゲルマニウムを主成分とするp型半導体層、実質的に真性なi型半導体層、n型半導体層を積層したpin接合を少なくとも一つ有する太陽電池において、少なくとも一つのp型半導体層がボロンドープp型半導体層とガリウムドープp型半導体層の積層物から構成されており、ガリウムドープp型半導体層がi型半導体層との界面側に積層されている構造を取ることで、優れた効率を有する太陽電池を提供することができる。 According to the present invention, in a solar cell having at least one p-junction in which a p-type semiconductor layer containing silicon or germanium as a main component, a substantially intrinsic i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer is laminated, at least one p The p-type semiconductor layer is composed of a laminate of a boron-doped p-type semiconductor layer and a gallium-doped p-type semiconductor layer, and the gallium-doped p-type semiconductor layer is laminated on the interface side with the i-type semiconductor layer. A solar cell having excellent efficiency can be provided.
本発明でのガリウムをドープしたp型半導体層およびボロンをドープしたp型半導体層はプラズマCVD法、光CVD法、熱CVD法、Hot−wire CVD法のうちの何れかを任意に組み合わせた方法または蒸着法、スパッタ法等で作製することができるが、好ましくはプラズマCVD法である。ガリウムを導入するためには特許文献1に開示されているように冷却されたトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムを供給原料として用い、これらの材料を冷却した上で水素等をキャリアガスとして真空漕内へと導入し、方法が好ましいが、これに限定されるものではない。ボロンを導入するためにはジボラン、トリメチルボロン、フッ化ボロン等のガスを真空漕内へ導入する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
The gallium-doped p-type semiconductor layer and the boron-doped p-type semiconductor layer according to the present invention are any combination of plasma CVD, photo-CVD, thermal CVD, and hot-wire CVD. Alternatively, it can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like, but a plasma CVD method is preferable. In order to introduce gallium, trimethylgallium or triethylgallium cooled as disclosed in
図4に本発明のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の概略断面図の一例を示す。ガリウム供給原料としてはトリエチルガリウムやトリメチルガリウムを用い、更にソース温度を0℃以下に冷却することが好ましい。ガリウム材料の導入量をコントロールするためにキャリアガスとして水素、重水素、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンキセノン等)等を使用することができるがこれらに限定されるものではない。またボロンはジボラン、トリメチルボロン、フッ化ボロン等を用いることができ、それらのガスは図4のように別々の系統で真空漕内へと導入することができるし、真空漕外の配管中で一系統にまとめられ真空漕内へと導入することもできる。またカソード側の電極に多数の孔を空け、そこから原材料を導入(いわゆるカソードシャワー)することもできる。なおガリウム供給原料とボロン供給原料の双方が供給可能な作製装置はこれらに限定されるものではない。 FIG. 4 shows an example of a schematic cross-sectional view of a non-single crystal solar cell including the p-type semiconductor layer of the present invention. It is preferable to use triethyl gallium or trimethyl gallium as the gallium feedstock and further cool the source temperature to 0 ° C. or lower. In order to control the introduction amount of the gallium material, hydrogen, deuterium, rare gas (helium, neon, argon, krypton xenon, etc.) or the like can be used as a carrier gas, but is not limited thereto. In addition, diborane, trimethylboron, boron fluoride, etc. can be used as the boron, and these gases can be introduced into the vacuum chamber by separate systems as shown in FIG. It can be integrated into a single system and introduced into the vacuum chamber. It is also possible to open a large number of holes in the cathode-side electrode and introduce the raw material from there (so-called cathode shower). Note that a manufacturing apparatus capable of supplying both the gallium supply material and the boron supply material is not limited thereto.
p型半導体層全体の膜厚は8nm以上45nm以下であることが必要であり好ましくは15nm以上25nm以下である。ガリウムをドープしたp型半導体層の膜厚は1nm以上40nm以下、ボロンをドープしたp型半導体層の膜厚は1nm以上40nm以下であれば特に限定されるものではない。好ましくはガリウムをドープしたp型半導体層の膜厚がp型半導体層全体膜厚の5%〜30%、ボロンをドープしたp型半導体層の膜厚がp型半導体層全体膜厚の70%以上95%以下である。 The film thickness of the entire p-type semiconductor layer needs to be 8 nm or more and 45 nm or less, and preferably 15 nm or more and 25 nm or less. The thickness of the p-type semiconductor layer doped with gallium is not particularly limited as long as it is 1 nm to 40 nm and the thickness of the p-type semiconductor layer doped with boron is 1 nm to 40 nm. Preferably, the thickness of the p-type semiconductor layer doped with gallium is 5% to 30% of the total thickness of the p-type semiconductor layer, and the thickness of the p-type semiconductor layer doped with boron is 70% of the total thickness of the p-type semiconductor layer. It is 95% or less.
ガリウムをドープしたp型半導体層およびボロンをドープしたp型半導体層は非晶質、微結晶、もしくは非晶質と微結晶が混在した系のいずれの形態をとっても構わない。 The p-type semiconductor layer doped with gallium and the p-type semiconductor layer doped with boron may take any form of amorphous, microcrystal, or a mixture of amorphous and microcrystal.
またp型半導体層のバンドギャップを上げて効率的にi層内へ光を取り込むためにp層内へCやOを混入されることも好ましい。この場合、Cを導入するためにはメタン、エチレン、アセチレン等を用い、Oを導入するためには二酸化炭素ガス等を用いるがこれらに限定されるものではない。またpi界面においてCやOをi層方向へ向けて漸減的に減らしていくことも高い開放電圧を得るためには好ましい。 It is also preferable that C or O is mixed into the p layer in order to increase the band gap of the p-type semiconductor layer and efficiently take light into the i layer. In this case, methane, ethylene, acetylene or the like is used to introduce C, and carbon dioxide gas or the like is used to introduce O, but is not limited thereto. In order to obtain a high open circuit voltage, it is also preferable to gradually decrease C and O toward the i layer at the pi interface.
上記のシリコンおよびゲルマニウムを主成分とする非単結晶太陽電池においては、pin型(スーパーストレートタイプ)太陽電池、nip型(サブストレートタイプ)太陽電池のどちらの構成をとっても構わないし、いわゆるタンデム型、トリプル型太陽電池のように素子を複数個積層しても構わない。 The non-single-crystal solar cell mainly composed of silicon and germanium may have either a pin type (super straight type) solar cell or a nip type (substrate type) solar cell, so-called tandem type or triple type. A plurality of elements may be stacked like a solar cell.
透明電極は、厚さ10〜500nmの酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の酸化物、もしくは厚さ5〜15nmの金、白金、パラジウム、銀およびこれらの合金等の金属薄膜などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの透光性の導電膜は入射太陽光を良く透過し、かつ表面抵抗の小さい層が好ましく、厚さ5〜15nmの金、白金層、厚さ30〜200nmのスズドープ酸化インジウム層が好ましい。透明電極はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法、ゾルゲル法、印刷法等で堆積させる。 Examples of the transparent electrode include oxides such as tin oxide, indium oxide, and zinc oxide having a thickness of 10 to 500 nm, or metal thin films such as gold, platinum, palladium, silver, and alloys thereof having a thickness of 5 to 15 nm. It is not limited to these. These light-transmitting conductive films are preferably layers that transmit incident sunlight well and have a low surface resistance, and are preferably 5 to 15 nm thick gold and platinum layers and 30 to 200 nm thick tin-doped indium oxide layers. The transparent electrode is deposited by sputtering, vacuum deposition, ion plating, plasma CVD, sol-gel, printing, or the like.
また透明電極上に金属等によるグリッド電極を形成することもできる。この場合、グリッド電極はスクリーン印刷法、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法、ゾルゲル法等で作製することができる。 A grid electrode made of metal or the like can be formed on the transparent electrode. In this case, the grid electrode can be produced by a screen printing method, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plasma CVD method, a sol-gel method, or the like.
裏面電極としては、鉄、クロム、チタン、タンタル、ニオブ、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、コバルト等の金属、ニクロム、ステンレス等の合金からなる金属薄膜が用いられるがこれらに限定されるものではない。これらの金属層は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング法、印刷法、メッキ法の手段によって設ける。またこれらの金属層と光電変換層との間に厚さ2nm〜500nmの透明な電極を設けることも可能である。また裏面電極として透明導電性酸化物薄膜を用いて太陽電池全面に透視性をもたせる、いわゆる“シースルー型太陽電池”とすることも可能である。 As the back electrode, a metal thin film made of a metal such as iron, chromium, titanium, tantalum, niobium, molybdenum, nickel, aluminum, cobalt, or an alloy such as nichrome, stainless steel is used, but is not limited thereto. These metal layers are provided by means of vacuum deposition, sputtering, ion plating, printing, or plating. It is also possible to provide a transparent electrode having a thickness of 2 nm to 500 nm between the metal layer and the photoelectric conversion layer. Also, a so-called “see-through type solar cell” can be used in which a transparent conductive oxide thin film is used as the back electrode to provide transparency to the entire surface of the solar cell.
本発明の太陽電池の基材としては絶縁性材料、導電性材料のどちらであっても構わないし、また可撓性、非可撓性のどちらでも可能である。具体的にはガラス、石英、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、ポリイミド、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、SUS薄板、Alフォイルなどを使用することができるが、これらに限定されるわけではない。これらは単独の基材として使用してもよいが、二種以上を積層した複合基材を使用することもできる。 The substrate of the solar cell of the present invention may be either an insulating material or a conductive material, and may be either flexible or inflexible. Specifically, glass, quartz, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene sulfide, polyethersulfone, polyolefin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, triacetyl cellulose, polyvinyl fluoride film, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin, Use weather resistant polyethylene terephthalate, weather resistant polypropylene, glass fiber reinforced acrylic resin film, glass fiber reinforced polycarbonate, polyimide, transparent polyimide, fluororesin, cyclic polyolefin resin, polyacrylic resin, SUS thin plate, Al foil, etc. However, it is not limited to these. These may be used as a single substrate, but a composite substrate in which two or more kinds are laminated can also be used.
また太陽電池素子の耐候性をあげるために、上記の層上あるいは層間のいずれかに設けガスバリアー層を設けることも可能である。ケイ素酸化物(SiOx)、ケイ素窒化物(SiNx)、酸化アルミニウム(AlxOy)のいずれかの単独、もしくは二種以上の混合系の蒸着層、または無機−有機のハイブリッドコート層のうちのいずれか一種、または二種以上を組み合わせた複合層を好適に使用できる。 In order to increase the weather resistance of the solar cell element, it is possible to provide a gas barrier layer on either the above layer or between the layers. Any one of silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), aluminum oxide (AlxOy) alone, or a mixed deposition layer of two or more kinds, or an inorganic-organic hybrid coat layer Alternatively, a composite layer in which two or more kinds are combined can be suitably used.
上記、ケイ素酸化物(SiOx)、ケイ素窒化物(SiNx)、酸化アルミニウム(AlxOy)などの蒸着層は蒸着法、スパッタ法、CVD法、ディッピング法、ゾルゲル法などにより基材フィルム上に容易に形成することができる。このようなバリア層の厚さは5〜500nmの範囲が適当であり、特に30〜150nmの範囲が好ましい。 Evaporation layers such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), and aluminum oxide (AlxOy) can be easily formed on a substrate film by vapor deposition, sputtering, CVD, dipping, sol-gel, etc. can do. The thickness of such a barrier layer is suitably in the range of 5 to 500 nm, particularly preferably in the range of 30 to 150 nm.
図1に本発明のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の概略断面図を図4に本実施例の非単結晶貸与電池を作製するために用いた装置の概略断面図を示す。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a non-single-crystal solar cell including a p-type semiconductor layer of the present invention, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an apparatus used for manufacturing the non-single-crystal loan battery of this example.
[実施例1]
まず、コーニング7059ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープしたZnOを膜厚200nm設けた。引き続きこのZnO薄膜を有するガラス(11)を、図4に示したような真空漕10の中に入れ、上部電極20の下部に配置した後、170℃まで昇温した後、シラン用マスフロー15、水素用マスフロー16、ジボラン用マスフロー17を開き、成膜ガスを真空漕内へと導入し、以下のパラメータでプラズマCVD法でボロンドープp型微結晶シリコン層を以下の条件で15nm設けた。
[Example 1]
First, ZnO doped with aluminum by a sputtering method was provided on Corning 7059 glass (thickness 0.5 mm) to a thickness of 200 nm. Subsequently, the glass (11) having this ZnO thin film was put in a
SiH4流量:0.5SCCM、H2で希釈したB2H6ガス(H2:99%、B2H6ガス:1%)流量:1SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力100Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基材温度:170℃成膜後、残留ガスを排気し圧力が7×10−5Paまで下がったのを確認してからバルブ17を開き、キャリア水素用マスフロー14から水素用マスフロー15を10SCCM、シラン用マスフロー15からシランを0.5SCCM、水素用マスフロー16から水素を500SCCM流し圧力100Paになるように保持する。ドーパント用材料容器12内にはトリエチルガリウムが入っており、恒温漕13によって−20℃に保持している。ここで電源18から下部電極19に電力を供給し(投入電力15W、励起周波数54.24MHz)、プラズマCVD法によりp型ガリウムドープ微結晶シリコン薄膜を5nm作製する。
SiH 4 flow rate: 0.5 sccm, H 2 diluted B 2 H 6 gas (H 2: 99%, B 2
さらに、以下の条件で微結晶i層、アモルファスn層を作製した。
微結晶i層作製条件
SiH4流量:7SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力150Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚300nm
n型アモルファス層作成条件
SiH4流量:10SCCM、H2で希釈したPH3ガス(H2:99%、PH3ガス:1%)流量:20SCCM、動作圧力20Pa、投入電力10W、励起周波数13.56MHz、基板温度:250℃、膜厚25nm
その後、真空漕から取り出して、スパッタ法でZnO膜を30nm成膜し、さらにAgを200nm真空蒸着法で設けた。
Further, a microcrystalline i layer and an amorphous n layer were produced under the following conditions.
Microcrystal i layer production conditions SiH 4 flow rate: 7 SCCM, H 2 flow rate: 500 SCCM, operating pressure 150 Pa, input power 15 W, excitation frequency 54.24 MHz, substrate temperature: 250 ° C., film thickness 300 nm
n-type amorphous layer forming conditions SiH 4 flow rate: 10 SCCM, PH 3 gas diluted with H 2 (H 2: 99% , PH 3 gas: 1%) flow rate: 20 SCCM, operating pressure 20 Pa, input power 10 W, the
Thereafter, the ZnO film was formed by sputtering to a thickness of 30 nm, and Ag was further provided by 200 nm vacuum evaporation.
[試験および結果]
このように作製した本発明のp型半導体層を有する微結晶シリコン太陽電池とボロンをドープした微結晶p層を用いた微結晶シリコン太陽電池、ガリウムをドープした微結晶p層を用いた微結晶シリコン太陽電池の特性をそれぞれ後述の比較例1および2と比較した。
[Tests and results]
The microcrystalline silicon solar cell having the p-type semiconductor layer of the present invention thus prepared, the microcrystalline silicon solar cell using the microcrystalline p layer doped with boron, and the microcrystal using the microcrystalline p layer doped with gallium The characteristics of the silicon solar cell were compared with Comparative Examples 1 and 2 described later, respectively.
表1の比較結果に示すように、本発明のp型半導体層を用いた方が開放電圧、短絡電流共に高く、優れたセル特性を示していることが分かる。 As shown in the comparison results of Table 1, it can be seen that the use of the p-type semiconductor layer of the present invention has higher open circuit voltage and short circuit current, and exhibits excellent cell characteristics.
[比較例1]
図2に従来のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の概略断面図を図4に本実施例の非単結晶貸与電池を作製するために用いた装置の概略断面図を示す。
[Comparative Example 1]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional non-single crystal solar cell including a p-type semiconductor layer, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an apparatus used for manufacturing the non-single crystal loan battery of this example.
まず、コーニング7059ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープしたZnOを膜厚200nm設けた。 First, ZnO doped with aluminum by a sputtering method was provided on Corning 7059 glass (thickness 0.5 mm) to a thickness of 200 nm.
引き続きこのZnO薄膜を有するガラス(11)を、図4に示したような真空漕10の中に入れ、上部電極20の下部に配置した後、170℃まで昇温した後、プラズマCVD法でボロンドープp型微結晶シリコン層を以下の条件で20nm設けた。
SiH4流量:0.5SCCM、H2で希釈したB2H6ガス(H2:99%、B2H6ガス:1%)流量:1SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力100Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基材温度:170℃
さらに、以下の条件で微結晶i層、アモルファスn層を作製した。
Subsequently, the glass (11) having this ZnO thin film is placed in a
SiH 4 flow rate: 0.5 sccm, H 2 diluted B 2 H 6 gas (H 2: 99%, B 2
Further, a microcrystalline i layer and an amorphous n layer were produced under the following conditions.
微結晶i層作製条件
SiH4流量:7SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力150Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚300nm
n型アモルファス層作成条件
SiH4流量:10SCCM、H2で希釈したPH3ガス(H2:99%、PH3ガス:1%)流量:20SCCM、動作圧力20Pa、投入電力10W、励起周波数13.56MHz、基板温度:250℃、膜厚25nm
その後、真空漕から取り出して、スパッタ法でZnO膜を30nm成膜し、さらにAgを200nm真空蒸着法で設けた。
Microcrystal i layer production conditions SiH 4 flow rate: 7 SCCM, H 2 flow rate: 500 SCCM, operating pressure 150 Pa, input power 15 W, excitation frequency 54.24 MHz, substrate temperature: 250 ° C., film thickness 300 nm
n-type amorphous layer preparation conditions SiH 4 flow rate: 10 SCCM, PH 3 gas diluted with H 2 (H 2: 99%, PH 3 gas: 1%) flow rate: 20 SCCM, operating pressure 20 Pa, input power 10 W, excitation frequency 13.56 MHz, substrate Temperature: 250 ° C., film thickness 25 nm
Thereafter, the ZnO film was formed by sputtering to a thickness of 30 nm, and Ag was further provided by 200 nm vacuum evaporation.
[比較例2]
図3に従来のp型半導体層を含む非単結晶太陽電池の概略断面図を図4に本実施例の非単結晶貸与電池を作製するために用いた装置の概略断面図を示す。
[Comparative Example 2]
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a conventional non-single crystal solar cell including a p-type semiconductor layer, and FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of an apparatus used for manufacturing the non-single crystal loan battery of this example.
まず、コーニング7059ガラス(厚さ0.5mm)上にスパッタ法でアルミをドープしたZnOを膜厚200nm設けた。 First, ZnO doped with aluminum by a sputtering method was provided on Corning 7059 glass (thickness 0.5 mm) to a thickness of 200 nm.
引き続きこのZnO薄膜を有するガラス(11)を、図4に示したような真空漕10の中に入れ、バルブ17を開き、キャリア水素用マスフロー14から水素15を10SCCM、シラン用マスフロー15からシランを0.5SCCM、水素用マスフロー16から水素を500SCCM流し圧力100Paになるように保持する。ドーパント用材料容器12内にはトリエチルガリウムが入っており、恒温漕13によって−20℃に保持している。ここで電源18から下部電極19に電力を供給し(投入電力15W、励起周波数54.24MHz)、プラズマCVD法によりp型ガリウムドープ微結晶シリコン薄膜を20nm作製する。
Subsequently, the glass (11) having the ZnO thin film is placed in a
さらに、以下の条件で微結晶i層、アモルファスn層を作製した。
微結晶i層作製条件
SiH4流量:7SCCM、H2流量:500SCCM、動作圧力150Pa、投入電力15W、励起周波数54.24MHz、基板温度:250℃、膜厚300nm
n型アモルファス層作成条件
SiH4流量:10SCCM、H2で希釈したPH3ガス(H2:99%、PH3ガス:1%)流量:20SCCM、動作圧力20Pa、投入電力10W、励起周波数13.56MHz、基板温度:250℃、膜厚25nm
その後、真空漕から取り出して、スパッタ法でZnO膜を30nm成膜し、さらにAgを200nm真空蒸着法で設けた。
Further, a microcrystalline i layer and an amorphous n layer were produced under the following conditions.
Microcrystal i layer production conditions SiH 4 flow rate: 7 SCCM, H 2 flow rate: 500 SCCM, operating pressure 150 Pa, input power 15 W, excitation frequency 54.24 MHz, substrate temperature: 250 ° C., film thickness 300 nm
n-type amorphous layer forming conditions SiH 4 flow rate: 10 SCCM, PH 3 gas diluted with H 2 (H 2: 99% , PH 3 gas: 1%) flow rate: 20 SCCM, operating pressure 20 Pa, input power 10 W, the
Thereafter, the ZnO film was formed by sputtering to a thickness of 30 nm, and Ag was further provided by 200 nm vacuum evaporation.
本発明は微結晶膜,非晶質膜,多結晶膜などの非単結晶膜を用いた薄膜非単結晶太陽電池のp型半導体層に関するものである。 The present invention relates to a p-type semiconductor layer of a thin film non-single crystal solar cell using a non-single crystal film such as a microcrystalline film, an amorphous film, or a polycrystalline film.
1. 基材
2. 透明導電膜
3. ボロンドープp型半導体層
4. ガリウムドープp型半導体層
5. i型微結晶薄膜
6. n型薄膜
7. 透明導電膜2
8. 金属電極
10. 真空漕
11. 試料
12. ドーパント原材料用容器
13. 高温漕
14. キャリア水素用マスフロー
15. シラン用マスフロー
16. 水素用マスフロー
17. ジボラン用マスフロー
18. 自動圧力制御装置
1.
8).
Claims (8)
ボロンドープp型半導体層およびガリウムドープp型半導体層が、p型半導体層を形成する作製装置内に、ボロン供給原料およびガリウム供給原料を含むガスをそれぞれ導入して形成することを特徴とする非単結晶太陽電池の製造方法。 A boron-doped p-type semiconductor layer and a gallium-doped p-type semiconductor layer are formed by introducing a gas containing a boron supply material and a gallium supply material into a manufacturing apparatus for forming the p-type semiconductor layer, respectively. A method for producing a crystalline solar cell.
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