JP2002141528A - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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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
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマＣＶＤ法等で形成するシード層たる
シリコン薄膜におけるスピン密度を制御することで、こ
の上に堆積される光電変換層の高品質化を促し、光電変
換装置の性能を改善することを目的とする。 【解決手段】 基板１上に、導電型決定不純物原子の平
均濃度が１×１０1 8個／ｃｍ3〜１×１０22個／ｃｍ3で
ある結晶質を含むシリコン薄膜３、光電変換層４、およ
び前記シリコン薄膜３とは逆の導電型の半導体層５を積
層して設けると共に、前記シリコン薄膜３と半導体層５
に電極２、６を接続して設けた光電変換装置であって、
前記シリコン薄膜３中の電子スピン共鳴法で分析したス
ピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以下であることを特徴
とする。
シリコン薄膜におけるスピン密度を制御することで、こ
の上に堆積される光電変換層の高品質化を促し、光電変
換装置の性能を改善することを目的とする。 【解決手段】 基板１上に、導電型決定不純物原子の平
均濃度が１×１０1 8個／ｃｍ3〜１×１０22個／ｃｍ3で
ある結晶質を含むシリコン薄膜３、光電変換層４、およ
び前記シリコン薄膜３とは逆の導電型の半導体層５を積
層して設けると共に、前記シリコン薄膜３と半導体層５
に電極２、６を接続して設けた光電変換装置であって、
前記シリコン薄膜３中の電子スピン共鳴法で分析したス
ピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以下であることを特徴
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光電変換装置に関
し、特に薄膜多結晶シリコンをＢＳＦ効果を有するシー
ド層に用いた太陽電池に代表される光電変換装置に関す
る。
し、特に薄膜多結晶シリコンをＢＳＦ効果を有するシー
ド層に用いた太陽電池に代表される光電変換装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】薄膜
多結晶シリコンを用いた光電変換装置を低コストで製造
するには、多結晶シリコン薄膜をガラス基板等の低コス
ト基板上に６００℃程度以下の比較的低温度下で形成す
る必要がある。この製膜方法としては、従来より、プラ
ズマＣＶＤ法や触媒ＣＶＤ法が精力的に研究されてい
る。これらの製法で多結晶シリコン薄膜を得る場合、結
晶質を有する高品質シリコン薄膜を基板上に形成した
後、これをシード層としてその上に光電変換層たる多結
晶シリコン薄膜を製膜すると、比較的低温で高品質な膜
が形成できる。
多結晶シリコンを用いた光電変換装置を低コストで製造
するには、多結晶シリコン薄膜をガラス基板等の低コス
ト基板上に６００℃程度以下の比較的低温度下で形成す
る必要がある。この製膜方法としては、従来より、プラ
ズマＣＶＤ法や触媒ＣＶＤ法が精力的に研究されてい
る。これらの製法で多結晶シリコン薄膜を得る場合、結
晶質を有する高品質シリコン薄膜を基板上に形成した
後、これをシード層としてその上に光電変換層たる多結
晶シリコン薄膜を製膜すると、比較的低温で高品質な膜
が形成できる。
【０００３】プラズマＣＶＤ法や触媒ＣＶＤ法で形成さ
れた光電変換層たるシリコン薄膜中のスピン密度につい
ては、しばしば議論の対象となっている。一般に光電変
換装置のようなデバイスに適用し得るシリコン薄膜の場
合、スピン密度は極力少ない方がよいと考えられてい
る。
れた光電変換層たるシリコン薄膜中のスピン密度につい
ては、しばしば議論の対象となっている。一般に光電変
換装置のようなデバイスに適用し得るシリコン薄膜の場
合、スピン密度は極力少ない方がよいと考えられてい
る。
【０００４】スピン密度に関しては、例えば特開平４−
１８８８７９号に、非晶質シリコン薄膜中のスピン密度
を５×１０17個／ｃｍ3以下にする内容が記載されてい
るが、結晶質を含むシリコン薄膜に関するものではな
い。
１８８８７９号に、非晶質シリコン薄膜中のスピン密度
を５×１０17個／ｃｍ3以下にする内容が記載されてい
るが、結晶質を含むシリコン薄膜に関するものではな
い。
【０００５】また、特開平１０−５６１９３号に、真性
な非単結晶シリコン中のナトリウム濃度がスピン密度以
下とする内容が記載されているが、スピン密度が具体的
な数値で示されておらず、また、真性シリコンというこ
とからも光電変換層についてのものである。
な非単結晶シリコン中のナトリウム濃度がスピン密度以
下とする内容が記載されているが、スピン密度が具体的
な数値で示されておらず、また、真性シリコンというこ
とからも光電変換層についてのものである。
【０００６】以上のように、光電変換層たるシリコン薄
膜については検討されているが、シード層たるシリコン
薄膜についてはほとんど議論に上っていない。したがっ
て、シード層中のスピン密度をどの程度に制御すればよ
いか経験的にも明らかにされてはいなかった。
膜については検討されているが、シード層たるシリコン
薄膜についてはほとんど議論に上っていない。したがっ
て、シード層中のスピン密度をどの程度に制御すればよ
いか経験的にも明らかにされてはいなかった。
【０００７】本発明はこのような従来技術に鑑みてなさ
れたものであり、プラズマＣＶＤ法等で形成するシード
層たるシリコン薄膜におけるスピン密度を制御すること
で、この上に堆積される光電変換層の高品質化を促し、
光電変換装置の性能を改善することを目的とする。
れたものであり、プラズマＣＶＤ法等で形成するシード
層たるシリコン薄膜におけるスピン密度を制御すること
で、この上に堆積される光電変換層の高品質化を促し、
光電変換装置の性能を改善することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る光電変換装置では、基板上に、導電
型決定不純物原子の平均濃度が１×１０1 8個／ｃｍ3〜
１×１０22個／ｃｍ3である結晶質を含むシリコン薄
膜、光電変換層、および前記シリコン薄膜とは逆の導電
型の半導体層を積層して設けると共に、前記シリコン薄
膜と半導体層に電極を接続して設けた光電変換装置にお
いて、前記シリコン薄膜中の電子スピン共鳴法で分析し
たスピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以下であることを
特徴とする。
に、請求項１に係る光電変換装置では、基板上に、導電
型決定不純物原子の平均濃度が１×１０1 8個／ｃｍ3〜
１×１０22個／ｃｍ3である結晶質を含むシリコン薄
膜、光電変換層、および前記シリコン薄膜とは逆の導電
型の半導体層を積層して設けると共に、前記シリコン薄
膜と半導体層に電極を接続して設けた光電変換装置にお
いて、前記シリコン薄膜中の電子スピン共鳴法で分析し
たスピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以下であることを
特徴とする。
【０００９】また、上記光電変換装置では、前記シリコ
ン薄膜中のスピン密度が１×１０1 7個／ｃｍ3以下であ
ることが望ましい。
ン薄膜中のスピン密度が１×１０1 7個／ｃｍ3以下であ
ることが望ましい。
【００１０】また、上記光電変換装置では、前記導電型
決定不純物原子がボロン、アルミニウム、又はリンのう
ちの少なくとも１種であることが望ましい。
決定不純物原子がボロン、アルミニウム、又はリンのう
ちの少なくとも１種であることが望ましい。
【００１１】また、上記光電変換装置では、前記シリコ
ン薄膜が体積結晶化分率４０％以上の結晶質を含むシリ
コン薄膜であることが望ましい。
ン薄膜が体積結晶化分率４０％以上の結晶質を含むシリ
コン薄膜であることが望ましい。
【００１２】また、上記光電変換装置では、前記シリコ
ン薄膜の膜厚が０.００５〜１μｍであることが望まし
い。
ン薄膜の膜厚が０.００５〜１μｍであることが望まし
い。
【００１３】また、上記光電変換装置では、前記シリコ
ン薄膜中に、基板と平行な方向の粒径が０．１μｍ以上
である結晶粒を含むことが望ましい。
ン薄膜中に、基板と平行な方向の粒径が０．１μｍ以上
である結晶粒を含むことが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、請求項１に係る光電変換装
置の実施形態を図１に基づいて説明する。ここでは、光
入射面側にｎ型層を形成した場合について説明するが、
光入射面側にｐ型層を形成した場合は、文中の導電型を
逆に読み替えればよい。
置の実施形態を図１に基づいて説明する。ここでは、光
入射面側にｎ型層を形成した場合について説明するが、
光入射面側にｐ型層を形成した場合は、文中の導電型を
逆に読み替えればよい。
【００１５】まず、ガラス、ＳＵＳ等の低コスト基板１
上にＴｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｌの
うち、少なくとも１種からなる金属、またはその窒化
膜、あるいはそのシリサイド膜で形成される薄膜層から
成る裏電極２を電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等
の真空成膜法によりシート抵抗が１Ω／□以下となるよ
うに適当な膜厚に堆積する。具体的には、Ｔｉ膜を０．
１μｍ成膜し、この上にＡｇ膜を１μｍ成膜し、さらに
Ｔｉ膜を０．１μｍ成膜するとシート抵抗０．１Ω／□
以下が実現される。なお、前記Ｔｉ及びＡｇ膜は他の工
程で問題のない限り他の金属等に置き換えても良い。
上にＴｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｌの
うち、少なくとも１種からなる金属、またはその窒化
膜、あるいはそのシリサイド膜で形成される薄膜層から
成る裏電極２を電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等
の真空成膜法によりシート抵抗が１Ω／□以下となるよ
うに適当な膜厚に堆積する。具体的には、Ｔｉ膜を０．
１μｍ成膜し、この上にＡｇ膜を１μｍ成膜し、さらに
Ｔｉ膜を０．１μｍ成膜するとシート抵抗０．１Ω／□
以下が実現される。なお、前記Ｔｉ及びＡｇ膜は他の工
程で問題のない限り他の金属等に置き換えても良い。
【００１６】次に、前記裏電極２上に、ＢＳＦ効果を有
するシード層となる結晶質を含むシリコン薄膜（ｐ+型
Ｓｉ層）３をプラズマＣＶＤ法等の真空成膜法、あるい
は、アルミニウム膜とＳｉ膜との積層膜を熱処理する方
法等により厚さ０．００３〜１．２μｍ程度に形成す
る。
するシード層となる結晶質を含むシリコン薄膜（ｐ+型
Ｓｉ層）３をプラズマＣＶＤ法等の真空成膜法、あるい
は、アルミニウム膜とＳｉ膜との積層膜を熱処理する方
法等により厚さ０．００３〜１．２μｍ程度に形成す
る。
【００１７】プラズマＣＶＤ法においては、製膜時の反
応ガスとしてはシラン系ガス、水素ガス及びドーピング
ガスを用いる。シラン系ガスとしてはモノシランガス、
ジシランガス等に加え、ジクロロシランガス等のハロゲ
ン化ケイ素系ガス等を用いても良い。シラン系ガスに対
する水素ガスの流量は２０倍以上であることが好まし
い。ドーピングガスとしてはｐ型Ｓｉ膜を形成する場合
はジボランガス等を、ｎ型Ｓｉ膜を形成する場合はホス
フィンガス等を用いる。このときのシラン系ガスに対す
るドーピングガスの流量は、Ｓｉ膜のドーピング（導電
型決定不純物）原子濃度が１×１０18個／ｃｍ3〜１×
１０22個／ｃｍ3程度になるよう調節する。流量で調整
しきれない場合は、水素等の希釈ガスで適当な濃度に希
釈したドーピングガスを用いる。本実施形態において
は、反応ガスとして、モノシランガス、水素ガス、ジボ
ランガスを用い、各ガスの流量はモノシランガス１〜２
０ｓｃｃｍ、水素ガス５０〜１０００ｓｃｃｍ、ジボラ
ンガス（水素により１％又は１００ｐｐｍに希釈）０．
１〜１００ｓｃｃｍとする。製膜時の圧力としては０．
５〜５ｔｏｒｒ、製膜温度は１００〜４００℃、放電パ
ワーは例えば１５〜１００Ｗなどである。
応ガスとしてはシラン系ガス、水素ガス及びドーピング
ガスを用いる。シラン系ガスとしてはモノシランガス、
ジシランガス等に加え、ジクロロシランガス等のハロゲ
ン化ケイ素系ガス等を用いても良い。シラン系ガスに対
する水素ガスの流量は２０倍以上であることが好まし
い。ドーピングガスとしてはｐ型Ｓｉ膜を形成する場合
はジボランガス等を、ｎ型Ｓｉ膜を形成する場合はホス
フィンガス等を用いる。このときのシラン系ガスに対す
るドーピングガスの流量は、Ｓｉ膜のドーピング（導電
型決定不純物）原子濃度が１×１０18個／ｃｍ3〜１×
１０22個／ｃｍ3程度になるよう調節する。流量で調整
しきれない場合は、水素等の希釈ガスで適当な濃度に希
釈したドーピングガスを用いる。本実施形態において
は、反応ガスとして、モノシランガス、水素ガス、ジボ
ランガスを用い、各ガスの流量はモノシランガス１〜２
０ｓｃｃｍ、水素ガス５０〜１０００ｓｃｃｍ、ジボラ
ンガス（水素により１％又は１００ｐｐｍに希釈）０．
１〜１００ｓｃｃｍとする。製膜時の圧力としては０．
５〜５ｔｏｒｒ、製膜温度は１００〜４００℃、放電パ
ワーは例えば１５〜１００Ｗなどである。
【００１８】また、アルミニウム膜とＳｉ膜との積層膜
を熱処理する方法としては、裏電極を形成した基板上に
真空蒸着法等によりアルミニウム膜を形成し、この上に
プラズマＣＶＤ法により非晶質Ｓｉ膜を形成し、これを
５００℃程度で熱処理することにより、アルミニウムが
高濃度にドーピングされた結晶質を含むシリコン薄膜
（ｐ+型Ｓｉ層）３とすることができる。アルミニウム
膜とＳｉ膜との積層膜を５００℃程度で熱処理すると、
Ｓｉ膜上にアルミニウムが偏析するので、このＳｉ膜上
に偏析したアルミニウムは熱処理後にエッチング除去す
る。
を熱処理する方法としては、裏電極を形成した基板上に
真空蒸着法等によりアルミニウム膜を形成し、この上に
プラズマＣＶＤ法により非晶質Ｓｉ膜を形成し、これを
５００℃程度で熱処理することにより、アルミニウムが
高濃度にドーピングされた結晶質を含むシリコン薄膜
（ｐ+型Ｓｉ層）３とすることができる。アルミニウム
膜とＳｉ膜との積層膜を５００℃程度で熱処理すると、
Ｓｉ膜上にアルミニウムが偏析するので、このＳｉ膜上
に偏析したアルミニウムは熱処理後にエッチング除去す
る。
【００１９】これらの製法で形成されたシリコン薄膜
（ｐ+型Ｓｉ層）３中の導電型決定不純物原子濃度が１
×１０18個／ｃｍ3以下であると、充分なＢＳＦ効果が
得られない。また、導電型決定不純物原子濃度が１×１
０22個／ｃｍ3以上であると、この導電型決定不純物原
子による欠陥によってシリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ層）３
の品質が低下し、高い変換効率が得らない。
（ｐ+型Ｓｉ層）３中の導電型決定不純物原子濃度が１
×１０18個／ｃｍ3以下であると、充分なＢＳＦ効果が
得られない。また、導電型決定不純物原子濃度が１×１
０22個／ｃｍ3以上であると、この導電型決定不純物原
子による欠陥によってシリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ層）３
の品質が低下し、高い変換効率が得らない。
【００２０】上述の条件において石英基板上に形成され
るＳｉ膜のスピン密度を電子スピン共鳴法により求める
と１×１０18個／ｃｍ3以下となる。さらに製膜時のシ
ラン系ガスに対する水素ガスの流量を３０倍以上、製膜
圧力を１〜５ｔｏｒｒ、製膜温度を１５０〜３００℃、
放電パワーを１５〜５０Ｗとすることによりスピン密度
を１×１０17個／ｃｍ3以下とすることができる。
るＳｉ膜のスピン密度を電子スピン共鳴法により求める
と１×１０18個／ｃｍ3以下となる。さらに製膜時のシ
ラン系ガスに対する水素ガスの流量を３０倍以上、製膜
圧力を１〜５ｔｏｒｒ、製膜温度を１５０〜３００℃、
放電パワーを１５〜５０Ｗとすることによりスピン密度
を１×１０17個／ｃｍ3以下とすることができる。
【００２１】スピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以上と
なると、シード層となるシリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ層）
３中の欠陥が増加し、この上に堆積する光電変換層４の
膜品質の低下につながってしまう。スピン密度を測定す
る場合には石英基板上にＳｉ膜を形成することが好まし
い。特にＳｉ膜の膜厚が薄い場合及びスピン密度が小さ
い場合は、基板の信号（バックグラウンド）を極力低減
して測定することが必要である。
なると、シード層となるシリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ層）
３中の欠陥が増加し、この上に堆積する光電変換層４の
膜品質の低下につながってしまう。スピン密度を測定す
る場合には石英基板上にＳｉ膜を形成することが好まし
い。特にＳｉ膜の膜厚が薄い場合及びスピン密度が小さ
い場合は、基板の信号（バックグラウンド）を極力低減
して測定することが必要である。
【００２２】さらに、このシリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ
層）３の分光エリプソメーターによるフィッティングに
より算出した体積結晶化分率は４０％以上となる。体積
結晶化分率が４０％以下であると、この上に堆積する光
電変換層４が充分に高品質化されず、高い変換効率が得
られにくい。
層）３の分光エリプソメーターによるフィッティングに
より算出した体積結晶化分率は４０％以上となる。体積
結晶化分率が４０％以下であると、この上に堆積する光
電変換層４が充分に高品質化されず、高い変換効率が得
られにくい。
【００２３】また、シリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ層）３の
膜厚が０．００５μｍ以下であると、充分なＢＳＦ効果
が得られないため、高い変換効率が得られにくい。ま
た、膜厚が１μｍ以上であると、光電変換層４で吸収し
きれなかった光が裏面電極２で反射されて再度光電変換
層４に戻ってくる間にシード層３で吸収される量が増え
るため、高い変換効率が得られにくい。
膜厚が０．００５μｍ以下であると、充分なＢＳＦ効果
が得られないため、高い変換効率が得られにくい。ま
た、膜厚が１μｍ以上であると、光電変換層４で吸収し
きれなかった光が裏面電極２で反射されて再度光電変換
層４に戻ってくる間にシード層３で吸収される量が増え
るため、高い変換効率が得られにくい。
【００２４】また、シリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ層）３中
に基板１と平行な方向の粒径が０．１μｍ以上である結
晶粒を含むと、この上に堆積する光電変換層４の粒径が
拡大しやすく、高品質な光電変換層４が得られやすい。
特に、前記アルミニウム膜とＳｉ膜の積層膜を熱処理す
る方法によれば０．１μｍ以上の結晶粒径が比較的容易
に得られる。
に基板１と平行な方向の粒径が０．１μｍ以上である結
晶粒を含むと、この上に堆積する光電変換層４の粒径が
拡大しやすく、高品質な光電変換層４が得られやすい。
特に、前記アルミニウム膜とＳｉ膜の積層膜を熱処理す
る方法によれば０．１μｍ以上の結晶粒径が比較的容易
に得られる。
【００２５】次に、前記シリコン薄膜（ｐ+型Ｓｉ層）
３上に、同層と同一導電型（すなわちｐ型）もしくは実
質的にｉ型のＳｉから成る光電変換層４をプラズマＣＶ
Ｄ法または触媒ＣＶＤ法等によって厚さ０．５〜２０μ
ｍ程度に形成する。ｐ型不純物原子としてはボロンをド
ープする。
３上に、同層と同一導電型（すなわちｐ型）もしくは実
質的にｉ型のＳｉから成る光電変換層４をプラズマＣＶ
Ｄ法または触媒ＣＶＤ法等によって厚さ０．５〜２０μ
ｍ程度に形成する。ｐ型不純物原子としてはボロンをド
ープする。
【００２６】次に、前記光電変換層４上にシリコン薄膜
（ｐ+型Ｓｉ層）３とは反対の導電型（すなわちｎ型）
の非晶質、多結晶もしくは微結晶を含む半導体層（Ｓｉ
層）５をプラズマＣＶＤ法等によって厚さ１μｍ以下に
形成する。ｎ型不純物原子としてリン等を１×１０18個
／ｃｍ3〜１×１０22個／ｃｍ3程度に高濃度にドープす
る。
（ｐ+型Ｓｉ層）３とは反対の導電型（すなわちｎ型）
の非晶質、多結晶もしくは微結晶を含む半導体層（Ｓｉ
層）５をプラズマＣＶＤ法等によって厚さ１μｍ以下に
形成する。ｎ型不純物原子としてリン等を１×１０18個
／ｃｍ3〜１×１０22個／ｃｍ3程度に高濃度にドープす
る。
【００２７】次に、前記半導体層（ｎ型Ｓｉ層）５上
に、他方の電極となるＩＴＯ、ＳｎＯ 2、ＺｎＯ等の透
明導電膜６をスパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等の真空
成膜法を用いて６０〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成す
る。
に、他方の電極となるＩＴＯ、ＳｎＯ 2、ＺｎＯ等の透
明導電膜６をスパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等の真空
成膜法を用いて６０〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成す
る。
【００２８】さらに、前記透明導電膜６上に、Ａｇ、Ｔ
ｉ、Ｃｕ等から成る櫛形状の表金属集電極７を蒸着法や
プリント及び焼成技術等によって、厚さ１μｍ以上に形
成する。
ｉ、Ｃｕ等から成る櫛形状の表金属集電極７を蒸着法や
プリント及び焼成技術等によって、厚さ１μｍ以上に形
成する。
【００２９】以上によって、薄膜多結晶シリコン光電変
換装置が得られる。
換装置が得られる。
【００３０】
【実施例】以下において、本発明の幾つかの実施例によ
る光電変換装置である薄膜多結晶シリコン太陽電池と比
較例について説明する。 （実施例１）ガラス基板上に裏電極としてＴｉ膜０．１
μｍ、Ａｇ膜１μｍ、Ｔｉ膜０．１μｍをスパッタリン
グ法により形成した。
る光電変換装置である薄膜多結晶シリコン太陽電池と比
較例について説明する。 （実施例１）ガラス基板上に裏電極としてＴｉ膜０．１
μｍ、Ａｇ膜１μｍ、Ｔｉ膜０．１μｍをスパッタリン
グ法により形成した。
【００３１】この上に、シード層であるシリコン薄膜を
４０ＭＨｚの高周波電源を用いた平行平板型プラズマＣ
ＶＤ法により形成した。この成膜室はターボ分子ポンプ
によって排気を行い、圧力調整バルブにより所望の製膜
圧力に制御する。製膜前の背圧は３×１０-7ｔｏｒｒ、
製膜時の圧力は１.０ｔｏｒｒとした。製膜時の反応ガ
スとしてモノシランガス、水素ガス及びジボランガスを
用い、各々の流量は２ｓｃｃｍ、９４ｓｃｃｍ、６ｓｃ
ｃｍとした。また放電パワーは２５Ｗ、製膜温度は２０
０℃とした。ジボランガスは水素により１％に希釈した
ものを用いており、導電型決定不純物原子濃度としては
３×１０21個／ｃｍ3である。また、膜厚は０．１μｍ
である。このシリコン薄膜のスピン密度を電子スピン共
鳴法により求めたところ、５×１０16個／ｃｍ3であっ
た。体積結晶化分率は分光エリプソメーターによるフィ
ッティングにより算出したところ、５６．８％であっ
た。
４０ＭＨｚの高周波電源を用いた平行平板型プラズマＣ
ＶＤ法により形成した。この成膜室はターボ分子ポンプ
によって排気を行い、圧力調整バルブにより所望の製膜
圧力に制御する。製膜前の背圧は３×１０-7ｔｏｒｒ、
製膜時の圧力は１.０ｔｏｒｒとした。製膜時の反応ガ
スとしてモノシランガス、水素ガス及びジボランガスを
用い、各々の流量は２ｓｃｃｍ、９４ｓｃｃｍ、６ｓｃ
ｃｍとした。また放電パワーは２５Ｗ、製膜温度は２０
０℃とした。ジボランガスは水素により１％に希釈した
ものを用いており、導電型決定不純物原子濃度としては
３×１０21個／ｃｍ3である。また、膜厚は０．１μｍ
である。このシリコン薄膜のスピン密度を電子スピン共
鳴法により求めたところ、５×１０16個／ｃｍ3であっ
た。体積結晶化分率は分光エリプソメーターによるフィ
ッティングにより算出したところ、５６．８％であっ
た。
【００３２】次に、このシード層上に光電変換層となる
多結晶Ｓｉ膜を４０ＭＨｚの高周波電源を用いたプラズ
マＣＶＤ法により２μｍの膜厚に形成した。製膜時の圧
力は１.５ｔｏｒｒ、製膜時の反応ガスとしてモノシラ
ンガス、水素ガス及びジボランガスを用い、各々の流量
は５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、０．２ｓｃｃｍとし
た。また放電パワーは３０Ｗ、製膜温度は２００℃とし
た。ジボランガスは水素により１００ｐｐｍに希釈した
ものを用いた。
多結晶Ｓｉ膜を４０ＭＨｚの高周波電源を用いたプラズ
マＣＶＤ法により２μｍの膜厚に形成した。製膜時の圧
力は１.５ｔｏｒｒ、製膜時の反応ガスとしてモノシラ
ンガス、水素ガス及びジボランガスを用い、各々の流量
は５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、０．２ｓｃｃｍとし
た。また放電パワーは３０Ｗ、製膜温度は２００℃とし
た。ジボランガスは水素により１００ｐｐｍに希釈した
ものを用いた。
【００３３】次に、この光電変換層上にｎ型のａ−Ｓｉ
層を１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いたプラズマＣ
ＶＤ法により５０ｎｍの膜厚に形成した。製膜時の圧力
は１.０ｔｏｒｒ、製膜時の反応ガスとしてモノシラン
ガス、水素ガス及びホスフィンガスを用い、各々の流量
は１０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍとした。
また放電パワーは２５Ｗ、製膜温度は２００℃とした。
ホスフィンガスは水素により１％に希釈したものを用い
た。
層を１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いたプラズマＣ
ＶＤ法により５０ｎｍの膜厚に形成した。製膜時の圧力
は１.０ｔｏｒｒ、製膜時の反応ガスとしてモノシラン
ガス、水素ガス及びホスフィンガスを用い、各々の流量
は１０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍとした。
また放電パワーは２５Ｗ、製膜温度は２００℃とした。
ホスフィンガスは水素により１％に希釈したものを用い
た。
【００３４】次に、ｎ型ａ−Ｓｉ上に、表電極となるＩ
ＴＯをスパッタ法により８０ｎｍの膜厚に形成した。
ＴＯをスパッタ法により８０ｎｍの膜厚に形成した。
【００３５】さらに、ＩＴＯ上に集電極となる櫛形状の
Ａｇ膜をスパッタ法により１μｍの膜厚に形成した。
Ａｇ膜をスパッタ法により１μｍの膜厚に形成した。
【００３６】この薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池に入射光とし
てＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ2を用いたときの出力特
性は開放端電圧０.４４１Ｖ、短絡電流密度１９.１ｍＡ
／ｃｍ2、曲線因子０.６０６、変換効率５.１％であっ
た。 （実施例２〜１１）シード層であるシリコン薄膜の製膜
条件を様々に変化させて、実施例１と同様に薄膜多結晶
Ｓｉ太陽電池を形成した。このシリコン薄膜の導電型決
定不純物原子濃度、スピン密度、体積結晶化分率、膜厚
及び変換効率を表１に示した。
てＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ2を用いたときの出力特
性は開放端電圧０.４４１Ｖ、短絡電流密度１９.１ｍＡ
／ｃｍ2、曲線因子０.６０６、変換効率５.１％であっ
た。 （実施例２〜１１）シード層であるシリコン薄膜の製膜
条件を様々に変化させて、実施例１と同様に薄膜多結晶
Ｓｉ太陽電池を形成した。このシリコン薄膜の導電型決
定不純物原子濃度、スピン密度、体積結晶化分率、膜厚
及び変換効率を表１に示した。
【００３７】尚、導電型決定不純物原子として、実施例
２〜８についてはボロンを、実施例９〜１１については
リンを用いた。導電型決定不純物原子としてリンを用い
る実施例においては、シード層及び光電変換層のドーピ
ングガスとしてはホスフィンガスを用い、ａ−Ｓｉ層の
ドーピングガスとしてはジボランガスを用いた。 （実施例１２）アルミニウム膜とシリコン薄膜との積層
膜を熱処理する方法により形成したシード層を用いて多
結晶Ｓｉ太陽電池を形成した。尚、前述したように熱処
理時に導電型決定不純物原子であるアルミニウムがドー
ピングされる。また、図２に示すように、基板と平行な
方向の結晶粒径は断面ＴＥＭ観察により０．１μｍ以上
のものが含まれていることが分かる。 （比較例１）ボロンドーピング濃度を２×１０22個／ｃ
ｍ3、膜厚については０．０５μｍ、その他の製膜条件
は実施例１と同様である。 （比較例２）ボロンドーピング濃度を８×１０17個／ｃ
ｍ3、膜厚については０．５μｍ、その他の製膜条件は
実施例１と同様である。 （比較例３）排気はターボ分子ポンプを作動させずに、
油回転ポンプのみによって行い、圧力調整バルブによっ
て所望の製膜圧力に制御する。製膜前の背圧は１.５×
１０- 2ｔｏｒｒで残留不純物の多い条件となっている。
その他の製膜条件は実施例１と同様である。
２〜８についてはボロンを、実施例９〜１１については
リンを用いた。導電型決定不純物原子としてリンを用い
る実施例においては、シード層及び光電変換層のドーピ
ングガスとしてはホスフィンガスを用い、ａ−Ｓｉ層の
ドーピングガスとしてはジボランガスを用いた。 （実施例１２）アルミニウム膜とシリコン薄膜との積層
膜を熱処理する方法により形成したシード層を用いて多
結晶Ｓｉ太陽電池を形成した。尚、前述したように熱処
理時に導電型決定不純物原子であるアルミニウムがドー
ピングされる。また、図２に示すように、基板と平行な
方向の結晶粒径は断面ＴＥＭ観察により０．１μｍ以上
のものが含まれていることが分かる。 （比較例１）ボロンドーピング濃度を２×１０22個／ｃ
ｍ3、膜厚については０．０５μｍ、その他の製膜条件
は実施例１と同様である。 （比較例２）ボロンドーピング濃度を８×１０17個／ｃ
ｍ3、膜厚については０．５μｍ、その他の製膜条件は
実施例１と同様である。 （比較例３）排気はターボ分子ポンプを作動させずに、
油回転ポンプのみによって行い、圧力調整バルブによっ
て所望の製膜圧力に制御する。製膜前の背圧は１.５×
１０- 2ｔｏｒｒで残留不純物の多い条件となっている。
その他の製膜条件は実施例１と同様である。
【００３８】
【表１】
【００３９】これらの実施例および比較例より、ＢＳＦ
効果を有するシード層たるシリコン薄膜の導電型決定不
純物原子濃度が１×１０18〜１×１０22個／ｃｍ3の範
囲内であり、且つスピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以
下、特に１×１０1 7個／ｃｍ3以下であれば、高い変換
効率が得られることが明らかとなった。また体積結晶化
分率は４０％以上、膜厚については０.００５〜１μｍ
の範囲内が望ましいことが分かる。
効果を有するシード層たるシリコン薄膜の導電型決定不
純物原子濃度が１×１０18〜１×１０22個／ｃｍ3の範
囲内であり、且つスピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以
下、特に１×１０1 7個／ｃｍ3以下であれば、高い変換
効率が得られることが明らかとなった。また体積結晶化
分率は４０％以上、膜厚については０.００５〜１μｍ
の範囲内が望ましいことが分かる。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基板上
に、導電型決定不純物原子の平均濃度が１×１０1 8個／
ｃｍ3〜１×１０22個／ｃｍ3である結晶質を含むシリコ
ン薄膜、光電変換層、および前記シリコン薄膜とは逆の
導電型の半導体層を積層して設けると共に、前記シリコ
ン薄膜と半導体層に電極を接続して設けた光電変換装置
において、前記シリコン薄膜中の電子スピン共鳴法で分
析したスピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以下であるこ
とから、プラズマＣＶＤ法等によって成膜されたシード
層たる多結晶シリコン層の上に堆積される光電変換層を
高品質化でき、薄膜多結晶シリコン光電変換装置の高性
能化が可能となる。
に、導電型決定不純物原子の平均濃度が１×１０1 8個／
ｃｍ3〜１×１０22個／ｃｍ3である結晶質を含むシリコ
ン薄膜、光電変換層、および前記シリコン薄膜とは逆の
導電型の半導体層を積層して設けると共に、前記シリコ
ン薄膜と半導体層に電極を接続して設けた光電変換装置
において、前記シリコン薄膜中の電子スピン共鳴法で分
析したスピン密度が１×１０18個／ｃｍ3以下であるこ
とから、プラズマＣＶＤ法等によって成膜されたシード
層たる多結晶シリコン層の上に堆積される光電変換層を
高品質化でき、薄膜多結晶シリコン光電変換装置の高性
能化が可能となる。
【図１】本発明の光電変換装置の構造の一態様を示す図
である。
である。
【図２】本発明の光電変換装置のシリコン薄膜（シード
層）の断面ＴＥＭ像である。
層）の断面ＴＥＭ像である。
１：ガラス基板 ２：電極（裏電極） ３：シリコン薄膜（ｐ＋型Ｓｉ層） ４：光電変換層 ５：半導体層（ｎ型Ｓｉ層） ６：電極（透明導電膜） ７：表金属集電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千田 浩文 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６ 京セラ株式会社滋賀工場八日市ブロック 内 Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA06 AA17 AA20 BA29 BB06 CA05 DA09 JA01 JA05 JA06 JA10 JA16 LA16 5F045 AA08 AB03 AC01 AC19 AD05 AD06 AD07 AD08 AE19 AE21 AF07 BB18 CA13 DA59 DA61 DA65 5F051 AA03 AA16 CA15 CA34 CA40 GA06
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、導電型決定不純物原子の平均
濃度が１×１０1 8個／ｃｍ3〜１×１０22個／ｃｍ3であ
る結晶質を含むシリコン薄膜、光電変換層、および前記
シリコン薄膜とは逆の導電型の半導体層を積層して設け
ると共に、前記シリコン薄膜と半導体層に電極を接続し
て設けた光電変換装置において、前記シリコン薄膜中の
電子スピン共鳴法で分析したスピン密度が１×１０18個
／ｃｍ3以下であることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項２】 前記シリコン薄膜中のスピン密度が１×
１０1 7個／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１
に記載の光電変換装置。 - 【請求項３】 前記導電型決定不純物原子がボロン、ア
ルミニウム、又はリンのうちの少なくとも１種であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。 - 【請求項４】 前記シリコン薄膜が体積結晶化分率４０
％以上の結晶質を含むシリコン薄膜であることを特徴と
する請求項１に記載の光電変換装置。 - 【請求項５】 前記シリコン薄膜の膜厚が０.００５〜
１μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光電変
換装置。 - 【請求項６】 前記シリコン薄膜中に、基板と平行な方
向の粒径が０．１μｍ以上である結晶粒を含むことを特
徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000331414A JP2002141528A (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000331414A JP2002141528A (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002141528A true JP2002141528A (ja) | 2002-05-17 |
Family
ID=18807760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000331414A Withdrawn JP2002141528A (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002141528A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008124325A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Kaneka Corp | 薄膜光電変換装置とその製造方法 |
| JP2012031513A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-02-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体領域の形成方法及び蓄電装置の作製方法 |
-
2000
- 2000-10-30 JP JP2000331414A patent/JP2002141528A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008124325A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Kaneka Corp | 薄膜光電変換装置とその製造方法 |
| JP2012031513A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-02-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体領域の形成方法及び蓄電装置の作製方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070907 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090918 |