JPH11145499A

JPH11145499A - シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11145499A
Application number: JP9307093A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yoshimi; 雅士吉見; Kenji Yamamoto; 憲治山本
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-10
Also published as: JP3364137B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層の成膜速度を高速化することによ
って、光電変換装置の生産効率を高めるとともにその性
能をも改善する。【解決手段】シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
は、その光電変換装置に含まれる結晶質光電変換層をプ
ラズマＣＶＤ法で堆積する条件として：下地温度が５５
０℃以下であり；プラズマ反応室内に導入されるガスの
主要成分としてシラン系ガスと水素ガスを含み、かつシ
ラン系ガスに対する水素ガスの流量が５０倍以上であ
り；プラズマ反応室内の圧力が３Ｔｏｒｒ以上に設定さ
れ；そして、成膜速度が厚さ方向で１６ｎｍ／分以上で
あることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置の
製造方法に関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の
低コスト化と性能改善に関するものである。なお、本明
細書において、「結晶質」と「微結晶」の用語は、部分
的にアモルファス状態を含むものをも意味するものとす
る。

【０００２】

【従来の技術】薄膜光電変換装置の代表的なものとして
アモルファスシリコン系太陽電池があり、アモルファス
光電変換材料は通常２００℃前後の低い成膜温度の下で
プラズマＣＶＤ法によって形成されるので、ガラス，ス
テンレス，有機フィルム等の安価な基板上に形成するこ
とができ、低コストの光電変換装置のための有力材料と
して期待されている。また、アモルファスシリコンにお
いては可視光領域での吸収係数が大きいので、５００ｎ
ｍ以下の薄い膜厚のアモルファス光電変換層を用いた太
陽電池において１５ｍＡ／ｃｍ² 以上の短絡電流が実現
されている。

【０００３】しかし、アモルファスシリコン系材料で
は、Stebler-Wronskey効果と呼ばれるように、光電変換
特性が長期間の光照射によって低下するなどの問題を抱
えており、さらにその有効感度波長領域が８００ｎｍ程
度までである。したがって、アモルファスシリコン系材
料を用いた光電変換装置においては、その信頼性や高性
能化には限界が見られ、基板選択の自由度や低コストプ
ロセスを利用し得るという本来の利点が十分には生かさ
れていない。

【０００４】これに対して、近年では、たとえば多結晶
シリコンや微結晶シリコンのような結晶質シリコンを含
む薄膜を利用した光電変換装置の開発が精力的に行なわ
れている。これらの開発は、安価な基板上に低温プロセ
スで良質の結晶質シリコン薄膜を形成することによって
光電変換装置の低コスト化と高性能化を両立させるとい
う試みであり、太陽電池だけでなく光センサ等のさまざ
まな光電変換装置への応用が期待されている。

【０００５】これらの結晶質シリコン薄膜の形成方法と
しては、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法にて基板
上に直接堆積させるか、同様のプロセスで一旦アモルフ
ァス膜を堆積させた後に熱アニールやレーザアニールを
行なうことによって結晶化を図るなどの方法があるが、
いずれにしても前述のような安価な基板を用いるために
は５５０℃以下のプロセスで行なう必要がある。

【０００６】そのようなプロセスの中でも、プラズマＣ
ＶＤ法によって直接結晶質シリコン薄膜を堆積させる手
法は、プロセスの低温化や薄膜の大面積化が最も容易で
あり、しかも比較的簡便なプロセスで高品質な膜が得ら
れるものと期待されている。このような手法で多結晶シ
リコン薄膜を得る場合、結晶質を含む高品質シリコン薄
膜を何らかのプロセスで一旦基板上に形成した後に、こ
れをシード層または結晶化制御層としてその上に成膜を
することによって、比較的低温でも良質の多結晶シリコ
ン薄膜が形成され得る。

【０００７】一方、水素でシラン系原料ガスを１０倍以
上希釈しかつプラズマ反応室内圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜
１Ｔｏｒｒの範囲内に設定してプラズマＣＶＤ法で成膜
することによって、微結晶シリコン薄膜が得られること
はよく知られており、この場合には２００℃前後の温度
でもシリコン薄膜が容易に微結晶化され得る。たとえ
ば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合からなる光電変換ユニ
ットを含む光電変換装置がAppl, Phys, Lett., Vol 65,
1994, p.860に記載されている。この光電変換ユニット
は、簡便にプラズマＣＶＤ法で順次積層されたｐ型半導
体層、光電変換層たるｉ型半導体層およびｎ型半導体層
からなり、これらの半導体層のすべてが微結晶シリコン
であることを特徴としている。ところが、高品質の結晶
質シリコン膜、さらには高性能のシリコン系薄膜光電変
換装置を得るためには、従来の製法や条件の下ではその
成膜速度が厚さ方向で１０ｎｍ／分に満たないほど遅
く、アモルファスシリコン膜の場合と同程度かもしくは
それ以下でしかない。

【０００８】他方、低温プラズマＣＶＤ法で比較的高い
５Ｔｏｒｒの圧力条件の下でシリコン膜を形成した例
が、特開平４−１３７７２５に記載されている。しか
し、この事例はガラス等の基板上に直接シリコン薄膜を
堆積させたものであり、特開平４−１３７７２５に開示
された発明に対する比較例であって、その膜の品質は低
くて光電変換装置へ応用できるものではない。

【０００９】また、一般にプラズマＣＶＤ法の圧力条件
を高くすれば、プラズマ反応室内にパウダー状の生成物
やダストなどが大量に発生する。その場合、堆積中の膜
表面にそれらのダスト等が飛来して堆積膜中に取り込ま
れる危険性が高く、膜中のピンホールの発生原因とな
る。そして、そのような膜質の劣化を低減するために
は、反応室内のクリーニングを頻繁に行なわなければな
らなくなる。特に、５５０℃以下のような低温条件で成
膜する場合には、反応室圧力を高くした場合のこれらの
問題が顕著となる。しかも、太陽電池のような光電変換
装置の製造においては、大面積の薄膜を堆積させる必要
があるので、製品歩留りの低下や成膜装置維持管理ため
の労力およびコストの増大という深刻な問題を招く。

【００１０】したがって、薄膜光電変換装置をプラズマ
ＣＶＤ法を用いて製造する場合には、上述のように従来
から１Ｔｏｒｒ以下の圧力条件が用いられている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のような結晶質シ
リコン系薄膜光電変換層を含む光電変換装置において
は、以下のような問題がある。すなわち、多結晶シリコ
ンであろうと部分的にアモルファス層を含む微結晶シリ
コンであろうと、太陽電池の光電変換層として用いる場
合には、結晶質シリコンの吸収係数を考えれば、太陽光
を十分に吸収させるためには少なくとも数μｍから数十
μｍもの膜厚が要求される。これは、アモルファスシリ
コン光電変換層の場合に比べれば１桁弱から２桁も厚い
ことになる。

【００１２】しかるに、これまでの技術によれば、プラ
ズマＣＶＤ法によって低温で良質の結晶質シリコン系薄
膜を得るためには、温度，反応室内圧力，高周波パワ
ー，ならびにガス流量比というような種々の成膜条件パ
ラメータを検討しても、その成膜速度はアモルファスシ
リコン膜の場合と同程度もしくはそれ以下であって、た
とえば１０ｎｍ／分程度にしかならなかった。この問題
を言い換えれば、結晶質シリコン薄膜光電変換層はアモ
ルファスシリコン光電変換層の何倍から何１０倍もの成
膜時間を要することになり、光電変換装置の製造工程の
スループットの向上が困難となって低コスト化の妨げと
なる。

【００１３】上述のような従来技術の課題に鑑み、本発
明の目的は、低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シ
リコン系光電変換層の成膜速度を高速化することによっ
て製造工程のスループットを向上させ、かつ光電変換装
置の性能をも改善させることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン系
薄膜光電変換装置の製造方法においては、その光電変換
装置が基板上に形成された少なくとも１つの光電変換ユ
ニットを含み、この光電変換ユニットはプラズマＣＶＤ
法によって順次積層された１導電型半導体層と、結晶質
を含むシリコン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導体層
とを含むものであり、その光電変換層をプラズマＣＶＤ
法で堆積する条件として：下地温度が５５０℃以下であ
り；プラズマ反応室内に導入されるガスの主要成分とし
てシラン系ガスと水素ガスを含み、かつシラン系ガスに
対する水素ガスの流量が５０倍以上であり；プラズマ反
応室内の圧力が３Ｔｏｒｒ以上に設定され；そして、成
膜速度は厚さ方向で１６ｎｍ／分以上であることを特徴
としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の１つの実施の形
態により製造されるシリコン系薄膜光電変換装置を模式
的な斜視図で図解している。この装置の基板２０１には
ステンレス等の金属、有機フィルム、または低融点の安
価なガラス等が用いられ得る。

【００１６】基板２０１上の裏面電極２１０は、下記の
薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸
着法やスパッタリング法によって形成され得る。（Ａ）Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる金属薄膜。（Ｂ）ＩＴＯ，ＳｎＯ₂ およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる透明導電性薄膜。

【００１７】裏面電極２１０上には光電変換ユニット２
１１の内の１導電型半導体層２０４がプラズマＣＶＤ法
にて堆積される。この１導電型半導体層２０４として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０
１原子％以上ドープされたｎ型シリコン層、またはボロ
ンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型シリコン層な
どが用いられ得る。しかし、１導電型半導体層２０４に
関するこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原
子としてはたとえばｐ型シリコン層においてはアルミニ
ウム等でもよく、またシリコンカーバイドやシリコンゲ
ルマニウムなどの合金材料を用いてもよい。導電型シリ
コン系薄膜２０４は、多結晶，微結晶，またはアモルフ
ァスのいずれでもよく、その膜厚は１〜１００ｎｍの範
囲内に設定され、より好ましくは２〜３０ｎｍの範囲内
に設定される。

【００１８】結晶質を含むシリコン系薄膜の光電変換層
２０５としては、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜
や体積結晶化分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄
膜、または微量の不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型で
光電変換効率を十分に備えているシリコン系薄膜材料が
使用され得る。また、光電変換層２０５はこれらの材料
に限定されず、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニ
ウム等の合金材料を用いてもよい。光電変換層２０５の
膜厚は０．５〜２０μｍの範囲内にあり、結晶質シリコ
ン薄膜光電変換層として必要かつ十分な膜厚を有してい
る。

【００１９】結晶質シリコン系光電変換層２０５の成膜
は、通常に広く用いられている平行平板型ＲＦプラズマ
ＣＶＤ法で行なわれ得るほか、周波数が１５０ＭＨｚ以
下でＲＦ帯からＶＨＦ帯までの高周波電源を用いたプラ
ズマＣＶＤ法で行なわれてもよい。

【００２０】なお、これらのプラズマＣＶＤ法における
結晶質シリコン系光電変換層２０５の成膜温度は、上述
した安価な基板が使用され得る５５０℃以下である。

【００２１】結晶質シリコン系薄膜光電変換層２０５
は、プラズマＣＶＤ法における反応室内圧力が３Ｔｏｒ
ｒ以上で、より好ましくは５Ｔｏｒｒ以上の条件下で堆
積される。また、そのときの高周波パワー密度は２０ｍ
Ｗ／ｃｍ² 以上であることが好ましく、５０ｍＷ／ｃｍ
² 以上であることがより好ましい。さらに、反応室内に
導入されるガスの主成分としてシラン系ガスと水素ガス
を含み、かつシラン系ガスに対する水素ガスの流量は５
０倍以上にされる。シラン系ガスとしてはモノシラン，
ジシラン等が好ましいが、これらに加えて四フッ化ケイ
素，四塩化ケイ素，ジクロルシラン等のハロゲン化ケイ
素ガスを用いてもよい。また、これらに加えて希ガス等
の不活性ガス、好ましくはヘリウム，ネオン，アルゴン
等を用いもよい。

【００２２】本発明は、以上のような結晶質シリコン系
光電変換層２０５の形成条件において、その成膜速度が
１６ｎｍ／分以上にされ得ることを特徴としている。

【００２３】この結晶質シリコン系薄膜光電変換層２０
５に含まれる結晶粒の多くは、下地層２０４から上方に
柱状に延びて成長している。これらの多くの結晶粒は膜
面に平行に（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ
線回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１
１）回折ピークの強度比は１／１０以下であることが好
ましく、１／２０以下であることがより好ましい。ま
た、下地層である１導電型層２０４の表面形状が実質的
に平面である場合でも、光電変換層２０５の形成後のそ
の表面にはその膜厚よりも約１桁ほど小さい間隔の微細
な凹凸を有する表面テクスチャ構造が形成される。

【００２４】また、得られる結晶質シリコン系薄膜２０
５は、２次イオン質量分析法により求められる水素含有
量が０．５原子％以上で３０原子％以下の範囲内にある
ことが好ましく、１原子％以上で２０原子％以下の範囲
内にあることがより好ましい。

【００２５】本発明における結晶質シリコン系薄膜光電
変換層２０５の形成方法では、従来の３Ｔｏｒｒ未満の
圧力条件に比べれば高圧力であるので、膜中のイオンダ
メージが極力低減できる。したがって、成膜速度を速め
るために高周波パワーを高くしたりガス流量を増加させ
ても、堆積膜表面でのイオンダメージが少なくて、良質
の膜が高速度で形成され得る。また、高圧力条件で成膜
を行なえば反応室内のパウダー生成による汚染が懸念さ
れるが、原料ガスが水素のような高熱伝導性ガスで大量
に希釈されているので、このような問題も起こりにく
い。

【００２６】さらに、以下のような理由により、本発明
では、従来法の場合に比べて高品質の結晶質シリコン系
薄膜２０５が得られる。まず、成膜速度が速いので、反
応室内に残留している酸素や窒素等の不純物原子が膜中
に取り込まれる割合が減少する。また、膜成長初期にお
ける結晶核生成時間が短いために相対的に核発生密度が
減少し、大粒径で強く結晶配向した結晶粒が形成されや
すくなる。さらに、高圧力で成膜すれば、結晶粒界や粒
内の欠陥が水素でパッシベーションされやすく、それら
の欠陥密度も減少する。

【００２７】光電変換層２０５上には、その下地層２０
４とは逆タイプの導電型半導体層２０６としてのシリコ
ン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によって堆積される。この
逆導電型シリコン系薄膜２０６としては、たとえば導電
型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ド
ープされたｐ型シリコン薄膜、またはリンが０．０１原
子％以上ドープされたｎ型シリコン薄膜などが用いられ
得る。しかし、逆導電型半導体層２０６についてのこれ
らの条件は限定的なものではなく、不純物原子としては
たとえばｐ型シリコンにおいてはアルミニウム等でもよ
く、またシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等
の合金材料の膜を用いてもよい。この逆導電型シリコン
系薄膜２０６は、多結晶，微結晶，またはアモルファス
のいずれでもよく、その膜厚は３〜１００ｎｍの範囲内
に設定され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設
定される。

【００２８】光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ，
ＳｎＯ₂ ，ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜が形成され、さらにこの上
にグリッド電極としてＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ等
から選択された少なくとも１以上の金属またはこれらの
合金の層を含む櫛形状の金属電極２０８がスパッタリン
グ法または蒸着法によって形成され、これによって図１
に示されているような光電変換装置が完成する。

【００２９】図２は、本発明のもう１つの実施の形態に
おいて製造されるタンデム型シリコン系薄膜光電変換装
置を模式的な斜視図で図解している。図２のタンデム型
光電変換装置においては、図１の場合と同様に基板４０
１上の複数の層４０２〜４０６が、図１の基板２０１上
の複数の層２０２〜２０６に対応して同様に形成され
る。

【００３０】しかし、図２のタンデム型光電変換層にお
いては、第１の光電変換ユニット４１１上に重ねて、プ
ラズマＣＶＤ法にて第２の光電変換ユニット４１２がさ
らに形成される。第２の光電変換ユニット４１２は、第
１の光電変換ユニット４１１上に順次積層された第１導
電型の微結晶またはアモルファスのシリコン系薄膜４１
３、実質的に真性半導体であるアモルファスシリコン系
薄膜光電変換層４１４、および逆導電型の微結晶または
アモルファスのシリコン系薄膜４１５を含んでいる。

【００３１】第２の光電変換ユニット４１２上には、前
面透明電極４０７および櫛形状金属電極４０８が図１中
の対応する要素２０７および２０８と同様に形成され、
これによって図２のタンデム型光電変換装置が完成す
る。

【００３２】また、本発明のさらに他の実施の形態とし
て、図３に示されているようなガラス基板側光入射タイ
プのタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置が製造され
得る。この図３の光電変換装置においては、まず透明基
板６０１上に図２中の透明導電層４０７に対応する層６
０７が形成される。そして、この透明導電層６０７上に
は、図２中の複数の層４０２〜４０６と４１３〜４１５
にそれぞれ対応する複数の層６０２〜６０６と６１３〜
６１５が積層順序を逆にして堆積される。このとき、図
３中の各層６０２〜６０７と６１３〜６１５は図２中の
対応する各層４０２〜４０７と４１３〜４１５に準じて
同様に形成され得る。

【００３３】以上述べたシリコン系薄膜光電変換装置の
一連の製造工程のうちで、スループットを向上させる上
で従来から最も大きな課題であったのは、大きな膜厚を
必要とする結晶質光電変換層（２０５，４０５，６０
５）の製造工程であったことは言うまでもない。しかし
ながら、本発明によれば、その結晶質光電変換層の成膜
速度が大幅に向上し、しかも、より良質の膜が得られる
ことから、シリコン系薄膜光電変換装置の高性能化と低
コスト化に大きく貢献することができる。

【００３４】

【実施例】以下において、本発明のいくつかの実施例に
よるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄
膜太陽電池が、比較例による太陽電池とともに説明され
る。

【００３５】（実施例１）図１の実施の形態に対応し
て、実施例１としての結晶質シリコン薄膜太陽電池が作
製された。まず、ガラス基板２０１上に裏面電極２１０
として、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚さ
１００ｎｍのＺｎＯ膜２０３のそれぞれがスパッタリン
グ法によって形成された。裏面電極２１０上には、厚さ
３０ｎｍでリンドープされたｎ型微結晶シリコン層２０
４、厚さ３μｍでノンドープの多結晶シリコン薄膜光電
変換層２０５、および厚さ１５ｎｍでボロンドープされ
たｐ型微結晶シリコン層２０６がそれぞれＲＦプラズマ
ＣＶＤ法により成膜され、ｎｉｐ光電変換ユニット２１
１が形成された。光電変換ユニット２１１上には、前面
電極２０７として、厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴＯ膜
がスパッタリング法にて堆積され、その上に電流取出の
ための櫛形Ａｇ電極２０８が蒸着法にて堆積された。

【００３６】多結晶シリコン薄膜光電変換層２０５は、
１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いたＲＦプラズマＣ
ＶＤ法により堆積された。そのときに用いられた反応ガ
スにおいてはシランと水素の流量比が１：６０で混合さ
れ、反応室内圧力は３．０Ｔｏｒｒにされた。また、放
電パワー密度は８０ｍＷ／ｃｍ² で、成膜温度は４００
℃に設定された。このような成膜条件の下では、多結晶
シリコン薄膜光電変換層２０５の成膜速度は１６ｎｍ／
分であった。また、この光電変換層２０５についてＸ線
回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１１）
回折ピークの強度比は１／１６であり、２次イオン質量
分析法から求めた水素含有量は０．８原子％であった。

【００３７】この実施例１の多結晶シリコン薄膜太陽電
池に入射光２０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／
ｃｍ² の光量で照射したときの出力特性においては、開
放端電圧が０．４９８Ｖ、短絡電流密度が２７．０ｍＡ
／ｃｍ² 、曲線因子が７１．５％、そして変換効率が
９．６％であった。

【００３８】（実施例２）実施例２においては、実施例
１に類似した多結晶シリコン薄膜太陽電池が作製され
た。すなわち、この実施例２において、多結晶シリコン
薄膜光電変換層２０５の成膜条件が変更されたことを除
けば、他の層の成膜条件およびデバイス構造は実施例１
の場合と全く同じであった。

【００３９】実施例２における多結晶シリコン薄膜光電
変換層２０５は、１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い
たＲＦプラズマＣＶＤ法により堆積された。反応ガスに
おいてはシランと水素の流量比が１：１２０で混合さ
れ、反応室内圧力は５．０Ｔｏｒｒにされた。また、放
電パワー密度は１２０ｍＷ／ｃｍ² で、成膜温度は４０
０℃に設定された。このような成膜条件の下では、多結
晶シリコン薄膜光電変換層２０５の成膜速度は２３ｎｍ
／分であった。また、この光電変換層２０５についてＸ
線回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１
１）回折ピークの強度比は１／３０であり、２次イオン
質量分析法から求めた水素含有量は１．６原子％であっ
た。

【００４０】この実施例２の多結晶シリコン薄膜太陽電
池に入射光２０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／
ｃｍ² の光量で照射したときの出力特性においては、開
放端電圧が０．５２０Ｖ、短絡電流密度が２７．４ｍＡ
／ｃｍ² 、曲線因子が７５．１％、そして変換効率が１
０．５％であった。

【００４１】（実施例３〜８）実施例３〜８として、多
結晶シリコン薄膜光電変換層２０５の成膜条件が表１に
示された条件に変更されたことを除けば実施例１および
２と同様にガラス基板上に多結晶シリコン薄膜太陽電池
が作製された。これらの実施例３〜８において形成され
た多結晶シリコン薄膜光電変換層２０５の物性およびそ
れを含んで製造された太陽電池の特性が表２に示されて
いる。なお、表１と表２において、実施例１と２に関す
る成膜条件、その条件により形成された膜の物性および
その膜を含む太陽電池の各種特性も併記されている。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】（比較例１〜４）比較例１〜４として、表
３に示された成膜条件の下で多結晶シリコン薄膜光電変
換層が形成されたことを除けば実施例１〜８の場合と同
様にガラス基板上に多結晶シリコン薄膜太陽電池が作製
された。そして、この比較例１〜４において形成された
多結晶シリコン薄膜の物性およびそれを含む太陽電池の
種々の特性が表４に示されている。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【表４】

【００４７】表３および表４からわかるように、比較例
１においては従来の成膜条件で光電変換層が形成されて
いるので成膜速度が遅く、その光電変換層を含む太陽電
池も実施例に比べて光電変換効率が低くなっている。比
較例２では、放電パワーが増大されているので光電変換
層の成膜速度が大きくなっているが、その光電変換層を
含む太陽電池の光電変換効率は大幅に小さくなってい
る。比較例３においては、反応室圧力と放電パワーの両
方が増大されているので光電変換層の成膜速度が大きく
なっているが、シランと水素の流量比が従来通りなの
で、その光電変換層を含む太陽電池の光電変換効率はさ
らに小さくなっている。比較例４においては、放電パワ
ーが増大されているが水素に対するシランのガス流量比
が大幅に小さくされかつ圧力が従来通りであるので、光
電変換層の成膜速度が小さくなっているとともに、その
光電変換層を含む太陽電池の変換効率がさらに小さくな
っている。

【００４８】（実施例９）上述のような実施例１〜８に
示された低温で高速に結晶質シリコン系薄膜光電変換層
２０５を形成する工程を含む結晶質シリコン薄膜太陽電
池の製造方法は、その製造プロセスがほぼ類似している
アモルファスシリコン系光電変換ユニットをさらに積層
したタンデム型の太陽電池の作製にも有用である。図２
の実施の形態に対応するこの実施例９では、多結晶シリ
コン薄膜光電変換ユニット４１１上に０．３μｍ厚さの
ノンドープ層からなるアモルファスシリコン光電変換層
４１４を含むアモルファス光電変換ユニット４１２を積
層したタンデム型太陽電池において、上記の実施例１と
同様の光照射条件の下で、１．４０Ｖの開放端電圧、１
３．４ｍＡ／ｃｍ² の短絡電流密度、および１４．０％
の変換効率が得られた。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、結晶質
を含むシリコン系薄膜光電変換層をプラズマＣＶＤ法に
よって低温で形成する際に従来技術に比べて成膜速度を
大幅に向上させることができ、しかもよりよい膜質が得
られるので、シリコン系薄膜光電変換装置の高性能化と
低コスト化の両方に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。

【図２】本発明のもう１つの実施の形態による非晶質シ
リコン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変
換装置を示す模式的な斜視図である。

【図３】本発明のさらに他の実施の形態による非晶質シ
リコン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変
換装置を示す模式的な斜視図である。

【符号の説明】

２０１，４０１，６０１：ガラス等の基板２０２，４０２，６０２：Ａｇ等の膜２０３，４０３，６０３：ＺｎＯ等の膜２０４，４０４，６０４：たとえばｎ型の第１導電型微
結晶シリコン層２０５，４０５，６０５：結晶質シリコン光電変換層２０６，４０６，６０６：たとえばｐ型の逆導電型多結
晶シリコン層２０７，４０７，６０７：ＩＴＯ等の透明導電膜２０８，４０８：Ａｇ等の櫛形電極２０９，４０９，６０９：照射光２１０，４１０，６１０：裏面電極２１１，４１１，６１１：結晶質シリコン光電変換ユニ
ット４１２，６１２：アモルファスシリコン光電変換ユニッ
ト４１３，６１３：たとえばｎ型の第１導電型シリコン系
層４１４，６１４：ｉ型のアモルファスシリコン光電変換
層４１５，６１５：たとえばｐ型の逆導電型シリコン系層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 31/04 Ｗ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
であって、前記光電変換装置は基板上に形成された少なくとも１つ
の光電変換ユニットを含み、この光電変換ユニットはプ
ラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導電型半導体
層と、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層と、逆導
電型半導体層とを含むものであり、前記光電変換層を前記プラズマＣＶＤ法で堆積する条件
として、下地温度が５５０℃以下であり、プラズマ反応室内に導入されるガスの主成分としてシラ
ン系ガスと水素ガスを含み、かつシラン系ガスに対する
水素ガスの流量が５０倍以上であり、前記プラズマ反応室内の圧力が３Ｔｏｒｒ以上に設定さ
れ、そして、成膜速度は厚さ方向で１６ｎｍ／分以上である
ことを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置の製造方
法。
【請求項２】前記プラズマ反応室内の圧力が５Ｔｏｒ
ｒ以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載の
シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項３】前記光電変換層は多結晶シリコン膜また
は体積結晶化分率８０％以上の微結晶シリコン膜であ
り、０．５原子％以上で３０原子％以下の水素を含有
し、そして０．５〜２０μｍの範囲内の膜厚を有してい
ることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン
系薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項４】前記光電変換層はその膜面に平行に（１
１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における
（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの
強度比が１／１０以下であることを特徴とする請求項１
から３のいずれかの項に記載のシリコン系薄膜光電変換
装置の製造方法。
【請求項５】前記光電変換ユニットと非晶質シリコン
系光電変換ユニットとを積層することによってタンデム
型の光電変換装置にすることを特徴とする請求項１から
４のいずれかの項に記載のシリコン系薄膜光電変換装置
の製造方法。