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JP2002057356A - シリコン太陽電池の製造方法 - Google Patents

シリコン太陽電池の製造方法

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Publication number
JP2002057356A
JP2002057356A JP2000243305A JP2000243305A JP2002057356A JP 2002057356 A JP2002057356 A JP 2002057356A JP 2000243305 A JP2000243305 A JP 2000243305A JP 2000243305 A JP2000243305 A JP 2000243305A JP 2002057356 A JP2002057356 A JP 2002057356A
Authority
JP
Japan
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layer
gas
forming
solar cell
pipe
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000243305A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
Katsuhiko Kondo
勝彦 近藤
Kengo Yamaguchi
賢剛 山口
Yasuhiro Yamauchi
康弘 山内
Masayoshi Murata
正義 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2000243305A priority Critical patent/JP2002057356A/ja
Publication of JP2002057356A publication Critical patent/JP2002057356A/ja
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｉ層５内の不純物を低減することができ、高
い光電変換率を有するａ−Ｓｉ太陽電池１０を製造する
ことを目的とする。 【解決手段】 基板１上に設けられた透明電極２上にプ
ラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコンからなるｐ
層３、ｉ層５、ｎ層６を順次製膜して光電変換層９を形
成する工程を有するシリコン太陽電池の製造方法におい
て、上記ｉ層５の製膜工程において、ｉ層５の製膜前
に、製膜装置内を真空状態とするとともに、原料ガスを
供給源から製膜装置内に導くガス配管をベーキングして
その脱ガスリーク量Ｌを１．３３×１０-5Pa・L/sec以下
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ｐｉｎ接合アモル
ファスシリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」とする）からなる
光電変換層を有するアモルファスシリコン太陽電池（以
下、「ａ−Ｓｉ太陽電池」とする）の製造方法に関し、
特に、前記太陽電池における実質的な光電変換層である
ｉ層の形成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ａ−Ｓｉ太陽電池は、ガラス、金属、プ
ラスチック等種々の基板を用いることができること、２
００℃程度の低温のプロセスで製造でき製造エネルギー
消費量が比較的少ないことなどから低コストで生産で
き、プラズマＣＶＤ法を用いた大量生産に適するものと
して注目されている。
【０００３】図１は、このようなａ−Ｓｉ太陽電池の一
例における基本構造を模式的に示したものである。この
ようなａ−Ｓｉ太陽電池１０は、ガラスなどの透明材料
からなる基板１と、この基板１上に製膜されたＳｎＯ2
（酸化錫）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、Ｉｎ2Ｏ
3（酸化インジューム・錫)などからなる透明電極２と、
この透明電極２上にプラズマＣＶＤ法により順に製膜さ
れたｐ層３、ｐ／ｉ層４、ｉ層５、ｎ層６から構成され
るｐｉｎ接合ａ−Ｓｉからなる光電変換層９と、この光
電変換層９上に形成されたＩＴＯなどからなる裏面電極
７と、この裏面電極７上に形成された銀（Ａｇ）、アル
ミニウム（Ａｌ）などからなる金属電極８とから概略構
成される。
【０００４】このようなａ-Ｓｉ太陽電池１０における
光電変換層９は、実質的に真性な半導体であるｉ層５が
ｐ型半導体特性を有するｐ層３とｎ型半導体特性を有す
るｎ層６に挟まれたｐｉｎ接合を基本構造としている。
そして、それぞれの膜厚は、ｉ層５が３０〜６０ｎｍ、
ｐ層が８〜１２ｎｍ、ｎ層が３０〜５０ｎｍとされる。
このような光電変換層９においては、ｉ層５において光
が吸収されて光励起キャリア、つまり電子−正孔対が生
成され、電子がｎ層６側に、正孔がｐ層３側に移動する
ことにより光電変換層９に電界が生じる。そして、前記
光電変換層９に接続する上記透明電極２、金属電極８に
外部負荷を接続することにより外部回路に電流が流れ
る。一般に、ｉ層５は原料ガスにＳｉＨ4を用いたプラ
ズマＣＶＤ法により形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようにａ−Ｓｉ太
陽電池１０において光を吸収、発電するのは実質的にｉ
層５であり、その膜質がａ−Ｓｉ太陽電池１０における
発電効率を左右する。よって、ａ−Ｓｉ太陽電池１０に
おいては、ｉ層５の膜質の向上が重要である。ｉ層５の
膜質を高める、すなわちｉ層５におけるａ−Ｓｉの真性
半導体特性を高めるためには、ｉ層５内の不純物濃度を
低減することが必要である。
【０００６】従来、上記ａ−Ｓｉ太陽電池１０のｉ層５
における不純物の低減方法としては、原料ガスに含まれ
る不純物を低減する方法や、製膜装置内を真空にする方
法などが挙げられている。例えば、特許第２７３３４７
１号公報においては、ガス精製器を用いて精製された超
高純度反応ガスを用いることによってｉ層５内の酸素濃
度をおよび炭素濃度を低減する方法が示されている。し
かしながら、上記方法においては、用いるガス精製器は
高価であり定期的な交換が必要なことからコスト面に課
題があった。また、上記方法においは、系内のリーク量
を２．８×１０-12Pa・L/secにする必要があり、このよ
うな低リーク量は実際の生産装置では到底実現できなか
った。また、実際には、反応ガスの純度を高めても、ａ
−Ｓｉ太陽電池における光電変換率をある程度までしか
向上させることができなかった。
【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、ｉ層内の不純物を低減することができ、高い光電
変換率を有するａ−Ｓｉ太陽電池を製造することを目的
とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等が測定した結
果、ａ−Ｓｉ太陽電池のｉ層のＳｉ純度は酸素（Ｏ）、
炭素（Ｃ）等の不純物濃度が数十ppm（１０-6）のオー
ダ（例えば、光電変換層におけるＳｉ原子密度を約１×
１０23個/ccとした場合、Ｏ原子は１×１０19個/cc程
度）であれば十分な光電変換率を示すことがわかった。
また、９９．９％程度の低純度ＳｉＨ4 ガスでも、Ｏ、
Ｃ等の不純物源となるＨ2Ｏ、Ｏ2、ＣＨ4等の不純物ガ
ス濃度は数ppmと低いことから、ガス本体に含有される
不純物が問題ではなく、ガス供給源から反応装置に至る
間の配管から反応ガスに混入する不純物が問題であるこ
と、即ちガス配管おける脱ガスが問題であり、このガス
配管における脱ガスリーク量を低減することによってｉ
層内の不純物を低減できることを見出し本発明を完成さ
せた。
【０００９】また、反応系内のリーク量を２．８×１０
-12Pa・L/sec以下というように過剰に設定する必要な
く、前記製膜装置に原料ガスを供給するガス配管におけ
る脱ガスリーク量をＬ（Pa・L/sec)、配管におけるガス
流量をＦ（sccm）、原料ガス中に含まれる不純物ガスの
濃度をＸ（ppm）としたときに、下記数式（１）を満た
すように設定すればいいことを見いだした。 Ｌ≦０.１×１.６８×Ｆ×Ｘ×１０-6・・・（１） このとき、１．６８はガス流量Ｆの換算係数（sccm→Pa
・L/sec）であり、０．１は、原料ガスの分解効率を１０
％程度として考慮した係数である。また、原料ガス中に
含まれる不純物ガスの濃度Ｘとは、ｉ層に取り込まれた
ときにｉ層の半導体特性を阻害する原子を含有するガス
の濃度を示し、具体的にはＯ、Ｃ等の不純物源となるＨ
2Ｏ、Ｏ2、ＣＨ4等のガス濃度を示す。このとき、原料
ガス中には、上記不純物ガスの他、Ｈ2、Ｓｉ2Ｈ6等の
ガスが含まれるが、これらのガスはｉ層において半導体
特性を阻害しない原子を含むものであるので、上記不純
物ガスとはしない。
【００１０】すなわち、本発明のシリコン太陽電池の製
造方法は、基板上に設けられた透明電極上にプラズマＣ
ＶＤ法によりアモルファスシリコンからなるｐ層、ｉ
層、ｎ層を順次製膜して光電変換層を形成する工程を有
するシリコン太陽電池の製造方法における上記ｉ層の製
膜工程において、ｉ層の製膜前に、製膜装置内を真空状
態とするとともに、原料ガスを供給源から製膜装置内に
導くガス配管をベーキングしてその脱ガスリーク量Ｌを
１．３３×１０-7Pa・L/sec以下にすることを特徴とす
る。
【００１１】また、本発明のシリコン太陽電池の製造方
法においては、上記光電変換層のｉ層の製膜工程におい
て、ｉ層の製膜前に、製膜装置内を真空状態とするとと
もに、原料ガスを供給源から製膜装置内に導くガス配管
に、ガス精製器により精製した超高純度希ガスまたは水
素ガスを流通させて前記ガス配管内部を乾燥させ、前記
ガス配管の脱ガスリーク量をＬ１に低減するとともに、
ｉ層製膜時の前記配管における反応ガスの流量Ｆ（scc
m)を、Ｌ１≦０.１×１.６８×Ｆ×Ｘ×１０-6の関係を
満たすように調整することを特徴とする。
【００１２】また、本発明のシリコン太陽電池の製造方
法においては、上記ｉ層の製膜工程において、ｉ層の製
膜前に、製膜装置内を真空状態とするとともに、原料ガ
スを供給源から製膜装置内に導くガス配管に、ガス精製
器により精製した超高純度の希ガス又は水素ガスを流通
させて前記ガス配管内部を乾燥したのち、上記配管をベ
ーキングしてその脱ガスリーク量Ｌを１．３３×１０-5
Pa・L/sec以下にすることを特徴とする。
【００１３】また上記シリコン太陽電池の製造方法にお
いては、上記ｉ層の製膜工程において、反応ガスとし
て、ＳｉＨ4にＨ2をＳｉＨ4の０．０５〜２倍量添加し
たものを用いることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明のａ−Ｓｉ太陽電池の製造方法は、ｐｉｎ
接合ａ−Ｓｉからなる光電変換層のｉ層の製膜方法に関
係し、そのほかＳｉ太陽電池の製造工程においては通常
用いられている方法を用いることができ、製膜条件等を
適宜設定することができる。以下、図１に示す構造のａ
−Ｓｉ太陽電池の製造方法を例に挙げて説明するととも
に、ｉ層の製膜方法を中心に順を追って説明する。
【００１５】まず、ガラス等透明素材からなる基板１上
に、ＣＶＤ法によりＳｎＯ2などからなる透明電極２を
製膜する。次いで、この透明電極２上にｐ層３、ｐ／ｉ
層４、ｉ層５、ｎ層６を順次プラズマＣＶＤ法により製
膜し、Ｓｉ光電変換層９を形成する。
【００１６】図２は、プラズマＣＶＤ法による製膜装置
の一例を示すものである。この製膜装置は、真空チャン
バ１００内部に、基板１０２を設置するための基板ホル
ダー１０１と、前記基板ホルダー１０１を固定する基板
支持台１０３と、基板１０２を加熱するための加熱ヒー
タ１０４と、プラズマを発生させる電極１０５と、前記
電極１０５の高周波電源１０８および整合器１０７と、
原料ガスを供給するための配管１１０および多数の微少
孔が形成されたガスパイプ１０９と、前記電極１０５お
よびガスパイプ１０９を固定保持する製膜ユニット１０
６を具備するものである。そして、真空チャンバ１００
は図示略の真空ポンプにより内部を真空状態とすること
ができるものである。このような製膜装置におけるプラ
ズマＣＶＤ法においては、電極１０５により供給される
高周波電力によりガスパイプ１０９より放出される原料
ガスがプラズマ化、分解して基板１０２上に堆積する。
形成される膜の成分は原料ガスの成分により、膜厚は種
々の製膜条件を変えることにより調整することができ
る。
【００１７】上記光電変換層９の製膜は、１つの製膜装
置において供給する原料ガスの成分を変えることよって
各層を形成するプラズマＣＶＤ装置や、各層を形成する
製膜装置が複数設置されたいわゆる枚葉式プラズマＣＶ
Ｄ装置やインライン式プラズマＣＶＤ装置を用いること
ができる。上記１つの製膜装置内で各層を形成する場合
においては、各層形成後の排気を十分にし、原料ガスの
成分を変えられるよう、原料ガス供給源から製膜装置ま
でを配管する必要がある。上記枚葉式プラズマＣＶＤ装
置とは、例えば中央部に基板搬送室があり、その周囲に
製膜装置の構造を有するｐ層３、ｐ/ｉ層４を製膜する
ｐ室、ｉ層５を製膜するｉ室、ｎ層６を製膜するｎ室が
設けられたものを用いることができる。このような枚葉
式プラズマＣＶＤ装置を用いる場合、各層製膜後に基板
搬送質を介して各製膜室に基板を移動するため、各層に
おける製膜条件をそれぞれの製膜装置において設定しや
すく、ｉ層製膜時に、ｐ層およびｎ層形成時に用いられ
るドーピングガス等の不純物が混入しにくく、また各配
管にそれぞれの原料ガスを配管すればよい。上記インラ
イン式プラズマＣＶＤ装置とは、各層を形成する製膜室
が電車の車両のように連結し、各製膜室間をゲートバル
ブで区切った構造をしており、上記枚葉式プラズマＣＶ
Ｄ装置と同様に各層の製膜条件はそれぞれの製膜装置に
おいて設定することができる。
【００１８】このような製膜装置を用いて、まず透明電
極２上にｐ層３を形成する。まず、上記透明電極２が形
成された基板１を基板ホルダー１０１に設置したのち、
真空チャンバ１００をベーキングすると共に、真空ポン
プにより吸引して内部を真空状態とする。このときチャ
ンバ１００内の到達真空度は、１．３×１０-6〜１．３
×１０-4Pa（１×１０-8〜１×１０-6Torr）とし、脱ガ
スリーク量は、１．３３×１０-6Pa・L/sec以下とするの
が好ましい。ついで、ｐ層３の原料ガスであるＳｉ
Ｈ4、ＣＨ4、希釈ガスのＨ2、ドーピングガスのＢ2Ｈ6
の混合ガスを、製膜ユニット１０６のガスパイプ１０９
から導入する。
【００１９】ついで、電極１０５に高周波電力を印加し
てグロー放電プラズマを発生させ、これにより原料ガス
を分解し、基板１０２上にＢがドープしたＳｉ、つまり
Ｐ型半導体特性を有するａ−Ｓｉ層を形成する。このと
きの放電時間、電力量等の条件は特に限定されず、所望
の膜質、膜厚を得るため適宜設定される。ついで、上記
ｐ層３上にｐ／ｉ層４を形成する。ｐ／ｉ層４はｐ層３
からｉ層５への移行層であり、ｐ層３の製膜装置と同様
の装置で、ｐ層３の製膜に続いて行い、原料ガスとして
ＳｉＨ4、ＣＨ4、希釈ガスのＨ2混合ガスを用いる。
【００２０】ついで、上記ｐ／ｉ層４上にｉ層５を形成
する。上記ｉ層５の製膜工程においては、ｉ層５の製膜
装置内を真空状態とするとともに、ガス配管１１０をベ
ーキングして、その脱ガスリーク量を１．３３×１０ -5
Pa・L/sec以下にすることが好ましい。上記ベーキングの
方法としては、ガス配管１１０にリボンヒータを巻き付
けて６０〜８０℃に加熱することが好ましい。このよう
にガス配管１１０における脱ガスリーク量を低減させて
からｉ層５を製膜することで、ｉ層５内の不純物の濃度
を少なくとも１×１０19個/cc程度に減少させることが
できる。また、このとき、原料ガスの純度が９９．９％
程度のものであっても、ガス配管１１０の脱ガスリーク
量を減じることにより、ｉ層５内の不純物濃度を低減す
ることができる。
【００２１】このとき、上記数式（１）の左辺に値をあ
てはめてみると、０．１×１．６８×Ｆ×Ｘ×１０-6と
なる。ここで、原料ガスとして低純度ＳｉＨ4ガス９
９．９％を用いた場合、このガスに含有される不純物濃
度は通常１０ppm程度とされることから、原料ガスの不
純物濃度を１０ppmとして前記数式に当てはめると、
０．１×１．６８×Ｆ×１０×１０-6 ＝１．６８Ｆ×
１０-6（Pa・L/sec）つまり１．３３×１０-5≦１．６８
Ｆ×１０-6（Pa・L/sec）となり、通常のガス流量が２０
〜２００sccmとされることから、上記脱ガスリーク量
１．３３×１０-5Pa・L/secは数式（１）の関係を満たし
ているといえる。
【００２２】また、ガス配管１１０の脱ガスリーク量を
低減する方法として、上述のように、配管ベーキングを
行うのが効果的であるが、ガス配管には高温でベーキン
グできない部分及び全くベーキングできない部分も存在
する場合がある。このような場合は、上記光電変換層の
ｉ層５の製膜工程において、ｉ層５の製膜前に製膜装置
内を真空状態とするとともに、上記ガス配管１１０にガ
ス精製器により精製した超高純度のＡｒ、Ｎｅ、Ｈｅな
どの希ガスあるいはＨ2等のガスを流通させて前記ガス
１１０配管内部を乾燥させることが好ましい。上記ガス
としては、ガス精製器を用いて精製された超高純度（９
９．９９９９９％）のものなどを用いることが好まし
い。このようにガス配管１１０内部に希ガスまたは水素
ガス等を流通させることによってベーキングができない
部分のガス配管においても、ガス配管内部のを乾燥する
ことができ、ガス配管の脱ガスリーク量をある程度まで
低減することができる。
【００２３】そして、このときのガス配管における脱ガ
スリーク量Ｌ１とし、この値を上記数式（１）に代入し
て求められるガス流量Ｆとなるように、ｉ層５製膜時の
ガス配管における原料ガス流量を調整する。Ｌ１≦０.
１×１.６８×Ｆ×Ｘ×１０-6すなわち、Ｆ≧Ｌ１／０.
１×１.６８×Ｘ×１０-6となるように調整する。この
ようにすれば、ある程度までガス配管１１０の脱ガスリ
ーク量を減じることができｉ層内の不純物を低減するこ
とができる。
【００２４】また、上記ガス配管１１０のベーキング
と、上記ガスのブローを併用してもよい。この場合、上
記ガスのブローを行った後、ガス配管１１０をベーキン
グして、脱ガスリーク量を１．３３×１０-6Pa・L/sec以
下とすることが好ましい。この場合は、原料ガス流量を
通常の範囲としても十分に不純物を減少させることがで
きる。
【００２５】上述のようにガス配管１１０における脱ガ
スリーク量を低減した後、上記ガス配管１１０により原
料ガスを製膜装置内に導入し、プラズマを発生させてａ
−Ｓｉを上記ｐ／ｉ層４上に堆積してｉ層５を形成す
る。このときの原料ガスとしては、ＳｉＨ4を用いる。
このとき、ＳｉＨ4として、なるべく純度の高いものを
用いることが好ましいが、本発明の製造方法において
は、ガス配管１１０由来の不純物を低減しているため、
純度が９９．９％程度のＳｉＨ4を用いることができ
る。また、このとき、ＳｉＨ4ガスに希釈ガスとしてＨ2
ガスを、Ｈ2量がＳｉＨ4量に対して０．５〜２倍量とな
るように添加することが好ましい。このようにすれば、
ｉ層５中に混入される不純物を低減させることができ
る。これは、水素ラジカルによりｉ層５膜表面に吸着し
た不純物がエッチング除去され、ｉ層５中に混入されに
くくなるとともに、ｉ層５中に混入した不純物も不動態
化されるためであると考えられる。このようにして形成
されたｉ層５においては、不純物が低減され膜質が向上
され、光の吸収変換効率の高いものとなる。
【００２６】このようにしてｉ層５形成後、上記ｉ層５
上に、ｎ層６を形成する。ｎ層６の製膜前には、ｐ層３
形成時と同様にして、製膜装置内を真空状態とする。ｎ
層６の原料ガスとしては、ドーピングガスであるＰＨ3
を添加したＳｉＨ4ガスを用いる。
【００２７】ついで、上記ｎ層６上に、裏面電極７であ
るＩＴＯ層を形成する。ＩＴＯ層はイオンプレーティン
グ法、スパッタ法あるいは真空蒸着法等にて製膜するこ
とができる。ついで、上記裏面電極７上にＡｌなどから
なる金属電極８を蒸着しＳｉ太陽電池を完成させる。
【００２８】このようなＳｉ太陽電池においては、上記
ｉ層５における不純物濃度が低減され、高品質のｉ層５
とすることができるので、光電変換効率の高いａ−Ｓｉ
太陽電池を得ることができる。
【００２９】
【実施例】以下、実施例を示して本発明についてさらに
詳しく説明する。 （実施例１）図１に示す構造のｐｉｎ接合シングル型の
ａ−Ｓｉ太陽電池１０を製造した。まず、ガラスからな
る基板１上に、ＳｎＯ2を熱ＣＶＤ法により蒸着して透
明電極２を形成した。
【００３０】次いで、上記透明電極２上にプラズマＣＶ
Ｄ法によりｐｉｎ接合Ｓｉ光電変換層を形成した。この
ときの製膜装置としては、中央部に基板搬送室があり、
その周囲にｐ層３、ｐ/ｉ層４を製膜するｐ室、ｉ層５
を製膜するｉ室、ｎ層６を製膜するｎ室から構成される
いわゆる枚葉式プラズマＣＶＤ装置を用いた。各製膜室
は、上記図２に示す構造のものを用いた。このＣＶＤ装
置における各部屋の真空排気には、排気系からの油等の
拡散による不純物混入を抑制するため高真空排気系にタ
ーボ分子ポンプ（以下「ＴＭＰ」とする）を、ガス排気
時にはメカニカルブースターポンプ（以下「ＭＢＰ」と
する）とドライポンプ（以下「ＤＰ」とする）を組み合
わせた排気システム（図示略）を用いた。
【００３１】このようなＣＶＤ装置を用いて以下のよう
にｐｉｎ接合Ｓｉ光電変換層の製膜を行った。まず、原
料ガスを導入して製膜を形成する前に、ｐ層製膜室を、
ロードロック室（図示略）より搬送室（図示略）を介し
てＴＭＰで高真空状態に排気するとともに、ｐ層製膜室
（真空チャンバ１００）を１００℃、８時間でベーキン
グを実施し、真空チャンバ１００内部の到達真空度を
６．６５×１０-6Pa（５×１０-8Torr）とし、脱ガスリ
ーク量を１．３３×１０-5Pa・L/secまで減じた。次い
で、ｐ層製膜室に、上記基板１０２を基板ホルダー１０
１に設置して搬送し、基板支持台１０３上に設置した。
次いで、基板加熱ヒータ１０４により基板１０２を１２
０℃に昇温した。次いで、真空チャンバ１００の到達真
空度、脱ガスリーク量を確認し、ＴＭＰの排気口に取り
付けたバルブ（図示略）を閉じ、Ｐ層３の原料ガスであ
るＳｉＨ 4、ＣＨ4、希釈ガスのＨ2、ドーピングガスの
Ｂ2Ｈ6を、製膜ユニット６のガスパイプ１０９に設けて
ある無数の微小孔より導入し、ＭＢＰの排気口に有るバ
ルブ（図示略）を開けてガス排気を行った。このとき、
真空チャンバ１００内の圧力はＭＢＰ入り口に取り付け
てあるコンダクタンスコントロールバルブにて自動調整
した。
【００３２】次いで、高周波電源１０８より整合回路１
０７を介して製膜ユニット１０６内に保持されている電
極１０５に高周波電力を供給し、原料ガスをプラズマ
化、分解して基板１０２上に膜厚１０ｎｍのｐ層３を堆
積させた。このとき、Ｐ層３を製作する前の事前の試験
にて確認しておいた堆積速度より上記膜厚にするための
製膜時間となるように条件を設定してプラズマをｏｎ
し、その後高周波電力を止めてプラズマをｏｆｆにし、
ガスを止め、排気をＭＢＰよりＴＭＰに切り替えて高真
空排気を行った。次いで、ｐ層３を形成したのと同じ手
順にてｐ／ｉ層４の原料ガスであるＳｉＨ4、ＣＨ4、希
釈ガスのＨ2を導入し、膜厚８ｎｍのｐ／ｉ層４を製膜
した。
【００３３】ｐ／ｉ層４製膜後、再びＴＭＰにて高真空
排気を行い、基板ホルダー１０３とともに基板１０２を
ｐ層製膜室より搬送室を介してｉ層製膜室に移動した。
そして、原料ガスをｉ層製膜質に導入する前に、ｉ層製
膜室を１００℃、８時間ベーキングしチャンバ本体の到
達真空度を６．６５×１０-6Ｐａ（５×１０-8Torr）と
し、脱ガスリーク量も２．６６×１０-6Pa・L/sec（２×
１０-7Torr・L/sec）まで減じた。またガス配管１１０に
リボンヒータを巻きつけて、表１に示す条件にてガス配
管１１０のベーキングを行い、ガス配管１１０からの脱
ガスリーク量を１．３３×１０-5Pa・L/sec（１×１０-7
Torr・L/sec)とした。ｉ層製膜室における上記処理後、
上記ｐ／ｉ層４上にｉ層製膜室にて、原料ガスに９９．
９５％のＳｉＨ4を用い、ｐ層３同様、プラズマを発生
させてｉ層５を形成した。膜厚は３００ｎｍとした。こ
のときの製膜条件を下記表１に示す。ついで、基板ホル
ダー１０３とともに基板１０２をｉ層製膜室より搬送室
を介してｎ層製膜室に移動した。
【００３４】次いで、ｎ層製膜室にてＳｉＨ4、希釈ガ
スのＨ2、ドーピングガスのＰＨ3を用いて、ｐ層３と同
手順にて上記ｉ層５上にｎ層６を製膜した。膜厚は３６
ｎｍとした。このようにして、ｐｉｎ接合のＳｉ光電変
換層９を形成した。
【００３５】次いで、光電変換層９を形成した基板１０
２を、搬送室を介してアンロード室（図示略）より基板
１０２を取り出し、上記ｎ層６上に、イオンプレーティ
ング装置にて、裏面電極７であるＩＴＯを膜厚８０ｎｍ
となるように製膜した。次いで、上記ＩＴＯ上に、真空
蒸着装置にて金属電極８であるＡｌを膜厚が５００ｎｍ
となるように蒸着して実施例１の太陽電池セルを製作し
た。
【００３６】（比較例１）上記ｉ層５形成時において、
ガス配管１１０のベーキングを実施しなかったこと以外
は上記実施例１と同様にして比較例１のａ−Ｓｉ太陽電
池を得た。このときの製膜条件を下記表１に合わせて示
す。
【００３７】
【表１】
【００３８】実施例１および比較例１について安定化変
換効率を調べた。安定化変換効率は、スペクトル：ＡＭ
１．５、光強度：１００ｍＷ／ｃｍ2の人工太陽光にを
１０００時間照射した後の変換効率を測定した。この結
果、比較例１においては７％であったが、実施例１にお
いては８．２％と向上していた。この結果を図３に示
す。
【００３９】この結果から、原料ガスの純度自体がそれ
ほど高くなくとも、ガス配管１１０の脱ガス量を抑制す
ることで高効率の太陽電池が得られることがわかった。
また、上記ｉ層製膜室の脱ガスリーク量は、上記数式
（１）の左辺に原料ガスのＳｉＨ4ガス流量５０sccm、
原料ガスにおける不純物濃度１０ppmとして得た値より
小さく、数式（１）を満足していた。 0.1×1.68×50×10×10-6＝8.4×10-5≧1.33×10-5（Pa
・L/sec）
【００４０】（実施例２）ｉ層５製膜時のガス配管１１
０のベーキングをせずに、Ａｒガスでガス配管のブロー
を行った。このとき使用したＡｒガスはガス精製器を用
いて精製された99.99999％の超高純度ガスで、更にガス
中のＨ2Ｏ、Ｏ2濃度等を１０-12レベルにまで低減して
供給し、表２に示す条件にてＡｒガスのブローを行いガ
ス配管１１０内を十分に乾燥した。この結果、配管１１
０の脱ガスリーク量は２．７×１０-4Pa・L/sec（２×１
０ -6Torr・L/sec）となった。この値を脱ガスリーク量を
規定する数式（１）の左辺に代入して必要ガス量流量Ｆ
を求めると 2.7×10-4(Pa・L/sec)≦0.1×1.68×F×10×10-6 F≧161(sccm)となった。従ってガス流量を２００sccmと
して原料ガスを製膜装置内に導入した。このときの製膜
条件を表２に示す。
【００４１】実施例２および比較例２について安定化変
換効率を調べた。安定化変換効率は、スペクトル：ＡＭ
１．５、光強度：１００ｍＷ／ｃｍ2の人工太陽光にを
１０００時間照射した後の変換効率を測定した。この結
果、比較例２においては７％であったが、実施例２にお
いては７．８％と向上していた。
【００４２】実施例２および比較例２のｉ層５における
Ｏ原子濃度およびＣ原子濃度をＳＩＭＳ分析にて測定し
た。結果を表２に示す。表２に示す結果より、比較例２
に比べ、実施例２におけるＯ原子濃度およびＣ原子濃度
はともに減少していることが確認された。
【００４３】
【表２】
【００４４】（実施例３）実施例１の条件において、ｉ
層５の原料ガスにおけるＨ2ガスの添加量を変えてａ−
Ｓｉ太陽電池を作製しそれぞれの安定化効率を測定し
た。図４は、ｉ層５の原料ガスであるＳｉＨ4へのＨ2添
加量と変換効率の関係を示すものである。図４に示すグ
ラフより、ＳｉＨ4の０．５〜２倍程度のＨ2を添加する
ことによりａ−Ｓｉ太陽電池における安定化効率が向上
できることがわかる。。Ｈ2添加量１倍時のａ−Ｓｉ太
陽電池において、ｉ層５中のＯ原子濃度およびＣ原子濃
度をＳＴＭＳ分析により測定したところ、Ｏ原子濃度は
約１×１０19原子/cc、Ｃ原子濃度は約２×１０18原子/
ccであり、上記比較例２よりも低減されていることがわ
かった。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明のａ−Ｓｉ太
陽電池の製造方法によれば、ｉ層内の不純物を低減する
ことができ、光電変換効率の高い太陽電池を得ることが
できる。また本発明のＳｉ太陽電池の製造方法によれ
ば、ガス精製器を用いた超高純度のＳｉＨを用いること
なくｉ層内の不純物を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ａ−Ｓｉ太陽電池の構造を模式的に示した断
面図である。
【図２】 ＣＶＤ法における製膜装置の一例を示す概略
構成図である。
【図３】 本発明の実施例１および比較例１の変換効率
を表したグラフである。
【図４】 本発明の実施例３におけるＳｉＨ4へのＨ2添
加量と変換効率の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 透明電極 ３ ｐ層 ４ ｐ／ｉ層 ５ ｉ層 ６ ｎ層 ７ 裏面電極 ８ 金属電極 ９ 光電変換層 １０ ａ−Ｓｉ太陽電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 賢剛 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山内 康弘 長崎県長崎市飽の浦１番１号 三菱重工業 株式会社長崎造船所内 (72)発明者 村田 正義 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 長 菱エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AB04 AC01 AC08 AC16 AC17 AC19 AD04 AD05 AE05 AF07 CA13 DP05 EB15 EE02 EG03 HA24 5F051 AA05 CA03 CA15 CA34 DA04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に設けられた透明電極上にプラズ
    マＣＶＤ法によりアモルファスシリコンからなるｐ層、
    ｉ層、ｎ層を順次製膜して光電変換層を形成する工程を
    有するシリコン太陽電池の製造方法において、 上記ｉ層の製膜工程において、ｉ層の製膜前に、製膜装
    置内を真空状態とするとともに、原料ガスを供給源から
    製膜装置内に導くガス配管をベーキングしてその脱ガス
    リーク量Ｌを１．３３×１０-5Pa・L/sec以下にすること
    を特徴とするシリコン太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項２】 基板上に設けられた透明電極上にプラズ
    マＣＶＤ法によりアモルファスシリコンからなるｐ層、
    ｉ層、ｎ層を順次製膜して光電変換層を形成する工程を
    有するシリコン太陽電池の製造方法において、 上記ｉ層の製膜工程において、ｉ層の製膜前に、製膜装
    置内を真空状態とするとともに、原料ガスを供給源から
    製膜装置内に導くガス配管に、ガス精製器により精製し
    た超高純度の希ガス又は水素ガスを流通させて前記ガス
    配管内部を乾燥して前記ガス配管の脱ガスリーク量をＬ
    １（Pa・L/sec）とし、ｉ層製膜時の前記配管における反
    応ガスの流量Ｆ（sccm)を、下記数式を満たすように設
    定することを特徴とするシリコン太陽電池の製造方法。 Ｌ１≦０.１×１.６８×Ｆ×Ｘ×１０-6・・・（１） （式中Ｘは、原料ガス中に含まれる不純物ガスの濃度
    （ppm）を示す。）
  3. 【請求項３】 基板上に設けられた透明電極上にプラズ
    マＣＶＤ法によりアモルファスシリコンからなるｐ層、
    ｉ層、ｎ層を順次製膜して光電変換層を形成する工程を
    有するシリコン太陽電池の製造方法において、 上記ｉ層の製膜工程において、ｉ層の製膜前に、製膜装
    置内を真空状態とするとともに、原料ガスを供給源から
    製膜装置内に導くガス配管に、ガス精製器により精製し
    た超高純度の希ガス又は水素ガスを流通させて前記ガス
    配管内部を乾燥したのち、上記配管をベーキングしてそ
    の脱ガスリーク量Ｌを１．３３×１０-5Pa・L/sec以下に
    することを特徴とするシリコン太陽電池の製造方法。
  4. 【請求項４】 上記光電変換層のｉ層の製膜工程におい
    て、反応ガスとしてＳｉＨ4に０．０５〜２倍のＨ2を添
    加したものを用いることを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれか一項に記載のシリコン太陽電池の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108550644A (zh) * 2018-06-06 2018-09-18 东北大学 一种半叠层柔性硅基薄膜太阳能电池及其制备方法

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