JPH0262482B2 - - Google Patents
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- JPH0262482B2 JPH0262482B2 JP14210482A JP14210482A JPH0262482B2 JP H0262482 B2 JPH0262482 B2 JP H0262482B2 JP 14210482 A JP14210482 A JP 14210482A JP 14210482 A JP14210482 A JP 14210482A JP H0262482 B2 JPH0262482 B2 JP H0262482B2
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、シリコンまたはその合金の１種から
成る層を組込んだ電子デバイス、特に光子輻射線
を電気エネルギーに変換すべく使用し得る太陽電
池に用いる含水素シリコン層の製造方法に関する
ものである。
成る層を組込んだ電子デバイス、特に光子輻射線
を電気エネルギーに変換すべく使用し得る太陽電
池に用いる含水素シリコン層の製造方法に関する
ものである。
従来の太陽電池の材料としては一般に結晶シリ
コンが使用されてきたが、セル特性が良好な反面
製造コストが高いという欠点があつた。一方、最
近注目をあびている非晶質シリコンについては、
光吸収が大きいために薄くてもよく、低温プロセ
スで作れるという特長を持つ反面、成長速度が小
さいために長時間の成長が必要であり、長期使用
の信頼性にも問題がある。また、太陽光スペクト
ルからすれば波長感度幅が狭く、最適な材料とは
言えない。
コンが使用されてきたが、セル特性が良好な反面
製造コストが高いという欠点があつた。一方、最
近注目をあびている非晶質シリコンについては、
光吸収が大きいために薄くてもよく、低温プロセ
スで作れるという特長を持つ反面、成長速度が小
さいために長時間の成長が必要であり、長期使用
の信頼性にも問題がある。また、太陽光スペクト
ルからすれば波長感度幅が狭く、最適な材料とは
言えない。
本発明の目的は、非晶質シリコンと微結晶シリ
コンとが共に含まれるシリコン膜とすることによ
り両者の利点の特性を持つ太陽電池を提供するこ
とにある。この膜は太陽光スペクトルに近い波長
感度を持ち光吸収の大きな材料であり、局在準位
が小さく易動度が大きいために高い光電変換効率
を示し、長期間安定な特性を示す様になる。
コンとが共に含まれるシリコン膜とすることによ
り両者の利点の特性を持つ太陽電池を提供するこ
とにある。この膜は太陽光スペクトルに近い波長
感度を持ち光吸収の大きな材料であり、局在準位
が小さく易動度が大きいために高い光電変換効率
を示し、長期間安定な特性を示す様になる。
非晶質シリコンを太陽電池として用いるために
は、光導伝性を持たせるために膜中に水素を含ま
せることが不可欠であり、通常グロー放電法によ
り形成されている。形成温度は200〜300℃であ
り、これ以上の温度で形成されたものは水素の割
合が極めて低く、太陽電池としては適当でない。
また、シリコン膜形成時に水素を含有させたもの
については、300℃以上の熱処理によつて水素が
放出されることがわかつており、従つて、水素含
有シリコン膜は、膜形成時および形成後も300℃
以上に加熱することは悪い影響を与えるとされて
きた。
は、光導伝性を持たせるために膜中に水素を含ま
せることが不可欠であり、通常グロー放電法によ
り形成されている。形成温度は200〜300℃であ
り、これ以上の温度で形成されたものは水素の割
合が極めて低く、太陽電池としては適当でない。
また、シリコン膜形成時に水素を含有させたもの
については、300℃以上の熱処理によつて水素が
放出されることがわかつており、従つて、水素含
有シリコン膜は、膜形成時および形成後も300℃
以上に加熱することは悪い影響を与えるとされて
きた。
しかし、シリコン膜を形成した後に水素プラズ
マ処理を行なつた場合には、処理温度は高いほど
良く最高550℃の温度まで充分な光導伝が得られ
た。一方、真空蒸着あるいは減圧下での化学分解
法・プラズマ分解法によつてシリコン膜を形成す
れば、圧力と形成温度との関係によつて非晶質シ
リコンと微結晶シリコンが共に含まれる膜を形成
することは容易である。こうして形成された膜を
微結晶化温度近傍の温度で水素プラズマ処理すれ
ば、高い光導伝性と非晶質シリコンに近い光吸収
を示し、その波長感度は、結晶シリコンと非晶質
シリコンの中間的な値となる。更に、グロー放電
法によつて低温で形成されたものに較べ格段に信
頼性の高い膜となる。微結晶化の温度はシリコン
膜の形成方法および条件により少しずつ異なつて
くるが、真空蒸着法および減圧プラズマ分解法の
場合は480℃から540℃、減圧下での化学分解法の
場合は560℃から600℃であつた。シリコン膜の光
吸収の割合は、結晶粒の大きさに依存する。波長
0.5μｍにおける吸収係数値は、結晶シリコンは
1.1×104cm-1であり、不純物をドープしない250
℃で真空蒸着した非晶質シリコンは２×105cm-1
に対して、500℃で微結晶化したシリコンは４×
104cm-1であつた。形成温度を上げるに従つてこ
の値は結晶シリコンに近づいて小さくなり、550
℃で2.5×104cm-1となつた。すなわち、これ以上
の温度で形成した場合は、太陽電池としては、膜
厚が数μｍ以上が必要となり利点は小さいことに
なる。
マ処理を行なつた場合には、処理温度は高いほど
良く最高550℃の温度まで充分な光導伝が得られ
た。一方、真空蒸着あるいは減圧下での化学分解
法・プラズマ分解法によつてシリコン膜を形成す
れば、圧力と形成温度との関係によつて非晶質シ
リコンと微結晶シリコンが共に含まれる膜を形成
することは容易である。こうして形成された膜を
微結晶化温度近傍の温度で水素プラズマ処理すれ
ば、高い光導伝性と非晶質シリコンに近い光吸収
を示し、その波長感度は、結晶シリコンと非晶質
シリコンの中間的な値となる。更に、グロー放電
法によつて低温で形成されたものに較べ格段に信
頼性の高い膜となる。微結晶化の温度はシリコン
膜の形成方法および条件により少しずつ異なつて
くるが、真空蒸着法および減圧プラズマ分解法の
場合は480℃から540℃、減圧下での化学分解法の
場合は560℃から600℃であつた。シリコン膜の光
吸収の割合は、結晶粒の大きさに依存する。波長
0.5μｍにおける吸収係数値は、結晶シリコンは
1.1×104cm-1であり、不純物をドープしない250
℃で真空蒸着した非晶質シリコンは２×105cm-1
に対して、500℃で微結晶化したシリコンは４×
104cm-1であつた。形成温度を上げるに従つてこ
の値は結晶シリコンに近づいて小さくなり、550
℃で2.5×104cm-1となつた。すなわち、これ以上
の温度で形成した場合は、太陽電池としては、膜
厚が数μｍ以上が必要となり利点は小さいことに
なる。
膜形成後の水素プラズマ処理の効果は膜の結晶
性に依存し、結晶粒の小さなものほど低温処理で
よい。この効果については、赤外吸収測定等によ
る膜中の水素量の測定および導電率の変化によつ
て確かめられる。
性に依存し、結晶粒の小さなものほど低温処理で
よい。この効果については、赤外吸収測定等によ
る膜中の水素量の測定および導電率の変化によつ
て確かめられる。
また微結晶シリコンを含んだ膜については、微
結晶化温度Ｔの±50℃の温度範囲で、550℃を越
えない範囲が最も効果的であつた。更に、この水
素プラズマ処理は膜形成後に一度大気に触れさせ
た場合には、表面層のシリコンが酸化されてしま
い、水素と結合できないために効果が減少する。
結晶化温度Ｔの±50℃の温度範囲で、550℃を越
えない範囲が最も効果的であつた。更に、この水
素プラズマ処理は膜形成後に一度大気に触れさせ
た場合には、表面層のシリコンが酸化されてしま
い、水素と結合できないために効果が減少する。
実施例 １
10-10Torrの圧力下で蒸着ソースである結晶シ
リコンに電子ビームを照射し、加熱された石英基
板にシリコン膜を蒸着した。この時、基板温度が
450℃の時は蒸着されたシリコン膜は非晶質であ
るが、500℃では微結晶化する。まず、450℃の温
度において毎秒1nｍの速度で0.5μｍの厚さに非晶
質シリコンを蒸着し、次いで500℃の温度におい
て毎秒1.5nｍの速度で0.5μｍの厚さに微結晶シリ
コンを蒸着した。次いで460℃、0.1Torrの圧力
で30分間の水素プラズマ処理を行なつた。この結
果、暗導伝率が３×10-9Ω-1・cm-1に対しAM1の
強さの光照射導伝率は５×10-4Ω-1・cm-1と105
倍以上の変化を示し、太陽電池として使用可能な
十分な自由キヤリアが発生することがわかつた。
また、波長0.5μｍに対する吸収係数値は6.5×104
cm-1と非晶質シリコンと結晶シリコンの中間的な
値を示した。
リコンに電子ビームを照射し、加熱された石英基
板にシリコン膜を蒸着した。この時、基板温度が
450℃の時は蒸着されたシリコン膜は非晶質であ
るが、500℃では微結晶化する。まず、450℃の温
度において毎秒1nｍの速度で0.5μｍの厚さに非晶
質シリコンを蒸着し、次いで500℃の温度におい
て毎秒1.5nｍの速度で0.5μｍの厚さに微結晶シリ
コンを蒸着した。次いで460℃、0.1Torrの圧力
で30分間の水素プラズマ処理を行なつた。この結
果、暗導伝率が３×10-9Ω-1・cm-1に対しAM1の
強さの光照射導伝率は５×10-4Ω-1・cm-1と105
倍以上の変化を示し、太陽電池として使用可能な
十分な自由キヤリアが発生することがわかつた。
また、波長0.5μｍに対する吸収係数値は6.5×104
cm-1と非晶質シリコンと結晶シリコンの中間的な
値を示した。
実施例 ２
第１図は、シリコン膜を形成するための減圧プ
ラズマCVD装置の全体図である。反応管１は炉
２により外部より加熱されており、ステンレス基
板３が電極４に保持されている。５は高周波電
源、６は真空ポンプを示している。反応管１の内
部を高真空に引いた後に微結晶化する温度以下の
300℃の温度においてSiH4とPH3をSiH4：PH3＝
10：１の割合で流し、全体の圧力を1Torrとし
た。この状態において電極４に高周波電圧を印加
し、反応管内部にプラズマ放電させた。まず基板
３にｎ型層を30nｍ成長させた後にPH3を止め、
圧力を1Torrに調整した後にノンドープ層を300n
ｍ成長させた。次に反応炉内の温度を微結晶化の
温度近傍の500℃として引き続きノンドープ層を
400nｍ成長させた。最後にこの温度において
SiH4とB2H6をSiH4：B2H6＝20：１の割合で流
し、1Torrの圧力で10nｍのｐ型層を成長させた。
この状態で反応管を高真空引きした後に水素を流
し、0.1Torrの圧力にしてプラズマ放電させ、15
分間の水素プラズマ処理を行なつた。
ラズマCVD装置の全体図である。反応管１は炉
２により外部より加熱されており、ステンレス基
板３が電極４に保持されている。５は高周波電
源、６は真空ポンプを示している。反応管１の内
部を高真空に引いた後に微結晶化する温度以下の
300℃の温度においてSiH4とPH3をSiH4：PH3＝
10：１の割合で流し、全体の圧力を1Torrとし
た。この状態において電極４に高周波電圧を印加
し、反応管内部にプラズマ放電させた。まず基板
３にｎ型層を30nｍ成長させた後にPH3を止め、
圧力を1Torrに調整した後にノンドープ層を300n
ｍ成長させた。次に反応炉内の温度を微結晶化の
温度近傍の500℃として引き続きノンドープ層を
400nｍ成長させた。最後にこの温度において
SiH4とB2H6をSiH4：B2H6＝20：１の割合で流
し、1Torrの圧力で10nｍのｐ型層を成長させた。
この状態で反応管を高真空引きした後に水素を流
し、0.1Torrの圧力にしてプラズマ放電させ、15
分間の水素プラズマ処理を行なつた。
反応装置から取り出した後に表面に透明導伝膜
を蒸着し太陽電池を構成したところAM1の擬似
太陽光下で、開放電圧0.81V、短絡電流7.8ｍＡ／
cm2を得た。更に、太陽光スペクトルに対して
350nｍから900nｍまでの波長に対して感度を示
し、結晶シリコン太陽電池と非晶質太陽電池の中
間的な特性を示した。
を蒸着し太陽電池を構成したところAM1の擬似
太陽光下で、開放電圧0.81V、短絡電流7.8ｍＡ／
cm2を得た。更に、太陽光スペクトルに対して
350nｍから900nｍまでの波長に対して感度を示
し、結晶シリコン太陽電池と非晶質太陽電池の中
間的な特性を示した。
実施例 ３
第２図を用いて説明する。成膜温度を460〜485
℃の範囲で変化させて作製した多数個の試料にプ
ラズマ処理を行ない、それらの試料の光導電度を
測定した結果、第２図に示すとおりになつた。第
２図から、成膜温度が高い程、微結晶含有率が大
きくなり、それに伴なつて光導電性に対する水素
プラズマ処理の効果が顕著であることがわかる。
℃の範囲で変化させて作製した多数個の試料にプ
ラズマ処理を行ない、それらの試料の光導電度を
測定した結果、第２図に示すとおりになつた。第
２図から、成膜温度が高い程、微結晶含有率が大
きくなり、それに伴なつて光導電性に対する水素
プラズマ処理の効果が顕著であることがわかる。
実施例 ４
第３図を用いて説明する。実施例１と同様の方
法で作製した多数個の試料を加熱温度を変えて水
素プラズマ処理を行なつた。その温度範囲は10〜
550℃である。これらの試料の導電度（光照射な
し）を測定した結果、第３図のようになつた。本
願発明者は、第３図から、430〜550℃の範囲で導
電性（光照射なし）が著るしく減少しているこ
と、すなわち水素プラズマ処理の効果が顕著であ
ることを見出した。この温度範囲は従来の知見で
は含水素シリコン膜の形成が不可能であろうと考
えられた範囲である。
法で作製した多数個の試料を加熱温度を変えて水
素プラズマ処理を行なつた。その温度範囲は10〜
550℃である。これらの試料の導電度（光照射な
し）を測定した結果、第３図のようになつた。本
願発明者は、第３図から、430〜550℃の範囲で導
電性（光照射なし）が著るしく減少しているこ
と、すなわち水素プラズマ処理の効果が顕著であ
ることを見出した。この温度範囲は従来の知見で
は含水素シリコン膜の形成が不可能であろうと考
えられた範囲である。
本発明は化学分解法又はプラズマ分解法におい
て有用である。
て有用である。
本発明によれば、非晶質シリコン太陽電池と結
晶シリコン太陽電池の両方の長所を生かした太陽
電池を作ることができる。すなわち、光の吸収が
大きいので膜厚は数μｍ以下でよく、用途により
非晶質層と微結晶層の厚さの割合を変えれば任意
の波長感度のものが得られる。光電変換効率の点
では、表面側接合層を微結晶化することによつて
空乏層における局在準位密度の減少から結晶シリ
コン太陽電池に近い電流密度が可能となり、高い
変換効率となる。更に、微結晶化温度付近での熱
処理を経ているので、素子の信頼性は格段に優れ
たものとなる。
晶シリコン太陽電池の両方の長所を生かした太陽
電池を作ることができる。すなわち、光の吸収が
大きいので膜厚は数μｍ以下でよく、用途により
非晶質層と微結晶層の厚さの割合を変えれば任意
の波長感度のものが得られる。光電変換効率の点
では、表面側接合層を微結晶化することによつて
空乏層における局在準位密度の減少から結晶シリ
コン太陽電池に近い電流密度が可能となり、高い
変換効率となる。更に、微結晶化温度付近での熱
処理を経ているので、素子の信頼性は格段に優れ
たものとなる。
第１図はシリコン膜を形成するための減圧プラ
ズマCVD装置の全体図である。第２図は、実施
例３の結果を示す図である。第３図は、実施例４
の結果を示す図である。 １……反応炉、２……加熱炉、３……基板、４
……高周波電極、５……高周波電源。
ズマCVD装置の全体図である。第２図は、実施
例３の結果を示す図である。第３図は、実施例４
の結果を示す図である。 １……反応炉、２……加熱炉、３……基板、４
……高周波電極、５……高周波電源。
Claims (1)
- １ 減圧下で形成された、非晶質シリコンと微結
晶シリコンが共存するシリコン層を、大気に触れ
させる前に、430〜550℃において水素プラズマ処
理することを特徴とする含水素シリコン層の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14210482A JPS5935016A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 含水素シリコン層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14210482A JPS5935016A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 含水素シリコン層の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5935016A JPS5935016A (ja) | 1984-02-25 |
| JPH0262482B2 true JPH0262482B2 (ja) | 1990-12-25 |
Family
ID=15307519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14210482A Granted JPS5935016A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 含水素シリコン層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5935016A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62169320A (ja) * | 1986-01-21 | 1987-07-25 | Sharp Corp | 薄膜の形成方法 |
| JPH05109638A (ja) * | 1988-09-30 | 1993-04-30 | Sanyo Electric Co Ltd | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
| JP3369154B2 (ja) * | 2000-09-01 | 2003-01-20 | 科学技術振興事業団 | 有機共蒸着膜の製造方法 |
| JP4257332B2 (ja) * | 2003-07-24 | 2009-04-22 | 株式会社カネカ | シリコン系薄膜太陽電池 |
| WO2005011001A1 (ja) * | 2003-07-24 | 2005-02-03 | Kaneka Corporation | 積層型光電変換装置 |
-
1982
- 1982-08-18 JP JP14210482A patent/JPS5935016A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5935016A (ja) | 1984-02-25 |
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