JP2733384B2 - Solar cell - Google Patents
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【0001】[0001]
【利用分野】本発明は、入射光を散乱せしめて活性層で
の光吸収を増加させる高効率太陽電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-efficiency solar cell that scatters incident light to increase light absorption in an active layer.
【0002】[0002]
【従来技術】光反射性基板を用いた太陽電池において、
その光反射面を凹凸のある粗面として形成し、低吸収波
長の光の行路長を増大せしめることによりその効率を改
善する方法は、例えば、USP4126150号公報
(出願人、RCA)に示唆され、特開昭56−1522
76号公報(出願人、帝人)においても述べられてい
る。更に特開昭59−104185号公報(出願人、エ
クソン・リサーチ・アンド・エンジニアリング・カンパ
ニー)において、粗面化基板の光学的効果が詳述されて
いる。2. Description of the Related Art In a solar cell using a light-reflective substrate,
For example, US Pat. No. 4,126,150 (Applicant, RCA) suggests a method for improving the efficiency by forming the light reflecting surface as a rough surface having irregularities and increasing the path length of light having a low absorption wavelength. JP-A-56-1522
No. 76 (applicant, Teijin). Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-104185 (Applicant, Exxon Research and Engineering Company) details the optical effect of a roughened substrate.
【0003】凹凸の形成法としては、特開昭54−15
3588号公報(出願人、ナショナル・パテント・ディ
ベロップメント・コーポレーション)においてウエット
・エッチング法が、特開昭58−159383号公報
(出願人、エナジー・コンバージョン・デバイセス)に
おいてサンドブラスト法、共蒸着法が、特開昭59−1
4682号公報(出願人、電解箔工業他)において、直
流電解エッチング法又は、化学エッチング法によるアル
ミニウムの粗面化がそれぞれ開示されている。As a method of forming unevenness, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-15 / 1979
In Japanese Patent No. 3588 (Applicant, National Patent Development Corporation), the wet etching method is used. JP-A-59-1
No. 4682 (applicant, electrolytic foil industry, etc.) discloses roughening of aluminum by a direct current electrolytic etching method or a chemical etching method.
【0004】また、特開昭63−169769号公報に
おいて、ダイヤモンド薄膜上に透明電極を形成し、該透
明電極上にp型層、i型層及びn型層を積層した太陽電
池を形成する例が示されている。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-169768, an example is described in which a transparent electrode is formed on a diamond thin film, and a p-type layer, an i-type layer and an n-type layer are laminated on the transparent electrode. It is shown.
【0005】[0005]
【従来技術の問題点】前記従来技術による基板表面の凹
凸形成方法では、太陽電池を形成した場合に種々の問題
点があった。2. Description of the Related Art The conventional method of forming unevenness on the surface of a substrate has various problems when a solar cell is formed.
【0006】たとえば、直流電解エッチング又は化学エ
ッチング等の溶液でのエッチングでは、基板のエッチン
グ残渣が基板表面に生じていた。そのためこのような基
板上に半導体層を堆積すると、エッチング残渣が半導体
層に拡散し、太陽電池の特性を低下させていた。また、
このようなエッチング残渣は基板との密着性が弱いため
に、その上に堆積した半導体層がはがれやすく、均一な
特性の太陽電池を堆積することが難しいという問題点が
あった。[0006] For example, in etching with a solution such as direct current electrolytic etching or chemical etching, an etching residue of the substrate is generated on the substrate surface. Therefore, when a semiconductor layer is deposited on such a substrate, the etching residue diffuses into the semiconductor layer, thereby deteriorating the characteristics of the solar cell. Also,
Such an etching residue has a problem that the semiconductor layer deposited thereon is easily peeled off because of poor adhesion to the substrate, and it is difficult to deposit a solar cell having uniform characteristics.
【0007】またサンドブラスト法では、微粒子を基板
に吹きつけて凹凸を形成するため、基板上に吹きつけた
微粒子が残り、微粒子が半導体層の異常成長の核となる
場合があった。また、微粒子は、基板との密着性が悪い
ために、その上に堆積した半導体層がはがれやすいとい
う問題点もあった。また更に、サンドブラスト法は、微
粒子を吹き付けて基板表面に凹凸を形成するため、基板
に歪が生じ、それが経時的に緩和していくために堆積し
た半導体層に、歪を生じさせる場合があり、半導体層の
はがれや、電気的特性の劣化をまねいていた。In the sand blast method, fine particles are sprayed on a substrate to form irregularities, so that the fine particles sprayed on the substrate remain, and the fine particles sometimes become nuclei for abnormal growth of the semiconductor layer. Further, there is also a problem that the fine particles have poor adhesion to the substrate, so that the semiconductor layer deposited thereon is easily peeled off. Furthermore, in the sand blast method, since fine particles are sprayed to form irregularities on the substrate surface, distortion occurs in the substrate, which may cause distortion in the deposited semiconductor layer because it is relaxed with time. This has led to peeling of the semiconductor layer and deterioration of electrical characteristics.
【0008】また共蒸着法によって、基板表面に凹凸を
形成する場合では、少なくとも2種の原料を同時に蒸着
するため、蒸着膜に不均一性が生じやすいという問題が
あり、その上に半導体層を堆積して形成した太陽電池に
特性むらができやすいという問題点があった。In the case of forming irregularities on the substrate surface by the co-evaporation method, at least two kinds of raw materials are simultaneously vapor-deposited, so that there is a problem that non-uniformity is likely to occur in the vapor-deposited film. There is a problem that characteristics are likely to be generated in the solar cell formed by deposition.
【0009】また更に、前記特開昭63−169769
号公報に記載のダイヤモンド薄膜を太陽電池の基板に用
いる例においては、ダイヤモンド薄膜上に透明電極を形
成し、当該透明電極上に半導体層を積層して、太陽電池
を形成している。この様な層構成の場合、ダイヤモンド
はガラス基板のかわりの高抵抗な基板として使用されて
いる。そのためダイヤモンド薄膜の上に透明電極が設け
られていた。この従来例では、ダイヤモンド薄膜と、半
導体層との間の優れた密着性が生かされないものであっ
た。また、透明電極の構成元素が半導体層に拡散すると
いう問題があった。Further, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-169969
In the case of using a diamond thin film as a substrate of a solar cell described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-209, a solar cell is formed by forming a transparent electrode on the diamond thin film and laminating a semiconductor layer on the transparent electrode. In such a layer configuration, diamond is used as a high-resistance substrate instead of a glass substrate. Therefore, a transparent electrode is provided on the diamond thin film. In this conventional example, excellent adhesion between the diamond thin film and the semiconductor layer cannot be utilized. Further, there is a problem that constituent elements of the transparent electrode diffuse into the semiconductor layer.
【0010】[0010]
【発明の目的】本発明は前記従来技術の問題点を解決す
ることを目的としている。An object of the present invention is to solve the problems of the prior art.
【0011】すなわち本発明の目的は、エッチング残渣
による太陽電池特性の低下のない太陽電池を提供するこ
とである。That is, an object of the present invention is to provide a solar cell in which the solar cell characteristics do not deteriorate due to the etching residue.
【0012】また本発明の目的は、サンドブラスト法等
で基板上に生じる残留微粒子の影響の全くない太陽電池
を提供することである。更に、微粒子の衝突による基板
の歪の経時的緩和による特性の低下のない太陽電池を提
供することである。It is another object of the present invention to provide a solar cell free from the effects of residual fine particles generated on a substrate by a sandblast method or the like. Another object of the present invention is to provide a solar cell in which characteristics are not deteriorated due to temporal relaxation of substrate distortion due to collision of fine particles.
【0013】また更に本発明の目的は、電極材料の半導
体層への拡散の影響のない太陽電池を提供することであ
る。Still another object of the present invention is to provide a solar cell free from the influence of the diffusion of the electrode material into the semiconductor layer.
【0014】また本発明の目的は、変換効率の高い太陽
電池を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a solar cell having high conversion efficiency.
【0015】また更に本発明の目的は、基板の歪による
太陽電池の経時的な劣化の問題のない太陽電池を提供す
ることにある。Still another object of the present invention is to provide a solar cell free from the problem of deterioration of the solar cell over time due to distortion of the substrate.
【0016】[0016]
【問題点を解決するための手段】本発明の太陽電池は、
前記問題点を解決し、目的を達成するために、導電性基
板上に、Siを含有する非単結晶から成るp型層、活性層
としてのi型層、n型層の各半導体層を積層して構成され
る太陽電池において、前記p型層とn型層の少なくとも一
方に炭素原子を含有し、かつ前記導電性基板と前記半導
体層との間に表面に凹凸を有し、価電子制御剤を含有す
る平滑多面体形状の多結晶ダイヤモンド層からなる拡散
防止層を有することを特徴としている。[Means for Solving the Problems] The solar cell of the present invention comprises:
In order to solve the above problems and achieve the object, on a conductive substrate, a p-type layer made of a non-single crystal containing Si, an i-type layer as an active layer, and an n-type semiconductor layer are stacked. In a solar cell configured as above, at least one of the p-type layer and the n-type layer contains a carbon atom, and has irregularities on the surface between the conductive substrate and the semiconductor layer, and controls valence electrons. Of a polyhedral diamond layer in the form of a smooth polyhedron containing an additive
It has a prevention layer .
【0017】図1は、本発明の太陽電池の1例の模式的
説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of one example of the solar cell of the present invention.
【0018】図1において、本発明の太陽電池は導電性
基板101、ダイヤモンド層102、n型層103、i
型層104、p型層105、透明電極106から構成さ
れている。In FIG. 1, a solar cell according to the present invention comprises a conductive substrate 101, a diamond layer 102, an n-type layer 103, i
It comprises a mold layer 104, a p-type layer 105 and a transparent electrode 106.
【0019】以下本発明の太陽電池を構成する各層につ
いて詳細に述べる。Hereinafter, each layer constituting the solar cell of the present invention will be described in detail.
【0020】(導電性基板)本発明において、導電性の
基板は、導電性の材料または、導電処理された絶縁性材
料で形成される。導電性の材料としては、例えばNiC
r、ステンレス、Al、Cr、Mo、Au、Nb、T
a、V、Ti、Pt、Pb等の金属またはこれ等の合金
が挙げられる。(Conductive Substrate) In the present invention, the conductive substrate is formed of a conductive material or an insulating material subjected to a conductive treatment. As the conductive material, for example, NiC
r, stainless steel, Al, Cr, Mo, Au, Nb, T
a, V, Ti, Pt, Pb and other metals or alloys thereof.
【0021】電気絶縁性材料としては、ポリエステル、
ポリエチレン、ポリカーボーネート、セルロースアセテ
ート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニ
リデン、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィ
ルム又はシート、ガラス、セラミックス、紙などが通常
使用される。これ等の電気絶縁性材料は、少なくともそ
の一方の表面を導電処理し、該導電処理した表面側に他
の層を設けるのが望ましい。As the electrically insulating material, polyester,
Films or sheets of synthetic resin such as polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, etc., glass, ceramics, paper and the like are usually used. It is desirable that at least one surface of these electrically insulating materials is subjected to conductive treatment, and another layer is provided on the conductive-treated surface side.
【0022】例えば、ガラスであれば、その表面に、N
iCr、Al、Cr、Mo、Au、Ir、Nb、Ta、
V、Ti、Pt、Pd、In2O3、SnO2、ITO
(In2O3+SnO2)等から成る薄膜を設けることに
よって導電性が付与され、或いはポリエステルフィルム
等の合成樹脂フィルムであれば、NiCr、Al、A
g、Pb、Zn、Ni、An、Cr、Mo、Ir、N
b、Ta、V、Ti、Pt等の金属の薄膜を真空蒸着、
電子ビーム蒸着、スパッタリング等でその表面に設け、
又は前記金属でその表面をラミネート処理して、その表
面に導電性が付与される。For example, in the case of glass, N
iCr, Al, Cr, Mo, Au, Ir, Nb, Ta,
V, Ti, Pt, Pd, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO
By providing a thin film made of (In 2 O 3 + SnO 2 ) or the like, conductivity is imparted, or if it is a synthetic resin film such as a polyester film, NiCr, Al, A
g, Pb, Zn, Ni, An, Cr, Mo, Ir, N
b, Ta, V, Ti, Pt, etc.
Provided on the surface by electron beam evaporation, sputtering, etc.,
Alternatively, the surface is laminated with the metal to impart conductivity to the surface.
【0023】基板の厚さは、所望通りの太陽電池が形成
される様に適宜決定されるが、製造上及び取り扱い上、
機械的強度等の点から、通常は10μm以上とされる。The thickness of the substrate is appropriately determined so that a desired solar cell is formed.
In terms of mechanical strength and the like, the thickness is usually 10 μm or more.
【0024】(ダイヤモンド層)本発明において、ダイ
ヤモンド層は、太陽電池の交換効率を向上させ、かつ経
時的劣化を減少させる働きをする重要な層である。(Diamond Layer) In the present invention, the diamond layer is an important layer that functions to improve the exchange efficiency of the solar cell and to reduce deterioration over time.
【0025】本発明において、ダイヤモンド層は、多結
晶のダイヤモンドで形成される。多結晶のダイヤモンド
には平滑多面体形状、骸晶形状、針状結晶集合体形状等
があるが、本発明においては、平滑多面体形状の多結晶
ダイヤモンドが適している。In the present invention, the diamond layer is formed of polycrystalline diamond. The polycrystalline diamond includes a smooth polyhedron shape, a skull crystal shape, a needle crystal aggregate shape, and the like. In the present invention, a polycrystal diamond having a smooth polyhedron shape is suitable.
【0026】この様に平滑多面体形状の多結晶ダイヤモ
ンドで形成したダイヤモンド層は、該層表面に凹凸を有
している。該凹凸によって太陽電池内に照射された光が
散乱され、太陽電池表面で散乱光が全反射し、または散
乱光は太陽電池内を厚さ方向に対して、斜めに進行す
る。その結果、太陽電池内で吸収される光量が増加し、
太陽電池の変換効率が増加する。特に、平滑多面体形状
の多結晶ダイヤモンドは、平滑多面体の多面体表面がほ
ぼ鏡面であり、従来技術による凹凸の各微小表面より表
面性が良い。その結果、太陽電池内での光閉じ込め効果
が、従来よりも良くなり、太陽電池の変換効率が向上す
る。As described above, the diamond layer formed of polycrystalline diamond having a smooth polyhedral shape has irregularities on the surface of the diamond layer. The light radiated into the solar cell is scattered by the unevenness, and the scattered light is totally reflected on the surface of the solar cell, or the scattered light travels obliquely in the thickness direction in the solar cell. As a result, the amount of light absorbed in the solar cell increases,
The conversion efficiency of the solar cell increases. In particular, polycrystalline diamond having a smooth polyhedron shape has a substantially polyhedral surface on the smooth polyhedron, and has a better surface property than each minute surface of concavities and convexities according to the prior art. As a result, the light confinement effect in the solar cell becomes better than before, and the conversion efficiency of the solar cell is improved.
【0027】又、更に平滑多面体形状の多結晶ダイヤモ
ンド層は、多結晶ダイヤモンドの構造が非常にち密であ
るため、導電性基板からの金属の半導体層への拡散を防
止することができる。Further, since the polycrystalline diamond layer having a smooth polyhedral shape has a very dense polycrystalline diamond structure, diffusion of metal from the conductive substrate into the semiconductor layer can be prevented.
【0028】又、多結晶ダイヤモンドは、構造的に結晶
界面が柔軟であるため、太陽電池作製時の歪を緩和する
ことができる。その結果、前記基板からの不純物の拡散
または歪による太陽電池の経時的劣化を防止することが
できる。Also, polycrystalline diamond has a soft crystalline interface structurally, so that strain during the production of a solar cell can be reduced. As a result, it is possible to prevent deterioration of the solar cell over time due to diffusion or distortion of impurities from the substrate.
【0029】このような機能を有する平滑多面体形状の
多結晶ダイヤモンド層は、全ての平滑多面体形状が適し
ている訳ではなく、ごく限られたものが適するものであ
る。Not all smooth polyhedral shapes are suitable for the smooth polyhedral polycrystalline diamond layer having such a function, but very limited ones are suitable.
【0030】本発明に適したダイヤモンド層は、層厚が
0.1μm〜5μmであり、表面の凹凸は0.05S〜
1Sである。The diamond layer suitable for the present invention has a layer thickness of 0.1 μm to 5 μm and a surface unevenness of 0.05 S to 5 μm.
1S.
【0031】又、平滑多面体結晶の大きさは、平均半径
で0.05μm〜5μmである。The size of the smooth polyhedral crystal is 0.05 μm to 5 μm in average radius.
【0032】また更にダイヤモンド層内、特に多結晶の
界面に水素が含有される。含有水素量は1〜5at%が
適している。Further, hydrogen is contained in the diamond layer, particularly at the polycrystalline interface. A hydrogen content of 1 to 5 at% is suitable.
【0033】加えて本発明のダイヤモンド層は、導電性
基板と半導体層の間に設けられるため、ダイヤモンド層
は低抵抗であることが必要である。ダイヤモンド層の好
ましい暗導電率としては、0.1S/cm以上である。
この様な暗導電率にするために必要な不純物のドーピン
グ量は、1at%〜10at%である。不純物のドーピ
ング量が10at%より多くなると、ダイヤモンド層が
平滑多面体形状の結晶で構成することができなくなる。In addition, since the diamond layer of the present invention is provided between the conductive substrate and the semiconductor layer, the diamond layer needs to have low resistance. The preferred dark conductivity of the diamond layer is 0.1 S / cm or more.
The doping amount of the impurity necessary for achieving such dark conductivity is 1 at% to 10 at%. When the doping amount of the impurity is more than 10 at%, the diamond layer cannot be formed of a smooth polyhedral crystal.
【0034】本発明において、ダイヤモンド層内に含有
される価電子制御剤としては、n型である場合には、周
期表5族の元素、特に、N、P、As、Sb、Biが適
している。またp型である場合には、周期表3族の元
素、特に、B、Al、Ga、In、Tlが適している。In the present invention, when the valence electron controlling agent contained in the diamond layer is an n-type, an element belonging to Group 5 of the periodic table, particularly N, P, As, Sb or Bi is suitable. I have. In the case of a p-type, an element belonging to Group 3 of the periodic table, particularly, B, Al, Ga, In, or Tl is suitable.
【0035】本発明におけるダイヤモンド層は、熱フィ
ラメントCVD法、高周波プラズマCVD法、マイクロ
波プラズマCVD法、直流プラズマCVD法、イオンビ
ーム法、等で堆積される。The diamond layer in the present invention is deposited by a hot filament CVD method, a high frequency plasma CVD method, a microwave plasma CVD method, a direct current plasma CVD method, an ion beam method, or the like.
【0036】その中で特にマイクロ波プラズマCVD法
が適している。Among them, the microwave plasma CVD method is particularly suitable.
【0037】本発明におけるダイヤモンド層を、前記プ
ラズマCVD法で堆積する場合、適した原料ガスとして
は、次の様な原料ガスが挙げられる。In the case where the diamond layer in the present invention is deposited by the plasma CVD method, suitable source gases include the following source gases.
【0038】炭素原子導入用の原料ガスとなる炭素原子
含有化合物としては、例えば炭素数1〜4の飽和炭化水
素、炭素数2〜4のエチレン系炭化水素、炭素数2〜3
のアセチレン系炭化水素等が挙げられる。Examples of the carbon atom-containing compound serving as a raw material gas for introducing carbon atoms include saturated hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms, ethylene hydrocarbons having 2 to 4 carbon atoms, and 2 to 3 carbon atoms.
Acetylene-based hydrocarbons.
【0039】具体的には、飽和炭化水素としては、メタ
ン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C
3H8)、n−ブタン(n−C4H10)、ペンタン(C5H
12)、エチレン系炭化水素としては、エチレン(C
2H4)、プロピレン(C 3H6)、ブテン−1(C
4H8)、ブテン−2(C4H8)、イソブチレン(C
4H8)、ペンテン(C5H10)、アセチレン系炭化水素
としては、アセチレン(C2H2)、メチルアセチレン
(C3H4)、ブチン(C4H6)等が挙げられる。Specifically, as the saturated hydrocarbon, meta-
(CHFour), Ethane (CTwoH6), Propane (C
ThreeH8), N-butane (n-CFourHTen), Pentane (CFiveH
12), And ethylene (C
TwoHFour), Propylene (C ThreeH6), Butene-1 (C
FourH8), Butene-2 (CFourH8), Isobutylene (C
FourH8), Penten (CFiveHTen), Acetylenic hydrocarbons
Acetylene (CTwoHTwo), Methyl acetylene
(CThreeHFour), Butyne (CFourH6) And the like.
【0040】又、ハロゲン原子含有の炭化水素も挙げら
れる。In addition, hydrocarbons containing halogen atoms are also included.
【0041】具体的には、CH3F、CH2F2、CH3C
l、CH2Cl2、CF4、C2H5F、C2H4F2、C2H4
FCl、C2H2F2、C2H2FCl等が挙げられる。Specifically, CH 3 F, CH 2 F 2 , CH 3 C
1, CH 2 Cl 2 , CF 4 , C 2 H 5 F, C 2 H 4 F 2 , C 2 H 4
FCl, C 2 H 2 F 2 , C 2 H 2 FCl , and the like.
【0042】また更に、本発明のダイヤモンド層形成に
は、前記炭素原子導入用の原料ガスに加えて、水素ガス
が必須である。Further, in forming the diamond layer of the present invention, hydrogen gas is essential in addition to the above-mentioned source gas for introducing carbon atoms.
【0043】本発明のダイヤモンド層形成に適した炭素
原子導入用原料ガスの水素ガスに対する混合比は、1〜
10%である。The mixing ratio of the raw material gas for introducing carbon atoms to the hydrogen gas suitable for forming the diamond layer of the present invention is 1 to 3.
10%.
【0044】本発明において第3族原子導入用の出発物
質として有効に使用されるものとしては、具体的には硼
素原子導入用として、B2H6、B4H10、B5H9、B5H
11、B6H10、B6H12、B6H14等の水素化硼素、B
F3、BCl3、BBr3等のハロゲン化硼素等を挙げる
ことができるが、この他、AlCl3、GaCl3、In
Cl3、TlCl3等も挙げることができる。In the present invention, as a starting material for introducing a Group 3 atom, specifically, for introducing a boron atom, B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 5 H
11, B 6 H 10, B 6 H 12, B 6 H 14 borohydride such as, B
Examples thereof include boron halides such as F 3 , BCl 3 , and BBr 3. In addition, AlCl 3 , GaCl 3 , and In
Cl 3 and TlCl 3 can also be mentioned.
【0045】本発明において、第5族原子導入用の出発
物質として有効に使用されるのは、具体的には燐原子導
入用としては、PH3、P2H4等の水素化燐、PH4I、
PF3、PF5、PCl3、PCl5、PBr3、PBr5、
PI3等のハロゲン化燐が挙げられる。この他、As
H3、AsF3、AsCl3、AsBr3、AsF5、Sb
H3、SbF3、SbF5、SbCl3、SbCl5、Bi
H3、BiCl3、BiBr3等も挙げることができる。In the present invention, the starting material for introducing a group 5 atom is effectively used. Specifically, for introducing a phosphorus atom, a hydrogenated phosphorus such as PH 3 or P 2 H 4 , 4 I,
PF 3 , PF 5 , PCl 3 , PCl 5 , PBr 3 , PBr 5 ,
Phosphorus halides such as PI 3 ; In addition, As
H 3 , AsF 3 , AsCl 3 , AsBr 3 , AsF 5 , Sb
H 3, SbF 3, SbF 5 , SbCl 3, SbCl 5, Bi
H 3 , BiCl 3 , BiBr 3 and the like can also be mentioned.
【0046】加えて本発明のダイヤモンド層をプラズマ
CVD法で堆積する場合、以下の様な条件で堆積するこ
とが望ましい。In addition, when depositing the diamond layer of the present invention by the plasma CVD method, it is desirable to deposit under the following conditions.
【0047】本発明のダイヤモンド層を堆積する場合、
プラズマ内で分解された炭素原子導入用ガス同志の気相
反応を防止することが必要である。そのため、プラズマ
発生時の内圧は、1mTorr〜50mTorrの間に
制御することが必要である。When depositing the diamond layer of the present invention,
It is necessary to prevent a gas phase reaction between the carbon-introducing gases decomposed in the plasma. Therefore, it is necessary to control the internal pressure at the time of plasma generation between 1 mTorr and 50 mTorr.
【0048】また、プラズマ内で炭素原子導入用ガスと
水素ガスは、十分に分解または活性化されなければなら
ない。そのために反応空間内に投入されるパワーは、炭
素原子導入用ガスの流量及び反応空間の体積に対して
0.01〜1W/sccm・cm3の間に制御すること
が必要である。The gas for introducing carbon atoms and the hydrogen gas must be sufficiently decomposed or activated in the plasma. For this purpose, the power supplied into the reaction space needs to be controlled between 0.01 to 1 W / sccm · cm 3 with respect to the flow rate of the gas for introducing carbon atoms and the volume of the reaction space.
【0049】加えて、反応空間内のプラズマで分解され
た炭素原子導入用ガスと水素ガスが基板上で反応し、本
発明のダイヤモンド層を形成する上で基板温度は重要な
因子であり、本発明においては、200℃〜800℃と
することが望ましい。In addition, the temperature of the substrate is an important factor in forming the diamond layer of the present invention when the gas for introducing carbon atoms and the hydrogen gas which are decomposed by the plasma in the reaction space react on the substrate. In the present invention, the temperature is desirably 200 ° C to 800 ° C.
【0050】(n型層)本発明においてn型層は、太陽
電池の起電力や光電流を支配する重要な層である。(N-type layer) In the present invention, the n-type layer is an important layer that controls the electromotive force and photocurrent of the solar cell.
【0051】n型層の材料としては、シリコン含有の非
単結晶半導体が適し、特に水素化及びハロゲン化アモル
ファスシリコン(マイクロクリスタルシリコンを含む)
が適するものである。また更に限定すれば、アモルファ
スシリコンの中のマイクロクリスタルシリコンが最適で
ある。As the material of the n-type layer, a silicon-containing non-single-crystal semiconductor is suitable, and in particular, hydrogenated and halogenated amorphous silicon (including microcrystalline silicon)
Are suitable. More specifically, microcrystalline silicon in amorphous silicon is optimal.
【0052】又、n型層側から光照射を行う場合には、
n型層での光吸収をより少なくし、i型層へより多くの
光量を導入するためには、アモルファス炭化シリコン
(マイクロクリスタル炭化シリコンも含有する)をn型
層の材料として用いるのが好ましい。When light irradiation is performed from the n-type layer side,
In order to reduce light absorption in the n-type layer and introduce more light into the i-type layer, it is preferable to use amorphous silicon carbide (including microcrystalline silicon carbide) as a material for the n-type layer. .
【0053】マイクロクリスタルシリコン及びマイクロ
クリスタル炭化シリコンの粒径は、好ましくは30Å〜
200Åであり、最適には30Å〜100Åである。Microcrystal silicon and microcrystal silicon carbide preferably have a particle size of 30 ° to
200 °, optimally between 30 ° and 100 °.
【0054】また水素及びハロゲン原子の含有量は、マ
イクロクリスタルシリコン又は、マイクロクリスタル炭
化シリコンの場合には、好ましくは1at%〜10at
%であり、最適には1at%〜7at%である。In the case of microcrystalline silicon or microcrystalline silicon carbide, the content of hydrogen and halogen atoms is preferably 1 at% to 10 at%.
%, Optimally between 1 at% and 7 at%.
【0055】アモルファスシリコン及びアモルファス炭
化シリコンの場合に水素及びハロゲン原子の含有量は、
好ましくは、1at%〜40at%、最適には5at%
〜20at%である。In the case of amorphous silicon and amorphous silicon carbide, the contents of hydrogen and halogen atoms are as follows:
Preferably 1 at% to 40 at%, optimally 5 at%
2020 at%.
【0056】また更に、n型層に含有される価電子制御
剤としては、周期表第5A族元素が適している。その中
で特にリン(P)、ちっ素(N)、ひ素(As)、アン
チモン(S6)が最適である。As the valence electron controlling agent contained in the n-type layer, a Group 5A element of the periodic table is suitable. Among them, phosphorus (P), nitrogen (N), arsenic (As), and antimony (S6) are particularly suitable.
【0057】加えて、n型層に含有される価電子制御剤
の含有量は、好ましくは1at%〜20at%であり、
最適には5at%〜10at%である。In addition, the content of the valence electron controlling agent contained in the n-type layer is preferably 1 at% to 20 at%,
Optimally, it is 5 at% to 10 at%.
【0058】n型層の電気的特性としては、前記各条件
内で、活性化エネルギーが0.2eV以下のものが好ま
しく、0.1eV以下のものが最適である。また比抵抗
としては、10Ωcm以下が好ましく、1Ωcm以下が
最適である。Regarding the electrical characteristics of the n-type layer, those having an activation energy of 0.2 eV or less are preferable, and those having an activation energy of 0.1 eV or less are optimal within the above-mentioned conditions. The specific resistance is preferably 10 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less.
【0059】(i型層)本発明において、i型層は、照
射光に対してキャリアを発生、輸送する重要な層であ
る。i型層に適したシリコン原子を含有する非単結晶材
料としてはアモルファスシリコン(微結晶シリコン)が
挙げられる。アモルファスシリコンの中でも特に水素化
アモルファスシリコン、水素化及びハロゲン化アモルフ
ァスシリコンが適している。(I-type layer) In the present invention, the i-type layer is an important layer that generates and transports carriers with respect to irradiation light. As a non-single-crystal material containing silicon atoms suitable for the i-type layer, amorphous silicon (microcrystalline silicon) can be given. Among amorphous silicon, hydrogenated amorphous silicon, hydrogenated and halogenated amorphous silicon are particularly suitable.
【0060】又、アモルファスシリコン中に含有される
水素またはハロゲンの含有量は、局在準位を減少させ電
気的特性を高品質に保つために非常に重要である。水素
原子とシリコン原子の結合状態は、シリコン原子に水素
原子が1ケ結合した状態が好ましいものである。ハロゲ
ン原子とシリコン原子の結合状態についても同様であ
る。The content of hydrogen or halogen contained in the amorphous silicon is very important for reducing localized levels and maintaining high quality electric characteristics. The bonding state of a hydrogen atom and a silicon atom is preferably a state in which one hydrogen atom is bonded to a silicon atom. The same applies to the bonding state between a halogen atom and a silicon atom.
【0061】又、水素原子とハロゲン原子の含有量は、
好ましくは1at%〜40at%であり、最適には5a
t%〜20at%である。The content of hydrogen atoms and halogen atoms is
It is preferably 1 at% to 40 at%, and most preferably 5 a%.
t% to 20 at%.
【0062】また更に、i型層の層厚は、本発明の光起
電力素子の特性を左右する重要なパラメーターである。
i型層の好ましい層厚は、0.1μm〜1μmであり、
最適な層厚は、0.2μm〜0.6μmである。Further, the thickness of the i-type layer is an important parameter that affects the characteristics of the photovoltaic device of the present invention.
A preferred layer thickness of the i-type layer is 0.1 μm to 1 μm,
The optimum layer thickness is between 0.2 μm and 0.6 μm.
【0063】この層厚は、i型層の吸光係数や太陽光等
のスペクトルを考慮し、上記範囲内で設計することが望
ましいものである。This layer thickness is desirably designed within the above range in consideration of the absorption coefficient of the i-type layer and the spectrum of sunlight and the like.
【0064】(p型層)本発明において、p型層は、太
陽電池の光起電力や光電流を支配する重要な層である。(P-type layer) In the present invention, the p-type layer is an important layer that controls the photovoltaic power and photocurrent of the solar cell.
【0065】p型層の材料としては、シリコン原子含有
の非単結晶半導体が適し、特に水素化及びハロゲン化ア
モルファスシリコン(マイクロクリスタルシリコンを含
む)と水素化及びハロゲン化アモルファス炭化シリコン
が適するものである。As the material of the p-type layer, a non-single-crystal semiconductor containing silicon atoms is suitable, and in particular, hydrogenated and halogenated amorphous silicon (including microcrystalline silicon) and hydrogenated and halogenated amorphous silicon carbide are suitable. is there.
【0066】また更に限定すれば、光起電力や光電流を
より大きくするために禁制帯幅が広く、太陽光に対して
透過率の高いマイクロクリスタル炭化シリコンが好まし
い。More specifically, in order to further increase photovoltaic power and photocurrent, microcrystalline silicon carbide having a wide bandgap and high transmittance to sunlight is preferable.
【0067】本発明において、マイクロクリスタルシリ
コン及びマイクロクリスタル炭化シリコンの粒径は、好
ましくは30Å〜500Åであり、最適には、50Å〜
300Åである。In the present invention, the microcrystalline silicon and the microcrystalline silicon carbide preferably have a particle size of 30 to 500 °, and most preferably 50 to 500 °.
It is 300Å.
【0068】又、水素及びハロゲン原子の含有量は、マ
イクロクリスタルの場合には、好ましくは1at%〜1
0at%であり、最適には1at%〜7at%である。In the case of a microcrystal, the content of hydrogen and halogen atoms is preferably 1 at% to 1 at%.
0 at%, and optimally 1 at% to 7 at%.
【0069】本発明において、アモルファスの場合に
は、水素及びハロゲン原子の含有量は、好ましくは1a
t%〜40at%、最適には5at%〜20at%であ
る。In the present invention, when amorphous, the content of hydrogen and halogen atoms is preferably 1a
t% to 40 at%, optimally 5 to 20 at%.
【0070】p型層の層厚は、好ましくは10Å〜50
0Å、最適には30Å〜200Åである。The thickness of the p-type layer is preferably from 10 ° to 50 °.
0 °, optimally between 30 ° and 200 °.
【0071】アモルファス炭化シリコン(マイクロクリ
スタル炭化シリコンも含む)中の炭素含有量は、好まし
くは5at%〜50at%、最適には10at%〜30
at%である。The carbon content in amorphous silicon carbide (including microcrystalline silicon carbide) is preferably 5 at% to 50 at%, and most preferably 10 at% to 30 at%.
at%.
【0072】また更に、p型層に含有される添加物とし
ては、周期表第3族元素が適している。その中で特にほ
う素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)
が最適である。Further, as an additive contained in the p-type layer, an element belonging to Group 3 of the periodic table is suitable. Among them, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga)
Is optimal.
【0073】加えて、p型層に含有される添加物の含有
量は、好ましくは1at%〜20at%であり、最適に
は5at%〜10at%である。In addition, the content of the additive contained in the p-type layer is preferably 1 at% to 20 at%, and most preferably 5 at% to 10 at%.
【0074】p型層の電気的特性としては、前記各条件
内で、活性化エネルギーが0.2eV以下のものが好ま
しく、0.1eV以下のものが最適である。また比抵抗
としては、10Ωcm以下が好ましく、1Ωcm以下が
最適である。Regarding the electrical characteristics of the p-type layer, those having an activation energy of 0.2 eV or less are preferable and those having an activation energy of 0.1 eV or less are optimal within the above-mentioned conditions. The specific resistance is preferably 10 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less.
【0075】(透明電極)本発明において用いられる透
明電極としては太陽や白色蛍光灯等からの光を半導体層
内に効率良く吸収させるために光の透過率が85%以上
であることが望ましく、さらに、電気的には太陽電池の
出力に対して抵抗成分とならぬようにシート抵抗値は1
00Ω以下であることが望ましい。このような特性を備
えた材料として例えばSnO2、In2O3、ZnO、C
dO、Cd2SnO4、ITO(In2O3+SnO2)な
どの金属酸化物や、Au、Al、Cu等の金属を極めて
薄く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙げられる。(Transparent Electrode) The transparent electrode used in the present invention preferably has a light transmittance of 85% or more in order to efficiently absorb light from the sun or a white fluorescent lamp into the semiconductor layer. Further, the sheet resistance is set to 1 so that the resistance of the output of the solar cell does not become a resistance component.
It is desirable that the resistance is not more than 00Ω. As a material having such characteristics, for example, SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, C
Examples thereof include metal oxides such as dO, Cd 2 SnO 4 and ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ), and metal thin films in which a metal such as Au, Al, and Cu is formed to be extremely thin and translucent.
【0076】これらの作製方法としては、抵抗加熱蒸着
法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレ
ー法等を用いることができ所望に応じて適宜選択され
る。As the manufacturing method, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spraying method, or the like can be used, and it is appropriately selected as desired.
【0077】本発明において、p型層、n型層、i型層
は、直流プラズマCVD法、高周波プラズマCVD法、
マイクロ波プラズマCVD法等で形成することが適して
いる。In the present invention, the p-type layer, the n-type layer, and the i-type layer are formed by DC plasma CVD, high-frequency plasma CVD,
It is suitable to form by a microwave plasma CVD method or the like.
【0078】前記プラズマCVD法に適した原料ガスと
して次のガスが挙げられる。The following gases are mentioned as source gases suitable for the plasma CVD method.
【0079】本発明において使用されるSi供給用の原
料ガスとしては、SiH4、Si2H6、Si3H8、Si4
H10等のガス状態の又はガス化し得る水素化硅素(シラ
ン類)が有効に使用されるものとして挙げられ、殊に、
層作成作業の扱い易さ、Si供給効率の良さ等の点でS
iH4、Si2H6が好ましいものとして挙げられる。The source gas for supplying Si used in the present invention includes SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , Si 4
Silicon hydrides (silanes) in a gaseous state or capable of being gasified, such as H 10, are mentioned as being effectively used.
In terms of the ease of handling the layer creation work and the good Si supply efficiency,
Preferred are iH 4 and Si 2 H 6 .
【0080】本発明において使用されるハロゲン原子導
入用の原料ガスとして有効なのは、多くのハロゲン化合
物が挙げられ、例えばハロゲンガス、ハロゲン化物、ハ
ロゲン間化合物、ハロゲンで置換されたシラン誘導体等
のガス状態の又はガス化し得るハロゲン化合物が好まし
く挙げられる。As the raw material gas for introducing a halogen atom used in the present invention, many halogen compounds can be mentioned. For example, a gas state such as a halogen gas, a halide, an interhalogen compound, or a silane derivative substituted with a halogen can be used. Or a gaseous halogen compound is preferred.
【0081】又、さらには、シリコン原子とハロゲン原
子とを構成要素とするガス状態の又はガス化し得る、ハ
ロゲン原子を含む硅素化合物も有効なものとして本発明
においては挙げることができる。Further, in the present invention, a silicon compound containing a halogen atom, which is a gas state or can be gasified, comprising silicon atoms and halogen atoms as constituents, can also be mentioned as effective ones.
【0082】本発明において好適に使用し得るハロゲン
化合物としては、具体的にはフッ素、塩素、臭素、ヨウ
素のハロゲンガス、BrF、ClF、ClF3、Br
F5、BrF3、IF3、IF7、ICl、IBr等のハロ
ゲン間化合物を挙げることができる。Examples of the halogen compound that can be suitably used in the present invention include halogen gas of fluorine, chlorine, bromine and iodine, BrF, ClF, ClF 3 and Br.
Interhalogen compounds such as F 5 , BrF 3 , IF 3 , IF 7 , ICl, and IBr can be mentioned.
【0083】ハロゲン原子を含む硅素化合物、所謂、ハ
ロゲン原子で置換されたシラン誘導体としては、具体的
には例えばSiF4,Si2F6,SiCl4,SiBr4
等のハロゲン化硅素が好ましいものとして挙げることが
できる。Examples of the silicon compound containing a halogen atom, ie, a silane derivative substituted with a halogen atom, include, for example, SiF 4 , Si 2 F 6 , SiCl 4 , SiBr 4
And the like are preferred.
【0084】このようなハロゲン原子を含む硅素化合物
を採用してグロー放電法によって本発明の特徴的な積室
中に導入して該ガスのプラズマ雰囲気を形成してやれば
良い。The above-mentioned silicon compound containing a halogen atom may be employed and introduced into a chamber characterized by the present invention by a glow discharge method to form a plasma atmosphere of the gas.
【0085】本発明においては、ハロゲン原子導入用の
原料ガスとして上記されたハロゲン化合物或いはハロゲ
ンを含む硅素化合物が有効なものとして使用されるもの
であるが、その他に、HF、HCl、HBr、HI等の
ハロゲン化水素、SiH2F2、SiH2I2、SiH2C
l2、SiHCl3、SiH2Br2、SiHBr3等のハ
ロゲン置換水素化硅素、等々のガス状態の或いはガス化
し得る、水素原子を構成要素の1つとするハロゲン化物
も有効な出発物質として挙げることができる。In the present invention, the above-mentioned halogen compounds or halogen-containing silicon compounds are effectively used as the raw material gas for introducing halogen atoms. In addition, HF, HCl, HBr, HI , SiH 2 F 2 , SiH 2 I 2 , SiH 2 C
Halogen-substituted silicon hydrides such as l 2 , SiHCl 3 , SiH 2 Br 2 , SiHBr 3 , and other gaseous or gasifiable halides having a hydrogen atom as one of the constituent elements are also listed as effective starting materials. Can be.
【0086】これ等の水素原子を含むハロゲン化物は、
層形成の際に形成される層中にハロゲン原子の導入と同
時に電気的或いは光電的特性の制御に極めて有効な水素
原子も導入されるので、本発明においては好適なハロゲ
ン導入用の原料として使用される。These halides containing a hydrogen atom include:
In the present invention, a hydrogen atom which is extremely effective in controlling electric or photoelectric characteristics is introduced simultaneously with the introduction of a halogen atom into a layer formed at the time of layer formation. Is done.
【0087】炭素原子導入用の原料となる炭素原子含有
化合物としては、例えば炭素数1〜4の飽和炭化水素、
炭素数2〜4のエチレン系炭化水素、炭素数2〜3のア
セチレン系炭化水素等が挙げられる。The carbon atom-containing compound serving as a raw material for introducing carbon atoms includes, for example, a saturated hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms,
Examples thereof include an ethylene hydrocarbon having 2 to 4 carbon atoms and an acetylene hydrocarbon having 2 to 3 carbon atoms.
【0088】具体的には、飽和炭化水素としては、メタ
ン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C
3H8)、n−ブタン(n−C4H10)、ペンタン(C5H
12)、エチレン系炭化水素としては、エチレン(C
2H4)、プロピレン(C 3H6)、ブテン−1(C
4H8)、ブテン−2(C4H8)、イソブチレン(C
4H8)、ペンテン(C5H10)、アセチレン系炭化水素
としては、アセチレン(C2H2)、メチルアセチレン
(C3H4)、ブチン(C4H6)等が挙げられる。Specifically, as the saturated hydrocarbon, meta-
(CHFour), Ethane (CTwoH6), Propane (C
ThreeH8), N-butane (n-CFourHTen), Pentane (CFiveH
12), And ethylene (C
TwoHFour), Propylene (C ThreeH6), Butene-1 (C
FourH8), Butene-2 (CFourH8), Isobutylene (C
FourH8), Penten (CFiveHTen), Acetylenic hydrocarbons
Acetylene (CTwoHTwo), Methyl acetylene
(CThreeHFour), Butyne (CFourH6) And the like.
【0089】SiとCとHとを構成原子とする原料ガス
としては、Si(CH3)4、Si(C2H4)等のケイ化
アルキルを挙げることができる。Examples of the source gas containing Si, C and H as constituent atoms include alkyl silicides such as Si (CH 3 ) 4 and Si (C 2 H 4 ).
【0090】第3族原子又は第5族原子の含有される層
を形成するのにグロー放電法を用いる場合、該層形成用
の原料ガスとなる出発物質は、前記したSi用の出発物
質の中から適宜選択したものに、第3族原子又は第5族
原子導入用の出発物質が加えられたものである。そのよ
うな第3族原子又は第5族原子導入用の出発物質として
は第3族原子又は第5族原子を構成原子とするガス状態
の物質又はガス化しうる物質をガス化したものであれ
ば、いずれのものであってもよい。When a glow discharge method is used to form a layer containing Group 3 atoms or Group 5 atoms, the starting material serving as a source gas for forming the layer is the same as the starting material for Si described above. A starting material for introducing a Group 3 atom or a Group 5 atom is added to one appropriately selected from the above. As such a starting material for introducing a Group 3 atom or a Group 5 atom, a gaseous substance having a Group 3 atom or a Group 5 atom as a constituent atom or a gasified substance that can be gasified is used. , Any of them.
【0091】本発明において第3族原子導入用の出発物
質として有効に使用されるものとしては、具体的には硼
素原子導入用として、B2H6、B4H10、B5H9、B5H
11、B6H10、B6H12、B6H14等の水素化硼素、B
F3、BCl3、BBr3等のハロゲン化硼素等を挙げる
ことができるが、この他、AlCl3、GaCl3、In
Cl3、TlCl3等も挙げることができる。In the present invention, a substance effectively used as a starting material for introducing a Group 3 atom includes, specifically, B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 5 H
11, B 6 H 10, B 6 H 12, B 6 H 14 borohydride such as, B
Examples thereof include boron halides such as F 3 , BCl 3 , and BBr 3. In addition, AlCl 3 , GaCl 3 , and In
Cl 3 and TlCl 3 can also be mentioned.
【0092】本発明において第5族原子導入用の出発物
質として有効に使用されるのは、具体的には燐原子導入
用としては、PH3、P2H4等の水素化燐、PH4I、P
F3、PF5、PCl3、PCl5、PBr3、PFr5、P
I3等のハロゲン化燐が挙げられる。この他、AsH3、
AsF3、AsCl3、AsBr3、AsF5、SbH3、
SbF3、SbF5、SbCl3、SbCl5、BiH3、
BiCl3、BiBr3等も挙げることができる。In the present invention, the effective use of the starting material for introducing a group V atom is, specifically, for introducing a phosphorus atom, for example, hydrogen phosphide such as PH 3 or P 2 H 4 , PH 4 I, P
F 3, PF 5, PCl 3 , PCl 5, PBr 3, PFr 5, P
Halogenated phosphorus such as I 3 and the like. In addition, AsH 3 ,
AsF 3 , AsCl 3 , AsBr 3 , AsF 5 , SbH 3 ,
SbF 3 , SbF 5 , SbCl 3 , SbCl 5 , BiH 3 ,
BiCl 3 , BiBr 3 and the like can also be mentioned.
【0093】(実験例) 以下実験例により本発明をさらに詳細に説明するが、本
発明はこれらによって限定されるものではない。(Experimental Examples) Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of experimental examples, but the present invention is not limited thereto.
【0094】(実験例1) マイクロ波(以下「μW」と略記する)グロー放電分解
法によって本発明の太陽電池を形成した。Experimental Example 1 A solar cell of the present invention was formed by a microwave (hereinafter abbreviated as “μW”) glow discharge decomposition method.
【0095】図3に原料ガス供給装置1020と堆積装
置1000からなるμWグロー放電分解法による太陽電
池の製造装置を示す。FIG. 3 shows a solar cell manufacturing apparatus comprising a source gas supply device 1020 and a deposition device 1000 by the μW glow discharge decomposition method.
【0096】図中の1071〜1075のガスボンベに
は、本発明の各々の層を形成するための原料ガスが密封
されており、1071はSiH4ガス(純度99.99
%)ボンベ、1072はH2ガス(純度99.9999
%)ボンベ、1073はCH4ガス(純度99.999
%)ボンベ、1074はH2ガスで10%に希釈された
B2H6ガス(純度99.999%、以下「B2H6/
H2」と略記する)ボンベ、1075はH2ガスで10%
に希釈されたPH3ガス(純度99.999%、以下
「PH3/H2」と略記する)ボンベである。また、あら
かじめ、ガスボンベ1071〜1075を取り付ける際
に、各々のガスを、バルブ1051〜1055から流入
バルブ1031〜1035のガス配管内に導入してあ
る。In the gas cylinders 1071 to 1075 in the figure, the source gas for forming each layer of the present invention is sealed, and 1071 is a SiH 4 gas (purity 99.99).
%) Cylinder 1072 is H 2 gas (purity 99.9999)
%) Cylinder, 1073 is CH 4 gas (purity 99.999%)
%) Bomb, 1074 H 10% in diluted the B 2 H 6 gas (99.999% purity at 2 gas, hereinafter "B 2 H 6 /
Abbreviated with H 2 ") bomb, 1075 10% with H 2 gas
Is a PH 3 gas (purity: 99.999%, hereinafter abbreviated as “PH 3 / H 2 ”). In addition, when the gas cylinders 1071 to 1075 are attached, the respective gases are introduced from the valves 1051 to 1055 into the gas pipes of the inflow valves 1031 to 1035 in advance.
【0097】図中1004は基板であり、100mm
角、厚さ0.25mmのステンレス(SUS430B
A)製で、表面に鏡面加工を施してある。In the figure, reference numeral 1004 denotes a substrate,
Square, 0.25mm thick stainless steel (SUS430B
A), and the surface is mirror-finished.
【0098】まず、ガスボンベ1071よりSiH4ガ
ス、ガスボンベ1072よりH2ガス、ガスボンベ10
73よりCH4ガス、ガスボンベ1074よりB2H6/
H2ガス、ガスボンベ1075よりPH3/H2ガスを、
バルブ1051〜1055を開けて導入し、圧力調整器
1061〜1065により各ガス圧力を2Kg/cm2
に調整した。First, an SiH 4 gas from the gas cylinder 1071, an H 2 gas from the gas cylinder 1072,
CH 4 gas from 73, B 2 H 6 /
H 2 gas, PH 3 / H 2 gas from gas cylinder 1075,
Valves 1051 to 1055 are opened and introduced, and each gas pressure is adjusted to 2 kg / cm 2 by pressure regulators 1061 to 1065.
Was adjusted.
【0099】次に、流入バルブ1031〜1035、堆
積室1001のリークバルブ1009が閉じられている
ことを確認し、又、流出バルブ1041〜1045、補
助バルブ1008が開かれていることを確認して、コン
ダクタンス(バタフライ型)バルブ1007を全開にし
て、不図示の真空ポンプにより堆積室1001及びガス
配管内を排気し、真空計1006の読みが約1×10-4
Torrになった時点で補助バルブ1008、流出バル
ブ1041〜1045を閉じた。Next, it is confirmed that the inflow valves 1031 to 1035 and the leak valve 1009 of the deposition chamber 1001 are closed, and that the outflow valves 1041 to 1045 and the auxiliary valve 1008 are opened. The conductance (butterfly type) valve 1007 is fully opened, the deposition chamber 1001 and the gas pipe are evacuated by a vacuum pump (not shown), and the vacuum gauge 1006 reads about 1 × 10 −4.
When the pressure reached Torr, the auxiliary valve 1008 and the outflow valves 1041 to 1045 were closed.
【0100】次に、流入バルブ1031〜1035を徐
々に開けて、各々のガスをマスフローコントローラー1
021〜1025内に導入した。Next, the inflow valves 1031 to 1035 are gradually opened, and each gas is supplied to the mass flow controller 1.
021 to 1025.
【0101】以上のようにして成膜の準備が完了した
後、基板1004上に、ダイヤモンド層、n型層、i型
層、p型層の成膜を行なった。After the preparation for film formation was completed as described above, a diamond layer, an n-type layer, an i-type layer, and a p-type layer were formed on the substrate 1004.
【0102】ダイヤモンド層を形成するには、基板10
04を加熱ヒーター1005により400℃に加熱し、
流出バルブ1042、1043、1045及び補助バル
ブ1008を徐々に開いて、H2ガス、CH4ガス、PH
3/H2ガスをガス導入管1003を通じて堆積室100
1内に流入させた。この時、H2ガス流量が500sc
cm、CH4ガス流量が5sccm、PH3/H2ガス流
量が2.5sccmとなるように各々のマスフローコン
トローラー1022、1023、1025で調整した。
堆積室1001内の圧力は、20mTorrとなるよう
に真空計1006を見ながらコンダクタンスバルブ10
07の開口を調整した。次に、基板1004に直流電源
1011により、堆積室1001に対して−100vの
直流バイアスを印加した。その後、不図示のμW電源の
電力を0.5W/cm3に設定し、不図示の導波管、導
波部1010及び誘電体窓1002を通じて堆積室10
01内にμW電力を導入し、μWグロー放電を生起さ
せ、基板1004上にダイヤモンド層の形成を開始し、
層厚1μmのダイヤモンド層を形成したところでμWグ
ロー放電を止め、直流電源1011の出力を切り、又、
流出バルブ1042、1043、1045及び補助バル
ブ1008を閉じて、堆積室1001内へのガス流入を
止め、ダイヤモンド層の形成を終えた。To form a diamond layer, the substrate 10
04 is heated to 400 ° C. by a heater 1005,
The outlet valves 1042, 1043, 1045 and the auxiliary valve 1008 are gradually opened, and H 2 gas, CH 4 gas, PH
3 / H 2 gas is supplied to the deposition chamber 100 through the gas introduction pipe 1003.
1 was introduced. At this time, the H 2 gas flow rate is 500 sc
cm, CH 4 gas flow rate was 5 sccm, and PH 3 / H 2 gas flow rate was 2.5 sccm.
The pressure inside the deposition chamber 1001 is adjusted to 20 mTorr while the conductance valve 10
07 opening was adjusted. Next, a DC bias of −100 V was applied to the deposition chamber 1001 by the DC power supply 1011 to the substrate 1004. Thereafter, the power of a μW power supply (not shown) is set to 0.5 W / cm 3 , and the deposition chamber 10 is passed through a waveguide (not shown), a waveguide 1010 and a dielectric window 1002.
01, a μW glow discharge is generated, and the formation of a diamond layer on the substrate 1004 is started.
When a diamond layer having a thickness of 1 μm was formed, the μW glow discharge was stopped, the output of the DC power supply 1011 was turned off, and
The outflow valves 1042, 1043, 1045 and the auxiliary valve 1008 were closed to stop the gas flow into the deposition chamber 1001, and the formation of the diamond layer was completed.
【0103】次に、n型層を形成するには、基板100
4を加熱ヒーター1005により280℃に加熱し、流
出バルブ1041、1042、1043、1045及び
補助バルブ1008を徐々に開いて、SiH4ガス、H2
ガス、CH4ガス、PH3/H2ガスをガス導入管100
3を通じて堆積室1001内に流入させた。この時、S
iH4ガス流量が5sccm、H2ガス流量が50scc
m、CH4ガス流量が0.5sccm、PH3/H2ガス
流量が5sccmとなるように各々のマスルフローコン
トローラー1021、1022、1023、1025で
調整した。堆積室1001内の圧力は、10mTorr
となるように真空計1006を見ながらコンダクタンス
バルブ1007の開口を調整した。次に、基板1004
に直流電源1011により、堆積室1001に対して−
60vの直流バイアスを印加した。その後、不図示のμ
W電源の電力を0.05W/cm3に設定し、不図示の
導波管、導波部1010及び誘電体窓1002を通じて
堆積室1001内にμW電力を導入し、μWグロー放電
を生起させ、ダイヤモンド層上にn型層の形成を開始
し、層厚0.01μmのn型層を形成したところでμW
グロー放電を止め、直流電源1011の出力を切り、
又、流出バルブ1041、1042、1043、104
5及び補助バルブ1008を閉じて、堆積室1001内
へのガス流入を止め、n型層の形成を終えた。Next, to form an n-type layer, the substrate 100
4 was heated to 280 ° C. by the heater 1005, and the outflow valves 1041, 1042, 1043, 1045 and the auxiliary valve 1008 were gradually opened, and SiH 4 gas, H 2
Gas, CH 4 gas, and PH 3 / H 2 gas into the gas introduction pipe 100
3 and flowed into the deposition chamber 1001. At this time, S
iH 4 gas flow rate 5 sccm, H 2 gas flow rate 50 scc
m, the flow rate of CH 4 gas was adjusted to 0.5 sccm, and the flow rate of PH 3 / H 2 gas was adjusted to 5 sccm by each of the Masul flow controllers 1021, 1022, 1023, and 1025. The pressure in the deposition chamber 1001 is 10 mTorr
The opening of the conductance valve 1007 was adjusted while watching the vacuum gauge 1006 so that Next, the substrate 1004
To the deposition chamber 1001 by the DC power supply 1011
A DC bias of 60 V was applied. Then, μ (not shown)
The power of the W power source is set to 0.05 W / cm 3 , and μW power is introduced into the deposition chamber 1001 through a waveguide (not shown), the waveguide unit 1010, and the dielectric window 1002 to generate μW glow discharge. The formation of an n-type layer was started on the diamond layer, and when an n-type layer having a thickness of 0.01 μm was formed, μW
The glow discharge is stopped, the output of the DC power supply 1011 is turned off,
Also, outflow valves 1041, 1042, 1043, 104
5 and the auxiliary valve 1008 were closed, the gas flow into the deposition chamber 1001 was stopped, and the formation of the n-type layer was completed.
【0104】次に、i型層を形成するには、基板100
4を加熱ヒーター1005により280℃に加熱し、流
出バルブ1041、1042及び補助バルブ1008を
徐々に開いて、SiH4ガス、H2ガスをガス導入管10
03を通じて堆積室1001内に流入させた。この時、
SiH4ガス流量が50sccm、H2ガス流量が100
sccmとなるように各々のマスフローコントローラー
1021、1022で調整した。堆積室1001内の圧
力は、10mTorrとなるように真空計1006を見
ながらコンダクタンスバルブ1007の開口を調整し
た。次に、基板1004に直流電源1011により、堆
積室1001に対して−50vの直流バイアスを印加し
た。その後、不図示のμW電源の電力を0.15W/c
m3に設定し、不図示の導波管、導波部1010及び誘
電体窓1002を通じて堆積室1001内にμW電力を
導入し、μWグロー放電を生起させ、n型層上にi型層
の形成を開始し、層厚0.4μmのi型層を形成したと
ころでμWグロー放電を止め、直流電源1011の出力
を切り、i型層の形成を終えた。Next, to form an i-type layer, the substrate 100
4 was heated to 280 ° C. by the heater 1005, and the outflow valves 1041 and 1042 and the auxiliary valve 1008 were gradually opened, and SiH 4 gas and H 2 gas were introduced into the gas introduction pipe 10.
03 into the deposition chamber 1001. At this time,
SiH 4 gas flow rate is 50 sccm, H 2 gas flow rate is 100
The mass flow controllers 1021 and 1022 adjusted the pressure to become sccm. The opening of the conductance valve 1007 was adjusted while watching the vacuum gauge 1006 so that the pressure in the deposition chamber 1001 became 10 mTorr. Next, a DC bias of −50 V was applied to the deposition chamber 1001 by the DC power supply 1011 to the substrate 1004. Thereafter, the electric power of the μW power supply (not shown) is reduced to 0.15 W / c
m 3 , and μW power is introduced into the deposition chamber 1001 through a waveguide, a waveguide 1010 and a dielectric window 1002 (not shown) to generate μW glow discharge, and the i-type layer is placed on the n-type layer. When the formation was started and the i-type layer having a layer thickness of 0.4 μm was formed, the μW glow discharge was stopped, the output of the DC power supply 1011 was turned off, and the formation of the i-type layer was completed.
【0105】次に、p型層を形成するには、基板100
4を加熱ヒーター1005により280℃に加熱し、流
出バルブ1041、1042、1043、1044及び
補助バルブ1008を徐々に開いて、SiH4ガス、H2
ガス、CH4ガス、B2H6/H2ガスをガス導入管100
3を通じて堆積室1001内に流入させた。この時、S
iH4ガス流量が3sccm、H2ガス流量が500sc
cm、CH4ガス流量が0.5sccm、B2H6/H2ガ
ス流量が5sccmとなるように各々のマスフローコン
トローラー1021、1022、1023、1024で
調整した。堆積室1001内の圧力は、20mTorr
となるように真空計1006を見ながらコンダクタンス
バルブ1007の開口を調整した。次に、基板1004
に直流電源1011により、堆積室1001に対して−
100vの直流バイアスを印加した。その後、不図示の
μW電源の電力を0.5W/cm3に設定し、不図示の
導波管、導波部1010及び誘電体窓1002を通じて
堆積室1001内にμW電力を導入し、μWグロー放電
を生起させ、i型層上にp型層の形成を開始し、層厚
0.005μmのp型層を形成したところでμWグロー
放電を止め、直流電源1011の出力を切り、又、流出
バルブ1041、1042、1043、1044及び補
助バルブ1008を閉じて、堆積室1001内へのガス
流入を止めp型層の形成を終えた。Next, to form a p-type layer, the substrate 100
4 was heated to 280 ° C. by the heater 1005, and the outflow valves 1041, 1042, 1043, 1044 and the auxiliary valve 1008 were gradually opened, and SiH 4 gas, H 2
Gas, CH 4 gas, and B 2 H 6 / H 2 gas
3 and flowed into the deposition chamber 1001. At this time, S
iH 4 gas flow rate is 3 sccm, H 2 gas flow rate is 500 sc
cm, CH 4 gas flow rate was 0.5 sccm, and B 2 H 6 / H 2 gas flow rate was 5 sccm. The pressure in the deposition chamber 1001 is 20 mTorr
The opening of the conductance valve 1007 was adjusted while watching the vacuum gauge 1006 so that Next, the substrate 1004
To the deposition chamber 1001 by the DC power supply 1011
A DC bias of 100 V was applied. Thereafter, the power of a μW power supply (not shown) is set to 0.5 W / cm 3 , and μW power is introduced into the deposition chamber 1001 through a waveguide (not shown), a waveguide unit 1010, and a dielectric window 1002. A discharge is generated to start formation of a p-type layer on the i-type layer. When a p-type layer having a thickness of 0.005 μm is formed, the μW glow discharge is stopped, an output of the DC power supply 1011 is turned off, and an outflow valve is formed. By closing 1041, 1042, 1043, 1044 and the auxiliary valve 1008, the gas flow into the deposition chamber 1001 was stopped, and the formation of the p-type layer was completed.
【0106】以上の、太陽電池の作成条件を表1、表
2、表3に示す。Tables 1, 2 and 3 show the conditions for producing the above solar cell.
【0107】それぞれの層を形成する際に、必要なガス
以外の流出バルブ1041〜1045は完全に閉じられ
ていることは云うまでもなく、また、それぞれのガスが
堆積室1001内、流出バルブ1041〜1045から
堆積室1001に至る配管内に残留することを避けるた
めに、流出バルブ1041〜1045を閉じ、補助バル
ブ1008を開き、さらにコンダクタンスバルブ100
7を全開にして、系内を一旦高真空に排気する操作を必
要に応じて行なう。When forming the respective layers, it goes without saying that the outflow valves 1041 to 1045 other than the necessary gas are completely closed, and the respective gases are discharged in the deposition chamber 1001 and outflow valve 1041. In order to avoid remaining in the piping extending from -1045 to the deposition chamber 1001, the outflow valves 1041 to 1045 are closed, the auxiliary valve 1008 is opened, and the conductance valve 100
7 is fully opened, and the operation of once evacuating the system to a high vacuum is performed as necessary.
【0108】作成した太陽電池のp型層上に、透明電極
として、ITO(In2O3+SnO2)を公知の方法に
て0.085μm蒸着し、さらに集電電極として、Al
を公知の方法にて2μm蒸着し、太陽電池を作成した。
同様の操作を行なうことにより2枚の太陽電池を作成し
た(電池No.実−1)。On the p-type layer of the solar cell thus produced, ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) was deposited as a transparent electrode by 0.085 μm by a known method.
Was deposited by 2 μm by a known method to prepare a solar cell.
By performing the same operation, two solar cells were prepared (battery No. actual-1).
【0109】(比較実験例1)基板1004を350℃
に加熱し、基板1004表面上に、スパッタリング法に
より、銀薄膜を0.45μm、さらにZnO薄膜を2μ
m蒸着して下部電極を形成した後に、ダイヤモンド層を
形成しない以外は、実験例1と同じ作成条件で、下部電
極上に、n型層、i型層、p型層、透明電極、集電電極
を形成して2枚の太陽電池を作成した(電池No.比−
1)。(Comparative Experimental Example 1) A substrate 1004 was heated at 350 ° C.
And a silver thin film of 0.45 μm and a ZnO thin film of 2 μm were formed on the surface of the substrate 1004 by a sputtering method.
An n-type layer, an i-type layer, a p-type layer, a transparent electrode, and a current collector were formed on the lower electrode under the same conditions as in Experimental Example 1 except that the diamond layer was not formed after the lower electrode was formed by m evaporation. Electrodes were formed to produce two solar cells (battery No. ratio−
1).
【0110】実験例1(電池No.実1)及び比較実験
例1(電池No.比1)で作成した太陽電池の初期特
性、熱劣化特性及び応力劣化特性の評価を行なった。The initial characteristics, thermal deterioration characteristics, and stress deterioration characteristics of the solar cells prepared in Experimental Example 1 (Battery No. Actual 1) and Comparative Experimental Example 1 (Battery No. Ratio 1) were evaluated.
【0111】初期特性は、実験例1(電池No.実1)
及び比較実験例1(電池No.比1)で作成した各々2
枚の太陽電池を、AM−1.5(100mW/cm2 )
光照射下に設置し、光電変換効率を測定して評価した。
特性評価の結果、比較実験例(電池No.比1)に対し
て、実験例1(電池No.実1)の太陽電池は、光電変
換効率が平均して1.25倍に優れていた。The initial characteristics are shown in Experimental Example 1 (Battery No. Actual 1).
And 2 each prepared in Comparative Example 1 (battery No. ratio 1)
AM-1.5 (100 mW / cmTwo )
It was installed under light irradiation, and the photoelectric conversion efficiency was measured and evaluated.
As a result of the characteristic evaluation, the comparative example (battery No. ratio 1)
Therefore, the solar cell of Experimental Example 1 (Battery No. Actual 1)
The conversion efficiency was 1.25 times better on average.
【0112】熱劣化特性は、実験例1(電池No.実
1)及び比較実験例1(電池No.比1)で作成した各
々1枚の太陽電池を、100℃に設定した定温乾燥器
(ヤマト科学(株)製 DV−41)中に1時間放置
し、次に5℃に設定した冷蔵庫(日立製作所(株)製
R−107W)中に1時間放置する操作を10回繰返し
たのちに、初期特性の評価と同様に、AM−1.5(1
00mW/cm2 )光照射下に設置し、光電変換効率を
測定して評価した。特性評価の結果、比較実験例(電池
No.比1)に対して実験例1(電池No.実1)の太
陽電池は、光電変換効率が1.4倍優れていた。The thermal degradation characteristics were measured in Experimental Example 1 (Battery No.
1) and Comparative Example 1 (battery No. ratio 1)
A constant-temperature dryer with each solar cell set at 100 ° C
(Yamato DV-41) for 1 hour
And then set at 5 ° C (Hitachi, Ltd.)
(R-107W) for 10 minutes
After that, similarly to the evaluation of the initial characteristics, AM-1.5 (1
00mW / cmTwo ) Installed under light irradiation to improve photoelectric conversion efficiency
It was measured and evaluated. As a result of the characteristic evaluation, a comparative experiment example (battery
No. In comparison with the ratio 1), the thickness of the experimental example 1 (battery No.
The positive battery had a photoelectric conversion efficiency 1.4 times better.
【0113】応力劣化特性は、実験例1(電池No.実
1)及び比較実験例1(電池No.比1)で作成し、熱
劣化特性の評価を行なっていないほうの各々1枚の太陽
電池を、ステンレス製基板を内側にして、曲率半径54
mmに曲げ、次に、平面に戻す操作を50回繰返したの
ちに、初期特性の評価と同様に、該太陽電池をAM−
1.5(100mW/cm2 )光照射下に設置し、光電
変換効率を測定して評価した。特性評価の結果、比較実
験例(電池No.比1)に対して、実験例1(電池N
o.実1)の太陽電池は、光電変換効率が1.35倍優
れていた。The stress deterioration characteristics were measured in Experimental Example 1 (battery No.
1) and Comparative Example 1 (battery No. ratio 1)
One of each of the suns whose deterioration characteristics have not been evaluated
The battery was placed on a stainless steel substrate with a radius of curvature of 54.
mm, and then returned to the plane 50 times.
Incidentally, similarly to the evaluation of the initial characteristics, the solar cell is
1.5 (100 mW / cmTwo ) Installed under light irradiation,
The conversion efficiency was measured and evaluated. As a result of characteristic evaluation,
In contrast to the experimental example (battery No. ratio 1), the experimental example 1 (battery N)
o. Actually, the solar cell 1) has a photoelectric conversion efficiency of 1.35 times better.
Had been.
【0114】又、ステンレス製基板上に、実験例1と同
じ作成条件でダイヤモンド層を1μm成膜して、結晶分
析用サンプルを作成し、X線回折装置(理学電機製 R
AD−3b型)によりダイヤモンド層の結晶性を評価し
たところ、立方晶ダイヤモンドの(111)、(22
0)面の回折線に相当する位置、43.9°、75.4
°に鋭い回折線が観察され、ダイヤモンドの結晶が生成
していることが判った。又、該結晶性分析用サンプルの
表面性を表面粗さ測定計((株)小坂研究所製SE−3
0D)により測定したところ、Rz(十点平均粗さ)は
0.2μmであった。A 1 μm diamond layer was formed on a stainless steel substrate under the same conditions as in Experimental Example 1 to prepare a sample for crystal analysis, and an X-ray diffractometer (Rigaku Electric R)
AD-3b type), the crystallinity of the diamond layer was evaluated.
0) Position corresponding to diffraction line on plane, 43.9 °, 75.4
A sharp diffraction line was observed at °, indicating that diamond crystals had been formed. Further, the surface property of the sample for crystallinity analysis was measured using a surface roughness meter (SE-3 manufactured by Kosaka Laboratory Co., Ltd.)
0D), Rz (ten-point average roughness) was 0.2 μm.
【0115】又、ステンレス製基板上に、実験例1と同
じ作成条件で、i型層を0.1μm、さらにp型層を
0.005μm成膜して、結晶性分析用サンプルを作成
し、RHEED(日本電子製 JEM−100SX)に
より、p型層の結晶性を評価したところ、リング状で、
アモルファス(マイクロクリスタルを含む)であること
が判った。On a stainless steel substrate under the same conditions as in Experimental Example 1, an i-type layer was formed to a thickness of 0.1 μm and a p-type layer was further formed to a thickness of 0.005 μm to prepare a sample for crystallinity analysis. The crystallinity of the p-type layer was evaluated by RHEED (JEM-100SX manufactured by JEOL Ltd.).
It was found to be amorphous (including microcrystals).
【0116】(実験例2及び比較実験例2)ダイヤモン
ド層を形成するに際して、CH4ガスの流量を表4に示
した値に変えた以外は、実験例1と同じ作成条件で、各
々2枚の太陽電池を作成した(電池No.実2−1〜3
及び電池No.比2−1〜2)。又、実験例1と同様
に、ステンレス製基板上に、表4に示した作成条件でダ
イヤモンド層を1μm成膜して、結晶性分析用サンプル
を作成した。(Experimental Example 2 and Comparative Experimental Example 2) Except that the flow rate of CH 4 gas was changed to the value shown in Table 4 when forming the diamond layer, the same conditions as in Experimental Example 1 were used and two layers were formed. (Battery Nos. 2-1 to 2-3)
And battery No. Ratio 2-1 to 2). In the same manner as in Experimental Example 1, a 1 μm diamond layer was formed on a stainless steel substrate under the conditions shown in Table 4 to prepare a sample for crystallinity analysis.
【0117】実験例2(電池No.実2−1〜3)及び
比較実験例2(電池No.比2−1〜2)で作成した太
陽電池、結晶性分析用サンプルを、実験例1と同様な方
法で、特性評価を行なった。The solar cells and the samples for crystallinity analysis prepared in Experimental Example 2 (Battery Nos. 2-1 to 3) and Comparative Experimental Example 2 (Battery Nos. 2-1 to 2) were used as Experimental Examples 1 and 2. The characteristics were evaluated in the same manner.
【0118】太陽電池の初期特性、熱劣化特性及び応力
劣化特性と、ダイヤモンド層の結晶性及び表面性を図4
に示す。尚、結晶性は、X線回折において、立方晶ダイ
ヤモンドの(111)面の回折線に相当する43.9°
の位置での回折線の半値巾により求めた。図4から判る
とおり、本発明の太陽電池(電池No.実1、実2−1
〜3)が比較実験例の太陽電池(電池No.比2−1〜
2)に対して、優れた特性を有することが判明し、本発
明の効果が実証された。FIG. 4 shows the initial characteristics, thermal deterioration characteristics and stress deterioration characteristics of the solar cell, and the crystallinity and surface properties of the diamond layer.
Shown in The crystallinity was 43.9 ° corresponding to the diffraction line of the (111) plane of cubic diamond in X-ray diffraction.
Was determined from the half width of the diffraction line at the position. As can be seen from FIG. 4, the solar cell of the present invention (battery Nos. Ex. 1 and Ex. 2-1)
To 3) are solar cells (battery No. ratios 2-1 to 2-1) of comparative experimental examples.
In contrast to 2), it was found to have excellent characteristics, demonstrating the effect of the present invention.
【0119】(実験例3及び比較実験例3)ダイヤモン
ド層を形成するに際して、PH3/H2ガスの流量を表5
に示した値に変えた以外は、実験例1と同じ作成条件
で、各々2枚の太陽電池を作成した(電池No.実3−
1〜3及び電池No.比3−1〜2)。又、実験例1と
同様に、ステンレス製基板上に、表4に示した作成条件
でダイヤモンド層を1μm成膜して、導電率測定用サン
プルを作成した。(Experimental Example 3 and Comparative Experimental Example 3) In forming a diamond layer, the flow rate of PH 3 / H 2 gas was set as shown in Table 5.
2 were prepared under the same conditions as in Experimental Example 1 except that the values were changed to the values shown in FIG.
Nos. 1 to 3 and battery Nos. Ratio 3-1 to 2). In the same manner as in Experimental Example 1, a diamond layer was formed to a thickness of 1 μm on a stainless steel substrate under the conditions shown in Table 4 to prepare a sample for conductivity measurement.
【0120】実験例3(電池No.実3−1〜3)及び
比較実験例3(電池No.比3−1〜2)で作成した太
陽電池を、実験例1と同様な方法で、特性評価を行なっ
た。The solar cells prepared in Experimental Example 3 (battery Nos. 3-1 to 3) and Comparative Experimental Example 3 (battery Nos. 3-1 to 2) were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1. An evaluation was performed.
【0121】実験例3(電池No.実3−1〜3)及び
比較実験例3(電池No.比3−1〜2)で作成した導
電率測定用サンプルは、ダイヤモンド層の表面にクロム
(Cr)を直径2mm、厚さ0.1μmの大きさで蒸着
してクロム電極を形成したのちに、該導電率測定用サン
プルを暗所に設置し、pAメーター(横河ヒューレット
パッカード(株)製 4140B)を用いて、クロム電
極とステンレス基板の間に電圧Vを印加し、両電極間に
流れる電流Iを測定し、ダイヤモンド層の層厚Dを用い
て、下記式により、暗導電率σdを求めた。The samples for measuring conductivity prepared in Experimental Example 3 (Battery Nos. 3-1 to 3) and Comparative Experimental Example 3 (Battery Nos. 3-1 to 2) had chromium (chromium) on the surface of the diamond layer. Cr) was deposited in a size of 2 mm in diameter and 0.1 μm in thickness to form a chromium electrode. Then, the sample for conductivity measurement was set in a dark place, and a pA meter (manufactured by Yokogawa Hewlett Packard Co., Ltd.) 4140B), a voltage V is applied between the chromium electrode and the stainless steel substrate, a current I flowing between the two electrodes is measured, and the dark conductivity σd is calculated using the layer thickness D of the diamond layer by the following equation. I asked.
【0122】[0122]
【0123】又、実験例1で作成した結晶性分析用サン
プル(電池No.実1)も、同様な手順により暗導電率
σdを求めた。The dark conductivity σd of the sample for crystallinity analysis (Battery No. 1) prepared in Experimental Example 1 was determined in the same procedure.
【0124】太陽電池の初期特性、熱劣化特性及び応力
劣化特性と、ダイヤモンド層の暗導電率を図5に示す。
図5から判るとおり、本発明の太陽電池(電池No.実
1、実3−1〜3)が比較実験例の太陽電池(電池N
o.比3−1〜2)に対して、優れた特性を有すること
が判明し、本発明の効果が実証された。FIG. 5 shows the initial characteristics, thermal deterioration characteristics, and stress deterioration characteristics of the solar cell, and the dark conductivity of the diamond layer.
As can be seen from FIG. 5, the solar cell of the present invention (Battery No. Ex. 1, Ex.
o. It was found that the composition had excellent characteristics with respect to the ratio 3-1 to 2), and the effect of the present invention was demonstrated.
【0125】(実験例4及び比較実験例4) ダイヤモンド層を形成するに際して、PH3/H2ガスの
代りにB2H6/H2ガスを用い、B2H6/H2ガスの流量
を表4に示した値に変えた以外は、実験例1と同じ作成
条件で、各々2枚の太陽電池を作成した(電池No.実
4−1〜3及び電池No.比4−1〜2)。又、実験例
3と同様に、ステンレス製基板上に、表6に示した作成
条件でダイヤモンド層を1μm成膜して、導電率測定用
サンプルを作成した。[0125] In forming a (Experiment Example 4 and Comparative Example 4) diamond layer, PH 3 / H 2 gas instead using B 2 H 6 / H 2 gas, the flow rate of B 2 H 6 / H 2 gas Were changed to the values shown in Table 4, and two solar cells were prepared under the same conditions as in Experimental Example 1 (battery No. actual 4-1 to 3 and battery No. ratio 4-1 to 4-1). 2). In the same manner as in Experimental Example 3, a diamond layer was formed to a thickness of 1 μm on a stainless steel substrate under the conditions shown in Table 6 to prepare a sample for conductivity measurement.
【0126】実験例4(電池No.実4−1〜3)及び
比較実験例4(電池No.比4−1〜2)で作成した太
陽電池を、実験例1と同様な方法で、特性評価を行な
い、実験例4(電池No.実4−1〜3)及び比較実験
例4(電池No.比4−1〜2)で作成した導電率測定
用サンプルを、実験例3と同様な方法で、暗導電率σd
を求めた。The solar cells prepared in Experimental Example 4 (Battery Nos. 4-1 to 3) and Comparative Experimental Example 4 (Battery Nos. 4-1 to 2) were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1. Evaluation was performed, and the conductivity measurement samples prepared in Experimental Example 4 (Battery Nos. 4-1 to 3) and Comparative Experimental Example 4 (Battery Nos. 4-1 to 2) were obtained in the same manner as in Experimental Example 3. The dark conductivity σd
I asked.
【0127】太陽電池の初期特性、熱劣化特性及び応力
劣化特性と、ダイヤモンド層の暗導電率σdを図6に示
す。図6から判るとおり、本発明の太陽電池(電池N
o.実4−1〜3)が比較実験例の太陽電池(電池N
o.−比4−1〜2)に対して、優れた特性を有するこ
とが判明し、本発明の効果が実証された。FIG. 6 shows the initial characteristics, thermal deterioration characteristics and stress deterioration characteristics of the solar cell, and the dark conductivity σd of the diamond layer. As can be seen from FIG. 6, the solar cell of the present invention (battery N
o. Examples 4-1 to 3) are solar cells (battery N) of a comparative example.
o. -Ratio 4-1 to 2), it was found to have excellent characteristics, demonstrating the effect of the present invention.
【0128】(実験例5及び比較実験例5) ダイヤモンド層を形成するに際して、ダイヤモンド層の
層厚を表7に示した値に変えた以外は、実験例1と同じ
作成条件で、各々2枚の太陽電池を作成し(電池No.
実5−1〜3及び電池No.比5−1〜2)、実験例1
と同様な方法で、特性評価を行なった。(Experimental Example 5 and Comparative Experimental Example 5) In forming a diamond layer, two layers were formed under the same conditions as in Experimental Example 1 except that the thickness of the diamond layer was changed to the value shown in Table 7. Of the solar cell (battery No.
Examples 5-1 to 3 and the battery No. Ratio 5-1 to 2), Experimental Example 1
The characteristics were evaluated in the same manner as described above.
【0129】太陽電池の初期特性、熱劣化特性及び応力
劣化特性と、ダイヤモンド層の層厚を図7に示す。図7
から判るとおり、本発明の太陽電池(電池No.実1、
実5−1〜3)が比較実験例の太陽電池(電池No.比
5−1〜2)に対して、優れた特性を有することが判明
し、本発明の効果が実証された。FIG. 7 shows the initial characteristics, thermal deterioration characteristics and stress deterioration characteristics of the solar cell, and the thickness of the diamond layer. FIG.
As can be seen from FIG. 1, the solar cell of the present invention (battery No. 1;
Examples 5-1 to 3) were found to have excellent characteristics with respect to the solar cell (battery No. ratio 5-1 to 2) of the comparative experimental example, and the effect of the present invention was demonstrated.
【0130】以下実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらによって限定されるものではな
い。Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
【0131】[0131]
【実施例】(実施例1)実験例1と同じ作成条件で、2
枚の太陽電池を作成し、これらを用いて、太陽電池モジ
ュールを作製し、図8に示すような回路構成の充電器を
作った。図8において、太陽電池モジュール801で発
生した電力は、逆流防止ダイオード803を経て、2次
電池((株)東芝製 TN−1U)804に充電され
る。802は過充電防止用ダイオードである。(Example 1) Under the same preparation conditions as in Experimental example 1, 2
A plurality of solar cells were prepared, and using these, a solar cell module was prepared, and a charger having a circuit configuration as shown in FIG. 8 was prepared. In FIG. 8, electric power generated by the solar cell module 801 is charged into a secondary battery (TN-1U manufactured by Toshiba Corporation) 804 via a backflow prevention diode 803. Reference numeral 802 denotes an overcharge prevention diode.
【0132】(比較例1)比較実験例1と同じ作成条件
で、2枚の太陽電池を作成し、これらを用いて、実施例
1と同様な充電器を作った。Comparative Example 1 Two solar cells were produced under the same production conditions as in Comparative Experimental Example 1, and a charger similar to that of Example 1 was produced using these solar cells.
【0133】実施例1と比較例1で作製した充電器を昼
間の晴天時に屋外に設置し、太陽電池モジュール801
で発生した電力を2次電池804に充電し、次に、実施
例1と比較例1の充電器で充電した各々の2次電池80
4を、懐中電灯((株)東芝製 K−67)に入れてラ
イトを点灯させ、2次電池804の電力を使い切ったと
ころで、再び実施例1と比較例1の充電器を用いて2次
電池804を充電する操作を繰返したところ、実施例1
の充電器のほうが、比較例1の充電器よりも約1.3倍
長く、懐中電灯を点灯させることが出来、本発明による
太陽電池の効果が実証された。The chargers produced in Example 1 and Comparative Example 1 were installed outdoors during daylight sunny weather, and the solar cell module 801 was installed.
Is charged in the secondary battery 804, and then the secondary batteries 804 charged by the chargers of Example 1 and Comparative Example 1 are used.
4 was put into a flashlight (K-67, manufactured by Toshiba Corporation) to turn on the light, and when the power of the secondary battery 804 was used up, the secondary battery was again charged using the chargers of Example 1 and Comparative Example 1. When the operation of charging the battery 804 was repeated,
The charger of No. 1 was able to light the flashlight about 1.3 times longer than the charger of Comparative Example 1, and the effect of the solar cell according to the present invention was demonstrated.
【0134】(実施例2)ダイヤモンド層、n型層、i
型層、p型層を、表6に示す作製条件とした以外は、実
験例1と同様な方法で太陽電池2枚を作製し、これらを
用いて実施例1と同様な充電器を作り、実施例1と同様
に使用したところ、実施例1とほぼ同じ時間、懐中電灯
を点灯させることができ、本発明による太陽電池の効果
が実証された。(Example 2) Diamond layer, n-type layer, i
Except that the mold layer and the p-type layer were made under the fabrication conditions shown in Table 6, two solar cells were fabricated in the same manner as in Experimental Example 1, and a charger similar to that of Example 1 was fabricated using these. When used in the same manner as in Example 1, the flashlight could be turned on for substantially the same time as in Example 1, and the effect of the solar cell according to the present invention was demonstrated.
【0135】又、ステンレス製基板上に、表8、表9に
示す作成条件で、ダイヤモンド層を1μm、更にn型層
を0.01μm成膜して、結晶性分析用サンプルを作成
し、実験例1と同様に、n型層の結晶性を評価したとこ
ろ、リング状で、アモルフアス(マイクロクリスタルを
含む)であることが判った。Further, a diamond layer was formed to a thickness of 1 μm and an n-type layer was further formed to a thickness of 0.01 μm on a stainless steel substrate under the conditions shown in Tables 8 and 9 to prepare a sample for crystallinity analysis. When the crystallinity of the n-type layer was evaluated as in Example 1, it was found to be ring-shaped and amorphous (including microcrystals).
【0136】更に、ステンレス製基板上に、表8、表9
に示す作成条件で、i型層を0.1μm、更にp型層を
0.005μm成膜して、結晶性分析用サンプルを作成
し、実験例1と同様に、p型層の結晶性を評価したとこ
ろ、リング状で、アモルフアス(マイクロクリスタルを
含む)であることが判った。Further, Tables 8 and 9 were placed on a stainless steel substrate.
Under the conditions shown in (1), an i-type layer was formed to a thickness of 0.1 μm, and a p-type layer was further formed to a thickness of 0.005 μm to prepare a sample for crystallinity analysis. Upon evaluation, it was found to be ring-shaped and amorphous (including microcrystals).
【0137】(実施例3)ダイヤモンド層、n型層、i
型層、p型層を、表10、表11に示す作製条件とした
以外は、実験例1と同様な方法で太陽電池2枚を作製
し、これらを用いて実施例1と同様な充電器を作り、実
施例1と同様に使用したところ、実施例1とほぼ同じ時
間、懐中電灯を点灯させることができ、本発明による太
陽電池の効果が実証された。(Example 3) Diamond layer, n-type layer, i
Two solar cells were produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that the mold layer and the p-type layer were made under the production conditions shown in Tables 10 and 11, and the same charger as in Example 1 was produced using these. Was used in the same manner as in Example 1. As a result, the flashlight was able to be turned on for substantially the same time as in Example 1, and the effect of the solar cell according to the present invention was demonstrated.
【0138】又、ステンレス製基板上に、表7に示す作
成条件で、i型層を0.1μm、更にn型層を0.00
5μm成膜して、結晶性分析用サンプルを作成し、実験
例1と同様に、n型層の結晶性を評価したところ、リン
グ状で、アモルフアス(マイクロクリスタルを含む)で
あることが判った。On a stainless steel substrate under the conditions shown in Table 7, the i-type layer was 0.1 μm, and the n-type layer was 0.00 μm.
A sample for crystallinity analysis was formed by forming a film having a thickness of 5 μm, and the crystallinity of the n-type layer was evaluated in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, it was found that the layer was ring-shaped and amorphous (including microcrystal). .
【0139】[0139]
【表】 【table】
【0140】[0140]
【0141】[0141]
【0142】[0142]
【0143】[0143]
【0144】[0144]
【表】 【table】
【0145】[0145]
【0146】[0146]
【0147】[0147]
【0148】[0148]
【表】 【table】
【0149】[0149]
【0150】[0150]
【発明の効果】本発明のダイヤモンド層を有する太陽電
池においては、変換効率が向上し、経時的特性劣化が減
少した。その結果、著しく太陽電池の特性が改善され
た。According to the solar cell having the diamond layer of the present invention, the conversion efficiency is improved and the deterioration with time of the characteristics is reduced. As a result, the characteristics of the solar cell were remarkably improved.
【0151】また、本発明のダイヤモンド層を有する太
陽電池は、従来の技術による太陽電池よりも製造上の歩
留りが著しく改善された。Further, the solar cell having the diamond layer of the present invention has significantly improved production yield as compared with the conventional solar cell.
【図1】本発明の太陽電池の層構成を説明するための模
式的構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a layer configuration of a solar cell of the present invention.
【図2】従来の太陽電池の層構成を説明するための模式
的構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a layer configuration of a conventional solar cell.
【図3】本発明の太陽電池を作成するための装置の一例
でμWを用いたグロー放電法による製造装置の模式的説
明図。FIG. 3 is a schematic explanatory view of a manufacturing apparatus by a glow discharge method using μW as an example of an apparatus for manufacturing a solar cell of the present invention.
【図4】本発明のダイヤモンド層の結晶性及び表面性と
太陽電池の初期特性、熱劣化特性及び応力劣化特性との
関係を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the crystallinity and surface properties of the diamond layer of the present invention and the initial characteristics, thermal deterioration characteristics, and stress deterioration characteristics of a solar cell.
【図5】本発明のダイヤモンド層の暗導電率と初期特
性、熱劣化特性及び応力劣化特性との関係を示す説明
図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between the dark conductivity of the diamond layer of the present invention and initial characteristics, thermal deterioration characteristics, and stress deterioration characteristics.
【図6】本発明のダイヤモンド層の暗導電率と初期特
性、熱劣化特性及び応力劣化特性との関係を示す説明
図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between the dark conductivity of the diamond layer of the present invention and initial characteristics, thermal deterioration characteristics, and stress deterioration characteristics.
【図7】本発明のダイヤモンド層の層厚と太陽電池の初
期特性、熱劣化特性及び応力劣化特性との関係を示す説
明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the thickness of the diamond layer of the present invention and the initial characteristics, thermal deterioration characteristics, and stress deterioration characteristics of a solar cell.
【図8】本発明の太陽電池を用いた充電器の電気回路
図。FIG. 8 is an electric circuit diagram of a charger using the solar cell of the present invention.
101 導電性基板 102 ダイヤモンド層 103 n型層(またはp型層) 104 i型層 105 p型層(またはn型層) 106 透明電極 201 導電性基板 202 下部電極 203 n型層(またはp型層) 204 i型層 205 p型層(またはn型層) 206 透明電極 1000 μWグロー放電分解法による成膜装置 1001 堆積室 1002 誘電体窓 1003 ガス導入管 1004 基板 1005 加熱ヒーター 1006 真空計 1007 コンダクタンスバルブ 1008 補助バルブ 1009 リークバルブ 1010 導波部 1011 直流電源 1020 原料ガス供給装置 1021〜1025 マスフローコントローラー 1031〜1035 ガス流入バルブ 1041〜1045 ガス流出バルブ 1051〜1055 原料ガスボンベのバルブ 1061〜1065 圧力調整器 1071〜1075 原料ガスボンベ 801 太陽電池モジュール 802 過充電防止用ダイオード 803 逆流防止ダイオード 804 2次電池 101 conductive substrate 102 diamond layer 103 n-type layer (or p-type layer) 104 i-type layer 105 p-type layer (or n-type layer) 106 transparent electrode 201 conductive substrate 202 lower electrode 203 n-type layer (or p-type layer) ) 204 i-type layer 205 p-type layer (or n-type layer) 206 transparent electrode 1000 μW film forming apparatus by glow discharge decomposition method 1001 deposition chamber 1002 dielectric window 1003 gas introduction tube 1004 substrate 1005 heating heater 1006 vacuum gauge 1007 conductance valve 1008 Auxiliary valve 1009 Leak valve 1010 Wave guide unit 1011 DC power supply 1020 Source gas supply device 1021 to 1025 Mass flow controller 1031 to 1035 Gas inflow valve 1041 to 1045 Gas outflow valve 1051 to 1055 Bar of source gas cylinder Bed 1061-1065 pressure regulator 1071-1075 raw material gas cylinder 801 photovoltaic modules 802 overcharge preventing diode 803 reverse current prevention diode 804 secondary batteries
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幸田 勇蔵 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 藤岡 靖 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 丹羽 光行 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−77973(JP,A) 特開 平2−96382(JP,A) 特開 平3−62973(JP,A) 特開 昭63−169769(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuzo Koda Canon Inc. 3- 30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo (72) Inventor Yasushi Fujioka 3-30-2 Shimomaruko 3-chome, Ota-ku, Tokyo Canon Inside (72) Inventor Mitsuyuki Niwa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-64-77973 (JP, A) JP-A-2-96382 ( JP, A) JP-A-3-62973 (JP, A) JP-A-63-169769 (JP, A)
Claims (1)
から成るp型層、活性層としてのi型層、n型層の各半導
体層を積層して構成される太陽電池において、前記p型
層とn型層の少なくとも一方に炭素原子を含有し、かつ
前記導電性基板と前記半導体層との間に表面に凹凸を有
し、価電子制御剤を含有する平滑多面体形状の多結晶ダ
イヤモンド層からなる拡散防止層を有することを特徴と
する太陽電池。1. A solar cell comprising a semiconductor substrate comprising a p-type layer made of a non-single crystal containing Si, an i-type layer as an active layer, and an n-type layer stacked on a conductive substrate. At least one of the p-type layer and the n-type layer contains carbon atoms, and the surface between the conductive substrate and the semiconductor layer has irregularities, and the polyhedral polyhedron has a valence electron controlling agent. Crystal
A solar cell comprising a diffusion prevention layer comprising an earmond layer .
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP2401935A JP2733384B2 (en) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | Solar cell |
US07/806,347 US5284525A (en) | 1990-12-13 | 1991-12-13 | Solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2401935A JP2733384B2 (en) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | Solar cell |
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Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2682658B2 (en) * | 1988-09-30 | 1997-11-26 | 鐘淵化学工業株式会社 | Semiconductor device |
-
1990
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